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KR101903432B1 - 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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KR101903432B1
KR101903432B1 KR1020160098396A KR20160098396A KR101903432B1 KR 101903432 B1 KR101903432 B1 KR 101903432B1 KR 1020160098396 A KR1020160098396 A KR 1020160098396A KR 20160098396 A KR20160098396 A KR 20160098396A KR 101903432 B1 KR101903432 B1 KR 101903432B1
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gas
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나오히로 야마모토
마사토 이시마루
히데노리 도요오카
노리히로 호사카
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가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
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Abstract

본 발명은, 자성막과 금속 산화막의 적층 구조의 웨이퍼를 플라스마 에칭하여, 자성막과 금속 산화막과의 적층 구조의 웨이퍼의 디바이스 특성의 악화를 억제함과 함께 자성막과 금속 산화막이 에칭된 처리실 내의 퇴적물을 제거할 수 있는 플라스마 처리 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 자성막과 금속 산화막을 적층하는 적층막에 마스크의 패턴을 형성하는 플라스마 처리 방법에 있어서, 상기 자성막을 플라스마 에칭하고, 상기 자성막의 플라스마 에칭 후, 상기 자성막이 플라스마 에칭된 처리실을 플라스마 클리닝하고, 상기 플라스마 클리닝은, 염소 원소를 함유하는 가스와 삼염화붕소 가스의 혼합 가스를 이용해서 플라스마 클리닝하는 제1 플라스마 클리닝과, 상기 제1 플라스마 클리닝 후, 상기 처리실 내에 잔류하는 붕소를 제거하는 제2 플라스마 클리닝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라스마 처리 방법{PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은, 플라스마 처리 장치를 이용한 플라스마 처리 방법에 관한 것이며, 특히 자성막과 금속 산화막을 갖는 적층 구조의 피처리 기판을 플라스마 에칭하는 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
지금까지, 전자기기 등에는 DRAM(Dynamic Random Access Memory : 이하, DRAM이라 칭함)이나 플래시 메모리가 흔히 이용되어 왔다. 이 메모리들은 휘발성과 불휘발성이라는 다른 성질의 메모리이지만, 각각에 결점이 보이고 있다. 우선 휘발성 메모리인 DRAM에 대해서는, 주로 PC의 메모리로서 사용되고 있지만, 전원을 끄면 보유하고 있던 데이터가 소실되어 버린다.
한편, 불휘발성 메모리인 플래시 메모리는, 전원을 끊어도 데이터는 반영구적으로 소실되지 않지만 데이터의 기입 시간이 매우 느리다. 이러한 결점을 해소하며, 또한, 고속 읽어내기, 대용량, 저비용, 저소비 전력을 실현하는 불휘발성 메모리로서 MRAM(Magnetic Random Access Memory : 이하, MRAM이라 칭함)의 적용이 요망되고 있다.
MRAM은, 자성층의 자화의 방향에 따른 전기 저항차를 이용한 메모리이며, 리소그래피에 의해 생성된 마스크재를 이용해서 기판 상에 형성된 Fe, Co, Ni 등의 원소를 함유하는 자성막을 드라이 에칭에 의해 미세 가공하는 기술이 필요하다.
자성막의 드라이 에칭의 방법으로서는, 이온빔 에칭을 이용하는 방법과 플라스마 에칭을 이용하는 방법이 있지만, 특히 플라스마 에칭은 반도체 소자의 제조에서 폭 넓게 사용되고 있으며, 대구경 기판을 균일하게 플라스마 에칭할 수 있는 점에서 양산성이 우수하다.
플라스마 에칭을 이용한 자성막의 에칭 방법으로서는, Cl2 가스를 플라스마화한 Cl2 플라스마에 의한 염화물의 생성을 이용하는 방법, 희가스인 Ar 가스 등을 플라스마화해 스패터 효과를 이용하는 방법, 또는 CO 가스와 NH3 가스의 혼합 가스나 CH3OH 같은 CO를 함유하는 가스를 플라스마화한 CO 함유 플라스마에 의한 금속 카르보닐의 생성을 이용하는 방법이 있다.
