专利名称：金属膜的干蚀刻方法
技术领域：
本发明涉及一种金属膜的干蚀刻方法。
背景技术：
利用由电流磁场进行的反磁化来存储信息的磁信息装置由半导体晶圆制造，该半导体晶圆层叠有各种层、并且各种层被蚀刻为所希望的形状。在构成这种磁存储装置的各种层之中的I个层之中存在含有作为磁性材料的钼金(Pt)的钼金-锰(Pt — Mn)层，但是，钼金被公知为难蚀刻材料之中的I种材料。作为钼金-锰层的蚀刻方法，公知有利用离子减薄、例如使用利用高能的氩(Ar)的阳离子进行的溅射以物理方式对钼金-锰层进行蚀刻的方法。但是，在如此利用离子减薄进行的蚀刻方法中，由于阳离子以高能量入射到掩模层和钼金-锰层，因此难以确保掩模层与钼金-锰层的选择比。另外，由于掩模层的形状较快地失去原形，因此通过蚀刻获得的孔、沟槽的形状变成锥形状(例如，参照非专利文献I)。另外，还提出有使用含有氧化性(日文還元性)强的卤素气体的蚀刻气体以化学方式对钼金-锰层进行蚀刻的方法(例如，参照专利文献I)。而且，还公知有使用卤素气体和CO的混合气体等对钼金层进行干蚀刻的方法(例如，参照专利文献2)。非专利文献1:斧高一，高桥和生，江利口浩二，“高介电常数(High - k)材料的干蚀刻”，等离子体/核聚变学会杂志，Vol.85，No.4(2009)，pp. 185 — 192，2009年I月发行。专利文献1:日本特开2006 - 60172号公报专利文献2 日本特开平10 - 68094号公报然而，由于卤素气体产生强酸，因此存在促进蚀刻装置的构成部件的腐蚀这样的问题。另外，还存在有难以使侧壁形状近似于铅垂，所获得的孔、沟槽的形状变成锥形状这样的问题。
发明内容
本发明是应对上述以往的情况而做成的，因此本发明的目的在于提供一种不使用卤素气体并能够使孔、沟槽的侧壁形状更接近铅垂的金属膜的干蚀刻方法。本发明的金属膜的干蚀刻方法的一个技术方案是一种隔着掩模层对含有钼金的金属膜进行干蚀刻的金属膜的干蚀刻方法，其特征在于，使由含有氢气、二氧化碳气体、甲烷气体以及稀有气体的混合气体构成的蚀刻气体产生等离子体来对上述金属膜进行干蚀刻。采用本发明，能够提供一种不使用卤素气体并能够使孔、沟槽的侧壁形状更接近铅垂的金属膜的干蚀刻方法。
图1是示意性地表示使用于一实施方式的等离子体蚀刻装置的结构的图。
图2的(a)、图2的(b)是用于说明一实施方式的金属膜的干蚀刻方法的图。图3的(a)、图3的(b)是示意性地放大表示实施例和比较例的侧壁形状的图。图4是示意性地表示能够应用本发明的半导体晶圆的结构的图。
具体实施例方式以下，参照
本发明的实施方式。首先，说明用于本发明的金属膜的干蚀刻方法的实施方式的等离子体蚀刻装置的结构例。图1是示意性地表示能够用于金属膜的干蚀刻的等离子体蚀刻装置的剖视概略结构的图。等离子体蚀刻装置I具有例如表面进行了阳极氧化处理的、由铝等构成并成形为圆筒形状的处理腔室(处理容器)2，该处理腔室2接地。在处理腔室2内的底部上隔着陶瓷等的绝缘板3设有用于载置被处理物、例如半导体晶圆W的大致圆柱状的基座支承台4。而且，在该基座支承台4上设有兼用作下部电极的基座(载置台)5。在该基座5上连接有高通滤波器(HPF) 6。在基座支承台4的内部设有调温介质室7，调温介质经由导入管8被导入该调温介质室7中，进行循环并被从排出 管9排出。并且，该调温介质的热量经由基座5传递到半导体晶圆W，由此将半导体晶圆W控制成所希望的温度。基座5的上侧中央部成形为凸状的圆板状，在该上侧中央部之上设有形状与半导体晶圆W的形状大致相同的静电吸盘11。静电吸盘11是通过在绝缘材料之间配置电极12而构成的。并且,通过从连接在电极12上的直流电源13施加例如1. 