(57)【要約】      （修正有）【課題】タングステン含有層をエッチングする方法を提供する。【解決手段】Ｏ2およびフッ素含有成分を含むエッチングガスを供給する。このエッチングガスは、フッ素原子と少なくとも同数の酸素原子を有する。エッチングガスからプラズマを形成する。タングステン含有層（Ｗ層）は、エッチングガスから形成されたプラズマを用いてエッチングされる。【選択図】図１
2016032117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステン含有層をエッチングする方法であって、
Ｏ2およびフッ素含有成分を含むエッチングガスを提供し、前記エッチングガスは、フッ素原子と少なくとも同数の酸素原子を有すること、
前記エッチングガスからプラズマを形成すること、および
前記エッチングガスから形成された前記プラズマを用いて前記タングステン含有層をエッチングすること
を含む、方法。
【請求項２】
前記エッチングガスは、さらにＮ2を含み、前記エッチングガスは、フッ素原子と少なくとも同数の窒素原子を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも３０ｍＴｏｒｒの圧力をかけることをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記タングステン層を少なくとも３０℃に加熱することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
１００から４００ボルトのバイアスをかけることをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、またはＴｉＮでできた露出層が前記タングステン含有層の前記エッチに曝露され、前記タングステン含有層の前記エッチングは、前記露出層に対して前記タングステン含有層を選択的にエッチングする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
４００ボルト未満のバイアスをかけることをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記タングステンをエッチングすることは、アスペクト比が少なくとも１０：１である特徴部が前記タングステン含有層の中でエッチングされるまで維持される、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
エッチングガスの合計流量は１０００ｓｃｃｍ以下である、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも６０ｍＴｏｒｒの圧力をかけることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記タングステン含有層を少なくとも６０℃に加熱することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
１００から４００ボルトのバイアスをかけることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、またはＴｉＮでできた露出層が前記タングステン含有層の前記エッチに曝露され、前記タングステン含有層の前記エッチングは、前記露出層に対して前記タングステン含有層を選択的にエッチングする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
４００ボルト未満のバイアスをかけることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記タングステンをエッチングすることは、アスペクト比が少なくとも１０：１である特徴部が前記タングステン含有層の中でエッチングされるまで維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
エッチングガスの合計流量は１０００ｓｃｃｍ以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記タングステン含有層は、純タングステンである、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、またはＴｉＮの層に対してタングステン層中の特徴部を選択的にエッチングする方法であって、
Ｏ2、Ｎ2、およびフッ素含有成分を含むエッチングガスを提供し、前記エッチングガスは、フッ素原子と少なくとも同数の酸素原子およびフッ素原子と少なくとも同数の窒素原子を有すること、
前記エッチングガスからプラズマを形成すること、
室圧を少なくとも６０ｍＴｏｒｒに維持すること、
１００から４００ボルトのバイアスをかけること、および
前記エッチングガスから形成された前記プラズマで前記タングステン層をエッチングして、アスペクト比が少なくとも１０対１の特徴部を形成すること
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造過程でタングステン（Ｗ）含有層を選択的にエッチングすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの処理過程では、タングステン含有層を介して特徴部（feature）をエッチングできる。
