JP2016208027A - コバルトのエッチバック - Google Patents

Abstract

【課題】基板上のコバルトを選択的にエッチングする方法を提供する。【解決手段】ボロン含有ハロゲン化物ガスおよび添加剤に基板を暴露することと、活性化ガスおよびプラズマに基板を暴露することと、を含む。添加剤によって、金属の表面上よりも厚いボロン含有ハロゲン化物材料の層をマスクの表面上に選択的に堆積させることが改善される。添加剤として、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＦ4、ＮＦ3、Ｃｌ2が含まれる。ボロン含有ハロゲン化物ガスとして、ＢＣｌ3、ＢＢｒ3、ＢＦ3、ＢＩ3が含まれる。それらの暴露は、２回以上のサイクルで実施してもよく、このとき、２回以上のサイクルのそれぞれの暴露で、継続期間および／またはバイアス電力を変化させる。【選択図】図１

Description

半導体製造プロセスには、回路を形成するための配線の製造が含まれる。配線は、タンタルおよび／または窒化タンタルなどのライナによってキャップされた銅で形成されてもよく、またはタングステンで形成されてもよい。しかしながら、銅配線は、ボイド形成およびデバイスの故障につながり得るエレクトロマイグレーションが生じることがあり、また、タングステン配線は、比較的高い抵抗率を有し得る。このため、他の金属を用いて形成される配線に関心が持たれている。

本明細書において、基板を処理する方法を提供する。一態様は、チェンバ内で基板を処理する方法に関し、該方法は、（ａ）マスクの表面上にボロン含有ハロゲン化物材料の第１の層を、基板上の金属の表面上にボロン含有ハロゲン化物材料の第２の層を、第１の層は第２の層よりも厚く、選択的に堆積させるのに十分な継続時間で、ボロン含有ハロゲン化物ガスと、水素含有ガスおよびハロゲン含有ガスからなる群から選択された添加剤に、基板を暴露するまたは曝すことと、（ｂ）活性化ガスと活性化源に基板を暴露するまたは曝すことと、を含む。（ａ）の継続時間は、約５秒〜約６０秒の間としてよい。

この方法は、基板上にボロン含有ハロゲン化物層を堆積させるためのサイクルの第１セットで、（ａ）と（ｂ）を繰り返すことを、さらに含んでもよい。一部の実施形態では、本方法は、金属をエッチングするためのサイクルの第２セットで、（ａ）と（ｂ）を繰り返すことを、さらに含んでもよい。基板は、コンタクトを形成するためにエッチングされてもよい。一部の実施形態では、基板は、金属のブランケット層へのサブトラクティブ・エッチングによってエッチングされる。

サイクルの第２セットにおける（ａ）の継続時間は、サイクルの第１セットにおける（ａ）の継続時間よりも短くしてよい。一部の実施形態では、サイクルの第２セットにおける（ｂ）の継続時間は、サイクルの第１セットにおける（ｂ）の継続時間よりも長い。第２セットにおけるサイクル数は、第１セットにおけるサイクル数とは異なり得る。

種々の実施形態において、（ｂ）ではバイアスを印加する。いくつかの実施形態において、サイクルの第１セットでは第１のバイアス電力で、サイクルの第２セットでは第２のバイアス電力で、（ｂ）においてバイアスを印加する。一部の実施形態では、第１のバイアス電力は、約２０Ｖｂ〜約１００Ｖｂの間としてよい。一部の実施形態では、第２のバイアス電力は、約３０Ｖｂ〜約１５０Ｖｂの間としてよい。第１のバイアス電力は、第２のバイアス電力よりも大きくしてよい。一部の実施形態では、第１のバイアス電力は、第２のバイアス電力よりも小さい。

添加剤は、Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＦ₄、ＮＦ₃、Ｃｌ₂、およびこれらの組み合わせ、のいずれかとしてよい。種々の実施形態において、活性化ガスは、アルゴンを含む。いくつかの実施形態において、活性化ガスは、Ａｒ、Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＦ₄、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、ＮＦ₃、およびこれらの組み合わせ、のいずれかとしてよい。

ボロン含有ハロゲン化物ガスは、ＢＣｌ₃、ＢＢｒ₃、ＢＦ₃、ＢＩ₃、のいずれかとしてよい。種々の実施形態において、金属は、コバルト、鉄、マンガン、ニッケル、白金、パラジウム、ルテニウム、およびこれらの組み合わせ、のいずれかとしてよい。

一部の実施形態では、金属の表面は、マスクの表面に対して窪んでいる。種々の実施形態において、本方法は、（ａ）または（ｂ）を実施する前に、金属に部分的にリセスを形成するために、基板をウェットエッチングすることをさらに含む。

種々の実施形態において、活性化源は、プラズマである。種々の実施形態において、プラズマ電力は、約１００Ｗ〜約１５００Ｗの間である。一部の実施形態では、基板をパターニングする。チェンバ圧力は、約２ｍＴ〜約９０ｍＴの間としてよい。種々の実施形態において、本方法は、暴露の合間に、チェンバをパージすることを含む。

一部の実施形態では、基板上のフィーチャの側壁に化合物が再堆積されることは実質的にない。種々の実施形態において、金属の表面のＲＭＳ粗さは、約５ｎｍ未満である。

一部の実施形態では、（ｂ）において、活性化源に基板を暴露することは、イオンビームエッチングまたは反応性イオンエッチングを含み得る。種々の実施形態において、（ａ）と（ｂ）は、真空破壊することなく実施される。一部の実施形態では、（ａ）と（ｂ）は、同じチェンバ内で実施される。一部の実施形態では、（ａ）と（ｂ）は、同じ装置の異なるモジュールで実施される。

種々の実施形態において、（ａ）と（ｂ）の少なくとも一方は、自己制御反応を含む。種々の実施形態において、マスクは、非金属を含む。一部の実施形態では、マスクは、上記金属とは組成が異なる他の金属を含む。

他の態様は、基板を処理するための装置に関し、該装置は、（ａ）チャックをそれぞれ有する１つ以上の処理チェンバと、（ｂ）処理チェンバへの１つ以上のガス入口および関連したフロー制御ハードウェアと、（ｃ）少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラと、を備え、少なくとも１つのプロセッサとメモリは相互に通信接続されており、少なくとも１つのプロセッサは、フロー制御ハードウェアと少なくとも作用的に接続されており、メモリは、フロー制御ハードウェアを少なくとも制御するように少なくとも１つのプロセッサを制御するためのコンピュータ実行可能命令を記憶しており、その制御は、（ｉ）マスクの表面上にボロン含有ハロゲン化物材料の第１の層を、基板上の金属の表面上にボロン含有ハロゲン化物材料の第２の層を、第１の層は第２の層よりも厚く、選択的に堆積させるのに十分な継続時間で、ボロン含有ハロゲン化物ガスと、水素含有ガスおよびハロゲン含有ガスのいずれかであり得る添加剤を、１つ以上の処理チェンバのいずれかに流入させることと、（ｉｉ）１つ以上の処理チェンバのいずれかに活性化ガスを流入させるとともに、活性化源を点火すること、による制御である。種々の実施形態において、真空破壊することなく、ボロン含有ハロゲン化物ガス、添加剤、および活性化ガスを流入させる。いくつかの実施形態において、本装置は、プラズマ発生器を備える。一部の実施形態では、本装置は、誘導結合プラズマを発生させる。一部の実施形態では、本装置は、容量結合プラズマを発生させる。いくつかの実施形態において、活性化源は、プラズマである。

これらおよび他の態様について、図面を参照して、以下でさらに説明する。

開示される実施形態に従って実施される方法のオペレーションを示すプロセスフロー図である。

開示される実施形態に従って処理されるゲート構造の一例の概略図である。 開示される実施形態に従って処理されるゲート構造の一例の概略図である。 開示される実施形態に従って処理されるゲート構造の一例の概略図である。 開示される実施形態に従って処理されるゲート構造の一例の概略図である。

開示される実施形態によるサブトラクティブ・エッチングの一例の概略図である。 開示される実施形態によるサブトラクティブ・エッチングの一例の概略図である。 開示される実施形態によるサブトラクティブ・エッチングの一例の概略図である。 開示される実施形態によるサブトラクティブ・エッチングの一例の概略図である。

