TWI579914B - 利用電漿進行非揮發性物質之分層蝕刻 - Google Patents
利用電漿進行非揮發性物質之分層蝕刻 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI579914B TWI579914B TW102119224A TW102119224A TWI579914B TW I579914 B TWI579914 B TW I579914B TW 102119224 A TW102119224 A TW 102119224A TW 102119224 A TW102119224 A TW 102119224A TW I579914 B TWI579914 B TW I579914B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- etching
- gas
- metal layer
- etch
- processing chamber
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 86
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 66
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 66
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 38
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 29
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 21
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 81
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 76
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 2
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019687 Lamb Nutrition 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004541 SiN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004166 TaN Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/01—Manufacture or treatment
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Description
本發明關於在半導體元件的生產期間透過遮罩蝕刻非揮發性材料層。更具體地講，本發明關於蝕刻含金屬層。
在半導體晶圓處理期間，特徵部可通過含金屬層蝕刻。在磁阻性隨機存取記憶體(MRAM，magnetoresistive random-access memory)或電阻性隨機存取記憶體(RRAM，resistive random-access memory)元件的形成中，複數薄金屬層或薄膜可依序地加以蝕刻。
由於形成產品之蝕刻的極低蒸氣壓力，所以這樣的MRAM層的蝕刻係非常具挑戰性的。某些MRAM蝕刻處理係濺鍍主導之處理，其造成輪廓角度以及側壁聚合物增長之失控。這些結果阻礙特徵部尺寸按比例縮小並降低元件可靠度。
為達成前面之敘述且根據本發明之目的，提供用以蝕刻金屬層的方法，該方法包含複數循環。在每一循環中，含PF3、CO以及NO、或COF2之蝕刻氣體係流入處理腔室中。在每一循環中，蝕刻氣體係形成為電漿。在每一循環中，將蝕刻氣體的流動停止。
在本發明之另一態樣中，提供用以蝕刻金屬層的方法，該方法包含複數循環。一活化階段包含：將含He、H2、或Ar的活化氣體流入一處理腔室；將活化氣體形成為電漿；及停止活化氣體流入處理腔室。一蝕刻階段包含：將含PF3、或CO以及NO之蝕刻氣體流入處理腔室中，其中該蝕刻氣體並沒有轉換為電漿；以及停止該蝕刻氣體流入處理腔室。
本發明的這些及其他特性將以本發明的詳細描述結合底下附圖更詳細地描述於下文。
200‧‧‧堆疊
204‧‧‧基板
208‧‧‧金屬層
212‧‧‧熱硬質罩幕層
216‧‧‧中間層
236‧‧‧特徵部
240‧‧‧特徵部
244‧‧‧特徵部
248‧‧‧側壁沉積物
300‧‧‧蝕刻反應器
306‧‧‧氣體分佈板
308‧‧‧靜電夾盤
310‧‧‧熱源
314‧‧‧天線電極
