(57)【要約】      （修正有）【課題】タングステン含有材料（ドープまたは非ドープタングステン金属など）を異方性エッチングする方法を提供する。【解決手段】Ｃｌ2プラズマおよび酸素含有ラジカルによるタングステン表面のサイクル処理を含む。塩素プラズマによる処理は、基板を電気的にバイアスした状態で実行され、その結果、基板上の水平面が選択的にエッチングされる。酸素含有ラジカルによる処理は、基板の表面をエッチングに対して不動態化し、基板の垂直表面（凹型フィーチャの側壁など）をエッチングから保護する。Ｃｌ2プラズマおよび酸素含有ラジカルによる処理は、所望の量の材料を除去するために繰り返されてよい。異方性エッチングが、誘電材料（酸化シリコン、窒化シリコン、および、酸窒化シリコンなど）の存在下で選択的に実行されうる。【選択図】図１
2016139792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマエッチング装置内で半導体基板上のタングステン含有材料を異方性エッチングする方法であって、
（ａ）タングステン含有材料を含む半導体基板をプラズマエッチング処理チャンバに提供する工程と、
（ｂ）Ｃｌ2を含む第１の処理ガスを前記プラズマエッチング処理チャンバに導入し、プラズマを形成して、プラズマ活性化された塩素と前記タングステン含有材料を反応させる工程と、
（ｃ）工程（ｂ）の後に、前記第１の処理ガスを前記プラズマエッチング処理チャンバから除去する工程と、
（ｄ）酸素ラジカル源を含む第２の処理ガスを前記プラズマエッチング処理チャンバに導入し、酸素ラジカルを含むプラズマを形成して、前記タングステン含有材料の表面を不動態化する工程と、
（ｅ）工程（ｄ）の後に、前記第２の処理ガスを前記プラズマエッチング処理チャンバから除去する工程と
を備え、
前記方法は、主に選択された方向に前記タングステン含有材料をエッチングする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、工程（ｂ）でプラズマを形成することは、少なくとも約５００Ｖのバイアスを基板支持体に供給することを含む方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の処理ガスは、基本的にＣｌ2からなる方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の処理ガスは、Ｃｌ2と、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ2、および、それらの組み合わせからなる群より選択された不活性ガスとを含む方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、工程（ｂ）は、前記プラズマをパルス化する工程を含む方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、工程（ｂ）は、約５〜５０％の間のデューティサイクルで前記プラズマをパルス化する工程を含む方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記第２の処理ガスは、Ｏ2、Ｏ3、ＣＯ、ＣＯ2、ＣＯＳ、ＳＯ2、および、それらの混合物からなる群より選択された酸素ラジカル源を含む方法。
【請求項８】
請求項１の方法であって、前記酸素ラジカル源はＯ2である方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、工程（ｂ）〜（ｅ）が繰り返される方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、工程（ｂ）〜（ｅ）が少なくとも３回繰り返される方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、工程（ｂ）および（ｃ）は、工程（ｄ）および（ｅ）の前に実行される方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、工程（ｄ）および（ｅ）は、工程（ｂ）および（ｃ）の前に実行される方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、前記半導体基板は、さらに、酸化シリコン、窒化シリコン、および、酸窒化シリコンからなる群より選択された誘電材料の露出層を含む方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、前記半導体基板は、さらに、酸化シリコン、窒化シリコン、および、酸窒化シリコンからなる群より選択された誘電材料の露出層を含み、前記タングステン含有材料は、少なくとも約２：１のエッチング選択比でエッチングされる方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、前記半導体基板は、底部にタングステン含有材料の露出層を含む凹型フィーチャを含み、前記エッチングは、前記凹型フィーチャの幅または直径を実質的に変えることなしに、前記凹型フィーチャの前記底部から前記タングステン含有材料を除去する方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