JPH11111695A - 白金薄膜パターンの形成方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

白金薄膜パターンの形成方法及び半導体装置の製造方法

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JPH11111695A
JPH11111695A JP9274431A JP27443197A JPH11111695A JP H11111695 A JPH11111695 A JP H11111695A JP 9274431 A JP9274431 A JP 9274431A JP 27443197 A JP27443197 A JP 27443197A JP H11111695 A JPH11111695 A JP H11111695A
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etching
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mask
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Keiji Etsuno
圭二 越野
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機レジストマスクを使用できる低温で，側
壁を発生しない白金薄膜の反応性イオンエッチング方法
を提供する。 【解決手段】 白金薄膜を，塩素ガス又は塩化ホウ素と
不活性ガスとの混合ガスをエッチングガスとする反応性
イオンエッチングにより，白金薄膜のエッチング速度が
温度の上昇とともに急激に増加し始める温度，例えば２
２０℃より高温でエッチングする。かかる温度では，マ
スク側面に側壁が形成されない。また，有機レジストマ
スクの変形温度より低温，例えば３４０℃以下とするこ
とで，有機レジストマスクを使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は白金薄膜のパターニ
ングをマスクを用いた反応性イオンエッチングにより行
う白金薄膜パターンの形成方法及びかかる白金薄膜パタ
ーンの形成工程を有する半導体装置の製造方法に関し，
とくに低温で側壁を形成することなく白金薄膜をエッチ
ングできる反応性イオンエッチング方法に関する。
【０００２】半導体装置，例えば高誘電体をキャパシタ
の誘電体として用いたダイナミック・ランダム・アクセ
スメモリ，あるいは強誘電体キャパシタを利用した強誘
電体メモリでは，キャパシタの電極材料として強誘電体
を堆積する際の高温でも安定な白金電極が使用されてい
る。
【０００３】これらの白金電極は，白金薄膜を精密にパ
ターニングできる反応性イオンエッチングにより形成す
ることが好ましい。しかし，白金薄膜を通常の反応性イ
オンエッチングによりパターニングすると，マスクの壁
面に白金又は白金化合物からなる側壁が形成される。こ
のため，側壁の除去工程が別途必要になり半導体装置の
製造工程を複雑にする。また側壁の破片が基板上に付着
して後工程での欠陥の要因となりやすい。このため，側
壁を生じない白金薄膜の反応性イオンエッチング方法が
渇望されている。
【０００４】
【従来の技術】白金薄膜は化学的反応性が低く，また白
金化合物の蒸気圧も常温では低いため，反応性イオンエ
ッチングに適用できる適切なエッチングガスはあまり多
くは知られていない。このため，一般的な従来の白金薄
膜のドライエッチングは，高い運動エネルギーを有する
イオンを白金薄膜表面に衝突させて白金原子をはぎ取る
ことでエッチングを進行させるイオンミリングによりな
されている。以下，従来のイオンミリングを用いた白金
薄膜のパターニングについて説明する。
【０００５】図４は従来の実施例断面工程図であり，イ
オンミリングを用いた白金薄膜のパターニング工程を表
している。先ず，図４（ａ）を参照して，基板１上に被
エッチング材料である白金薄膜２を堆積する。次いで，
白金薄膜２上にレジストを塗布し，露光，現像を経て，
