(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
白金を含む金属膜を、マスク層を介してドライエッチングする金属膜のドライエッチング方法であって、
水素ガスと二酸化炭素ガスとメタンガスと希ガスとを含む混合ガスからなるエッチングガスのプラズマを発生させて、前記金属膜をドライエッチングすることを特徴とする金属膜のドライエッチング方法。
【請求項２】
請求項１記載の金属膜のドライエッチング方法であって、
前記金属膜が、白金及びマンガンを含むことを特徴とする金属膜のドライエッチング方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の金属膜のドライエッチング方法であって、
前記希ガスがアルゴンガスであることを特徴とする金属膜のドライエッチング方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載の金属膜のドライエッチング方法であって、
前記マスク層が、タンタルからなることを特徴とする金属膜のドライエッチング方法。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載の金属膜のドライエッチング方法であって、
圧力が６．６５Ｐａ〜１３３Ｐａの雰囲気下で、前記金属膜をドライエッチングすることを特徴とする金属膜のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属膜のドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流磁界による磁化反転を利用して情報を記憶する磁気情報装置は、各種層が積層され、かつ、各種層が所望の形状にエッチングされた半導体ウエハから製造される。このような磁気記憶装置を構成する各種層の１つに磁性材料である白金（Ｐｔ）を含む白金マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）層があるが、白金は難エッチング材の１つとして知られている。
【０００３】
白金マンガン層のエッチング方法として、イオンミリングにより、例えば、高エネルギーのアルゴン（Ａｒ）の陽イオンによるスパッタリングを用いて白金マンガン層を物理的にエッチングする方法が知られている。しかし、このようにイオンミリングによるエッチング方法では、陽イオンが高エネルギーでマスク層と白金マンガン層に入射するため、マスク層と白金マンガン層の選択比を確保し難い。また、マスク層の形状が早期に崩れるため、エッチングによって得られるホールやトレンチの形状はテーパ状となる（例えば、非特許文献１参照。）
【０００４】
また、還元力の大きいハロゲンガスを含むエッチングガスを用いて、白金マンガン層を化学的にエッチングする方法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。さらに、ハロゲンガスとＣＯの混合ガス等を用いて白金層をドライエッチングする方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】斧高一、高橋和生、江利口浩二、「高誘電率（Ｈｉｇｈ−ｋ）材料のドライエッチング」、プラズマ・核融合学会誌，Ｖｏｌ．８５，Ｎｏ．４（２００９），ｐｐ．１８５−１９２，２００９年１月発行
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−６０１７２号公報
【特許文献２】特開平１０−６８０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ハロゲンガスは強酸を発生させるため、エッチング装置の構成部品の腐食が促進されるという問題がある。また、側壁形状を垂直に近付けることが困難で、得られるホールやトレンチの形状はテーパ状となるという問題もある。
【０００８】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、ハロゲンガスを用いることなく、かつ、ホールやトレンチの側壁形状をより垂直に近付けることのできる金属膜のドライエッチング方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の金属膜のドライエッチング方法の一態様は、白金を含む金属膜を、マスク層を介してドライエッチングする金属膜のドライエッチング方法であって、水素ガスと二酸化炭素ガスとメタンガスと希ガスとを含む混合ガスからなるエッチングガスのプラズマを発生させて、前記金属膜をドライエッチングすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ハロゲンガスを用いることなく、かつ、ホールやトレンチの側壁形状をより垂直に近付けることのできる金属膜のドライエッチング方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に用いるプラズマエッチング装置の構成を模式的に示す図。
【図２】一実施形態に係る金属膜のドライエッチング方法を説明するための図。
【図３】実施例と比較例の側壁形状を拡大して模式的に示す図。
【図４】本発明を適用可能な半導体ウエハの構造を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
まず、本発明の金属膜のドライエッチング方法の実施形態に用いるプラズマエッチング装置の構成例について説明する。図１は、金属膜のドライエッチングに使用することのできるプラズマエッチング装置の断面概略構成を模式的に示す図である。
【００１４】
プラズマエッチング装置１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等からなり円筒形状に成形された処理チャンバー（処理容器）２を有しており、この処理チャンバー２は接地されている。処理チャンバー２内の底部にはセラミックスなどの絶縁板３を介して、被処理物、例えば半導体ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられている。さらに、このサセプタ支持台４の上には、下部電極を兼ねたサセプタ（載置台）５が設けられている。このサセプタ５には、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。
【００１５】
サセプタ支持台４の内部には、温調媒体室７が設けられており、この温調媒体室７には、温調媒体が導入管８を介して導入されて循環し排出管９から排出される。そして、その温調媒体の熱がサセプタ５を介して半導体ウエハＷに対して伝熱され、これにより半導体ウエハＷが所望の温度に制御される。
【００１６】
