JP7241705B2 - 半導体製造における金属ドープ炭素系ハードマスクの除去 - Google Patents
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Description
本願は、全ての目的のために参照としてそれらの全てが本明細書に援用される、2017年6月9日出願の「METAL DOPED CARBON BASED HARD MASK REMOVAL IN SEMICONDUCTOR FABRICATION」と題した米国仮特許出願第62/517,717号の利益を主張する、2017年6月30日出願の「METAL DOPED CARBON BASED HARD MASK REMOVAL IN SEMICONDUCTOR FABRICATION」と題した米国特許出願第15/640,345号の利益を主張する。
開示の実施形態は、適したエッチングチャンバまたはエッチング装置(例えば、カリフォルニア州フレモントのラム・リサーチ・コーポレーションから入手可能なArgos)において実施されてよい。プラズマエッチングチャンバのさらなる説明は、その全てが参照により本明細書に援用される、米国特許第6,841,943号および第8,552,334号に記載されうる。
実験1
実験は、高アスペクト比のビアをパターニングするために用いられたタングステンドープ炭素ハードマスクを有する基板において実施された。基板は、0.5Torrから6.0Torrの間の圧力を有するチャンバにおいて200℃から400℃の間の温度に加熱され、タングステンドープ炭素ハードマスクは、酸素ガスおよび塩素ガスの混合物(塩素は総流量の約10%から40%)に曝露された。プラズマは、バイアスを用いずに(バイアスに印加された電力=0W)約2000Wから5000Wの電力で点火された。約1ミクロンのタングステンドープ炭素ハードマスクがエッチングされ、基板上には不具合がほとんどなく、タングステンドープ炭素ハードマスクはきれいに除去された。
実験は、3つの異なる基板材料(酸化シリコン、窒化シリコン、およびシリコン)上の33%ドープされたタングステンドープ炭素ハードマスクおよび63%ドープされたタングステンドープ炭素ハードマスクにおいて実施された。33%タングステンドープ膜および63%タングステンドープ膜の両方の剥離速度は、約95nm/分だった。エッチング選択性は、これら6回の試みで決定され、図4は、結果の表を示す。
実験は、シャワーヘッドなしで基板上のタングステンドープ炭素ハードマスクをエッチングするために実施された。実験データは、台座の2つのz位置(1つは、処理チャンバの台座と単孔シャワーヘッドの間の0.5インチ(1.27センチ)の隙間、もう1つは、2.3インチ(5.842センチメートル)の隙間)における影響について収集された。結果は、図5および以下の表1に示されている。図5の各データ点は、台座位置、チャンバ圧、ガス総流量、およびガス総流量の塩素量割合を含む実験的試みによって表され、その結果、表1の最終欄に示されるタングステンドープ炭素ハードマスクの平均エッチング速度がもたらされた。例えば、データ点501は、約800sccmのガス総流量(そのうちの0%が塩素)で約750mTorrの圧力に設定されたチャンバ内の単孔シャワーヘッドから2.3インチ(5.842センチメートル)離して設置された台座上の基板を表し、0nm/分の平均エッチング速度をもたらす。別の例では、データ点503は、異なる位置に設置されたが同じ総流量および圧力を用いて処理された2つの基板を表す。従って、単孔シャワーヘッドから2.3インチ(5.842センチメートル)離れた台座上に設置されたデータ点503の基板は、約750mTorrのチャンバ圧および約800sccmの総流量を含み、総流量の塩素割合が40%、タングステンドープ炭素含有ハードマスクの平均エッチング速度が70nm/分だった。これらの実験結果は、以下の表1に示され、データ点は図5に対応する。
前記実施形態は、明確な理解のためにある程度詳細に説明されたが、添付の請求項の範囲内で特定の変更および修正が行われてよいことは明らかだろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置を実行する多くの代替方法があることに注意されたい。従って、本実施形態は、例示と見なされ制限的ではなく、本明細書に記載の詳細に限定されない。本開示は、以下の形態により実現されてもよい。
[形態1]
金属ドープ炭素含有材料を有する半導体基板を処理する方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料を有する基板を処理チャンバに提供することと、
前記基板を約200℃から約500℃の間の温度に加熱することと、
前記金属ドープ炭素含有材料をエッチングするために、第1のエッチングガスおよび第2のエッチングガスを含むガス混合物から生成されたプラズマに前記金属ドープ炭素含有材料を曝露することと、を含み、
前記第1のエッチングガスは、前記金属ドープ炭素含有材料の炭素を含む第1の揮発性副生成物を形成し、
前記第2のエッチングガスは、前記金属ドープ炭素含有材料の金属を含む第2の揮発性副生成物を形成する、方法。
[形態2]
形態1に記載の方法であって、
前記第2のエッチングガスは、窒素、三フッ化窒素、塩素、フッ素、臭素、ヨウ素、水素、六フッ化硫黄、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、方法。
[形態3]
形態1に記載の方法であって、さらに、
前記第1のエッチングガスおよび前記第2のエッチングガスのいずれかの導入に先立って、前記基板上の露出シリコン面を保護するために、前記基板を予備酸化ガスに曝露し、プラズマを点火することを含む、方法。
[形態4]
形態3に記載の方法であって、
前記予備酸化ガスは、酸素および窒素の混合物である、方法。
[形態5]
