JP2019016789A - 液体混合物および液体混合物を用いて基板をエッチングするための方法 - Google Patents
液体混合物および液体混合物を用いて基板をエッチングするための方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】プラズマ損傷部分および／または汚染部分を除去するのに用いられるエッチングプロセスは、基板の他の露出材料に対して十分に選択的ではない。つまり、エッチングプロセスがプラズマ損傷部分および／または汚染部分を十分にエッチングするときは、所望するより多くの厚さの他の露出材料もエッチングする。【解決手段】基板をエッチングするための液体混合物は、液体混合物の１５〜７０質量％の範囲の酢酸と、液体混合物の５〜５０質量％の範囲の硝酸と、液体混合物の８〜５０質量％の範囲の硫酸と、液体混合物の０〜３０質量％の範囲の水とを含む。【選択図】図２
Description
本開示は、基板処理システムに関し、特に、液体混合物、ならびに、液体混合物を用いて基板のプラズマ損傷部分および／または汚染部分をエッチングするための方法に関する。
本明細書で提供される背景技術の説明は、開示内容を一般的に提示するためである。本背景技術欄で説明される範囲において、現在名前を挙げられた発明者の発明は、出願時に先行技術と見なされない説明の態様と共に、明示または黙示を問わず本開示に対する先行技術として認められない。
基板処理システムは、半導体ウエハなどの基板上に材料を堆積させ、その材料をエッチングし、あるいはその材料を処理するのに用いられる。エッチングプロセスの例には、ドライエッチング、気相エッチング、および／または、ウェットエッチングが含まれる。処理時には、基板のいくつかの層は、プラズマによって損傷される、および／または、先行するプロセス工程で用いられる化学物質によって汚染される可能性がある。
処理時に基板の１つ以上の層がプラズマ損傷および／または汚染されたときは、基板のプラズマ損傷部分および／または汚染部分を除去するのにエッチングプロセスが用いられてよい。プラズマ損傷部分および／または汚染部分を除去するのに用いられるエッチングプロセスは、基板の他の露出材料に対して十分に選択的ではない。つまり、エッチングプロセスがプラズマ損傷部分および／または汚染部分を十分にエッチングするときは、所望するより多くの厚さの他の露出材料もエッチングする。
基板をエッチングするための液体混合物は、液体混合物の１５〜７０質量％の範囲の酢酸と、液体混合物の５〜５０質量％の範囲の硝酸と、液体混合物の８〜５０質量％の範囲の硫酸と、液体混合物の０〜３０質量％の範囲の水と、を含む。
他の特徴では、液体混合物は、さらに、液体混合物の０．０５〜１質量％の範囲のフッ化水素酸を含む。フッ化水素酸の濃度は、液体混合物の０．１〜０．５質量％の範囲である。酢酸の濃度は、液体混合物の２０〜６０質量％の範囲である。硝酸の濃度は、液体混合物の１５〜４０質量％の範囲である。
他の特徴では、硫酸の濃度は、液体混合物の１０〜４０質量％の範囲である。水は、液体混合物の０〜２０質量％を含む。
基板をエッチングするための方法は、基板を提供することと、基板上に液体混合物を分注して基板をエッチングすることと、を含む。
他の特徴では、基板は、酸化タンタル層を含む。液体混合物は、予め定められた厚さの酸化タンタル層をエッチングする。基板は、抵抗ランダムアクセスメモリセルを含む。
基板をエッチングするための方法は、基板をスピンチャック上に配置することと、スピンチャックを用いて基板を回転させることと、基板上に液体混合物を分注して基板をエッチングすることと、を含む。
基板をエッチングするための方法は、基板を提供することと、液体混合物をフッ化水素酸と混ぜ合わせて第２の液体混合物を生成することと、基板上に第２の液体混合物を分注して基板をエッチングすることと、を含む。
他の特徴では、フッ化水素酸の濃度は、第２の液体混合物の０．０５〜１質量％の範囲である。フッ化水素酸の濃度は、第２の液体混合物の０．１〜０．５質量％の範囲である。
基板をウェットエッチングするための方法は、基板をスピンチャック上に配置することと、スピンチャックを用いて基板を回転させることと、液体混合物をフッ化水素酸と混ぜ合わせて第２の液体混合物を生成することと、第２の液体混合物を基板上に分注して基板をエッチングすることと、を含む。
他の特徴では、フッ化水素酸の濃度は、第２の液体混合物の０．０５〜１質量％の範囲である。フッ化水素酸の濃度は、第２の液体混合物の０．１〜０．５質量％の範囲である。
本開示の利用可能性のさらなる分野は、発明を実施するための形態、特許請求の範囲、および図面から明らかになろう。発明を実施するための形態および特定の例は、例示のみを目的とし、開示の範囲を限定する意図はない。