320‧‧‧排氣泵浦
324‧‧‧氣體源
335‧‧‧控制器
340‧‧‧電漿區域
348‧‧‧偏壓RF源
349‧‧‧蝕刻處理腔室
350‧‧‧腔室壁
352‧‧‧激發RF源
400‧‧‧電腦系統
402‧‧‧處理器
404‧‧‧電子顯示裝置
406‧‧‧主記憶體
408‧‧‧儲存裝置
410‧‧‧可移除式儲存裝置
412‧‧‧使用者介面裝置
414‧‧‧通訊介面
416‧‧‧通訊基礎架構
800‧‧‧堆疊
804‧‧‧基板
808‧‧‧金屬層
812‧‧‧熱硬質罩幕層
816‧‧‧中間層
836‧‧‧特徵部
840‧‧‧特徵部
844‧‧‧活化區域
848‧‧‧特徵部
852‧‧‧側壁沉積物
以例示為目的且不是以限制為目的，於隨附圖式的圖中描述本發明，並且其中類似的參考數字係關於類似的元件，且其中：圖1係本發明之實施例的高階流程圖。
圖2A-C係根據本發明之實施例所處理之堆疊的示意圖。
圖3係可使用於蝕刻之蝕刻反應器的示意圖。
圖4顯示電腦系統，其適合於實施在本發明實施例中所使用的控制器。
圖5係蝕刻階段之更詳細的流程圖。
圖6係清潔階段之更詳細的流程圖。
圖7係本發明之另一實施例的高階流程圖。
圖8A-C係根據本發明實施例所處理之堆疊的示意圖。
圖9係活化階段之更詳細的流程圖。
圖10係蝕刻階段之更詳細的流程圖。
圖11係在本發明之另一實施例中蝕刻階段之更詳細的流程圖。
本發明現藉由參照隨附圖式中所顯示的其若干較佳實施例來詳細地加以描述。以下的說明中，敘述許多特定細節以提供對本發明之透徹的理解。然而，對熟悉該領域者將顯而易見的是，本發明可在沒有這些特定細節之一些或所有者的情況下實施。另一方面，為人所熟知的製程步驟及/或結構不詳細地描述以免不必要地混淆本發明。
為了便於了解，圖1係本發明之實施例所使用之處理的高階流程圖。具有金屬層之基板係放置在一腔室中(步驟104)。執行一蝕刻處理，其包含複數循環，其中每一循環包含一蝕刻階段(步驟108)以及一清潔階段(步驟112)。判定蝕刻是否完成或應繼續，例如蝕刻深度是否等於目標蝕刻深度(步驟116)。若蝕刻並未完成，則處理回到步驟108。若蝕刻完成，則從腔室將基板以及剩餘的金屬層移除(步驟120)。
在本發明的範例中，具有金屬層之基板係放置在電漿處理腔
室之中(步驟104)。圖2A係具有基板204之堆疊200的橫剖面圖，其中金屬層208已形成於基板204之上。圖案化熱硬質罩幕層212係放置於金屬層208之上。在此範例中，中間層216係放置在基板204及金屬層208之間。一或更多層可放置在基板204及金屬層208之間。並且，一或更多層可放置在圖案化熱硬質罩幕層212及金屬層208之間。在此範例中，圖案化熱硬質罩幕層212具有帶不同高寬比之特徵部236、240。圖案化光阻遮罩可放置於圖案化熱硬質罩幕層212之上。在此範例中，基板204為矽晶圓，且金屬層208為鐵(Fe)。可使用附加的金屬層來形成磁阻性隨機存取記憶體(MRAM)或電阻性隨機存取記憶體(RRAM)元件。這樣的金屬層可為但並不限制於鈷(Co)、鐵(Fe)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、錳(Mn)、鎂(Mg)、釕(Ru)、鉭(Ta)、鋁(Al)、鉻(Cr)、以及鋯(Zr)。中間層216可為用來形成MRAM或RRAM元件之一或更多附加層。圖案化熱硬質罩幕層212可為例如SiN之習知硬質罩幕材料或可為另一材料。在此實施例中，圖案化熱硬質罩幕層212在前驅物金屬錯合物會汽化的溫度必需是抗灰化或抗融化的。因此，圖案化熱硬質罩幕層212不會由在300℃以下之溫度會融化的光阻材料形成。
圖3係可使用於實施本發明之蝕刻反應器的示意圖。在本發明的一或更多實施例中，蝕刻反應器300包含天線電極314、提供氣體入口之氣體分佈板306、以及靜電夾盤(ESC)308，其位於蝕刻處理腔室349之內，且蝕刻腔室349係被腔室壁350所包圍。在蝕刻處理腔室349中，基板204係位於靜電夾盤308之上。靜電夾盤308由偏壓RF源348提供偏壓作為靜電夾盤(ESC)以固持基板204，或可使用另一挾持力以固持基板204。設置例如加熱燈之熱源310以加熱金屬層。氣體源324係透過分佈板306連接到蝕刻處理腔室349。
偏壓RF源348以及激發RF源352係透過控制器335電連接於蝕刻處理腔室349以提供功率給天線電極314以及ESC 308。偏壓RF源348產生偏壓RF功率並供應偏壓RF功率給蝕刻處理腔室349。於此範例中，偏壓RF功率具有2MHz的頻率。激發RF源352產生源RF功率並供應源RF功率給蝕刻處理腔室349。於此範例中，此源RF功率具有13.56MHz的頻率。
不同的RF訊號可供應給上及下電極的不同組合。較佳地，
RF的最低頻率應透過其上放置待蝕刻之材料的ESC 308施加。於此範例中，激發RF源352提供功率給天線電極314。