白金薄膜２上にレジストパターンからなるエッチング用
マスク３を形成する。
【０００６】次いで，図４（ｂ）を参照して，アルゴン
イオンを照射して，白金薄膜のマスク３パターンに覆わ
れていない表出領域をエッチングする。このとき，エッ
チングされたＰｔ原子４の一部がマスク３の側面に付着
し，白金又は白金化合物からなる側壁６を形成する。
【０００７】次いで，表出領域の白金薄膜２をエッチン
グ除去して白金薄膜２をパターニングした後，レジスト
マスク３を除去する。レジストマスク３の除去の際に側
壁は除去されないので，その結果，図４（ｃ）を参照し
て，白金薄膜パターン２ａの周囲にフエンス状に上方に
突起する側壁６が残留する。この側壁６は，その上に形
成される薄膜パターン，例えば電極，絶縁膜，誘電体膜
又は配線等の破断又は短絡要因となり半導体装置の信頼
性を劣化させる。
【０００８】イオンミリングによる白金薄膜のパターニ
ングは，上述のように側壁が形成されるほか，マスク３
と白金薄膜２とのエッチング選択比が１に近く，断面矩
形の白金薄膜パターン２ａを形成し難いという欠点があ
る。そこで，マスク３と白金薄膜２とのエッチング選択
比を容易に大きくすることができる反応性イオンエッチ
ングが試みられた。
【０００９】従来の反応性イオンエッチングでは，エッ
チングガスとして塩素又は塩素を含むガスを用いてい
る。反応性エッチングではマスク３と白金薄膜２とのエ
ッチング選択比を十分大きくすることができるので，エ
ッチング中のマスクの変形に起因する白金薄膜パターン
の形状不良は抑制される。しかし，反応性イオンエッチ
ングにおいてもイオンミリングと同様に，マスク３側面
に白金化合物からなる側壁６が形成される。その結果，
断面矩形の白金薄膜パターン２ａを精密に形成すること
ができないという問題がある。
【００１０】かかる側壁の形成を回避する方法が，特許
公開公報平７−１３０７１２号に開示されている。この
方法では，エッチングガスとしてＣＣｌ4 を用い，基板
温度を３５０℃以上に保持して白金薄膜を反応性イオン
エッチングする。この反応ガスとの化学反応により生成
される白金化合物は蒸気圧が低く３５０℃以上で蒸発す
るため，白金化合物の側壁が形成されない。しかし，通
常の有機レジストマスクは，３５０℃以上の温度では変
形が大きいため，この方法には使用することができな
い。また，ＣＣｌ4 は発癌性があるとされ現在では使用
が制限されている。
【００１１】また，特許公開公報昭６２−９２３２３号
には，Ａｕをマスク材料とし，ＡｒとＣＣｌ2 Ｆ2 との
混合ガスをエッチングガスとする白金薄膜の反応性イオ
ンエッチングが開示されている。この方法では, マスク
のエッチング量が少ないため, 側壁の上端がマスク上面
に突出しない。しかし，この方法はマスク材料がＡｕに
限定され, リソグラフィとして最も有用な有機レジスト
を使用することができない。また，マスクを除去すると
白金薄膜パターン周辺にフエンス状の側壁が現れるため
マスクを除去して使用する用途には適用できない。
【００１２】側壁の形成を回避する他の方法として，テ
ーパ断面形状にエッチングする反応性イオンエッチング
がある。図５は従来の他の実施例断面工程図であり，テ
ーパ断面形状にエッチングする反応性イオンエッチング
の工程を表している。この方法では，図５（ａ）を参照
して，リソグラフィによるマスク３の形成の際に，マス
ク３のレジストパターン側面にテーパーをつけ，レジス
トマスク３の側面を斜面にする。このマスク３を用いて
白金薄膜２を反応性イオンエッチングすると，エッチン
グされた白金薄膜パターン２ａの側面が斜面状にエッチ
ングされる。この方法では，マスクの側面は斜面をなし
常にイオンに照射されているため，白金薄膜２表面から
イオン５の照射によりはじき飛ばされマスク側面に付着
したＰｔ原子４は，付着後すぐに再びイオン照射により
剥離されるためマスク３側面に側壁が形成されない。し
かし，この方法では，図５（ｂ）を参照して，白金薄膜
２が台形断面にパターニングされるため，微細なパター
ンの形成には適しないという欠点がある。
【００１３】さらに，特許公開公報平７−１３０７０２
