JP2023540291A - 選択的異方性金属エッチング - Google Patents

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Abstract

基板をパターニングする方法が提供される。該方法は、金属含有層の表面を塩素含有ガス前駆体及び酸素含有ガス前駆体のプラズマ放出物に曝露することにより、処理チャンバの処理領域に位置づけられた基板上に形成された金属含有層の表面を改質して、金属含有層の改質された表面を形成することを含む。該方法は、不活性ガス前駆体のプラズマ放出物を金属含有層の改質された表面に誘導するステップをさらに含む。不活性ガス前駆体のプラズマ放出物は、基板を保持する基板支持体にバイアス電圧を印加することによって誘導される。該方法は、金属含有層の改質された表面を不活性ガス前駆体のプラズマ放出物で異方性エッチングして、金属含有層に第１の側壁を有する第１の凹部を形成することをさらに含む。【選択図】図２

Description

本開示の実装形態は、概して、半導体デバイス及び半導体デバイス製造に関する。より詳細には、本開示の実装形態は、半導体デバイスに用いられる導電性材料の選択的異方性エッチングの方法に関する。
半導体デバイスの製造は、所望のサイズ及び間隔を有する１つ以上の材料を形成（例えば、パターニング）することを含む。例えば、導電性材料は、アクセス線（例えば、ワード線）、ディジット線（例えば、センス線、ビット線）、導電性コンタクト、及び導電性トレースなどの導電線へとパターン化されうる。他の特徴部をパターン化して、例えば、メモリセルの選択デバイス、メモリストレージ素子、及び半導体デバイスの他の構成要素を形成することができる。
半導体デバイスの特徴部のサイズが縮小し続けるにつれて、所望の限界寸法を有する特徴部のパターンを形成することがますます困難になっている。加えて、半導体デバイスの複雑さが増すにつれて、パターン化される材料を含むスタック構造は、より大きい厚さ（例えば、高さ）を示しうる。さらには、半導体デバイスの複雑さの増加に伴い、パターニングの回数が増えるにつれて、半導体デバイスの所望の数の特徴部のパターニングを容易にするために、フォトレジスト材料及びハードマスク材料などのマスク材料の寸法（例えば、高さ）又はアスペクト比（構造の高さと幅の比として定義される）が増加されうる。しかしながら、マスク材料の高さ及び／又はアスペクト比が増加するにつれて、マスクを通して形成された材料は、側壁粗さ、線幅粗さ（ＬＷＲ）、又はそれらの組合せの望ましくない増加を示す可能性がある。加えて、導電性材料の現在のエッチングプロセスは、しばしば、導電性材料を横方向にエッチングし、側壁の粗さとＬＷＲを悪化させる。さらには、用いられる導電性材料（金属）が、ルテニウムなどのデバイスの温度及び熱収支内で粒子を成長させる粒子成長金属である場合、側壁粗さ及びＬＷＲをもたらす、金属の弱い粒界に沿った横方向のエッチングについてのさらなる傾向が存在する。
したがって、導電性材料をエッチングする改善された方法が必要とされている。
本開示の実装形態は、概して、半導体デバイス及び半導体デバイス製造に関する。より詳細には、本開示の実装形態は、半導体デバイスに用いられる導電性材料の選択的異方性エッチングの方法に関する。
一態様では、基板をパターニングする方法が提供される。該方法は、処理チャンバの処理領域に位置づけられた基板上に形成された金属含有層の表面を、塩素含有ガス前駆体及び酸素含有ガス前駆体に曝露することにより、金属含有層の表面を改質して、金属含有層の改質された表面を形成することを含む。該方法は、基板を保持する基板支持体にバイアス電圧を印加することによって、不活性ガス前駆体のプラズマ放出物を金属含有層の改質された表面に誘導するステップをさらに含む。該方法は、金属含有層の改質された表面を不活性ガス前駆体のプラズマ放出物で異方性エッチングして、金属含有層内に第１の側壁を有する第１の凹部を形成することをさらに含み、ここで、不活性ガス前駆体のプラズマ放出物は、金属含有層の改質された表面を改質されていない部分と比較して選択的にエッチングする。
実装形態は、次のうちの１つ以上を含む。不活性ガス前駆体はアルゴンである。金属含有層は、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、及びロジウムからなる群の１つ以上を含む。金属含有層の改質された表面を異方性エッチングすることにより、ビット線金属含有層を含む特徴部が形成される。塩素含有ガス前駆体は、約１０ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍの流量で処理領域内へと流れ、酸素含有ガス前駆体は、約１００ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍの流量で処理領域内へと流れる。金属含有層の表面を改質して、金属含有層の改質された表面を異方性エッチングする間の処理領域内の圧力は、約２０ｍＴｏｒｒ以下に維持される。不活性ガス前駆体のプラズマ放出物を金属含有層の改質された表面に誘導するバイアス電圧は、約１５０ワット以下である。該方法は、少なくとも１回の追加のサイクルで繰り返される。処理チャンバ静電チャック（ＥＳＣ）の温度は、摂氏約５０度以下に維持される。金属含有層の表面の改質は、金属含有層の表面をエッチングすることなく行われる。金属含有層の表面を改質する前に、不活性ガスイオンが金属含有層の表面に注入される。第１の凹部は、パッシベーションガスとエッチャントガスとを含むエッチャントガス混合物に曝露され、金属含有層から追加の金属を除去する。該方法は、エッチャントガス混合物のプラズマを形成すること、パッシベーションガスのプラズマ放出物で第１の凹部の第１の側壁をパッシベーションすること、及びエッチャントガスのプラズマ放出物で第１の凹部を異方性エッチングして、第１の側壁と位置合わせされた金属含有層の第２の側壁を伴って第１の凹部を深めることをさらに含む。パッシベーションガスは、窒素（Ｎ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、又はそれらの組合せから選択される。エッチャントガスは、酸素（Ｏ２）及び塩素（Ｃｌ２）を含む。
別の態様では、基板をパターニングする方法が提供される。該方法は、処理チャンバの処理領域に位置づけられた基板上に形成された金属含有層の表面を、Ｎ２及びＳＯ２から選択されるパッシベーションガスとＯ２及びＣｌ２を含むエッチャントガスとを含むエッチャントガス混合物に曝露することを含む。該方法は、エッチャントガス混合物のプラズマで金属含有層を異方性エッチングすることをさらに含む。
実装形態は、次のうちの１つ以上を含みうる。該方法は、金属含有層の表面をエッチャントガス混合物に曝露する前に、金属含有層の表面を塩素含有ガス前駆体及び酸素含有ガス前駆体のプラズマ放出物に曝露することにより、金属含有層の表面を改質して、金属含有層の改質された表面を形成することをさらに含む。エッチャントガス混合物のプラズマで金属含有層を異方性エッチングすることにより、金属含有層の改質された表面が除去される。
さらに別の態様では、基板をパターニングする方法が提供される。該方法は、処理チャンバの処理領域に位置づけられた基板上に形成されたルテニウム含有層の表面をエッチャントガス混合物に曝露することを含む。エッチャントガス混合物は、５０－２００ｓｃｃｍのＯ２；１０－１００ｓｃｃｍのＣｌ２；１００－３００ｓｃｃｍのアルゴン；及び、５－１００ｓｃｃｍのＮ２又は１０－３０ｓｃｃｍのＳＯ２を含む。該方法は、基板を摂氏約２０度から摂氏約４０度の温度で維持すること、及びエッチャントガス混合物のプラズマを約１０ｍＴｏｒｒから約２０ＭＴｏｒｒの圧力で維持することを含む、ルテニウム含有層をエッチャントガス混合物のプラズマで異方性エッチングすることをさらに含む。
実装形態は、次のうちの１つ以上を含みうる。ルテニウム含有層を異方性エッチングすることにより、ビット線ルテニウム含有層を含む特徴部が形成される。
さらに別の態様では、非一時的なコンピュータ可読媒体は、プロセッサによって実行されると、プロセスに、上記装置及び／又は方法の動作を実施させる命令を記憶する。
本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、その幾つかが添付の図面に示されている実装形態を参照することによって、上に簡単に要約した実装形態のより詳細な説明を得ることができる。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実装形態も許容しうるため、添付の図面は、単に本開示の典型的な実装形態を示しているだけであり、したがって、本発明の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
本開示の態様によるプラズマ処理チャンバの一例の断面図 本明細書に開示される態様による基板に特徴部をエッチングする方法のフローチャート 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様による基板に特徴部をエッチングする別の方法のフローチャート 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様による基板に特徴部をエッチングする別の方法のフローチャート 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図 本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示す図
理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。一実装形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実装形態に有益に組み込まれうることが想定されている。
以下の開示では、導電性特徴部のエッチングについて説明する。本開示のさまざまな実装形態の完全な理解を提供するために、ある特定の詳細が以下の説明及び図１～７Ｅに記載されている。しばしばエッチングに関連する、よく知られている構造及びシステムを説明する他の詳細は、さまざまな実装形態の説明を不必要に曖昧にすることを避けるために、以下の開示では説明しない。加えて、本明細書に記載される装置の説明は例示的なものであり、本明細書に記載される実装形態の範囲を制限するものとして理解又は解釈されるべきではない。
図に示されている詳細、動作、寸法、角度、及び他の特徴部の多くは、特定の実装形態の単なる例示である。したがって、他の実装形態は、本開示の主旨又は範囲から逸脱することなく、他の詳細、構成要素、寸法、角度、及び特徴を有することができる。加えて、本開示のさらなる実装形態は、以下に説明する幾つかの詳細がなくとも、実施することができる。
