JP6142676B2 - ドライエッチング方法、ドライエッチング装置、金属膜及びそれを備えたデバイス - Google Patents
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Description
本発明は、基材上に形成された金属膜をβ−ジケトンを含むエッチングガスを用いてエッチングするドライエッチング方法であって、金属膜が、β−ジケトンと5又は6配位の錯体構造を形成する金属の少なくとも1種を含み、β−ジケトンを含むエッチングガスが、H2O又はH2O2の何れか1種類以上の添加剤を含み、該添加剤の体積濃度が1%以上20%以下であるドライエッチング方法である。
β−ジケトンを用いた金属膜のエッチングにおいては、主として、酸化工程及び錯体形成工程の2つの工程により反応が進行する。ここで、金属膜がCoで形成されている例について検討すると、以下のようになると考えられる。
(1)酸化工程
2Co + O2 →2CoO
(2)錯体形成工程
(a) CoO + 2HFAc → Co(HFAc)2 + 2H2O
(b) Co(HFAc)2 + 2H2O → Co(HFAc)2(H2O)2 ↑
本発明のエッチング方法は、例えば、図1に示すような半導体製造工程に使用される一般的なエッチング装置を応用することにより実現することができる。一実施形態において、本発明に係るエッチング装置100は、例えば、基材1を配置するチャンバー110と、チャンバー110に接続し、β−ジケトンを含むエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段130と、チャンバー110に接続し、H2O又はH2O2の何れか1種類以上の添加剤を供給する添加剤供給手段140と、チャンバー110を加熱する加熱手段150と、を備える。
慮すると、60分以内であることが好ましい。ここに、エッチング時間とは、エッチング
処理が行われる内部に基板が設置されているプロセスチャンバーの内部にエッチングガス
を導入し、その後、エッチング処理を終える為に該プロセスチャンバーの内のエッチング
ガスを真空ポンプ等により排気するまでの時間を指す。
上述した本発明に係るエッチング方法を用いて、基材上に形成され、β−ジケトンと5又は6配位の錯体構造を形成する金属の少なくとも1種を含む金属膜であって、β−ジケトンを含み、H2O又はH2O2の何れか1種類以上の添加剤の体積濃度が1%以上20%以下であるエッチングガスでエッチングした金属膜を得ることができる。
本発明に係る金属膜は、従来の半導体製造プロセスで製造されるデバイスの金属膜に、代替可能である。本発明に係るデバイスは、本発明に係るエッチング方法によりエッチングした金属膜を用いることにより、安価に製造することができる。このようなデバイスとして、例えば、太陽電池、ハードディスクドライブ、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ、相変化型メモリ、強誘電体メモリ、磁気抵抗メモリ、抵抗変化型メモリ、MEMS等を挙げることができる。
添加ガスとしてH2Oを用いて、H2Oの体積濃度を、それぞれ1%、2%、5%としてエッチング試験を行った。エッチング試験において、チャンバー内の圧力を13.33kPa、金属箔の温度を275℃とした。その結果、各実施例のエッチング量は、それぞれ332.8nm、359.2nm、541.3nmであった。
添加ガスとしてH2O2を用いる以外は、実施例1−1と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、Coのエッチング量は1042nmであった。
エッチング装置によってはエッチング時の圧力や温度等の制約がある場合もある。このため、金属箔の温度を150℃(実施例1−5)、チャンバー内の圧力を1.33kPa(実施例1−6)、β−ジケトンをトリフルオロアセチルアセトン(実施例1−7)とする条件についても検討した。それ以外は実施例1−3と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、実施例1−5と後述する比較例1−8、実施例1−6と後述する比較例1−9をそれぞれ比較すると、どちらの実施例もエッチング量が比較例より優れていた。すなわち金属箔の温度を150℃、チャンバー内の圧力を1.33kPaとした場合でも、添加剤としてH2Oを使用したことにより大幅なエッチング量の改善効果が得られた。また、β−ジケトンをトリフルオロアセチルアセトンとした場合でも、実施例1−3と同等なエッチング量が得られた。
添加ガスとなるH2Oの体積濃度を、それぞれ30体積%、50体積%、金属箔の温度を275℃、チャンバー内の圧力を13.33kPaとしてエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は、それぞれ108nm、1.2nmであり、同温・同圧条件下で、添加剤の体積濃度が本発明の範疇から外れた範囲では、実施例1−1〜実施例1−3と比較して十分なエッチング量が得られなかった。
添加ガスとして酸素を用いて、酸素の体積濃度を、それぞれ3体積%〜30体積%と変化させてエッチング試験を行った。その結果、酸素の体積濃度を変化させるとエッチング量に変化が見られ、添加剤を加えない場合(比較例1−7)より優れたエッチング量であったが、同温・同圧条件下で、添加剤としてH2O、H2O2を加えた場合に比較してエッチング量は劣っていた。
添加ガスを加えない、とする以外は実施例1−1と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は、55.4nmであった。
