JP2956485B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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- H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
- H10P50/26—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of conductive or resistive materials
- H10P50/264—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of conductive or resistive materials by chemical means
- H10P50/266—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of conductive or resistive materials by chemical means by vapour etching only
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特にルテニウム酸化物及びルテニウムを微細加
工できる半導体装置の製造方法に関するものである。
に関し、特にルテニウム酸化物及びルテニウムを微細加
工できる半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ルチル構造を有する代表的な導電
性酸化物（RuO2、IrO2、OsO2、RhO2 ）を応用したマイクロ
エレクトロニクスデバイス（たとえば、ダイナミックラ
ンダムアクセスメモリ（DRAM））の研究開発が著しい進
展を見せている。このマイクロデバイスの製造には、導
電性酸化物の成膜技術やデバイスを形成するための微細
加工などプロセス技術の開発が不可欠である。
性酸化物（RuO2、IrO2、OsO2、RhO2 ）を応用したマイクロ
エレクトロニクスデバイス（たとえば、ダイナミックラ
ンダムアクセスメモリ（DRAM））の研究開発が著しい進
展を見せている。このマイクロデバイスの製造には、導
電性酸化物の成膜技術やデバイスを形成するための微細
加工などプロセス技術の開発が不可欠である。
【０００３】前記導電性酸化物のうち、RuO2をドライエ
ッチングを利用して微細なパターンに加工する技術（例
えば、米国特許第 5,254,217号 (Oct. 19 1993) 公報に
記載されている）や酸素にテトラフルオロメタン（CF
4 ）ガスを添加した反応性イオンエッチング（例えば、
Jpn. J. Appl. Phys. vol. 31, (1992) pp. 135-138 に
記載されている）等が知られている。前記酸素プラズマ
による反応性イオンエッチングでは、圧力を４５mTorr
に保ち、酸素流量を５０sccm、１３．５６MHz の高周波
パワーを２００Ｗ印加した（その時の下部電極に生じる
ＤＣバイアスは−５１６Ｖ）。その結果、エッチレート
が５７Å／分となった。また、前記酸素にCF4 ガスを添
加した反応性イオンエッチングでは、圧力を４０mTorr
に保持、１３．５６MHz の高周波パワーを１５０Ｗ印
加、ガス総流量を３０sccmとした条件において、CF4 添
加率０〜５０％の範囲内で５０〜１００Å／分のエッチ
レートが得られている。
ッチングを利用して微細なパターンに加工する技術（例
えば、米国特許第 5,254,217号 (Oct. 19 1993) 公報に
記載されている）や酸素にテトラフルオロメタン（CF
4 ）ガスを添加した反応性イオンエッチング（例えば、
Jpn. J. Appl. Phys. vol. 31, (1992) pp. 135-138 に
記載されている）等が知られている。前記酸素プラズマ
による反応性イオンエッチングでは、圧力を４５mTorr
に保ち、酸素流量を５０sccm、１３．５６MHz の高周波
パワーを２００Ｗ印加した（その時の下部電極に生じる
ＤＣバイアスは−５１６Ｖ）。その結果、エッチレート
が５７Å／分となった。また、前記酸素にCF4 ガスを添
加した反応性イオンエッチングでは、圧力を４０mTorr