開示される実施形態を実施するのに適したチェンバの一例の概略図である。

開示される実施形態を実施するのに適したツールの一例の概略図である。

実験で使用された基板の画像を示す図である。 実験で使用された基板の画像を示す図である。

開示される実施形態を実験で実施した場合のエッチング速度を示すグラフである。

以下の説明では、提示する実施形態についての完全な理解を与えるため、様々な具体的詳細について記載する。開示される実施形態は、それら特定の詳細の一部または全てを省いても実施されてもよい。また、開示される実施形態を不必要に不明瞭にすることがないよう、周知の工程処理については詳細に記載していない。開示される実施形態は、具体的な実施形態に関連して説明されるものの、それは、開示される実施形態を限定するものではないことは理解されるであろう。

半導体製造において、配線工程（ＢＥＯＬ：Ｂａｃｋ−Ｅｎｄ−Ｏｆ−Ｌｉｎｅ）の主な役割は、個別素子を接続する配線を形成することで、機能回路を構築することである。デバイスフィーチャのサイズひいては配線のシュリンクが絶えず進んでいることに伴って、抵抗−容量（ＲＣ）遅延の増大を少なくとも一因とする配線性能の低下を防ぐための課題は増大しつつある。

一般的には、配線は、デュアルダマシン加工技術を用いて銅で形成され、そして銅配線は、タンタルおよび／または窒化タンタルライナなどのライナでキャップされる。銅配線構造の主要な問題の１つは、ボイド形成およびデバイスの故障につながり得るエレクトロマイグレーションが非常に発生しやすいことである。いくつかのプロセスは、タングステンによるＨｉｇｈ−ｋ（高誘電率）メタルゲート充填を伴い、さらに、タングステンは、ソース／ドレインコンタクトへの金属コンタクトを形成するために用いられてもよい。しかしながら、タングステンは、コバルトのような金属と比較して、特に小さいフィーチャにおいて、高いシート抵抗を有する。小さいフィーチャは、約１０ｎｍ未満のテクノロジノードを有し得る。この問題ならびに他の問題が、配線として他の金属を用いることへの関心につながっている。

本明細書において、配線材料としてコバルト（Ｃｏ）を用いる方法を提供する。コバルト充填によって、フィーチャ内のボイドの形成を抑えることができ得る。特に、エレクトロマイグレーションの問題を軽減することができる。

銅をＣｏで置き換えることによって、例えばＣｏのエッチングなど、それに独自の処理の問題が発生する。現在のところ、Ｃｏは、ウェットプロセスを用いてエッチバックすることができる。ところが、ウェットエッチング速度は、フィーチャサイズが変わると、変化し得る。さらに、ウェットプロセスが原因で、基板の表面がかなり粗くなることがあり、例えば、ドライプロセスでエッチングされた表面よりも粗くなることがある。異方性プラズマエッチングを用いてＣｏをエッチバックすることは、エッチング生成物がほとんど不揮発性であるか、または不揮発性であることが多いため、非常に難しいことが判明している。不揮発性エッチング生成物によって、結果的に、それらのエッチング生成物が再堆積することになるか、またはその基板の他の露出したコンポーネントに欠陥が生じることになり得る。これらの再堆積欠陥は金属を含み、除去することは、不可能ではないにしても難しい。このため、この金属のプラズマエッチングは、通常、物理スパッタリングによって実現されることが多いが、しかし残念ながら、結果的に、このプロセスを製造に用いることができないほどの低いエッチング選択性が得られる。

本開示は、Ｃｏの選択的プラズマエッチングを提供する。図１は、開示される実施形態に従ってオペレーションを実施するためのプロセスフロー図を提示している。オペレーション１０２において、基板またはウェハを準備する。基板は、例えば、２００ｍｍウェハ、３００ｍｍウェハ、または４５０ｍｍウェハであるシリコンウェハとすることができ、その上に堆積された誘電材料、導電材料、または半導体材料などの１つ以上の材料層を有するウェハが含まれる。本明細書で提示される例では、基板は、Ｃｏ層を有し得る。

種々の実施形態において、基板をパターニングする。いくつかの実施形態において、パターニングされた基板は、基板全体にわたって、多様なトポグラフィを有し得る。一部の実施形態では、基板上に製造途中のゲートが存在し得る。例えば、基板は、Ｃｏ層を有することができ、Ｃｏ層の上からハードマスクが堆積されている。一部の実施形態では、ハードマスクは、パターニング済みであり得る。また、Ｃｏに部分的にリセスを形成するようにパターンを形成するために、Ｃｏを部分的にウェットエッチングすることによって、基板を準備することもでき得る。

パターニングされた基板は、ビアまたはコンタクトホールなどの「フィーチャ」を有することがあり、それらは、幅狭および／またはリエントラント型の開口部、フィーチャ内の狭窄部、高アスペクト比、のうちの１つ以上を特徴とすることがある。フィーチャは、上記の層のうちの１つ以上に形成され得る。フィーチャの一例は、半導体基板内または基板上の層内の孔もしくはビアである。他の例は、基板内または層内のトレンチである。種々の実施形態において、フィーチャは、バリア層または接着層などの下層を有し得る。下層の非限定的な例として、誘電体層および導電層が含まれ、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および金属の層が含まれる。

種々の実施形態において、開示される実施形態を実施することで製造される基板のタイプは、開示される実施形態を実施する前の基板上の様々なフィーチャのアスペクト比に依存し得る。いくつかの実施形態において、オペレーション１０２で準備される基板上のフィーチャは、少なくとも約２：１の、少なくとも約４：１の、少なくとも約６：１の、少なくとも約１０：１の、またはさらに高いアスペクト比を有し得る。さらに、フィーチャは、開口付近の寸法として、約１０ｎｍ〜５００ｎｍの間の、例えば約２５ｎｍ〜約３００ｎｍの間の、例えば開口径またはライン幅を有し得る。開示される方法は、約１５０ｎｍ未満の開口部を有するフィーチャを備えた基板上で実施されてもよい。ビア、トレンチ、または他のリセス型フィーチャは、未充填フィーチャ、またはフィーチャと呼ばれてもよい。種々の実施形態により、フィーチャプロファイルは、徐々に窄まるもの、および／またはフィーチャ開口にオーバハングを含むものであり得る。リエントラント型プロファイルは、フィーチャの底、閉端、または内部からフィーチャ開口に向かって窄まるプロファイルである。リエントラント型プロファイルは、パターニングの際の非対称なエッチング反応速度、および／または拡散バリアの堆積のような前の成膜における非コンフォーマル膜のステップカバレッジに起因するオーバハングによって、形成されることがある。種々の例において、フィーチャは、フィーチャ頂部の開口において、フィーチャ底部の幅よりも小さい幅を有することがある。本明細書で記載されるフィーチャは、図１に関連して本明細書で記載されるような、開示の実施形態によってエッチングされる基板上にあり得るものである。

オペレーション１０４において、ボロン含有ハロゲン化物ガスに基板を暴露することで、基板上にボロン含有ハロゲン化物層を選択的に堆積させ、これにより、ハードマスクまたは他のタイプのマスクなどのいくつかの金属または非金属表面上に、他の金属表面上におけるよりも、多くの材料を堆積させる。ボロン含有ハロゲン化物層は、本明細書では、ボロン含有ハロゲン化物材料またはポリマと呼ばれることもある。本明細書で使用される場合の「ハロゲン化物」という用語は、「ハロゲン含有」と呼ばれることもある。種々の実施形態において、ボロン含有ハロゲン化物層は、ボロン含有ハロゲン含有層である。堆積されるボロン含有ハロゲン化物層がより薄層であり得る金属として、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、などの不揮発性金属を含み得る。

オペレーション１０４では、基板を、さらに添加剤にも暴露されてもよい。添加剤は、マスク上のボロン含有ハロゲン化物層の材料のビルドアップを助けることもでき、または本明細書で記載されるような金属エッチングを増進させることもでき得る。一部の実施形態では、添加剤は、Ｃｏのエッチング速度を高めることなどにより、Ｃｏ金属へのリセス形成を改善することができ得る。添加剤の例には、Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＦ₄、ＮＦ₃、Ｃｌ₂、が含まれる。ボロン含有ハロゲン化物ガス流量に対する添加剤流量の比は、用いられるガスケミストリに応じて、約５％〜約５０％の間としてよい。

