JP2000183287A

JP2000183287A - 誘電体薄膜のエッチング方法及び半導体装置

Info

Publication number: JP2000183287A
Application number: JP10358171A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Urashima; 仁浦島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2000-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】下部電極上に形成された誘電体薄膜のエッチ
ングにおいて、エッチング面及びマスク側壁へ付着する
残渣を効果的に除去することを課題とする。【解決手段】下部電極上に形成された誘電体薄膜を不
活性ガスを含むエッチングガスにより当初の膜厚の１０
〜５０％残存するようにエッチングする第１エッチング
工程、不活性ガスを含まないエッチングガスにより残存
する誘電体薄膜をエッチングすると共に下部電極をオー
バーエッチングする第２エッチング工程、剥離剤での洗
浄工程からなることを特徴とする誘電体薄膜のエッチン
グ方法により上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体薄膜のエッ
チング方法及び半導体装置に関する。更に詳しくは、本
発明は、誘電体薄膜を構成要素とする不揮発性メモリー
素子やＤＲＡＭ用キャパシター等の半導体装置における
誘電体薄膜を微細加工する際のエッチング方法及びその
方法でパターニングされた誘電体薄膜を含む半導体装置
に関する。本発明は、特に下部電極上に積層された誘電
体薄膜に適用される。

【０００２】

【従来の技術】現在、誘電体の一種である強誘電体の自
発分極特性を利用した誘電体メモリやＤＲＡＭ等の半導
体装置の開発が盛んに行われている。これらの半導体装
置の開発では、誘電体薄膜を用いた微小キャパシタを高
精度に再現性よく製造する微細加工技術の確立が不可欠
である。

【０００３】上記微細加工技術として、ドライエッチン
グ方法がある。このドライエッチング方法としては、Ａ
ｒのような不活性ガスを用いたイオンミリングやスパッ
タエッチングのような物理エッチング、塩素やフッ素等
のハロゲン元素を含むガスにを用いた化学（反応性）エ
ッチング、またそれらのガスを混合することにより両方
のエッチング効果を利用したエッチングがある。例え
ば、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉）膜を、レジストマ
スクを用いてＢＣｌ₃とＡｒとの混合ガスでエッチング
する方法（第４４回応用物理学関係連合講演会予稿集
（１９９７年春季）３０ｐ−ＺＦ−２）や、ＰＺＴ（Ｐ
ｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）膜を、ＳＯＧ製マスクを用いて
Ｃｌ₂とＡｒとの混合ガスでエッチングする方法（Ｊｐ
ｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３４，７６７
−７７０（１９９５）が報告されている。

【０００４】これらの技術を用いて、従来では例えば次
のような方法により誘電体薄膜がエッチングされてい
る。すなわち、ＳｉＯ₂／ＴａＳｉＮ／Ｉｒ／ＳＢＴが
下からこの順に積層されてなる基板においてＳＢＴ層
（誘電体薄膜）をエッチングする際には、先ず、誘電体
薄膜上にレジストからなるマスクを形成し、マスクに被
覆されていない部分をＥＣＲ（Electron Cyclotron Res
onance）エッチング装置でエッチングする。エッチング
に使用するガスには、例えばＡｒ及びＣ₂Ｆ₆が使用さ
れ、それぞれの流量が４０／４０ＳＣＣＭとなるように
調整される。エッチング条件は、一般に、トータル圧力
が０．１８〜０．２７Ｐａ、マイクロ波パワーが１００
０Ｗ、ＲＦパワーが１００〜１５０Ｗとされる。

【０００５】上記エッチングにおいて、エッチング速度
はエッチング対象の面内で多少の違いがあるため、ＳＢ
Ｔ層のエッチング残りが無いように、通常、下部電極が
その当初の膜厚の３０％程度オーバーエッチングされ
る。エッチング終了後、エッチング面やマスク側壁に付
着した残渣を取り除くために、約３．５重量％の塩酸水
溶液に５分間浸漬処理し、続いて水洗する。更に、マス
クをアッシング及び除去液により除去する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
従来のエッチングプロセスにおいて、次のような問題が
報告されている。すなわち、エッチングの際に被エッチ
ング材料の構成元素とエッチングガスとの反応によって
生じた生成物が、エッチング面やマスク側壁に残渣とし
て再付着してしまうことである。