サセプタ５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上に半導体ウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２を配置して構成されている。そして、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウエハＷを静電吸着する。
【００１７】
絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプタ５、静電チャック１１には、半導体ウエハＷの裏面に、伝熱媒体（例えばＨｅガス等）を供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５の熱が半導体ウエハＷに伝達され半導体ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。
【００１８】
サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置された半導体ウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５は、例えば、シリコンなどの導電性材料から構成されている。
【００１９】
サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、処理チャンバー２の上部に支持されている。上部電極２１は、電極板２４と、この電極板２４を支持する導電性材料からなる電極支持体２５とによって構成されている。電極板２４は、導電体または半導体で構成され、多数の吐出孔２３を有する。この電極板２４は、サセプタ５との対向面を形成する。
【００２０】
上部電極２１における電極支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されている。さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続されている。処理ガス供給源３０から、プラズマ処理のための処理ガスが供給される。
【００２１】
処理チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、処理チャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、処理チャンバー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開いた状態で、半導体ウエハＷを隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送する。
【００２２】
上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿されている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、１３．５６〜１００ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このように高い周波数を印加することにより処理チャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができる。
【００２３】
下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は、第１の高周波電源４０より低い周波数の範囲を有しており、このような範囲の周波数を印加することにより、被処理基板である半導体ウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０の周波数は、例えば１〜１０ＭＨｚの範囲が好ましい。
【００２４】
上記構成のプラズマエッチング装置１は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置１の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース部６２と、記憶部６３とが設けられている。
【００２５】
ユーザインターフェース部６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置１を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
【００２６】
記憶部６３には、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース部６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置１での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能な記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００２７】
上記構成のプラズマエッチング装置１によって、半導体ウエハＷのプラズマ処理を行う場合、まず、半導体ウエハＷは、ゲートバルブ３２が開放された後、図示しないロードロック室から処理チャンバー２内へと搬入され、静電チャック１１上に載置される。そして、直流電源１３から直流電圧が印加されることによって、半導体ウエハＷが静電チャック１１上に静電吸着される。次いで、ゲートバルブ３２が閉じられ、排気装置３５によって、処理チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされる。
【００２８】
その後、バルブ２８が開放されて、処理ガス供給源３０から所定の処理ガス（例えば、水素ガスと二酸化炭素ガスとメタンガスと希ガスの混合ガス）が、マスフローコントローラ２９によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６を通って上部電極２１の中空部へと導入され、さらに電極板２４の吐出孔２３を通って、図１の矢印に示すように、半導体ウエハＷに対して均一に吐出される。
【００２９】
そして、処理チャンバー２内の圧力が、所定の圧力に維持される。その後、第１の高周波電源４０から所定の周波数、所定の電力の高周波電力が上部電極２１に印加される。これにより、上部電極２１と下部電極としてのサセプタ５との間に高周波電界が生じ、エッチングガスが解離してプラズマ化する。また、必要に応じて、第２の高周波電源５０から所定の周波数、所定の電力の高周波電力が下部電極としてのサセプタ５に印加される。これにより、被処理基板である半導体ウエハＷに対して適切なイオン作用を与えることができる。
【００３０】
そして、所定のプラズマ処理が終了すると、高周波電力の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー２内から搬出される。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態に係る金属膜のドライエッチング方法を説明するための半導体ウエハＷの要部断面概略構成を示す図である。本実施形態では、図２（ａ）に示すように、半導体ウエハＷは、シリコンからなる基部１０１の上に形成された白金マンガン層１０２と、この白金マンガン層１０２の上に積層された所定の開口パターン１０４を有するマスク層としてのタンタル（Ｔａ）層１０３とを具備している。
