JP-2026514701-A - ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体を使用する金属含有ハードマスクの開口方法

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Abstract

例示的な半導体処理方法は、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び酸素含有前駆体を、半導体処理チャンバの処理領域に提供することを含み得る。処理領域内には基板は収容され得る。基板上には金属含有ハードマスク材料の層が配置され得る。金属含有ハードマスク材料の層上にはケイ素含有材料の層が配置され得る。本方法は、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び酸素含有前駆体のプラズマ放出物を形成することを含み得る。本方法は、基板をホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び酸素含有前駆体のプラズマ放出物と接触させることを含み得る。この接触により、金属含有ハードマスク材料の層内のフィーチャがエッチングされ得る。この接触により、金属含有ハードマスク材料の層内のフィーチャの側壁上にパッシベーション材料の層が形成され得る。【選択図】図３Ａ

Inventors

ワン，ハン
ユ，ジヤハン
リー，ジーンエイチ．

Assignees

アプライドマテリアルズインコーポレイテッド

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20240910
Priority Date: 20240828

Claims (20)

半導体処理方法であって、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び酸素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に提供することであって、前記処理領域内に基板が収容され、前記基板上に金属含有ハードマスク材料の層が配置され、前記金属含有ハードマスク材料の前記層上にケイ素含有材料の層が配置される、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び酸素含有前駆体を提供することと、前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び前記酸素含有前駆体のプラズマ放出物を形成することと、前記基板を、前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び前記酸素含有前駆体の前記プラズマ放出物と接触させることであって、前記接触させることが、前記金属含有ハードマスク材料の前記層内のフィーチャをエッチングし、前記接触させることが、前記金属含有ハードマスク材料の前記層内の前記フィーチャの側壁上にパッシベーション材料の層を形成する、前記基板を、前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び前記酸素含有前駆体のプラズマ放出物と接触させることと、を含む、半導体処理方法。
前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体が三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）を含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
前記酸素含有前駆体が二原子酸素（Ｏ２）を含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
前記金属含有ハードマスク材料の前記層がタングステンを含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体と共に、前記処理領域にハロゲン含有前駆体を提供することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記ハロゲン含有前駆体が、二原子塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）又はその両方を含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
前記金属含有ハードマスク材料の前記層が、約４０ａｔ．％以上の金属含有量によって特徴付けられる、請求項１に記載の半導体処理方法。
前記ケイ素含有材料の前記層が酸化ケイ素を含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
前記パッシベーション材料の前記層が、ホウ素と酸素とを含有する材料を含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
前記金属含有ハードマスク材料の前記層内の前記フィーチャが、約２０ｎｍ以下の限界寸法によって特徴付けられる、請求項１に記載の半導体処理方法。
前記半導体処理チャンバの動作温度が約２０℃以上である、請求項１に記載の半導体処理方法。
前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び前記酸素含有前駆体がケイ素を含まない、請求項１に記載の半導体処理方法。
半導体処理方法であって、ｉ）ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に提供することであって、前記処理領域内に基板が収容され、前記基板上に金属含有ハードマスク材料の層が配置され、前記金属含有ハードマスク材料の前記層上にケイ素含有材料の層が配置される、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体を提供することと、ｉｉ）前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体のプラズマ放出物を形成することと、ｉｉｉ）前記基板を、前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体の前記プラズマ放出物と接触させることであって、前記接触させることが、前記金属含有ハードマスク材料の前記層内のフィーチャをエッチングする、前記基板を、前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体の前記プラズマ放出物と接触させることと、ｉｖ）酸素含有前駆体を前記半導体処理チャンバの前記処理領域に提供することと、ｖ）前記基板を前記酸素含有前駆体と接触させることであって、前記接触させることが、前記金属含有ハードマスク材料の前記層内の前記フィーチャの側壁の一部を酸化させる、前記基板を前記酸素含有前駆体と接触させることと、を含む、方法。
前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体と共に、前記半導体処理チャンバの前記処理領域に１つ又は複数のハロゲン含有前駆体を提供することをさらに含む、請求項１３に記載の半導体処理方法。
前記１つ又は複数のハロゲン含有前駆体の、前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体に対する流量比が、約５０：１以上である、請求項１４に記載の半導体処理方法。
工程ｉ）から工程ｖ）が、第２のサイクルで繰り返される、請求項１３に記載の半導体処理方法。
前記第２のサイクルで工程ｉｉｉ）を繰り返すことにより、前記金属含有ハードマスク材料層内の前記フィーチャの前記側壁上にパッシベーション材料の層が形成される、請求項１６に記載の半導体処理方法。
半導体処理方法であって、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に提供することであって、前記処理領域内に基板が収容され、前記基板上に金属含有ハードマスク材料の層が配置され、前記金属含有ハードマスク材料の前記層上にケイ素含有材料のパターニングされた層が配置される、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体を提供することと、前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体のプラズマ放出物を形成することと、前記基板を前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体の前記プラズマ放出物と接触させることであって、前記接触させることが前記金属含有ハードマスク材料の前記層内のフィーチャの第１の部分をエッチングする、前記基板を前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体の前記プラズマ放出物と接触させることと、酸素含有前駆体を前記半導体処理チャンバの前記処理領域に提供することと、前記基板を前記酸素含有前駆体と接触させることであって、前記接触させることが、前記金属含有ハードマスク材料の前記層内の前記フィーチャの側壁を酸化させる、前記基板を前記酸素含有前駆体と接触させることと、前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体を前記半導体処理チャンバの前記処理領域に提供することと、前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体のプラズマ放出物を形成することと、前記基板を前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体の前記プラズマ放出物と接触させることであって、前記接触させることが、前記金属含有ハードマスク材料の前記層内の前記フィーチャの第２の部分をエッチングし、前記接触させることが、前記金属含有ハードマスク材料の前記層内の前記フィーチャの側壁上にパッシベーション材料の層を形成する、前記基板を前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体の前記プラズマ放出物と接触させることと、を含む、方法。
前記ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体が三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）を含む、請求項１８に記載の半導体処理方法。
前記酸素含有前駆体のプラズマ放出物を形成することをさらに含む、請求項１８に記載の半導体処理方法。