플라스마 클리닝 방법에 있어서는, 특허문헌 1에는, 알루미늄(Al)과 질화티타늄(TiN)의 적층막을 에칭 처리한 후에, 삼염화붕소(BCl3) 가스와 염소(Cl2) 가스의 혼합 가스, 또는 삼염화붕소(BCl3) 가스와 염화수소(HCl) 가스의 혼합 가스를 클리닝 가스로서 이용하는 것에 의해, 챔버 내의 퇴적물을 감소시켜, 이물 발생을 방지하는 클리닝 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 불화디케톤 가스를 이용해서, 플라스마 처리실 내면에 부착된 철(Fe), 구리(Cu) 등의 금속을 플라스마 클리닝에 의해 제거하고, 그 후, 산소(O2)계 플라스마 클리닝에 의해 플라스마 처리실 내면에 부착된 유기물을 제거하는 방법이 개시되어 있다.
또한 특허문헌 3에는, 염소를 함유하는 가스를 이용한 플라스마 클리닝에 의해, 철(Fe), 니켈(Ni) 등을 제거하고, 그 후, 수소를 함유하는 가스를 이용한 플라스마 클리닝에 의해 상기 클리닝에서 잔류한 염소 성분을 에칭 처리실 내로부터 제거함으로써, 자성막을 갖는 웨이퍼에의 염소 성분의 투입이 개선되어, 웨이퍼 표면의 부식을 억제하는 방법이 개시되어 있다.
일본국 특개2000-12515호 공보 일본국 특개2002-359234호 공보 일본국 특개2013-120810호 공보
특허문헌 1에 개시된 플라스마 클리닝 방법에서는, 클리닝 처리 후에 에칭 처리실 내에 붕소 성분이 잔류하기 때문에, 계속해서 자성막을 갖는 웨이퍼를 에칭하면, 에칭 처리실 내에 잔류한 붕소 성분이 피에칭 재료인 산화마그네슘(MgO)의 산소 성분을 환원 작용으로 인발(引拔)하여, 절연 효과를 상실시킴으로써 디바이스 특성을 악화시켜 버리는 문제가 생긴다.
다음으로 특허문헌 2에 개시된 플라스마 클리닝 방법에서는, 피에칭 재료인 철(Fe), 구리(Cu) 등의 금속을 클리닝으로 제거하기 위하여 클리닝 가스로서 불화디케톤 가스를 이용하고 있지만, 이 불화디케톤 가스는 불소 원소를 6개 이상 보유하고 있는 가스이다. 따라서, 에칭 처리실 내의 모재나 에칭 처리실 내벽의 보호막이 알루미늄(Al)계로 구성된 것에 대해서 불소 원소를 6개 이상 보유한 불화디케톤 가스를 이용하면, 알루미늄과 불소(F)가 과잉하게 반응해, 휘발성이 낮은 불화알루미늄이 대량으로 생성되어 이물이 발생하게 된다.
다음으로 특허문헌 3에 개시된 플라스마 클리닝 방법에서는, 클리닝 처리 후에 에칭 처리실 내에 수소 성분이 잔류하기 때문에, 계속해서 자성막을 갖는 웨이퍼를 에칭하면, 에칭 처리실 내에 잔류한 수소 성분이 피에칭 재료인 산화마그네슘(MgO)의 산소 성분을 환원 작용으로 인발하여, 절연 효과를 상실시킴으로써 디바이스 특성을 악화시켜 버리는 문제가 생긴다.
이 때문에, 본 발명은, 자성막과 금속 산화막을 갖는 적층 구조의 웨이퍼를 플라스마 에칭하여, 금속 산화막층이 구비하고 있는 절연 효과를 유지함과 함께, 자성막이나 금속 산화막이 플라스마 에칭된 에칭 처리실 내의 퇴적물을 효율적으로 제거할 수 있는 플라스마 클리닝을 행하는 플라스마 처리 방법을 제공한다.