【０００７】この残渣は、特に下部電極をオーバーエッ
チングしたときに顕著に生じる。すなわち、不活性ガス
を含むエッチングガスと下部電極の構成元素とが反応し
て生じたエッチング面やマスク側壁に付着した残渣は、
非常に強固に付着しており、剥離剤による除去処理が困
難であった。その結果、エッチングによる微細加工が高
精度にできないという深刻な問題が発生していた。本発
明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、エ
ッチングの際のエッチング面及びマスク側壁に付着する
残渣の低減及びそれを効果的に除去することが可能とな
るエッチング方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者等は、検
討の結果、特定の２種類のエッチングガスを用いて誘電
体薄膜のエッチングを２段階で行うことにより、エッチ
ングから生じる残渣を低減し、その残渣が剥離剤で容易
に除去することができることを見い出し本発明に至っ
た。

【０００９】かくして本発明によれば、下部電極上に形
成された誘電体薄膜を不活性ガスを含むエッチングガス
により当初の膜厚の１０〜５０％残存するようにエッチ
ングする第１エッチング工程、不活性ガスを含まないエ
ッチングガスにより残存する誘電体薄膜をエッチングす
ると共に下部電極をオーバーエッチングする第２エッチ
ング工程、剥離剤での洗浄工程からなることを特徴とす
る誘電体薄膜のエッチング方法が提供される。また、本
発明によれば、基板、下部電極、誘電体薄膜及び上部電
極とから構成され、誘電体薄膜が上記エッチング方法に
よりパターニングされている半導体装置が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明では、下部電極上の誘電体
薄膜が、不活性ガスを含むエッチングガスによりエッチ
ングする第１エッチング工程、不活性ガスを含まないエ
ッチングガスによりエッチングする第２エッチング工程
により所望の形状にエッチングされる。ここで、２段階
でエッチングされているのは、次の理由による。まず、
誘電体薄膜をエッチングする場合、そのエッチングを完
全に行うために、通常下部電極がオーバーエッチングさ
れる。ここで、第１エッチング工程で使用されるエッチ
ングガスのみを使用した場合、オーバーエッチング時に
生じる下部電極由来の残渣を、除去剤で取り除くことが
困難である。

【００１１】次に、第２エッチング工程で使用されるエ
ッチングガスのみを使用した場合、誘電体薄膜由来の残
渣が多量に発生し、これを除去剤で取り除くことも困難
である。しかしながら、このエッチングガスを用いて下
部電極をエッチングした際に生じる残渣は、除去剤で取
り除くことができる。このような観点から、２種類のエ
ッチングガスを組合わせることにより、誘電体薄膜を容
易にエッチングすることができることを見い出した。

【００１２】以下、本発明を具体的に説明する。まず、
本発明に用いられる下部電極は、特に限定されず、公知
の材料からなる電極をいずれも使用することができる。
特に、後述する誘電体薄膜及び上部電極等の形成工程に
おける熱処理に耐える金属であることが好ましい。具体
的にはＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ又はＲｕ等の貴金
属やそれらの酸化物が用いられる。また、下部電極は、
２層構造や３層構造の多層構造を有していてもよい。多
層構造を有する場合、その最上層は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ
及びＲｈからなる群より選ばれた金属もしくはそれらの
合金又はそれらの酸化物であることが特に好ましい。

【００１３】下部電極の膜厚としては、素子の大きさ、
用途、形成方法に応じて適宜調整することができるが、
例えば１００〜３００ｎｍとすることが好ましい。上記
下部電極は、印刷法、スピンコート法、ゾルゲル法等の
塗布焼成法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング
法、レーザーアブレーション法等により基板上に形成さ
れる。

【００１４】下部電極上には誘電体薄膜が形成される。
誘電体薄膜を構成する誘電体としては、通常使用される
ものであれば特に限定されない。この内、強誘電体が好
ましい。また、強誘電体としては、通常使用されるもの
であればよく、特に、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ₃）をはじめとするＰｂ系のペロブスカイト構造化合
物や、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉）をはじめとした
Ｂｉ系の層状ペロブスカイト構造化合物が好ましい。Ｂ
ｉ系の層状ペロブスカイト構造化合物としては、例え
ば、Ｂｉ₂Ａ_m-1Ｂ_mＯ_3m+3 （ＡはＮａ，Ｋ，Ｐｂ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ及びＢｉ；Ｂ
はＦｅ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ及びＭｏから選択された
ものであり、ｍは自然数である）で示される強誘電体が
挙げられる。