形態1に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料の前記金属は、タングステン、チタン、タンタル、それらの窒化物、それらのケイ化物、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、方法。
[形態6]
形態5に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、金属ドーパントを含み、原子%における前記金属ドープ炭素含有材料の前記金属ドーパントの濃度は、約33%から約66%の間である、方法。
[形態7]
形態1から形態6のいずれか一項に記載の方法であって、
前記プラズマは、約500Wから約10000Wの間のステーション毎の電力で点火される、方法。
[形態8]
形態1から形態6のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、前記基板が設置される台座にバイアスを印加することなくエッチングされる、方法。
[形態9]
形態1から形態6のいずれか一項に記載の方法であって、
前記処理チャンバは、約100mTorrから約4000mTorrの間のチャンバ圧に設定される、方法。
[形態10]
形態1から形態6のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料の金属含有率は、約5%から約95%の間である、方法。
[形態11]
形態1から形態6のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、前記基板上にフィーチャを形成するために用いられるパターニングされたハードマスクであり、酸化シリコン、窒化シリコン、ドープ酸化シリコン、ドープ窒化シリコン、タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される材料に対する金属ドープ炭素含有材料のエッチング選択性は、少なくとも約1000:1である、方法。
[形態12]
形態1から形態6のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、前記基板上にフィーチャを形成するために用いられるパターニングされたハードマスクであり、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコン、それらのドープ派生物、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される材料に対する金属ドープ炭素含有材料の前記エッチング選択性は、少なくとも約1000:1である、方法。
[形態13]
形態1から形態6のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、前記基板上にフィーチャを形成するために用いられるパターニングされたハードマスクであり、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコン、ゲルマニウム、それらのドープ派生物、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される材料に対する金属ドープ炭素含有材料の前記エッチング選択性は、約10:1から約30:1の間である、方法。
[形態14]
形態1から形態6のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、前記基板上にフィーチャを形成するために用いられるパターニングされたハードマスクであり、酸化シリコン、コバルト、窒化タンタル、銅、低k誘電体、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される材料に対する金属ドープ炭素含有材料の前記エッチング選択性は、約10:1から約30:1の間である、方法。
[形態15]
形態1から形態6のいずれか一項に記載の方法であって、
前記プラズマは、前記ガス混合物を供給するためのシャワーヘッドの上流で点火される、方法。
[形態16]
形態1から形態6のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、約30nm/分から約1000nm/分の間のエッチング速度でエッチングされる、方法。
[形態17]
基板上のタングステンドープ炭素ハードマスクをエッチングする方法であって、
前記タングステンドープ炭素ハードマスクを有する前記基板を処理チャンバに提供することと、
前記基板を約200℃から約500℃の間の温度に加熱することと、
塩化タングステンまたはオキシ塩化タングステンを形成することによって前記タングステンドープ炭素ハードマスクをエッチングするために、前記タングステンドープ炭素ハードマスクを酸素および塩素から生成されたプラズマに曝露することと、を含む、方法。
[形態18]
形態17に記載の方法であって、
前記プラズマは、約500Wから約10000Wの間のステーション毎の電力を用いて点火される、方法。
[形態19]
形態17に記載の方法であって、
前記タングステンドープ炭素ハードマスクを前記プラズマに曝露したときに前記処理チャンバに流れるガスの総流量の構成は、少なくとも約10%の塩素を含む、方法。
[形態20]
形態17に記載の方法であって、
前記処理チャンバは、約100mTorrから約4000mTorrの間のチャンバ圧に設定される、方法。
Claims (19)
- 金属ドープ炭素含有材料を有する半導体基板を処理する方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料を有する基板を処理チャンバに提供することと、
前記基板を約200℃から約500℃の間の温度に加熱することと、
前記金属ドープ炭素含有材料をエッチングするために、第1のエッチングガスおよび第2のエッチングガスを含むガス混合物から生成されたプラズマに前記金属ドープ炭素含有材料を曝露することと、を含み、
前記第1のエッチングガスは、前記金属ドープ炭素含有材料の炭素を含む第1の揮発性副生成物を形成し、