본 발명은, 자성막과 금속 산화막을 적층하는 적층막에 마스크의 패턴을 형성하는 플라스마 처리 방법에 있어서, 상기 자성막을 플라스마 에칭하고, 상기 자성막의 플라스마 에칭 후, 상기 자성막이 플라스마 에칭된 처리실을 플라스마 클리닝하고, 상기 플라스마 클리닝은, 염소 원소를 함유하는 가스와 삼염화붕소 가스의 혼합 가스를 이용해서 플라스마 클리닝하는 제1 플라스마 클리닝과, 상기 제1 플라스마 클리닝 후, 상기 처리실 내에 잔류하는 붕소를 제거하는 제2 플라스마 클리닝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 패러데이 실드를 구비하는 유전 결합형 플라스마 에칭 장치를 이용해서 자성막과 금속 산화막을 적층하는 적층막에 마스크의 패턴을 형성하는 플라스마 처리 방법에 있어서, 상기 자성막을 플라스마 에칭하고, 상기 자성막의 플라스마 에칭 후, 상기 자성막이 플라스마 에칭된 처리실을 플라스마 클리닝하고, 상기 플라스마 클리닝은, 염소 원소를 함유하는 가스와 삼염화붕소 가스의 혼합 가스를 이용해서 플라스마 클리닝하는 제1 플라스마 클리닝과, 상기 제1 플라스마 클리닝 후, 상기 처리실 내에 잔류하는 붕소를 제거하는 제2 플라스마 클리닝을 포함하고, 상기 제2 플라스마 클리닝의 상기 패러데이 실드에 인가되는 고주파 전압을 상기 제1 플라스마 클리닝의 상기 패러데이 실드에 인가되는 고주파 전압보다 작게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 자성막과 금속 산화막으로 구성된 적층막을 에칭한 경우, 자성막과 금속 산화막을 갖는 적층막의 금속 산화막층의 절연 효과를 유지함과 함께 자성막과 금속 산화막이 플라스마 에칭된 에칭 처리실 내의 퇴적물을 효율적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스마 에칭 장치를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 사용한 웨이퍼(13)의 막의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 플라스마 처리의 흐름도.
도 4는 자성막의 플라스마 에칭 중에 있어서의 에칭 처리실 내의 상태를 나타내는 도면.
도 5는 제1 플라스마 클리닝 중의 에칭 처리실 내의 상태를 나타내는 도면.
도 6은 제2 플라스마 클리닝 중의 에칭 처리실 내의 상태를 나타내는 도면.
본 발명은, 플라스마 에칭 장치를 이용해서 자성막과 절연막을 갖는 적층 구조의 웨이퍼를 플라스마 에칭하고, 자성막과 절연막의 플라스마 에칭이 완료된 웨이퍼를 에칭 처리실로부터 반출한 후, 상기 에칭 처리실 내를 플라스마 클리닝하는 플라스마 처리 방법이며, 본 발명이 구성하는 플라스마 클리닝은, 염소 가스와 삼염화붕소 가스의 혼합 가스를 이용한 플라스마에 의해 자성막과 절연막을 포함한 퇴적물을 제거하는 공정과, 사불화탄소 가스와 산소 함유 가스의 혼합 가스를 이용한 플라스마에 의해, 상기 에칭 처리실에 잔류해 있는 붕소를 제거하는 공정을 갖는다.
이하에 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명을 적용하는 플라스마 에칭 장치에 대하여 도 1을 이용해서 설명한다. 에칭 처리실은, 플라스마 생성부를 형성하는 석영(SiO2) 또는 세라믹(Al2O3)의 비도전성 재료로 이루어지는 방전부(2)와, 시료인 웨이퍼(13)가 재치(載置)되고, 웨이퍼 재치면 이외는 세라믹(Al2O3)의 비도전성 재료로 이루어지는 서셉터(7)로 덮이고, 고주파 바이어스 전력이 공급되는 전극(6)이 배치된 플라스마 처리실(3)로 구성된다.
또한, 플라스마 처리실(3)은 접지되어 있으며, 전극(6)은 절연재를 개재해서 플라스마 처리실(3) 내에 배치되어 있다. 방전부(2)의 외측에는, 제1 유도 안테나(1a)와 제2 유도 안테나(1b)로 이루어지는 유도 안테나(1)와, 유도 안테나(1)와 방전부(2) 사이에 배치되며, 용량 결합 전극인 패러데이 실드(10)와, 정합기(4)를 통해서 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 유도 안테나(1)에 공급하는 제1 고주파 전원(11)이 마련되어 있다.
