(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ２Ｏ３膜のドライエッチング方法において、
塩素と酸素を含む処理ガスを用いてルテニウム膜をプラズマエッチング処理し、
引き続きルテニウム膜をマスクとしＢＣｌ３ガス主体の塩素ガスおよびアルゴンガスを含む混合ガスを用いてＡｌ２Ｏ３膜をプラズマエッチング処理する
ことを特徴とするＡｌ２Ｏ３膜のドライエッチング方法。
【請求項２】
請求項１記載のＡｌ２Ｏ３膜のドライエッチング方法において、
ルテニウム膜の上にマスクとなるＳｉＯ２膜とその上に反射防止膜となるＢＡＲＣ膜を備え、フッ素系ガスを用いてＢＡＲＣ膜をエッチング処理してトリミングを行い、配線寸法を調整することを特徴とするＡｌ２Ｏ３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、多層膜のドライエッチング方法にかかり、特にＮｉＣｒ膜上に積層された２００ｎｍから１０００ｎｍのＡｌ２Ｏ３膜の加工において、マスク材料としてルテニウム膜を用いることで高い選択比が得られ、垂直な加工形状が得られるドライエッチング処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ヘッドで使用されている２００ｎｍから１０００ｎｍの厚いＡｌ２Ｏ３膜をドライエッチング装置にて加工する場合、対マスク材料との選択比が必要なため、ＮｉＣｒ膜等の不揮発性材料をマスク材料に用いている。このＮｉＣｒ膜等のマスク材料は不揮発性材料であり、ドライエッチングで加工することは困難なので、ミリングにて加工している。しかし、微細化が進むにつれて精度や速度の問題があり、ミリングによる加工が困難になりつつある。このため、マスク材料とＡｌ２Ｏ３膜のドライエッチング化が検討され始めている。
【０００３】
すなわち、マスク材料とＡｌ２Ｏ３膜のドライエッチング加工が可能なことと、Ａｌ２Ｏ３膜との高い選択比が得られるマスク材料を見出す必要がある。
【０００４】
ＮｉＣｒ膜をマスク材料として用いた場合の加工方法について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、エッチング処理前のウエハ断面図である。ウエハは、上層からパターンニングされたレジストマスク１１、上層ＮｉＣｒ膜１５、Ａｌ２Ｏ３膜１４、下層ＮｉＣｒ膜１５から構成されている。まず、フッ素系ガスを用いた条件で行う上層ＮｉＣｒ膜１５のミリングでの加工において、Ａｌ２Ｏ３膜１４の表層部がテーパー形状で８０ｎｍ程度エッチングが進行した状態となり、さらにＮｉＣｒ膜の微細加工が困難になりつつある（図５（ｂ））。次に、ＢＣｌ３ガスと塩素ガスおよびアルゴンガスを含む混合ガスを用いた低圧力領域の条件でＡｌ２Ｏ３膜１４をドライエッチング処理すると、ミリングにて加工した表層部Ａｌ２Ｏ３膜１４のテーパー形状を引きずったままエッチングが進行するので、Ａｌ２Ｏ３膜１４の加工形状がテーパー形状となり、垂直にエッチングすることが困難となる（図５（ｃ））。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、磁気ヘッドで使用されている厚いＡｌ２Ｏ３膜の加工において、ドライエッチングで加工可能であり、高い選択比が得られるマスク材料を提供することを目的とする。
【０００６】
さらに、前述のマスク材料及びＡｌ２Ｏ３膜のドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴は、Ａｌ２Ｏ３膜のマスク材料として塩素ガスと酸素ガスを含む条件でドライエッチングが可能なルテニウム膜を用いる。
【０００８】
ルテニウム膜は塩素ガスと酸素ガスを含む条件を用いてドライエッチングを行い、さらに、Ａｌ２Ｏ３膜はＢＣｌ３と塩素ガス及びアルゴンガスを含む条件を用いてドライエッチングする。
【０００９】