、約１０００〜７０００オングストロームの厚さを有するタングステン含有材料の層をエッチングすることを含む方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、前記半導体基板は、底部にタングステン含有材料の露出層を含む凹型フィーチャを備え、前記凹型フィーチャの幅または直径は約１５０ｎｍ未満である方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法であって、工程（ｂ）〜（ｅ）の１反復で、約１０〜５０ｎｍの前記タングステン含有材料が除去される方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
フォトレジストを前記半導体基板に塗布する工程と、
前記フォトレジストを露光する工程と、
前記フォトレジストのパターンを作成し、前記パターンを前記半導体基板に転写する工程と、
前記フォトレジストを前記半導体基板から選択的に除去する工程と
を備える方法。
【請求項２０】
半導体基板上のタングステン含有材料を異方性エッチングするためのプラズマエッチング装置であって、
（ａ）処理ガスの導入のための流入口を有する処理チャンバと、
（ｂ）前記タングステン含有材料のエッチング中に前記半導体基板を所定位置に保持するよう構成された前記処理チャンバ内の基板支持体であって、少なくとも前記エッチングの一部の間にバイアスされるよう構成された基板支持体と、
（ｃ）前記処理チャンバ内にプラズマを形成するよう構成されたシステムと、
（ｄ）コントローラであって、
（ｉ）Ｃｌ2を含む第１の処理ガスをプラズマエッチングの前記処理チャンバに導入し、プラズマを形成して、プラズマ活性化された塩素と前記タングステン含有材料を反応させるための命令と、
（ｉｉ）（ｉ）の後に、前記第１の処理ガスを前記プラズマエッチングの処理チャンバから除去するための命令と、
（ｉｉｉ）酸素ラジカル源を含む第２の処理ガスを前記プラズマエッチングの処理チャンバに導入し、酸素ラジカルを含むプラズマを形成して、前記タングステン含有材料の表面を不動態化するための命令と、
（ｉｖ）（ｉｉｉ）の後に、前記第２の処理ガスを前記プラズマエッチングの処理チャンバから除去するための命令とを備えたコントローラと
を備え、
前記方法は、主に選択された方向に前記タングステン含有材料をエッチングするプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の材料の層を除去する方法に関する。方法は、特に、半導体基板上のタングステン含有材料の異方性除去に有用である。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板での集積回路（ＩＣ）の製造は、誘電体の層に所望のパターンの導電路を形成するために複数の材料層の蒸着およびエッチングを行うことを含む。異方性エッチング（すなわち、選択された方向に優勢なエッチング）が、半導体基板上に凹型フィーチャを形成するのに有用なツールである。異方性エッチングの典型的な例において、材料は、水平方向のエッチングなしに、垂直方向にエッチングされる。例えば、凹型フィーチャの幅を保持しつつ、凹型フィーチャの底部から材料を除去できる。
【０００３】
タングステンおよびタングステン含有材料は、ＩＣ製造で頻繁に利用される材料（すなわち、両方とも導電層）となっており、より最近では、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）および３Ｄ−ＮＡＮＤ製造におけるハードマスクに用いられている。化学蒸着（ＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、および、物理蒸着（ＰＶＤ）など、タングステン蒸着に利用できる様々な方法があるが、タングステンをエッチングするための方法はまだ限られている。具体的には、異方性タングステンをエッチングするための方法、特に、誘電材料（酸化シリコンおよび窒化シリコンなど）の存在下での選択的異方性タングステンをエッチングするための方法の開発が求められている。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書で提供されている方法は、集積回路を製造するための処理（例えば、ＤＲＡＭおよび３Ｄ−ＮＡＮＤデバイスの加工中の半導体ウエハ上のタングステン含有ハードマスクのエッチングなど）に利用可能である。方法は、タングステン含有材料の異方性除去に適している。例えば、方法は、凹型フィーチャの側壁からのタングステン含有材料の除去を防ぎつつ、凹型フィーチャの底部のタングステン含有材料を除去するために利用できる。大量のタングステン含有材料を一方向的に除去できる。
【０００５】