本開示は、発明を実施するための形態および添付の図面からより詳細に理解されるだろう。
図面では、類似および／または同一の要素を確認するために参照番号は再利用されてよい。
本開示は、基板層のプラズマ損傷部分および／または汚染部分をエッチングするための液体混合物に関する。例えば、いくつかの用途では、酸化タンタル層の上部は、プラズマ損傷する、および／または、１つ以上の事前処理工程からのハロゲン種（塩素など）で汚染される。
硝酸（ＨＮＯ3）およびフッ化水素酸（ＨＦ）の液体混合物は、酸化タンタル層のプラズマ損傷部分または汚染部分を除去するのに用いられうる。しかし、ウェットエッチング時における亜硝酸（ＨＮＯ2）の形成によって、液体混合物のエッチング速度および再現性を制御することに問題がある。過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）などの酸化剤なしの液体混合物、または、異なる酸化剤が含まれる液体混合物では、酸化タンタルの不十分な除去が見られる。王水などのＨＦなしの混合物では、酸化タンタルの不十分な除去が見られる。
処理時における酸化タンタル層のプラズマ損傷部分および／または汚染部分の除去は、動作時のデータ保持期間を向上させる。そのため、基板の他の露出材料の損傷および／または除去を制限しつつ、酸化タンタル層のプラズマ損傷部分および／または汚染部分が除去されることが望ましい。
例示のみでは、他の露出材料には、ハードマスク材料（化学気相堆積（ＣＶＤ）酸化ハードマスクなど）、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、窒化チタン（ＴｉＮ）、および、イリジウム（Ｉｒ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、または他の材料などの電極材料が含まれてよい。いくつかの例では、本開示による液体混合物は、２００オングストローム（Ａ）未満または１８０オングストローム未満のＣＶＤ酸化シリコンを除去しつつ、約３０オングストロームの酸化タンタルを除去する。つまり、本例では、酸化タンタルに対するＣＶＤ酸化物のエッチング選択比は、それぞれ約７：１または約６：１未満に制限される。いくつかの例では、液体混合物が基板の表面上に分注される間、スピンチャックは、基板を回転させるのに用いられてよい。
いくつかの例では、液体混合物は、酢酸、硝酸、硫酸、水、および、フッ化水素酸を含む。酢酸、硝酸、および、硫酸は予混合されることができ、フッ化水素酸は、液体混合物をスピンチャック上に分注する前に、混合システムによって液体混合物と混合されてよい。あるいは、酢酸、硝酸、硫酸、および、フッ化水素酸は、予混合されうる。
いくつかの例では、液体混合物は、液体混合物の１５〜７０質量％の範囲の酢酸と、液体混合物の５〜５０質量％の範囲の硝酸と、液体混合物の８〜５０質量％の範囲の硫酸と、液体混合物の０〜３０質量％の範囲の水と、を含む。質量％で示される濃度は、分析濃度である。
いくつかの例では、液体混合物は、フッ化水素酸をさらに含む。フッ化水素酸は、スピンチャックにおいて基板上に分注される前に、予混合されうる、または、液体混合物と混合されうる。いくつかの例では、フッ化水素酸は、液体混合物の０．０５〜１質量％の範囲である。他の例では、フッ化水素酸は、液体混合物の０．１〜０．５質量％の範囲である。
他の例では、酢酸は、液体混合物の２０〜６０質量％の範囲であり、硝酸は、液体混合物の１５〜４０質量％の範囲であり、硫酸は、液体混合物の１０〜４０質量％の範囲であり、および／または、水は、液体混合物の０〜２０質量％の範囲である。
以下の説明では、液体混合物を分注するためのスピンチャックの例が図１Ａおよび図１Ｂに示されている。図２には、液体混合物を用いるための方法の例が示され説明されている。図３Ａおよび図３Ｂには、処理されうる酸化タンタルを含む基板の例が示されている。いくつかの例が示されているが、液体混合物は、他の種類の材料および／または他の種類の基板をエッチングするのに用いられうる。また、液体混合物は、他の種類の装置を用いて分注されうる。
