JP2953974B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路のチップ
に内蔵される高誘電体膜または強誘電体膜を容量絶縁膜
として有する容量素子の誘電体膜をドライエッチングに
より微細加工する際の半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子の微細化が進む中で、
電磁波雑音である不要輻射低減対策に有効な高誘電体膜
を容量絶縁膜とする容量素子を内蔵したマイクロコンピ
ュータや、低電圧で動作でき、かつ高速書き込み読み出
しが可能な強誘電体不揮発性ＲＡＭの開発が盛んに行わ
れている。これら高誘電体膜または強誘電体膜のエッチ
ングは等方性エッチングであるウエットエッチングや選
択性のないイオンミリングにより行われてきた。しか
し、これらの方法では高い加工精度と高いエッチング選
択比を実現できないため、近年ドライエッチング技術の
研究開発が盛んに行われている。高誘電体膜または強誘
電体膜のドライエッチングに用いられるエッチングガス
は、主に塩素に代表されるハロゲンまたはその化合物で
あり、塩素単体または塩化水素、塩化炭素等が報告され
ている。
【０００３】以下従来の半導体装置の製造方法につい
て、図面を参照しながら説明する。図４（ａ）〜（ｄ）
は従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図であ
り、まず図４（ａ）に示すように、下電極用白金膜１、
高誘電体膜または強誘電体膜（以下、誘電体膜という）
２および上電極用白金膜３を、酸化珪素膜を堆積した基
板４上に形成する。次に、上電極用白金膜３と誘電体膜
２とを、フォトレジスト膜５をマスクとして図４（ｂ）
に示すように塩素を含むエッチングガスを使用してドラ
イエッチングする。最後に下電極用白金膜１をドライエ
ッチングして容量素子を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の製造方法では、エッチングされた上電極用白金膜３と
誘電体膜２の側壁部６およびドライエッチングにより露
出した下電極用白金膜１の表面７には、放電によりエッ
チングガスが分解して生成される塩素の原子、イオンま
たはラジカル等が大量に付着し、これらの塩素の原子、
イオンまたはラジカル等が水分と容易に反応して酸性の
水溶液、すなわち塩酸となり、酸化物よりなる誘電体膜
は塩酸と激しく反応して侵食される。
【０００５】そのため、塩酸に曝されている側壁部６の
誘電体膜２は、図４（ｃ）に示すように塩酸に溶解して
欠損部８が発生したり、または図４（ｄ）に示すように
誘電体とは異なる他の物質９に変化して容量絶縁膜とし
ての機能を喪失したりして、容量素子の短絡や漏れ電流
の増加が多発するという課題を有していた。また、この
水分の吸着は、半導体装置の製造工程において、基板を
大気中に曝したり、水洗したりする等の作業中に必ず発
生し、避けることができないものである。
【０００６】このような不都合は臭素や沃素をエッチン
グガスに使用した場合においても認められる。
【０００７】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、誘電体膜の側壁部やエッチングにより露出する部
分に残留する塩素、臭素または沃素等の量を低減でき、
したがって誘電体膜の侵食や容量素子の短絡等の発生を
抑制することができる半導体装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、回路素子や配線等が形成された基板上に絶
縁膜、下電極用白金膜、誘電体膜および上電極用白金膜
を形成し、上電極用白金膜および誘電体膜を塩素、臭素
および沃素の少なくとも一種を含むエッチングガスを使
用して選択的にドライエッチングした後、弗素を含むガ
スを放電させることにより発生するプラズマを照射する
ものである。
【０００９】
【作用】したがって本発明によれば、上電極用白金膜と
誘電体膜をドライエッチングした後に水分と反応するこ
とがない弗素を含むガスを放電させることにより発生す
るプラズマを照射して側壁部等に残留する塩素、臭素お
よび沃素の少なくとも一種を弗素と置換させるために、
側壁部の誘電体膜の侵食や変質を抑制でき、その結果容
量素子の短絡や漏れ電流の増加をなくすことができる。
【００１０】
【実施例】以下本発明の実施例について、図１を参照し
ながら従来例と同一部分には同一符号を付して説明す
る。
【００１１】図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例にお
ける半導体装置の製造方法における容量素子の形成工程
を示す図である。
【００１２】まず図１（ａ）に示すように上電極用白金
膜３と誘電体膜２を、塩素を含むエッチングガスにより
ドライエッチングする。このとき上電極用白金膜３と誘
電体膜２の側壁部６、ならびにエッチングにより露出し
た下電極用白金膜１の表面７には、放電によりエッチン
グガスが分解して生じた塩素の原子、イオンまたはラジ
カル等が大量に付着する。
【００１３】次に、上記ドライエッチングにより塩素の
原子およびイオン、ラジカル等が大量に付着した基板４
に弗素またはそれを含むガスを放電させて発生させたプ
ラズマを照射し、付着した塩素の原子等を弗素の原子に
よって置換する。
【００１４】この場合、塩素が側壁部６の白金や誘電体
と強く結合した状態でないため、活性な弗素プラズマを
照射することにより容易に除去することができる。つま
り、上電極用白金膜３と誘電体膜２をドライエッチング
した後に弗素を含むガスを放電させることにより発生す
るプラズマを照射すると、図１（ｂ）に示すように塩素
は弗素により容易に置換され、図１（ｃ）に示すように
側壁部６や下電極用白金膜１の表面は水分と反応しにく