一態様では、プラズマエッチング装置内で半導体基板上のタングステン含有材料を異方性エッチングする方法が提供されている。その方法は：（ａ）タングステン含有材料を含む半導体基板をプラズマエッチング処理チャンバに提供する工程と；（ｂ）Ｃｌ2を含む第１の処理ガスをプラズマエッチング処理チャンバに導入し、プラズマを形成して、プラズマ活性化された塩素とタングステン含有材料を反応させる工程と；（ｃ）工程（ｂ）の後に、第１の処理ガスをプラズマエッチング処理チャンバから除去する工程と；（ｄ）酸素ラジカル源を含む第２の処理ガスをプラズマエッチング処理チャンバに導入し、酸素ラジカルを含むプラズマを形成して、タングステン含有材料の表面を不動態化する工程と；（ｅ）工程（ｄ）の後に、前記第２の処理ガスを前記プラズマエッチング処理チャンバから除去する工程とを備え、方法は、主に選択された方向にタングステン含有材料をエッチングする。プラズマ活性化された塩素による方向性エッチングを保証するために、比較的大きい電気的バイアスが基板支持体に印加されることが好ましい。いくつかの実施例では、少なくとも約５００Ｖのバイアスが、基板支持体に供給される。
【０００６】
いくつかの実施形態において、第１の処理ガスは、基本的にＣｌ2からなる。いくつかの実施例において、第１の処理ガスは、Ｃｌ2と、Ｎ2、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ2、および、それらの組み合わせからなる群より選択された不活性ガスとを含む。いくつかの実施形態において、Ｃｌ2による基板の処理中にプラズマをパルス化することが好ましい。例えば、プラズマのパルス化は、約５〜５０％の間のデューティサイクルで基板ホルダのバイアス電圧を間欠的に上昇させることによって実行されてよい。
【０００７】
不動態化工程では、様々な酸素含有ガスを利用できる。例えば、いくつかの実施形態において、第２の処理ガスは、Ｏ2、Ｏ3、ＣＯ、ＣＯ2、ＣＯＳ、ＳＯ2、および、それらの混合物からなる群より選択された酸素ラジカル源を含む。いくつかの実施形態では、酸素ラジカル源としてＯ2を用いることが好ましい。
【０００８】
所望の量の材料をエッチングするために、通例は、工程（ｂ）〜（ｅ）が数回繰り返される。いくつかの実施形態では、工程（ｂ）〜（ｅ）は、少なくとも３回繰り返される。
【０００９】
記載の方法において、エッチング工程および不動態化工程の順序は逆であってもよい。例えば、いくつかの実施形態において、工程（ｂ）および（ｃ）は、工程（ｄ）および（ｅ）の前に実行される。別の実施形態において、工程（ｄ）および（ｅ）は、工程（ｂ）および（ｃ）の前に実行される。
【００１０】
タングステン含有材料のエッチングは、他の材料（酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、および、それらの組み合わせなど）よりも選択的に実行されうる。いくつかの実施形態において、基板は、タングステン含有材料の露出層と、酸化シリコン、窒化シリコン、および、酸窒化シリコンからなる群より選択された誘電材料の露出層とを含んでおり、タングステン含有材料は、誘電材料に対して少なくとも約２：１の選択比で選択的にエッチングされる。
【００１１】
一実施例において、半導体基板は、底部にタングステン含有材料の露出層を含む凹型フィーチャを備える。エッチングは、凹型フィーチャの幅または直径を実質的に変えることなしに、凹型フィーチャの底部からタングステン含有材料を除去できる。いくつかの実施形態において、凹型フィーチャの幅または直径は、約１５０ｎｍ未満である。
【００１２】
本明細書で提供されているエッチング方法は、比較的大量のタングステン含有材料を異方性エッチングするために利用できる。例えば、いくつかの実施形態において、エッチングされるタングステン含有材料は、約１，０００〜７，０００オングストローム（Å）の厚さを有してよい。いくつかの実施形態において、工程（ｂ）〜（ｅ）の１サイクルは、約１０〜５０ｎｍのタングステン含有材料を基板から除去する。
【００１３】
本明細書で提供されている方法は、フォトリソグラフィパターニングを含む処理スキームに組み込まれてよい。いくつかの実施形態において、提供されている方法は、さらに：フォトレジストを基板に塗布する工程と；フォトレジストを露光する工程と；フォトレジストをパターニングして、パターンを基板に転写する工程と；フォトレジストを基板から選択的に除去する工程とを備える。
【００１４】
別の態様では、半導体基板上のタングステン含有材料を異方性エッチングするためのプラズマエッチング装置が提供されている。その装置は：（ａ）処理ガスの導入のための流入口を有する処理チャンバと；（ｂ）タングステン含有材料のエッチング中に半導体基板を所定位置に保持するよう構成された処理チャンバ内の基板支持体であって、少なくともエッチングの一部の間にバイアスされるよう構成された基板支持体と；（ｃ）処理チャンバ内にプラズマを形成するよう構成されたシステムと；（ｄ）コントローラであって：（ｉ）Ｃｌ2を含む第１の処理ガスをプラズマエッチング処理チャンバに導入し、プラズマを形成して、プラズマ活性化された塩素とタングステン含有材料を反応させるための命令と；（ｉｉ）（ｉ）の後に、第１の処理ガスをプラズマエッチング処理チャンバから除去するための命令と；（ｉｉｉ）酸素ラジカル源を含む第２の処理ガスをプラズマエッチング処理チャンバに導入し、酸素ラジカルを含むプラズマを形成して、タングステン含有材料の表面を不動態化するための命令と；（ｉｖ）（ｉｉｉ）の後に、第２の処理ガスをプラズマエッチング処理チャンバから除去するための命令とを備えたコントローラとを備え、方法は、主に選択された方向にタングステン含有材料をエッチングする。