控制器335也連接至氣體源324。控制器335控制進入蝕刻處理腔室349之蝕刻氣體的流量、腔室壓力、以及由RF源348及352而來之RF功率的產生、ESC 308、天線電極314、以及排氣泵浦320。
氣體分佈板306係連接至氣體源324，並做為由氣體源324而來之氣體的氣體入口。排氣泵浦320作為移除氣體之氣體出口，該氣體從氣體分佈板306通過電漿區域340傳至排氣泵浦320。排氣泵浦320可幫助控制壓力。
一種傳導體蝕刻工具，例如由加利福尼亞弗里蒙特市之蘭姆研發公司所完成的Kiyo蝕刻系統，可使用於本發明之較佳實施例中。
圖4係顯示電腦系統400之高階方塊圖，其適合於實施在本發明之實施例中所使用的控制器335。電腦系統可具有許多實體形式，其範圍自積體電路、印刷電路板、以及小型手提裝置到大型超級電腦。電腦系統400包含一或更多處理器402，且更可包含電子顯示裝置404(用以顯示圖形、文字、及其他資料)、主記憶體406(例如，隨機存取記憶體(RAM))、儲存裝置408(例如，硬碟機)、可移除式儲存裝置410(例如，光碟機)、使用者介面裝置412(例如，鍵盤、觸屏、鍵板、滑鼠或其他指向裝置等)、以及通訊介面414(例如，無線網路介面)。通訊介面414允許軟體及資料經由連結在電腦系統400及外部裝置之間傳送。系統也可包含前述之裝置/模組所連接之通訊基礎架構416(例如，通訊匯流排、交越條、或網路)。
經由通訊介面414所傳送之資訊可為諸如電子、電磁性、光學性或其他可以被通訊介面414所接收之訊號的訊號形式，該等訊號係經由傳送訊號且可使用用電線或電纜、光纖、電話線、無線電話連結、射頻連結、及/或其他通訊通道而實施的通訊連結。利用這樣的通訊介面，吾人預期在執行以上所描述的方法步驟的過程中，一或更多處理器402可從網路接收訊息，或可輸出訊息給網路。再者，本發明的方法實施例可在處理器上單獨地執行，或可透過網路(例如網際網路)與分擔一部分處理的遠端處理器結合而執行。
術語「非暫時性電腦可讀取媒體」一般係用來代表諸如主記
憶體、輔助記憶體、可移除式儲存器、以及諸如硬碟、快閃記憶體、磁碟機記憶體、CD-ROM、以及其他形式持續性記憶體的儲存裝置，且不應被解釋為涵蓋諸如載波或訊號之暫時性標的物。電腦碼的範例包含例如由編譯器所產生之機器碼、以及包含藉由使用直譯器之電腦所執行之較高階碼的檔案。電腦可讀取媒體也可為由體現於載波之電腦資料訊號所傳送並代表可由處理器執行之指令序列之電腦碼。
執行包含複數循環之蝕刻，其中每一循環包含一蝕刻階段步驟(步驟108)以及一清潔階段步驟(步驟112)。圖5係蝕刻階段步驟(步驟108)之更詳細的流程圖。蝕刻氣體係從氣體源324流進處理腔室349(步驟504)。較佳地，蝕刻氣體包含PF3、CO及NO、或COF2。更佳地，蝕刻氣體係不含氧化劑。最佳地，蝕刻氣體實質上由PF3或CO及NO組成。蝕刻氣體係接著形成為電漿(步驟508)。在電漿被使用於蝕刻金屬層之後，將蝕刻氣體的流動停止(步驟512)。
蝕刻階段用之配方的一範例提供5-30mTorr的壓力。50到200sccm之PF3的流動係從氣體源流進處理腔室(步驟504)。在2MHz之頻率下的偏壓RF係使用來提供100-1000伏特偏壓以夾持晶圓至ESC 308。具有500至1000瓦特功率之激發RF係在13.56MHz的頻率下透過天線電極314提供，以從蝕刻氣體形成電漿(步驟508)。處理腔室溫度係維持在20℃至120℃之間的溫度。晶圓係維持在0-120℃之間的溫度。在2至10秒之後，蝕刻氣體的流動係停止(步驟512)。在其他實施例中，偏壓RF可具有400kHz或13.56MHz的頻率。
圖2B係在一循環中蝕刻階段完成之後之堆疊200的橫剖面圖。特徵部244係局部地蝕刻進入金屬層208。蝕刻氣體造成在側壁以及特徵部244之底部上的碳或磷側壁沉積物248。這些沉積物可能變成蝕刻終止物或在其他方面可能損害蝕刻處理。
圖6係清潔階段步驟(步驟112)之更詳細的流程圖。清潔氣體係從氣體源324流進處理腔室349(步驟604)。較佳地，清潔氣體包含H2、O2、CO、Cl2、NH3、NF3、或NO之至少一者。較佳地，清潔氣體實質上由H2、O2、CO、Cl2、NH3、NF3或NO其中一者以上組成。更佳地，清潔氣體實質上由H2組成。清潔氣體係接著形成為電漿(步驟608)。在電漿被使用於
清潔金屬層之後，清潔氣體的流動係停止(步驟612)。
清潔階段用的配方之一範例提供5-100mTorr的壓力。100-500sccm的H2流動係從氣體源324流進處理腔室349(步驟604)。在2MHz之頻率下的偏壓RF係使用於提供100-400伏特偏壓以夾持晶圓至ESC 308。具有500至1000瓦特之功率的激發RF係在13.56MHz的頻率下透過天線電極314提供以從清潔氣體形成電漿(步驟608)。處理腔室溫度係維持在20℃至120℃之間。2至10秒後，清潔氣體的流動係停止(步驟612)。在其他實施例中，偏壓RF可具有400kHz或13.56MHz的頻率。