添加ガスをO2とする以外は実施例1−5と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は、13.2nmであった。金属箔の温度が他の比較例より低い150℃であり、添加剤を加えない比較例1−7よりもエッチング量が劣るものとなった。また、同温・同圧条件下で、添加剤が異なる系では、実施例1−5と比較して十分なエッチング量が得られなかった。
添加ガスをO2とする以外は実施例1−6と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は、34.7nmであった。同温・同圧条件下で、添加剤が異なる系では、実施例1−6と比較して十分なエッチング量が得られなかった。
添加ガスとしてH2Oを用いて、H2Oの体積濃度を、それぞれ2%、5%、8%としてエッチング試験を行った。エッチング試験において、チャンバー内の圧力を13.33kPa、金属箔の温度を275℃とした。その結果、各実施例のエッチング量は、それぞれ317.9nm、1525.6nm、628.2nmであった。
添加ガスとしてH2O2を用いる以外は、実施例2−1と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は2031.2nmであった。
金属箔の温度を150℃(実施例2−5)、チャンバー内の圧力を1.33kPa(実施例2−6)、β−ジケトンをトリフルオロアセチルアセトン(実施例2−7)とする以外は実施例1−3と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、実施例2−5と後述する比較例2−7、実施例2−6と後述する比較例2−8をそれぞれ比較すると、どちらの実施例もエッチング量が比較例より優れていた。すなわち金属箔の温度を150℃、チャンバー内の圧力を1.33kPaとした場合でも、添加剤としてH2Oを使用したことにより大幅なエッチング量の改善効果が得られた。また、β−ジケトンをトリフルオロアセチルアセトンとした場合でも、実施例2−2と同等なエッチング量が得られた。
添加ガスとなるH2Oの体積濃度を、それぞれ30体積%、50体積%、金属箔の温度を275℃、チャンバー内の圧力を13.33kPaとしてエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は、それぞれ69.2nm、検出限界以下(ND)であり、同温・同圧条件下で、添加剤の体積濃度が本発明の範疇から外れた範囲では、実施例2−1〜実施例2−3と比較して十分なエッチング量が得られなかった。
添加ガスとして酸素を用いて、酸素の体積濃度を、それぞれ2体積%〜5体積%と変化させてエッチング試験を行った。その結果、酸素の体積濃度を変化させるとエッチング量に変化が見られたが、同温・同圧条件下で、添加剤としてH2O、H2O2を加えた場合に比較してエッチング量は劣っていた。
添加ガスをO2とする以外は実施例2−5と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は、103.5nmであった。同温・同圧条件下で、添加剤が異なる系では、実施例2−5と比較して十分なエッチング量が得られなかった。
添加ガスをO2とする以外は実施例2−6と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は、130.6nmであった。同温・同圧条件下で、添加剤が異なる系では、実施例2−6と比較して十分なエッチング量が得られなかった。
添加ガスとしてH2Oを用いて、H2Oの体積濃度を、それぞれ2%、5%としてエッチング試験を行った。エッチング試験において、チャンバー内の圧力を13.33kPa、金属箔の温度を275℃とした。その結果、各実施例のエッチング量は、それぞれ391.8nm、1248nmであった。
添加ガスとしてH2O2を用いる以外は、実施例3−1と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は1532nmであった。
金属箔の温度を150℃(実施例3−4)、チャンバー内の圧力を1.33kPa(実施例3−5)、β−ジケトンをトリフルオロアセチルアセトン(実施例3−6)とする以外は実施例3−1と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、金属箔の温度を150℃、チャンバー内の圧力を1.33kPaとした場合でも、実施例3−1と同等なエッチング量が得られた。また、β−ジケトンをトリフルオロアセチルアセトンとした場合でも、実施例3−2と同等なエッチング量が得られた。
添加ガスとなるH2Oの体積濃度を、30体積%、金属箔の温度を275℃、チャンバー内の圧力を13.33kPaとしてエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は、それぞれ20.6nmであり、同温・同圧条件下で、添加剤の体積濃度が本発明の範疇から外れた範囲では、実施例3−1〜実施例3−2と比較して十分なエッチング量が得られなかった。
添加ガスとして酸素を用いて、酸素の体積濃度を、2体積%としてエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は136.5nmであった。添加剤としてH2O、H2O2を加えた場合に比較してエッチング量は劣っていた。