い弗素によって覆われることになる。
【００１５】そして、下電極用白金膜１を選択的にドラ
イエッチングして容量素子の電極を所定のパターンに形
成する。
【００１６】次に本発明の参考例について、図２を用い
て説明する。図２（ａ），（ｂ）は本発明の参考例とし
てドライエッチング後の熱処理によって側壁部６に付着
した塩素の原子等の除去を行う工程を示す図である。
【００１７】図２（ａ）に示すように第１の実施例と同
様に上電極用白金膜３と誘電体膜２をドライエッチング
した後、側壁部６や下電極用白金膜１の表面７に塩素の
原子、イオンまたはラジカル等が大量に付着した基板４
を図２（ｂ）に示すように加熱処理を行うことによって
付着した塩素の原子等を除去することができる。この加
熱処理で、第１の実施例で述べたように塩素が側壁部６
の白金や誘電体と強く結合した状態でないため、熱エネ
ルギーを基板４に与えることにより容易に脱離する。
【００１８】そして、下電極用白金膜１を選択的にドラ
イエッチングして容量素子の電極を所定のパターンに形
成する。
【００１９】この加熱処理で、実施例で述べたように塩
素が側壁部６の白金や誘電体と強く結合した状態でない
ため、熱エネルギーを基板４に与えることにより容易に
脱離する。
【００２０】次に実施例および参考例において得られた
半導体装置の基板４上に残留した塩素濃度の変化を図３
に示す。なお、図３に示した値は、第１の実施例におい
て四弗化炭素５０ｓｃｃｍ、圧力１Ｔｏｒｒ、ＲＦパワ
ー１００Ｗ負荷という条件で放電させて得た弗素プラズ
マを３０秒間照射して測定したものであり、また第２の
実施例においては基板を大気圧と同じ窒素雰囲気中に保
持し、温度１８０℃で６０秒間加熱して測定したもので
ある。この図において、縦軸は残留塩素濃度を表し、塩
素を含むエッチングガスによりドライエッチングした直
後の残留塩素濃度を基準としている。横軸は本発明の実
施例および参考例におけるそれれの処理を表す。
【００２１】図３から明らかなように、弗素を含むガス
を放電させて発生するプラズマを照射することにより、
残留塩素濃度が約１／３まで低減されていることがわか
る。
【００２２】また基板４の加熱により残留塩素濃度が同
じく約１／３まで低減され、第１の実施例で示した弗素
プラズマの照射後と同等の効果があることがわかる。
【００２３】このように上記実施例によれば、基板に水
分が吸着しても酸性の侵食性水溶液が形成されることが
ないため、側壁部の誘電体膜が侵食されたり変質したり
することがなく、容量素子の短絡や漏れ電流の増加を防
止することができる。
【００２４】なお、エッチングガスとして上述の実施例
では塩素を用いたが、塩素に代えて臭素または沃素を含
むエッチングガス、もしくは塩素，臭素および沃素の二
種以上を混合したエッチングガスを使用しても、上述の
実施例と同等の効果を得ることができた。
【００２５】また第２の実施例において加熱雰囲気とし
て窒素を用いたが、他の不活性ガスを用いても、または
真空中でも同等の効果を得ることができた。さらに加熱
温度を１８０℃としたが、１５０℃以上であって半導体
装置の特性に実質的な変化を生じさせない範囲内の温度
であれば同等の効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は回路素子や配線等が形成された
基板上に絶縁膜、下電極用白金膜、誘電体膜および上電
極用白金膜を形成し、上電極用白金膜および誘電体膜を
塩素、臭素および沃素の少なくとも一種を含むエッチン
グガスを使用して選択的にドライエッチングした後、弗
素を含むガスを放電させることにより発生するプラズマ
を照射しているために、また誘電体膜をドライエッチン
グした後に基板を加熱しているために、ドライエッチン
グ後の容量絶縁膜の側壁部の侵食や変質を抑制でき、容
量素子の短絡や漏れ電流の増加をなくすことができると
いう効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例の半導体装置
の製造方法における容量素子の形成工程図
【図２】（ａ）および（ｂ）は参考例の半導体装置の製
造方法における容量素子の形成工程図
【図３】本発明の実施例および参考例と従来例における
基板上の残留塩素量を比較する特性図
【図４】（ａ）および（ｂ）は従来の半導体装置の製造
方法における容量素子の形成工程図（ｃ）および（ｄ）
は従来の半導体装置の製造方法における課題を説明する
断面図
【符号の説明】
１ 下電極用白金膜 ２ 誘電体膜 ３ 上電極用白金膜 ４ 基板

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回路素子や配線等が形成された基板上に
    絶縁膜、下電極用白金膜、高誘電体膜または強誘電体膜
    および上電極用白金膜を形成し、前記上電極用白金膜お
    よび前記高誘電体膜または強誘電体膜を塩素、臭素およ
    び沃素の少なくとも一種を含むエッチングガスを使用し
    て選択的にドライエッチングした後、弗素またはそれを
    含むガスを放電させることにより発生するプラズマを照
    射することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 弗素またはそれを含むガスを放電させて
    得たプラズマを照射し、前記上電極用白金膜と前記高誘
    電体膜または強誘電体膜の側壁部、ならびにエッチング
    により露出した前記下電極用白金膜の表面に付着したエ
    ッチングガスの分解生成物を弗素で置換することを特徴
    とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
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