DE112006000261B4 - Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Elements mittels Ätzverfahren - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Ätzverfahren, welches zur Miniaturisierung geeignet ist, bereitgestellt. Ein anorganischer Film 15 ist auf einem Objekt 5, welches unterzogen werden soll, gebildet, wobei das Objekt einen unteren Elektrodenfilm 12, einen dielektrischen Film 13 und einen oberen Elektrodenfilm 14 hat, welche in dieser Reihenfolge auf einem Substrat 10 laminiert sind. Ein bemusterter organischer Fotolackfilm 20 ist auf der Fläche des anorganischen Films 15 angeordnet. Der anorganische Film 15, der obere Elektrodenfilm 14 und der dielektrische Film 13 werden unter Verwendung des organischen Fotolackfilms 20 als Maske geätzt, und danach wird der organische Fotolackfilm 20 mit dem Gas beseitigt, welches verwendet wird, um den unteren Elektrodenfilm 12 zu ätzen, und der untere Elektrodenfilm 12 wird unter Verwendung des anorganischen Films 15 als Maske, welche belichtet wurde, geätzt. Da der Film, der als Maske dient, nicht wieder gebildet wird, kann ein feines Muster mit guter Genauigkeit erzeugt werden.
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Ätzen einer Laminatstruktur eines Edelmetalls, eines Oxids und eines Edelmetalls, welche bei ferroelektrischen Speichern, piezoelektrischen MEMS-Einrichtungen, Laminat-Kondensatoren usw. verwendet wird.
- Technischer Hintergrund
- Wegen der Notwendigkeit in den vergangenen Jahren, dass Halbleiterelemente hoch integrierter, kompakter und mehr energieeffizient sind, bestand außerdem die zunehmende Notwendigkeit nach einem Verfahren zum Ätzen feiner Muster (Strukturen). Die Edelmetalle, beispielsweise Iridium, Platin, IrOx, PtO, SRO, Ferroelektrika, beispielsweise (Ba, Sr)TiO2, SrTiO3 und andere derartige paraelektrische Oxide, und SrBi2Ta2O9, Bi4Ti3O12, Pb(Zr, Ti)O3, (Bi, La)4Ti5O12, welche bei ferroelektrischen Speichern verwendet werden, haben niedrige Reaktivität und werden auf den Seitenwänden des Musters während des Ätzens wieder abgelagert.
- Wieder abgelagertes Material kann eine Ursache einer Ableitung zwischen Elektroden sein, so dass der fotolithografische Schritt jedes Mal dann durchzuführen ist, wenn eine Schicht geätzt wird. Dies bedeutet, dass die Schichten nicht in der gleichen Größe und Breite gebildet werden können, so dass die Muster schließlich eine Stufenform zur Folge haben.
- Der oben erläuterte herkömmliche Prozess ist dahingehend problematisch, dass er mehrere Schritte erforderlich machte und die Speicherzellengröße größer wird, so dass es schwierig ist, die Feinheit zu steigern. Wenn außerdem eine Laminatstruktur eines Edelmetalls, eines Oxids und eines Edelmetalls insgesamt auf einmal in einem einzigen fotolithografischen Schritt geätzt wird, tendierte das Edelmetall dazu, sich wiederum an den Musterseitenwänden anzuhaften, und, da das Ätzgas für jede Schicht unterschiedlich ist, es kein ideales Maskenmaterial gibt.
-
JP 2003-298022 A -
US 2003/0176073 A1 -
JP 01-039 027 A JP S64-39 027 A - Offenbarung der Erfindung
- Probleme, welche durch die Erfindung gelöst werden sollen
- Um die obigen Probleme in Verbindung mit dem Stand der Technik zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Ätzverfahren bereit, welches geeignet ist, die Feinheit zu steigern.