圖2C係在一循環中清潔階段完成之後之堆疊200的橫剖面圖。在側壁以及特徵部244之底部上的碳或磷側壁沉積物已被移除以允許進一步的蝕刻。
因為在蝕刻階段以及清潔階段之間的許多參數係保持固定，所以在蝕刻階段以及清潔階段之間的循環可迅速地執行。蝕刻階段以及清潔階段之間的循環係重複直到蝕刻達到目標深度(步驟116)。附加的蝕刻及處理可在金屬層或其他層上執行。金屬層係接著從腔室移除(步驟120)。
為了便於理解，圖7係在本發明實施例中所使用之處理的高階流程圖，其提供活化階段以及蝕刻階段。具有金屬層之基板係放置於腔室中(步驟704)。執行包含複數循環之蝕刻處理，其中每一循環包含一活化階段(步驟708)以及一蝕刻階段(步驟712)。判定蝕刻是否完成或應繼續，例如蝕刻深度是否等於目標蝕刻深度(步驟716)。若蝕刻未完成，則處理回到步驟708。若蝕刻係完成，則將基板以及剩餘的金屬層從腔室移除(步驟720)。
在本發明之範例中，具有金屬層之基板係放置於電漿處理腔室中(步驟704)，例如顯示於圖3中的蝕刻反應器300。圖8A係具有基板804之堆疊800的橫剖面圖，其中基板804之上已形成金屬層808。圖案化熱硬質罩幕層812係放置於金屬層808之上。在此範例中，中間層816係放置在基板804以及金屬層808之間。一或更多層可放在基板804以及金屬層808之間。並且，一或更多層可放置在圖案化熱硬質罩幕層812以及金屬層808之間。在此範例中，圖案化熱硬質罩幕層812具有帶不同高寬比之特徵部
836、840。圖案化光阻遮罩可放置在圖案化熱硬質罩幕層812之上。在此範例中，基板804為矽晶圓，且金屬層808為鐵(Fe)。附加的金屬層可使用於形成磁阻性隨機存取記憶體(MRAM)或電阻性隨機存取記憶體(RRAM)元件。中間層816可為用來形成MRAM或RRAM元件之一或更多附加層。圖案化熱硬質罩幕層812可為習知硬質罩幕材料，例如SiN、SiO2、TiN、W、Ta、TaN或可為另一材料。在此實施例中圖案化熱硬質罩幕層812在前驅物金屬錯合物會汽化的溫度上必需是抗灰化或抗融化的。因此，圖案化熱硬質罩幕層812不會由在300℃以下之溫度會融化的光阻材料形成。
執行含複數循環之蝕刻，其中每一蝕刻循環包含一活化階段步驟(步驟708)以及一蝕刻階段步驟(步驟712)。圖9係活化階段步驟(步驟708)之更詳細的流程圖。活化氣體係從氣體源324流進處理腔室349(步驟904)。較佳地，活化氣體包含He、H2、或Ar之至少一者。更佳地，活化氣體實質上由He、H2、或Ar之至少一者組成。活化氣體係接著形成為電漿(步驟908)。在電漿被用於活化蝕刻層之後，將活化氣體的流動停止(步驟912)。
在沒有被理論限制的情形下，吾人相信活化步驟提供金屬層的離子轟擊以產生粗糙的混合層(幾單層深)，其將使蝕刻步驟較易於在表面上作用。
活化階段用的配方之一範例提供5-30mTorr的壓力。100-500sccm的Ar或He之流動係從氣體源流進處理腔室(步驟904)。在2MHz之頻率下的偏壓RF係使用於提供100-400伏特偏壓以夾持晶圓給ESC 308。具有500至1000瓦特之功率的激發RF係在13.56MHz的頻率下透過天線電極314提供，以從蝕刻氣體形成電漿(步驟908)。處理腔室溫度係維持在20℃至120℃之間。2至10秒後，將活化氣體的流動停止(步驟912)。在其他實施例中，偏壓RF可具有400kHz或13.56MHz的頻率。
圖8B係在一循環中蝕刻階段完成後之堆疊800的橫剖面圖。金屬層808的曝露部分係受活化變為金屬層808的活化區域844。
圖10係蝕刻階段步驟(步驟712)之更詳細的流程圖。蝕刻氣體係從氣體源324流進處理腔室349(步驟1004)。較佳地，蝕刻氣體包含PF3、CO以及NO、或COF2。更佳地，蝕刻氣體係不含氧化劑。最佳地，蝕刻係體實質上由PF3或CO以及NO組成。蝕刻氣體係接著形成為電漿(步驟
1008)。在電漿被使用於蝕刻金屬層後，將蝕刻氣體的流動停止(步驟1012)。
蝕刻階段用的配方之一範例提供5-30mTorr的壓力。50至200sccm的PF3之流動係從氣體源流進處理腔室(步驟1004)。在2MHz之頻率下的偏壓RF係使用於提供100-400伏特偏壓以夾持晶圓至ESC 308。具有500至1000瓦特之功率的激發RF係在13.56MHz的頻率下通過天線電極314提供以從蝕刻氣體形成電漿(步驟1008)。處理腔室溫度係維持在20℃至120℃之間的溫度。2至10秒後，將蝕刻氣體的流動停止(步驟1012)。在其他實施例中，偏壓RF可具有400kHz或13.56MHz的頻率。