【０００３】
タングステンを含む特定の特徴部を形成する過程では、タングステンを選択的にエッチングしなければならないが、シリコン、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜、または窒化チタン膜は、最小限にエッチングされる。以前はこのように選択度を実現できなかった。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前述の内容を実現するために、本発明の目的によれば、タングステン含有層をエッチングする方法を提供する。Ｏ2およびフッ素含有成分を含むエッチングガスを供給し、このエッチングガスは、フッ素原子と少なくとも同数の酸素原子を有する。エッチングガスからプラズマを形成する。タングステン含有層は、エッチングガスから形成されたプラズマを用いてエッチングされる。
【０００５】
本発明のもう１つの表現形態によれば、シリコン酸化膜層に対するタングステン層内の特徴部を選択的にエッチングする方法を提供する。Ｏ2、Ｎ2、およびフッ素含有成分を含むエッチングガスを供給し、エッチングガスは、フッ素原子と少なくとも同数の酸素原子およびフッ素原子と少なくとも同数の窒素原子を有する。エッチングガスからプラズマを形成する。少なくとも６０ｍＴｏｒｒの室圧を維持する。１００から４００ボルトのバイアスをかける。タングステン層は、エッチングガスから形成されたプラズマでエッチングされて、アスペクト比が少なくとも１０対１である特徴部を形成する。
【０００６】
本発明のこれらの特徴およびその他の特徴について、本発明の詳細な説明および以下の図面と合わせて以下にさらに詳細に説明していく。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明は、添付の図面に例として示したものであって、限定的に示したものではなく、図面では同じ符号は同様の要素を指している。
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態の高度なフローチャートである。
【０００９】
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるスタック処理の概略図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によるスタック処理の概略図である。
【００１０】
【図３】エッチングに使用できるエッチング反応装置の概略図である。
【００１１】
【図４】本発明の実施形態で使用する制御装置を実装するのに適しているコンピュータシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付の図面に示した本発明のいくつかの好適な実施形態を参照して、本発明を詳細に説明していく。以下の説明文では、本発明を完全に理解してもらうために、多数の特定の詳細を記載している。ただし、このような特定の詳細の一部または全部がなくとも本発明を実行できることは当業者には明らかであろう。また、本発明を無駄に不明瞭にしないために、公知の処理工程および／または構造については詳細に説明していない。
【００１３】
理解しやすいように、図１に、本発明の一実施形態で使用する処理の高度なフローチャートを示している。少なくとも１つのＷ含有層を含むスタックを含む基板を供給する（ステップ１０４）。エッチングガスを供給する（ステップ１０８）。エッチングガスはプラズマ状に形成される（ステップ１１２）。Ｗ含有層は、選択的にエッチングされる（ステップ１１６）。
【００１４】
実施例
本発明の好適な実施形態の一例では、少なくとも１つのタングステン含有層を含むスタックを含む基板を供給する（ステップ１０４）。図２Ａは、基板層または特徴層２０４が上層２０８の下に堆積されているスタック２００の断面図である。この例では、特徴層２０４はシリコンであり、上層２０８はシリコン酸化膜でできている。特徴部２１２を特徴層２０４に形成している。横方向の特徴部２１６を特徴部２１２の両側に形成している。Ｗ含有層２２０をスタック２００の上に堆積する。このような堆積は、電気めっきもしくは無電解堆積または共形の金属層を堆積する別の方法を用いて行うことができる。
【００１５】
１つの実施形態では、全処理を単一のプラズマエッチング室で実施できる。図３は、プラズマ処理システム３００の概略図であり、このシステムはプラズマ処理機３０１を備えている。プラズマ処理機３０１は、誘導結合プラズマエッチング機であり、プラズマ処理室３０４を中に有するプラズマ反応装置３０２を備えている。変圧器結合電力（ＴＣＰ）制御装置３５０がＴＣＰ電源３５１を、バイアス電力制御装置３５５がバイアス電源３５６をそれぞれ制御して、プラズマ処理室３０４の内部で生じるプラズマ３２４に作用させる。
【００１６】
ＴＣＰ制御装置３５０は、ＴＣＰ電源３５１に対する設定点を設定し、このＴＣＰ電源は、無線周波数信号を１３．５６ＭＨｚで供給するように構成され、ＴＣＰマッチングネットワーク３５２によって、プラズマ処理室３０４の近傍に位置しているＴＣＰコイル３５３に合わせられる。ＴＣＰコイル３５３をプラズマ処理室３０４から分離するためにＲＦ透過窓３５４を設け、エネルギーがＴＣＰコイル３５３からプラズマ処理室３０４へ移動できるようにする。