に保持、１３．５６MHz の高周波パワーを１５０Ｗ印
加、ガス総流量を３０sccmとした条件において、CF4 添
加率０〜５０％の範囲内で５０〜１００Å／分のエッチ
レートが得られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置の製
造方法では、RuO2に対する微細加工プロセスにおいて、
酸素プラズマによる反応性イオンエッチングを採用した
場合はもちろん、酸素にCF4 を添加した反応性イオンエ
ッチングを採用しても、高々１００Å／分以下のエッチ
レートしか得られず、ルテニウム酸化物化及びルテニウ
ムを含む半導体装置の製造に際して充分な生産性が得ら
れない。当然のことながら、エッチングマスク材料（た
とえばレジストやシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、そ
のほか金属材料等一般にハードマスクと称されるもの）
も反応性イオンエッチングまたは物理的スパッタリング
によりRuO2エッチレートと同程度かまたはそれ以上のレ
ートで侵食される。よって、RuO2とマスク材料とのエッ
チング比、すなわち選択比は１倍以下と極めて低くなる
ことが充分に予測される。
造方法では、RuO2に対する微細加工プロセスにおいて、
酸素プラズマによる反応性イオンエッチングを採用した
場合はもちろん、酸素にCF4 を添加した反応性イオンエ
ッチングを採用しても、高々１００Å／分以下のエッチ
レートしか得られず、ルテニウム酸化物化及びルテニウ
ムを含む半導体装置の製造に際して充分な生産性が得ら
れない。当然のことながら、エッチングマスク材料（た
とえばレジストやシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、そ
のほか金属材料等一般にハードマスクと称されるもの）
も反応性イオンエッチングまたは物理的スパッタリング
によりRuO2エッチレートと同程度かまたはそれ以上のレ
ートで侵食される。よって、RuO2とマスク材料とのエッ
チング比、すなわち選択比は１倍以下と極めて低くなる
ことが充分に予測される。
【０００５】本発明の目的は、ルテニウム酸化物及びル
テニウムのドライエッチングによる微細加工において、
高エッチレート及び高選択比のエッチングを容易に実現
することができ、高い生産性のもとで半導体装置を製造
することができる、半導体装置の製造方法を提供するこ
とにある。
テニウムのドライエッチングによる微細加工において、
高エッチレート及び高選択比のエッチングを容易に実現
することができ、高い生産性のもとで半導体装置を製造
することができる、半導体装置の製造方法を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１及び第２態様によれば、ルテニウム酸
化物を含む半導体装置の製造方法において、フッ素ガ
ス、塩素ガス、臭素ガス、沃素ガス、そしてこれらのう
ち少なくとも一つを含むハロゲンガス、並びにハロゲン
化水素から成る群から選択される少なくとも一種類また
はそれ以上と、酸素ガスまたはオゾンガスとを含む混合
ガスを用いて、前記ルテニウム酸化物をドライエッチン
グする工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法が提供される。
め、本発明の第１及び第２態様によれば、ルテニウム酸
化物を含む半導体装置の製造方法において、フッ素ガ
ス、塩素ガス、臭素ガス、沃素ガス、そしてこれらのう
ち少なくとも一つを含むハロゲンガス、並びにハロゲン
化水素から成る群から選択される少なくとも一種類また
はそれ以上と、酸素ガスまたはオゾンガスとを含む混合
ガスを用いて、前記ルテニウム酸化物をドライエッチン
グする工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法が提供される。
【０００７】また、本発明の第３態様によれば、オゾン
ガス、フッ化酸素ガス、酸化塩素ガス、酸化沃素ガスか
ら成る群から選択される少なくとも一種類またはそれ以
上のガスを用いて、前記ルテニウム酸化物をドライエッ
チングする工程を含むことも特徴とする半導体装置の製
造方法が提供される。
ガス、フッ化酸素ガス、酸化塩素ガス、酸化沃素ガスか
ら成る群から選択される少なくとも一種類またはそれ以