号には，ＡｒにＣｌ2 ，ＣＣｌ4 ，ＨＢｒ又はＢＣｌ3
を混合したエッチングガスを用いた反応性イオンエッチ
ングにより白金薄膜をパターニングした後，マスクの側
面に形成された側壁を有機溶剤で除去するパターニング
方法が開示されている。しかし，かかる方法では側壁除
去のために有機溶剤による洗浄工程を追加しなければな
らず，半導体装置の製造工程の工程数の増加を免れるこ
とはできない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように，従来
の白金薄膜パターンの形成方法では，マスク側面に付着
した側壁が，マスク除去後の白金薄膜パターンの周辺に
フエンス状に立設するため，半導体装置の信頼性を劣化
させるという問題がある。また，３５０℃以上の温度で
反応性イオンエッチングを行うことで側壁の形成を回避
する方法では，有機レジストをマスクとして使用できな
いという欠点がある。さらに，テーパを付してパターニ
ングする方法及び後に側壁を有機溶剤で除去する方法で
は，それぞれ精密な白金薄膜パターンを形成することが
できない及び製造工程数が増加するという欠点がある。
【００１５】本発明は，白金薄膜の反応性イオンエッチ
ングに用いるエッチングガスを選択することで，有機レ
ジストマスクの変形が起こらない低温でもマスク側面に
側壁を形成することがない白金薄膜パターンの形成方法
及び製造工程が簡易な半導体装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の実施形態
例断面工程図であり，白金薄膜パターンが形成される基
板表面部分を表している。なお，図１（ａ）は白金薄膜
パターンの形成途中を，図１（ｂ）は形成された白金薄
膜パターンを表している。
【００１７】上記課題を解決するため，図１を参照し
て，本発明の第一の構成は，基板１上に形成された白金
又は白金合金からなる白金薄膜２上にエッチング用マス
ク３を形成する工程と，該マスク３を用いたイオンエッ
チングにより，該白金薄膜２を選択的にエッチングして
白金薄膜パターン２ａを形成する工程とを有する白金薄
膜パターンの形成方法において，該イオンエッチング
は，塩素ガス又は塩化ホウ素と不活性ガスとの混合ガス
をエッチングガスとして使用する反応性イオンエッチン
グであり，該反応性イオンエッチングの際に該基板１温
度を，該白金薄膜２のエッチング速度が該基板１温度の
上昇とともに急激に増加し始める温度より高温に保持す
ることを特徴として構成し，及び，第二の構成は，基板
１上に形成された白金又は白金合金からなる白金薄膜２
上にエッチング用マスク３を形成する工程と，該マスク
３を用いたイオンエッチングにより該白金薄膜２を選択
的にエッチングして白金薄膜パターン２ａを形成する工
程とを有する白金薄膜パターンの形成方法において，該
イオンエッチングは，塩素ガス又は塩化ホウ素と不活性
ガスとの混合ガスをエッチングガスとして使用し，２２
０℃以上の該基板１温度でなされる反応性イオンエッチ
ングであることを特徴として構成し，及び，第三の構成
は，請求項１又は２記載の白金薄膜パターンの形成方法
において，該マスク３は有機フォトレジストパターンか
らなり，該基板１温度は，該有機フォトレジストパター
ンが変形する温度より低いことを特徴として構成し，及
び，第四の構成は，基板１上に形成された白金又は白金
合金からなる白金薄膜２をエッチング用マスク３を用い
たイオンエッチングによりエッチングして白金薄膜パタ
ーン２ａを形成する工程を含む半導体装置の製造方法に
おいて，該イオンエッチングは，２２０℃以上の該基板
１温度の下で，塩素ガス又は塩化ホウ素と不活性ガスと
の混合ガスをエッチングガスとして使用してなされる反
応性イオンエッチングであることを特徴として構成す
る。
【００１８】本発明では，図１を参照して，白金薄膜２
を，塩素ガス又は塩化ホウ素と不活性ガスとの混合ガス
をエッチングガスとする反応性イオンエッチングにより
エッチングしパターニングする。本発明の発明者は，か
かるエッチングガスを用いた白金薄膜２の反応性イオン
エッチングでは，比較的低いエッチング温度でもエッチ