本開示の実装形態は、導電性特徴部を含む半導体デバイスに用いられる導電性材料の選択的異方性エッチングの方法、並びに例えばビット線スタックなど、抵抗及び表面粗さが低減された導電性特徴部を形成する方法、並びに抵抗及びビット線表面粗さが低減されたビット線スタックを形成する方法に関する。本開示の１つ以上の実装形態は、ノードを縮小する必要があるにもかかわらず、抵抗率の減少の問題に有利に対処する。幾つかの実装形態では、ビット線の抵抗率は、ビット線金属の表面粗さを低減することによって低減する。本開示の幾つかの実装形態は、改善された粗さ、制御された異方性エッチング、ハードマスク材料に対する改善された選択性、及び改善されたウエハ間及びウエハ内の均一性のうちの１つ以上を有利に提供する。
現在の従来のエッチングプロセスは、通常、粒界に沿って金属材料をエッチングし、これにより、側壁が粗くなる可能性がある。層ごとにエッチングする現在の原子層エッチングプロセスは、多くの場合、方向性を欠いている。この方向性の欠如は、垂直側壁の横方向のエッチングをもたらす可能性があり、これにより、重要な寸法が減少し、側壁の粗さが悪化し、ビット線の長さなどの構造に沿った欠陥が発生する。本明細書に記載される実装形態は、現在知られているエッチング技法に存在する横方向のエッチングを低減し、したがって、抵抗率が低下した滑らかな側壁を提供する。
本明細書に記載される実装形態を実施することができる特定の装置は限定しないが、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社が販売するＳＹＭ３（登録商標）エッチングシステムで実装形態を実施することは特に有益である。さらに、他の利用可能なエッチングシステムも本明細書に記載される実装形態から利益を得ることができる。
本明細書で用いられる「基板」とは、製造プロセス中にその上に膜処理が行われる、材料の表面、又は表面若しくは材料の一部を指す。例えば、処理が実施されうる基板表面は、用途に応じて、ケイ素、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素をドープした酸化ケイ素、アモルファスシリコン、ドープされたケイ素、ドープされたアモルファスシリコン、ポリシリコン、ドープされたポリシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、並びに、金属、金属窒化物、金属合金、及び他の導電性材料などの他の任意の材料を含む。基板には、半導体ウエハが含まれるが、これに限定されない。基板自体の表面に直接膜処理することに加えて、本開示では、開示された任意の膜処理工程は、以下により詳細に開示されるように、基板上に形成された下層にも行うことができ、「基板表面」という用語は、文脈が示すように、こうした下層を含むことが意図されている。したがって、例えば、膜／層又は部分的な膜／層が基板表面上に堆積されている場合には、新たに堆積された膜／層の露出面が基板表面となる。
基板は、シリコンウエハ、例えば、その上に堆積された誘電体、導電体、又は半導体材料などの材料の１つ以上の層を有するウエハを含む、２００－ｍｍのウエハ、３００－ｍｍのウエハ、又は４５０－ｍｍのウエハでありうる。パターン化された基板は、ビア又はコンタクト孔などの「特徴部」を有することができ、これらは、１つ以上の狭い及び／又は凹んだ開口部、特徴部内のくびれ、及び高アスペクト比によって特徴付けることができる。特徴部は、上述の層の１つ以上に形成することができる。特徴部の一例は、半導体基板又は基板上の層における孔又はビアである。別の例は、基板又は層のトレンチである。幾つかの実装形態では、特徴部は、バリア層又は接着層などの下層を有することができる。下層の非限定的な例には、誘電体層及び導電層、例えば酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、及び金属層が含まれる。
幾つかの実装形態では、開示される実装形態を実施することによって製造される基板のタイプは、開示された実施形態を実施する前の基板上の特徴部のアスペクト比に依存しうる。アスペクト比は、特徴部の深さを特徴部の限界寸法（幅／直径など）と比較したものである。幾つかの実装形態では、基板上の特徴部は、少なくとも約２：１、少なくとも約３：１、少なくとも約４：１、少なくとも約６：１、少なくとも約１０：１、又はそれより高いアスペクト比を有することができる。特徴部はまた、開口部、例えば、約５ｎｍから５００ｎｍの間、例えば約２５ｎｍから約３００ｎｍの間の開口径又は線幅に近い寸法を有することができる。ＤＲＡＭ用途の一例では、特徴部は、約１０ｎｍから約３０ｎｍの線間隔で約１０ｎｍから約４０ｎｍの線幅（例えば、２０ｎｍの間隔で２４ｎｍの線幅；３０ｎｍの間隔で３５ｎｍの線幅；又は、６ｎｍの間隔で１２ｎｍの線幅）を有する。
本開示の１つ以上の実装形態は、概して、ビット線構造及び／又はゲートスタックに実装することができるように、薄膜耐火性金属（例えば、ルテニウム）から形成された１つ以上の低抵抗率の特徴部を含む構造を提供する。幾つかの実装形態は、ビット線スタックを形成する方法を含む。一例として、本開示の実装形態に従って形成されるビット線構造は、ＤＲＡＭタイプの集積回路などのメモリタイプの半導体デバイスでありうる。
図１は、材料層のパターニング、並びにプラズマ処理チャンバ１００内の基板３００上に配置された材料層の形成に適した、プラズマ処理チャンバ１００の一例の簡略な断面図である。プラズマ処理チャンバ１００は、本明細書に記載されるエッチングプロセスの実施に適している。本開示から恩恵を受けるように適合させることができるプラズマ処理チャンバ１００の一例は、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＣＥＮＴＲＩＳ（登録商標）ＳＹＭ３（登録商標）処理チャンバである。他の製造業者からのものを含む他のプロセスチャンバも、本開示の実施形態を実施するために適合されうることが企図されている。
プラズマ処理チャンバ１００は、その中に画成された処理容積１０１を有するチャンバ本体１０５を含む。チャンバ本体１０５は側壁１１２及び底部１１８を有し、これらは接地１２６に接続される。側壁１１２は、該側壁１１２を保護し、プラズマ処理チャンバ１００のメンテナンスサイクル間の時間を延長するためのライナ１１５を有する。チャンバ本体１０５及びプラズマ処理チャンバ１００の関連する構成要素の寸法は限定されず、その中で処理される基板３００のサイズよりも、比例して大きくなりうる。ワークピースのサイズの例としては、とりわけ、直径２００ｍｍ、直径２５０ｍｍ、直径３００ｍｍ、及び直径４５０ｍｍが挙げられる。
チャンバ本体１０５は、処理容積１０１を取り囲むようにチャンバリッドアセンブリ１１０を支持する。チャンバ本体１０５は、アルミニウム又は他の適切な材料から製造することができる。基板アクセスポート１１３は、チャンバ本体１０５の側壁１１２を貫通して形成され、プラズマ処理チャンバ１００の内外への基板３００の移送を容易にする。基板アクセスポート１１３は、移送チャンバ及び／又は基板処理システムの他のチャンバ（図示せず）に連結することができる。
ポンピングポート１４５は、チャンバ本体１０５内に画成され、処理容積１０１に接続される。ポンピングデバイス（図示せず）は、ポンピングポート１４５を介して処理容積１０１に連結されて、排気し、処理容積１０１の圧力を制御する。ポンピングデバイスは、１つ以上のポンプ及びスロットルバルブを含みうる。
ガスパネル１６０は、ガスライン１６７によってチャンバ本体１０５に連結され、処理ガスを処理容積１０１に供給する。ガスパネル１６０は、１つ以上の処理ガス源１６１、１６２、１６３、１６４を含むことができ、必要に応じて、不活性ガス、非反応性ガス、及び反応性ガスをさらに含むことができる。ガスパネル１６０が供給しうる処理ガスの例には、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２を含む酸素含有ガス；Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＨＦ、Ｆ２、Ｂｒ２、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ｈＳＦ６、ＮＦ３を含むハロゲン含有ガス；窒素（Ｎ２）及び二酸化硫黄（ＳＯ２）を含むパッシベーションガス；並びに、アルゴン、ヘリウムを含む不活性ガスが含まれるが、これらに限定されない。さらに、処理ガスは、窒素、塩素、フッ素、酸素、及び水素含有ガス、とりわけ、ＢＣｌ３、Ｃ２Ｆ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＮＦ３、ＮＨ３、ＣＯ２、ＳＯ２、ＣＯ、Ｎ２、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、及びＨ２などを含みうる。
バルブ１６６は、ガスパネル１６０からのソース１６１、１６２、１６３、１６４からの処理ガスの流れを制御し、システムコントローラ１６５によって管理される。ガスパネル１６０からチャンバ本体１０５に供給されるガスの流れは、ガスの組合せを含みうる。
チャンバリッドアセンブリ１１０はノズル１１４を含みうる。ノズル１１４は、処理ガスをガスパネル１６０のソース１６１、１６２、１６４、１６３から処理容積１０１に導入するための１つ以上のポートを有する。処理ガスがプラズマ処理チャンバ１００内に導入された後、ガスが励起されてプラズマが形成される。１つ以上のインダクタコイルなどのアンテナ１４８が、プラズマ処理チャンバ１００に隣接して提供されうる。アンテナ電源１４２は、処理ガスにＲＦエネルギーなどのエネルギーを誘導結合する整合回路１４１を介してアンテナ１４８に給電し、処理ガスから形成されるプラズマをプラズマ処理チャンバ１００の処理容積１０１内に維持することができる。アンテナ電源１４２に代えて又はそれに加えて、基板３００の下方及び／又は基板３００の上方の処理電極は、処理ガスにＲＦ電力を容量結合して、処理容積１０１内にプラズマを維持するために用いることができる。アンテナ電源１４２の動作は、プラズマ処理チャンバ１００内の他の構成要素の動作も制御するシステムコントローラ１６５などのコントローラによって制御することができる。