さらに、微細化加工に対応できるように、上層部に反射防止膜となるＢＡＲＣ膜を成膜することで、ＢＡＲＣ膜のトリミングが可能となり、配線寸法を調整することもできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ａｌ２Ｏ３膜１４のマスク材料として高い選択比が得られるルテニウム膜を用いることで、マスク材料およびＡｌ２Ｏ３膜をドライエッチングにて加工することが可能となるので微細加工にも対応できて、Ａｌ２Ｏ３膜を垂直に加工することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、磁気ヘッドで使用されている厚いＡｌ２Ｏ３膜のマスク材料を、高い選択比が得られるルテニウム膜を用いることで、マスク材料及びＡｌ２Ｏ３膜をドライエッチングにて加工することが可能となる。
【００１２】
本発明におけるマスク材料の検討内容について、以下に説明する。
【００１３】
Ａｌ２Ｏ３膜（アルミナ膜）は、ＢＣｌ３（三塩化ホウ素）ガスとＣｌ２（塩素）ガス及びＡｒ（アルゴン）ガスを含む混合ガスを用いてドライエッチングが可能であり、Ａｌ２Ｏ３膜のメインエッチングとオーバーエッチングでバイアスパワーを変更したエッチング方法がある。この、バイアスパワーを可変させたときのＡｌ２Ｏ３膜のエッチング速度は、３０Ｗの低バイアス条件で７８．１ｎｍ／ｍｉｎ、２００Ｗの高バイアス条件で１５９．８ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００１４】
Ａｌ２Ｏ３膜のマスク材料としては、前述のＡｌ２Ｏ３膜エッチング速度／マスク材料エッチング速度で算出される選択比が高い必要がある。
【００１５】
前述のＢＣｌ３と塩素ガスとアルゴンガスの混合ガスを使用した同一条件において、各材料におけるＡｌ２Ｏ３膜との選択比の関係は図２のようであった。
【００１６】
レジスト膜、ＳｉＯ２膜、タンタル膜、ＴｉＮ膜を用いてバイアスパワーを可変したときのＡｌ２Ｏ３膜エッチング速度／マスク材料エッチング速度の選択比は、１．６９以下であったのに対して、ルテニウム膜を用いてバイアスパワーを可変したときのＡｌ２Ｏ３膜エッチング速度／ルテニウム膜エッチング速度の選択比は、２００Ｗの高バイアス条件で２．０２、３０Ｗの低バイアス条件で１９．５であった。
【００１７】
すなわち、レジスト膜とＳｉＯ２膜とタンタル膜とＴｉＮ膜は、Ａｌ２Ｏ３膜との選択比が０．６３から１．６９と低いため、Ａｌ２Ｏ３膜のマスク材料としては厚く成膜する必要があるのでアスペクト比が高くなり、Ａｌ２Ｏ３膜を垂直に加工することが困難となる。よって、これらの材料を厚いＡｌ２Ｏ３膜のマスクとして適用することは難しい。
【００１８】
また、ルテニウム膜は、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスでドライエッチングが可能であり、バイアスパワーが１５０Ｗの条件において、Ａｌ２Ｏ３膜のエッチング速度は、２．７ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００１９】
よって、本発明では、Ａｌ２Ｏ３膜のマスク材料として、該Ａｌ２Ｏ３膜との高い選択比が得られることと、被エッチング膜のＡｌ２Ｏ３膜のエッチングが殆ど進行しない状態が得られる、ルテニウム膜を用いることとした。
【００２０】
次に、ルテニウム膜をドライエッチングするときのマスク材料について検討した。ルテニウム膜は、塩素ガスと酸素ガスを含む混合ガスを用いた条件にてドライエッチングが可能である。該条件のバイアスパワーを１５０Ｗとして各材料のエッチング速度を確認した。このときの、レジスト膜エッチング速度は、１９５７．５ｎｍ／ｍｉｎであり、ＳｉＯ２膜エッチング速度は、１４．３ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００２１】
よって本発明では、ルテニウム膜のマスク材料として、ルテニウム膜の塩素ガスと酸素ガスを含む混合ガスを用いた条件でのドライエッチングにおいて、エッチング速度が遅いＳｉＯ２膜を用いることとした。
【００２２】