ングマスクの側面に側壁が形成されないことを実験によ
り明らかにした。以下，その実験について説明する。な
お以下の説明は塩素ガスとＡｒガスとの混合ガスをエッ
チングガスとする反応性イオンエッチングについて述べ
るが，塩素ガスに代えて塩化ホウ素，例えは三塩化ホウ
素をＡｒガスに混合したエッチングガスについても同様
の実験結果が得られた。
【００１９】図２は，エッチング速度の温度依存性を表
す図であり，塩素ガスとＡｒガスとの混合ガスをエッチ
ングガスとする反応性イオンエッチングにおける白金薄
膜のエッチング速度を表している。なお，横軸は，基板
温度をエッチング温度として採用した温度である。ま
た，図２中の（イ），（ロ）及び（ハ）は，それぞれ基
板温度が１８０℃〜２１０℃，２２０℃〜２４０℃及び
３４０℃でパターニングされた白金薄膜パターンのレジ
スト除去後の断面形状を表している。
【００２０】図２を参照して，基板温度が２１０℃以下
では，白金薄膜のエッチング速度は１０nm／分以下であ
る。これに対して，基板温度が２２０℃以上ではエッチ
ング速度は５０nm／分程度の高い速度で一定になる。基
板温度が２１０℃と２２０℃の間では基板温度の上昇と
ともにエッチング速度は急激に増加する。
【００２１】他方，図２の（イ）を参照して，基板温度
が２１０℃以下では，マスクの側面に形成された側壁が
白金薄膜パターンの周辺にフエンス状に立設する。これ
に対して，基板温度が２２０℃以上では，図２の（ロ）
及び（ハ）を参照して，側壁は形成されない。
【００２２】上述した実験結果は，塩素ガスとＡｒガス
との混合ガスをエッチングガスとする白金薄膜の反応性
イオンエッチングでは，それ以上の温度ではエッチング
速度が急激に増加すると同時に側壁が形成されなくなる
臨界的な基板温度が存在することを明確に示している。
この塩素ガスとＡｒガスとの混合ガスをエッチングガス
とする反応性イオンエッチングでの臨界温度は，２１０
℃と２２０℃との間にあり，既述したＣｌ4 をエッチン
グガスとする従来の反応性イオンエッチングの場合の３
５０℃と比較すると略１３０℃以上も低温である。本発
明はかかる事実に基づき発明された。
【００２３】本発明の第一の構成では，反応性イオンエ
ッチングのエッチングガスとして塩素ガス又は塩化ホウ
素と不活性ガスとの混合ガスを使用し，基板温度を該白
金薄膜のエッチング速度が該基板温度の上昇とともに急
激に増加し始める臨界温度より高温に保持する。本構成
では，塩化ホウ素として三塩化ホウ素を使用することが
できる。上述したように，かかるエッチングガスを使用
した白金薄膜の反応性イオンエッチングでは，例えは２
１０℃〜２２０℃に臨界温度が存在し，その臨界温度以
上の基板温度で白金薄膜の反応性イオンエッチングを行
ってもマスク側面に側壁が形成されない。従って，マス
ク除去後に白金薄膜パターンの周辺に側壁が立設するこ
とがなく，信頼性の高い半導体装置を製造することがで
きる。また，側壁を除去する工程が不要となり製造工程
が簡易になる。さらに，塩素ガス及び塩化ホウ素は発癌
性がＣＣｌ4 より少なく使用に便宜である。
【００２４】上述した本構成における臨界温度は２２０
℃程度であるから，有機レジストパターンの変形が起こ
る温度（通常は３５０℃程度）より十分低い温度で白金
薄膜の反応性イオンエッチングを行っても側壁が形成さ
れない。従って，本構成ではリソグラフィに適した有機
レジストをエッチングマスクとして利用することができ
る。もちろん，必要により他のマスク材料を用いてもよ
い。なお，他のマスク材料を用いる場合は，基板温度を
３５０℃以上にすることもできる。
【００２５】第二の構成では，第一の構成の基板温度を
２２０℃以上とする。上述したように，かかる温度では
側壁が形成されず，半導体装置の信頼性が向上し，また
製造工程が簡素化される。従って，第二の構成を含む工
程により製造された半導体装置は，製造が容易であり，
かつ信頼性に優れる。
【００２６】第三の構成では，第一又は第二の構成にお
けるエッチング用マスクを有機レジストマスクとし，か
つ第一又は第二の構成の基板温度の上限を，有機レジス