【００１５】
別の態様では、システムが提供され、そのシステムは、本明細書で提供される装置と、ステッパとを備える。
【００１６】
別の態様では、非一時的なコンピュータマシン読み取り可能媒体が提供され、その媒体は、プラズマエッチング装置のためのプログラム命令を備え、プログラム命令は：（ｉ）Ｃｌ2を含む第１の処理ガスをプラズマエッチング処理チャンバに導入し、プラズマを形成して、プラズマ活性化された塩素とタングステン含有材料を反応させるためのコードと；（ｉｉ）（ｉ）の後に、第１の処理ガスをプラズマエッチング処理チャンバから除去するためのコードと；（ｉｉｉ）酸素ラジカル源を含む第２の処理ガスをプラズマエッチング処理チャンバに導入し、酸素ラジカルを含むプラズマを形成して、タングステン含有材料の表面を不動態化するためのコードと；（ｉｖ）（ｉｉｉ）の後に、第２の処理ガスをプラズマエッチング処理チャンバから除去するためのコードとを備え、方法は、主に選択された方向にタングステン含有材料をエッチングする。
【００１７】
以下では、本発明のこれらおよびその他の特徴および利点について、関連図面を参照しつつ詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本明細書に記載の一実施形態に従って、エッチング方法の処理の流れを示す工程図。
【００１９】
【図２Ａ】本明細書に記載の実施形態に従って、エッチングを受ける基板を示す断面図。
【図２Ｂ】本明細書に記載の実施形態に従って、エッチングを受ける基板を示す断面図。
【図２Ｃ】本明細書に記載の実施形態に従って、エッチングを受ける基板を示す断面図。
【図２Ｄ】本明細書に記載の実施形態に従って、エッチングを受ける基板を示す断面図。
【図２Ｅ】本明細書に記載の実施形態に従って、エッチングを受ける基板を示す断面図。
【００２０】
【図３】一実施形態に従って、本明細書で提供されているエッチング反応を実行するのに適した装置を示す概略断面図。
【００２１】
【図４】本明細書に記載の一実施形態に従って、プラズマ内でのＣｌ2エッチング中の高周波（ＲＦ）パルスを示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本願の態様は、基板（製造途中の集積回路など）からタングステン含有材料を異方性エッチングするためのものである。例えば、方法は、ＤＲＡＭおよび３Ｄ−ＮＡＮＤ製造におけるタングステン含有ハードマスクをエッチングするため、ならびに、タングステン含有ゲート電極をエッチングするために利用できる。本発明の方法は、半導体基板（すなわち、構造の任意の位置に半導体材料を含む基板）の処理で特に利用するものであるが、その他の応用例で用いられてもよい。提供されている方法は、Ｃｌ2系のエッチャントおよび酸素系の不動態化剤を順次供給することで、タングステン含有材料の異方性除去を達成する。
【００２３】
提供された方法によって除去できるタングステン含有材料は、通例、少なくとも約３０％の原子タングステン（少なくとも約５０％、少なくとも約７５％、または、少なくとも約９５％の原子タングステンなど）を含む。例としては、ドープされたタングステン金属、非ドープのタングステン金属（例えば、少なくとも９５％の純度のタングステン金属）、定比および不定比のタングステン化合物、ならびに、合金および固溶体が挙げられる。例えば、タングステンは、窒素、炭素、リン、および、それらの組み合わせでドープされてよい。
【００２４】
本明細書で提供される方法は、シリコン含有誘電材料（酸化シリコン、窒化シリコン、および、酸窒化シリコンなど）の存在下で、タングステン含有材料を選択的にエッチングすることができる。これらの誘電材料は、ドープされてもドープされなくてもよく、定比性である必要はない。本明細書で用いられている「酸化シリコン」という用語は、様々なタイプの酸化シリコン、ケイ酸塩、および、ケイ酸塩系ガラス（テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、ホウケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ）ＣＶＤ酸化物、および、亜大気圧（ＳＡ）ＣＶＤ酸化物など）を含む。選択比は、少なくとも約２：１（単一の所望の方向におけるエッチング速度の比を指す）でありえ、いくつかの実施形態では、少なくとも約３：１である。
【００２５】
方法は、いくつかの実施形態において、エッチングの高異方性で特徴付けられる。したがって、タングステンは、所望の方向に、例えば、凹型フィーチャの幅を実質的に変えることなしに（すなわち、不変のままであるか、または、５０％以下（例えば、１０％以下）だけの増加にとどまりうる）、凹型フィーチャの底部から選択的に除去されうる。いくつかの実施形態において、好ましい方向におけるタングステン含有材料のエッチング速度（例えば、凹型フィーチャの底部からの除去速度）と、好ましくない方向のエッチング速度（例えば、凹型フィーチャの側壁からの除去速度）との比は、少なくとも約２０：１、好ましくは５０：１、さらに好ましくは１００：１である。
【００２６】