上のガスを用いて、前記ルテニウム酸化物をドライエッ
チングする工程を含むことも特徴とする半導体装置の製
造方法が提供される。
【０００８】さらに、本発明の第４乃至第６態様によれ
ば、ルテニウムを含む半導体装置の製造方法において、
上記第１乃至第３態様に記載した前記ルテニウム酸化物
をドライエッチングする際に用いるガス系をそれぞれ用
いて、前記ルテニウムをドライエッチングする工程を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供され
る。
ば、ルテニウムを含む半導体装置の製造方法において、
上記第１乃至第３態様に記載した前記ルテニウム酸化物
をドライエッチングする際に用いるガス系をそれぞれ用
いて、前記ルテニウムをドライエッチングする工程を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供され
る。
【０００９】
【作用】本発明の原理についてまず説明する。
【００１０】酸素プラズマによる反応性イオンエッチン
グにより、RuO2は酸化されて酸化数＋VIや＋VIIIのRuO3
やRuO4等、飽和蒸気圧の高い反応生成物になる。例とし
て、図１に前記反応生成物RuO4の飽和蒸気圧曲線を示
す。図１より、一般的に１Torr以下に減圧されたドライ
エッチング装置において、前記反応生成物RuO4は室温で
も容易に揮発することがわかる。そして、この揮発が進
行することによりエッチングが進行する。上記の例は、
下記の数１に示す化学反応式で表される。
グにより、RuO2は酸化されて酸化数＋VIや＋VIIIのRuO3
やRuO4等、飽和蒸気圧の高い反応生成物になる。例とし
て、図１に前記反応生成物RuO4の飽和蒸気圧曲線を示
す。図１より、一般的に１Torr以下に減圧されたドライ
エッチング装置において、前記反応生成物RuO4は室温で
も容易に揮発することがわかる。そして、この揮発が進
行することによりエッチングが進行する。上記の例は、
下記の数１に示す化学反応式で表される。
【００１１】
【数１】RuO2＋O2＝RuO4 次に、酸素プラズマにハロゲンガスを添加すると、プラ
ズマ気相中またはRuO2表面上で、極めて酸化力の強い酸
化ハロゲンが生成することが予想される。たとえば、ハ
ロゲンガスがフッ素系ならばフッ化酸素、塩素系ならば
酸化塩素、臭素系ならば酸化臭素、沃素系ならば酸化沃
素となる。これらの酸化ハロゲンはRuの酸化数を＋IVか
ら＋VIや＋VIIIまで引き上げ、RuO3やRuO4の反応生成物
を生じさせる。たとえば、ハロゲンガスとして塩素ガス
を選択すると、プラズマ気相中またはRuO2表面上で生成
すると予想される酸化塩素のひとつにClO2がある。その
ときの化学反応式は下記の数２で与えられる。
ズマ気相中またはRuO2表面上で、極めて酸化力の強い酸
化ハロゲンが生成することが予想される。たとえば、ハ
ロゲンガスがフッ素系ならばフッ化酸素、塩素系ならば
酸化塩素、臭素系ならば酸化臭素、沃素系ならば酸化沃
素となる。これらの酸化ハロゲンはRuの酸化数を＋IVか
ら＋VIや＋VIIIまで引き上げ、RuO3やRuO4の反応生成物
を生じさせる。たとえば、ハロゲンガスとして塩素ガス
を選択すると、プラズマ気相中またはRuO2表面上で生成
すると予想される酸化塩素のひとつにClO2がある。その
ときの化学反応式は下記の数２で与えられる。
【００１２】
【数２】RuO2＋ClO2＝RuO4＋1/2Cl2 すなわち、酸化力の強いClO2はRuO2を容易に酸化してRu
O4を生じさせ、RuO4が揮発することによりエッチングが
進行する。また、塩素原子は塩素ガスとなり、エッチン
グ室外へ排気される。
O4を生じさせ、RuO4が揮発することによりエッチングが
進行する。また、塩素原子は塩素ガスとなり、エッチン
グ室外へ排気される。
【００１３】数１に示したRuO2とO2の直接的な反応と、
数２に示した酸化塩素を介した反応の反応速度を比較す
る。図２は、酸素ガスに塩素ガスを添加したときの塩素
添加率に対するRuO2エッチレート特性を実験的に示した
ものである。図２により、塩素を５％添加することで、
RuO2のエッチレートが急激に増加することがわかる。そ
して添加率５〜２０％の範囲内で、RuO2エッチレート
は、酸素プラズマにより得られたエッチレートの３倍以