- Mittel zum Lösen der Probleme
- Um die obigen Probleme zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven Elements gemäß Anspruch 1 vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Effekte der Erfindung
- Folglich kann ein vertikales Muster, welches nicht abgestuft ist, gebildet werden. Ein Fotolackfilm muss nicht wieder aufgebracht werden, und es wird weniger Belichtung und Entwicklung benötigt.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1(a) bis1(d) sind Querschnittsansichten (1 ), welche das Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigen; -
2(e) bis2(g) sind Querschnittsansichten (2 ), welche das Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigen; -
3 ist eine graphische Darstellung, welche den Unterschied in der Ätzrate in Abhängigkeit davon zeigt, ob oder nicht O2-Gas enthalten ist. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Halbleitersubstrat
- 11
- Isolationsfilm
- 12
- unterer Elektrodenfilm
- 13
- dielektrischer Film
- 14
- oberer Elektrodenfilm
- 15
- anorganischer Film
- 20
- organischer Fotolackfilm
- Beste Weise, die Erfindung auszuüben
- Das Bezugszeichen
5 in1(a) bis1(d) und2(e) bis2(g) zeigt das Behandlungsobjekt, bei dem das Verfahren der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann. - Wie in
1(a) gezeigt ist, hat dieses Behandlungsobjekt5 ein Halbleitersubstrat10 , und ein Isolationsfilm11 , ein unterer Elektrodenfilm12 , ein dielektrischer Film13 und ein oberer Elektrodenfilm14 sind in dieser Reihenfolge beginnend vom Boden auf diesem Halbleitersubstrat10 gebildet. - Um den unteren Elektrodenfilm
12 , den dielektrischen Film und den oberen Elektrodenfilm14 des Behandlungsobjekts5 durch Ätzen zu bemustern, wird zunächst, wie in -
1(b) gezeigt ist, ein anorganischer Film15 auf der freiliegenden Fläche des oberen Elektrodenfilms14 gebildet, und dann wird, wie in1(c) gezeigt ist, ein bemusterter organischer Fotolackfilm20 auf der freiliegenden Fläche des anorganischen Films gebildet, wodurch ein zu ätzendes Objekt (D) gebildet wird. Die Fläche des anorganischen Films15 ist teilweise durch einen organischen Fotolackfilm20 überdeckt. Der organische Fotolackfilm20 ist ein üblicher Fotolackfilm, der für Halbleiter verwendet wird, und besteht aus einem fotoreaktiven Kunststoff und wird durch Belichtung und Entwickeln bemustert. - Dieses Produkt wird in die Reaktionskammer einer Trockenätzvorrichtung befördert, ein erstes Ätzgas (Metallfilm-Ätzgas) wird in eine erste Reaktionskammer eingeführt, und Plasma des ersten Ätzgases wird gebildet. Der freiliegende anorganische Film
15 wird unter Verwendung des organischen Fotolackfilms20 als Maske geätzt, und, wie in1(d) gezeigt ist, wird die Fläche des oberen Elektrodenfilms14 teilweise freigelegt, wodurch ein zu ätzendes Objekt (C) gebildet wird. - Das erste Ätzgas ist ein Gas, welches in der Lage ist, den anorganischen Film
15 ohne den organischen Fotolackfilm20 oder den oberen Elektrodenfilm14 zu ätzen, und, wenn der anorganische Film ein Titan-Film, ein Tantal-Film, ein Zirkon-Film, ein Hafnium-Film, ein Nitrid oder eines von diesen (beispielsweise ein TiN-Film) oder ein TiAlN-Film ist, weist dann das Ätzgas zumindest eine Art an Gas auf, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Cl2-Gas, BCl3-Gas und Br2-Gas besteht. Ein seltenes Gas kann ebenfalls enthalten sein. - Insbesondere ist die Titan-Ätzrate hoch, wenn das erste Ätzgas kein O2-Gas enthält, und dies ist für den anorganischen Film vorteilhaft, der ein Titan-Film, ein TiN-Film oder ein TiAlN-Film ist.