본 플라스마 에칭 장치는, 패러데이 실드(10)에 정합기(4)를 통해서 제1 고주파 전원(11)으로부터 고주파 전압을 인가하는 것에 의해, 방전부(2)에의 반응 생성물의 부착 억제 및 제거가 가능하다. 에칭 처리실 내부에는, 가스 공급 장치(5)로부터 처리 가스가 공급되는 한편, 배기 장치(9)에 의해서 소정의 압력으로 감압 배기된다.
가스 공급 장치(5)에 의해 에칭 처리실 내부에 처리 가스를 공급하고, 당해 처리 가스를 유도 안테나(1)에 의해 발생한 유도 자장의 작용에 의해 에칭 처리실 내에 플라스마(8)를 생성한다. 또한, 플라스마(8) 중의 이온을 웨이퍼(13)에 인입하기 위해, 전극(6)에 제2 고주파 전원(12)에 의해 고주파 바이어스 전압을 인가한다. 이 고주파 바이어스 전압을 인가하는 것에 의해, 서셉터(7)에의 반응 생성물의 부착 억제 및 제거가 가능해진다.
다음으로, 본 발명에 사용하는 웨이퍼(13)의 막 구조를 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이 실리콘 기판(14) 상에 아래에서부터 차례로, 코발트철(CoFe)인 자성막(15)과, 산화마그네슘(MgO)인 금속 산화막(16)과, 코발트철(CoFe)인 자성막(15)이 적층된 구조로 성막되어 있다. 소위, 자기 터널 접합(Magnetic Tunnel Junction : MTJ) 소자 구조이다. 또한, 최상층의 자성막(15) 위에 마스크로서 탄탈륨(Ta)막(17)이 패턴 형성되어 있다.
또, 본 실시예에서는 자성막으로서 코발트철(CoFe), 금속 산화막으로서 산화마그네슘(MgO)을 이용했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 자성막에 대해서는 철(Fe), 니켈철(NiFe), 니켈철코발트(NiFeCo) 등이어도 된다. 또한, 금속 산화막에 대해서는 알루미나(Al2O3) 등이어도 된다.
즉, 적어도, 자성막에 대해서는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 중에서 하나의 원소를 함유하는 재료이면 된다. 또한, 금속 산화막은 산화된 금속막이면 된다. 또한 본 실시예에서는 마스크로서 탄탈륨(Ta)을 이용했지만, 본 발명은 탄탈륨(Ta)으로 한정되지 않으며, 탄탈륨(Ta) 이외의 하드마스크, 레지스트 마스크 또는, 레지스트 마스크와 하드마스크가 적층된 마스크여도 된다.
다음으로, 본 발명의 플라스마 처리 방법을 도 3에 나타내는 플라스마 처리 플로를 이용해서 설명한다. 먼저 도 2에 나타내는 바와 같은 웨이퍼(13)를 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 에칭 처리실 내의 전극(6)에 재치한다(S1). 다음으로 웨이퍼(13)의 자성막(15)과 금속 산화막(16)을 탄탈륨(Ta)막(17)을 마스크로 해서, 표 1과 같이 Cl2 가스의 가스 유량을 20㎖/min, Ar 가스의 가스 유량을 80㎖/min, 처리 압력을 0.3㎩, 플라스마 생성용 고주파 전력을 1000W, 전극(6)에 공급하는 고주파 바이어스 전력을 500W, 패러데이 실드(10)에 인가하는 고주파 전압(이하, FSV라 칭함)을 300V로 하는 플라스마 에칭 조건에서 플라스마 에칭을 행한다(S2).
여기에서, 본 실시예에서는 자성막(15)과 금속 산화막(16)의 에칭용 가스를 Cl2 가스와 Ar 가스의 혼합 가스로 했지만, N2 가스, He 가스, H2 가스, NH3 가스, CO 가스, CH3OH 가스 등이어도 된다. 즉, 본 발명으로서는 자성막(15)과 금속 산화막(16)을 에칭할 수 있는 가스이면 된다.
또한, 자성막(15)과 금속 산화막(16)의 에칭예로서는, 자성막(15)과 금속 산화막(16)을 완전히 에칭하는 방법과, 자성막(15)을 에칭하고 금속 산화막(16) 상에서 멈추는 방법이 있다. 후자의 금속 산화막(16) 상에서 멈추는 에칭에 있어서도, 금속 산화막(16)은 다소 에칭되기 때문에, 본 실시예의 에칭예와 마찬가지로 에칭 처리실에 산화물이 퇴적되어 버린다.