特定の理論にとらわれることなく、ボロンは、本明細書で記載されるようなゲートマスクに対する金属のエッチング選択性を実現するために有用であり得ると考えられる。例えば、ボロン含有ハロゲン化物を用いることで、ゲートマスクに対するＣｏのエッチング選択性を向上させることができ得る。ボロン含有ハロゲン化物ガスは、ボロン含有ハロゲン化物材料を堆積させ、これは、剥離によって、またはウェットエッチングプロセスを用いて、より容易に除去される。

種々の実施形態において、その材料は、Ｃｏなどの金属材の上よりも、マスク材の上に厚く、選択的に堆積する。例えば、マスクは、窒素、酸素、炭素、およびチタンの原子を含んでもよい。一部の実施形態では、マスクは、主に炭素材料で構成されたアッシャブル・ハードマスクである。一部の実施形態では、マスクは、ＴｉＮ層である。種々の実施形態において、このオペレーションにおける堆積は、非コンフォーマルである。いくつかの実施形態において、選択的堆積は、フィーチャのアスペクト比に依存する。例えば、開示される種々の実施形態は、約１：１〜約１０：１の間のアスペクト比を有する基板上にボロン含有ハロゲン化物材料を選択的に堆積させるのに適したものであり得る。

オペレーション１０４は、約５秒〜約６０秒の間の継続時間で実施される。種々の実施形態において、オペレーション１０４の継続時間は、ボロン含有ハロゲン化物層を選択的に堆積させるように制御することができ得る。一部の実施形態では、ボロン含有ハロゲン化物ガスへの暴露の継続時間が長すぎると、結果的に、非選択的な堆積となり得る。継続時間は、Ｃｏなどの金属がエッチングされる箇所の開口部のアスペクト比および／またはサイズに依存し得る。例えば、いくらかのアスペクト比を有するいくつかの基板では、継続時間が長すぎると、その結果、マスク表面上に堆積される膜の厚さは、エッチングされるべき金属表面上に堆積される膜の厚さと略等しくなり得る。

一部の実施形態では、ハードマスク材上のボロン含有ハロゲン化物層は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの間の厚さに堆積される。一部の実施形態では、コバルト上のボロン含有ハロゲン化物層は、約２ｎｍ〜約１０ｎｍの間の厚さに堆積される。

オペレーション１０６において、活性化ガス、およびプラズマのような活性化源に、基板を暴露する。活性化ガスとして、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ₂）、メタン（ＣＨ₄）、四フッ化炭素（ＣＦ₄）、三フッ化窒素（ＮＦ₃）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、またはキセノン（Ｘｅ）、などの１種以上の反応性または非反応性ガスを含んでよい。以下でさらに説明するように、プラズマによって活性化される活性化ガスの組み合わせは、基板表面上のボロン含有ハロゲン化物層と反応し得ることで、エッチング生成物を形成する。１種以上の活性化ガスを用いることで、ＢＸ_x化学吸着層の形成における均一性および選択性を高めることができ得る（ここで、Ｘは、塩素、臭素、またはヨウ素などのハロゲン化物としてよく、ｘは、化学吸着層の化学量論組成を示す整数または他の数としてよい）。一部の実施形態では、オペレーション１０４で流入させる添加剤を、オペレーション１０６において流入させることができ得る。添加剤は、堆積されたボロン含有ハロゲン化物層の除去を改善すること、金属エッチング速度を高めること、および／または金属の表面を平滑化すること、ができ得る。例えば、Ｃｏ層を平滑化するために、または本明細書で記載されるようにＣｏ層をさらにエッチングするために、オペレーション１０６において添加剤を流入させることができ得る。ボロン含有ハロゲン化物ガス流量に対する添加剤流量の比は、用いられるガスケミストリに応じて、約５％〜約５０％の間としてよい。

プラズマは、その場で生成される（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プラズマまたはリモートプラズマとしてよい。プラズマは、約１００Ｗ〜約１５００Ｗの電力を用いて発生させることができ得る。一部の実施形態では、オペレーション１０６において、さらに、低バイアスを印加する。例えば、バイアスは、約５０Ｖｂに設定されてもよいが、ただし、様々なエッチング速度およびエッチングの程度を実現するために、変調されてもよい。いくつかの実施形態において、プラズマ以外の代替の活性化源を用いることができ得る。いくつかの実施形態において、プラズマの代わりに、反応性イオンエッチングまたはイオンビームエッチングを用いてよい。プラズマ、反応性イオンエッチング、イオンビームエッチングのような活性化源は、活性化ガスを電離させることで、基板と反応するための活性化された活性化ガスを発生させることができる。オペレーション１０６は、約１０〜約６０秒の間の継続時間で実施されてもよい。

オペレーション１０８において、任意選択的に、オペレーション１０４および１０６をサイクルで繰り返す。例えば、基板上にボロン含有ハロゲン化物層の正味の堆積を提供するように、オペレーション１０４および１０６を繰り返すことができ得る。一部の実施形態では、基板上でボロン含有ハロゲン化物層および金属の正味のエッチングを提供するように、オペレーション１０４および１０６を繰り返す。マスク表面に堆積されるボロン含有ハロゲン化物層は、金属表面上におけるよりも厚いので、金属上のボロン含有ハロゲン化物材料は、マスク表面に堆積されたボロン含有ハロゲン化物材料よりも前に、完全にエッチングされる。従って、エッチングが複数サイクルで継続するときに、露出した金属層がエッチングされる間に、ハードマスクは、ボロン含有ハロゲン化物層によって劣化から保護される。

開示されるいくつかの実施形態は、真空破壊することなく実施され得る原子層堆積（ＡＬＤ）と原子層エッチング（ＡＬＥ）のプロセスの統合を伴い得る。例えば、図１のいくつかの実施形態において、オペレーション１０４における堆積は、コンフォーマルである。オペレーション１０４は、自己制御反応で実施することができ得る。例えば、いくつかの実施形態において、オペレーション１０４では、ＡＬＤを用いて堆積させる。ＡＬＤは、逐次自己制御反応を用いて材料の薄層を堆積させる手法である。ＡＬＤは、任意の適切な技術を用いて実施することができ得る。種々の実施形態において、ＡＬＤは、プラズマを用いて実施されてもよく、または熱的に実施されてもよい。オペレーション１０４は、サイクルで実施されてもよい。

「ＡＬＤサイクル」のコンセプトは、本明細書に記載の種々の実施形態の解説に関わりがある。一般に、ＡＬＤサイクルは、表面堆積反応を１回実施するために用いられる工程の最小セットである。１サイクルの結果は、基板表面上の少なくとも部分的なシリコン含有膜層の生成である。典型的には、ＡＬＤサイクルは、少なくとも１つの反応物質を供給して基板表面に吸着させ、その後、吸着した反応物質を１種以上の反応物質と反応させることで、膜の部分的な層を形成するための工程を含む。サイクルは、反応物質または副生成物のいずれかのスイープ、および／または堆積されたまま（アズデポ）の部分的な膜の処理など、いくつかの補助的工程を含んでよい。一般に、１サイクルは、固有のプロセスシーケンスの１つのインスタンスを含む。一例として、ＡＬＤサイクルには以下の工程を含んでよい。（ｉ）チェンバ内の前駆体または第１の反応物質の供給／吸着、（ｉｉ）チェンバからの前駆体のパージ、（ｉｉｉ）第２の反応物質およびオプションのプラズマの供給、（ｉｖ）チェンバからのプラズマおよび副生成物のパージ。

いくつかの実施形態において、オペレーション１０６で、基板の自己制御エッチングを開始させる。例えば、オペレーション１０４で堆積されたままの基板表面から、活性化された活性化ガス、プラズマ、および活性化されたハロゲン化物の組み合わせによって、原子層エッチングを実施されてもよい。「ＡＬＥサイクル」のコンセプトは、本明細書に記載の種々の実施形態の解説に関わりがある。一般に、ＡＬＥサイクルは、１原子層をエッチングするなど、エッチングプロセスを１回実施するために用いられる工程の最小セットである。１サイクルの結果は、基板表面上の膜層の少なくとも一部のエッチングである。典型的には、ＡＬＥサイクルは、改質層を形成するための改質工程と、その後、この改質層のみを除去またはエッチングするための除去工程を含む。サイクルは、反応物質または副生成物のいずれかのスイープなど、いくつかの補助的工程を含んでもよい。一般に、１サイクルは、固有のプロセスシーケンスの１つのインスタンスを含む。一例として、ＡＬＥサイクルには以下の工程を含んでもよい。（ｉ）チェンバへの反応ガスの供給、（ｉｉ）チェンバからの反応ガスのパージ、（ｉｉｉ）除去用ガスおよびオプションのプラズマの供給、（ｉｖ）チェンバのパージ。一部の実施形態では、エッチングは、非コンフォーマルに実施することができ得る。

