蚀刻方法以及等离子处理装置制造方法及图纸

能在抑制、减少过渡金属膜的表面粗糙度的同时高精度地进行蚀刻。对形成于样品的含过渡金属元素的过渡金属膜通过如下工序来进行蚀刻：第1工序，将样品的温度保持在100℃以下，并在过渡金属膜的表面各向同性地生成过渡金属氧化物层；第2工序，对过渡金属氧化物层提供络合气体，并使样品的温度升温到150℃以上且250℃以下的给定的温度；第3工序，将样品的温度保持在150℃以上且250℃以下，使通过络合气体与在第1工序形成的过渡金属氧化物的反应而产生的反应物升华而除去；第4工序，将样品冷却。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】蚀刻方法以及等离子处理装置
本专利技术涉及使用络合气体对包含过渡金属元素的过渡金属膜进行蚀刻的蚀刻方法以及等离子处理装置。
技术介绍
电子设备的小型化、高性能化通过构成其的半导体器件的微细化、高集成化来不断推进。在面临形成半导体器件的电路的布线的微细化时，在Cu(铜)布线中，令人担心的是，由于需要防止向周围的扩散的阻挡层，对微细化不利，另外有可能电迁移变得更加显著。另外，W(钨)布线具有比较高的电阻率。因此推进了利用其他金属材料的布线的研讨。作为取代Cu、W的布线材料而受到期待的金属材料，有Co(钴)、Ru(钌)等过渡金属。为了适用于微细布线，需要以纳米级的高度的控制性地对含这样的过渡金属元素的过渡金属膜进行加工。为了如此地进行高精度的蚀刻，在使用药液来加工金属膜的湿式蚀刻中是困难的，利用气体的干式蚀刻被视作有希望。例如在专利文献1中公开了：对用能与β-二酮形成络合物的金属元素成膜的金属膜进行利用添加了β-二酮和NO、N2O、O2、O3这样的氧化性气体的蚀刻气体的干式蚀刻方法。特别公开了：为了抑制蚀刻速度的偏差，使蚀刻气体中所含的水分含有量相对于β-二酮为30质量ppm以下。专利文献2也是利用β-二酮的干式蚀刻方法，公开了利用添加了β-二酮、作为氧化性气体的第1添加气体和H2O或H2O2的第2添加气体的蚀刻气体的干式蚀刻方法。特别公开了，为了将蚀刻速度高速化，使蚀刻气体中的β-二酮的量、第2添加气体的量适合化。专利文献3公开了过渡金属膜的蚀刻方法，在过渡金属膜的蚀刻中具备：由含氧离子的第1气体各向异性地形成金属氧化层的氧化工序；和导入用于使金属氧化层络合的第2气体、在金属氧化层使金属络合物形成并进行蚀刻的络合蚀刻工序。作为第2气体而例示了β-二酮系气体。现有技术文献专利文献专利文献1：JP特开2018-110230号公报专利文献2：JP特开2018-110229号公报专利文献3：JP特开2017-84965号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题为了加工薄膜做出微细的半导体器件，对加工薄膜的蚀刻提出高的要求。具体地，需要将蚀刻量的晶片面内的偏差抑制在给定的值例如1nm以下，以使得在晶片整个面进行均匀的加工。另外，由于加工后的薄膜界面给器件特性带来大的影响，因此对于蚀刻后的薄膜的表面粗糙度，也需要抑制在上述的蚀刻量的晶片面内的偏差程度以下。例如在含Co的金属膜的情况下，专利技术者们发现，Co氧化物在大约100℃以上的温度下，形状易于变化成粒状、柱状。具体可知，在作为氧化气体而使用氧气的情况下，在100℃以上的温度下，不管在使用等离子源生成氧等离子并将氧离子照射到膜表面的情况下，在用离子遮蔽板阻断氧离子、电子来将氧原子团照射到膜表面的情况下，还是在不使用等离子源而将氧气直接照射到膜表面的情况下，生成的Co氧化膜粒状化或柱状化。在专利文献1、专利文献2那样用在β-二酮中添加氧化性气体的蚀刻气体进行蚀刻的情况下，由于必须在β-二酮与Co反应而做出的络合物能气化的温度范围进行处理，因此基板温度需要为100℃以上。因此，同时推进基于Co氧化膜的生成和络合的蚀刻，并且这时生成的Co氧化物进行粒状化或柱状化，其结果，难以高精度地控制蚀刻量或抑制蚀刻后的金属膜的表面粗糙度。因此，期望将使过渡金属氧化来生成金属氧化物层的氧化工序和将金属氧化物层络合来形成金属络合物的络合工序分离，分别在合适的条件下进行处理。专利文献3公开了将氧化工序和络合工序分离的蚀刻方法，但由于蚀刻中带有方向性，因此各向异性地进行氧化工序。可知在该情况下，与其说有可能在蚀刻后的含过渡金属的金属膜留下表面粗糙度，不如说在蚀刻中有可能使表面粗糙度增大。用于解决课题的手段本专利技术的一个实施方式的形成于样品的含过渡金属元素的过渡金属膜的蚀刻方法具有：第1工序，将样品的温度保持在100℃以下，并在过渡金属膜的表面各向同性地生成过渡金属氧化物层；第2工序，其对过渡金属氧化物层提供络合气体，并使样品的温度升温到150℃以上且250℃以下的给定的温度；第3工序，将样品的温度保持在150℃以上且250℃以下，并使通过络合气体与在第1工序形成的过渡金属氧化物的反应而产生的反应物升华，来进行除去；和第4工序，将样品冷却。另外，本专利技术的其他实施方式的等离子处理装置具有：等离子源；设置有载置形成了含渡金属元素的过渡金属膜的样品的台的处理室；对等离子源提供氧化气体的气体提供部；将络合气体提供到处理室的络合气体提供器；设置于等离子源与台之间的狭缝板；将处理室排气的排气机构；和控制部，控制部执行：第1工序，将样品的温度保持在100℃以下，并一边从气体提供部将氧化气体提供到等离子源一边使等离子产生，通过将穿过狭缝板的中性的氧化气体和原子团照射到样品，从而在过渡金属膜的表面生成过渡金属氧化物层，之后通过排气机构将处理室排气；第2工序，从络合气体提供器对处理室提供络合气体，并使样品的温度升温到150℃以上且250℃以下的给定的温度；第3工序，通过将样品的温度保持在150℃以上且250℃以下，使通过络合气体与在第1工序形成的过渡金属氧化物的反应而产生的反应物升华，之后通过排气机构将处理室排气；和第4工序，将样品冷却。专利技术的效果能在抑制、减少过渡金属膜的表面粗糙度的同时高精度地进行蚀刻。其他课题和新的特征会从本说明书的记述以及附图得以明确。附图说明图1是表示过渡金属膜的蚀刻的样子的示意图。图2是进行过渡金属膜的蚀刻的工艺流程图。图3是表示等离子处理装置的概略结构的截面图。图4是蚀刻工序(1循环)的时序图。图5是表示蚀刻工序(1循环)中的含Co的膜的表面附近的状态的变化的示意图。图6是表示蚀刻量的循环数依赖性的图。图7是表示蚀刻所引起的表面粗糙度的氧化温度依赖性的图。具体实施方式以下参考附图来说明本专利技术的实施方式。另外，在本说明书以及附图中，对具有实质相同功能的构成要素标注相同附图标记，由此省略重复说明。作为本专利技术的专利技术者们对Co的氧化过程详细研讨的结果，发现了：Co的氧化过程中，同时推进(1)Co离子、氧离子在Co氧化物层中扩散的扩散现象和(2)氧化气氛中的氧在Co表面的界面反应以及Co金属原子从Co金属层进入Co氧化物层中的Co金属-Co氧化物层间的界面反应，其平衡根据温度而改变，与此相关，Co氧化物是否三维生长的临界温度是100℃。在100℃以下的低温度下生成的氧化层的厚度例如薄到5nm程度，三维的生长受到抑制，难以引起粒状化、柱状化。特别在本专利技术的实施方式中，通过各向同性地进行氧化工序而抑制了表面粗糙度的增大，进而能使表面粗糙度减少。图1是表示根据本实施方式对在膜表面具有表面粗糙度引起的凹凸形状的含过渡金属元素的金属膜(以下称作“过渡金属膜”)进行蚀刻的样态的示意图。另外，所谓过渡金属膜，除了包括过渡金属单体膜以外，还包括由含过渡金属元素的多种元素构成的金属膜。另外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蚀刻方法，是形成于样品的含过渡金属元素的过渡金属膜的蚀刻方法，其特征在于，所述蚀刻方法具有：/n第1工序，将所述样品的温度保持在100℃以下，并在所述过渡金属膜的表面各向同性地生成过渡金属氧化物层；/n第2工序，对所述过渡金属氧化物层提供络合气体，并使所述样品的温度升温到150℃以上且250℃以下的给定的温度；/n第3工序，将所述样品的温度保持在150℃以上且250℃以下，并使通过所述络合气体与在所述第1工序形成的过渡金属氧化物的反应而产生的反应物升华而除去；和/n第4工序，将所述样品冷却。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种蚀刻方法，是形成于样品的含过渡金属元素的过渡金属膜的蚀刻方法，其特征在于，所述蚀刻方法具有：
第1工序，将所述样品的温度保持在100℃以下，并在所述过渡金属膜的表面各向同性地生成过渡金属氧化物层；
第2工序，对所述过渡金属氧化物层提供络合气体，并使所述样品的温度升温到150℃以上且250℃以下的给定的温度；
第3工序，将所述样品的温度保持在150℃以上且250℃以下，并使通过所述络合气体与在所述第1工序形成的过渡金属氧化物的反应而产生的反应物升华而除去；和
第4工序，将所述样品冷却。