基板支持ペデスタル１３５は、処理中に基板３００を支持するための処理容積１０１内に配置されうる。基板支持ペデスタル１３５は、処理中に基板３００を保持するための静電チャック（ＥＳＣ）１２２を含みうる。ＥＳＣ１２２は、静電引力を使用して、基板３００を基板支持ペデスタル１３５に保持する。ＥＳＣ１２２は、整合回路１２４と一体化されたＲＦ電源１２５によって給電される。ＥＳＣ１２２は、誘電体内に埋め込まれた電極１２１を含む。電極１２１は、ＲＦ電源１２５に連結され、処理容積１０１内の処理ガスによって形成されたプラズマイオンをＥＳＣ１２２及びその上に位置づけられた基板３００へと引き寄せるバイアスを提供する。ＲＦ電源１２５は、基板３００の処理中にオンとオフを繰り返すか、又はパルスを発することができる。ＥＳＣ１２２は、該ＥＳＣ１２２の保守ライフサイクルを延長するために、ＥＳＣ１２２の側壁をプラズマに引き寄せられにくくする目的でアイソレータ１２８を有する。加えて、基板支持ペデスタル１３５は、プラズマガスから基板支持ペデスタル１３５の側壁を保護し、プラズマ処理チャンバ１００の保守間隔を延長するために、カソードライナ１３６を有することができる。
さらには、電極１２１は電源１５０に連結される。電源１５０は、約２００ボルトから約２０００ボルトのチャッキング電圧を電極１２１に供給する。電源１５０はまた、基板３００をチャッキング及びデチャッキングするためにＤＣ電流を電極１２１に誘導することによって電極１２１の動作を制御するためのシステムコントローラを含むことができる。
ＥＳＣ１２２は、基板を加熱するために内部に配置され、電源（図示せず）に接続されたヒータを含むことができ、一方、ＥＳＣ１２２を支持する冷却ベース１２９は、ＥＳＣ１２２及びその上に配置された基板３００の温度を維持するように伝熱流体を循環させるための導管を含むことができる。ＥＳＣ１２２は、基板３００上に製造されるデバイスの熱収支に所望される温度範囲で機能するように構成される。例えば、ＥＳＣ１２２は、基板３００を摂氏約２５度から摂氏約１５０度の温度に維持するように構成されうる。
冷却ベース１２９は、基板３００の温度の制御を支援するように提供される。プロセスドリフト及び時間を軽減するために、基板３００の温度は、基板３００がプラズマ処理チャンバ１００内にある間ずっと、冷却ベース１２９によってほぼ一定に維持されうる。一実装形態では、基板３００の温度は、エッチングプロセスの間中、摂氏約２５度から摂氏約１５０度に維持される。
カバーリング１３０は、ＥＳＣ１２２上に基板支持ペデスタル１３５の周囲に沿って配置される。カバーリング１３０は、プラズマ処理チャンバ１００内のプラズマ環境から基板支持ペデスタル１３５の上面を遮蔽しつつ、基板３００の露出した上面の所望の部分にエッチングガスを封じ込めるように構成される。リフトピン（図示せず）は、基板支持ペデスタル１３５を通って選択的に移動し、基板３００を基板支持ペデスタル１３５の上方へと持ち上げて、移送ロボット（図示せず）又は他の適切な移送機構による基板３００へのアクセスを容易にする。
システムコントローラ１６５を利用して、処理シーケンスを制御し、ガスパネル１６０からプラズマ処理チャンバ１００へのガス流及び他の処理パラメータを調整することができる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵによって実行されると、プロセスが本開示に従って実行されるように、プラズマ処理チャンバ１００を制御する特定用途のコンピュータ（コントローラ）へとＣＰＵを変換する。ソフトウェアルーチンはまた、プラズマ処理チャンバ１００と一緒に配置された第２のコントローラ（図示せず）によって格納及び／又は実行することもできる。
図２は、本明細書に開示される態様による基板に特徴部をエッチングする方法２００のフローチャートを示している。図３Ａ－３Ｇは、本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示している。方法２００及び図３Ａ－３Ｇは、金属含有層内の高アスペクト比の特徴部をエッチングする文脈で説明されているが、方法２００は、他のタイプの基板内の他の特徴部をエッチングするために使用することができるものと理解されたい。概して、方法２００は、ＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、及びロジックデバイスのＨＡＲコンタクトマスク開口プロセス、並びにＨＡＲ線／空間パターン（例えば、ゲートライン、ビット線、相互接続線のエッチング用）に適用可能である。例えば、ＤＲＡＭ用途では、ビット線を形成するために線／空間エッチングされる。
方法２００は、基板を提供することによる動作２１０から開始する。基板は、図１に示される基板３００でありうる。基板３００は、その上に配置された膜スタック３０２を含む。図３Ａに示される実装形態では、膜スタック３０２は、その上にハードマスク層３１２が配置された金属含有層３１０を含む。ハードマスク層３１２のない膜スタック３０２（すなわち、金属含有層３１０のみ）もまた、方法２００に従って処理することができる。さらに、膜スタック３０２は追加の層を含んでいてもよい。例えば、幾つかのＤＲＡＭ用途では、膜スタック３０２は、キャップ材料、バリア材料、及び／又はフォトレジスト材料をさらに含むことができる。幾つかの実装形態では、金属含有層３１０は、メモリ製造のための通常の熱収支（例えば、摂氏９００度で５分間）で粒子を成長させる、ルテニウムなどの粒子成長金属層を含むか、本質的にそれらからなるか、又はそれらからなる。幾つかの実装形態では、金属含有層３１０は、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、又はロジウム（Ｒｈ）のうちの１つ以上を含む。一例では、金属含有層３１０は、ルテニウムを含むか、本質的にルテニウムからなるか、又はルテニウムからなる。本明細書で用いられる場合、「本質的にルテニウムからなる」という用語は、金属含有層３１０のルテニウム又は成分が、金属含有層３１０の約９５％、９８％、又は９９％以上であることを意味する。一例では、金属含有層３１０はビット線金属層である。ビット線金属層は、ルテニウムを含むか、本質的にルテニウムからなるか、又はルテニウムからなりうる。幾つかの実装形態では、ハードマスク層３１２は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、又は炭窒化ケイ素のうちの１つ以上を含む。一例では、ハードマスク層３１２は、窒化ケイ素を含むか、又は窒化ケイ素からなる。一例では、金属含有層３１０はルテニウム層であり、ハードマスク層３１２は窒化ケイ素ハードマスク層である。
図３Ａに示される実装形態では、金属含有層３１０はブランケット層であり、ハードマスク層３１２は、貫通して形成された開口部又は開孔３１４を有するパターン化されたハードマスクである。ハードマスク層３１２の堆積に続いて、ハードマスク層３１２をパターン化し、ハードマスク層３１２を貫通する開孔３１４を形成するために、一般に知られているフォトリソグラフィ及びエッチングプロセスを使用することができる。次いで、方法２００を進めるために、基板３００を処理領域に提供することができる。
しかしながら、図３Ｂの実装形態に示されるように、金属含有層３１０は、少なくとも、その中に形成された、又は部分的に形成された第１の特徴部３２０を有することができる。少なくとも１つの第１の特徴部３２０は、金属含有層３１０の上面３２２から金属含有層３１０の底面３２４に向かって特徴部の深さに延在することができる。少なくとも１つの第１の特徴部３２０は、第１の側壁３２６ａ及び第２の側壁３２６ｂによって画成された幅を有する。少なくとも１つの第１の特徴部３２０は、金属含有層３１０の上面３２２から第１の特徴部３２０の底面３２８に向かって特徴部の深さに延在することができる。
動作２２０では、金属含有層３１０の露出面を改質するために、任意選択的なプレアモルファス化処理プロセスが実施される。プレアモルファス化処理は、基板３００をイオンドーピング／注入プロセスに曝露することを含みうる。一実装形態では、ドーパント種を注入するためにビームライン注入技法が用いられる。別の実装形態では、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）技法などのコンフォーマルドーピング技法を使用して、ドーパント種を注入することができる。
動作２２０のプレアモルファス化処理プロセスが実施されない実装形態では、以下により詳細に説明する動作２３０の改質プロセスは、プレアモルファス化処理なしに、金属含有層３１０上に直接実施することができる。
幾つかの実装形態では、動作２２０のイオンドーピング／注入プロセスは、形成されたドーパントを用いて、金属含有層３１０の第１の特徴部３２０の底面３２８を含むある特定の位置にある、特定の膜／表面特性をドープ、コーティング、処理、注入、挿入、又は改質するために実施され、金属含有層３１０にドープ領域３３２を形成する。イオンドーピング／注入プロセスは、ドープされたドーパントを用いて金属含有層３１０上の膜／表面特性を改質するために、入射イオンを利用して、ドープされた領域３３２を形成する。所望のタイプの原子（例えば、不活性種）を含むイオンは、所望の濃度で金属含有層３１０にドープすることができる。金属含有層３１０にドープされたイオンは、金属含有層３１０の膜／表面特性を改質することができ、これにより、金属含有層３１０の格子構造、結晶度、結合構造、又は膜密度に影響を与え、これらを改善又は変更して、ドープされた領域３３２を形成することができる。動作２２０のイオンドーピング／注入プロセスは、典型的には、金属含有層３１０をスパッタリング又は実質的にスパッタリングすることなく、金属含有層３１０の表面を改質するために実施される。
イオンドーピング／注入プロセスに適したイオン種は、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、及びキセノンなどの不活性前駆体材料から生成することができる。一実装形態では、ドーパント又は不活性種は、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、又はそれらの組合せから選択される。
幾つかの実装形態では、プレアモルファス化処理プロセスのドーピング／注入プロセスは、イオン３３０を金属含有層３１０内のある深さまで注入して、第１の特徴部３２０の底面３２８下に延在するドープされた領域３３２を形成する、ドーピング／注入プロセスを含む。イオン３３０は、イオンのタイプ及びサイズ、並びにイオン３３０にエネルギーを与えるために利用される電力及びバイアスに応じて、さまざまな深さまで金属含有層３１０に浸透する。イオン３３０の種は、ドープされた領域３３２のエッチング選択性を高めるように調整することができる。理論に拘束されるものではないが、ドープされた領域３３２内では、動作２２０で注入されたイオンが金属格子構造内に損傷した原子結合を生成し、ドープされた領域３３２によって画成された材料がドープされた領域３３２に沿って分離されやすくなると考えられる。一例では、ドープされた領域３３２は、第１の特徴部３２０の底面３２８の下方約１００Åなど、約１０Åから約２，０００Å形成されうる。