一例のプロセスについて、ゲート構造２００内のＣｏ配線２０１ａを示す図２Ａ〜２Ｄを参照して、以下で説明する。図２Ａを参照して、本実施形態では、Ｃｏ充填と（例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）による）平坦化の後に、構造２００は、ゲート材２０３の２つの領域を覆うハードマスク２０５の２つの領域と、基板２１０上でゲート材２０３の２つの領域の間に配置されたＣｏ配線２０１ａと、で構成されている。ハードマスク２０５の材料は、いくつかの実施形態では、非金属としてもよい。ハードマスク２０５の材料は、いくつかの実施形態では、金属を含むことができ得る。ハードマスク材料は、Ｃｏ配線２０１ａのそれとは異なる金属としてもよい。一部の実施形態では、ハードマスク２０５の材料は、窒化チタンまたは窒化タンタルとしてもよい。また、ハードマスク２０５とゲート材２０３は、一般に、誘電体スペーサで隔離することもでき得るが、それは、本開示によるプロセスの簡単な例示を損なわないように、図示はしていない。図２Ａに示すように、Ｃｏ配線２０１ａは、ウェットプロセスによって部分的にリセスバックされることで、Ｃｏ配線２０１ａの頂部は、より多くエッチングされて、ハードマスク２０５とゲート材２０３との間の界面の上よりも低くなっている。

図２Ｂでは、Ｃｏ配線２０１ａをさらに窪ませる目的で、ボロン含有ハロゲン化物ケミストリを用いた堆積、および反応性または非反応性ガスを用いた活性化、のサイクル工程によるプラズマエッチングが実施される。図２Ｂを参照して、ＢＣｌ₃の堆積を用いて、基板２００上にＢＣｌ_x層２０７を形成することができる。図示では、２０７ａは、ハードマスク２０５の上に堆積されたＢＣｌ_x層２０７の部分を指し、２０７ｂは、Ｃｏ配線２０１ａの上に堆積されたＢＣｌ_x層２０７の部分を指す。

注目されるのは、堆積工程でハードマスク２０５の上に形成されたＢＣｌ_x層の部分２０７ａは、Ｃｏ配線２０１ａの上に形成されたＢＣｌ_x層の部分２０７ｂよりも厚くなっていることである。ＢＣｌ_x層２０７ａの組成は、Ｃｏ配線２０１ａとの界面におけるＢＣｌ_x層２０７ｂの組成とは異なるものであってもよく、このような組成の違いは、以下で説明するような選択性のための一助となり得る。

いずれかの特定のオペレーション理論によって本開示を制限することなく、組成および厚さの違いは、化学的要因と機械的要因の組み合わせによるものと考えられる。Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＦ₄、ＮＦ₃、Ｃｌ₂などの添加剤を用いたＢＣｌ₃の堆積ケミストリは、ハードマスク２０５の材料中のＮ、Ｏ、またはＣとのボロンの反応／結合を少なくとも一因として、ハードマスク２０５上に優先的に堆積する。堆積ケミストリの塩素は、Ｃｏ配線２０１ａの表面に反応／結合し、そして後の暴露において、ボロンが塩素に結合することもできるが、その反応は、概して、Ｃｏ配線２０１ａの表面では、ハードマスク２０５の表面におけるよりも低速で進み、さらにＣｏ配線２０１ａの表面のリセスアスペクトによって、膜成長はさらに遅くなり、その結果、堆積されるＢＣｌ_x層２０７の厚さに差が生じる。これにより、ハードマスク２０５の上に形成されたＢＣｌ_x層の部分２０７ａは、Ｃｏ配線２０１ａの上に形成されたＢＣｌ_x層の部分２０７ｂよりも厚くなる。この堆積厚さの違いは、堆積の初期のサイクルで、特に界面において、最も顕著である。堆積、活性化、および／またはエッチングの戦略は、様々なオペレーションの反復サイクルに関連して、以下および図１に関して上記で解説されているように、適宜、調整することができる。他の実施形態では、このプロセスで用いるＢＣｌ₃を、ＢＢｒ₃またはＢＩ₃またはＢＦ₃のような同等の堆積機能および活性化機能を提供することができる他のハロゲン化物ケミストリで置き換えることができる。種々の実施形態において、ＢＣｌ_x層２０７の側壁は、エッチング後に基板上に残っていること、すなわち、Ｃｏ配線２０１ａがエッチングされた後に、ＢＣｌ_x層２０７の一部が、ハードマスク２０５の側壁上と、さらにゲート材２０３の側壁上に部分的に残っていることに留意すべきである。

ＢＣｌ_x層２０７は、保護バリアと、エッチング生成物を形成する反応種の供給源と、その両方として機能する。図２Ｃを参照して、活性化では、Ｃｏ配線２０１ａ上のＢＣｌ_x層の部分２０７ｂが、イオンエネルギーで活性化されて、Ｃｏと反応することで、エッチング生成物を形成する。アルゴンのような活性化ガスを、Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＦ₄、Ｃｌ₂、またはＮＦ₃のような他のガスと任意選択的に組み合わせることで、ＢＣｌ_x化学吸着層２１７の形成における均一性および選択性が高まる。代替的な活性化ガスとして、Ｈｅ、Ｎｅ、およびＸｅのような他の不活性ガスを含むことができる。さらに、開示される実施形態では、エッチング生成物の再堆積も軽減される（例えば、活性化で用いられることがあるスパッタ種の堆積を無くすことが可能である）。注目されるのは、より厚い層がハードマスク２０５上に堆積されていたことで、それらの表面上にいくらかのＢＣｌ_x化学吸着層２１７が残っているのに対し、図２Ｃに示すように、Ｃｏ配線２０１ａの表面上のＢＣｌ_x層の部分２０７ｂの全体が完全にエッチングされて、これにより、Ｃｏ配線２０１ａの表面を露出させているということである。

ハードマスク２０５を損傷させることなく、Ｃｏ配線２０１ａをエッチングするように、堆積（図２Ｂ）と活性化（図２Ｃ）の工程は、図２Ｄに示す所望のＣｏエッチング深さを達成するまで、いくつかのサイクルで繰り返される。例えば、一般的に、この反復サイクルプロセスは、以下のサイクルを伴い得る。
ａ．ハードマスク上の堆積ビルドアップに、より重点をおくための、最初の数サイクルとして、（堆積時間１＋活性化時間２）＊Ｘサイクル、これに続いて、
ｂ．（堆積時間３＋活性化時間４）＊Ｙサイクル、マスク上の堆積ビルドアップに、いくらかの差異が得られたら、後続の反復サイクルは、Ｃｏ除去に、より重点をおくことができる。

上記の式において、Ｘは、約１〜約１０サイクルの間、または約１〜約６サイクルの間としてもよく、Ｙは、約２０〜約３０サイクルの間としてもよい。正味の堆積プロセスを実施することに関連した堆積時間１は、約５〜約６０秒の間としてもよい。正味の堆積プロセスを実施することに関連した活性化時間２は、約１０〜約６０秒の間としてもよい。正味のエッチングプロセスを実施することに関連した堆積時間３は、約５〜約６０秒の間としてもよく、正味のエッチングプロセスを実施することに関連した活性化時間４は、約１０〜約６０秒の間としてもよい。

堆積のときのバイアス電圧は、一般的にゼロであるが、ＢＣｌ_x層の形成を妨げないのであれば、低バイアスを用いることもできる。活性化工程における適切なバイアスは、約５０Ｖｂであるが、所望の結果を得るために変更することができる。

また、活性化エネルギーおよびバイアス電圧は、サイクルごとに変化させることもでき得る。例えば、開示される実施形態に従って実施される反復サイクルプロセスは、以下のサイクルを含み得る。
ａ．ハードマスク上の堆積ビルドアップに、より重点をおくための、最初の数サイクルとして、（堆積＋バイアス電圧１での活性化）＊Ｘサイクル、これに続いて、
ｂ．（堆積＋バイアス電圧２での活性化）＊Ｙサイクル、マスク上の堆積ビルドアップに、いくらかの差異が得られたら、後続の反復サイクルは、Ｃｏ除去に、より重点をおくことができる。