方法は、任意の量のタングステン含有材料の除去に利用可能であり、特に、比較的狭い凹型フィーチャ（例えば、約２０〜１５０ｎｍまたは約２０〜５０ｎｍなど、約１５０ｎｍ未満の幅のフィーチャ）の底部から比較的多量（約３，０００オングストローム〜７，０００オングストロームなど）のタングステン含有材料を除去するのに有用である。提供されている方法は、フッ素系の化学物質を用いて実行される従来のタングステンエッチングを超える明確な利点を示しうる。利点は、露出した酸化シリコンの存在下でのタングステンエッチングの高選択比、および、エッチング中の凹型フィーチャの幅の保持を可能にする優秀な異方性を含みうる。また、提供されている方法は、プラズマにおけるＣｌ2およびＯ2の同時導入に依存する方法よりも大幅に高いエッチング速度を提供しうる。例えば、提供されている方法でのエッチング速度は、通例、少なくとも約４０ｎｍ／分（例えば、約４０〜１００ｎｍ／分）など、少なくとも約２０ｎｍ／分である。提示されている方法の別の利点は、高アスペクト比の凹型フィーチャにおけるエッチングの有効性である。したがって、例えば、少なくとも約８：１など、少なくとも約５：１のアスペクト比を有する凹型フィーチャ（例えば、約１０：１のアスペクト比のフィーチャ）の底部から、タングステン含有材料を除去できる。
【００２７】
ここで、タングステンエッチングを一例として用いて、方法を説明する。上述した任意のタングステン含有材料が、これらの方法を用いて同様にエッチングされうることが理解される。
【００２８】
タングステンエッチング方法の処理フローチャートの一例が、図１に提供されている。エッチングの様々な段階を表す基板の断面図が、図２Ａ〜図２Ｅに示されている。
【００２９】
処理は、工程１０１で、タングステン層を含む基板を処理チャンバ内に配置することによって始まる。一般に、露出したタングステン層を含む様々な基板を利用できる。基板は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、または、それらの組み合わせなど、別の材料の露出層を含んでもよい。いくつかの実施形態において、基板は、凹型フィーチャを含み、タングステンの層は、凹型フィーチャの底部に配置されている。かかる基板は、図２Ａに示されている。基板は、タングステン層１０１と、タングステン層１０１の上に配置された酸化シリコンまたは窒化シリコンの層１０３と、タングステンが凹型フィーチャの底部で露出されるように層１０３に形成された凹型フィーチャ１０５とを含む。タングステンは、プラズマ内で生成されたイオンを基板に向かって垂直に方向付けるために基板ホルダにバイアスを印加した状態でのプラズマ生成を可能にする任意の処理チャンバ内でエッチングされうる。様々なドライエッチングチャンバが、かかるエッチングに適する。適切な装置の一例は、Ｌａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社のＫｉｙｏＦＸ装置である。電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源を有する装置が、エッチングに用いられてもよい。
【００３０】
基板が処理チャンバ内に配置された後、工程１０３に示すように、Ｃｌ2を含む処理ガスが処理チャンバ内に流され、基板にバイアスを印加した状態でプラズマが形成され、塩素イオンによるタングステンの方向性エッチングを可能にする。この工程は、エッチング工程と呼ばれる。いくつかの実施形態において、処理ガスは、基本的にＣｌ2からなる。いくつかの実施形態において、処理ガスは、さらに、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン、および、ネオンなど、１または複数の不活性ガスを含んでもよい。処理ガスは、任意の実質的な量のフッ素含有ガスを含まないことが好ましい。例えば、Ｃｌ2含有処理ガスは、フッ素含有ガスを全く含まなくてもよいし、体積で１％以下のかかるガスを含んでもよい。いくつかの実施形態において、Ｃｌ2含有処理ガスは、実質的な量の酸素含有ガスを含まない。例えば、Ｃｌ2含有処理ガスは、酸素含有ガスを全く含まなくてもよいし、体積で１％以下のかかるガスを含んでもよい。Ｃｌ2プラズマでの異方性エッチングの重要な特徴は、方向性エッチングを保証するために基板ホルダに印加される比較的高いバイアスであり、ここで、エッチングの方向は、Ｃｌ＋イオン衝撃の方向によって決定される。Ｃｌ＋イオンは、負にバイアスされた基板に引きつけられ、タングステンと反応すると共に反応で形成されたＷＣｌｘを基板の表面から除去するのに十分なエネルギを有する。Ｃｌ＋処理の方向性により、基板上の水平面（例えば、凹型フィーチャの底部）からのタングステン除去の速度は、垂直面（例えば、凹型フィーチャの側壁）からのタングステン除去の速度よりも大きい。基板チャックに印加されるバイアスは、少なくとも約５００Ｖであることが好ましい。例えば、いくつかの実施形態において、少なくとも約７５０Ｖ（少なくとも約１０００Ｖなどの）のバイアスを印加することが好ましい。いくつかの実施形態では、約１０００〜１７００Ｖのバイアスが印加される。いくつかの実施形態では、バイアスをパルスで印加することが好ましく、各パルスは、上で挙げた電圧レベルで供給されるが、パルス間のベースラインレベルは、０ボルトまたは比較的低い電位（例えば、約２００Ｖ未満）であってよい。パルス化のデューティサイクルは、いくつかの実施形態において、約５〜５０％の間である。一例では、デューティサイクルは１０％であり、周波数は１００Ｈｚである。バイアスは、通例、基板に負のＤＣバイアスを誘導するＲＦバイアスである。図２Ｂは、プラズマ内でのＣｌ2エッチング中に得られる基板を示す。基板に向かって垂直に方向付けられたＣｌ＋イオンは、凹型フィーチャ１０５の底部のタングステン層１０１をエッチングする。エッチングは垂直方向に異方的に進むので、エッチングされた部分１０７は、凹型フィーチャの実質的な拡張がないことを示している。