【００１５】具体的には、Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂、ＳｒＢｉ₂
Ｔａ₂Ｏ₉、ＳｒＢｉ₂Ｎｂ₂Ｏ₉、Ｂｉ ₂Ｎｂ₂Ｏ₉、ＢａＢ
ｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉、ＰｂＢｉ₂Ｎｂ₂Ｏ₉、ＰｂＢｉ₂Ｔａ
₂Ｏ₉、ＰｂＢｉ₄Ｔｉ₄Ｏ₁₅、ＳｒＢｉ₄Ｔｉ₄Ｏ₁₅、Ｂａ
Ｂｉ₄Ｔｉ₄Ｏ₁₅、ＰｂＢｉ₄Ｏ₁₅、Ｓｒ₂Ｂｉ₄Ｔｉ
₅Ｏ₁₈、Ｐｂ₂Ｂｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₈、Ｎａ_0.5Ｂｉ_4.15、Ｋ_0.5
Ｂｉ_4.5Ｔｉ₄Ｏ₁₅等が挙げられる。中でもＳｒＢｉ₂Ｔ
ａ₂Ｏ₉（ＳＢＴ）は、分極反転に伴う特性劣化（膜疲
労）が少なく、低電圧で分極反転が可能なため、長寿命
で低電圧駆動が可能なデバイスに適用できるものとして
特に好ましい。

【００１６】なお、これらの誘電体はその多くが酸化物
であり、その結晶化には、一般に６００℃以上の高温下
で酸化ガス雰囲気中での熱処理が行われる。誘電体薄膜
の膜厚としては、素子の大きさ、用途、形成方法等に応
じて適宜調整することができるが、例えば１００〜３０
０ｎｍとすることが好ましい。上記誘電体薄膜は、印刷
法、スピンコート法、ゾルゲル法等の塗布焼成法、ＣＶ
Ｄ法、真空蒸着法、スパッタリング法、レーザーアブレ
ーション法等の方法で下部電極上に形成することができ
る。

【００１７】次に、誘電体薄膜をエッチングする前に、
所望の領域のみをエッチングするために、マスクを形成
してもよい。マスクに使用することができる材料とし
て、公知の材料をいずれも使用することができる、例え
ば、金属、酸化シリコン等が挙げられる。中でもフォト
レジストからなるマスクが好ましい。誘電体薄膜は、不
活性ガスを含むエッチングガスにより、誘電体薄膜を当
初の膜厚の１０〜５０％残存するようにエッチングする
第１エッチング工程に付される。第１エッチング（及び
以下で説明する第２エッチング）は、例えば、ＥＣＲエ
ッチング法を採用することができるが、この方法に限定
されない。

【００１８】具体的には、第１エッチング工程で残存す
る誘電体薄膜の膜厚は、当初の膜厚が１００ｎｍである
場合、１０〜５０ｎｍであることが好ましい。当初の膜
厚の１０％より薄くなった場合は、エッチングは通常完
全に均一に行うことができないため、部分的に下部電極
がエッチングされる恐れがあり、剥離剤で除去できない
誘電体薄膜の残渣が発生する恐れがあるので好ましくな
い。また、膜厚が当初の膜厚の５０％を超えると、第２
エッチング工程に使用されるエッチングガスにより生じ
る残渣を剥離剤により、除去することが困難となり好ま
しくない。

【００１９】本発明の方法に用いられる不活性ガスを含
むエッチングガスとしては、誘電体薄膜のエッチングに
通常使用されるものであれば特に限定されない。例え
ば、Ａｒのような不活性ガス単独、不活性ガスと、Ｃ₂
Ｆ₆、ＳＦ₆、ＣＦ₄、ＣＨＦ ₃、Ｃｌ₂………………
等のハロゲン元素を含むガスとの混合ガスが挙げられ
る。更に、ＣＨ₄のような炭化水素ガスを含んでいても
よい。中でもエッチングにより生じる残渣がより少ない
点で、ハロゲン元素を含むガスと不活性ガスとの混合ガ
スを使用することが好ましい。