添加ガスとしてH2Oを用いて、H2Oの体積濃度を、それぞれ2%、5%としてエッチング試験を行った。エッチング試験において、チャンバー内の圧力を13.33kPa、金属箔の温度を275℃とした。その結果、各実施例のエッチング量は、それぞれ233.1nm、491.3nmであった。
添加ガスとしてH2O2を用いる以外は、実施例4−1と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は589.7nmであった。
金属箔の温度を150℃(実施例4−4)、チャンバー内の圧力を1.33kPa(実施例4−5)、β−ジケトンをトリフルオロアセチルアセトン(実施例4−6)とする以外は実施例4−1と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、実施例4−4と後述する比較例4−3を比較すると、金属箔の温度を150℃とした場合でもエッチング量は比較例より優れていた。また、チャンバー内の圧力を1.33kPaとした場合でも、実施例4−1と同等なエッチング量が得られた。また、β−ジケトンをトリフルオロアセチルアセトンとした場合でも、実施例4−2と同等なエッチング量が得られた。
添加ガスとなるH2Oの体積濃度を、30体積%、金属箔の温度を275℃、チャンバー内の圧力を13.33kPaとしてエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は、それぞれ13.9nmであり、添加剤の体積濃度が、本発明の範疇から外れた範囲では、実施例4−1〜実施例4−2と比較して十分なエッチング量が得られなかった。
添加ガスとして酸素を用いて、酸素の体積濃度を、2体積%としてエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は81.8nmであった。添加剤としてH2O、H2O2を加えた場合に比較してエッチング量は劣っていた。
添加ガスをO2とする以外は実施例4−4と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は、10.4nmであった。同温・同圧条件下で、添加剤が異なる系では、実施例4−4と比較して十分なエッチング量が得られなかった。
添加ガスとしてH2Oを用いて、H2Oの体積濃度を、それぞれ2%、5%としてエッチング試験を行った。エッチング試験において、チャンバー内の圧力を13.33kPa、金属箔の温度を、250℃、325℃とした。その結果、各比較例のエッチング量は、それぞれ613.0nm、956.2nmであった。
添加ガスとしてH2O2を用いる以外は、比較例5−2と同じ実験条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング量は947.8nmであった。
添加ガスとしてO2を用いて、O2の体積濃度を2%としてエッチング試験を行った。エッチング試験において、チャンバー内の圧力を13.33kPa、金属箔の温度を、250℃とした。その結果、エッチング量は、902.1nmであった。
Claims (7)
- 基材上に形成された金属膜をβ−ジケトンを含むエッチングガスを用いてエッチングするドライエッチング方法であって、
前記金属膜が、Zn、Hf、Fe、Mn、及びVからなる群より選ばれる前記β−ジケトンと5又は6配位の錯体構造を形成する金属の少なくとも1種を含み、
前記β−ジケトンを含むエッチングガスが、H2O又はH2O2の何れか1種類以上の添加剤を含み、
該添加剤の体積濃度が1%以上20%以下であることを特徴とするドライエッチング方法。 - 前記エッチングガスを、100℃以上350℃以下の温度領域で、前記金属膜と反応させることを特徴とする請求項1に記載のドライエッチング方法。
- 酸素ガス非存在下において、H 2 Oによって前記金属膜中の前記金属が酸化され、酸化された金属原子に前記β−ジケトンが2分子配位し、前記β−ジケトンと5又は6配位の錯体構造を形成し、前記金属原子の空いた配位座にH 2 O分子が配位し、錯体構造が安定化することを特徴とする請求項1又は2に記載のドライエッチング方法。
- Zn、Co、Hf、Fe、Mn、及びVからなる群より選ばれるβ−ジケトンと5又は6配位の錯体構造を形成する金属の少なくとも1種を含む金属膜が形成された基材を配置するチャンバーと、
前記チャンバーに接続し、β−ジケトンを含むエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、
前記チャンバーに接続し、H2O又はH2O2の何れか1種類以上の添加剤を供給する添加剤供給手段と、
前記チャンバーを加熱する加熱手段と、を備え、
前記添加剤の体積濃度が1%以上20%以下となるように、前記チャンバーに前記エッチングガス及び前記添加剤を供給することを特徴とするドライエッチング装置。 - 前記金属膜と、前記エッチングガスとを反応させることを特徴とする請求項4に記載のドライエッチング装置。
- 前記加熱手段が前記チャンバー内を100℃以上350℃以下に加熱し、
前記チャンバー内で、前記エッチングガスを前記金属膜と反応させることを特徴とする請求項4又は5に記載のドライエッチング装置。 - 前記チャンバーにおいて、酸素ガス非存在下、H 2 Oによって前記金属膜中の前記金属が酸化され、酸化された金属原子に前記β−ジケトンが2分子配位し、前記β−ジケトンと5又は6配位の錯体構造を形成し、前記金属原子の空いた配位座にH 2 O分子が配位し、錯体構造が安定化することを特徴とする請求項4乃至6の何れか一に記載のドライエッチング装置。
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