前記第2のエッチングガスは、前記金属ドープ炭素含有材料の金属を含む第2の揮発性副生成物を形成し、
前記金属ドープ炭素含有材料の前記金属は、タングステン、チタン、タンタル、それらの窒化物、それらのケイ化物、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記第2のエッチングガスは、窒素、三フッ化窒素、塩素、フッ素、臭素、ヨウ素、水素、六フッ化硫黄、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、
前記第1のエッチングガスおよび前記第2のエッチングガスのいずれかの導入に先立って、前記基板上の露出シリコン面を保護するために、前記基板を予備酸化ガスに曝露し、プラズマを点火することを含む、方法。 - 請求項3に記載の方法であって、
前記予備酸化ガスは、酸素および窒素の混合物である、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、金属ドーパントを含み、原子%における前記金属ドープ炭素含有材料の前記金属ドーパントの濃度は、約33%から約66%の間である、方法。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法であって、
前記プラズマは、約500Wから約10000Wの間のステーション毎の電力で点火される、方法。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、前記基板が設置される台座にバイアスを印加することなくエッチングされる、方法。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法であって、
前記処理チャンバは、約100mTorrから約4000mTorrの間のチャンバ圧に設定される、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料の金属含有率は、約5%から約95%の間である、方法。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、前記基板上にフィーチャを形成するために用いられるパターニングされたハードマスクであり、酸化シリコン、窒化シリコン、ドープ酸化シリコン、ドープ窒化シリコン、タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される材料に対する金属ドープ炭素含有材料のエッチング選択性は、少なくとも約1000:1である、方法。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、前記基板上にフィーチャを形成するために用いられるパターニングされたハードマスクであり、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコン、それらのドープ派生物、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される材料に対する金属ドープ炭素含有材料のエッチング選択性は、少なくとも約1000:1である、方法。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、前記基板上にフィーチャを形成するために用いられるパターニングされたハードマスクであり、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコン、ゲルマニウム、それらのドープ派生物、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される材料に対する金属ドープ炭素含有材料のエッチング選択性は、約10:1から約30:1の間である、方法。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、前記基板上にフィーチャを形成するために用いられるパターニングされたハードマスクであり、酸化シリコン、コバルト、窒化タンタル、銅、低k誘電体、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される材料に対する金属ドープ炭素含有材料のエッチング選択性は、約10:1から約30:1の間である、方法。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法であって、
前記プラズマは、前記ガス混合物を供給するためのシャワーヘッドの上流で点火される、方法。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法であって、
前記金属ドープ炭素含有材料は、約30nm/分から約1000nm/分の間のエッチング速度でエッチングされる、方法。 - 基板上のタングステンドープ炭素ハードマスクをエッチングする方法であって、
前記タングステンドープ炭素ハードマスクを有する前記基板を処理チャンバに提供することと、
前記基板を約200℃から約500℃の間の温度に加熱することと、
塩化タングステンまたはオキシ塩化タングステンを形成することによって前記タングステンドープ炭素ハードマスクをエッチングするために、前記タングステンドープ炭素ハードマスクを酸素および塩素から生成されたプラズマに曝露することと、を含む、方法。 - 請求項16に記載の方法であって、
前記プラズマは、約500Wから約10000Wの間のステーション毎の電力を用いて点火される、方法。 - 請求項16に記載の方法であって、
前記タングステンドープ炭素ハードマスクを前記プラズマに曝露したときに前記処理チャンバに流れるガスの総流量の構成は、少なくとも約10%の塩素を含む、方法。 - 請求項16に記載の方法であって、
前記処理チャンバは、約100mTorrから約4000mTorrの間のチャンバ圧に設定される、方法。
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