【００２０】また、これらのエッチングガスは、一般に
誘電体薄膜の材質によって選択される。例えば、誘電体
薄膜がＰＺＴの場合、Ｃｌ₂、Ａｒ及びＣＨ₄からなる
混合ガスを使用することが好ましい。第１エッチング工
程の条件は、ＥＣＲエッチング法の場合、圧力は０．１
３〜０．２６Ｐａ、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）パワ
ーは１０００〜２０００Ｗ、ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）
パワーは６０〜２００Ｗ、エッチング時間は２〜８分と
することが好ましい。更に、エッチングガスとして、ハ
ロゲン元素を含むガスと不活性ガスとの混合ガスを使用
する場合、前者は５〜９０ＳＣＣＭ、後者は５〜９０Ｓ
ＣＣＭの流量であることが好ましい。

【００２１】次に、不活性ガスを含まないエッチングガ
スにより、残りの誘電体薄膜をエッチングする第２エッ
チング工程に付される。なお、この際、下部電極はエッ
チング（いわゆるオーバーエッチング）される。なお、
オーバーエッチングは、誘電体薄膜のエッチング残りを
なくするために行われるので、残渣をより低減する観点
から、できるだけオーバーエッチングされる下部電極を
少なくすることが好ましい。具体的には、オーバーエッ
チングされる下部電極の膜厚は、２０ｎｍ以下であるの
が好ましい。

【００２２】第２エッチング工程に用いられる不活性ガ
スを含まないエッチングガスとしては、例えば、Ｃ
ｌ₂、Ｃ₂Ｆ₆、ＳＦ₆、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃等のハロゲ
ン元素を含むガス及びハロゲン元素を含むガスとＣＨ₄
のような炭化水素ガスとを含む混合ガスが挙げられる。
中でもエッチングにより生じる残渣が少ない、ハロゲン
元素を含むガスと炭化水素ガスとを含む混合ガスを使用
することが好ましい。ここで、レジストからなるマスク
を使用した場合は、エッチングガスにはＣＨ ₄ガスを含
むことが好ましい。ＣＨ₄ガスは、マスク側壁にポリマ
ー状の保護膜を形成し、マスク側面がエッチングされて
パターン幅が減少するのを抑える作用をする。但し、こ
の保護膜は、残渣として残ることがあるため、エッチン
グガス中の割合を大きくすることは望ましくない。従っ
て、ＣＨ₄ガスは、全ガス流量に対して１〜５％である
ことが好ましい。

【００２３】第２エッチング工程の条件は、ＥＣＲエッ
チング法の場合、圧力は０．１３〜０．２６Ｐａ、マイ
クロ波（２．４５ＧＨｚ）パワーは５００〜２０００
Ｗ、ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）パワーは６０〜２００
Ｗ、エッチング時間は２０〜１２０秒とすることが好ま
しい。更に、エッチングガスとして、ハロゲン元素を含
むガスと炭化水素ガスとの混合ガスを使用する場合、前
者は３０〜１００ＳＣＣＭ、後者は１〜１０ＳＣＣＭの
流量であることが好ましい。

【００２４】次いで、第１及び第２エッチング工程によ
り発生した残渣を剥離剤によって除去する。この剥離剤
としては、誘導体薄膜をエッチングした際に生じる残渣
を除去するために通常使用されるものをいずれも使用す
ることができる。具体的には、水、酸（例えば塩酸）、
アルカリ（例えばヒドロキシルアミン）又は有機剥離剤
（例えばヒドロキシルアミン）を使用することができ
る。これらの剥離剤の中でも、水又は塩酸水溶液が好ま
しい。なお、この剥離剤による除去は、第２エッチング
工程の後にのみ行われればよいが、第１エッチング工程
の後にも行ってもよい。剥離剤による除去が行われた
後、任意に水による洗浄及び乾燥を行ってもよい。

【００２５】また、マスクを使用した場合、マスクはア
ッシングや除去液等の通常の方法により除去することが
できる。更に、本発明によれば、基板、下部電極、誘電
体薄膜及び上部電極とから構成され、誘電体薄膜が上記
エッチング方法によりパターニングされている半導体装
置が提供される。上記基板としては特に限定されるもの
ではなく、ＳｉやＧａＡｓ等からなる半導体基板等を用
いることができる。また、これらの基板には、その表面
にＳｉＮ、ＳｉＯ₂等の絶縁膜、所望の回路を構成する
素子やこれらを被覆する層間絶縁層、又はこれらが組み
合わされて形成されていてもよい。