以下に、前述で検討したＡｌ２Ｏ３膜およびマスク材料を用いてドライエッチングする方法の実施例について、ウエハの断面を示す図１を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１（ａ）は、本発明にかかるエッチング処理の対象となるウエハの断面を示す図である。ウエハは、上層から順に、パターンニングされたレジストマスク１１と、エッチング材料であるハードマスク（ＳｉＯ２膜）１２と、ルテニウム膜１３と、Ａｌ２Ｏ３膜１４と、下地ストッパーのＮｉＣｒ膜１５から構成される、多層膜材料である。
【００２４】
上記ウエハを、フッ素を含むガスを用いたドライエッチング方法によりパターンニングされたレジスト膜１１をマスク材料としてＳｉＯ２膜１２のエッチング処理を行う。この処理により、ルテニウム膜１３のマスク材料となるＳｉＯ２膜１２のパターンが形成される（図１（ｂ））。
【００２５】
第２のステップとして、前記ＳｉＯ２膜１２パターンおよびレジスト膜１１パターンをマスク材料として、ルテニウム膜１３をドライエッチングにて加工する。このとき、ルテニウム膜１３は塩素ガスと酸素ガス及びアルゴンガスを含む混合ガスを用いた条件によりドライエッチングすることで、下層Ａｌ２Ｏ３膜１３のエッチングが殆ど進行しないので、ルテニウム膜１３側面とＡｌ２Ｏ３膜１４表面のテーパー角度をほぼ垂直にして加工することができた（図１（ｃ））。
【００２６】
第３のステップとして、前記第２のステップで形成したルテニウム膜１３パターンとＳｉＯ２膜１２パターンをマスクとして、Ａｌ２Ｏ３膜１４のエッチング処理を行う。このとき、Ａｌ２Ｏ３膜はＢＣｌ３ガスと塩素ガスおよびアルゴンガスを含む混合ガスを用いた条件によりドライエッチングすることで、垂直に加工されたルテニウムマスク１３により、Ａｌ２Ｏ３膜１４の加工形状を垂直に加工することができた（図１（ｄ））。
【００２７】
この第３のステップにおけるＡｌ２Ｏ３膜のドライエッチング処理は、ＢＣｌ３：Ｃｌ２：Ａｒ＝４０：１０：５０の比率として、圧力は０．３Ｐａから０．８Ｐａと低圧力領域で、ウエハ温度はレジスト焼けの発生しない３００度以下を用いて行った。
【００２８】
さらに、加工形状のテーパー角度調整は、バイアスパワーの増加および、ウエハ温度の高温化により垂直に近づけることが可能である。
【００２９】
図３を用いて、本発明を適用するプラズマエッチング装置の一例としてその構成を説明する。図３において、プラズマエッチング装置は、高周波電源１０１と、自動整合器（automatic matching unit）１０２と、誘導結合コイル１０３と、真空容器１０４と、ガス導入部１０６と、排気装置１０７と、試料台１０９と、バイアス電源１１０と、ハイパスフィルター１１１と、直流電源１１３と、ローパスフィルター１１４とを備えている。真空容器１０４は、絶縁材料からなる放電部１０４ａと接地された処理部１０４ｂからなる。試料台１０９の表面にはセラミックなどの絶縁膜１１２が設けられ、試料１０８の温度を調整して処理を制御するために、ヒーター１１５および冷媒流路１１６が設けられている。さらに、放電部１０４ａの大気側上部には、高周波電源１０１に接続されたアンテナ１１８が設けられ負荷１１９を介して設置されている。
【００３０】
プラズマエッチング装置は、高周波電源１０１から自動整合器１０２を介して、誘導結合コイル１０３に高周波電流を供給し、真空容器１０４内にプラズマを発生させる。真空容器１０４は、絶縁材料からなる放電部１０４ａと接地された処理部１０４ｂからなる。この真空容器１０４には、ガス導入部１０６を介してＣｌ２やＢＣｌ３などのエッチングガスが導入され、該ガスは排気装置１０７により排気される。
【００３１】
試料１０８は、試料台１０９の上に載置される。試料１０８に入射するイオンのエネルギーを大きくするために、試料台１０９には第二の高周波電源であるバイアス電源１１０がハイパスフィルター１１１を介して接続されている。試料台１０９の表面にはセラミックなどの絶縁膜１１２が設けられている。また、試料台１０９は、直流電源１１３がローパスフィルター１１４を介して接続されており、試料１０８を試料台１０９に静電気力により保持する。