【００３１】
Ｃｌ2処理が完了した後、余分なＣｌ2および反応生成物が、処理チャンバから除去される。例えば、処理チャンバは、パージガス（例えば、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、または、それらの組み合わせ）でパージされてよい、および／または、排気されてよい。
【００３２】
次に、工程１０５で、基板は、酸素ラジカルに接触させられる。この工程の目的は、より低いエネルギのＣｌ＋イオンによる次のエッチングに向けて、タングステンの表面を不動態化することである。この工程は、不動態化工程と呼ばれる。この工程は、第２の処理ガスを処理チャンバに導入して、プラズマを形成することを含み、ここで、第２の処理ガスは、酸素ラジカル源（Ｏ2、Ｏ3、ＣＯ、ＣＯ2、ＣＯＳ、ＳＯ2、および、それらの混合物など）を含む。例えば、いくつかの実施形態において、第２の処理ガスは、Ｏ2を含むか、または、基本的にＯ2からなる。いくつかの実施形態において、不活性ガス（例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、または、これらのガスの組み合わせ）が、酸素ラジカル源に加えて、第２の処理ガスに含まれてもよい。いくつかの実施形態では、ハイドロフルオロカーボン（ＣＨ３Ｆなど）が、第２の処理ガスに追加される。ハイドロフルオロカーボンの流量と酸素ラジカル源の流量との流量比は、約１：１０未満である。プラズマは、高い方向性を持たないように処理チャンバ内で形成され、この工程における基板ホルダＲＦバイアスは、比較的低く維持されるか、または、無しである。いくつかの実施形態において、基板ホルダＲＦバイアスは、約２００Ｖ未満（約１５０Ｖ未満など）である。いくつかの実施形態では、約１００Ｖのバイアスが用いられる。いくつかの実施形態において、酸素ラジカルを含むプラズマは、基板が処理される処理チャンバ内で直接形成される。別の実施形態において、酸素ラジカルは、処理チャンバに接続された遠隔プラズマチャンバ内で形成されてもよく、酸素ラジカルは、導管を介して遠隔プラズマチャンバから処理チャンバに供給される。
【００３３】
図２Ｃは、酸素不動態化工程を受けている基板を示す。ＷＯｘおよびＷＣｌＯｘ種を含む不動態層１０９が、すべての利用可能なタングステン表面（この例では、凹型フィーチャの側壁および凹型フィーチャの底部のタングステン含有部分を含む）上に形成される。
【００３４】
次に、処理チャンバは、酸素ラジカル源を除去するためにパージおよび／または排気され、工程１０７において、さらなるエッチングが必要であるか否かが判定される。多くの実施形態において、Ｃｌ2エッチングおよび酸素不動態化の工程は、複数回（少なくとも３回など）繰り返されることが好ましい。しばしば、約１０〜３０サイクルが実行される。さらなるエッチングが必要なくなると、処理は終了する。
【００３５】
図２Ｄは、プラズマ内のＣｌ2による２回目のエッチングサイクルを受ける基板を示している。この工程において、不動態層１０９は、凹型フィーチャの側壁上に保持されるが、方向性エッチングによって凹型フィーチャの底部から除去される。さらなる量のタングステンが、凹型フィーチャの底部から除去されてよく、不動態化されていない領域１１１を開く。次に、処理チャンバのパージまたは排気の後、この領域は、酸素ラジカルでの処理によって不動態化され、図２Ｅに示す構造を提供し、ここで、不動態層１０９は、再び、すべての利用可能な露出したタングステン表面を覆う。
【００３６】
エッチング処理は、凹型フィーチャの幅を実質的に変えることなしに、比較的大量のタングステンを除去できる。一部の例では、約１０００〜７０００オングストロームの間（例えば、約３００〜７０００オングストロームの間）の厚さを有する層が除去される。通例、エッチングの各サイクル（Ｃｌ2プラズマでの１回のエッチング動作および酸素ラジカルでの１回の不動態化）が、約５〜５０ｎｍの間（約１０〜５０ｎｍの間など）の厚さのタングステン層を除去する。
【００３７】
サイクルごとに除去されるタングステンの量は、凹型フィーチャの幅を保持する要求によって左右される。従って、エッチング工程がより長い時間実行されて、より厚いタングステン層をエッチング除去すると、凹型フィーチャの幅は、いくらかの側方エッチングにより増大しうる。頻繁な不動態化工程は、側方エッチングを抑制し、凹型フィーチャの幅を実質的に保持することを保証する。
【００３８】
