JP2001274144A - ドライエッチング方法、微細加工方法及びドライエッチング用マスク - Google Patents
ドライエッチング方法、微細加工方法及びドライエッチング用マスクInfo
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Abstract
ライエッチング方法、微細加工方法及びドライエッチン
グ用マスクを提供する。 【解決手段】 含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭素
ガスを反応ガスとし、タンタル又は窒化タンタルによる
マスクを使用してエッチングを行う。
Description
子や磁気素子等のマイクロデバイスを形成する際のドラ
イエッチング方法、このドライエッチング方法を用いた
微細加工方法及びドライエッチング用マスクに関する。
デバイスを製造する場合には、リソグラフィ技術及びエ
ッチング技術を組み合わせて微細加工するプロセスが多
用される。
布したレジスト膜等の感光膜に微細パターンを作ってエ
ッチングマスクを形成する技術であり、エッチング技術
は、このようにして得たエッチングマスクの微細パター
ンを被加工層に転写する技術である。
形成に優れており、低圧の反応ガスのプラズマを利用す
る反応性イオンエッチング法が存在する。
を主成分とする磁性材料の反応性エッチングを行う場合
に反応ガスCF4、CCl4のプラズマを用いると、半
導体材料の反応性エッチングを行う場合と同様にハロゲ
ン化合物を形成する。しかしながら、遷移金属のハロゲ
ン化合物は、その結合エネルギが半導体元素のハロゲン
化合物よりもはるかに高いため、蒸発しにくいのみなら
ずスパッタリング反応を受け難いから、エッチング反応
が進み難い。
して、一酸化炭素ガスのプラズマを使う方法が研究さ
れ、さらに、その系を改良した含窒素化合物ガスを添加
した一酸化炭素ガスを反応ガスとして用いるドライエッ
チング方法が提案されている(特開平8−253881
号公報、中谷 功、「磁性体薄膜の微細加工」、日本応
用磁気学会誌 Vol.22,N0.11,1998、
第1383頁〜第1389頁)。
法が0.6μm程度の図形を加工するべくアンモニア
(NH3)ガスを添加した一酸化炭素(CO)ガスを反
応ガスとして反応性イオンエッチングを行い、比較のた
めに、シリコン(100)単結晶及びアルミノほう珪酸
ガラスに対しても同様な反応性エッチングを行った結果
が記載されている。その記載によれば、パーマロイのエ
ッチングレートに対するシリコン(100)単結晶のエ
ッチングレートの比は4であり、パーマロイのエッチン
グレートに対するアルミノほう珪酸ガラスのエッチング
レートの比は9である。
ング形状のさらなる微細化が進む最近のプロセスにおい
て、マスクと被加工層とがこの程度のエッチングレート
比しか有していない場合には、マスクの微細図形を良好
な形状を保ちつつ被加工層に転写することが難しい。そ
の理由は、被加工層の所望の部分が全てエッチングされ
る前に、マスク自体がエッチングされてその形状が変化
してしまうため、及びサイドエッチング等の影響により
マスクエッジからの被加工層のエッチングが進んでしま
うためである。特に、0.1μm以下のトレンチ幅やラ
イン幅を有する図形では、その傾向が強く、微細図形を
被加工層に良好に転写することが非常に困難となってい
る。
加工を行うことができるドライエッチング方法、微細加
工方法及びドライエッチング用マスクを提供することに
ある。
化合物ガスを添加した一酸化炭素ガスを反応ガスとし、
タンタル又は窒化タンタルによるマスクを使用してエッ
チングを行うドライエッチング方法が提供される。
上にタンタル又は窒化タンタルによるマスクを形成し、
含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭素ガスを反応ガス
として使用してエッチングを行う微細加工方法が提供さ
れる。
スを反応ガスとしてドライエッチングを行う場合に、マ
スク材料としてエッチングレートの小さいタンタル又は
窒化タンタルを用いることにより、マスクと被エッチン
グ層とのエッチング選択比を大きくすることが可能とな
り、マスク自体がエッチングされてその形状が変化して
しまうこと、及びサイドエッチング等の影響によりマス
クエッジからのエッチングが進んでしまうことがなくな
るので、良好な形状の微細図形転写を行うことができ
る。
ターンを形成した後、タンタル又は窒化タンタルをター
ゲットとするスパッタリングを行って形成されることも
好ましい。
ターンを形成した後、少なくとも窒素ガスを含む反応性
のガスの存在下で、タンタルをターゲットとする反応性
スパッタリングを行って形成されることが好ましい。