動作２２０中、幾つかの処理パラメータを制御することができる。イオン投与量及び注入エネルギーの選択は、利用されるドーパントのタイプ、金属含有層３１０として利用される材料のタイプ、及び金属含有層３１０の所望の改質に依存しうる。動作２２０中の基板温度は、摂氏約５度から摂氏約８０度、例えば摂氏約４０度から摂氏約５０度に制御することができる。動作２２０中の全体的なチャンバ圧力は、約１ｍＴｏｒｒから約５０ｍＴｏｒｒ、例えば、約１０ｍＴｏｒｒから約３０ｍＴｏｒｒ；又は、約１０ｍＴｏｒｒから約約１５ｍＴｏｒｒでありうる。
動作２２０の任意選択的なプレアモルファス化処理は、方法２００の他の動作とは異なるチャンバ内で実施することができる。例えば、基板３００は、イオン注入チャンバなど、プラズマ処理チャンバ１００とは異なるチャンバ内に配置される。
方法２００は、動作２３０へと続き、ここで基板３００は、吸着及び／又は化学吸着によって基板の表面を改質するための改質プロセスに曝露される。基板３００は、図１に示されるプラズマ処理チャンバ１００内の基板支持ペデスタル１３５などの基板支持ペデスタル上に位置づけることができる。改質プロセスは、金属含有層３１０をハロゲン化物及び酸素含有化学物質と接触させることを含みうる。ハロゲン化物及び酸素含有化学物質は、ガス、プラズマ、又は反応核種の形態をとることができる。改質プロセスは、金属含有層３１０を、該金属含有層への吸着又は化学吸着によって金属含有層の表面に接着するハロゲン化物及び酸素含有ガス又はガス混合物と接触させることを含みうる。改質プロセスは、金属含有層３１０をハロゲン化物及び酸素含有プラズマの放出物と接触させることを含みうる。酸素含有ガス、ハロゲン含有ガス、又はそれらの混合物を処理領域内へと流して、インシトゥでプラズマを形成するか、又は遠隔プラズマ領域内へと流してプラズマ放出物を生成することができる。プラズマ放出物は、基板３００の第１の特徴部３２０の露出面と相互作用するために、処理領域内へと流すことができる。例えば、図３Ｃに示されるように、プラズマ放出物は、側壁３２６ａ、３２６ｂ、及び底面３２８上に薄い反応性表面層３４０を形成する。本明細書の文脈において、「反応（reacting又はreaction）」とは、物質が分解するか、他の物質と結合するか、又は構成要素を他の物質と交換する、変化又は変換を指す。したがって、「化学吸着（chemisorbing又はchemisorption）」とは、別の物質の表面に（物質を）取り込み、化学的に結合することを指す、特定のタイプの反応（reacting又はreaction）であることが認識されよう。
幾つかの実装形態では、動作２３０で実施される改質プロセスは、エネルギー源の存在下で基板３００を改質ガス混合物に曝露することを含む。改質ガス混合物は、酸素含有ガス、ハロゲン含有ガス、及び任意選択的に不活性ガスを含む。酸素含有ガスは、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、又はそれらの組合せから選択することができる。一例では、酸素含有ガスは、Ｏ２、Ｏ３、又はそれらの組合せから選択される。理論に拘束されるものではないが、酸素がルテニウムと反応して、エッチング副生成物を形成し、これが処理チャンバから容易に排出されうると考えられている。ハロゲン含有ガスは、ハロゲン、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＨＦ、Ｆ２、Ｂｒ２、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＳＦ６、ＮＦ３、又はそれらの組合せから選択することができる。一例では、ハロゲン含有ガスはＣｌ２である。不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、キセノン、クリプトン、窒素、又はそれらの組合せを含みうる。一例では、酸素含有ガスはＯ２であり、ハロゲン含有ガスはＣｌ２である。動作２３０は、除去又はエッチングされる金属含有層３１０の表面材料の改質が、基板３００上に存在する他の表面材料よりも優先されるように実施される。理論に拘束されるものではないが、動作２３０は、改質されていない表面よりも容易に除去される厚さを有する薄い反応性表面層３４０を形成すると考えられる。例えば、金属層がルテニウムである一実装形態では、Ｃｌ２及びＯ２のプラズマ種が露出したルテニウム表面と共有結合を形成する（例えば、Ｒｕ→ＲｕＯ２－ＲｕＯ２Ｃｌｘ→ＲｕＯ４＋Ｃｌ２）。
幾つかの実装形態では、改質ガス混合物に基づくプラズマは、動作２３０中に生成されうる。改質ガス混合物をベースとしたプラズマから生成される種は、基板を収容する処理チャンバ内でプラズマを形成することによってインシトゥで生成することができ、又は遠隔プラズマ発生器などの基板を収容しない処理チャンバ内で遠隔的に生成し、基板を収容する処理チャンバに供給することができる。幾つかの実装形態では、プラズマは、誘導結合プラズマ又は容量結合プラズマ又はマイクロ波プラズマでありうる。誘導結合プラズマの電力は、約３００Ｗなど、約５０Ｗから約２０００Ｗに設定することができる。電力は、基板の直接プラズマエッチングが生じないように十分に低いレベルに設定することができる。
幾つかの実装形態では、酸素及びハロゲン含有ガスから形成されたイオンに約５００ワット未満の低ＲＦバイアス電力を印加して、低エネルギーで基板に衝突させる。低ＲＦバイアス電力は、基板の露出面上での改質ガス化学物質の化学吸着を可能にしつつ、改質ガス混合物による基板の表面の自然エッチングを低減させる。一例では、バイアスＲＦ電力は、約１０ワットから約５００ワット、例えば、約１０ワットから約２００ワット、例えば約５０ワットから１００ワットで維持される。
一例では、動作２３０中、３００ｍｍの基板では、酸素含有ガスは、約１０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍ、例えば約１００ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍの速度で処理領域内へと流れうる。ハロゲン含有ガスは、約１０ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍ、例えば約３０ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍの速度で処理領域内へと流れうる。ソースＲＦ電力は、約０ボルトから約５００ボルトのＲＦ電圧において、約５０ワットから約２，０００ワット、例えば約２００ワットから約３００ワットで維持することができる。バイアスＲＦ電力は、約０ボルトから約５００ボルト、例えば、約５０ボルトから約２５０ボルト、例えば２００ボルト未満のＲＦ電圧において、約１０ワットから約５００ワット、例えば約１００ワットから約２００ワットで維持することができる。動作２３０中の基板温度は、摂氏約５度から摂氏約８０度、例えば摂氏約４０度から摂氏約５０度に制御することができる。動作２３０中の全体的なチャンバ圧力は、約１ｍＴｏｒｒから約５０ｍＴｏｒｒ、例えば、約１０ｍＴｏｒｒから約３０ｍＴｏｒｒ；又は、約１０ｍＴｏｒｒから約２０ｍＴｏｒｒでありうる。
幾つかの実装形態では、動作２３０の改質プロセスの後にパージを実施することができる。パージ動作中、表面に結合していない酸素及び塩素種が処理チャンバから除去される。これは、化学吸着層を除去することなく、処理チャンバをパージ及び／又は排気して、吸着されていない改質化学物質を除去することによって行うことができる。塩素及び酸素をベースとしたプラズマで生成された種は、プラズマを停止し、残りの種を崩壊させ、任意選択的にチャンバのパージ及び／又は排気と組み合わせることにより、除去することができる。パージは、Ｎ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、又はそれらの組合せなどの任意の不活性ガスを使用して行うことができる。
方法２００は動作２４０へと続き、ここで、基板３００は、図３Ｄに示されるように、基板３００の表面の改質された部分を選択的にエッチング又は除去するために、プラズマ又はイオン衝撃ガスなどの除去ガスに曝露される。除去ガス又はイオン衝撃ガスは、不活性ガスプラズマでありうる。不活性ガスは、アルゴン、ネオン、クリプトン、ヘリウム、又はそれらの組合せから選択される。一例では、不活性ガスはアルゴンである。一例では、不活性ガスプラズマは、基板３００を含む処理領域内にプラズマを形成することによって、インサイチュで生成される。別の例では、不活性ガスプラズマは遠隔で生成され、基板を収容する処理チャンバに供給することができる。幾つかの実装形態では、プラズマは、誘導結合プラズマ又は容量結合プラズマ又はマイクロ波プラズマでありうる。
動作２４０は、第１の特徴部３２０の底面３２８などの水平面からの改質部分の除去が、第１の特徴部３２０の側壁３２６ａ、３２６ｂなどの垂直面からの改質部分の除去よりも優先されるように実施される。動作２４０中の幾つかの実装形態では、基板３００をエッチングするために、基板３００にイオンフラックス３５０を照射する。イオンフラックス３５０は、金属含有層３１０の改質された部分の除去を促進するための指向性エネルギー伝達を提供する。一例では、イオンフラックスは、第１の特徴部３２０の側壁３２６ａ、３２６ｂの露出が低減するように異方性である。イオンフラックス３５０は、図３Ｄに示されるように第１の特徴部３２０の底面３２８などの水平面に衝突し、図３Ｅに示されるように、第１の特徴部３２０を第２の底面３５２まで下方に延在する側壁３２６ａ、３２６ｂと比較して、第１の特徴部３２０の底面３２８から改質された部分を選択的に除去する。動作２２０が実施される幾つかの実装形態では、ドープされた領域３３２もまた、動作２４０中に選択的にエッチング又は除去することができる。
一例では、イオンフラックス３５０は、低周波ＲＦ源電力を使用して、前述の不活性ガスのいずれかから生成することができる。イオンフラックス３５０は、低いイオンエネルギーを有する、１つ以上のタイプの原子又は分子の不活性種でありうる。適切なイオン種の例としては、イオンフラックス３５０のエネルギーレベルを低下させるために非常に低いプラズマバイアスを提供することができるように低いイオン化ポテンシャルを有する、ヘリウムイオン、ネオンイオン、キセノンイオン、アルゴンイオン、又はそれらの組合せが挙げられる。一例では、不活性ガスはアルゴンであり、プラズマ活性化は処理領域でアルゴンイオンを生成し、これが基板３００の改質された部分に衝撃を与え、方向性エッチングする。
動作２４０中、イオンを基板３００の水平面の方に向けるために、基板３００にもバイアスが印加される。バイアスは、約５０ワットから約１５００ワット、例えば、約５０ワットから約２５０ワット；又は、約５０ワットから約１００ワットの電力を使用して生成することができる。