若蝕刻氣體為PF3，則產生之揮發性化合物可為Pd(PF3)4、Pt(PF3)4、或關於Fe、CO、Ni、Ir、或其他金屬之其他類似的化合物。在這樣的實施例中，PF3的解離係最小化。針對具有CO以及NO蝕刻氣體的實施例，揮發性副產物可為Co(CO)3NO或類似的揮發性化合物。氯的加入可藉由提供例如Ni(PF2Cl)2之揮發性化合物而更增強蝕刻處理。
圖8C係在一循環中蝕刻階段完成後之堆疊800的橫剖面圖。特徵部848係局部地蝕刻進入金屬層808(移除活化區域)。蝕刻氣體造成在側壁以及特徵部848之底部上的碳或磷側壁沉積物852。清潔步驟係針對清潔此沉積物。
因為在蝕刻階段以及清潔階段之間的許多參數係維持固定，在蝕刻階段以及清潔階段之間的循環可迅速地執行。在蝕刻階段以及清潔階段之間的循環係重複直到蝕刻達到目標深度(步驟716)。附加的蝕刻及處理可在金屬層或其他層上執行。金屬層係接著從腔室移除(步驟720)。
圖11係使用於本發明之另一實施例(其使用圖7中所顯示之處理，但具有不同的蝕刻階段)中之蝕刻階段(步驟712)之更詳細的流程圖。在此實施例中，蝕刻氣體係流進處理腔室(步驟1104)。接著將蝕刻氣體停止(步驟1108)。在此實施例中，蝕刻氣體係不轉變為電漿。較佳地，蝕刻氣體包含PF3、或CO以及NO。更佳地，蝕刻氣體係不含氧化劑。最佳地，蝕刻氣體實質上由PF3或CO以及NO之至少一者組成。
蝕刻氣體用的配方之一範例提供5-30mTorr的壓力。50至200sccm的PF3之流動係從氣體源流進處理腔室。在2MHz之頻率下的偏壓RF係使用來提供100-400伏特偏壓以夾持晶圓至ESC 308。具500-1000瓦特
之功率的激發RF係在13.56MHz的頻率下通過天線電極314提供以從蝕刻氣體形成電漿。處理腔室溫度係維持在20℃至120℃之間的溫度。2至10秒後，將蝕刻氣體的流動停止。在其他的實施例中，偏壓RF可具有400kHz或13.56MHz的頻率。
這些實施例提供在沒有濺鍍金屬的情形下用來蝕刻金屬層的改良方法。不同的實施例針對改良之蝕刻控制提供原子層蝕刻控制。對於具有複數不同之薄金屬層的MRAM元件，本發明之實施例提供更受控制的蝕刻以相對於遮罩選擇性地蝕刻不同的金屬層。本發明之實施例也可相對於另一金屬層而選擇性地蝕刻一金屬層。實施例提供改良的特徵輪廓角度控制以及側壁聚合物控制。實施例也減少沉積於腔室壁上之金屬性副產物的量並因此協助解決例如微粒以及RF功率耦合之許多生產率問題。本發明之實施例提供至少3循環之複數循環。本發明之其他實施例提供至少10循環之複數循環
雖然本發明已透過幾個較佳的實施例描述，但仍有落於本發明之範圍內的的變化、置換、修改及各種替代之均等物。應注意有很多實施本發明之方法及設備的替代性方式。因此欲將以下所附之請求項解釋為將所有此變化、置換及各種替代之均等物包含為落在本發明之真實精神及範圍內。
Claims (18)
- 一種用以蝕刻金屬層的方法，包含複數循環，其中每一循環包含一蝕刻階段，該蝕刻階段包含：將含PF3、CO以及NO、或COF2之蝕刻氣體流入一處理腔室；將該蝕刻氣體形成為電漿；及停止該蝕刻氣體之流動。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中每一循環更包含一活化階段，該活化階段包含：將含He、H2、或Ar之活化氣體流入該處理腔室；將該活化氣體形成為電漿；及停止該活化氣體之流動。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中每一循環更包含一清潔階段，該清潔階段包含：將含H2、O2、CO、Cl2、NH3、NF3、或NO之至少一者的清潔氣體流入該處理腔室；將該清潔氣體形成為電漿；及停止該清潔氣體之流動。
- 如申請專利範圍第3項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中該蝕刻氣體實質上由CO以及NO組成。
- 如申請專利範圍第3項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中該蝕刻氣體實質上由PF3組成。
- 如申請專利範圍第5項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中從流動該蝕刻氣體至停止該蝕刻氣體之流動的週期係在2至10秒之間。
- 如申請專利範圍第6項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中從流動該清潔氣體至停止該清潔氣體之流動的週期係在2至10秒之間。
- 如申請專利範圍第7項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中該複數循環係至少10循環。