のガスが、アルゴンガスと窒素ガスとからなることが好
ましい。
物ガスを添加した一酸化炭素ガスを反応ガスとするドラ
イエッチングで使用されるマスクであって、タンタル又
は窒化タンタルによって形成されたドライエッチング用
マスクが提供される。
る微細加工プロセスの一部を概略的に示す断面図であ
る。
上に形成された下地層11上に微細加工すべき層である
被エッチング層12を成膜する。
ンウエハからなる基板10上に、下地層11としてチタ
ン(Ti)を以下の条件で成膜し、その上に被エッチン
グ層12としてコバルトプラチナ合金(CoPt、C
o:75at%、Pt:25at%)を以下の条件で成
膜する。
ラフィ技術を用いて被エッチング層12上に微小図形に
パターニングされたレジスト層13を形成する。
によりポジ型レジスト(例えばZEP520、厚さ20
0nm)を塗布し、電子ビーム露光装置を用いて微細図
形パターンを露光し、例えば日本ゼオン社のZED−N
50を用いて現像(例えば室温で5分)することによって
パターニングされたレジスト層13を得る。
小図形にパターニングされたレジスト層13上から、タ
ンタル(Ta)によるマスク層14を成膜する。
アルゴンガスを用いたスパッタリング法によりタンタル
膜を以下の条件で成膜する。
ト層13をリフトオフ法により除去することにより、パ
ターニングされたマスク14´が得られる。
トラヒドロフラン等の溶剤中にウエハを浸すことでリフ
トオフする。
ア及び一酸化炭素の混合ガスを反応ガスとした反応性ド
ライエッチングを行うことにより、図1(E)に示すよ
うに、パターニングされた被エッチング層12´を得
る。
エッチング装置の構成例を概略的に示す図である。
ハ、21はウエハ20を保持するESCステージ電極、
22はプラズマ発生用高周波(13.56MHz)電
源、23は電磁コイル、24はバイアス用高周波(1.
6MHz)電源、25は石英ベルジャ、26は拡散チャ
ンバをそれぞれ示している。
グ条件は下記の通りである。
14´を剥離することによって、所望の微小図形にパタ
ーニングされた被エッチング層12´が得られる。
材料として、タンタル(Ta)を用いている。このタン
タルは、被エッチング層12の構成材料であるコバルト
プラチナ合金(CoPt)に対するエッチングレートの
比(エッチング選択比)が非常に大きく、その結果、良
好な形状の微細図形転写を行うことができる。
ガスを添加した一酸化炭素ガスを反応ガスとするドライ
エッチングにおけるエッチングレートを測定した。即
ち、3インチウエハ上に二酸化珪素(SiO2)、チタ
ン(Ti)、タンタル(Ta)及びコバルトプラチナ合
金(CoPt)を前述した成膜条件と同様の条件で成膜
したサンプルを作成し、前述した条件で反応性ドライエ
ッチングを行ってエッチングレートを測定した。その結
果及びエッチングレートの比(エッチング選択比)が表
1に示されている。
選択比が12.4であるのに対して、タンタル(Ta)
のエッチング選択比は26.3である。従って、アンモ
ニアガスを添加した一酸化炭素ガスを反応ガスとする反
応性ドライエッチングにおいてタンタルをマスクとして
用いれば、マスク自体がエッチングされてその形状が変
化してしまうこと、及びサイドエッチング等の影響によ
りマスクエッジからのエッチングが進んでしまうことが
なくなり、良好な形状の微細図形転写を行うことができ
る。
i)を用いてコバルトプラチナ合金を上述のような条件
で反応性ドライエッチングすることにより実際に形成し
たアイランド形状の走査電子顕微鏡(SEM)像を表す
写真であり、図4はマスクに本実施形態のごとくタンタ
ル(Ta)を用いてコバルトプラチナ合金を上述のよう
な条件で反応性ドライエッチングすることにより実際に
形成したアイランド形状のSEM像を表す写真である。
両図において、(A)はエッチング後でマスク剥離前、
(B)はマスク剥離後の形状をそれぞれ示している。
ンをマスクとして用いた場合、エッチング後には実際に
はマスクが十分に残存しておらず、また、サイドエッチ
ングが進んでいるため、最終的に得られるコバルトプラ
チナ合金の各アイランドは円錐形状となっている。これ
に対して、図4(A)及び(B)に示すように、タンタ
ルをマスクとして用いた場合、エッチング後にもマスク
の特に下部が十分に残存しており、最終的に得られるコ
バルトプラチナ合金の各アイランドは良好な形状を保っ
ている。
してタンタルを用いているが、本発明の変更態様におい
ては、タンタルの代わりに窒化タンタルを用いる。
にパターニングされたレジスト層13上から、窒化タン
タル(TaN)によるマスク層14を成膜する。
ガスプラズマを用いた反応性スパッタリング法(成膜中
に窒化)により窒化タンタル膜を以下の条件で成膜す