[표 1]
Figure 112016075103175-pat00001
웨이퍼(13)의 자성막(15)과 금속 산화막(16)을 탄탈륨(Ta)막(17)을 마스크로 해서, 표 1과 같이 에칭하면, 도 4에 나타내는 바와 같이 세라믹(Al2O3)제의 방전부(2)의 내벽이나 전극(6)의 웨이퍼 재치면 이외를 덮고 있는 서셉터(7), 및 그 주변에는 피에칭 재료를 함유하는 퇴적물이 부착된다. 이 부착된 퇴적물이 많아지면, 에칭 처리실의 내벽이나 서셉터로부터 퇴적물이 벗겨져 이물로 된다.
또한, 방전부(2)의 내벽이나 서셉터 상에 퇴적물이 많이 부착되면 플라스마 상태로 변화를 야기해, 에칭 속도나 균일성, 에칭 형상 등의 에칭 성능에 경시적인 변화를 일으켜 버린다. 그 때문에, 안정한 에칭 성능을 얻기 위해서는 이 퇴적물을 제거할 필요가 있다.
다음으로 자성막(15)과 금속 산화막(16)의 플라스마 에칭이 완료된 웨이퍼(13)를 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 에칭 처리실로부터 반출하고, 더미 웨이퍼를 에칭 처리실 내의 전극(6)에 재치한다(S3). 단, 본 발명에서는, 자성막(15)과 금속 산화막(16)의 플라스마 에칭이 완료된 웨이퍼(13)를 에칭 처리실로부터 반출하는 것은 필수이지만, 더미 웨이퍼를 에칭 처리실 내로 반입하는 것은 반드시 필수라고 할 수는 없다.
다음으로 표 2와 같이 Cl2 가스의 가스 유량을 120㎖/min, BCl3 가스의 가스 유량을 80㎖/min, 처리 압력을 2.0㎩, 플라스마 생성용 고주파 전력을 2000W, 전극(6)에 공급하는 고주파 바이어스 전력을 650W, FSV를 1200V로 하는 제1 플라스마 클리닝 조건에서 에칭 처리실에 퇴적된 철, 코발트, 탄탈륨을 함유하는 자성막계의 퇴적물을 플라스마 클리닝한다(S4).
[표 2]
Figure 112016075103175-pat00002
제1 플라스마 클리닝에 의해, 에칭 처리실 내에 퇴적된 철, 코발트, 산화물, 탄탈륨을 함유하는 자성막계 퇴적물을 제거할 수 있는 이유는 이하와 같이 생각된다.
자성막(15)과 금속 산화막(16)의 플라스마 에칭 중에는, 피에칭 재료인 자성막(15)의 철(Fe), 니켈(Ni)이 Cl2 가스와 화학 반응하는 것에 의해, 증기압이 높고 휘발하기 쉬운 염화물(FeClx, NiClx)이 생성된다. 또한, 높은 이온 입사 에너지에 의해, 자성막인 철(Fe), 니켈(Ni)이나, 절연막인 산화마그네슘(MgO)은 튕겨져 나가게 된다.
또한, 산화마그네슘(MgO) 등의 산화물계 퇴적물은, 주로 BCl3 가스의 환원 작용에 의해 휘발성이 높은 생성물을 생성하는 것에 의해서 제거할 수 있다. 이와 같이 퇴적물을 제거하기 위하여 염소 가스와 삼염화붕소의 혼합 가스를 이용한 플라스마에 의해, 에칭 처리실 내를 플라스마 클리닝하면, 도 5에 나타내는 바와 같이 에칭 처리실의 내벽이나 서셉터에 부착된 철(Fe), 니켈(Ni), 탄탈륨(Ta)을 함유하는 퇴적물은, 플라스마 에칭 중과 마찬가지로 염소(Cl2) 라디칼과 반응해서 증기압이 높고 휘발하기 쉬운 염화물로 되어 제거된다.