上記の式において、Ｘは、約１〜約１０サイクルの間、または約１〜約６サイクルの間としてもよく、Ｙは、約２０〜約３０サイクルの間としてもよい。バイアス電圧１は、約２０Ｖｂ〜約１００Ｖｂの間としてもよく、バイアス電圧２は、約３０Ｖｂ〜約１５０Ｖｂの間としてもよい。

堆積と活性化のオペレーションの両方で、圧力は、約２ｍＴ〜約９０ｍＴとしてもよい。プラズマ源電力は、約１００Ｗ〜１５００Ｗとすることができる。

ハードマスクへの損傷を抑えるとともに、所望の選択性を実現するために、上述のように、活性化工程の終わりにＣｏエッチングが完了したときに、いくらかの残留ＢＣｌ_xをハードマスク上に残してもよい。このようにして、ハードマスクを損傷させることなく、Ｃｏエッチングを進めることができる。このような結果は、ハードマスク上のＢＣｌ_x層の部分のエッチングが、Ｃｏ配線上のＢＣｌ_x層の部分よりも高速ではないように、例えば、より低速であるように、活性化／エッチングのケミストリおよび条件を調整することにより、さらに得やすくなり得る。

この技術によって、Ｃｏエッチング選択性と、結果として得られるＣｏ表面の粗さと、その両方が顕著に改善される。例えば、開示される実施形態では、表面のＲＭＳ粗さを５ｎｍ未満に低減することができ、ウェットエッチングまたはスパッタリングされた表面と比較して、平滑度に少なくとも５０％の改善を得ることができ得る。特定の理論にとらわれることなく、ウェットエッチング後の金属の粗い表面は、開示される実施形態では、ウェットエッチング後に形成されていた金属表面の突部および丘状部がエッチングされることにより平滑化されると考えられる。

いくつかの実施形態において、反復的な堆積と活性化のオペレーションは、同じチェンバで、または同じツールの異なるチェンバモジュールで実施することを含めて、真空破壊することなく実施することができ得る。種々の実施形態において、開示される実施形態は、イオンビームエッチング、および反応性イオンエッチングのような他のプロセスと統合することができ得る。

開示される実施形態は、Ｃｏ配線のエッチングに限定されるものではなく、ブランケット（サブトラクティブ）Ｃｏエッチングに適用することもできる。図３Ａ〜３Ｄは、サブトラクティブ・エッチングの場合の一例のエッチング手順を提示している。サブトラクティブ・エッチングは、ブランケットＣｏ層上で実施することができ得る。図３Ａは、エッチング停止層３１０の上にブランケットＣｏ層３０３を備えた例示的な基板３００の概略図を示している。ブランケットＣｏ層３０３の上からハードマスク３０５を堆積させて、パターニングする。ハードマスク３０５は、非金属または金属を含むことができ得る。種々の実施形態において、ハードマスク３０５は、ブランケットＣｏ層３０３のそれとは異なる金属である。

図３Ｂでは、ＢＣｌ₃などのボロン含有ハロゲン化物ガス、および図１のオペレーション１０４に関して上述したような添加剤に、基板３００を暴露する。ハードマスク３０５上に堆積されるＢＣｌ_x層の部分３０７ａが、ブランケットＣｏ層３０３上に堆積されるＢＣｌ_x層の部分３０７ｂよりも厚くなるように、ＢＣｌ_x層３０７を選択的に堆積させる。

図３Ｃは、ハードマスク３０５の側壁間の中央にリセス部を有する、部分的にエッチングされたＣｏ層３１３と、図３Ｂの基板３００を活性化ガスに暴露して、部分的にエッチングされたＢＣｌ_x層３１７を形成するためにＢＣｌ_x層３０７をエッチングした後の、部分的にエッチングされたＢＣｌ_x層３１７を示している。注目されるのは、図３Ｂにおいてハードマスク３０５上のＢＣｌ_x層の部分３０７ａの量が、ブランケットＣｏ層３０３上に堆積されたＢＣｌ_x層の部分３０７ｂの量よりも厚いことによって、いくらかのエッチング速度でＢＣｌ_x層３０７をエッチングする間に、ハードマスク３０５を劣化および損傷から保護している部分的にエッチングされたＢＣｌ_x層３１７のエッチングを継続しつつ、ブランケットＣｏ層３１３内までエッチングを継続することができ得るということである。種々の実施形態において、図３Ｃの基板３００は、基板３００をエッチングするために、アルゴンなどの活性化ガスおよびプラズマに暴露されるということに留意すべきである。

図１に関して上述したように、サイクルで、ボロン含有ハロゲン化物材料および添加剤を堆積させ、そして活性化ガスおよびプラズマに基板を暴露するために、オペレーション１０４および１０６を繰り返すことができ得る。一部の実施形態では、ボロン含有ハロゲン化物材料の堆積のほうが多くなるように、堆積の継続時間を、活性化ガス暴露の継続時間よりも長くすることができ得る。一部の実施形態では、基板のエッチングのほうを多くできるように、活性化ガス暴露の継続時間を、堆積の継続時間よりも長くすることができ得る。

図３Ｄは、オペレーション１０４および１０６の十分なサイクルを実施した後の、完全にサブトラクティブ・エッチングされたＣｏ ３１３を示している。

開示される実施形態の具体的な応用例について本明細書で記載しているが、開示される実施形態を用いて、任意の不揮発性金属をエッチングするための他の応用を実現してもよいことは理解されるであろう。

［装置］
いくつかの実施形態において、原子層エッチング（ＡＬＥ）オペレーションおよび原子層堆積（ＡＬＤ）オペレーションを含む反復的な堆積および活性化のプロセスに適し得る、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応器について、以下で説明する。また、そのようなＩＣＰ反応器は、「ＩＭＡＧＥ ＲＥＶＥＲＳＡＬ ＷＩＴＨ ＡＨＭ ＧＡＰ ＦＩＬＬ ＦＯＲ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＰＡＴＴＥＲＮＩＮＧ（マルチプルパターニングのためのＡＨＭギャップ充填における像反転）」と題する、２０１３年１２月１０日に出願された米国特許出願公開第２０１４／０１７０８５３号にも記載されており、この文献は、その全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。本明細書ではＩＣＰ反応器について記載しているものの、一部の実施形態では、容量結合プラズマ反応器を使用することもでき得ることは、理解されなければならない。

図４は、本明細書に記載のいくつかの実施形態を実施するのに適した誘導結合プラズマ統合エッチング／堆積装置４００の断面図を概略的に示しており、その一例は、カリフォルニア州フリーモントのラムリサーチ社（Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．）製のＫｉｙｏ（登録商標）反応器である。誘導結合プラズマ装置４００は、チェンバ壁４０１と窓４１１によって構造的に画成された全体的な処理チェンバ４２４を備える。チェンバ壁４０１は、ステンレス鋼またはアルミニウムで製造することができ得る。窓４１１は、石英または他の誘電材料で製造することができ得る。オプションの内部プラズマグリッド４５０によって、全体的な処理チェンバを、上部サブチェンバ４０２と下部サブチェンバ４０３とに分割している。多くの実施形態では、プラズマグリッド４５０を取り除くことができ、これにより、サブチェンバ４０２および４０３で構成されたチェンバ空間を利用する。下部サブチェンバ４０３内の内部底面の近くに、チャック４１７が配置されている。チャック４１７は、エッチングおよび堆積プロセスが実施される対象の半導体ウェハ４１９を受けて、保持するように構成されている。チャック４１７は、ウェハ４１９がある場合にこれを支持するための静電チャックとすることができる。いくつかの実施形態において、エッジリング（図示せず）がチャック４１７を取り囲んでおり、それは、チャック４１７上にウェハ４１９がある場合にそのウェハ表面と略同一平面にある上面を有する。チャック４１７は、さらに、ウェハ４１９のチャッキングおよびデチャッキングのための静電電極を有する。この目的のために、フィルタおよびＤＣクランプ電源（図示せず）を設けることができ得る。また、チャック４１７からウェハ４１９を持ち上げるための他の制御システムを設けることもできる。チャック４１７は、ＲＦ電源４２３を用いて帯電させることが可能である。ＲＦ電源４２３は、接続４２７を介して整合回路４２１に接続されている。整合回路４２１は、接続４２５を介してチャック４１７に接続されている。このようにして、ＲＦ電源４２３は、チャック４１７に接続されている。種々の実施形態において、静電チャックのバイアス電力は、約５０Ｖｂに設定されてもよく、または開示される実施形態に従って実施されるプロセスに応じて、異なるバイアス電力に設定されてもよい。例えば、バイアス電力は、約２０Ｖｂ〜約１００Ｖｂの間、または約３０Ｖｂ〜約１５０Ｖｂの間としてもよい。