【００２６】上部電極は、下部電極と同様、通常電極と
して使用することができる材料から構成される。具体的
にはＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ又はＲｕ等の金属や
それらの酸化物が用いられる。上部電極の形成法は、金
属ペーストを用いる印刷法、スピンコート法、ゾルゲル
法等の塗布焼成法が挙げられる。本発明の方法によりエ
ッチングされた誘電体薄膜は、エッチングによる残渣が
低減し、残渣も剥離剤により効果的に除去されるので、
加工寸法のシフトや精度劣化等を大幅に改善することが
できる。従って、半導体装置をより高集積化することが
できる。

【００２７】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、これにより本発明は限定されるものではな
い。先ず、本発明者は、誘電体薄膜エッチングにおけ
る、エッチングガスの違いによる残渣の量及びその除去
の可否について詳細な実験を行った。その実験結果の概
要を以下に示す。

【００２８】実験例（１）膜厚２００ｎｍのＳＢＴ層（誘電体薄膜）をレジストマ
スクを使用してエッチングすると共に下部電極をオーバ
ーエッチングするに際して、ＡｒとＣｌ₂との混合ガス
のみを用いた場合、厚さ約５０〜１００ｎｍの残渣がエ
ッチング面及びマスク側壁に付着した。そしてこの残渣
は酸やアルカリ等の剥離剤への浸漬によって溶解除去で
きなかった。

【００２９】実験例（２）膜厚２００ｎｍのＳＢＴ層（誘電体薄膜）をレジストマ
スクを使用してエッチングすると共に下部電極をオーバ
ーエッチングするに際して、Ｃｌ₂、Ｃ₂Ｆ₆及びＣＨ₄の
混合ガスのみを用いた場合に生じる残渣は、剥離剤によ
る除去が困難であった。一方、同じエッチングガスによ
り膜厚５０ｎｍ以下の誘電体薄膜をエッチングすると共
に下部電極をオーバーエッチングした場合、エッチング
面及びマスク側壁に残渣が確認されたが、その残渣は剥
離剤により除去可能であることが分かった。

【００３０】実験例（３）膜厚２００ｎｍのＳＢＴ層（誘電体薄膜）のみをエッチ
ングするに際して、ＡｒとＣ₂Ｆ₆との混合ガスを用いた
場合、残渣の厚さは約１０ｎｍ以下と薄く、この残渣
は、約３．５重量％の塩酸水溶液に５分間浸漬し、水洗
することにより除去可能であった。またこの実験例
（３）と同様の効果は、エッチング混合ガスの内の１つ
であるＣ₂Ｆ₆の代わりにＳＦ₆、ＣＦ₄又はＣＨＦ₃を用
いても得られた。

【００３１】しかしながら、実験例（３）のエッチング
ガス（ＡｒとＣ₂Ｆ₆との混合ガス）を用いて、下部電極
をエッチングした場合に生じる残渣は剥離剤により除去
するのが困難であった。以上の結果から、実験例（１）
及び（２）のエッチングガスと、実験例（３）のエッチ
ングガスとを組合わせることが好ましいことが判った。

【００３２】実験例( ４) Ｉｒの下部電極上に成膜したＳＢＴの誘電体薄膜上にレ
ジストからなるマスクを形成し、マスクに覆われない部
分をＡｒ及びＣ₂Ｆ₆からなるエッチングガスでエッチ
ングし、塩酸により浸漬処理した後、マスクを除去し
た。この基板の表面形状を観察すると面内に残渣が付着
していることが認められる。これは、下部電極に用いた
Ｉｒの反応性が低いが為に、スパッタされた原子が側壁
に再付着したためと考えられる。

【００３３】一方、エッチングガスとして、Ｃｌ₂、Ｃ₂
Ｆ₆及びＣＨ₄の混合ガスを用いて、膜厚５０ｎｍ以下の
ＳＢＴをエッチングした場合に、約３．５重量％の塩酸
水溶液に５分間浸漬し、水洗した後にレジストパターン
を除去し、塩酸により残渣を剥離した。この基板の表面
形状を観察すると残渣は確認されず、除去されているこ
とが分かった。これらの事項から誘電体薄膜のエッチン
グを行う際、不活性ガスを含むエッチングガスにより当
初の膜厚の１０〜５０％残存するように誘電体薄膜をエ
ッチングし、次いで、不活性ガスを含まないエッチング
ガスを用いて、残存する誘電体薄膜をエッチングすると
共に下部電極をオーバーエッチングした場合は、残渣を
低減し、その残渣も剥離剤により除去できることが分か
った。

