JPH11111701A - 構造化方法 - Google Patents

構造化方法

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JPH11111701A
JPH11111701A JP10204410A JP20441098A JPH11111701A JP H11111701 A JPH11111701 A JP H11111701A JP 10204410 A JP10204410 A JP 10204410A JP 20441098 A JP20441098 A JP 20441098A JP H11111701 A JPH11111701 A JP H11111701A
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film
structured
mask
etching
reactant
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Siegfried Schwarzl
シュワルツル ジークフリート
Manfred Dr Engelhardt
エンゲルハルト マンフレート
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチングの選択性を高め、寸法精度を保持
する構造化方法を提供する。 【解決手段】 構造化すべき膜３を下地２の上に形成
し、この構造化すべき膜３の上にマスクを形成し、構造
化すべき膜３を反応物質の存在の下でドライエッチング
し、ドライエッチングの間に反応物質とマスクおよび／
または下地の材料がマスクおよび／または下地の表面に
おいて反応して不揮発性の化合物を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造化方法、特
に、例えば貴金属、強誘電体材料及び高い誘電率を持つ
誘電体材料からなる膜のような、プラズマ化学的にはエ
ッチングし難い又は全くエッチングできない膜の構造化
のための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ＤＲＡＭもしくはＦＲＡＭのよ
うな高集積化されたメモリモジュールの開発において
は、益々小型化されるにもかかわらずセル容量は維持或
いは寧ろさらに改善されることが求められている。この
目的を達成するために益々薄い誘電体膜および積み重ね
キャパシタ電極（トレンチセル、スタックセル）が使用
される。最近では従来の酸化ケイ素の代わりに新しい材
料、特に常誘電体および強誘電体が、メモリセルのキャ
パシタ電極の間に使用される。例えば、チタン酸バリウ
ム・ストロンチウム（ＢＳＴ、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 ）、ジルコニウム・チタン酸鉛（ＰＺＴ、Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）もしくはランタンをドーピングしたジ
ルコニウム・チタン酸鉛或いはタンタル酸ストロンチウ
ム・ビスマス（ＳＢＴ、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ）がＤＲ
ＡＭもしくはＦＲＡＭにおけるメモリセルのキャパシタ
として使用される。
【０００３】その場合、これらの材料は、通常、既に存
在している電極（底面電極）の上に堆積される。このプ
ロセスは高温において行われるので、通常キャパシタ電
極を形成する材料、例えばドーピングされたポリシリコ
ンが容易に酸化され、その導電性を失い、メモリセルの
欠陥につながることがある。
【０００４】その良好な耐酸性及び／又は導電性酸化物
を形成するが故に４ｄおよび５ｄ遷移金属、特に白金族
金属（Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ）および特
に白金それ自体、並びにレニウムが上記のメモリセルに
おいて電極材料としてのドーピングされたポリシリコン
を代替し得る有望な候補として認められている。
【０００５】素子の絶えざる小型化もまた同様に、今日
導電路として使用されているアルミニウムの代替材料が
必要とされる結果をもたらしている。その場合、この代
替材料はアルミニウムより小さい比抵抗とエレクトロマ
イグレーションを持つことが望まれる。その際の有望な