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、スピンチャック５０が示されている。スピンチャック５０は、液体混合物を供給して、他の材料の除去を制限しつつ、プラズマ損傷したおよび／または汚染した層の部分を選択的にエッチングするのに用いられてよい。図１Ａでは、スピンチャック５０は、処理チャンバ５２と、基板５８を支持する回転可能なチャック５６を備える。モータ６０は、回転可能なチャック５６に接続されたシャフト６２を回転させる。モータ６０が回転可能なチャック５６に接続されたシャフト６２を回転させながら、液体供給アーム６４およびノズル６６は、液体を基板５８の表面に供給する。弁７２は、脱イオン（ＤＩ）水、上述の液体混合物、および／または、液体供給部７４からの他の液体など、１種以上の液体の供給を制御する。制御装置７６は、エッチング時に、モータ６０、モータ７０、および弁７２を制御するのに用いられてよい。図１Ｂでは、液体供給アーム６４の回転位置は、モータ７０を用いて分注位置から点線で示される収納位置に調整されてよい。特定のスピンチャックが示されているが、他の種類のスピンチャック、または、他の液体混合物塗布方法が用いられうる。
図２を参照すると、基板をウェットエッチングするための方法１００は、基板を提供することと、１１０においてスピンチャック上に基板を配置することと、を含む。いくつかの例では、基板は、酸化タンタルなどのプラズマ損傷材料および／または汚染材料、ならびに、少なくとも１つの他の露出材料を含む。この方法は、１１４においてスピンチャックを用いて基板を回転させることを含む。１１８では、この方法は、基板の表面上に液体混合物を塗布することを含む。液体混合物は、酸化タンタルなどのプラズマ損傷材料および／または汚染材料を選択的にエッチングする。いくつかの例では、基板５８は、脱イオン（ＤＩ）水などの水との液体混合物を用いたエッチング後に、１２０において洗浄される。洗浄後、基板５８は、１２２において乾燥されてよい。
いくつかの例では、回転可能なチャック５６は、５０ｒｐｍ以上の速度で回転される。他の例では、回転可能なチャック５６は、３００ｒｐｍ以上の速度で回転される。他の例では、回転可能なチャック５６は、１０００ｒｐｍの速度で回転される。いくつかの例では、液体混合物は、自由流動液体として基板５６の上に分注される。いくつかの例では、液体混合物は、１０〜４０℃の範囲の温度（例えば、２５℃）で分注される。
一例では、液体混合物は、液体混合物の５４質量％の酢酸と、液体混合物の１９．８質量％の硝酸と、液体混合物の１５質量％の硫酸と、液体混合物の０．２質量％のフッ化水素酸と、液体混合物の１１質量％の水とを含む。
別の例では、液体混合物は、液体混合物の３１．９質量％の酢酸と、液体混合物の２９質量％の硝酸と、液体混合物の２４質量％の硫酸と、液体混合物の０．１質量％のフッ化水素酸と、液体混合物の１５質量％の水とを含む。
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、上述の液体混合物は、抵抗ランダムアクセスメモリ（ＲｅＲＡＭ）セル２１０の酸化タンタル層をエッチングするのに用いられてよい。ＲｅＲＡＭセル２１０は、抵抗素子スタック２１４、電源ライン２１６、ビットライン２１８、スイッチングトランジスタ２２０、および、接続部２２２を備える。抵抗素子スタック２１４は、上部電極２２４、下部電極２２６、第１の層２２８、および、第２の層２３０を備えてよい。第１の層２２８は、酸化タンタル（ＴａＯy）を含み、下部電極２２６に隣接して配置される。第２の層２３０は、上部電極２２４と第１の層２２８との間に配置される。第２の層２３０は、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を含む。
動作時に、負電荷を上部電極に印加して第２の層２３０への酸素イオンの移動を引き起こすことによって、第１の抵抗状態が設定される。第２の抵抗状態は、正電荷を上部電極に印加して第１の層２２８への酸素イオンの移動を引き起こすことによって設定される。第１の抵抗状態は、第２の抵抗状態よりも高い抵抗値を有する。
ＲｅＲＡＭセル２１０の処理時に、第１の層２２８および／または第２の層２３０はエッチングされて、プラズマ損傷部分または汚染部分が除去される。処理時にプラズマ損傷したおよび／または汚染された酸化タンタルを除去することで、ＲｅＲＡＭメモリセル２１０のデータ保持期間が向上する。
前述の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、その適用、または使用を決して限定する意図はない。本開示の広範の教示は、様々な形式で実施されうる。そのため、本開示は特定の例を含むが、図面、明細書、および以下の請求項を見ると他の変更が明らかになるため、本開示の真の範囲はそれほど限定されるべきでない。方法の範囲内の１つ以上の工程は、本開示の本質を変更することなく異なる順序で（または同時に）実行されてよいことを理解されたい。さらに、各実施形態は特定の特徴を有すると上述されているが、本開示の実施形態に関して記載された１つ以上のそれらの特徴は、他の実施形態において、および／または、他の実施形態の特徴と組み合わせて（その組み合わせが明記されていなくても）実施されうる。つまり、記載の実施形態は互いに排他的ではなく、１つ以上の実施形態の互いの順列は、本開示の範囲内にある。