上となっている。上記の結果は、数２に示した酸化塩素
を介する反応の速度が数１に示した酸素による直接的な
反応の速度より極めて大きいことを示している。
数２に示した酸化塩素を介した反応の反応速度を比較す
る。図２は、酸素ガスに塩素ガスを添加したときの塩素
添加率に対するRuO2エッチレート特性を実験的に示した
ものである。図２により、塩素を５％添加することで、
RuO2のエッチレートが急激に増加することがわかる。そ
して添加率５〜２０％の範囲内で、RuO2エッチレート
は、酸素プラズマにより得られたエッチレートの３倍以
上となっている。上記の結果は、数２に示した酸化塩素
を介する反応の速度が数１に示した酸素による直接的な
反応の速度より極めて大きいことを示している。
【００１４】一般に、化学反応速度Ｒは、下記の数３の
式で表現することができる。
式で表現することができる。
【００１５】
【数３】Ｒ＝Aexp (-Ea/kT) 数３中のＡは頻度因子、Eaは活性化エネルギー。Ｋはボ
ルツマン定数、Ｔは絶対温度を表す。反応速度は活性化
エネルギーEaと頻度因子Ａで決定される。ドライエッチ
ングにおいて、エッチング速度が化学反応速度Ｒと同等
なものであると解釈できる。数２に示した酸化塩素を介
した反応の活性化エネルギーは、実験的に直接求めるこ
とができる。図３は、酸素プラズマおよび酸素に塩素を
１０％添加したプラズマでRuO2をエッチングした際の基
板温度依存性、すなわちアレニウス曲線を示したもので
ある。図３より得られた見かけの活性化エネルギーは酸
素プラズマで０．３５eV、酸素に１０％の塩素を添加し
たプラズマで０．３１eVとなった。すなわち、両プラズ
マによるエッチングは、活性化エネルギーに有意な差は
ない。よって、数１と数２の反応速度の大きな違いは、
頻度因子Ａの違いに起因する。頻度因子Ａは、反応系の
濃度と反応確率または反応断面積に比例する。本原理に
おいて、RuO2エッチングを主に支配するのは反応断面積
であると推測される。すなわち、Ruの酸化数を＋IVから
＋VIや＋VIIIまで引き上げる反応断面積は、酸化力に依
存している。たとえば、化学便覧基礎編II（昭和４１年
に丸善（株）から発行されている）から、数１中の酸素
と数２中の酸化塩素であるClO2の標準酸化還元電位を比
較したものを表Ｉに示す。
ルツマン定数、Ｔは絶対温度を表す。反応速度は活性化
エネルギーEaと頻度因子Ａで決定される。ドライエッチ
ングにおいて、エッチング速度が化学反応速度Ｒと同等
なものであると解釈できる。数２に示した酸化塩素を介
した反応の活性化エネルギーは、実験的に直接求めるこ
とができる。図３は、酸素プラズマおよび酸素に塩素を
１０％添加したプラズマでRuO2をエッチングした際の基
板温度依存性、すなわちアレニウス曲線を示したもので
ある。図３より得られた見かけの活性化エネルギーは酸
素プラズマで０．３５eV、酸素に１０％の塩素を添加し
たプラズマで０．３１eVとなった。すなわち、両プラズ
マによるエッチングは、活性化エネルギーに有意な差は
ない。よって、数１と数２の反応速度の大きな違いは、
頻度因子Ａの違いに起因する。頻度因子Ａは、反応系の
濃度と反応確率または反応断面積に比例する。本原理に
おいて、RuO2エッチングを主に支配するのは反応断面積
であると推測される。すなわち、Ruの酸化数を＋IVから
＋VIや＋VIIIまで引き上げる反応断面積は、酸化力に依
存している。たとえば、化学便覧基礎編II（昭和４１年
に丸善（株）から発行されている）から、数１中の酸素
と数２中の酸化塩素であるClO2の標準酸化還元電位を比
較したものを表Ｉに示す。
【００１６】
表Ｉ中のｅは電子を示す。表Ｉから明らかなように、酸
素より酸化塩素の方がはるかに酸化還元電位が大きい。
すなわち、酸化力が強いことを意味する。この酸化力の
大きな違いが、数１と数２の反応速度の大きな違いをも
たらす。
素より酸化塩素の方がはるかに酸化還元電位が大きい。
すなわち、酸化力が強いことを意味する。この酸化力の
大きな違いが、数１と数２の反応速度の大きな違いをも
たらす。
【００１７】よって、酸化力が強いガスをドライエッチ
ングに用いるほどRuO4が多く生成され、図１に示した飽
和蒸気圧曲線に従ってRuO2表面上から揮発する。上記の
説明では、プラズマ気相中またはRuO2表面上に酸化ハロ