5kV的直流电压，利用例如库仑力对半导体晶圆W进行静电吸附。在绝缘板3、基座支承台4、基座5以及静电吸盘11上形成有用于将导热介质(例如He气体等)供给到半导体晶圆W的背面的气体路径14，基座5的热量经由该导热介质传递到半导体晶圆W，能够将半导体晶圆W维持成规定的温度。在基座5的上端周缘部以包围被载置在静电吸盘11上的半导体晶圆W的方式配置有环状的聚焦环(focus ring) 15。该聚焦环15由例如娃等导电材料构成。在基座5的上方，以与该基座5平行地相对的方式设有上部电极21。该上部电极21借助绝缘件22被支承于处理腔室2的上部。上部电极21由电极板24和电极支承体25构成，该电极支承体25由导电材料构成，用于支承该电极板24。电极板24由导电体或半导体构成并具有多个喷射孔23。该电极板24形成与基座5相对的相对面。在上部电极21中的电极支承体25的中央设有气体导入口 26，在该气体导入口 26上连接有气体供给管27。而且，在该气体供给管27上经由阀28及质量流量控制器29连接有处理气体供给源30。从处理气体供给源30供给用于进行等离子体处理的处理气体。在处理腔室2的底部上连接有排气管31，在该排气管31上连接有排气装置35。排气装置35具有涡轮分子泵等真空泵，构成为能够对处理腔室2内进行抽真空直至规定的减压气氛、例如IPa以下的规定的压力。另外，在处理腔室2的侧壁上设有闸阀32，在打开了该闸阀32的状态下，在处理腔室2和与该处理腔室2相邻的加载互锁室(未图示)之间输送半导体晶圆W。在上部电极21上连接有第I高频电源40，在其供电线上夹设有匹配器41。另外，在上部电极21上连接有低通滤波器(LPF)42。该第I高频电源40具有13. 56MHz IOOMHz的范围的频率。通过这样施加较高的频率而，能够在处理腔室2内形成优选的离解状态的、并且高密度的等离子体。在作为下部电极的基座5上连接有第2高频电源50，在其供电线上夹设有匹配器51。该第2高频电源50具有比第I高频电源40的频率低的频率的范围，通过施加这种范围的频率，能够不会对作为被处理基板的半导体晶圆W产生损伤地对半导体晶圆W施加适当的离子作用。第2高频电源50的频率优选为例如IMHz IOMHz的范围。上述结构的等离子体蚀刻装置I利用控制部60统一控制其工作。在该控制部60中设有工艺控制器61、用户界面部62以及存储部63，该工艺控制器61具有CPU，并用于控制等离子体蚀刻装置I的各个部分。用户界面部62由工序管理人员为了管理等离子体蚀刻装置I而进行命令的输入操作的键盘、对等离子体蚀刻装置I的运转状况进行可视化显示的显示器等构成。在存储部63中存储有用于在工艺控制器61的控制下实现在等离子体蚀刻装置I中执行的各种处理的控制程序(软件)、存储有处理条件数据等的制程程序。并且，根据需要，通过根据来自用户界面部62的指令等从存储部63调用任意的制程程序并使工艺控制器61执行该制程程序，从而在工艺控制器61的控制下在等离子体蚀刻装置I进行所希望的处理。另外，对于控制程序、处理条件数据等的制程程序，能够利用存储在计算机可读取的存储介质(例如，硬盘、CD、软盘以及半导体存储器等)等中的状态的制程程序，或者也能够从其他的装置经由例如专用线路随时传送并在线(online)利用制程程序。