一例では、動作２４０中、３００ｍｍの基板では、アルゴンガスは、約１０ｓｃｃｍから約４００ｓｃｃｍ、例えば、約１００ｓｃｃｍから１５０ｓｃｃｍの速度でプラズマリアクタ内へと流れうる。ソースＲＦ電力は、約０ボルトから約５００ボルトのＲＦ電圧において、約５０ワットから約２００ワット、例えば約１００ワットから約１５０ワットで維持することができる。バイアスＲＦ電力は、約０ボルトから約５００ボルト、例えば約５０ボルト及び約２５０ボルト、例えば２００ボルト未満のＲＦ電圧において、約５０ワットから約３００ワット、例えば約１００ワットから約１５０ワットで維持することができる。動作２４０中の基板温度は、摂氏約５度から摂氏約８０度、例えば摂氏約４０度から摂氏約５０度に制御することができる。動作２４０中の全体的なチャンバ圧力は、約１ｍＴｏｒｒから約５０ｍＴｏｒｒ、例えば、約１０ｍＴｏｒｒから約３０ｍＴｏｒｒ；又は、約１０ｍＴｏｒｒから約２０ｍＴｏｒｒでありうる。
理論に拘束されるものではないが、金属含有層３１０にイオンフラックスを衝突させることにより、アルゴンを使用して指向性エネルギー移動が生じ、改質された部分の「エッチング」又は除去が促進されると考えられる。動作２４０のエッチングは、除去される部分が金属膜内の分子成分の寸法程度であることから、原子層エッチング又は分子レベルエッチング（ＭＬＥ）とみなすことができる。
幾つかの実装形態では、動作２４０の選択的エッチングの後にパージを実施することができる。パージ動作中、処理チャンバからプラズマ種が除去される。これは、処理チャンバをパージ及び／又は排気して、残留プラズマ種及びエッチング副生成物を除去することによって行うことができる。生成されたプラズマ種は、プラズマを停止し、残りの種を崩壊させることによって除去することができ、任意選択的にチャンバのパージ及び／又は排気と組み合わせることができる。パージは、Ｎ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、又はそれらの組合せなどの任意の不活性ガスを使用して行うことができる。
幾つかの実装形態では、動作２２０から２４０は、金属層の目標エッチング深さを達成するために、注入、その後の改質、及びその後の金属層のエッチングのサイクルで繰り返し実行又は循環されてもよい。幾つかの実装形態では、動作２３０及び２４０は、金属含有層３１０の目標エッチング深さを達成するために、改質、及びその後の金属層のエッチングのサイクルで繰り返し実行又は循環されてもよい。一例では、基板３００の上面３７０が図３Ｇに示されるように露出されるまで、動作２２０、２３０、及び２４０のうちの少なくとも１つが繰り返される。
動作２５０では、基板３００がパッシベーションガスとエッチャントガスとを含むエッチャントガス混合物に曝露されて、選択的にパッシベーションされ、金属含有層３１０から追加の金属がエッチングされる、任意選択的なパッシベーション及びエッチングプロセスが実施される。動作２５０は、側壁３２６ａ、３２６ｂがパッシベーションされ、一方、第１の特徴部３２０の第２の底面３５２から追加の金属が除去されて、滑らかな側壁エッチングプロファイルを維持しつつ、側壁３７２ａ、３７２ｂ（集合的に３７２）を有する第２の特徴部３７１が形成されるように行われる。図３Ｆに示されるように、第２の特徴部の側壁３７２ａ、３７２ｂは、第１の特徴部３２０の側壁３２６ａ、３２６ｂと実質的に位置合わせされる。パッシベーションガスは、主に、側壁パッシベーション機能を果たし、金属含有層３１０のエッチングプロファイルのアンダーカット及び反りを低減する。パッシベーションガスは、窒素（Ｎ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、又はそれらの組合せから選択される。エッチャントガスは酸素（Ｏ２）及び塩素（Ｃｌ２）を含む。エッチャントガスは、不活性ガスをさらに含むことができる。不活性ガスは、アルゴン、ネオン、クリプトン、ヘリウム、又はそれらの組合せから選択される。一実装形態では、エッチャントガス混合物は、Ｏ２、Ｃｌ２、Ｎ２、及びＡｒを含む。一例では、エッチャントガス混合物は、５０－２００ｓｃｃｍのＯ２、１０－１００ｓｃｃｍのＣｌ２、５－１００ｓｃｃｍのＮ２、及び１００－３００ｓｃｃｍのアルゴンを含むか、本質的にそれらからなるか、又はそれらからなる。ここで用いられる場合、「本質的に～からなる」という用語は、エッチングガス混合物の列挙された成分が、総エッチャントガス混合物の約９５％、９８％、又は９９％以上であることを意味する。別の実装形態では、エッチャントガス混合物は、Ｏ２、Ｃｌ２、ＳＯ２、及びＡｒを含む。一例では、エッチャントガス混合物は、５０－２００ｓｃｃｍのＯ２、１０－１００ｓｃｃｍのＣｌ２、１０－３０ｓｃｃｍのＳＯ２、及び１００－３００ｓｃｃｍのアルゴンを含むか、本質的にそれらからなるか、又はそれらからなる。
プラズマは、エッチャントガス混合物から形成される。一例では、エッチャントプラズマは、基板３００を含む処理領域内にプラズマを形成することによってインサイチュで生成される。別の例では、エッチャントガスプラズマは遠隔で生成され、基板３００を含むプロセス処理領域に供給することができる。幾つかの実装形態では、プラズマは、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、又はマイクロ波プラズマでありうる。
パッシベーションガスのプラズマ放出物は、第１の側壁３２６ａ及び第２の側壁３２６ｂ（集合的に３２６）の露出面をパッシベーション層３６０へと変換する。パッシベーション層３６０の形成は、第１の側壁３２６ａ及び第２の側壁３２６ｂの側壁プロファイルを損なうことなく、基板のエッチングを可能にする。パッシベーション層３６０は、該パッシベーション層３６０が金属含有層３１０の一部の変換の結果であるという点で堆積材料とは区別される。したがって、パッシベーション層３６０は、単に金属含有層３１０の側壁３２６ａ、３２６ｂ上に堆積されるのではなく、側壁３２６ａ、３２６ｂの表面層が反応で消費されて、パッシベーション層３６０を形成する。パッシベーション層３６０は金属含有層３１０の層から変換されるため、実装形態では、動作２５０は、第１の特徴部３２０の側壁３２６ａ、３２６ｂに沿って、金属含有層３１０の一部を変換する。したがって、金属含有層３１０の薄い表面層のみがパッシベーション層３６０へと変換され、パッシベーション層の厚さを制限し、それによって、第２の特徴部３７１が後でエッチングされるときに、第１の特徴部３２０の側壁３２６ａ、３２６ｂとその後に形成される第２の特徴部３７１の側壁３７２ａ、３７２ｂ（集合的に３７２）との間の段差の形成が回避される。第２の特徴部の側壁３７２ａ、３７２ｂは、第１の特徴部３２０の側壁３２６ａ、３２６ｂと実質的に位置合わせされる。一例では、第１の側壁３２６ａ及び第２の側壁３２６ｂ上の金属含有層３１０の表面層の約３Åから約１５Åが、パッシベーション層３６０へと変換される。別の例では、パッシベーション層３６０は５０Å未満である。さらに別の例では、パッシベーション層３６０は、基板の自然酸化物の厚さ以下の厚さを有する。さらに別の例では、金属含有層３１０がルテニウムの場合、パッシベーション層３６０は約１０Åから約２０Åである。
パッシベーション層３６０は、金属含有層３１０の酸化物又は窒化物でありうる。一実装形態では、パッシベーション酸化物は、酸化プラズマで第１の特徴部３２０を等方的に酸化することによって形成することができる。弱酸化プラズマは、適切な厚さのパッシベーション層を形成する。一実装形態では、弱酸化プラズマは、低分圧の二酸化硫黄（ＳＯ２）ガス又は低分圧の酸素（Ｏ２）ガスを含みうる。一例では、酸化プラズマは、１００ｓｃｃｍ未満のＯ２又はＳＯ２、例えば、約１０ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍのＯ２を含む。別の実装形態では、第１の側壁３２６ａ及び第２の側壁３２６ｂ上の基板３００の金属含有層３１０の表面を金属含有層３１０の窒化物へと変換するために、窒素（Ｎ２）などの窒素源が処理領域に供給される。一例では、窒化プラズマは、１００ｓｃｃｍ未満のＮ２、例えば、約１０ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍのＮ２を含む。
幾つかの実装形態では、動作２５０中の処理圧力は低く、金属含有層３１０のアンダーカット及び反りを低減する。幾つかの実装形態では、処理圧力は５０ｍＴｏｒｒ以下（例えば、約１０ｍＴｏｒｒから約５０ｍＴｏｒｒ）である。幾つかの実装形態では、処理圧力は４０ｍＴｏｒｒ以下（例えば、約１０ｍＴｏｒｒから約４０ｍＴｏｒｒ）である。幾つかの実装形態では、処理圧力は３０ｍＴｏｒｒ以下（例えば、約１０ｍＴｏｒｒから約３０ｍＴｏｒｒ）である。幾つかの実装形態では、処理圧力は２０ｍＴｏｒｒ以下（例えば、約１０ｍＴｏｒｒから約２０ｍＴｏｒｒ）である。一例では、５０－２００ｓｃｃｍのＯ２、１０－１００ｓｃｃｍのＣｌ２、１０－１００ｓｃｃｍのＮ２、及び１００－３００ｓｃｃｍのアルゴンを含むエッチャントガス混合物のプラズマは、２０ｍＴｏｒｒ以下の圧力で維持される。別のこのような例では、５０－２００ｓｃｃｍのＯ２、１０－１００ｓｃｃｍのＣｌ２、１０－１００ｓｃｃｍのＳＯ２、及び１００－３００ｓｃｃｍのアルゴンを含むエッチャントガス混合物のプラズマは、２０ｍＴｏｒｒ以下の圧力で維持される。
さらなる実装形態では、基板は、動作２５０中、摂氏約５度から摂氏約８０度、より具体的には摂氏約２０度から摂氏約５０度の温度で維持される。これらの低い処理温度は、金属含有層３１０のエッチングプロファイルを大幅に改善する（例えば、反りを減らす）ことが分かっている。幾つかの実装形態では、基板は摂氏約３０度から摂氏４０度の温度で維持される。幾つかの実装形態では、基板は摂氏約４０度から摂氏５０度の温度で維持される。一例では、５０－２００ｓｃｃｍのＯ２、１０－１００ｓｃｃｍのＣｌ２、１０－１００ｓｃｃｍのＮ２、及び１００－３００ｓｃｃｍのアルゴンを含むエッチャントガス混合物のプラズマは、動作２５０中、基板が摂氏約３０度から摂氏約４０度である間、２０ｍＴｏｒｒ以下の圧力で維持される。別の例では、５０－２００ｓｃｃｍのＯ２、１０－１００ｓｃｃｍのＣｌ２、１０－１００ｓｃｃｍのＮ２、及び１００－３００ｓｃｃｍのアルゴンを含むエッチャントガス混合物のプラズマは、動作２５０中、基板が摂氏約３０度から摂氏約４０度である間、２０ｍＴｏｒｒ以下の圧力で維持される。