- 如申請專利範圍第3項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中從流動該清潔氣體至停止該清潔氣體之流動的週期係在2至10秒之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中該蝕刻氣體 實質上由CO及NO組成。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中該蝕刻氣體實質上由PF3組成。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中從流動該蝕刻氣體至停止該蝕刻氣體之流動的週期係在2至10秒之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中該複數循環係至少10循環。
- 一種用以蝕刻金屬層的方法，包含複數循環，其中每一循環包含：一活化階段，包含：將含He、H2、或Ar之活化氣體流入一處理腔室；將該活化氣體形成為電漿；及停止該活化氣體流入該處理腔室；及一蝕刻階段，包含：將含PF3、或CO以及NO之蝕刻氣體流入該處理腔室，其中該蝕刻氣體係不轉變為電漿；及停止該蝕刻氣體流入該處理腔室。
- 如申請專利範圍第14項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中該蝕刻氣體係不含氧化劑。
- 如申請專利範圍第15項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中該蝕刻氣體實質上由PF3、或CO以及NO組成。
- 如申請專利範圍第14項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中從流動該蝕刻氣體至停止該蝕刻氣體之流動的週期係在2至10秒之間。
- 如申請專利範圍第14項所述之用以蝕刻金屬層的方法，其中該複數循環係至少10循環。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/486,765 US8608973B1 (en) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | Layer-layer etch of non volatile materials using plasma |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201407682A TW201407682A (zh) | 2014-02-16 |
| TWI579914B true TWI579914B (zh) | 2017-04-21 |
Family
ID=49670743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW102119224A TWI579914B (zh) | 2012-06-01 | 2013-05-30 | 利用電漿進行非揮發性物質之分層蝕刻 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8608973B1 (zh) |
| KR (1) | KR20130135767A (zh) |
| SG (1) | SG195493A1 (zh) |
| TW (1) | TWI579914B (zh) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140013201A (ko) * | 2012-07-20 | 2014-02-05 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자의 제조 방법 |
| JP2014049466A (ja) * | 2012-08-29 | 2014-03-17 | Tokyo Electron Ltd | エッチング処理方法及び基板処理装置 |
| US9837254B2 (en) | 2014-08-12 | 2017-12-05 | Lam Research Corporation | Differentially pumped reactive gas injector |
| US9406535B2 (en) | 2014-08-29 | 2016-08-02 | Lam Research Corporation | Ion injector and lens system for ion beam milling |
| US10825652B2 (en) | 2014-08-29 | 2020-11-03 | Lam Research Corporation | Ion beam etch without need for wafer tilt or rotation |