- Anschließend wird das Produkt auf eine zweite Reaktionskammer bewegt, ohne den organischen Fotolackfilm
20 zu entfernen, ein zweites Ätzgas (Ätzgas der oberen Elektrode), welches gegenüber dem ersten Ätzgas verschieden ist, wird in diese zweite Reaktionskammer eingeführt. Das zweite Ätzgasplasma wird gebildet und der obere Elektrodenfilm14 , der auf der Fläche freigelegt ist, wird unter Verwendung des organischen Fotolackfilms20 als Maske geätzt. Als Ergebnis wird der obere Elektrodenfilm14 geätzt, wo er durch den organischen Fotolackfilm20 und den anorganischen Film15 nicht geschützt ist, so dass die Fläche des dielektrischen Films13 teilweise freigelegt wird und das Objekt (B) gebildet wird, wie in2(e) gezeigt ist. - Das zweite Ätzgas ist ein Gas, welches den oberen Elektrodenfilm
14 ätzen kann, ohne den organischen Fotolackfilm20 und den dielektrischen Film13 zu ätzen. - Der obere Elektrodenfilm
14 und der untere Elektrodenfilm12 können durch einen Metallfilm aus Platin, Iridium, Gold, Ruthenium oder eine Verbindung von diesen gebildet sein, einen Oxidfilm, beispielsweise Indium-Oxid, Ruthenium-Oxid, Strontium-Ruthenium-Oxid, ein Laminat dieser Metallfilme, ein Laminat dieser Oxidfilme oder ein Laminat dieser Metallfilme und Oxidfilme. - Wenn der obere Elektrodenfilm
14 und der untere Elektrodenfilm12 durch die oben aufgelisteten Materialien gebildet werden, können ein Mischgas aus BCl3-Gas und ein seltenes Gas (beispielsweise Argon) für das zweite Ätzgas verwendet werden. - Danach wird dieses Produkt zu einer dritten Reaktionskammer bewegt, ohne den organischen Fotolackfilm
20 zu entfernen, ein drittes Ätzgas (dielektrisches Ätzgas), welches gegenüber dem zweiten Ätzgas verschieden ist, wird in diese dritte Reaktionskammer eingeführt. Ein drittes Ätzgasplasma wird gebildet, und der dielektrische Film13 , der auf der Fläche freigelegt wird, wird unter Verwendung des organischen Fotolackfilms20 als Maske geätzt. Als Ergebnis wird der dielektrische Film13 geätzt, wo er durch den organischen Fotolackfilm20 und den anorganischen Film15 nicht geschützt ist, so dass die Fläche des unteren Elektrodenfilms12 teilweise freigelegt wird und das Objekt (A) gebildet wird, wie in2(f) gezeigt ist. Der obere Elektrodenfilm14 ist zwischen dem verbleibenden dielektrischen Film13 und dem anorganischen Film15 angeordnet. - Das dritte Ätzgas ist ein Gas, welches den dielektrischen Film
13 ätzen kann, ohne den organischen Fotolackfilm20 und den unteren Elektrodenfilm12 zu ätzen. Wenn der dielektrische Film13 ein dielektrischer Oxidfilm ist, und auch ein Film eines paraelektrischen Oxids, beispielsweise (Ba, Sr)TiO2, SrTiO3, oder ein Film aus einem Ferroelektrikum, beispielsweise SrBi2Ta2O9 , Bi4Ti3O12, Pb(Zr, Ti)O3, (Bi, La)4Ti5O12, kann das dritte Ätzgas ein seltenes Gas, beispielsweise Argon enthalten, und C4F8-Gas und zumindest eine Art an Gas, welches unter dem BCl3-Gas, HBr-Gas und Cl2-Gas ausgewählt wird, enthalten. - Der organische Fotolackfilm
20 wird dünner, während der anorganische Film15 , der obere Elektrodenfilm14 und der dielektrische Film13 in dieser Reihenfolge mit dem ersten bis dritten Ätzgas geätzt werden, wobei jedoch der organische Fotolackfilm20 nach Beendigung des Ätzens des dielektrischen Films13 noch verbleibt. - Anschließend wird dieses Produkt zu einer vierten Reaktionskammer ohne Entfernen des organischen Fotolackfilms