Ｃｌ2プラズマ処理および酸素ラジカルでの不動態化の順序は、図１に示した通りであってもよいし、逆であってもよい。例えば、いくつかの実施形態において、処理は、不動態化工程での酸素ラジカルによる基板の処理に始まって、次に、エッチング工程でのプラズマ内のＣｌ2による処理に続き、ここで、処理チャンバは、各処理後に余剰な反応物質および反応生成物を除去するためにパージおよび／または排気される。次に、不動態化工程およびエッチング工程は、所望の量の材料をエッチングするのに必要な回数だけ繰り返されてよい。
【００３９】
記載されたドライエッチング方法のための処理条件は、様々でありうる。いくつかの実施形態において、処理は、約０．５〜４００ｍＴｏｒｒの圧力および約３０〜１００℃の温度（約３０〜７０℃など）の温度（温度は基板ホルダで測定される）で実行される。プラズマは、いくつかの実施形態において、例えば、約１３．５６ＭＨｚの周波数で動作する誘電結合プラズマ（ＩＣＰ）励起源を用いて生成される。
【００４０】
装置
本明細書で提供した処理は、プラズマ生成に適合され、基板ホルダにバイアスを提供するためのシステムを有する任意の装置で実施できる。これらの装置は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）、および、ＥＣＲの生成源を有する装置を含みうる。
【００４１】
適する装置は、通例、処理ガスの導入のための流入口を有する処理チャンバと；タングステン含有材料のエッチング中に半導体基板を所定位置に保持するよう構成された処理チャンバ内の基板支持体であって、少なくともエッチングの一部の間にバイアスされるよう構成された基板支持体と；処理チャンバ内にプラズマを形成するよう構成されたシステムと；本明細書に記載の方法のいずれかを実行するためのプログラム命令を備えたコントローラとを備える。
【００４２】
図３は、本発明を実施する際に利用可能なエッチングリアクタの一例を示す概略図である。本発明の１または複数の実施形態において、エッチングリアクタ３００は、アンテナ電極３１４と、チャンバ壁３５０によって囲まれたエッチング処理チャンバ３４９内に、ガス流入口を提供するガス分配プレート３０６と、静電チャック（ＥＳＣ）３０８とを備える。エッチング処理チャンバ３４９内では、基板２０４が、静電チャック３０８の上に配置される。静電チャック３０８は、基板２０４を保持するための静電チャックとしてバイアスＲＦ源３４８からバイアスを提供してもよいし、別のチャック力を用いて基板２０４を保持してもよい。熱源３１０（加熱ランプなど）が、基板を加熱するために設けられている。ガス源３２４が、分配プレート３０６を通してエッチングチャンバ３４９に接続されている。
【００４３】
バイアスＲＦ源３４８および励起ＲＦ源３５２が、アンテナ電極３１４およびＥＳＣ３０８に電力を提供するために、コントローラ３３５を通してエッチング処理チャンバ３４９に電気的に接続されている。バイアスＲＦ源３４８は、バイアスＲＦ電力を生成し、そのバイアスＲＦ電力をエッチング処理チャンバ３４９に供給する。この例において、バイアスＲＦ電力は、２ＭＨｚの周波数を有する。励起ＲＦ源３５２は、ソースＲＦ電力を生成し、そのソースＲＦ電力をエッチング処理チャンバ３４９に供給する。この例において、このソースＲＦ電力は、１３．５６ＭＨｚの周波数を有する。
【００４４】
異なるＲＦ信号が、様々な組み合わせの上部電極および底部電極に対して供給されてよい。エッチングされる材料が載置されたＥＳＣ３０８を通して、最も低い周波数のＲＦが供給されることが好ましい。この例において、励起ＲＦ源３５２は、アンテナ電極３１４に電力を供給する。
【００４５】
コントローラ３３５は、ガス源３２４にも接続されている。コントローラ３３５は、エッチング処理チャンバ３４９へのエッチングガスの流量、チャンバ圧、ＲＦ源３４８および３５２からのＲＦ電力の生成、アンテナ電極３１４、ならびに、排気ポンプ３２０を制御する。ガス分配プレート３０６は、ガス源３２４に接続されており、ガス源３２４からのガスのためのガス流入口として機能する。排気ポンプ３２０は、ガスを除去するガス流出口として機能し、ガスは、ガス分配プレート３０６からプラズマ領域３４０を通して排気ポンプ３２０へと流れる。排気ポンプ３２０は、圧力の制御に役立ちうる。
【００４６】
いくつかの実施例において、コントローラは、システムの一部であり、システムは、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１または複数の処理ツール、１または複数のチャンバ、処理のための１または複数のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。コントローラは、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
【００４７】
概して、コントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウエア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ウエハのダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