要素間（例えば、モジュール間、回路素子間、半導体層間など）の空間関係および機能関係は、「接続された」、「係合された」、「結合された」、「近接する」、「隣接する」、「上に」、「上方に」、「下方に」、および「配された」を含む様々な用語を用いて説明される。「直接的」と明記されない限り、第１の要素と第２の要素との間の関係が上記の開示に説明されるときは、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の介在要素が存在しない場合は直接的関係でありうるが、第１の要素と第２の要素との間に１つ以上の介在要素が（空間的または機能的に）存在する場合は、間接的関係でもありうる。本明細書では、Ａ、Ｂ、およびＣのうち少なくとも１つ、との表現は、非排他的な論理であるまたはを用いる論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味すると解釈されるべきであり、「少なくとも１つのＡ、少なくとも１つのＢ、および少なくとも１つのＣ」を意味すると解釈されるべきでない。
Claims (17)
- 基板をエッチングするための液体混合物であって、
前記液体混合物の１５〜７０質量％の範囲の酢酸と、
前記液体混合物の５〜５０質量％の範囲の硝酸と、
前記液体混合物の８〜５０質量％の範囲の硫酸と、
前記液体混合物の０〜３０質量％の範囲の水と、
を含む、液体混合物。 - 請求項１に記載の液体混合物であって、
前記液体混合物は、さらに、前記液体混合物の０．０５〜１質量％の範囲のフッ化水素酸を含む、液体混合物。 - 請求項１に記載の液体混合物であって、
前記液体混合物は、さらに、前記液体混合物の０．１〜０．５質量％の範囲のフッ化水素酸を含む、液体混合物。 - 請求項１に記載の液体混合物であって、
酢酸の濃度は、前記液体混合物の２０〜６０質量％の範囲である、液体混合物。 - 請求項１に記載の液体混合物であって、
硝酸の濃度は、前記液体混合物の１５〜４０質量％の範囲である、液体混合物。 - 請求項１に記載の液体混合物であって、
硫酸の濃度は、前記液体混合物の１０〜４０質量％の範囲である、液体混合物。 - 請求項１に記載の液体混合物であって、
前記水は、前記液体混合物の０〜２０質量％を含む、液体混合物。 - 基板をエッチングするための方法であって、
前記基板を提供することと、
請求項１に記載の前記液体混合物を前記基板上に分注して前記基板をエッチングすることと、
を含む、方法。 - 請求項８に記載の方法であって、
前記基板は、酸化タンタル層を含み、前記液体混合物は、予め定められた厚さの前記酸化タンタル層をエッチングする、方法。 - 請求項８に記載の方法であって、
前記基板は、抵抗ランダムアクセスメモリセルを備える、方法。 - 基板をエッチングするための方法であって、
前記基板をスピンチャック上に配置することと、
前記スピンチャックを用いて前記基板を回転させることと、
請求項１に記載の前記液体混合物を前記基板上に分注して前記基板をエッチングすることと、
を含む、方法。 - 基板をエッチングするための方法であって、
前記基板を提供することと、
請求項１に記載の前記液体混合物をフッ化水素酸と混ぜ合わせて第２の液体混合物を生成することと、
前記第２の液体混合物を前記基板上に分注して前記基板をエッチングすることと、
を含む、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
前記フッ化水素酸の濃度は、前記第２の液体混合物の０．０５〜１質量％の範囲である、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
前記フッ化水素酸の濃度は、前記第２の液体混合物の０．１〜０．５質量％の範囲である、方法。 - 基板をウェットエッチングするための方法であって、
前記基板をスピンチャック上に配置することと、
前記スピンチャックを用いて前記基板を回転させることと、
請求項１に記載の前記液体混合物をフッ化水素酸と混ぜ合わせて第２の液体混合物を生成することと、
前記第２の液体混合物を前記基板上に分注して前記基板をエッチングすることと、
を含む、方法。 - 請求項１５に記載の方法であって、
前記フッ化水素酸の濃度は、前記第２の液体混合物の０．０５〜１質量％の範囲である、方法。 - 請求項１６に記載の方法であって、
前記フッ化水素酸の濃度は、前記第２の液体混合物の０．１〜０．５質量％の範囲である、方法。
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