幾つかの実装形態では、２ＭＨＺ、６０ＭＨｚ、又は１６２ＭＨｚで動作する少なくとも１つのＲＦ発生器は、動作２５０中、金属含有層３１０のエッチングの間、エッチングガス混合物をプラズマへと励起する。ＲＦエネルギーは、ＣＷ（連続波）であるか、又は１０－１００ＫＨｚのパルス周波数でパルス化されたものでありうる。２つ以上のＲＦエネルギー源（発生器）を使用する実装形態では、１つのＲＦ発生器がパルス化（単一）されるか、又は複数のＲＦ発生器がパルス化（同期）されてもよい。２ＭＨｚ及び６０ＭＨｚの下部（バイアス）電源と１６２ＭＨｚの上部（ソース）電源の両方を含む一実装形態では、２ＭＨｚの発生器は、ＣＷ、単一パルスモード、又は同期パルスモードで０－１，０００ワットを出力するように動作させることができ、一方、６０ＭＨｚの発生器は、ＣＷ、単一パルス、又は同期パルスモードで０－３，０００ワットを出力するように動作する。さらなる実装形態では、２ＭＨｚ及び６０ＭＨｚの両方が０ワットを超える電力を出力する。さらなる実装形態では、１６２ＭＨｚのソース電力は、ＣＷ、単一パルスモード、又は同期パルスモードで、０－２５００ワットで動作する。
幾つかの実装形態では、ソースＲＦ電力は、約０ボルトから約５００ボルトのＲＦ電圧において、約１０００ワットから約３０００ワット、例えば約１５００ワットから約２０００ワットで維持することができる。バイアスＲＦ電力は、約０ボルトから約５００ボルト、例えば約５０ボルト及び約２５０ボルト、例えば２００ボルト未満のＲＦ電圧において、約５０ワットから約３００ワット、例えば約１００ワットから約１５０ワットで維持することができる。
幾つかの実装形態では、動作２５０のエッチング後に、パージを実施することができる。パージ動作中、プラズマ種が処理チャンバから除去される。これは、処理チャンバをパージ及び／又は排気して、残留プラズマ種及びエッチング副生成物を除去することによって行うことができる。生成されたプラズマ種は、プラズマを停止し、残りの種を崩壊させることによって除去することができ、任意選択的にチャンバのパージ及び／又は排気と組み合わせることができる。パージは、Ｎ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、又はそれらの組合せなどの任意の不活性ガスを使用して行うことができる。
幾つかの実装形態では、動作２２０から２５０は、金属層の目標エッチング深さを達成するために、注入、その後の改質、その後の金属層の選択的エッチング、並びにその後のパッシベーション及びエッチングのサイクルで繰り返し実行又は循環されてもよい。幾つかの実装形態では、動作２３０、２４０、及び２５０は、金属含有層３１０の目標エッチング深さを達成するために、改質、及びその後の金属層のエッチングのサイクルで繰り返し実行又は循環されてもよい。一例では、基板３００の上面３７０が図３Ｇに示されるように露出されるまで、動作２２０、２３０、及び２４０のうちの少なくとも１つが繰り返される。
図４は、本明細書に開示される態様による基板に特徴部をエッチングする別の方法４００のフローチャートを示している。図５Ａ－５Ｃは、本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示している。方法４００及び図５Ａ－５Ｃは、金属含有層内の高アスペクト比の特徴部をエッチングする文脈で説明されているが、方法４００は、他のタイプの基板内の他の特徴部をエッチングするために使用することができるものと理解されたい。概して、方法４００は、ＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、及びロジックデバイスのＨＡＲコンタクトマスク開口プロセス、並びにＨＡＲ線／空間パターン（例えば、ゲートライン、ビット線、相互接続線のエッチング用）に適用可能である。例えば、ＤＲＡＭ用途では、ビット線を形成するために線／空間エッチングされる。
方法４００は、図１に示されるプラズマ処理チャンバ１００などのチャンバに基板をロードすることによる動作４１０から開始する。基板は基板３００でありうる。一例では、基板３００は、該基板３００の温度を制御するように動作可能な基板支持ペデスタル１３５などの基板支持ペデスタル上に位置づけられる。基板３００については上述している。
図５Ａに示される実装形態では、金属含有層３１０はブランケット層であり、ハードマスク層３１２は、貫通して形成された開口部又は開孔３１４を有するパターン化されたハードマスクである。ハードマスク層３１２の堆積に続いて、該ハードマスク層３１２をパターン化し、開孔３１４を形成するために、一般に知られているフォトリソグラフィ及びエッチングプロセスを使用することができる。次いで、方法４００を進めるために、基板３００を処理領域に提供することができる。
図５Ｂに示される幾つかの実装形態では、金属含有層３１０は、少なくとも、その中に形成された、又は部分的に形成された第１の凹部５２０を有しうる。一実装形態では、金属含有層３１０は、プラズマエッチングプロセスに曝露されて第１の凹部５２０を形成する。プラズマエッチングプロセスは、本明細書に記載されるプラズマエッチングプロセスのいずれかなど、任意の好適なプラズマエッチングプロセスでありうる。第１の凹部５２０は、金属含有層３１０の上面３２２から金属含有層３１０の底面３２４に向かって特徴部の深さに延在しうる。第１の凹部５２０は、パターン化されたハードマスク層３１２と位置合わせされた第１の側壁５２６ａ及び第２の側壁５２６ｂ（集合的に５２６）によって画成される幅を有する。第１の凹部５２０は、金属含有層３１０の上面３２２から第１の凹部５２０の底面５２８まで特徴部の深さに延在しうる。
任意選択的に、方法４００は動作４２０へと続き、ここで基板３００は、吸着及び／又は化学吸着によって基板の表面を改質するための改質プロセスに曝露される。動作４２０は、本明細書に記載される動作２３０と同様に実施することができる。改質は、金属含有層３１０を、ハロゲン化物及び酸素含有プラズマの放出物と接触させることを含みうる。酸素含有ガス、ハロゲン含有ガス、又はそれらの混合物を処理領域内へと流して、インシトゥでプラズマを形成するか、又は遠隔プラズマ領域内へと流してプラズマ放出物を生成することができる。プラズマ放出物を処理領域内へと流して、基板３００の第１の凹部５２０の露出面と相互作用させることができる。例えば、図５Ｂに示されるように、プラズマ放出物は、側壁５２６ａ、５２６ｂ、及び底面５２８上に薄い反応性表面層５４０を形成する。
幾つかの実装形態では、動作４２０の改質プロセスの後にパージを実施することができる。パージ動作中、表面に結合していない酸素及び塩素種が処理チャンバから除去される。これは、化学吸着層を除去することなく、処理チャンバをパージ及び／又は排気して、吸着されていない改質化学物質を除去することによって行うことができる。塩素及び酸素をベースとしたプラズマで生成された種は、プラズマを停止し、残りの種を崩壊させ、任意選択的にチャンバのパージ及び／又は排気と組み合わせることにより、除去することができる。パージは、Ｎ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、又はそれらの組合せなどの任意の不活性ガスを使用して行うことができる。
該方法は動作４３０に続く。動作４３０では、基板３００がパッシベーションガスとエッチャントガスとを含むエッチャントガス混合物に曝露されて、選択的にパッシベーションされ、金属含有層３１０から追加の金属がエッチングされ、第１の凹部５２０が深くなる、パッシベーション及びエッチングプロセスが実施される。動作４３０は、本明細書に記載される動作２５０と同様に実施することができる。動作４３０は、側壁５２６ａ、５２６ｂがパッシベーションされ、一方、底面５２８から追加の金属が除去されて、滑らかな側壁エッチングプロファイルを維持しつつ、側壁５７２ａ、５７２ｂを有する第２の特徴部５７１が形成されるように行われる。図５Ｃに示されるように、第２の特徴部の側壁５７２ａ、５７２ｂは、第１の特徴部３２０の側壁３２６ａ、３２６ｂと実質的に位置合わせされる。
幾つかの実装形態では、動作４３０のエッチング後にパージを実施することができる。パージ動作中、プラズマ種が処理チャンバから除去される。これは、処理チャンバをパージ及び／又は排気して、残留プラズマ種及びエッチング副生成物を除去することによって行うことができる。生成されたプラズマ種は、プラズマを停止し、残りの種を崩壊させることによって除去することができ、任意選択的にチャンバのパージ及び／又は排気と組み合わせることができる。パージは、Ｎ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、又はそれらの組合せなどの任意の不活性ガスを使用して行うことができる。
幾つかの実装形態では、動作４２０及び４３０は、金属含有層の目標エッチング深さを達成するために、改質と、その後のパッシベーション及びエッチングのサイクルで繰り返し実行又は循環されてもよい。基板３００の上面５７０が図５Ｄに示されるように露出されるまで、一例では、動作４２０及び４３０のうちの少なくとも一方が繰り返される。
図６は、本明細書に開示される態様による基板に特徴部をエッチングする別の方法６００のフローチャートを示している。図７Ａ－７Ｅは、本明細書に開示される態様によるエッチングプロセスのさまざまな段階を示している。方法６００及び図７Ａ－７Ｅは、金属含有層内の高アスペクト比の特徴部をエッチングする文脈で説明されているが、方法６００は、他のタイプの基板内の他の特徴部をエッチングするために使用することができるものと理解されたい。概して、方法６００は、ＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、及びロジックデバイスのＨＡＲコンタクトマスク開口プロセス、並びにＨＡＲ線／空間パターン（例えば、ゲートライン、ビット線、相互接続線のエッチング用）に適用可能である。例えば、ＤＲＡＭ用途では、ビット線を形成するために線／空間エッチングされる。
方法６００は、上述のように基板を提供することによる動作６１０から開始する。基板は、上述の基板３００でありうる。図７Ａに示される実装形態では、金属含有層３１０はブランケット層であり、ハードマスク層３１２は、貫通して形成された開口部又は開孔３１４を有するパターン化されたハードマスクである。幾つかの実装形態では、図７Ｂに示されるように、金属含有層３１０は、少なくとも、その中に形成された、又は部分的に形成された第１の凹部７２０を有することができる。
動作６２０では、金属含有層３１０の露出面を改質するために、任意選択的なプレアモルファス化処理プロセスが実施される。プレアモルファス化処理は、動作２２０と同様に行うことができる。
動作６２０のプレアモルファス化処理プロセスが実施されない実装形態では、以下により詳細に説明する動作６３０のパッシベーション処理は、プレアモルファス化処理なしに、金属含有層３１０上に直接実施することができる。