20 bewegt, ein viertes Ätzgas (unteres Elektrodenätzgas), welches den organischen Fotolackfilm20 und den unteren Elektrodenfilm12 ätzen kann, wird in die vierte Reaktionskammer eingeführt, und ein Plasma dieses Gases wird gebildet. - Bei dem oben erläuterten Ätzen des oberen Elektrodenfilms
14 wird der organische Fotolackfilm20 nicht geätzt, sondern beim Ätzen des unteren Elektrodenfilms12 wird der organische Fotolackfilm20 geätzt. - Daher ist kein O2-Gas im zweiten Ätzgas enthalten, welches den oberen Elektrodenfilm
14 ätzt, O2-Gas ist in dem vierten Ätzgas enthalten, welches den unteren Elektrodenfilm12 ätzt, so dass organische Sache wie auch Metalle und deren Verbindungen geätzt werden. Das vierte Ätzgas, welches hier verwendet wird, ist ein Mischgas aus einem seltenen Gas (beispielsweise Argon) gemeinsam mit dem Cl2-Gas und O2-Gas. - Wenn das vierte Ätzgas O2-Gas in einem Verhältnis von größer als 25% des Volumenverhältnisses enthält, kann der organische Fotolackfilm
20 schnell beseitigt werden. - Beim Start des Ätzens dient der organische Fotolackfilm
20 als Maske, wenn das Ätzen des unteren Elektrodenfilms fortschreitet, wobei jedoch der organische Fotolackfilm20 eine hohe Ätzrate hat. - Bei der vorliegenden Erfindung wird das Ätzen des unteren Elektrodenfilms
12 nicht beendet, wenn der organische Fotolackfilm20 durch das vierte Ätzgas entfernt wird und die Fläche des anorganischen Films15 freigelegt wird. - Der anorganische Film
15 wird nicht durch das vierte Ätzgas geätzt, und der anorganische Film15 dient als Maske, nachdem der organische Fotolackfilm20 entfernt wurde, das Ätzen des unteren Elektrodenfilms, dessen Fläche teilweise freigelegt wird, läuft in einen Zustand, bei dem der Bereich, der durch den anorganischen Film15 überdeckt ist, geschützt ist. freigelegte Bereich des unteren Elektrodenfilms12 wird beseitigt, und der Isolationsfilm11 wird freigelegt. Folglich wird ein kapazitives Element vom unteren Elektrodenfilm12 , dem dielektrischen Film13 und dem oberen Elektrodenfilm14 erhalten, wobei jeder von diesen bemustert wurde. - Da der organische Fotolackfilm dahinter beim Ätzen des unteren Elektrodenfilms
12 verbleibt, wird, wenn ein Ätzgas, welches kein O2-Gas enthält, verwendet, das Ätzprodukt, welches Kohlenstoff aufweist, durch Reaktion zwischen dem Ätzgasplasma und dem restlichen organischen Fotolackfilm erzeugt. Dieses Produkt neigt dazu, auf den Seitenwänden des Musters neu sich abzulagern. Daher ist es vorteilhaft, dass der organische Fotolackfilm20 nicht dahinter verbleibt, wenn der untere Elektrodenfilm12 unter Verwendung eines Ätzgases geätzt wird, welches kein O2-Gas enthält. - Eine große Menge an O2-Gas kann nicht in dem Ätzgas für ein Oxid-Dielektrikum enthalten sein. Es ist ebenfalls nicht wünschenswert, eine eigens dafür bestimmte Veraschungskammer vorzusehen, damit der organische Fotolackfilm
20 nach dem Ätzen des dielektrischen Films13 weg verascht wird, da dies die Anzahl von beteiligten Schritten vergrößern wird. - Das vierte Ätzgas nach der vorliegenden Erfindung umfasst O2-Gas, welches dem Gas hinzugefügt ist, welches den unteren Elektrodenfilm
12 ätzt, und, da das Ätzen des organischen Fotolackfilms20 fortlaufend mit dem Ätzen des unteren Elektrodenfilms12 durchgeführt wird, kann der organische Fotolackfilm20 schnell und ohne Hinzufügung mehrerer Schritte entfernt werden. Der organische Fotolackfilm20 wird teilweise schnell entfernt werden, wenn das Gas O2-Gas in einer Menge von zumindest 25 Vol% enthalten ist. - Wenn der anorganische Film