プラズマを発生させるための要素が、コイル４３３を含めて、窓４１１の上方に配置されている。一部の実施形態では、コイルは、開示の実施形態において使用されない。コイル４３３は、導電性材料で製造されており、少なくとも１ターンの完全なターンを含んでいる。図４に示すコイル４３３の例は、３ターンを含んでいる。コイル４３３の断面に記号を付して示しており、「×」を付したコイルは、回転して紙面に入るように延びており、「・」を付したコイルは、回転して紙面から出るように延びている。プラズマを発生させるための要素には、コイル４３３にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ電源４４１がさらに含まれる。一般に、ＲＦ電源４４１は、接続４４５を介して整合回路４３９に接続されている。整合回路４３９は、接続４４３を介してコイル４３３に接続されている。このようにして、ＲＦ電源４４１は、コイル４３３に接続されている。オプションのファラデーシールド４４９ａが、コイル４３３と窓４１１との間に配置される。ファラデーシールド４４９ａは、コイル４３３に対して離間した関係に維持することができ得る。一部の実施形態では、ファラデーシールド４４９ａは、窓４１１の直ぐ上に配置される。一部の実施形態では、ファラデーシールド４４９ｂは、窓４１１とチャック４１７との間にある。一部の実施形態では、ファラデーシールド４４９ｂは、コイル４３３に対して離間した関係に維持されない。例えば、ファラデーシールド４４９ｂは、隙間なく窓４１１の直ぐ下であってもよい。コイル４３３、ファラデーシールド４４９ａ、および窓４１１は、それぞれ、相互に略平行となるように構成されている。金属またはその他の種が処理チェンバ４２４の窓４１１に付着することを、ファラデーシールド４４９ａによって防ぐことができ得る。

上部サブチェンバ４０２に配置された１つ以上のメインガス流入口４６０を介して、さらに／または１つ以上のサイドガス流入口４７０を介して、処理ガス（例えば、ボロン含有ハロゲン化物ガス、ＢＣｌ₃、Ｃｌ₂、Ａｒ、ＣＨ₄、ＣＦ₄、ＮＦ₃など）を処理チェンバ内に流入させることができ得る。同様に、明示されていないものの、容量結合プラズマ処理チェンバに処理ガスを供給するために、類似のガス流入口を用いることができ得る。例えば、単段または２段の機械的乾式ポンプ、および／またはターボ分子ポンプ４４０である真空ポンプを用いて、処理チェンバ４２４から処理ガスを取り出し、処理チェンバ４２４内の圧力を維持することができ得る。例えば、ＡＬＤのパージオペレーション中に、下部サブチェンバ４０３からの排気に真空ポンプを用いることができ得る。真空ポンプによって与えられる真空環境の適用を選択的に制御するために、弁制御管を用いて、真空ポンプを処理チェンバ４２４に流体接続することができ得る。これは、スロットル弁（図示せず）または振り子弁（図示せず）のような閉ループ流量制御装置を採用することにより、操作的プラズマ処理中に実施することができ得る。同様に、真空ポンプ、および容量結合プラズマ処理チェンバへの弁制御による流体接続を採用することもでき得る。

装置４００の作動中には、ガス流入口４６０および／または４７０を介して、ボロン含有ハロゲン化物ガス、添加剤、または活性化ガスなどの１種以上の処理ガスを供給することができ得る。いくつかの実施形態において、処理ガスは、メインガス流入口４６０のみを介して、またはサイドガス流入口４７０のみを介して供給することができ得る。いくつかの例では、図示のガス流入口は、より複雑なガス流入口である例えば１つ以上のシャワーヘッドで置き換えることができ得る。ファラデーシールド４４９ａおよび／またはオプションのグリッド４５０は、処理チェンバ４２４への処理ガスの送出を可能にする内部チャネルおよび孔を有することができ得る。ファラデーシールド４４９ａおよびオプションのグリッド４５０のいずれかまたは両方は、処理ガスを送出するためのシャワーヘッドとして機能することができ得る。一部の実施形態では、処理チェンバ４２４の上流に、液体気化供給システムを配置してもよく、これにより、液状の反応物質または前駆体を気化させてから、その気化された反応物質または前駆体を、ガス流入口４６０および／または４７０を介して処理チェンバ４２４内に導入する。

高周波電力がＲＦ電源４４１からコイル４３３に供給され、これにより、ＲＦ電流がコイル４３３に流れる。コイル４３３に流れるＲＦ電流によって、コイル４３３の周りに電磁場が発生する。この電磁場によって、上部サブチェンバ４０２内に誘導電流が発生する。発生させた種々のイオンおよびラジカルとウェハ４１９との物理的および化学的相互作用によって、ウェハ４１９のフィーチャがエッチングされるとともに、ウェハ４１９上に層が選択的に堆積される。

上部サブチェンバ４０２と下部サブチェンバ４０３の両方が存在するようにプラズマグリッド４５０を使用している場合、誘導電流が、上部サブチェンバ４０２内にあるガスに作用することで、上部サブチェンバ４０２内に電子−イオンプラズマが発生する。オプションの内部プラズマグリッド４５０によって、下部サブチェンバ４０３内の高温電子の量が制限される。いくつかの実施形態において、装置４００は、下部サブチェンバ４０３内にあるプラズマがイオン−イオンプラズマとなるように、設計され、操作される。

上部の電子−イオンプラズマと、下部のイオン−イオンプラズマは、どちらも、正イオンと負イオンを含み得るが、イオン−イオンプラズマのほうが、負イオン：正イオン比が大きくなる。揮発性のエッチング副生成物および／または堆積副生成物は、ポート４２２を介して下部サブチェンバ４０３から除去することができ得る。本明細書で開示されるチャック４１７は、約１０℃〜約２５０℃の範囲の高温で作動することができ得る。この温度は、プロセス処理および具体的なレシピに依存する。

装置４００は、クリーンルームまたは製造施設に設置されると、様々な設備（図示せず）に接続され得る。それらの設備には、処理ガス、真空、温度制御、環境粒子制御を提供する配管設備が含まれる。装置４００がターゲット製造施設に設置されると、このような設備が接続される。さらに、装置４００を搬送室に接続してもよく、これによって、ロボット技術により、通常の自動操作を用いて、半導体ウェハを装置４００に出し入れする搬送が可能となる。

いくつかの実施形態において、システムコントローラ４３０（１つ以上の物理コントローラまたは論理コントローラを含むことができ得る）により、処理チェンバ４２４の動作の一部またはすべてを制御する。システムコントローラ４３０は、１つ以上のメモリデバイスと、１つ以上のプロセッサと、を有し得る。いくつかの実施形態において、装置４００は、開示の実施形態を実施する際の流量および継続時間を制御するための切替システムを備える。いくつかの実施形態において、装置４００は、最大で約５００ｍｓまでの切替時間、または最大で約７５０ｍｓまでの切替時間、を有し得る。切替時間は、フローケミストリ、選択されるレシピ、反応器アーキテクチャ、および他の因子に依存し得る。

いくつかの実施形態において、システムコントローラ４３０は、上述の例の一部であり得るシステムの一部であり得る。そのようなシステムは、処理ツールまたはいくつかのツール、チェンバまたはいくつかのチェンバ、処理用プラットフォームまたはいくつかのプラットフォーム、および／または特定の処理コンポーネント（ウェハペデスタル、ガスフローシステムなど）、などの半導体処理装置を備えることができる。これらのシステムは、半導体ウェハまたは基板の処理前、処理中、処理後のそれらのオペレーションを制御するための電子装置と統合することができ得る。それらの電子装置は、システムコントローラ４３０に統合することができ、これにより、そのシステムまたはいくつかのシステムの各種コンポーネントまたはサブパーツを制御することができ得る。システムコントローラは、処理パラメータおよび／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）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体供給の設定、位置および動作設定、ツールとの間および他の移送ツールとの間および／または特定のシステムに接続またはインタフェースしているロードロックとの間のウェハ移送を含む、本明細書に開示の任意のプロセスを制御するようにプログラムすることができ得る。