ゲンを得るための方法として酸素とハロゲンガスの混合
ガスプラズマを用いたが、当然のことながら酸化ハロゲ
ンガスそのものをエッチングガスとして用いることがで
きる。また、他の酸化力の強いガスとして、オゾンガス
やオゾンガスとハロゲン系ガスの混合ガスもエッチング
ガスとしての適用が可能であることは前記原理より予測
される。
ングに用いるほどRuO4が多く生成され、図１に示した飽
和蒸気圧曲線に従ってRuO2表面上から揮発する。上記の
説明では、プラズマ気相中またはRuO2表面上に酸化ハロ
ゲンを得るための方法として酸素とハロゲンガスの混合
ガスプラズマを用いたが、当然のことながら酸化ハロゲ
ンガスそのものをエッチングガスとして用いることがで
きる。また、他の酸化力の強いガスとして、オゾンガス
やオゾンガスとハロゲン系ガスの混合ガスもエッチング
ガスとしての適用が可能であることは前記原理より予測
される。
【００１８】以上の原理の説明は、Ruのエッチングにも
当てはまる。Ruは、酸素プラズマでドライエッチングが
可能である。これは、Ruが酸化されて、RuO3またはRuO4
となって、揮発していくものと考えられる。一方、酸素
にハロゲンガスを添加すると、前記の数２および数３で
示した反応速度の大きい化学反応がRu表面上で生ずるこ
とが期待できる。事実、図４はRuエッチレートと酸素と
塩素の混合ガス中の添加率の関係を表したものである。
前記RuO2において示した図２の結果と同様な結果が得ら
れている。すなわち、Ruにおけるドライエッチングも、
前述の原理が適用できる。
当てはまる。Ruは、酸素プラズマでドライエッチングが
可能である。これは、Ruが酸化されて、RuO3またはRuO4
となって、揮発していくものと考えられる。一方、酸素
にハロゲンガスを添加すると、前記の数２および数３で
示した反応速度の大きい化学反応がRu表面上で生ずるこ
とが期待できる。事実、図４はRuエッチレートと酸素と
塩素の混合ガス中の添加率の関係を表したものである。
前記RuO2において示した図２の結果と同様な結果が得ら
れている。すなわち、Ruにおけるドライエッチングも、
前述の原理が適用できる。
【００１９】さらに、上記原理は、ルテニウム酸化物及
びルテニウム中に他の金属元素（たとえばAl、Si、Cu等
が挙げられる）を含むルテニウムの合金材料においても
充分適用できるものと推測される。なぜなら、例えば、
特開平２−７４００６号公報において、酸素プラズマに
より、２元系ルテニウム酸化物Ru-Si-O やRu-Al-O をド
ライエッチングしたとき、酸素原子以外の元素のRuに対
する組成比が１０at％以下であれば、RuO2のエッチング
速度と同等の速度を得ているからである。
びルテニウム中に他の金属元素（たとえばAl、Si、Cu等
が挙げられる）を含むルテニウムの合金材料においても
充分適用できるものと推測される。なぜなら、例えば、
特開平２−７４００６号公報において、酸素プラズマに
より、２元系ルテニウム酸化物Ru-Si-O やRu-Al-O をド
ライエッチングしたとき、酸素原子以外の元素のRuに対
する組成比が１０at％以下であれば、RuO2のエッチング
速度と同等の速度を得ているからである。
【００２０】
【実施例】第１実施例： シリコン基板１上に、スパッタリングによ
りRuO2膜２を４００nmの膜厚で成膜する（図５
（ａ））。次にスピン−オン−グラス（ＳＯＧ）膜３を
塗布機により２００nmの膜厚で成膜する。次にＳＯＧ膜
３上に感光材料を塗布し光露光装置を用いてレジストパ
ターン４を形成した（図５（ｂ））。ＥＣＲ（Electron
Cy- clotron Resonace）ドライエッチング装置を用い
て、ＳＯＧ膜３を所望のパターンに加工する。そのとき
の条件はCHF3ガスを４０sccm流し、圧力１０mTorr 、マ
イクロ波パワー５００Ｗ、基板に印加した２MHz の高周
波パワーを１５０Ｗとした。その後、酸素プラズマアッ
シングにより、レジストパターン４を灰化して完全に剥
離することにより、ＳＯＧ膜３のエッチングマスクが形
成される（図５（ｃ））。そして、RuO2膜２を酸素ガス
と塩素ガスの混合ガスプラズマで所望のパターンに加工
した。その条件は、ガス総流量を１７２sccmとし、塩素
添加率を１０％に設定し、圧力を１５mTorr 、マイクロ
波パワーを２２０Ｗ、基板に印加した２MHz の高周波パ