산화마그네슘(MgO)에 대해서도 산소 성분(O)과의 결합 에너지가 높은 BCl3 가스의 붕소(B)와 반응함으로써 결합이 절단되고, 마그네슘(Mg)과 Cl2 가스가 반응해 염화물이 생성되어 제거된다. 또한, 자성막(15)과 금속 산화막(16)의 플라스마 에칭 중과 마찬가지로 고주파 바이어스 전압을 인가함으로써, 높은 이온 에너지가 서셉터(7)에도 입사되고, 서셉터 상에 퇴적된 자성막(15)과 금속 산화막(16)의 퇴적물도 효율적으로 튕겨져 나가 제거된다.
또한, 전술한 퇴적물은, 피에칭 재료인 자성막(15)과 금속 산화막(16)으로 구성되어 있기 때문에, 제1 플라스마 클리닝으로서는, 자성막(15)과 금속 산화막(16)의 플라스마 에칭에 사용한 가스에 의한 플라스마를 이용해도 에칭 처리실 내의 퇴적물은 제거 가능하다. 이와 같은 이유에서, 본 발명의 제1 플라스마 클리닝으로서, 염소 가스와 삼염화붕소의 혼합 가스를 이용한 플라스마를 이용하는 것으로 했다.
다음으로, 제1 플라스마 클리닝이 완료된 후, 다음의 웨이퍼(13)의 자성막(15)이나 금속 산화막(16)을 제1 플라스마 클리닝 후의 에칭 처리실에서 플라스마 에칭하면, 에칭 처리실 내에 잔류한 미량의 붕소가 에칭 처리실의 내벽에 부착되어 있기 때문에, 붕소 성분이 피에칭 재료인 금속 산화막(16)의 산소 성분을 환원 작용으로 인발하여, 절연층의 효과를 상실시킴으로써 웨이퍼(13)의 디바이스 특성을 악화시켜 버린다.
이 때문에, 본 발명에서는, 제1 플라스마 클리닝 완료 후, 제1 플라스마 클리닝에 의해 에칭 처리실 내에 잔류한 붕소 성분을 제거하기 위하여, 표 3에 나타내는 바와 같이 사불화탄소 가스(CF4)의 가스 유량을 50∼100㎖/min, 산소 가스(O2)의 가스 유량을 100㎖/min, 처리 압력을 0.5㎩, 플라스마 생성용 고주파 전력을 1500W, 고주파 바이어스 전력을 300W, FSV를 600V로 해서, 붕소를 제거하는 제2 플라스마 클리닝 조건에서 에칭 처리실 내를 플라스마 클리닝한다(S5).
[표 3]
Figure 112016075103175-pat00003
제2 플라스마 클리닝을 제1 플라스마 클리닝이 실시된 에칭 처리실에 실시하면, 도 6에 나타내는 바와 같이 사불화탄소 가스와 산소 가스 플라스마로부터 발생한 불소 성분과 산소 성분이 에칭 처리실의 내부에 잔류한 붕소 성분과 반응함으로써, 결합 에너지가 높은 삼불화붕소(BF3)나 산화붕소(BxOx)가 생성되어, 제1 플라스마 클리닝이 실시된 에칭 처리실 내에 잔류한 붕소 성분을 효율적으로 제거할 수 있다.
에칭 처리실 내에 잔류한 붕소를 제거하기 위하여 불소 성분과의 반응을 이용하고 있지만, 반응만을 고려하면 불소 원소를 많이 함유한 가스, 예를 들면, 육불화황 쪽이 효율적으로 붕소를 제거할 수 있을 것으로 생각된다. 그러나, 불소 원소가 지나치게 많으면 잉여 라디칼이 발생해, 에칭 처리실 내의 모재인 알루미늄(Al)이나, 에칭 처리실 내벽의 보호막인 알루미늄알루마이트와 과잉하게 라디칼 반응이 일어나, 휘발성이 낮은 불화알루미늄(AlFx)이 대량으로 생성되어 이물이 발생되어 버린다.
또한, 육불화황보다 불소 원소가 적은 사불화탄소에 있어서도 마찬가지인 불화알루미늄의 생성이 생각되지만, 사불화탄소에 있어서는 사용하는 가스 유량에 제한을 가지게 함으로써 잔류 붕소 성분을 제거함과 함께 에칭 처리실 내의 모재인 알루미늄과의 과잉한 라디칼 반응을 억제하는 것이 가능하다. 그러나, 가스 유량에 제한을 가지게 함으로써 에칭 처리실 내의 붕소 성분은 완전히 제거되어 있지는 않다.