システムコントローラ４３０は、広義には、様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、命令を受け取り、命令を発行し、オペレーションを制御し、クリーニング動作を実現し、終点測定を実現するなどのソフトウェア、を有する電子装置と定義することができ得る。集積回路には、プログラム命令を格納した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）として規定されるチップ、および／またはプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１つ以上のマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラ、を含むことができ得る。プログラム命令は、半導体ウェハ上での特定のプロセスまたは半導体ウェハのための特定のプロセスまたはシステムに対する特定のプロセスを実行するための動作パラメータを規定する様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形でコントローラに伝達される命令であり得る。動作パラメータは、一部の実施形態では、ウェハの１つ以上の層、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／またはダイの製造もしくは除去において１つ以上の処理工程を実現するために、プロセスエンジニアによって規定されるレシピの一部であり得る。

システムコントローラ４３０は、いくつかの実現形態において、システムに統合もしくは接続されるか、またはその他の方法でシステムにネットワーク接続されたコンピュータの一部であるか、またはそのようなコンピュータに接続されたものであるか、またはそれらの組み合わせであり得る。例えば、コントローラは、「クラウド」にあるか、またはファブホストコンピュータシステムの全体もしくは一部とすることができ、それは、ウェハ処理のためのリモートアクセスを可能とするものであり得る。コンピュータによって、製造オペレーションの現在の進行状況を監視し、過去の製造オペレーションの履歴を調査し、複数の製造オペレーションからの傾向またはパフォーマンスメトリックを調査するため、現在の処理のパラメータを変更するため、現在の処理に従って処理工程を設定するため、または、新たなプロセスを開始するための、システムへのリモートアクセスを実現することができる。いくつかの例において、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ローカルネットワークまたはインターネットを含み得るネットワークを介して、システムにプロセスレシピを提供することができる。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とするユーザインタフェースを有することができ、それらは、その後、リモートコンピュータからシステムに伝達される。一部の例では、システムコントローラ４３０は、１つ以上のオペレーションにおいて実行される処理工程の各々のパラメータを指定するデータの形で命令を受け取る。なお、それらのパラメータは、実施されるプロセスのタイプ、およびコントローラがインタフェースまたは制御するように構成されているツールのタイプ、に固有のものであり得ることは、理解されなければならない。その場合、上述のように、相互にネットワーク接続されているとともに、本明細書に記載のプロセスおよび制御などの共通の目的に向かって協働する１つ以上の別個のコントローラを備えることなどによって、システムコントローラ４３０を分散させることができ得る。このような目的の分散コントローラの一例は、チェンバに搭載する１つ以上の集積回路であり、これらは、（プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として、など）遠隔配置された１つ以上の集積回路と通信し、共同でチェンバにおけるプロセスを制御する。

例示的なシステムは、限定するものではないが、プラズマエッチングチェンバまたはモジュール、堆積チェンバまたはモジュール、スピンリンスチェンバまたはモジュール、金属メッキチェンバまたはモジュール、クリーンチェンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチェンバまたはモジュール、物理気相成長（ＰＶＤ）チェンバまたはモジュール、化学気相成長（ＣＶＤ）チェンバまたはモジュール、ＡＬＤチェンバまたはモジュール、ＡＬＥチェンバまたはモジュール、イオン注入チェンバまたはモジュール、トラックチェンバまたはモジュール、ならびに半導体ウェハの製作および／または製造に関連または使用することがあり得る他の任意の半導体処理システム、を含むことができ得る。

上述のように、ツールによって実行される処理工程またはいくつかの工程に応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュール、他のツール部品、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、近隣のツール、工場の至るところに配置されたツール、メインコンピュータ、他のコントローラ、または半導体製造工場においてツール場所および／またはロードポートとの間でウェハの容器を移動させる材料搬送で使用されるツール、のうちの１つ以上と通信し得る。

図５は、真空搬送モジュール５３８（ＶＴＭ）とインタフェース接続される各種モジュールを備えた、半導体プロセス・クラスタアーキテクチャを示している。複数の保管設備および処理モジュールの間でウェハを「搬送する」ための各種モジュールの構成は、「クラスタツールアーキテクチャ」システムと呼ばれることもある。ロードロックまたは搬送モジュールとしても知られるエアロック５３０が、ＶＴＭ５３８とインタフェース接続されており、そしてこのＶＴＭが、様々な製造プロセスを実施するために個々に最適化することができ得る４つの処理モジュール５２０ａ〜５２０ｄとインタフェース接続される。例として、処理モジュール５２０ａ〜５２０ｄは、基板エッチング、成膜、イオン注入、ウェハ洗浄、スパッタリング、および／または他の半導体プロセスを実施するように実現することができ得る。一部の実施形態では、ＡＬＤとＡＬＥは、同じモジュールで実施される。一部の実施形態では、ＡＬＤとＡＬＥは、同じツールの異なるモジュールで実施される。基板エッチング処理モジュールのうちの１つ以上（５２０ａ〜５２０ｄのいずれか）を、本明細書で開示するように、すなわち、コンフォーマル膜を堆積させ、ＡＬＤにより膜を選択的に堆積させ、パターンをエッチングし、金属をエッチングするように、さらに開示の実施形態に従った他の適切な機能用として、実現することができ得る。エアロック５３０および処理モジュール５２０ａ〜５２０ｄは、「ステーション」と呼ばれることもある。各ステーションは、該ステーションをＶＴＭ５３８にインタフェース接続するファセット５３６を有する。各ファセットの内部で、センサ１〜１８を用いて、それぞれのステーション間で移送されるウェハ５２６の通過を検出する。

ロボット５２２により、ウェハ５２６をステーション間で搬送する。一実施形態では、ロボット５２２は１つのアームを有し、他の実施形態では、ロボット５２２は２つのアームを有し、その場合、各アームは、ウェハ５２６のようなウェハを移送のためにピックアップするためのエンドエフェクタ５２４を有する。大気搬送モジュール５４０（ＡＴＭ）内のフロントエンド・ロボット５３２を用いて、カセットから、またはロードポート・モジュール（ＬＰＭ）５４２内の正面開口一体型ポッド（ＦＯＵＰ（フープ）：Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）５３４から、エアロック５３０へウェハ５２６を搬送する。処理モジュール５２０ａ〜５２０ｄ内部のモジュール中心５２８は、ウェハ５２６を配置するための一位置である。ＡＴＭ５４０内のアライナ５４４を用いて、ウェハを位置合わせする。

例示的な処理方法では、ＬＰＭ５４２内のフープ５３４のいずれか１つに、ウェハが配置される。フロントエンド・ロボット５３２が、ウェハをフープ５３４からアライナ５４４に搬送し、これにより、ウェハ５２６は、エッチングまたは処理される前に適切に中心に位置合わせされることが可能である。位置合わせされた後に、ウェハ５２６は、フロントエンド・ロボット５３２によってエアロック５３０内に移送される。エアロック５３０は、ＡＴＭ５４０とＶＴＭ５３８との間で環境を適合させる能力を持つので、２つの圧力環境の間でウェハ５２６を損傷することなく移送することが可能である。ウェハ５２６は、エアロック５３０から、ロボット５２２によりＶＴＭ５３８を通して、処理モジュール５２０ａ〜５２０ｄのいずれか１つの中に移送される。このようなウェハの移動を達成するため、ロボット５２２は、そのアームの各々のエンドエフェクタ５２４を使用する。ウェハ５２６が処理されたら、それを、ロボット５２２によって、処理モジュール５２０ａ〜５２０ｄからエアロック５３０に移送する。そこから、フロントエンド・ロボット５３２によって、フープ５３４のいずれか１つまたはアライナ５４４に、ウェハ５２６を移送することができ得る。

なお、ウェハの移動を制御するコンピュータは、このクラスタアーキテクチャにローカルなものとすることができ、または製造現場内でクラスタアーキテクチャの外部、もしくは遠隔地に配置して、ネットワークを介してクラスタアーキテクチャに接続することができるということに留意すべきである。図４に関して上述したようなコントローラを、図５のツールに実装することができ得る。