【００３２】
上記構成の半導体ウエハＷを、プラズマエッチング装置１の処理チャンバー２内に収容し、サセプタ５の上に載置してプラズマエッチングを行う。本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、タンタル（Ｔａ）層１０３をマスクとして、白金マンガン層（白金及びマンガンを含む金属膜）１０２をエッチングする。
【００３３】
このプラズマエッチングには、水素ガスと二酸化炭素ガスとメタンガスと希ガスとを含む混合ガスからなるエッチングガスを用いる。このように、本実施形態で使用するエッチングガスは、ハロゲンガスを含んでいないので、プラズマエッチング装置１の構成部品の腐食を抑制することができる。また、一酸化炭素等の毒性の高いガスも使用していないので、より安全性を高めることができる。
【００３４】
上記のプラズマエッチングは、所定の減圧雰囲気、例えば、６．６５Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）〜１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の雰囲気下で行うことが好ましい。すなわち、カルボニル基の発生、カルボキシル基及び有機錯体の発生を優先させる観点からは、処理チャンバー２内の圧力を６．６５Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以上として白金マンガン層のエッチングを行うことが好ましい。通常、処理チャンバー２内の圧力がある程度高くなると陽イオンによるスパッタリングが抑制されるので、処理チャンバー２内の圧力を６．６５Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以上に設定すると、水素ガスやアルゴンガスから生じるプラズマの陽イオンによるスパッタリングを抑制することができ、これによって化学反応、具体的には、カルボニル基の発生、カルボキシル基及び有機錯体の発生を優先させることができる。また、タンタル層のパターン形状の崩れの抑制の観点からも、処理チャンバー２内の圧力を高めて陽イオンによるスパッタを抑制し、タンタル層のエッチングをより抑制することが好ましい。一方、有機錯体の気化を促進する観点からは、処理チャンバー２内の圧力をある程度低くすることが好ましく、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下とすることが好ましい。
【００３５】
実施例として、以下の条件で、タンタル（Ｔａ）層１０３をマスクとして、白金及びマンガンを含む金属膜である白金マンガン層１０２をプラズマエッチングした。
エッチングガス：Ｈ２／ＣＨ４／Ａｒ／ＣＯ２＝３００／１００／１００／４０ｓｃｃｍ
圧力：１３．３Ｐａ（１００ｍTorr）
上部電極の高周波電力：２００Ｗ
下部電極の高周波電力：５００Ｗ
バックヘリウム圧力（中央部／周縁部）：１９９５／５３２００Ｐａ（１５／４０Torr）
温度(上部／側壁部／下部) ：９０／６０／６０℃
時間：７２０秒
【００３６】
この結果、図３（ａ）に示すように、側壁形状が略垂直で、側壁と鉛直線とのなす角度（鉛直線を挟む狭角）が９０°に近い８５°程度の形状にエッチングすることができた。これに対して、Ｈ２／Ａｒ／ＣＯの混合ガスからなるエッチングガスを用いた比較例では、図３（ｂ）に示すように、実施例の場合に比べてより側壁形状がテーパ状で、側壁と鉛直線とのなす角度（鉛直線を挟む狭角）が８０°程度となった。
【００３７】
白金マンガン層のエッチングのメカニズムは、主として以下のような化学反応によると推測される。すなわち、白金マンガン層の表面には、二酸化炭素等から生じた炭素デポ層が堆積するが、アルゴンプラズマが衝突すること等によって励起された水素プラズマによって炭素デポ層がアッシングされる。さらに、アルゴンプラズマの陽イオンが炭素デポ層へ入射して当該炭素デポ層へエネルギーを付与し、エネルギーを与えられた炭素デポ層は、二酸化炭素から生じた酸素と結合してカルボニル基を発生させる。このカルボニル基に水素が結合してカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）が発生する。このカルボキシル基は、配位子として、白金マンガン層中の白金と配位結合して有機錯体、例えば、Ｐｔ（ＣＯＯＨ）ｎを生じさせる。このように、有機錯体の生成には、白金マンガン層中の白金が用いられるため、白金マンガン層の一部も有機錯体に変質する。一般に金属の有機錯体の飽和蒸気圧は低いため、有機錯体も容易に気化し、その結果白金マンガン層の一部がエッチングされる。
【００３８】
図４は、本発明の金属膜のドライエッチング方法を適用することのできる他の半導体ウエハＷの構造を模式的に示すものである。この半導体ウエハＷでは、シリコン基板に形成された酸化層２０１の上に、下側から順に、タンタル（Ｔａ）層２０２、白金マンガン（ＰｔＭｎ）層２０３、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）層２０４、ルテニウム（Ｒｕ）層２０５、コバルト鉄ホウ素（ＣｏＦｅＢ）層２０６、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）層２０７、コバルト鉄ホウ素（ＣｏＦｅＢ）層２０８、タンタル（Ｔａ）層２０９、ルテニウム（Ｒｕ）層２１０、タンタル（Ｔａ）層２１１、窒化シリコン（ＳｉＮ）層２１２が形成され、その上に所定形状にパターニングされた酸化シリコン（ＳｉＯ）層２１３が形成されている。このような積層構造を有する半導体ウエハＷにおける白金マンガン（ＰｔＭｎ）層２０３のドライエッチングに本発明の金属膜のドライエッチング方法を、好適に適用することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上記の実施形態及び実施例では、白金マンガン層をドライエッチングする場合について説明したが、白金のみからなる白金層や、白金及び他の金属を含む層をドライエッチングする場合についても適用することができる。また、上記の実施形態及び実施例で使用したガス系は、ＣｏＦｅＢ磁性体のドライエッチングに使用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０１……基部、１０２……白金マンガン（ＰｔＭｎ）層、１０３……タンタル（Ｔａ）層、１０４……開口パターン、Ｗ……半導体ウエハ。
【図１】
0005740281.tif 000002
【図２】
0005740281.tif 000003
【図３】
0005740281.tif 000004
【図４】
0005740281.tif 000005