トの変形が起こらない温度とする。なお，下限の温度は
第一又は第二の構成の基板温度の下限に一致する。かか
る構成では，白金薄膜のエッチング中に有機レジストマ
スクパターンは変形しないので，リソグラフィ材料とし
て優れた特性を有する有機レジストをエッチング用マス
クとして利用することができる。従って，精密なパター
ニングが容易である。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下，シリコン基板上に堆積され
た白金薄膜のパターニングを参照して，本発明を説明す
る。
【００２８】先ず，図１を参照して，シリコン基板１表
面に厚さ２００nmのＳｉＯ2 膜１ａを形成し，そのＳｉ
Ｏ2 膜１ａ上に厚さ３０nmのＴｉ薄膜１ｂ及び厚さ２０
０nmの白金薄膜２を順次スパッタ法により堆積した。次
いで，白金薄膜２上に厚さ７００nmのフォトレジストを
スピン塗布し，露光，現像してフォトレジストパターニ
ングからなるエッチング用マスク３を形成した。次い
で，２２０℃に加熱しつつエッチング用マスク３に紫外
線を照射するＵＶキュア処理を行った。次いで，基板１
をエッチング装置内に収容し，白金薄膜２及びＴｉ薄膜
１ｂを続けてエッチングして白金薄膜パターンを形成し
た。
【００２９】図３は本発明の実施形態例エッチング装置
断面図であり，反応性イオンエッチング装置の主要構成
を表している。本エッチング装置は，上部電極１５，下
部電極１３及び真空チャンバ１０の壁面を加熱するヒー
タ１５ａ，１３ａ，１４を具備する他は通常の平行平板
型の反応性イオンエッチング装置と同様である。ヒータ
１５ａ，１４は，上部電極１５及び真空チャンバ１０の
壁面を基板温度以上に，例えば２２０℃に保持するため
のもので，このように高温に保持することにより白金薄
膜のエッチングの際に白金化合物がチャンバ内の電極及
び壁面に付着することを防止することができる。
【００３０】基板１は下部電極１３上に載置され，チャ
ンバ１０内が真空排気された後，ヒータ１３ａにより２
２０℃に加熱昇温されその温度に保持される。エッチン
グガスとして, 流量５０sccmのＡｒガスと流量５０sccm
のＣｌ2 ガスとの混合ガスをガス入口１１からチャンバ
内に導入し, チャンバ１０内圧力が２５mTorr 保持され
るように真空排気口１２から真空排気する。上部及び下
部電極１５，１３間に９００Ｗの高周波電力を供給し，
基板１上面の白金薄膜を反応性イオンエッチングした結
果，白金薄膜は約５０nm／分のエッチング速度でエッチ
ングされ，白金薄膜パターンが形成された。次いで，図
１を参照して，エッチングマスク３を灰化処理して除去
した後，基板１を破断し，破断面を走査型電子顕微鏡下
で観察した。その結果，図１（ｂ）を参照して，マスク
３パターンと同一幅の垂直な壁面を有する断面矩形の白
金薄膜パターン２ａが観測された。また，フエンス状に
立設する側壁は，白金薄膜パターン２ａの周辺にも観測
されなかった。
【００３１】さらに，基板温度を２２０℃から４００℃
まで２０℃刻みに変えて，白金薄膜２をパターニング
し，白金薄膜パターン２ａの断面形状を観察した。エッ
チング条件は，基板温度を除き上述した実施形態例と同
一である。白金薄膜パターン２ａ断面形状は，基板温度
が２２０℃〜３４０℃の範囲では差異が観察されなかっ
た。他方，基板温度が３６０℃〜４００℃の範囲では，
白金薄膜パターン２ａの形状はなだらかな丘状を呈し，
断面形状は極端に劣悪になる。基板温度を３６０℃に加
熱した状態でマスク形状を観察した結果，レジストパタ
ーンが溶融してパターン形状が悪化していた。従って，
有機レジストをエッチングマスクとする場合は，基板温
度をレジストパターンが高温のため劣化する温度，例え
ば３４０℃以下としなければならない。なお，３６０℃
以上の基板温度でパターニングするために，より高温で
使用できるエッチング用マスク，例えばＡｕマスクを使
用することができる。
【００３２】
【発明の効果】上述したように，本発明によれば白金薄
膜を反応性イオンエッチングによりエッチングしても，
エッチングマスクの側面に側壁が形成されないから，反