在利用上述结构的等离子体蚀刻装置I进行半导体晶圆W的等离子体处理的情况下，首先，在打开了闸阀32之后，将半导体晶圆W从未图示的加载互锁室输入到处理腔室2内，载置在静电吸盘11上。然后，通过从直流电源13施加直流电压，将半导体晶圆W静电吸附在静电吸盘11上。接着，关闭闸阀32，利用排气装置35对处理腔室2内进行抽真空直至规定的真空度。之后，打开阀28，一边利用质量流量控制器29调整规定的处理气体(例如，氢气、二氧化碳气体、甲烷气体以及稀有气体的混合气体)的流量一边从处理气体供给源30通过处理气体供给管27和气体导入口 26将该规定的处理气体导入到上部电极21的中空部中，进一步使该规定的处理气体通过电极板24的喷射孔23，如图1的箭头所示那样向半导体晶圆W均匀地喷射该规定的处理气体。并且，将处理腔室2内的压力维持成规定的压力。之后，从第I高频电源40对上部电极21施加规定的频率、规定的功率的高频电力。由此，在上部电极21与作为下部电极的基座5之间产生高频电场，使蚀刻气体离解而等离子体化。另外,根据需要,从第2高频电源50对作为下部电极的基座5施加规定的频率、规定的功率的高频电力。由此，能够对作为被处理基板的半导体晶圆W施加适当的离子作用。并且，若规定的等离子体处理结束，则停止供给高频电力和处理气体，以与上述的顺序相反的顺序从处理腔室2内输出半导体晶圆W。图2的(a)、图2的(b)是表示用于说明本发明的一实施方式的金属膜的干蚀刻方法的半导体晶圆W的主要部分剖视概略结构的图。在本实施方式中，如图2的(a)所示，半导体晶圆W具有钼金-锰层102，其形成在由硅构成的基部101之上；作为掩模层的钽(Ta)层103，其层叠在该钼金锰层102之上，具有规定的开口图案104。将上述结构的半导体晶圆W收纳到等离子体蚀刻装置I的处理腔室2内，载置在基座5之上，进行等离子体蚀刻。在本实施方式中，如图2的(b)所示，以钽(Ta)层103作为掩模来对钼金-锰层(含有钼金和锰的金属膜)102进行蚀刻。对于该等离子体蚀刻，使用由含有氢气、二氧化碳气体、甲烷气体以及稀有气体的混合气体构成的蚀刻气体。如此，在本实施方式中使用的蚀刻气体中不含卤素气体，因此能够抑制等离子体蚀刻装置I的构成部件的腐蚀。另外，也不使用一氧化碳等毒性较高的气体，因此能够进一步提高安全性。上述的等离子体蚀刻优选在规定的减压气氛、例如6. 65Pa (50mTorr) 133Pa(ITorr)的气氛下进行。即，从优先产生羰基、优先产生羧基和有机络合物的观点出发，优选将处理腔室2内的压力设为6. 65Pa (50mTorr)以上来进行钼金-锰层的蚀刻。通常，若处理腔室2内的压力升高至一定程度，则利用阳离子进行的溅射受到抑制，因此，若将处理腔室2内的压力设定为6. 65Pa (50mTorr)以上,贝U能够抑制从氢气、IS气产生的等离子体的阳离子所进行的溅射，由此，能够优先进行化学反应，具体而言，优先产生羰基、优先产生羧基和有机络合物。另外，还从抑制钽层的图案形状的失去原形的观点出发，优选提高处理腔室2内的压力来抑制由阳离子进行的溅射而更加抑制钽层的蚀刻。另一方面，从促进有机络合物的气化的观点出发，优选一定程度地降低处理腔室2内的压力，优选将处理腔室2内的压力设为133Pa (ITorr)以下。作为实施例，在以下的条件下，以钽(Ta)层103作为掩模，对含有钼金和锰的作为金属膜的钼金-锰层102进行了等离子体蚀刻。蚀刻气体H2/CH4/Ar /C02=300sccm/100sccm/100sccm/40sccm压力13.3Pa (IOOmTorr)上部电极的高频电力200W下部电极的高频电力500W背面氦压力(中央部/ 周缘部)1995Pa/53200Pa (15Torr/40Torr)温度(上部/侧壁部/下部)90°C /60°C /60°C时间720秒结果，如图3的(a)所示，能够蚀刻成侧壁形状大致铅垂且侧壁与铅垂线的夹角(侧壁与铅垂线夹着的窄角)接近90°的85°左右的形状。而在使用了由H2/Ar/C0的混合气体构成的蚀刻气体的比较例中，如图3的(b)所示，与实施例的情况相比，侧壁形状呈锥形状且侧壁与铅垂线的夹角(侧壁与铅垂线夹着的窄角)变成了 80°左右。