る。
した実施形態の場合と同様である。なお、窒化タンタル
を成膜する際に、反応性スパッタング法を用いず、窒化
タンタルをターゲットとする一般的なスパッタリングを
用いて成膜してもよいことは明らかである。
層12の構成材料であるコバルトプラチナ合金(CoP
t)に対するエッチングレートの比(エッチング選択
比)が非常に大きい。従って、この窒化タンタルを用い
てマスク14´を構成することにより、良好な形状の微
細図形転写を行うことができる。
て一酸化炭素ガスに添加する含窒素化合物ガスには、前
述したアンモニア(NH3)ガスの他に含窒素アミン類
ガスがある。
体材料上に0.1μm以下の多数のアイランドを形成す
る例を用いて説明されているが、本発明は磁性体材料の
それ以外の微細加工、さらに、例えば半導体材料等の磁
性体材料以外の材料の微細加工にも当然に適用可能であ
る。
に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明
は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することがで
きる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均
等範囲によってのみ規定されるものである。
ば、含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭素ガスを反応
ガスとしてドライエッチングを行う場合に、マスク材料
としてエッチングレートの小さいタンタル又は窒化タン
タルを用いることにより、マスクと被エッチング層との
エッチング選択比を大きくすることが可能となり、マス
ク自体がエッチングされてその形状が変化してしまうこ
と、及びサイドエッチング等の影響によりマスクエッジ
からのエッチングが進んでしまうことがなくなるので、
良好な形状の微細図形転写を行うことができる。
の一部を概略的に示す断面図である。
グ装置の構成例を概略的に示す図である。
を反応性ドライエッチングすることにより実際に形成し
たアイランドの形状のSEM像を表す写真である。
合金を反応性ドライエッチングすることにより実際に形
成したアイランドの形状のSEM像を表す写真である。
Claims (8)
- 【請求項1】 含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭素
ガスを反応ガスとし、タンタル又は窒化タンタルによる
マスクを使用してエッチングを行うことを特徴とするド
ライエッチング方法。 - 【請求項2】 被エッチング層上にタンタルによるマス
クを形成し、含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭素ガ
スを反応ガスとして使用してエッチングを行うことを特
徴とする微細加工方法。 - 【請求項3】 前記マスクが、前記被エッチング層上に
レジストパターンを形成した後、タンタルをターゲット
とするスパッタリングを行って形成されることを特徴と
する請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 被エッチング層上に窒化タンタルによる
マスクを形成し、含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭
素ガスを反応ガスとして使用してエッチングを行うこと
を特徴とする微細加工方法。 - 【請求項5】 前記マスクが、前記被エッチング層上に
レジストパターンを形成した後、少なくとも窒素ガスを
含む反応性のガスの存在下で、タンタルをターゲットと
する反応性スパッタリングを行って形成されることを特
徴とする請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】 前記反応性スパッタリングにおける反応
性のガスが、アルゴンガスと窒素ガスとからなることを
特徴とする請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記マスクが、前記被エッチング層上に
レジストパターンを形成した後、窒化タンタルをターゲ
ットとするスパッタリングを行って形成されることを特
徴とする請求項4に記載の方法。 - 【請求項8】 含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭素
ガスを反応ガスとするドライエッチングで使用されるマ
スクであって、タンタル又は窒化タンタルによって形成
されていることを特徴とするドライエッチング用マス
ク。
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