【００３４】実施例１本実施例に用いたエッチング対象物の膜構造を図１に示
す。シリコン基板１の表面に、熱酸化法により膜厚６０
０ｎｍの酸化シリコン層２を形成し、その上部に、下か
ら順にＴａＳｉＮ３／Ｉｒ４を備えた下部電極をスパッ
タ法により膜厚１００／１５０ｎｍに形成した。さら
に、ゾルーゲル法により膜厚１２０ｎｍのＳＢＴ層を積
層し誘電体薄膜５とした。誘電体薄膜５の上に、フォト
レジストのマスク６を形成した〔図２（ａ）〕。マスク
に覆われない誘電体薄膜５をエッチングするのに、ＥＣ
Ｒ（Electron Cyclotron Resonance）エッチング装置を
用いた。

【００３５】先ず、不活性ガスを含むエッチングガスを
用いた第１エッチング工程では、エッチングガスとして
Ａｒ及びＣ₂Ｆ₆の混合ガスを使用した。この混合ガス
は、流量をそれぞれ４０／４０ＳＣＣＭとなるようにエ
ッチング室内に導入し、エッチング室内の圧力を０．１
８〜０．２７Ｐａ、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）のパ
ワーを１０００Ｗ、ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）のパワー
を１００〜１５０Ｗ、エッチング時間を１９５秒とし
た。この条件での誘電体薄膜５のエッチング速度は１８
〜２５ｎｍ／分であった。これにより、誘電体薄膜５の
エッチングを、そのエッチング部分の膜厚が３０ｎｍに
なるまで行った〔図２（ｂ）〕。

【００３６】続いて、このエッチングで発生した残渣７
を、約３．５重量％の塩酸水溶液に５分間浸漬し、水洗
・乾燥を行うことにより除去した〔図２（ｃ）〕。次
に、不活性ガスを含まないエッチングガスを用いた第２
エッチング工程では、エッチングガスとしてＣｌ₂及び
Ｃ₂Ｆ₆の混合ガスを使用した。エッチングガスは、流量
をそれぞれ２０／４６ＳＣＣＭとなるようにエッチング
室内に導入し、エッチング室内の圧力を０．１８〜０．
２７Ｐａ、マイクロ波のパワーを１０００Ｗ、ＲＦのパ
ワーを２００Ｗ、エッチング時間を６０秒とした。この
条件で、誘電体薄膜５の残膜が完全に除去されるよう、
誘電体薄膜５をエッチングすると共に下部電極をオーバ
ーエッチングした〔図２（ｄ）〕。

【００３７】このときのエッチング速度はおよそ６０ｎ
ｍ／分であった。このエッチングでは、Ｉｒの下部電極
がオーバーエッチされるため、誘電体薄膜５及びレジス
トマスク６の側壁に残渣７が発生した。この残渣７を、
約３．５％の塩酸水溶液に５分間浸漬し、水洗・乾燥し
た。そして、レジストマスク６をアッシングおよび除去
液を用いて除去した〔図２（ｅ）〕。

【００３８】以上のように行われた誘電体薄膜のエッチ
ングでは、エッチング面及びレジストパターン側壁に残
渣を残さず、誘電体薄膜を効果的にエッチングすること
ができた。このウェハーの断面構造を〔図２（ｄ）〕に
示す。

【００３９】実施例２以下の条件以外は、実施例１と同様の条件で、誘電体薄
膜をエッチングし、次いでエッチングにより生じた残渣
を剥離剤により除去した。不活性ガスを含まないエッチ
ングガスによる第２エッチング工程では、エッチングガ
スとしてＣｌ₂、Ｃ₂Ｆ₆及びＣＨ₄の混合ガスを使用し、
エッチングガスの流量をそれぞれ２０／４６／１．４Ｓ
ＣＣＭとなるように導入し、トータル圧力を０．１８〜
０．２７Ｐａとし、マイクロ波のパワーを１０００Ｗ、
ＲＦのパワーを１００〜２００Ｗ、エッチング時間を２
１０秒とした。