候補としては銅が認められている。
【０００６】さらに、磁気的「ランダム・アクセス・メ
モリ」（ＭＲＡＭ）の開発には磁気膜（例えば、鉄、コ
バルト、ニッケル或いはパーマロイ）をマイクロエレク
トロニクス回路に集積することを必要とする。
【０００７】今まで半導体テクノロジーにおいて未だあ
まり普及してない上記の材料から集積回路を構成し得る
ようにするためには、これらの材料の薄膜が構造化され
ねばならない。
【０００８】従来使用されてきた材料の構造化は、通
常、いわゆるプラズマを利用した異方性エッチング法に
より行われる。その場合、例えば、酸素、塩素、臭素、
塩化水素、臭化水素もしくはハロゲン化された炭化水素
のような１つ或いは複数の反応性ガスと希ガス（例え
ば、アルゴン、ヘリウム）とからなる混合ガスを使用す
る物理・化学的方法が普通適用される。これらの混合ガ
スは、通常、交流電磁場において僅かな圧力で励起され
る。
【０００９】図４は、平行電極板を備えた反応炉２０の
例で示されたエッチング室の基本的動作態様を示す。例
えばＡｒおよびＣｌ2 の混合ガスはガス入口２１を介し
て本来の反応室２２に導かれ、ガス出口２９を介して再
び排出される。平行電極板を備えた反応炉２０の下側の
電極板２４はキャパシタンス２７を介して高周波電源２
８に接続され、基板の保持体として用いられる。高周波
交流電界を反応炉２０の上側および下側の電極板２３、
２４に印加することにより混合ガスはプラズマ２５に移
行する。電子の移動度はガス陽イオンのそれより大きい
から、上側および下側の電極板２３、２４はプラズマ２
５に対して負に帯電される。従ってこの両電極板２３、
２４は正に帯電されたガス陽イオンに対して高い吸引力
を及ぼし、その結果両電極板はこのイオン、例えばＡｒ
+ の永続的な衝突を受けている。その上、ガス圧力は低
く、典型的には０．１乃至１０Ｐａに保たれるので、イ
オン相互間および中性粒子に対する僅かな散乱しか生ぜ
ず、イオンは平行電極板を備えた反応炉２０の下側の電
極板２４上に支持されている基板２６の表面に殆ど垂直
に衝突する。これによりその下にあり基板２６のエッチ
ングすべき膜の上にマスク（図示せず）の写像が良好に
形成される。
【００１０】普通、マスク材料としてはフォトレジスト
が、露光工程および現像工程によって比較的簡単に構造
化することができるので使用される。
【００１１】エッチングの物理的部分はインパルスおよ
び衝突するイオン（例えば、Ｃｌ+、Ａｒ+ ）の運動エ
ネルギーによって引き起こされる。これによって付加的
に、基板と反応ガス粒子（イオン、分子、原子、ラジカ
ル）との間の化学反応が揮発性反応生成物を形成しなが
ら始められ或いは増強される（エッチングの化学部
分）。基板粒子とガス粒子との間のこの化学反応は、エ
ッチングプロセスの高い選択性を負うものである。
【００１２】残念なことに、集積回路において新たに使
用された上述の材料は、化学的には非常にエッチングし
難い或いは全くエッチングされない材料に属し、これら
の材料においては、「反応性ガス」を使用した場合でさ
え、エッチング研削量は主として或いは殆ど専らエッチ
ングの物理的部分によるものであることが判明してい
る。
【００１３】エッチングの化学的成分が僅かにしかない
こと或いは全く欠けていることにより、構造化すべき膜
のエッチング研削量はマスクもしくは下地（エッチング
ストッパ膜）のエッチング研削量と同じ大きさ単位にあ
る。即ち、エッチングマスクもしくは下地に対するエッ
チングの選択性は一般に小さい（凡そ０．３乃至３．０
の間）。この結果、傾斜した側面部を持つマスクの浸食
およびマスクの避けがたいベベル形成により構造化の寸
法精度が僅かにしか保証され得ない。さらに、下地は強
くエッチングされ、エッチング側面部の傾斜付けが調整
しにくくなる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、従来の方法の上記の欠点を回避或いは減少する、構
造化方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この課題は、特許請求の
範囲の請求項１による方法により解決される。本発明の
その他の有利な実施例、構成例および特徴は明細書の上
記以外の請求項および添付図面から明らかにされる。
【００１６】この発明によれば、構造化すべき膜の構造
化方法は、構造化すべき膜を下地の上に形成し、この構