| US9536748B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-01-03 | Lam Research Corporation | Use of ion beam etching to generate gate-all-around structure |
| US9779955B2 (en) | 2016-02-25 | 2017-10-03 | Lam Research Corporation | Ion beam etching utilizing cryogenic wafer temperatures |
| US9984923B2 (en) | 2016-06-30 | 2018-05-29 | International Business Machines Corporation | Barrier layers in trenches and vias |
| US10361091B2 (en) * | 2017-05-31 | 2019-07-23 | Lam Research Corporation | Porous low-k dielectric etch |
| WO2019007871A1 (en) | 2017-07-05 | 2019-01-10 | Basf Se | METHOD FOR ETCHING MATERIALS CONTAINING METALS OR SEMI-METALS |
| WO2019082716A1 (ja) * | 2017-10-27 | 2019-05-02 | 東京エレクトロン株式会社 | エッチング方法 |
| US10847374B2 (en) | 2017-10-31 | 2020-11-24 | Lam Research Corporation | Method for etching features in a stack |
| US10766057B2 (en) * | 2017-12-28 | 2020-09-08 | Micron Technology, Inc. | Components and systems for cleaning a tool for forming a semiconductor device, and related methods |
| US10361092B1 (en) | 2018-02-23 | 2019-07-23 | Lam Research Corporation | Etching features using metal passivation |
| CN113519071A (zh) | 2019-02-28 | 2021-10-19 | 朗姆研究公司 | 利用侧壁清洁的离子束蚀刻 |
| US11177162B2 (en) | 2019-09-17 | 2021-11-16 | International Business Machines Corporation | Trapezoidal interconnect at tight BEOL pitch |
| CN112786441A (zh) * | 2019-11-08 | 2021-05-11 | 东京毅力科创株式会社 | 蚀刻方法及等离子体处理装置 |
| WO2021090798A1 (ja) * | 2019-11-08 | 2021-05-14 | 東京エレクトロン株式会社 | エッチング方法 |
| US11456180B2 (en) | 2019-11-08 | 2022-09-27 | Tokyo Electron Limited | Etching method |
| SG10202010798QA (en) | 2019-11-08 | 2021-06-29 | Tokyo Electron Ltd | Etching method and plasma processing apparatus |
| EP4181176A4 (en) * | 2020-07-09 | 2024-02-21 | Resonac Corporation | ETCHING METHOD AND METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR ELEMENT |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070193973A1 (en) * | 2006-02-17 | 2007-08-23 | Lam Research Corporation | Infinitely selective photoresist mask etch |