【００４８】
コントローラは、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べる、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、もしくは、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にしうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例において、コントローラは、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、コントローラは、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。
【００４９】
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層蒸着（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
【００５０】
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。
【００５１】
上述の装置／処理は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電力パネルなどの加工または製造のために、リソグラフィパターニングツールまたは処理と共に用いられてもよい。通例、必ずしもそうとは限らないが、かかるツール／処理は、共通の製造施設で一緒に利用または実行されている。薄膜のリソグラフィパターニングは、通例、以下の工程の一部または全部を含み、各工程は、複数の可能なツールで実現される：（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを用いて、ワークピース（すなわち、基板）上にフォトレジストを塗布する工程；（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを用いて、フォトレジストを硬化させる工程；（３）ウエハステッパなどのツールで可視光またはＵＶまたはＸ線にフォトレジストを暴露させる工程；（４）ウェットベンチなどのツールを用いて、選択的にレジストを除去することによってパターニングするためにレジストを現像する工程；（５）ドライエッチングツールまたはプラズマ支援エッチングツールを用いて、下層の膜またはワークピースにレジストパターンを転写する工程；ならびに、（６）ＲＦプラズマまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを用いて、レジストを除去する工程。
【００５２】
例
実験検証の例では、凹型フィーチャのアレイまたはマトリクスを含む基板を準備した。凹型フィーチャは、１０：１のアスペクト比および２７ｎｍの幅を有していた。凹型フィーチャは、酸化シリコン材料に形成され、凹型フィーチャの底部に露出したタングステン層を有していた。タグステンは、Ｌａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社製のＫｉｙｏ  ＦＸ装置でエッチングされた。基板は、処理チャンバ内に配置され、Ｃｌ2が、１００ｓｃｃｍの流量で処理チャンバに供給された。プラズマが、１３．５６ＭＨｚのＩＣＰ励起源に３００Ｗの電力を供給すると共に基板保持チャックに１５００ＶのＲＦバイアスを供給することによって形成された。バイアスは、１０％デューティサイクルのパルスで印加された。バイアスパルス化のタイミング図が、図４に概略的に図示されている。基板は、５ｍＴｏｒｒの圧力および７０℃の温度（基板ホルダにおける温度）で１２秒間、プラズマ内のＣｌ2で処理された。次に、処理チャンバはパージされ、（２００ｓｃｃｍの流量で供給された）Ｏ2および（１０ｓｃｃｍの流量で供給された）ＣＨ３Ｆの混合物が、処理チャンバ内に流された。１００Ｖのバイアスを基板ホルダに印加しつつ、１３．５６ＭＨｚのＩＣＰ励起源に２５００Ｗの電力を供給することによって、パルス化なしにプラズマを形成した。酸素ラジカルでの処理は、７０℃の温度で３秒間実行された。次いで、処理チャンバはパージされ、エッチング工程および不動態化工程が３０回繰り返された。凹型フィーチャの底部から除去されたタングステンの合計厚さは、２５０ｎｍであり、約８ｎｍがエッチングサイクルごとに除去された。エッチング終了時の凹型フィーチャの幅は２８ｎｍであった。
【００５３】
本明細書に記載の例および実施形態は、単に例示を目的としたものであり、それらに照らして、様々な変形例または変更例が当業者に想到されることが理解される。様々な詳細事項が簡単のために省略されているが、様々な設計の変更が実施されてよい。したがって、上述した例は、例示を目的としたものであって限定的ではなく、本発明は、本明細書で取り上げた項目に限定されず、添付した特許請求の範囲の範囲内で変更することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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