造化すべき膜の上にマスクを用意し、構造化すべき膜を
少なくとも１つの反応物質を用いた状態でドライエッチ
ングする方法において、ドライエッチングの間に反応物
質とマスクおよび／または下地の材料がマスクおよび／
または下地の表面において反応して不揮発性の化合物を
形成することを特徴とする。
【００１７】この発明は、ドライエッチングの間にエッ
チングにさらされたマスクおよび／または下地の表面
が、マスクおよび／または下地のエッチング研削量が低
下するように修正されるという利点を備える。この結
果、エッチングプロセスの選択性が向上する。それに伴
いマスクの浸食が少なくなることにより構造化の寸法精
度が向上する。さらに、この発明の方法により、構造化
すべき膜においてより急峻な側面部が得られる。８５°
以上の側面角を持つエッチング側面部を得ることができ
る。
【００１８】反応物質の量を適切に選択することによっ
て側面角はその狙いに合わせて調整することもできる。
これにより、エッチングプロセスの間にエッチング側面
部に析出される再堆積部の再研削への影響も可能とな
る。
【００１９】さらに、反応物質の他の選択によりマスク
もしくは下地は、必要な場合、再び容易に除去すること
ができる。
【００２０】反応物質は反応性ガスであるのがよい。そ
の場合、反応性ガスは酸素（Ｏ2 ）、窒素（Ｎ2 ）、水
素（Ｈ2 ）、例えばＮＦ3 或いはＣＦ4 のようなフッ素
化合物、塩素（Ｃｌ2 ）或いはこれらのガスの混合ガス
からなる群から選ばれているのがよい。
【００２１】さらに、構造化すべき膜は銅、強磁性体、
特に鉄、コバルト、ニッケル或いはパーマロイ、４ｄ或
いは５ｄ遷移金属、特に白金族金属を含むのがよい。
【００２２】さらに、構造化すべき膜は、強誘電体材
料、高い誘電率（＞２０）を持つ誘電体材料、これらの
材料のペロブスカイト或いは前駆体を含むのがよい。な
おその場合、これらの材料の前駆体とは、場合によって
は酸素を供給しながら、適当な熱処理（例えば焼きなま
し）によって、上記の材料に変換される材料を意味する
ものとする。
【００２３】構造化すべき膜は、タンタル酸ストロンチ
ウム・ビスマス（ＳＢＴ、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ）、タ
ンタル・ニオブ酸ストロンチウム・ビスマス（ＳＢＮ
Ｔ、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2-x Ｎｂx Ｏ9,ｘ＝０−２）、ジル
コニウム・チタン酸鉛（ＰＺＴ、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
3 ）或いは誘導体、並びにチタン酸バリウム・ストロン
チウム（ＢＳＴ、Ｂａx Ｓｒ1-x ＴｉＯ3 ，ｘ＝０−
１）、チタン酸鉛・ランタン（ＰＬＴ、（Ｐｂ，Ｌａ）
ＴｉＯ3 ）、ジルコニウム・チタン酸鉛・ランタン（Ｐ
ＬＺＴ、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）或いは誘
導体を含むのがよい。
【００２４】さらに、構造化すべき膜は、白金、金、
銀、イリジウム、パラジウム、ルテニウム或いはそれら
の酸化物を含むのがよい。
【００２５】なお有利には、マスクおよび／または下地
は金属、特にアルミニウム、チタン、タンタル、モリブ
デン或いはタングステン、金属ケイ化物、金属窒化物、
金属酸化物或いはケイ素を含む。
【００２６】さらに、構造化すべき膜のドライエッチン
グの間に希ガス、特にアルゴンが用意されるのがよい。
【００２７】構造化すべき膜のドライエッチングにはプ
ラズマエッチング法が使用されるのがよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図面を参照して
詳細に説明する。
【００２９】図１乃至３はこの発明による構造化方法の
工程を概略的に示すものである。ケイ素基板１の上にチ
タン下地２（拡散バリヤ、エッチングストップ膜）が形
成される。この下地２の上に白金膜３が構造化すべき膜
として例えばスパッタにより被着される。白金膜３の上
にはアルミニウム膜４が形成される。このアルミニウム
膜４も同様にスパッタ処理により形成することができ
る。次いでアルミニウム膜４の上にレジスト膜５が被着
される。このようにして生じた構造が図１に示されてい
る。
【００３０】アルミニウム膜４は、従来の方法で、レジ