推测钼金-锰层的蚀刻的机理为主要取决于如下那样的化学反应。即，在钼金-锰层的表面上沉积从二氧化碳等产生的碳沉积层，但是因氩等离子体的碰撞等而激发出来的氢等离子体对碳沉积层进行灰化。而且，氩等离子体的阳离子向碳沉积层入射而将能量赋予该碳沉积层，被赋予了能量的碳沉积层与从二氧化碳产生的氧相键合而产生羰基。该羰基与氢键合而产生羧基(一 C00H)。该羧基作为配体与钼金-锰层中的钼金进行配位键合而产生有机络合物、例如Pt (COOH) n。如此，由于在生成有机络合物时使用钼金-锰层中的钼金，因此钼金-锰层的一部分也变质成有机络合物。通常，由于金属的有机络合物的饱和蒸气压较低，因此有机络合物也容易气化，其结果，钼金-锰层的一部分被蚀刻。
图4是示意性地表示能够应用本发明的金属膜的干蚀刻方法的另一半导体晶圆W的结构的图。在该半导体晶圆W中，在形成在硅基板上的氧化层201之上，从下侧起依次形成有钽(Ta)层202、钼金-锰(PtMn)层203、钴铁(CoFe)层204、钌(Ru)层205、钴铁硼(CoFeB)层 206、氧化镁(MgO)层 207、钴铁硼(CoFeB)层 208、钽(Ta)层 209、钌(Ru)层210、钽(Ta)层211以及氮化硅(SiN)层212，并在其上形成有被图案化为规定形状的氧化硅(SiO)层213。能够将本发明的金属膜的干蚀刻方法适当应用于具有这种层叠结构的半导体晶圆W中的钼金-锰(PtMn)层203的干蚀刻。以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明并不限定于上述实施方式，而能够进行各种变形。例如，在上述的实施方式和实施例中，说明了对钼金-锰层进行干蚀刻的情况，但是也能够应用于对仅由钼金构成的钼金层、含有钼金及其他金属的层进行干蚀刻的情况。另外，在上述的实施方式和实施例中使用的气体类能够用于CoFeB磁性体的干蚀刻。附图标记说明101、基部;102、 钼金-锰(PtMn)层;103、钽(Ta)层;104、开口图案;W、半导体晶圆。
权利要求
1.一种金属膜的干蚀刻方法，其隔着掩模层对含有钼金的金属膜进行干蚀刻，其特征在于， 使由含有氢气、二氧化碳气体、甲烷气体以及稀有气体的混合气体构成的蚀刻气体产生等离子体来对上述金属膜进行干蚀刻。
2.根据权利要求1所述的金属膜的干蚀刻方法，其特征在于， 上述金属膜含有钼金和锰。
3.根据权利要求1或2所述的金属膜的干蚀刻方法，其特征在于， 上述稀有气体氩气。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的金属膜的干蚀刻方法，其特征在于， 上述掩模层由钽构成。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的金属膜的干蚀刻方法，其特征在于， 在压力为6. 65Pa 133Pa的气氛下对上述金属膜进行干蚀刻。
全文摘要
本发明提供一种金属膜的干蚀刻方法。该金属膜的干蚀刻方法不使用卤素气体并能够使孔、沟槽的侧壁形状更接近铅垂。隔着掩模层对含有铂金的金属膜进行干蚀刻的金属膜的干蚀刻方法使由含有氢气、二氧化碳气体、甲烷气体以及稀有气体的混合气体构成的蚀刻气体产生等离子体来对金属膜进行干蚀刻。
文档编号H01L21/3065GK103065960SQ20121039784
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月18日 优先权日2011年10月20日
发明者西村荣一, 曾根隆 申请人:东京毅力科创株式会社