ワーを１５０Ｗ、基板温度を２０℃とした。その結果、
RuO2膜２とＳＯＧ膜３のエッチング選択比は、５倍程度
となった。また、得られたRuO2膜２のエッチレートは１
５０nm／分で、そのエッチング形状は異方的なものとな
った（図５（ｄ））。第２実施例： 実施例１と同様の膜構造を持つ試料を用
い、且つ同様の装置及び同様の条件で、ガス総流量のみ
を９０、１３０、１７２、２２０sccmと変化させたとき
のRuO2膜２とＳＯＧ膜３のエッチング選択比の変化を図
６に示す。ガス総流量の増加と共に、RuO2膜エッチレー
ト及び前記選択比は向上することがわかる。また、その
エッチング形状は、いずれのガス流量を用いても異方的
なものとなった。第３実施例： 実施例１と同様の膜構造を持つ試料を用
い、且つ同様の装置で、酸素ガスに臭化水素ガスを添加
したときのRuO2膜２のエッチレートと臭化水素ガス添加
率の関係を図７に示す。その際の条件は、ガス総流量を
８０sccmとし、圧力を５mTorr、マイクロ波パワーを２
２０Ｗ、基板に印加した２MHz の高周波パワーを５０
Ｗ、基板温度を２０℃とした。図７より、臭化水素ガス
の添加率が１５％から５０％の範囲内でRuO2膜２のエッ
チレートは１００nm／分以上となる。そして添加率２５
％付近で最大のエッチレート１４７nm／分が得られた。
また、そのエッチング形状は異方的なものとなった。第４実施例： シリコン基板１１上に、スパッタリングに
よりRu膜１２を２００nmの膜厚で成膜する（図８
（Ａ））。次にスピン−オン−グラス（ＳＯＧ）膜１３
を塗布機により２００nmの膜厚で成膜する。次にＳＯＧ
膜１３上に感光材料を塗布し光露光装置を用いてレジス
トパターンを形成した（図８（Ｂ））。ＥＣＲ（Electr
onCyclotron Resonace）ドライエッチング装置を用い
て、ＳＯＧ膜１３を所望のパターンに加工する。その時
の条件は実施例１と同様のものを用いた。その後、酸素
プラズマアッシングにより、レジストパターン１４を灰
化して完全に剥離することにより、ＳＯＧ膜１３のエッ
チングマスクが形成される（図８（Ｃ））。そして、Ru
O2膜１２を酸素ガスと塩素ガスの混合ガスプラズマで所
望のパターンに加工した。その条件は、ガス総流量を１
７２sccmとし、塩素添加率を１０％に設定し、圧力を１
５mTorr 、マイクロ波パワーを２２０Ｗ、基板に印加し
た２MHzの高周波パワーを１５０Ｗに、基板温度を２０
℃とした。その結果、Ru膜１２とＳＯＧ膜１３とのエッ
チング選択比は２倍程度となった。そして、得られたRu
膜１２のエッチレートは５３nm／分で、そのエッチング
形状は異方的なものとなった（図８（Ｄ））。
りRuO2膜２を４００nmの膜厚で成膜する（図５
（ａ））。次にスピン−オン−グラス（ＳＯＧ）膜３を
塗布機により２００nmの膜厚で成膜する。次にＳＯＧ膜
３上に感光材料を塗布し光露光装置を用いてレジストパ
ターン４を形成した（図５（ｂ））。ＥＣＲ（Electron
Cy- clotron Resonace）ドライエッチング装置を用い
て、ＳＯＧ膜３を所望のパターンに加工する。そのとき
の条件はCHF3ガスを４０sccm流し、圧力１０mTorr 、マ
イクロ波パワー５００Ｗ、基板に印加した２MHz の高周
波パワーを１５０Ｗとした。その後、酸素プラズマアッ
シングにより、レジストパターン４を灰化して完全に剥
離することにより、ＳＯＧ膜３のエッチングマスクが形
成される（図５（ｃ））。そして、RuO2膜２を酸素ガス
と塩素ガスの混合ガスプラズマで所望のパターンに加工
した。その条件は、ガス総流量を１７２sccmとし、塩素
添加率を１０％に設定し、圧力を１５mTorr 、マイクロ
波パワーを２２０Ｗ、基板に印加した２MHz の高周波パ
ワーを１５０Ｗ、基板温度を２０℃とした。その結果、
RuO2膜２とＳＯＧ膜３のエッチング選択比は、５倍程度
となった。また、得られたRuO2膜２のエッチレートは１
５０nm／分で、そのエッチング形状は異方的なものとな
った（図５（ｄ））。第２実施例： 実施例１と同様の膜構造を持つ試料を用
い、且つ同様の装置及び同様の条件で、ガス総流量のみ
を９０、１３０、１７２、２２０sccmと変化させたとき
のRuO2膜２とＳＯＧ膜３のエッチング選択比の変化を図
６に示す。ガス総流量の増加と共に、RuO2膜エッチレー