Description

関連出願の相互参照［０００１］本出願は、２０２３年９月１９日出願の米国仮特許出願第６３／５３９，１８９号「ＭＥＴＡＬ－ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧＨＡＲＤＭＡＳＫＯＰＥＮＩＮＧＭＥＴＨＯＤＳＵＳＩＮＧＢＯＲＯＮ－ＡＮＤ－ＨＡＬＯＧＥＮ－ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧＰＲＥＣＵＲＳＯＲＳ」の利益及び優先権を主張する、２０２４年８月２８日出願の「ＭＥＴＡＬ－ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧＨＡＲＤＭＡＳＫＯＰＥＮＩＮＧＭＥＴＨＯＤＳＵＳＩＮＧＢＯＲＯＮ－ＡＮＤ－ＨＡＬＯＧＥＮ－ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧＰＲＥＣＵＲＳＯＲＳ」と題する米国非仮特許出願第１８／８１７，６４６号の利益及び優先権を主張し、これらの文献はあらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。［０００２］本技術は、半導体処理及び装置に関する。より具体的には、本技術は、金属含有ハードマスク材料のエッチング処理に関する。［０００３］集積回路は、基板表面上に複雑なパターンの材料層を生成するプロセスによって可能になる。基板上にパターニングされた材料を作るには、露出した材料を除去するための制御された方法が必要である。化学的エッチングは、様々な目的に使用されており、当該目的には、フォトレジストのパターンを下層に転写すること、層を薄化すること、又は表面上に既に存在するフィーチャの横寸法を薄化することが含まれる。多くの場合、ある物質を他の材料よりも速くエッチングして、例えば、パターン転写プロセスを促進するエッチングプロセスを行うことが望ましい。このようなエッチングプロセスは、第１の材料に対して選択的であると言われる。材料、回路、及びプロセスに多様性があることの結果として、様々な材料に対して選択性を有するようなエッチングプロセスが開発されてきた。［０００４］エッチングプロセスは、プロセスで使用される材料に応じて、湿式又は乾式と呼ばれることがある。湿式ＨＦエッチングは、他の誘電体及び材料よりも酸化ケイ素を優先的に除去する。しかしながら、湿式プロセスは、一部の制約的なトレンチに浸透することが困難であり、また時には残りの材料を変形させる可能性がある。基板処理領域内に形成された局所プラズマで行われる乾式エッチングは、より制約的なトレンチに浸透することができ、デリケートな他の構造体の変形を抑えることができる。しかしながら、局所プラズマは、それらが放電するときに電気アークの生成によって基板を損傷する可能性がある。［０００５］したがって、高品質デバイス及び構造体の製造に使用することができる、改善されたシステム及び方法が必要とされている。本技術は、これらの必要性及びその他の必要性に対処する。［０００６］例示的な半導体処理方法は、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び酸素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に提供することを含み得る。処理領域内には基板が収容され得る。基板上には金属含有ハードマスク材料の層が、配置され得る。金属含有ハードマスク材料の層の上にはケイ素含有材料の層が配置され得る。本方法は、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び酸素含有前駆体のプラズマ放出物を形成することを含み得る。本方法は、基板をホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び酸素含有前駆体のプラズマ放出物と接触させることを含み得る。この接触により、金属含有ハードマスク材料の層内のフィーチャがエッチングされ得る。この接触により、金属含有ハードマスク材料の層内のフィーチャの側壁上にパッシベーション材料の層が形成され得る。［０００７］いくつかの実施形態では、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体は、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）であり得るか、又はそれを含み得る。