【００３２】
さらに、試料１０８の温度を調整して処理を制御するために、試料台１０９にはヒーター１１５および冷媒流路１１６が設けられている。
【００３３】
なお、本発明を実施するプラズマエッチング装置は、誘導結合プラズマに限られるものではなく、低圧力でのプラズマ発生機構であれば、本発明を用いても適用することは可能である。たとえば、ＥＣＲ（ Electron Cyclotron Resonance ）プラズマ、マグネトロンＲＩＥプラズマ、ヘリコン波プラズマ等を用いても本発明は適用可能である。
【００３４】
また、これらのＳｉＯ２膜１２、ルテニウム膜１３、Ａｌ２Ｏ３膜１４は、同一チャンバーで一貫処理することが可能である。但し、ＳｉＯ２膜１２とルテニウム膜１３のエッチング処理と、Ａｌ２Ｏ３膜１４のエッチング処理でチャンバーを使い分けてもよい。
【００３５】
次に、第２の実施例を、図４を用いて説明する。まず、図４（ａ）は、本発明にかかるエッチング処理の対象となるウエハの断面を示す図である。ウエハは、上層から順に、パターンニングされたレジストマスク１１と、反射防止膜であるＢＡＲＣ膜１６と、エッチング材料であるハードマスク（ＳｉＯ２膜）１２と、ルテニウム膜１３と、Ａｌ２Ｏ３膜１４と、下地ストッパーのＮｉＣｒ膜１５から構成される、多層膜材料である。
【００３６】
まず、第１のステップとして、ＢＡＲＣ膜１６を、フッ素系ガスを用いてエッチング処理することで、該ＢＡＲＣ膜１６をトリミングすることが可能となり、配線寸法の調整が可能となる（図４（ｂ））。以下、フッ素を含むガスを用いたドライエッチング方法によりパターンニングされたレジスト膜１１およびＢＡＲＣ膜１６をマスク材料としてＳｉＯ２膜１２のエッチング処理を行う。この処理により、ルテニウム膜１３のマスク材料となるＢＡＲＣ膜１６とＳｉＯ２膜１２のパターンが形成される（図４（ｃ））。レジストマスク１１と、ＢＡＲＣ膜１６とＳｉＯ２膜１２をマスク材料としてルテニウム膜１３をドライエッチングにて加工する。このとき、ルテニウム膜１３は塩素ガスと酸素ガスを含む混合ガスを用いた条件によりドライエッチングすることで、下層Ａｌ２Ｏ３膜１３のエッチングが殆ど進行しないので、ルテニウム膜１３側面とＡｌ２Ｏ３膜１４表面のテーパー角度をほぼ垂直にして加工することができた（図４（ｄ））。この処理で、ＳｉＯ２膜１２上のレジスト１１およびＢＡＲＣ膜１６は、除去される。
【００３７】
前記ルテニウム膜１３のエッチング処理で形成したルテニウム膜１３のパターンとＳｉＯ２膜１２パターンをマスクとして、Ａｌ２Ｏ３膜１４のエッチング処理を行う。このとき、Ａｌ２Ｏ３膜はＢＣｌ３ガスと塩素ガスおよびアルゴンガスを含む混合ガスを用いた条件によりドライエッチングすることで、垂直に加工されたルテニウムマスク１３により、Ａｌ２Ｏ３膜１４の加工形状を垂直に加工することができた（図４（ｅ））。この処理におけるＡｌ２Ｏ３膜のドライエッチング処理は、ＢＣｌ３：Ｃｌ２：Ａｒ＝４０：１０：５０の比率として、圧力は０．３Ｐａから０．８Ｐａと低圧力領域で、ウエハ温度はレジスト焼けの発生しない３００度以下を用いて行った。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例のエッチング方法を説明するための断面図。
【図２】本発明のマスク材料選択比を説明するための図。
【図３】エッチング処理装置の構成断面図。
【図４】本発明の実施例のエッチング方法を説明するための断面図。
【図５】従来のエッチング方法を説明するための断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１１…レジスト膜、１２…ＳｉＯ２膜、１３…ルテニウム膜、１４…Ａｌ２Ｏ３膜、１５…ＮｉＣｒ膜、１６…ＢＡＲＣ膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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