ト及び前記選択比は向上することがわかる。また、その
エッチング形状は、いずれのガス流量を用いても異方的
なものとなった。第３実施例： 実施例１と同様の膜構造を持つ試料を用
い、且つ同様の装置で、酸素ガスに臭化水素ガスを添加
したときのRuO2膜２のエッチレートと臭化水素ガス添加
率の関係を図７に示す。その際の条件は、ガス総流量を
８０sccmとし、圧力を５mTorr、マイクロ波パワーを２
２０Ｗ、基板に印加した２MHz の高周波パワーを５０
Ｗ、基板温度を２０℃とした。図７より、臭化水素ガス
の添加率が１５％から５０％の範囲内でRuO2膜２のエッ
チレートは１００nm／分以上となる。そして添加率２５
％付近で最大のエッチレート１４７nm／分が得られた。
また、そのエッチング形状は異方的なものとなった。第４実施例： シリコン基板１１上に、スパッタリングに
よりRu膜１２を２００nmの膜厚で成膜する（図８
（Ａ））。次にスピン−オン−グラス（ＳＯＧ）膜１３
を塗布機により２００nmの膜厚で成膜する。次にＳＯＧ
膜１３上に感光材料を塗布し光露光装置を用いてレジス
トパターンを形成した（図８（Ｂ））。ＥＣＲ（Electr
onCyclotron Resonace）ドライエッチング装置を用い
て、ＳＯＧ膜１３を所望のパターンに加工する。その時
の条件は実施例１と同様のものを用いた。その後、酸素
プラズマアッシングにより、レジストパターン１４を灰
化して完全に剥離することにより、ＳＯＧ膜１３のエッ
チングマスクが形成される（図８（Ｃ））。そして、Ru
O2膜１２を酸素ガスと塩素ガスの混合ガスプラズマで所
望のパターンに加工した。その条件は、ガス総流量を１
７２sccmとし、塩素添加率を１０％に設定し、圧力を１
５mTorr 、マイクロ波パワーを２２０Ｗ、基板に印加し
た２MHzの高周波パワーを１５０Ｗに、基板温度を２０
℃とした。その結果、Ru膜１２とＳＯＧ膜１３とのエッ
チング選択比は２倍程度となった。そして、得られたRu
膜１２のエッチレートは５３nm／分で、そのエッチング
形状は異方的なものとなった（図８（Ｄ））。
【００２１】なお、上記各実施例においては、ハロゲン
ガスとして塩素ガスまたは臭化水素ガスを用いた例につ
いて述べたが、フッ素ガス、臭素ガス、沃素ガス、並び
にこれらのうちの少なくともひとつを含むハロゲンガス
並びに他のハロゲン化水素ガスから成る群から選択され
る少なくとも一種類またはそれ以上のハロゲンガスが用
いられ得、またこれらのハロゲンガスと混合される酸素
ガスの代わりにオゾンガスが混合されても良い。
ガスとして塩素ガスまたは臭化水素ガスを用いた例につ
いて述べたが、フッ素ガス、臭素ガス、沃素ガス、並び
にこれらのうちの少なくともひとつを含むハロゲンガス
並びに他のハロゲン化水素ガスから成る群から選択され
る少なくとも一種類またはそれ以上のハロゲンガスが用
いられ得、またこれらのハロゲンガスと混合される酸素
ガスの代わりにオゾンガスが混合されても良い。
【００２２】更に、オゾンガス、フッ化酸素ガス、酸化
塩素ガス、酸化沃素ガスから成る群から選択される一種
類またはそれ以上のガスも同様に好適に用いられ得る。
塩素ガス、酸化沃素ガスから成る群から選択される一種
類またはそれ以上のガスも同様に好適に用いられ得る。
【００２３】上記各実施例の構成は単なる例示であり、
本発明の半導体装置の製造方法は、上記実施例の構成か
ら様々の修正及び変更を加えた半導体装置の製造方法を
含むことは当然である。
本発明の半導体装置の製造方法は、上記実施例の構成か
ら様々の修正及び変更を加えた半導体装置の製造方法を
含むことは当然である。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いれ
ば、ルテニウム酸化物及びルテニウムのドライエッチン
グによる微細加工において、高エッチレート及び高選択
比のエッチングを容易に実現することができ、高い生産
性のもとで半導体装置を製造することができる。
ば、ルテニウム酸化物及びルテニウムのドライエッチン
グによる微細加工において、高エッチレート及び高選択
比のエッチングを容易に実現することができ、高い生産
性のもとで半導体装置を製造することができる。
【図１】RuO4の飽和蒸気圧曲線を示すグラフである。
【図２】酸素ガスに塩素を添加した時の塩素添加率に対