酸素含有前駆体は、二原子酸素（Ｏ２）であり得るか、又はそれを含み得る。金属含有ハードマスク材料の層は、タングステンを含み得る。本方法は、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体と共に、処理領域にハロゲン含有前駆体を提供することを含み得る。ハロゲン含有前駆体は、二原子塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）若しくはその両方であり得るか、又はこれらを含み得る。金属含有ハードマスク材料の層は、約４０ａｔ．％以上の金属含有量によって特徴付けられ得る。ケイ素含有材料の層は、酸化ケイ素であり得るか、又はそれを含み得る。パッシベーション材料の層は、ホウ素と酸素とを含有する材料であり得るか、又はそれを含み得る。金属含有ハードマスク材料の層内のフィーチャは、約２０ｎｍ以下の限界寸法によって特徴付けられ得る。半導体処理チャンバの動作温度は、約２０℃以上であり得る。ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体及び酸素含有前駆体は、ケイ素を含まなくてもよい。［０００８］本技術のいくつかの実施形態は、半導体処理方法を包含し得る。本方法は、ｉ）ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に提供することを含み得る。基板は、処理領域内に収容され得る。金属含有ハードマスク材料の層が、基板上に配置され得る。ケイ素含有材料の層が、金属含有ハードマスク材料の層の上に配置され得る。本方法は、ｉｉ）ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体のプラズマ放出物を形成することを含み得る。本方法は、ｉｉｉ）基板をホウ素とハロゲンとを含有する前駆体のプラズマ放出物と接触させることを含み得る。この接触により、金属含有ハードマスク材料の層内のフィーチャがエッチングされ得る。本方法は、ｉｖ）酸素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に提供することを含み得る。本方法は、ｖ）基板を酸素含有前駆体と接触させることを含み得る。この接触により、金属含有ハードマスク材料の層内のフィーチャの側壁の一部が酸化され得る。［０００９］いくつかの実施形態では、本方法は、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体と共に、半導体処理チャンバの処理領域に１つ又は複数のハロゲン含有前駆体を提供することを含み得る。ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体に対する１つ又は複数のハロゲン含有前駆体の流量比は、約５０：１以上であり得る。工程ｉ）～ｖ）は、第２のサイクルで繰り返され得る。第２のサイクルで工程ｉｉｉ）を繰り返すと、金属含有ハードマスク材料層内のフィーチャの側壁にパッシベーション材料の層が形成され得る。［００１０］本技術のいくつかの実施形態は、半導体処理方法を包含し得る。本方法は、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に提供することを含み得る。基板は、処理領域内に収容され得る。金属含有ハードマスク材料の層が、基板上に配置され得る。ケイ素含有材料のパターニングされた層は、金属含有ハードマスク材料の層上に配置され得る。本方法は、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体のプラズマ放出物を形成することを含み得る。本方法は、基板をホウ素とハロゲンとを含有する前駆体のプラズマ放出物と接触させることを含み得る。接触は、金属含有ハードマスク材料の層内のフィーチャの第１の部分をエッチングし得る。本方法は、酸素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に提供することを含み得る。本方法は、基板を酸素含有前駆体と接触させることを含み得る。この接触により、金属含有ハードマスク材料の層内のフィーチャの側壁が酸化され得る。本方法は、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に提供することを含み得る。