15 einem Ätzgasplasma, welches O2-Gas enthält, ausgesetzt wird, wird ein Oxidfilm des Materials, welches den anorganischen Film15 bildet, auf der Fläche des anorganischen Films15 gebildet, und das Ätzen wird nicht länger voranschreiten, und der Bereich, der durch den anorganischen Film15 überdeckt ist, wird geschützt. Das Einstellen der Konzentration des O2-Gases auf zumindest 25% ist zum Bilden eines Oxidfilms auf der Fläche des anorganischen Films15 wirksam. - Die Grafik in
3 zeigt die Beziehung der Ätzrate zum O2-Gasgehalt (Volumenprozent), wenn der anorganische Film15 , der aus einem TiN-Film zusammengesetzt ist, mit einem Mischgas aus Cl2-Gas und O2-Gas geätzt wird. Wenn kein O2-Gas enthalten ist, beträgt die Rate 100 nm/Minute, jedoch, bei einem Gehalt von zumindest 25 Volumenprozent fällt die Rate auf im Wesentlichen 0 nm/Minute ab. - Da außerdem der gleiche Bereich durch den anorganischen Film
15 und den organischen Fotolackfilm20 überdeckt ist und alles von dem oberen Elektrodenfilm14 zum unteren Elektrodenfilm12 geätzt wird, ohne wiederum einen Fotolackfilm anzubringen, ist die Ätzform vertikal, und es gibt weniger dimensionale Verschiebung. - Bei dem obigen Arbeitsbeispiel des oberen Elektrodenfilms
14 und dem unteren Elektrodenfilm12 sind diese jeweils ein Einzelschichtfilm, wobei jedoch der obere Elektrodenfilm14 und der untere Elektrodenfilm12 bei der vorliegenden Erfindung anstelle davon Mehrfachschichtfilme sein können, welche durch Laminieren von einem oder mehrerer Filmarten erlangt werden. - Außerdem wird die Reaktionskammer für jeden Film geändert, der bei dem obigen Arbeitsbeispiel geätzt wird, wobei jedoch alles von dem anorganischen Film
15 zum unteren Elektrodenfilm12 anstelle davon fortlaufend in der gleichen Reaktionskammer geätzt werden kann.
Claims (5)
- Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven Elements bei dem der untere Elektrodenfilm, der dielektrische Film und der obere Elektrodenfilm laminiert sind, indem ein Objekt (A) geätzt wird, wobei das Objekt (A) aufweist: einen unteren Elektrodenfilm, der über einem Substrat angeordnet ist, einen dielektrischen Film, der über einem Teil eines Bereichs des unteren Elektrodenfilms angeordnet ist, einen oberen Elektrodenfilm, der über dem dielektrischen Film angeordnet ist, einen anorganischen Film, der über dem oberen Elektrodenfilm angeordnet ist, und einen organischen Fotolackfilm, der über dem anorganischen Film angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der Fläche des unteren Elektrodenfilms und der Fläche des organischen Fotolackfilms freiliegen, wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst: Aussetzen des Objekts (A) einer Plasmabehandlung mit einem Plasma eines Ätzgases für die untere Elektrode, welches Sauerstoffgas und zumindest eine Art an Gas enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Cl2-Gas, Br2-Gas und BCl3-Gas besteht, wobei sowohl der organische Fotolackfilm, der auf der Fläche des Objekts (A) freiliegt, geätzt und entfernt wird, als auch der untere Elektrodenfilm, der auf der Fläche des Objekts (A) freiliegt, geätzt und entfernt wird, wohingegen der anorganische Film belassen wird, und der Bereich, der durch den anorganischen Film überdeckt ist, geschützt wird.
- Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven Elements nach Anspruch 1, welches außerdem Schritte zum Ätzen eines zweiten Objekts (B) aufweist, wobei das zweite Objekt (B) aufweist: den unteren Elektrodenfilm, der über dem Substrat angeordnet ist, den dielektrischen Film, welcher über dem unteren Elektrodenfilm angeordnet ist, den oberen Elektrodenfilm, der über einem Teil eines Bereichs des dielektrischen Films angeordnet ist, den anorganischen Film, der über dem oberen Elektrodenfilm angeordnet ist, und den organischen Fotolackfilm, der über dem anorganischen Film angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der Fläche des dielektrischen Films und der Fläche des organischen Fotolackfilms freiliegt, wobei die Schritte zum Ätzen des zweiten Objekts (B) folgenden Schritt umfassen: Aussetzen des zweiten Objekts (B) einer Plasmabehandlung mit einem Plasma eines Ätzgases für den dielektrischen Film, wobei der dielektrischen Film, der auf der Fläche des zweiten Objekts (B) freiliegt, geätzt wird, während der organische Fotolackfilm belassen wird, um somit das Objekt (A) zu bilden.
- Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven Elements nach Anspruch 2, welches außerdem die Schritte zum Ätzen eines dritten Objekts (C) umfasst, wobei das dritte Objekt (C) aufweist: den unteren Elektrodenfilm, der über dem Substrat angeordnet ist, den dielektrischen Film, der über dem unteren Elektrodenfilm angeordnet ist, den oberen Elektrodenfilm, der über dem dielektrischen Film angeordnet ist, den anorganischen Film, der auf einem Teil über einem Bereich des oberen Elektrodenfilms angeordnet ist, und den organischen Fotolackfilm, der über dem anorganischen Film angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der Fläche des oberen Elektrodenfilms und der Fläche des organischen Fotolackfilms freiliegen, wobei die Schritte zum Ätzen des dritten Objekts (C) folgenden Schritt umfassen: Aussetzen des dritten Objekts (C) einer Plasmabehandlung mit einem Plasma eines Ätzgases für den oberen Elektrodenfilm, wobei der obere Elektrodenfilm, der auf der Fläche des dritten Objekts (C) freiliegt, geätzt wird, während der organische Fotolackfilm belassen wird, um somit das zweite Objekt (B) zu bilden.
- Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven Elements nach Anspruch 3, welches außerdem Schritte zum Ätzen eines vierten Objekts (D) umfasst, wobei das vierte Objekt (D) aufweist: den unteren Elektrodenfilm, der über dem Substrat angeordnet ist, den dielektrischen Film, der über dem unteren Elektrodenfilm angeordnet ist, den oberen Elektrodenfilm, der über dem dielektrischen Film angeordnet ist, den anorganischen Film, der über dem oberen Elektrodenfilm angeordnet ist, und den organischen Fotolackfilm, der über einem Teil eines Bereichs des anorganischen Films angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der Fläche des anorganischen Films und der Fläche des organischen Fotolackfilms freiliegt, wobei die Schritte zum Ätzen des vierten Objekts (D) folgenden Schritt umfassen: Aussetzen des vierten Objekts (D) einer Plasmabehandlung mit einem Plasma eines Ätzgases für den Metallfilm, wobei der anorganische Film, der auf der Fläche des vierten Objekts (D) freiliegt, geätzt wird, während der organische Fotolackfilm belassen wird, um somit das dritte Objekt (C) zu bilden.
- Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der untere Elektrodenfilm Platin, Iridium, Gold, Ruthenium, Indium-Oxid, Ruthenium-Oxid oder ein Strontium-Ruthenium-Oxid aufweist, der dielektrische Film ein Oxid ist, und der anorganische Film ein Titan-Film, ein TiN-Film, ein TiAlN-Film oder ein Laminat dieser Filme ist.
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