動作６３０では、金属含有層３１０の露出面をパッシベーションするために、基板３００がパッシベーションガスに曝露されるパッシベーション処理が実施される。動作６３０は、側壁７２６ａ、７２６ｂがパッシベーション層７６０でパッシベーションされるように実施される。パッシベーションガスは、窒素（Ｎ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、又はそれらの組合せから選択される。一例では、パッシベーションガス混合物は、５－１００ｓｃｃｍのＮ２を含むか、本質的にそれからなるか、又はそれからなる。ここで用いられる場合、「本質的に～からなる」という用語は、パッシベーションガス混合物の列挙された成分が、総パッシベーションガス混合物の約９５％、９８％、又は９９％以上であることを意味する。別の実装形態では、パッシベーションガス混合物はＳＯ２を含む。一例では、パッシベーションガス混合物は、１０－３０ｓｃｃｍのＳＯ２を含むか、本質的にそれからなるか、又はそれからなる。
プラズマはパッシベーションガス混合物から形成される。一例では、パッシベーションガスプラズマは、基板３００を含む処理領域内にプラズマを形成することによって、インサイチュで生成される。別の例では、パッシベーションガスプラズマは遠隔で生成され、基板３００を含む処理領域に供給することができる。幾つかの実装形態では、プラズマは、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、又はマイクロ波プラズマでありうる。
パッシベーションガスのプラズマ放出物は、第１の側壁７２６ａ及び第２の側壁７２６ｂの露出面をパッシベーション層７６０へと変換する。パッシベーション層７６０の形成は、第１の側壁７２６ａ及び第２の側壁７２６ｂの側壁プロファイルを損なうことなく、基板のエッチングを可能にする。パッシベーション層７６０は、該パッシベーション層７６０が金属含有層３１０の一部の変換の結果であるという点で堆積材料とは区別される。したがって、パッシベーション層７６０は、単に金属含有層３１０の側壁７２６ａ、７２６ｂ上に堆積されるのではなく、側壁７２６ａ、７２６ｂの表面層が反応で消費されて、パッシベーション層７６０を形成する。パッシベーション層７６０は金属含有層３１０の層から変換されるため、実装形態では、動作６３０は、第１の凹部７２０の側壁７２６ａ、７２６ｂに沿って、金属含有層３１０の一部を変換する。したがって、金属含有層３１０の薄い表面層のみがパッシベーション層７６０へと変換され、パッシベーション層の厚さを制限し、それによって、第２の凹部７７１が図７Ｅに示されるように後でエッチングされるときに、第１の凹部７２０の側壁７２６ａ、７２６ｂとその後に形成される第２の凹部７７１の側壁７７２ａ、７７２ｂ（集合的に７７２）との間の段差の形成が回避される。図７Ｅに示されるように、第２の特徴部の側壁７７２ａ、７７２ｂは、第１の凹部７２０の側壁７２６ａ、７２６ｂ（集合的に７２６）と実質的に位置合わせされる。一例では、第１の側壁７２６ａ及び第２の側壁７２６ｂ上の金属含有層３１０の表面層の約３Åから約１５Åが、パッシベーション層７６０へと変換される。別の例では、パッシベーション層７６０は５０Å未満である。さらに別の例では、パッシベーション層７６０は、基板の自然酸化物の厚さ以下の厚さを有する。さらに別の例では、金属含有層３１０がルテニウムの場合、パッシベーション層７６０は、約１０Åから約２０Åの厚さを有する。
パッシベーション層７６０は、金属含有層３１０の酸化物又は窒化物でありうる。一実装形態では、パッシベーション酸化物は、酸化プラズマで第１の凹部７２０を等方的に酸化することによって形成することができる。弱酸化プラズマは、適切な厚さのパッシベーション層を形成する。一実装形態では、弱酸化プラズマは、低分圧の二酸化硫黄（ＳＯ２）ガス又は低分圧の酸素（Ｏ２）ガスを含みうる。一例では、酸化プラズマは、１００ｓｃｃｍ未満のＯ２又はＳＯ２、例えば、約１０ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍのＯ２を含む。別の実装形態では、第１の側壁３２６ａ及び第２の側壁３２６ｂ上の基板３００の金属含有層３１０の表面を金属含有層３１０の窒化物へと変換するために、窒素（Ｎ２）などの窒素源が処理領域に供給される。一例では、窒化プラズマは、１００ｓｃｃｍ未満のＮ２、例えば、約１０ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍのＮ２を含む。
幾つかの実装形態では、動作６３０中の処理圧力は低く、金属含有層３１０のアンダーカット及び反りを低減する。幾つかの実装形態では、処理圧力は５０ｍＴｏｒｒ以下（例えば、約１０ｍＴｏｒｒから約５０ｍＴｏｒｒ）である。幾つかの実装形態では、処理圧力は４０ｍＴｏｒｒ以下（例えば、約１０ｍＴｏｒｒから約４０ｍＴｏｒｒ）である。幾つかの実装形態では、処理圧力は３０ｍＴｏｒｒ以下（例えば、約１０ｍＴｏｒｒから約３０ｍＴｏｒｒ）である。幾つかの実装形態では、処理圧力は２０ｍＴｏｒｒ以下（例えば、約１０ｍＴｏｒｒから約２０ｍＴｏｒｒ）である。一例では、５０－２００ｓｃｃｍのＮ２を含むパッシベーションガスのプラズマが、１０ｍＴｏｒｒ以下の圧力で維持される。別のこのような例では、１０－１００ｓｃｃｍのＳＯ２を含むパッシベーションガス混合物のプラズマが、１０ｍＴｏｒｒ以下の圧力で維持される。
さらなる実装形態では、基板は、動作６３０中、摂氏約５度から摂氏約８０度、より具体的には摂氏約２０度から摂氏約５０度の温度で維持される。これらの低い処理温度は、金属含有層３１０のエッチングプロファイルを大幅に改善する（例えば、反りを減らす）ことが分かっている。幾つかの実装形態では、基板は摂氏約３０度から摂氏４０度の温度で維持される。幾つかの実装形態では、基板は摂氏約４０度から摂氏５０度の温度で維持される。一例では、１０－１００ｓｃｃｍのＮ２を含むパッシベーションガス混合物のプラズマは、動作６３０中、基板が摂氏約３０度から摂氏約４０度である間、１０ｍＴｏｒｒ以下の圧力で維持される。別の例では、１０－１００ｓｃｃｍのＮ２を含むパッシベーションガス混合物のプラズマは、動作６３０中、基板が摂氏約３０度から摂氏約４０度である間、１０ｍＴｏｒｒ以下の圧力で維持される。
幾つかの実装形態では、２ＭＨＺ、６０ＭＨｚ、又は１６２ＭＨｚで動作する少なくとも１つのＲＦ発生器は、動作６３０中、金属含有層３１０のパッシベーションの間、パッシベーションガス混合物をプラズマへと励起する。ＲＦエネルギーは、ＣＷ（連続波）であるか、又は１０－１００ＫＨｚのパルス周波数でパルス化されたものでありうる。２つ以上のＲＦエネルギー源（発生器）を使用する実装形態では、１つのＲＦ発生器がパルス化（単一）されるか、又は複数のＲＦ発生器がパルス化（同期）されてもよい。２ＭＨｚの発生器を含む一実装形態では、ＣＷ、単一パルスモード、又は同期パルスモーで０－１，０００ワット（例えば、１５０ワット）を出力するように動作しうる。
幾つかの実装形態では、動作６３０のパッシベーション処理の後にパージを実施することができる。パージ動作中、プラズマ種が処理チャンバから除去される。これは、処理チャンバをパージ及び／又は排気して、残留プラズマ種を除去することによって行うことができる。生成されたプラズマ種は、プラズマを停止し、窒素ガスの流れを継続することによって除去することができる。
方法６００は、動作６４０へと続き、ここで基板３００は、吸着及び／又は化学吸着によって基板の表面を改質するための改質プロセスに曝露される。改質プロセスは、金属含有層３１０をハロゲン化物及び酸素含有化学物質と接触させることを含みうる。ハロゲン化物及び酸素含有化学物質は、ガス、プラズマ、又は反応核種の形態をとることができる。改質プロセスは、金属含有層３１０を、該金属含有層への吸着又は化学吸着によって金属含有層の表面に接着するハロゲン化物及び酸素含有ガス又はガス混合物と接触させることを含みうる。改質プロセスは、金属含有層３１０をハロゲン化物及び酸素含有プラズマの放出物と接触させることを含みうる。酸素含有ガス、ハロゲン含有ガス、又はそれらの混合物を処理領域内へと流して、インシトゥでプラズマを形成するか、又は遠隔プラズマ領域内へと流してプラズマ放出物を生成することができる。プラズマ放出物を処理領域内へと流して、基板３００の第１の凹部７２０の露出面と相互作用させることができる。例えば、図７Ｃに示されるように、プラズマ放出物は、側壁７２６ａ、７２６ｂ、及び底面７２８上に薄い反応性表面層７４０を形成する。動作６４０の改質プロセスは、動作２３０の改質プロセスと同様に実施することができる。
幾つかの実装形態では、動作６４０の改質プロセスの後にパージを実施することができる。パージ動作中、表面に結合していない酸素及び塩素種が処理チャンバから除去される。これは、化学吸着層を除去することなく、処理チャンバをパージ及び／又は排気して、吸着されていない改質化学物質を除去することによって行うことができる。塩素及び酸素をベースとしたプラズマで生成された種は、プラズマを停止し、残りの種を崩壊させ、任意選択的にチャンバのパージ及び／又は排気と組み合わせることにより、除去することができる。パージは、Ｎ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、又はそれらの組合せなどの任意の不活性ガスを使用して行うことができる。
方法６００は動作６５０へと続き、ここで、基板３００は、図７Ｄに示されるように、基板３００の表面の改質された部分を選択的にエッチング又は除去するために、プラズマ又はイオン衝撃ガスなどの除去ガスに曝露される。除去ガス又はイオン衝撃ガスは、不活性ガスプラズマでありうる。不活性ガスは、アルゴン、ネオン、クリプトン、ヘリウム、又はそれらの組合せから選択される。一例では、不活性ガスはアルゴンである。一例では、不活性ガスプラズマは、基板３００を含む処理領域内にプラズマを形成することによって、インサイチュで生成される。別の例では、不活性ガスプラズマは遠隔で生成され、基板を収容する処理チャンバに供給することができる。幾つかの実装形態では、プラズマは、誘導結合プラズマ又は容量結合プラズマ又はマイクロ波プラズマでありうる。
動作６５０は、第１の凹部７２０の底面７２８などの水平面からの改質部分の除去が、第１の凹部７２０の側壁７２６ａ、７２６ｂなどの垂直面からの改質部分の除去よりも優先されるように実施される。動作６５０中の幾つかの実装形態では、基板３００をエッチングするために、基板３００にイオンフラックス７５０を照射する。イオンフラックス７５０は、金属含有層３１０の改質された部分の除去を促進するための指向性エネルギー伝達を提供する。一例では、イオンフラックス７５０は、第１の凹部７２０のパッシベーションされた側壁７２６ａ、７２６ｂの露出が低減するように、異方性である。イオンフラックス７５０は、図７Ｄに示されるように第１の凹部７２０の底面７２８などの水平面に衝突し、図７Ｅに示されるように、第１の凹部７２０を第２の底面７５２まで下方に延在する側壁７２６ａ、７２６ｂに対して、第１の凹部７２０の底面７２８から改質された部分を選択的に除去する。第２の底面７５２は、側壁７７２ａ、７７２ｂとともに第２の凹部７７１を画成する。