本方法は、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体のプラズマ放出物を形成することを含み得る。本方法は、基板をホウ素とハロゲンとを含有する前駆体のプラズマ放出物と接触させることを含み得る。接触は、金属含有ハードマスク材料の層内のフィーチャの第２の部分をエッチングし得る。この接触により、金属含有ハードマスク材料の層内のフィーチャの側壁上にパッシベーション材料の層が形成され得る。［００１１］いくつかの実施形態では、ホウ素とハロゲンとを含有する前駆体は、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）であるか、又はそれを含み得る。本方法は、酸素含有前駆体のプラズマ放出物を形成することを含み得る。［００１２］このような技術は、従来のシステム及び技法よりも多数の利点を提供し得る。例えば、プロセスは、エッチング処理中の金属含有ハードマスク材料の側壁材料のパッシベーションを増加させ得る。さらに、このプロセスは、従来の技術に関連する側壁のパッシべーションが不十分なため、パターンのリフトオフ又は崩壊を防止することができる。これら及び他の実施形態は、それらの利点及び特徴の多くとともに、以下の説明及び添付の図と併せてより詳細に説明される。［００１３］開示された技術の性質及び利点は、本明細書の残りの部分と図面を参照することによってさらに理解を深めることができる。本技術のいくつかの実施形態による例示的な処理システムの上面図を示す。本技術のいくつかの実施形態による、例示的な処理チャンバの概略断面図である。本技術のいくつかの実施形態によるエッチング方法における選択された工程を示す。本技術のいくつかの実施形態による、選択された工程が実行されている基板材料の断面図を示す。［００１８］いくつかの図面は、概略図として含まれている。図面は例示を目的としており、縮尺どおりであると明記されていない限り、縮尺どおりであるとみなしてはならないことを理解するべきである。加えて、図は、概略図として、理解を支援するために提供されており、実際の描写と比較すると、全ての態様又は情報を含むわけではないことがあり、かつ、例示のために強調された素材を含み得る。［００１９］添付の図面では、類似の構成要素及び／又は特徴は、同じ参照符号を有し得る。さらに、同じ種類の様々な構成要素は、類似の構成要素間を区別する文字により、参照符号に従って区別することができる。本明細書において第１の参照符号のみが使用される場合、その記載は、文字に関わりなく、同じ第１の参照符号を有する類似の構成要素のうちのいずれにも適用可能である。［００２０］構造体が進化するにつれて、フィーチャ及び他の構造体のアスペクト比は、時には劇的に増加する。半導体処理中に、金属含有ハードマスク材料の層などの１つ又は複数の材料を通してフィーチャがエッチングされ得る。フィーチャが形成されるとき、開孔は、基板又は他の下層の材料にアクセスする前に、金属含有ハードマスク材料の層の厚さ全体を貫通し得る。フィーチャ及び他の構造のアスペクト比が増加するにつれて、結果として得られるフィーチャ又は開孔は、減少した限界寸法によって特徴付けられ得る。これらの限界寸法は、フィーチャ又は開孔全体にわたって均一であることが望ましい。［００２１］従来の技術では、典型的に、ハロゲン含有前駆体を使用して、金属含有ハードマスク材料にフィーチャがエッチングされてきた。金属含有ハードマスク材料の側壁上にパッシベーション材料を形成するために、酸素含有前駆体を提供して、金属と酸素とを含有するパッシベーション材料を形成することができる。しかしながら、ハードマスク材料の金属含有量が増加し続けると、金属及び酸素含有パッシベーション材料は、金属含有ハードマスク材料の側壁をパッシベーションするのに十分な強度ではない可能性がある。他の従来の技術は、ケイ素と酸素とを含有するパッシベーション材料を形成するためのケイ素含有前駆体及び／又は酸素含有前駆体を含んでいるが、この材料は、ハードマスクが開いているプロセスにおけるエッチング選択性を低下させ得るケイ素と酸素とを含有する材料をエッチングフロントに堆積させ得る。さらに他の従来技術には、金属と臭素とを含有するパッシベーション材料を形成するための臭素含有前駆体が含まれていたが、温度が上昇すると、この材料は揮発する可能性がある。これに対応して、従来技術では、パッシベーション技法の性能が低下するため、金属含有ハードマスク材料を均一にエッチングするのに苦労してきた。［００２２］本技術は、