【００４０】このエッチングによれば、エッチング面及
びレジストパターン側壁に残渣を残さず、誘電体薄膜５
を効果的にエッチングすることができた。そしてさらに
下部電極４がオーバーエッチングされた。このウェハー
の断面構造を〔図２（ｄ）〕に示す。

【００４１】実施例３実施例１及び２によりエッチングされた誘電体薄膜５上
に、上部電極を積層した。次いで、上部電極を所望の形
状にパターニングしてキャパシタ（半導体装置）を形成
した。更に、トランジスタ等からなる回路と組み合わせ
ることにより、高集積の不揮発性半導体記憶装置を製造
することができた。

【００４２】

【発明の効果】本発明のエッチング方法を用いること
で、従来の単一工程のエッチングでは極めて困難であっ
たエッチング面及びマスク側壁に付着する残渣の低減及
び剥離剤による除去が効果的に行える。従って、これら
の残渣に起因する加工寸法のシフトや精度劣化等が大幅
に改善できるため、強誘電体メモリデバイスなどの高集
積化が可能となる。また、上記実施例の場合、マスクと
してレジストを使用することが可能であり、従来のメタ
ルマスクやＳｉＯ₂製マスクを形成するために必要なマ
スク工程を省略することも可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエッチング対象物の断面構造を示す概
略図である。

【図２】本発明のエッチングの工程を示す、エッチング
対象物の断面図である。

【符号の説明】

１シリコン基板２酸化シリコン３下部電極バリア層（ＴａＳｉＮ）４下部電極（Ｉｒ）５誘電体薄膜（ＳＢＴ）６レジストマスク７残渣

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/8242 21/8247 29/788 29/792 Ｆターム(参考） 5F001 AA17 AG10 5F004 AA09 BA14 BB11 BB13 BB14 CA01 DA00 DA01 DA02 DA04 DA11 DA16 DA18 DA22 DA23 DA25 DB00 DB13 EA10 EA13 EA28 EA29 EB08 5F038 AC05 AC15 AC17 AC18 EZ14 EZ15 EZ20 5F083 AD21 FR01 GA27 JA14 JA17 JA38 JA43 PR03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下部電極上に形成された誘電体薄膜を不
活性ガスを含むエッチングガスにより当初の膜厚の１０
〜５０％残存するようにエッチングする第１エッチング
工程、不活性ガスを含まないエッチングガスにより残存
する誘電体薄膜をエッチングすると共に下部電極をオー
バーエッチングする第２エッチング工程、剥離剤での洗
浄工程からなることを特徴とする誘電体薄膜のエッチン
グ方法。
【請求項２】誘電体薄膜が、Ｂｉ系の層状ペロブスカ
イト構造化合物からなる請求項１に記載のエッチング方
法。
【請求項３】Ｂｉ系の層状ペロブスカイト構造化合物
が、ＳｒＢｉ₂Ｔａ ₂Ｏ₉である請求項２に記載のエッ
チング方法。
【請求項４】下部電極が多層構造をなし、その最上層
がＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＲｈからなる群より選ばれた金
属もしくはそれらの合金又はそれらの酸化物からなる請
求項１〜３のいずれか１つに記載のエッチング方法。
【請求項５】第１エッチング工程に使用されるエッチ
ングガスが、更にハロゲン元素を含むガスを含む請求項
１〜４のいずれか１つに記載のエッチング方法。
【請求項６】第２エッチング工程に使用されるエッチ
ングガスが、ハロゲン元素を含むガスと炭化水素ガスと
を含む請求項１〜５のいずれか１つに記載のエッチング
方法。
【請求項７】ハロゲン元素を含むガスが、Ｃｌ₂、Ｃ
₂Ｆ₆、ＳＦ₆、ＣＦ₄又はＣＨＦ₃である請求項５又
は６に記載のエッチング方法。
【請求項８】剥離剤が、水又は塩酸水溶液である請求
項１〜７のいずれか１つに記載のエッチング方法。
【請求項９】基板、下部電極、誘電体薄膜及び上部電
極とから構成され、誘電体薄膜が請求項１〜８のいずれ
か１つに記載のエッチング方法によりパターニングされ
ている半導体装置。