이 때문에, 사불화탄소 가스만으로는 불충분한 잔류 붕소의 제거를 보완하기 위해, 산소 가스를 이용한 결합 에너지가 높은 산화붕소를 생성하는 것에 의해, 사불화탄소 가스로 완전히 제거되지 않았던 붕소 성분을 에칭 처리실 내로부터 제거할 수 있다.
또한 마스크에 레지스트 성분이 포함된 구조를 이용했을 경우, 자성막(15)과 금속 산화막(16)의 에칭 중에 탄소계의 퇴적물이 에칭 처리실 내에 부착되어 버리지만, 클리닝에 산소 가스를 이용하는 것에 의해, 일산화탄소(CO)나 이산화탄소(CO2) 등의 휘발하기 쉬운 화합물을 생성시켜 탄소계의 퇴적물도 제거할 수 있다.
또한, 산소 가스 플라스마로부터 생성된 산화붕소는 일반적으로 휘발성이 낮으므로 이물을 발생시키는 요인으로도 생각된다. 그러나, 제1 플라스마 클리닝으로부터 제2 플라스마 클리닝으로 이행할 때는, 삼염화붕소에 의한 플라스마를 일단 소실시키고, 에칭 처리실 내를 배기한 후에 산소 가스 플라스마를 생성하고 있으며, 또한 산소와 삼염화붕소의 혼합 가스로서 플라스마를 형성하고 있는 것은 아니므로 이물로 될 가능성은 극히 낮다.
이와 같은 이유에서, 제2 플라스마 클리닝으로서 이용하는 가스로서, 붕소 성분을 효율적으로 제거할 수 있으며, 불소의 잉여 라디칼 발생을 억제해, 에칭 처리실 내의 모재인 알루미늄과 과잉하게 라디칼 반응이 일어나지 않아, 이물로 되지 않는 사불화탄소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용하는 것으로 했다.
또한, 제2 플라스마 클리닝에서의 FSV는, 제1 플라스마 클리닝 시의 FSV보다 낮은 설정값이기 때문에, 방전부(2)의 내벽뿐만 아니라 에칭 처리실 내의 넓은 범위에 플라스마를 형성하여, 에칭 처리실 내 전역에 잔류한 붕소 성분을 제거하는 것이 가능해진다.
다음으로, 제2 플라스마 클리닝 후에는, 전극(6)에 재치된 더미 웨이퍼를 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 에칭 처리실로부터 반출하고, 다음의 웨이퍼(13)를 반송 장치에 의해 에칭 처리실 내의 전극(6)에 재치한다(S6). 다음으로, 전극(6)에 재치된 웨이퍼(13)의 자성막(15)과 금속 산화막(16)을 표 1에 나타내는 조건에서 플라스마 에칭한다(S2). 또한, 전극(6)에 재치된 웨이퍼(13)의 자성막(15)과 금속 산화막(16)을 표 1에 나타내는 조건에서 플라스마 에칭했을 경우, 표 1에 나타내는 조건에는 Cl2 가스를 포함하고 있기 때문에, 염소 성분이 피에칭 재료인 자성막(15)을 갖는 웨이퍼(13)에 체류되게 된다. 이 염소 성분이 체류한 상태에서 웨이퍼(13)를 대기에 노출시켰을 경우, 염소와 대기 중의 수분이 반응해서 염산이 생성되어 자성막(15)을 갖는 웨이퍼 표면이 부식되어 버리는 문제가 생긴다.
그러나, 본 장치는 자성막(15)이나 금속 산화막(16)의 플라스마 에칭 후에 자성막(15)이나 금속 산화막(16)의 표면에 보호막으로서 SiN막을 성막할 수 있는 챔버(도시하지 않음)를 갖고 있기 때문에, Cl2 가스를 포함한 조건에서 자성막(15)이나 금속 산화막(16)을 플라스마 에칭해도 대기 중의 수분과 체류한 염소 성분이 반응하지 않는다. 따라서, 웨이퍼 표면이 부식되지도 않는다.