［実験］
「実験１」
実験を実施して、基板の平滑度を評価した。接着層としての酸化物、窒化チタンと、さらに１００ｎｍのコバルトを含む、シリコン基板上のブランケット積層膜を、エッチング前に評価した。図６Ａに示すような画像が取得されたが、これは、基板表面にわたって、さらには各種層の間の界面に、様々な塊および粒を示しており、高粗度を示唆している。図示のような測定値を採取したところ、それらは、１１０ｎｍ、１１３ｎｍ、１１２ｎｍ、１１１ｎｍの厚さを示した。その後、開示の実施形態を用いて基板をエッチングした。予めリセス形成された（ウェットエッチングによってリセス形成された）コバルト層を含む基板であって、その上からハードマスクが堆積され、パターニングされたものを、ＢＣｌ₃および添加剤に暴露して、基板上にＢＣｌ_x層を堆積させた後に、その基板を活性化ガスに暴露するとともに、プラズマを点火した。ＢＣｌ₃および添加剤と、活性化ガスおよびプラズマと、これらの交互のパルスに、２０サイクルにわたって基板を暴露した。そして、エッチングされた基板を、粗さについて評価した。結果として得られた基板から、図６Ｂに示すような画像が取得されて、その厚さが８０．２ｎｍと測定された。基板は、ＲＭＳが５ｎｍ未満の平滑な表面を示し、平滑度に少なくとも５０％の改善を示している。

「実験２」
実験を実施して、開示の実施形態のエッチング速度を測定した。エッチング対象のブランケットコバルト層と、コバルト層の上から堆積されてパターニングされたハードマスクと、を有する基板を、ＢＣｌ₃および添加剤に暴露した。その後、基板を、活性化ガスおよびプラズマに暴露した。ＢＣｌ₃および添加剤と、活性化ガスおよびプラズマのサイクルに、２０サイクルにわたって基板を暴露した。これらのサイクルによって、約１．４４２２ｎｍ／サイクルのエッチング速度で、コバルトを主に線状パターンでエッチングした。サイクル数に対するコバルト除去量について、データ点および線形モデルを図７に示している。

［結論］
上記の実施形態は、明確な理解を目的として、ある程度詳細に記載しているが、添付の請求項の範囲内でいくらかの変更および変形を実施してもよいことは明らかであろう。なお、本発明の実施形態のプロセス、システム、および装置を実現する数多くの代替的形態があることに留意すべきである。よって、本発明の実施形態は例示とみなされるべきであって、限定するものではなく、また、実施形態は、本明細書で提示した詳細に限定されるものではない。

Claims (38)

1. チェンバ内で基板を処理する方法であって、
   （ａ）マスクの表面上にボロン含有ハロゲン化物材料の第１の層を、前記基板上の金属の表面上にボロン含有ハロゲン化物材料の第２の層を、前記第１の層は前記第２の層よりも厚く、選択的に堆積させるのに十分な継続時間で、ボロン含有ハロゲン化物ガスと、水素含有ガスおよびハロゲン含有ガスからなる群から選択された添加剤に、前記基板を暴露することと、
   （ｂ）活性化ガスと活性化源に前記基板を暴露することと、
   を含む方法。
2. （ａ）の前記継続時間は、約５秒〜約６０秒の間である、請求項１に記載の方法。
3. 前記基板上にボロン含有ハロゲン化物層を堆積させるためのサイクルにおける第１セットで、（ａ）と（ｂ）を繰り返すことを、さらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記金属をエッチングするためのサイクルにおける第２セットで、（ａ）と（ｂ）を繰り返すことを、さらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記サイクルの第２セットにおける（ａ）の前記継続時間は、前記サイクルの第１セットにおける（ａ）の前記継続時間よりも短い、請求項４に記載の方法。
6. 前記サイクルの第２セットにおける（ｂ）の前記継続時間は、前記サイクルの第１セットにおける（ｂ）の前記継続時間よりも長い、請求項４に記載の方法。
7. 前記第２セットにおけるサイクル数は、前記第１セットにおけるサイクル数とは異なる、請求項４に記載の方法。
8. （ｂ）ではバイアスが印加される、請求項１に記載の方法。
9. 前記サイクルの第１セットでは第１のバイアス電力で、前記サイクルの第２セットでは第２のバイアス電力で、（ｂ）においてバイアスが印加される、請求項４に記載の方法。
10. 前記第１のバイアス電力は、前記第２のバイアス電力よりも大きい、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１のバイアス電力は、前記第２のバイアス電力よりも小さい、請求項９に記載の方法。
12. 前記第１のバイアス電力は、約２０Ｖｂ〜約１００Ｖｂの間である、請求項９に記載の方法。
13. 前記第２のバイアス電力は、約３０Ｖｂ〜約１５０Ｖｂの間である、請求項９に記載の方法。
14. 前記添加剤は、Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＦ₄、ＮＦ₃、Ｃｌ₂、およびこれらの組み合わせ、からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
15. 前記活性化ガスは、Ａｒ、Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＦ₄、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、ＮＦ₃、およびこれらの組み合わせ、からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
16. 前記ボロン含有ハロゲン化物ガスは、ＢＣｌ₃、ＢＢｒ₃、ＢＦ₃、ＢＩ₃、からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
17. 前記金属は、コバルト、鉄、マンガン、ニッケル、白金、パラジウム、ルテニウム、からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
18. 前記活性化源は、プラズマである、請求項１に記載の方法。
19. 前記プラズマの電力は、約１００Ｗ〜約１５００Ｗの間である、請求項１８に記載の方法。
20. 前記チェンバの圧力は、約２ｍＴ〜約９０ｍＴの間である、請求項１に記載の方法。
21. 前記基板は、パターニングされる、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
22. 前記金属の表面は、前記マスクの表面に対して窪んでいる、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
23. 暴露の合間に、前記チェンバをパージすることをさらに含む、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
24. 前記基板上のフィーチャの側壁に化合物が再堆積されることは実質的にない、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
25. 前記基板は、コンタクトを形成するためにエッチングされる、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
26. 前記基板は、前記金属のブランケット層へのサブトラクティブ・エッチングによってエッチングされる、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
27. 前記金属の表面のＲＭＳ粗さは、約５ｎｍ未満である、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
28. （ｂ）において、前記活性化源に前記基板を暴露することは、イオンビームエッチングまたは反応性イオンエッチングを含む、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
29. （ａ）と（ｂ）は、真空破壊することなく実施される、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
30. （ａ）と（ｂ）は、同じチェンバ内で実施される、請求項２９に記載の方法。
31. （ａ）と（ｂ）は、同じ装置の異なるモジュールで実施される、請求項２９に記載の方法。
32. （ａ）と（ｂ）の少なくとも一方は、自己制御反応を含む、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
33. 前記マスクは、非金属を含む、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
34. 前記マスクは、前記金属とは組成が異なる他の金属を含む、請求項１に記載の方法。
35. （ａ）または（ｂ）を実施する前に、前記金属に部分的にリセスを形成するために、前記基板をウェットエッチングすることをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
36. 基板を処理するための装置であって、
    （ａ）チャックをそれぞれ有する１つ以上の処理チェンバと、
    （ｂ）前記処理チェンバへの１つ以上のガス入口および関連したフロー制御ハードウェアと、
    （ｃ）少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラと、を備え、
    前記少なくとも１つのプロセッサと前記メモリは相互に通信接続されており、
    前記少なくとも１つのプロセッサは、前記フロー制御ハードウェアと少なくとも作用的に接続されており、
    前記メモリは、前記フロー制御ハードウェアを少なくとも制御するように前記少なくとも１つのプロセッサを制御するためのコンピュータ実行可能命令を記憶しており、該制御は、
    （ｉ）マスクの表面上にボロン含有ハロゲン化物材料の第１の層を、前記基板上の金属の表面上にボロン含有ハロゲン化物材料の第２の層を、前記第１の層は前記第２の層よりも厚く、選択的に堆積させるのに十分な継続時間で、ボロン含有ハロゲン化物ガスと、水素含有ガスおよびハロゲン含有ガスからなる群から選択される添加剤を、前記１つ以上の処理チェンバのいずれかに流入させることと、
    （ｉｉ）前記１つ以上の処理チェンバのいずれかに活性化ガスを流入させるとともに、活性化源を点火すること、による制御である、装置。
37. 真空破壊することなく、前記ボロン含有ハロゲン化物ガス、前記添加剤、および前記活性化ガスを流入させる、請求項３６に記載の装置。
38. 前記活性化源は、プラズマである、請求項３６に記載の装置。