するRuO2エッチレートの特性を示すグラフである。
するRuO2エッチレートの特性を示すグラフである。
【図３】酸素ガスに塩素を１０％添加した場合と酸素ガ
スのみの場合の基板温度に対するRuO2エッチレートの特
性及びその活性化エネルギー値を示すグラフである。
スのみの場合の基板温度に対するRuO2エッチレートの特
性及びその活性化エネルギー値を示すグラフである。
【図４】酸素ガスに塩素を添加したときの塩素添加率に
対するRuエッチレートの特性を示すグラフである。
対するRuエッチレートの特性を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施例の工程段階を半導体装置の
断面図（ａ）〜（ｄ）で順次に示すプロセスチャートで
ある。
断面図（ａ）〜（ｄ）で順次に示すプロセスチャートで
ある。
【図６】本発明の第２実施例におけるガス総流量に対す
るRuO2エッチレートの特性を示すグラフである。
るRuO2エッチレートの特性を示すグラフである。
【図７】本発明の第３実施例における酸素ガスに臭化水
素ガスを添加したときの臭化水素添加率に対するRuO2エ
ッチレートの特性を示すグラフである。
素ガスを添加したときの臭化水素添加率に対するRuO2エ
ッチレートの特性を示すグラフである。
【図８】本発明の第４実施例の工程段階を半導体装置の
断面図（Ａ）〜（Ｄ）で順次に示すプロセスチャートで
ある。
断面図（Ａ）〜（Ｄ）で順次に示すプロセスチャートで
ある。
１，１１ シリコン基板 ２ RuO2膜 ３，１３ ＳＯＧ膜 ４，１４ レジストパターン １２ Ru膜
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/8242 H01L 27/108
Claims (4)
- 【請求項１】 ルテニウム酸化物を含む半導体装置の製
造方法において、塩素ガス及び臭化水素ガスからなる群
から選択される少なくとも一種またはそれ以上のガスと
酸素ガスを含むガス系を用いて、前記ルテニウム酸化物
をドライエッチングする工程を含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 ルテニウム酸化物を含む半導体装置の製
造方法において、塩素ガス及び臭化水素ガスからなる群
から選択される少なくとも一種またはそれ以上のガスと
オゾンガスを含むガス系を用いて、前記ルテニウム酸化
物をドライエッチングする工程を含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 ルテニウムを含む半導体装置の製造方法
において、塩素ガス及び臭化水素ガスからなる群から選
択される少なくとも一種またはそれ以上のガスと酸素ガ
スを含むガス系を用いて、前記ルテニウムをドライエッ
チングする工程を含むことを特徴とする半導体装置の製
造方法。 - 【請求項４】 ルテニウムを含む半導体装置の製造方法
において、塩素ガス及び臭化水素ガスからなる群から選
択される少なくとも一種またはそれ以上のガスとオゾン
ガスを含むガス系を用いて、前記ルテニウムをドライエ
ッチングする工程を含むことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP6213908A JP2956485B2 (ja) | 1994-09-07 | 1994-09-07 | 半導体装置の製造方法 |
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Family
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Family Applications (1)
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- 1995-09-06 KR KR1019950029096A patent/KR100364038B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-06 US US08/523,896 patent/US5624583A/en not_active Expired - Lifetime
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