スト膜５を使用して構造化され、それに続く白金膜３の
構造化のためのマスクとして利用する。これにより生じ
た構造は図２に示されている。
【００３１】次に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が
行われ、白金膜３に化学・物理的ドライエッチングを施
す。エッチングガスとしては、この場合、酸素Ｏ2 或い
はＯ2 と他のガス、例えばアルゴンとの混合ガスが使用
される。反応性イオンエッチングの代わりに、他のドラ
イエッチング、例えばイオンエッチング、磁界を加えた
反応性イオンエッチング（ＭＥＲＩＥ、磁気的に高めら
れたＲＩＥ）、ＥＣＲエッチング（ＥＣＲ、電子サイク
ロトロン共鳴）或いは誘導結合型プラズマエッチング法
（ＩＣＰ、ＴＣＰ）も適用できる。
【００３２】白金膜３のドライエッチングの間にアルミ
ニウムマスク４の表面には絶えず不揮発性の酸化アルミ
ニウムの表面膜（Ａｌ2 Ｏ3 ）が形成される。これによ
りアルミニウムマスク４のエッチング率が２と８との間
の係数だけ低下し、これにより白金膜３のアルミニウム
膜４に対する高い選択性（１８乃至４５）が得られる。
【００３３】ドライエッチングプロセスは、チタン下地
２にも達する程度に行われているので、チタン下地２の
表面上にも不揮発性の酸化チタン膜（Ｔｉx Ｏy ）が形
成され、これによりチタン下地２のエッチング率は約１
桁だけ低下する。これにより生じた構造は図３に示され
ている。
【００３４】全体としては、それ故、エッチングプロセ
スの選択性が明らかに向上する。これに伴いマスクの浸
食が少なくなることによって構造化のより高い寸法精度
が得られる。酸素濃度を適切に選択することにより白金
膜におけるエッチング側面部の側面角を大きな範囲で調
整することができる。８５°以上の側面角を持つエッチ
ング側面部を形成することができる。
【００３５】さらに、溝のエッチングの際下地（エッチ
ングストップ膜）の表面に不揮発性の化合物が形成さ
れ、これが溝の下隅から材料を殆ど完全に除去するため
に使用される。溝エッチングの際には、このために必要
なオーバーエッチングがエッチングストップ膜を著しく
浸食することになるので、しばしばエッチングされる材
料が溝の下隅から除去できないという問題が起こる。し
かしながら、エッチングストップ膜の表面に不揮発性の
化合物が形成されることにより、エッチングストップ膜
を損傷することなく、比較的長いオーバーエッチングを
実施できる。従って、溝の下隅からエッチングすべき物
質をより多くすることができる。
【００３６】上述のアルミニウムの代わりに、マスクも
しくは下地としてなお他の材料を使用することができ
る。例えばタンタルをマスク材料として使用する場合、
Ｏ2 を含む混合ガスを使用することにより、またこれに
伴いＴａ2 Ｏ5 の表面膜が形成されることによりタンタ
ルマスクのエッチング率は２より大きい係数だけ減少さ
せることができる。また、ケイ素をマスク材料として使
用する場合も、Ｏ2 或いはＮ2 を含む混合ガスを使用す
ることにより、またこれに伴いＳｉＯ2 もしくはＳｉ3
Ｎ4 の表面膜が形成されることによりケイ素マスクのエ
ッチング率も同様に約２の係数だけ減少させることがで
きる。チタンをマスク材料として使用する場合には、Ｎ
2 、Ｏ2 或いはＨ2 を含む混合ガスを使用することによ
り、またこれに伴いＴｉ2 Ｎ、ＴｉＯ、ＴｉＯ2 もしく
はＴｉＨ2 の表面膜が形成されることによりチタンマス
クのエッチング率を３の係数だけ減少させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による構造化方法の工程を示す図であ
る。
【図２】この発明による構造化方法の工程を示す図であ
る。
【図３】この発明による構造化方法の工程を示す図であ
る。
【図４】この発明による構造化方法で使用される反応炉
のエッチング室の概要を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 下地 ３ 白金膜 ４ アルミニウム膜 ５ レジスト膜 ２０ 反応炉 ２１ ガス入口 ２２ 反応室 ２３ 上側の電極板 ２４ 下側の電極板 ２５ プラズマ ２６ 基板 ２７ キャパシタ ２８ 高周波電源 ２９ ガス出口
フロントページの続き (72)発明者 マンフレート エンゲルハルト ドイツ連邦共和国 83620 フェルトキル ヒェン−ウェスターハム エーデルワイス シュトラーセ １アー