応性イオンエッチングにより形成された精密なパターン
を有しかつパターン周辺にフエンス状に形成される側壁
を有しない白金薄膜パターンの形成方法及びかかる白金
薄膜パターンを備えた半導体装置の製造方法を提供する
ことができるから，半導体装置の性能向上に寄与すると
ころが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態例断面工程図
【図２】 エッチング速度の温度依存性を表す図
【図３】 本発明の実施形態例エッチング装置断面図
【図４】 従来の実施例断面工程図
【図５】 従来の他の実施例断面工程図
【符号の説明】
１ 基板 １ａ ＳｉＯ2 膜 １ｂ Ｔｉ薄膜 ２ 白金薄膜 ２ａ 白金薄膜パターン ３ マスク ４ Ｐｔ原子 ５ イオン ６ 側壁 ７ Ｃｌ原子 １０ チャンバ １１ ガス入口 １２ 真空排気口 １３ 下部電極 １３ａ，１４，１５ａ ヒータ １５ 上部電極 １６ 高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/788 29/792

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に形成された白金又は白金合金か
    らなる白金薄膜上にエッチング用マスクを形成する工程
    と，該マスクを用いたドライエッチングにより，該白金
    薄膜を選択的にエッチングして白金薄膜パターンを形成
    する工程とを有する白金薄膜パターンの形成方法におい
    て，該ドライエッチングは，塩素ガス又は塩化ホウ素と
    不活性ガスとの混合ガスをエッチングガスとして使用す
    る反応性イオンエッチングであり，該反応性イオンエッ
    チングの際に該基板温度を，該白金薄膜のエッチング速
    度が該基板温度の上昇とともに急激に増加し始める温度
    より高温に保持することを特徴とする白金薄膜パターン
    の形成方法。
  2. 【請求項２】 基板上に形成された白金又は白金合金か
    らなる白金薄膜上にエッチング用マスクを形成する工程
    と，該マスクを用いたドライエッチングにより該白金薄
    膜を選択的にエッチングして白金薄膜パターンを形成す
    る工程とを有する白金薄膜パターンの形成方法におい
    て，該ドライエッチングは，塩素ガス又は塩化ホウ素と
    不活性ガスとの混合ガスをエッチングガスとして使用
    し，２２０℃以上の該基板温度でなされる反応性イオン
    エッチングであることを特徴とする白金薄膜パターンの
    形成方法。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の白金薄膜パターン
    の形成方法において，該マスクは有機フォトレジストパ
    ターンからなり，該基板温度は，該有機フォトレジスト
    パターンが変形する温度より低いことを特徴とする白金
    薄膜パターンの形成方法。
  4. 【請求項４】 基板上に形成された白金又は白金合金か
    らなる白金薄膜をエッチング用マスクを用いたドライエ
    ッチングによりエッチングして白金薄膜パターンを形成
    する工程を含む半導体装置の製造方法において，該ドラ
    イエッチングは，２２０℃以上の該基板温度の下で，塩
    素ガス又は塩化ホウ素と不活性ガスとの混合ガスをエッ
    チングガスとして使用してなされる反応性イオンエッチ
    ングであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP9274431A 1997-10-07 1997-10-07 白金薄膜パターンの形成方法及び半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH11111695A (ja)

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Cited By (7)

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