【００１７】
バイアス電力制御装置３５５は、バイアス電源３５６に対する設定点を設定し、このバイアス電源は、ＲＦ信号を供給するように構成され、バイアスマッチングネットワーク３５７によって、プラズマ処理室３０４の内部に位置しているチャック電極３０８に合わせられて直流電流（ＤＣ）のバイアスを電極３０８の上に形成し、この電極は、特徴層２０４を含む被処理ウエハを受けるように適応している。
【００１８】
ガス供給機構またはガス源３１０が、１つまたは複数のガスの１つまたは複数の源３１６を備え、このガス源は、ガスマニホールド３１７を介して装着され、処理に必要な適切な化学物質をプラズマ処理室３０４の内部に供給する。ガス排出機構３１８が、圧力制御弁３１９および排出ポンプ３２０を備え、プラズマ処理室３０４内から粒子を除去し、プラズマ処理室３０４を特定の圧力に維持する。
【００１９】
温度制御装置３８０は、冷却用電源３８４を制御することによって、チャック電極３０８内に設けられた冷却用再循環システムの温度を制御する。プラズマ処理システムは電子制御回路３７０も備え、この電子制御回路は、バイアス電力制御装置３５５、ＴＣＰ制御装置３５０、温度制御装置３８０、およびその他の制御システムを制御するために使用されてよい。プラズマ処理システム３００は、終点検出器を有していてもよい。このような誘導結合システムの一例が、米国カリフォルニア州フリーモント所在のＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社が構築したＫｉｙｏであり、これは、誘電材料および有機材料のほか、シリコン、ポリシリコンおよび導電層をエッチングするのに使用される。本発明のその他の実施形態では、容量結合システムを使用してよい。
【００２０】
図４は、高度なブロック図であり、本発明の実施形態で使用する制御回路３７０を実装するのに適しているコンピュータシステム４００を示している。コンピュータシステムは、集積回路、プリント回路基板、小型のハンドヘルドデバイスから巨大なスーパーコンピュータに至るまで、多くの物理的形態であってよい。コンピュータシステム４００は、１つ以上のプロセッサ４０２を備え、さらに、電子表示デバイス４０４（画像、テキストおよびその他のデータを表示するためのもの）、メインメモリ４０６（例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、ストレージデバイス４０８（例えばハードディスクドライブ）、リムーバブルストレージデバイス４１０（例えば光学ディスクドライブ）、ユーザインターフェースデバイス４１２（例えばキーボード、タッチ画面、キーパッド、マウスまたはその他のポインティングデバイスなど）、および通信インターフェース４１４（例えばワイヤレスネットワークインターフェース）を備えることができる。通信インターフェース４１４により、リンクを介してコンピュータシステム４００と外部デバイスとの間でソフトウェアおよびデータを伝送できる。システムは、通信基盤４１６（例えば通信バス、クロスオーバーバー、またはネットワーク）を備えていてもよく、この通信基盤に対して前述のデバイス／モジュールが接続される。
【００２１】
通信インターフェース４１４を介して伝送された情報は、電子信号、電磁気信号、光学信号または信号を伝達できる通信リンクを介して通信インターフェース４１４で受信できるその他の信号などの信号形態であってよく、ワイヤーまたはケーブル、光ファイバー、電話線、携帯電話リンク、無線周波数リンク、および／またはその他の通信チャネルを用いて実装されてよい。このような通信インターフェースでは、前述の方法ステップを実施する過程で、１つ以上のプロセッサ４０２がネットワークからの情報を受信できたり、ネットワークに情報を出力できたりすることが構想される。このほか、本発明による方法の実施形態では、プロセッサのみで実行してもよく、または処理の一部を分担する遠隔のプロセッサと組み合わせたインターネットなどのネットワーク上で実行してもよい。
【００２２】
「非一過性のコンピュータ可読媒体」という用語は、一般に、メインメモリ、サブメモリ、リムーバブルストレージ、およびストレージデバイスなどの媒体を指し、ストレージデバイスは、例えばハードディスク、フラッシュメモリ、ディスクドライブメモリ、ＣＤ−ＲＯＭおよびその他の持続的な記憶装置形態であり、キャリア波またはキャリア信号のような一過性の対象物を含めるものと解釈してはならない。コンピュータコードの例には、コンパイラで生成したようなマシンコード、およびインタープリタを用いてコンピュータが実行するファイル含有の高級コードなどがある。コンピュータ可読媒体は、キャリア波に組み込まれたコンピュータデータ信号によって伝送されたコンピュータコードであって、プロセッサが実行できる一連の命令を表しているコンピュータコードであってもよい。
【００２３】
エッチングガスをガス源３１６からプラズマ処理室３０４に供給する（ステップ１０８）。この実施形態では、エッチングガスは、酸素、窒素、およびフッ素含有成分を含む。エッチングガスの配合の一例が、８０ｓｃｃｍのＣＦ4、１６０ｓｃｃｍのＯ2、１６０ｓｃｃｍのＮ2である。
【００２４】