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】構造化すべき膜を下地の上に形成し、この
    構造化すべき膜の上にマスクを形成し、構造化すべき膜
    を少なくとも１つの反応物質の存在の下でドライエッチ
    ングする方法において、前記ドライエッチングの間に反
    応物質とマスクおよび／または下地の材料がマスクおよ
    び／または下地の表面において反応して不揮発性の化合
    物を形成することを特徴とする構造化方法。
  2. 【請求項２】反応物質が反応ガスであることを特徴とす
    る請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】反応ガスが酸素（Ｏ2 ）、窒素（Ｎ2 ）、
    水素（Ｈ2 ）、ガス状フッ素化合物、塩素（Ｃｌ2 ）或
    いはこれらのガスの混合からなる群から選ばれているこ
    とを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】構造化すべき膜が銅、強誘電体、特に鉄、
    コバルト、ニッケル或いはパーマロイ、４ｄ或いは５ｄ
    遷移金属、特に白金族金属を含むことを特徴とする請求
    項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】構造化すべき膜が強誘電体材料、高い誘電
    率を持つ誘電体材料、これらの材料のペロブスカイト或
    いは前駆体を含むことを特徴とする請求項１〜４のいず
    れか１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】構造化すべき膜がタンタル酸ストロンチウ
    ム・ビスマス（ＳＢＴ、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ）、タン
    タル・ニオブ酸ストロンチウム・ビスマス（ＳＢＮＴ、
    ＳｒＢｉ2 Ｔａ2-x Ｎｂx Ｏ9,ｘ＝０−２）、ジルコニ
    ウム・チタン酸鉛（ＰＺＴ、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）
    或いは誘導体、或いは常誘電体のチタン酸バリウム・ス
    トロンチウム（ＢＳＴ、Ｂａx Ｓｒ1-x ＴｉＯ3 ，ｘ＝
    ０−１）、チタン酸鉛・ランタン（ＰＬＴ、（Ｐｂ，Ｌ
    ａ）ＴｉＯ3 ）、ジルコニウム・チタン酸鉛・ランタン
    （ＰＬＺＴ、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，ＴｉＯ3 ）或いは
    誘導体を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】構造化すべき膜が白金、金、銀、イリジウ
    ム、パラジウム、ルテニウム或いはそれらの酸化物を含
    むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
  8. 【請求項８】マスクおよび／または下地が金属、金属ケ
    イ化物、金属窒化物、金属酸化物或いはケイ素を含むこ
    とを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方
    法。
  9. 【請求項９】マスクおよび／または下地がアルミニウ
    ム、チタン、タンタル、モリブデン或いはタングステン
    を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】構造化すべき膜のドライエッチングの間
    に希ガス、特にアルゴンが存在することを特徴とする請
    求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
  11. 【請求項１１】ドライエッチングにプラズマエッチング
    が使用されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれ
    か１つに記載の方法。ることを特徴とする請求項６乃至
    １１の１つに記載の方法。
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