이후, 소정 매수의 웨이퍼(13)의 자성막(15)과 금속 산화막(16)의 플라스마 에칭이 완료될 때까지 전술한 플로를 반복한다.
이상, 전술한 본 실시예에 의해 본 발명은 적어도 자성막(15)을 에칭한 후, 자성막계의 퇴적물을 Cl2 가스로 제거하고 산화물계의 퇴적물을 BCl3 가스로 제거하는 제1 클리닝과, 제1 클리닝에서 잔류한 붕소를 CF4 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 이용해서 제거하는 제2 클리닝을 실시하는 것에 의해, 자성막(15)과 금속 산화막(16)을 갖는 적층 구조의 웨이퍼의 디바이스 특성의 악화, 즉 잔류 붕소에 의한 금속 산화막(16)의 환원 방지를 도모함과 함께 자성막(15)과 금속 산화막(16)이 플라스마 에칭된 에칭 처리실 내의 퇴적물을 효율적으로 제거하는 것이다.
또한, 본 실시예에서는, 플라스마 에칭 장치로서 유도 결합형 플라스마 에칭 장치의 예로 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니며, 마이크로파 플라스마 에칭 장치, 용량 결합형 플라스마 에칭 장치, 헬리콘파 플라스마 에칭 장치 등에서도 적용할 수 있다.
또한 본 실시예에서는, 제1 플라스마 클리닝의 가스로서 염소 가스를 사용했지만, HCl 가스, CCl4 가스 등의 염소 원소를 함유하는 가스여도 된다. 또한, 본 실시예에서는, 제2 플라스마 클리닝의 가스로서 O2 가스를 사용했지만, CO 가스, CO2 가스 등의 산소 원소를 함유하는 가스여도 된다.
1 : 유도 안테나 1a : 제1 유도 안테나
1b : 제2 유도 안테나 2 : 방전부
3 : 플라스마 처리실 4 : 정합기
5 : 가스 공급 장치 6 : 전극
7 : 서셉터 8 : 플라스마
9 : 배기 장치 10 : 패러데이 실드
11 : 제1 고주파 전원 12 : 제2 고주파 전원
13 : 웨이퍼 14 : 실리콘 기판
15 : 자성막 16 : 금속 산화막
17 : 탄탈륨(Ta)막

Claims (10)

  1. 제1 자성막과 상기 제1 자성막의 위쪽에 배치된 금속 산화막과 상기 금속 산화막의 위쪽에 배치된 제2 자성막이 적층된 적층막에 마스크의 패턴을 형성하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
    상기 마스크를 이용해서 상기 제2 자성막을 플라스마 에칭하는 에칭 공정과,
    상기 에칭 공정 후, 상기 자성막이 플라스마 에칭된 처리실을 플라스마 클리닝하는 클리닝 공정을 갖고,
    상기 클리닝 공정은, 염소 가스와 삼염화붕소 가스의 혼합 가스를 이용해서 플라스마 클리닝하는 제1 플라스마 클리닝과, 상기 제1 플라스마 클리닝 후, 사불화탄소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용해서 플라스마 클리닝하는 제2 플라스마 클리닝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자성막 및 상기 제2 자성막은, 철, 코발트, 니켈의 중 어느 하나의 원소를 함유하는 막인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 공정은, 상기 금속 산화막과 상기 제1 자성막을 더 플라스마 에칭하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 공정은, 제1 자성막을 플라스마 에칭하지 않는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화막은, 산화마그네슘막인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 마스크의 재료는, 탄탈륨막이고,
    염소 가스를 이용해서 상기 제2 자성막을 플라스마 에칭하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적층막은, 자성막과 자성막 사이에 금속 산화막이 배치된 구조를 갖는 MTJ 소자로 되는 적층막인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 공정은, 패러데이 실드(Faraday shield)를 구비하는 유전 결합형 플라스마 에칭 장치를 이용해서 상기 제2 자성막을 플라스마 에칭하고,
    상기 제2 플라스마 클리닝에 있어서의 상기 패러데이 실드에 인가되는 고주파 전압을 상기 제1 플라스마 클리닝에 있어서의 상기 패러데이 실드에 인가되는 고주파 전압보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
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