幾つかの実装形態では、動作６３０から６５０は、金属層の目標エッチング深さを達成するために、パッシベーション、その後の改質、及びその後の金属層のエッチングのサイクルで繰り返し実行又は循環されてもよい。一例では、動作６３０、６４０、及び６５０は、基板３００の上面が露出するまで繰り返される。一例では、動作６３０、６４０、及び６５０は、２０から３０回繰り返される。
実装形態は、次の潜在的な利点の１つ以上を含みうる。本開示の１つ以上の実装形態は、ノードを縮小する必要があるにもかかわらず、抵抗率の減少の問題に有利に対処する。幾つかの実装形態では、形成されたビット線の抵抗率は、ビット線金属の表面粗さを低減することによって低減する。本開示の幾つかの実装形態は、改善された粗さ、制御された異方性エッチング、ハードマスク材料に対する改善された選択性、及び改善されたウエハ間及びウエハ内の均一性のうちの１つ以上を有利に提供する。さらに、表面粗さが減少することから、ビット線金属材料の選択は、金属の粒子成長特性によって制限されない。
本明細書に記載される実装形態及び機能的動作のすべては、デジタル電子回路として、又は、本明細書に開示された構造的手段及びその構造的等価物を含むコンピュータソフトウェア、ファームウェア、若しくはハードウェアとして、又はこれらの組合せとして実装することができる。本明細書に記載される実装形態は、１つ以上の非一時的コンピュータプログラム製品として、すなわちデータ処理装置（例えば、プログラム可能プロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータ）によって実行するための、又はデータ処理装置の動作を制御するための、機械可読記憶デバイス内で有形に具現化された１つ以上のコンピュータプログラムとして、実装することができる。
本明細書に記載される処理及び論理の流れは、１つ以上のコンピュータプログラムを実行して、入力データに対して動作し出力を生成することによって諸機能を実施する１つ以上のプログラム可能プロセッサによって実施することができる。プロセス及び論理の流れはまた、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実行可能であり、また、装置も、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣとして実装可能である。
「データ処理装置」という用語は、プログラム可能なプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサもしくはコンピュータを例として含む、データを処理するためのすべての装置、デバイス、及び機械を包含する。該装置は、ハードウェアに加えて、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、又はこれらの１つ以上の組合せを構成するコードなど、対象のコンピュータプログラムの実行環境を作り出すコードを含みうる。コンピュータプログラムの実行に適しているプロセッサには、例として、汎用及び専用の両方のマイクロプロセッサ、並びに任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１つ以上のプロセッサが含まれる。
コンピュータプログラム命令及びデータを保存するのに適したコンピュータ可読媒体には、すべての形態の不揮発性メモリ、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイスを例として含む、メディア及びメモリデバイス；例えば、内蔵ハードディスク又はリムーバブルディスクなどの磁気ディスク；光磁気ディスク；並びに、ＣＤ－ＲＯＭ及びＤＶＤ－ＲＯＭディスクが含まれる。プロセッサ及びメモリは、専用ロジック回路で補完するか、又は専用ロジック回路に組み込むことができる。
本開示の要素又は本開示の実装形態の例示的態様を紹介する際の冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」及び「ｓａｉｄ」は、要素が１つ以上存在することを意味することを意図している。
「備える」、「含む」、及び「有する」という用語は、包含的であることを意図しており、列挙された要素以外にも追加的な要素が存在しうることを意味する。
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (20)

  1. 基板をパターニングする方法であって、
    処理チャンバの処理領域に位置づけられた基板上に形成された金属含有層の表面を、塩素含有ガス前駆体及び酸素含有ガス前駆体に曝露させて、前記金属含有層の改質された表面を形成することにより、前記金属含有層の前記表面を改質すること；
    前記基板を保持する基板支持体にバイアス電圧を印加することによって、不活性ガス前駆体のプラズマ放出物を前記金属含有層の前記改質された表面に誘導すること；及び
    前記金属含有層の前記改質された表面を前記不活性ガス前駆体の前記プラズマ放出物で異方性エッチングして、前記金属含有層内に第１の側壁を有する第１の凹部を形成することであって、前記不活性ガス前駆体の前記プラズマ放出物が、前記金属含有層の前記改質された表面を改質されていない部分と比較して選択的にエッチングする、形成すること
    を含む、方法。
  2. 前記不活性ガス前駆体がアルゴンである、請求項１に記載の方法。
  3. 前記金属含有層がルテニウムを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記金属含有層の前記改質された表面を異方性エッチングすることにより、ビット線金属含有層を含む特徴部が形成される、請求項１に記載の方法。
  5. 前記塩素含有ガス前駆体が約１０ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍの流量で前記処理領域内へと流れ、前記酸素含有ガス前駆体が約１００ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍの流量で前記処理領域内へと流れる、請求項１に記載の方法。
  6. 前記金属含有層の前記表面を改質し、前記金属含有層の前記改質された表面を異方性エッチングする間、前記処理領域内の圧力が約２０ｍＴｏｒｒ以下に維持される、請求項１に記載の方法。
  7. 前記不活性ガス前駆体の前記プラズマ放出物を前記金属含有層の前記改質された表面に誘導する前記バイアス電圧が、約１５０ワット以下である、請求項１に記載の方法。
  8. 少なくとも１回の追加のサイクルで前記方法を繰り返すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記処理チャンバの温度が摂氏約５０度以下に維持される、請求項１に記載の方法。
  10. 前記金属含有層の前記表面を改質することが、前記金属含有層の前記表面をエッチングすることなく行われる、請求項１に記載の方法。
  11. 前記金属含有層の前記表面を改質する前に前記金属含有層の前記表面に不活性ガスイオンを注入すること
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  12. 前記第１の凹部をパッシベーションガスとエッチャントガスとを含むエッチャントガス混合物に曝露して、前記金属含有層から追加の金属を除去すること
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  13. 前記エッチャントガス混合物のプラズマを形成すること；
    前記パッシベーションガスのプラズマ放出物で、前記第１の凹部の前記第１の側壁をパッシベーションすること；及び
    前記エッチャントガスのプラズマ放出物で前記第１の凹部を異方性エッチングして、前記第１の側壁と位置合わせされた前記金属含有層の第２の側壁を伴って前記第１の凹部を深めること
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記パッシベーションガスが、窒素（Ｎ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、又はそれらの組合せから選択される、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記エッチャントガスが、酸素（Ｏ２）及び塩素（Ｃｌ２）を含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 基板をパターニングする方法であって、
    処理チャンバの処理領域に位置づけられた基板上に形成されたルテニウム含有層の表面を、Ｎ２及びＳＯ２から選択されるパッシベーションガスとＯ２及びＣｌ２を含むエッチャントガスとを含むエッチャントガス混合物に曝露すること；並びに
    前記ルテニウム含有層を前記エッチャントガス混合物のプラズマで異方性エッチングすること
    を含む、方法。
  17. 前記ルテニウム含有層の前記表面を前記エッチャントガス混合物に曝露する前に、前記ルテニウム含有層の表面を塩素含有ガス前駆体及び酸素含有ガス前駆体のプラズマ放出物に曝露することによって、前記ルテニウム含有層の前記表面を改質して、前記金属含有層の改質された表面を形成すること
    をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記ルテニウム含有層を前記エッチャントガス混合物のプラズマで異方性エッチングすることにより、前記ルテニウム含有層の前記改質された表面が除去される、請求項１７に記載の方法。
  19. 基板をパターニングする方法であって、
    処理チャンバの処理領域に位置づけられた基板上に形成されたルテニウム含有層の表面を、
    ５０－２００ｓｃｃｍのＯ２；
    １０－１００ｓｃｃｍのＣｌ２；
    １００－３００ｓｃｃｍのアルゴン；及び
    ５－１００ｓｃｃｍのＮ２又は１０－３０ｓｃｃｍのＳＯ２
    を含むエッチャントガス混合物に曝露すること、並びに
    前記ルテニウム含有層を前記エッチャントガス混合物のプラズマで異方性エッチングすることであって、
    前記基板を摂氏約２０度から摂氏約４０度の温度で維持すること；及び
    前記エッチャントガス混合物の前記プラズマを約１０ｍＴｏｒｒから約２０ＭＴｏｒｒの圧力で維持すること
    を含む、異方性エッチングすること、
    を含む、方法。
  20. 前記ルテニウム含有層を異方性エッチングすることにより、ビット線ルテニウム含有層を含む特徴部が形成される、請求項１９に記載の方法。
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