| US20100075491A1 (en) * | 2008-09-19 | 2010-03-25 | Casio Computer Co., Ltd. | Dry etching method of silicon compound film |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8124541B2 (en) | 2007-04-04 | 2012-02-28 | Micron Technology, Inc. | Etchant gas and a method for removing material from a late transition metal structure |
-
2012
- 2012-06-01 US US13/486,765 patent/US8608973B1/en active Active
-
2013
- 2013-05-15 SG SG2013038393A patent/SG195493A1/en unknown
- 2013-05-30 KR KR1020130061712A patent/KR20130135767A/ko not_active Application Discontinuation
- 2013-05-30 TW TW102119224A patent/TWI579914B/zh active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070193973A1 (en) * | 2006-02-17 | 2007-08-23 | Lam Research Corporation | Infinitely selective photoresist mask etch |
| US20100075491A1 (en) * | 2008-09-19 | 2010-03-25 | Casio Computer Co., Ltd. | Dry etching method of silicon compound film |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201407682A (zh) | 2014-02-16 |
| SG195493A1 (en) | 2013-12-30 |
| US20130323932A1 (en) | 2013-12-05 |
| KR20130135767A (ko) | 2013-12-11 |
| US8608973B1 (en) | 2013-12-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI579914B (zh) | 利用電漿進行非揮發性物質之分層蝕刻 | |
| JP6557490B2 (ja) | 不揮発性金属材料のエッチング方法 | |
| TWI576912B (zh) | 減少蝕刻腔室內污染的方法 | |
| JP5740281B2 (ja) | 金属膜のドライエッチング方法 | |
| JP2017199909A (ja) | Ａｌｅおよび選択的蒸着を用いた基板のエッチング | |
| JP2010529679A (ja) | 高アスペクト比構造のエッチングにおけるマイクロローディングを低減するための方法 | |
| TW201626451A (zh) | 高深寬比結構中的接觸窗清洗 | |
| TW201801184A (zh) | 蝕刻介電層中之特徵部的方法 | |
| KR102326635B1 (ko) | 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법 | |
| TW201411720A (zh) | 具有混合模式脈動之蝕刻 | |
| TW201523726A (zh) | 基於氟碳化合物之非依存於深寬比的蝕刻 | |
| TW201442108A (zh) | 在原處之金屬殘餘物清潔 | |
| KR102516921B1 (ko) | 구리 배리어 막을 에칭하기 위한 새로운 방법 | |
| TW201911406A (zh) | 氧化物-金屬-氧化物-金屬堆疊之高深寬比蝕刻 | |
| TW201324611A (zh) | 利用脈衝偏壓之蝕刻 | |
| TWI809086B (zh) | 蝕刻方法及電漿處理裝置 | |
| US20130270227A1 (en) | Layer-layer etch of non volatile materials | |
| TWI591721B (zh) | 用以提供介層窗之方法 | |
| JP2012243992A5 (zh) | ||
| JP2024504929A (ja) | 金属エッチング |