エッチングガスをプラズマ状に形成する（ステップ１１２）。この例では、エッチングガスをプラズマ状に形成するのに、１８００ワットのＴＣＰ電力を１３．５ＭＨｚで供給する。Ｗ層２２０をエッチングする（ステップ１１６）。０〜１００ボルトのバイアスをかける。室圧を１８０ｍＴｏｒｒに維持する。Ｗ層を６０℃に維持する。この処理を１００〜２００秒間維持する。
【００２５】
図２Ｂは、Ｗ層をエッチングした後のスタック２００の断面概略図である。エッチ（the etch）はＷ層の大部分をエッチングで除去していて、特徴層２０４に最小のエッチングを施したＷ特徴部２２４が残っている。このような仕上がりにするには高度な選択的エッチングが必要である。
【００２６】
好ましくは、エッチングガスはＯ2およびフッ素含有成分を含み、エッチングガスは、フッ素原子と少なくとも同数の酸素原子を有する。さらに好ましくは、エッチングガスはＮ2も含み、この場合はフッ素原子と少なくとも同数の窒素原子がある。酸素および窒素を好適な濃度にするとＷＯxＮyの生成が増すと考えられ、この場合のｘおよびｙは正の整数である。フッ素は、ＷＯxＮyと反応してＷＯxＦzを形成する。上記の例では、フッ素含有分子の少なくとも２倍の酸素分子がある。その上、フッ素含有分子の少なくとも２倍の窒素分子がある。窒素含有層よりもタングステン含有層を選択的にエッチングする場合、エッチングガス中の窒素の存在が窒素含有層を保護するのに役立ってエッチングの選択度が向上すると考えられる。
【００２７】
好ましくは、エッチング処理過程で少なくとも３０ｍＴｏｒｒの圧力をかける。理論抜きに考えた場合、３０ｍＴｏｒｒよりも高い圧力にするとプラズマの密度が下がると考えられ、このようにすると衝撃が少なくなる。これによって、衝撃を利用する物理的エッチングよりも化学的エッチングを有利にすることができ、これによって選択度が向上する。このほか、圧力をさらに上げると、上から下までのＷ含有層のエッチングの均一性も向上するとともに、タングステンエッチングに対するアスペクト比を高くすることができると考えられる。さらに好ましくは、圧力は少なくとも１００ｍＴｏｒｒである。
【００２８】
好ましくは、Ｗ層は、少なくとも３０℃の温度に維持される。さらに好ましくは、Ｗ層は、少なくとも６０℃の温度に維持される。最も好ましくは、Ｗ層は、３０℃から９０℃の温度に維持される。温度を高くするほど選択度が増すと考えられる。ただし、温度が高すぎると、上部ＣＤの下部ＣＤに対する比が高くなりすぎるおそれがある。なぜなら、温度が高すぎるとタングステンの上部が速くエッチングされるからである。
【００２９】
好ましくは、バイアスは、１００〜４００ボルトである。バイアスが低すぎれば、特徴部の下をＯ2から保護するのが弱すぎると考えられる。エッチングの副産物である主にポリマーを生じさせてエッチングの前面に再度堆積させるには、十分に高いバイアスが必要であり、これによって特徴部の底がさらにエッチングされないようにするのに役立つ可能性があると考えられる。このほか、特徴部のアスペクト比が高いと、特定のバイアス電圧でＷの凹部を上から下まで均一にしやすくなる。このほか、バイアス電圧をさらに高くすると、特徴部の底に穴が開いてしまい、これではデバイスを完全に破損してしまう。バイアスが高すぎると、衝撃が強くなりすぎ、これによって前述したように選択度が下がる。さらに好ましくは、Ｗ層のエッチング過程でバイアスをまったくかけないことであるが、これは側面のＷのエッチングによいことである。
【００３０】
選択的なエッチングは、タングステン層を含む半導体デバイスを提供する際に有益である。このようなデバイスの一例が、タングステンの凹部を含む３次元ＮＡＮＤであってよい。実施形態では、純タングステンまたはタングステンの合金で、アスペクト比の高い特徴部をエッチングすることが可能になる。アスペクト比の高い特徴部は、高さ対スペース幅の比が少なくとも１０：１である。このほか、本発明の実施形態では、エッチング特徴部の上幅対下幅の比（上／下）が１．５：１から１：１．５である。さらに好ましくは、上／下比は、１．２５：１から１：１．２５である。さらに好ましくは、上／下比は１：１である。実施形態では、タングステン対シリコン酸化膜のエッチング選択度を少なくとも２：１でエッチングする。さらに好ましくは、エッチングの選択度は、少なくとも４：１である。最も好ましくは、選択度は少なくとも５０：１である。実施形態では、合計ガス流量が１，０００ｓｃｃｍ未満になる。様々な実施形態では、酸素原子の流量は、フッ素原子の流量の少なくとも２倍である。様々な実施形態では、窒素原子の流量もフッ素原子の流量の少なくとも２倍である。
【００３１】
本発明を複数の好適な実施形態の点から説明してきたが、変更、入れ替え、修正、および様々な代替均等物があり、これらは本発明の範囲内に収まる。本発明の方法および機器を実装する代替方法が多数あることにも留意すべきである。したがって、以下の付属の請求項は、本発明の真の精神および範囲内に収まるそのような変更、入れ替え、および様々な代替均等物をすべて含むと解釈するものとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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