2.根据权利要求1所述的蚀刻方法，其特征在于，
重复进行所述第1～第4工序。


3.根据权利要求1所述的蚀刻方法，其特征在于，
在所述第1工序中，通过将氧原子团照射到所述过渡金属膜来生成所述过渡金属氧化物层。


4.根据权利要求1所述的蚀刻方法，其特征在于，
所述络合气体包括β-二酮。


5.根据权利要求4所述的蚀刻方法，其特征在于，
所述络合气体包括不含卤素元素的β-二酮。


6.根据权利要求1所述的蚀刻方法，其特征在于，
在所述第2工序中，通过电磁波来使所述样品的温度升温。


7.根据权利要求1所述的蚀刻方法，其特征在于，
所述过渡金属膜是含钴的金属膜。


8.一种等离子处理装置，其特征在于，具有：
等离子源；
设置有载置形成了含过渡金属元素的过渡金属膜的样品的台的处理室；
对所述等离子源提供氧化气体的气体提供部；
将络合气体提供到所述处理室的络合气体提供器；
设置于所述等离子源与所述台之间的狭缝板；
将所述处理室排气的排气机构；和
控制部，
所述控制部执行：
第1工序，将样品的温度保持在100℃以下，并一边从所述气体提供部将氧化气体提供到所述等离子源一边使等离子产生，通过将...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤崎寿美子，山口欣秀，小林浩之，篠田和典，川村刚平，高妻丰，伊泽胜，
申请(专利权)人：株式会社日立高新技术，
类型：发明
国别省市：日本;JP