JP2000031129A - Etching method for semiconductor device - Google Patents

Etching method for semiconductor device

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JP2000031129A
JP2000031129A JP11180748A JP18074899A JP2000031129A JP 2000031129 A JP2000031129 A JP 2000031129A JP 11180748 A JP11180748 A JP 11180748A JP 18074899 A JP18074899 A JP 18074899A JP 2000031129 A JP2000031129 A JP 2000031129A
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Japan
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etching
etched
ion milling
resist
film
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JP11180748A
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Yasushi Haga
泰 芳賀
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent an etched substance from redepositing on resist sidewalls and to reduce critical dimension losses and improve profile reproducibility by effecting argon plasma isotropic etching after a step by an ion milling has been performed. SOLUTION: A photoresist 101 is applied to a Pt film 102 formed on a silicon substrate 103 by means of spin coating. Then, the resultant substrate is subjected to anisotropic etching by an ion milling system for about 7 minutes to thereby remove the film 102 completely therefrom. At this time, redeposits 104 of the etched substance are formed on the sidewalls of the photoresist 101. Then, the resultant substrate is subjected to argon plasma isotropic etching for 10 minutes at 1 m Torr and 500 W. Since argon ions 105 bombard the substrate 103 and the resist sidewalls, the etched substance does not redeposit on the sidewalls. However, the substrate 103 is etched due to overetching. As a result, a profile free of sidewall redeposits 104 can be obtained after the removal of the photoresist.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置のエッチング
方法、さらに詳しくはイオンミリングを用いた強誘電体
薄膜、高誘電率膜及びその電極のエッチング方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for etching a semiconductor device, and more particularly, to a method for etching a ferroelectric thin film, a high dielectric constant film and its electrodes using ion milling.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば強誘電体メモリにおいて、Ptは
キャパシタ部の電極として有効な材料とされている。し
かし、Ptは化学的に非常に安定であるために、そのエ
ッチング工程において化学反応を用いた反応性エッチン
グに使用できる物質は、ウェットエッチでは王水(HN
O3:HCl=1:3)、ドライエッチングではCF
4,CL2等のハロゲン系ガスがあるものの、前者では
制御性が悪い上にフォトレジストが溶けてしまう、後者
ではPtのハロゲン化物の蒸気圧が低いためエッチング
速度が極端に遅い等の問題があり、実用という意味では
難しい。また、これらの等方性エッチングでは図3に示
すようにエッチング中において、アンダーカットと呼ば
れる横方向へのエッチングが進み、寸歩変換差及び形状
の再現性に悪影響を及ぼす。
2. Description of the Related Art For example, in a ferroelectric memory, Pt is a material effective as an electrode of a capacitor portion. However, since Pt is chemically very stable, a substance that can be used for reactive etching using a chemical reaction in the etching process is aqua regia (HN) in wet etching.
O3: HCl = 1: 3), CF in dry etching
4, although there is a halogen-based gas such as CL2, the former has problems such as poor controllability and melting of the photoresist, and the latter has an extremely low etching rate due to the low vapor pressure of the halide of Pt. Difficult in terms of practicality. In addition, in these isotropic etchings, as shown in FIG. 3, during the etching, etching in a lateral direction called an undercut progresses, which adversely affects step conversion difference and shape reproducibility.

【0003】そのため従来は加速されたアルゴンイオン
を被エッチング体に衝突させ、被エッチング体をスパッ
タリングさせることによって物理的かつ異方的にエッチ
ングするイオンミリング装置が用いられてきた。
[0003] Conventionally, an ion milling apparatus has been used in which accelerated argon ions collide with an object to be etched and the object to be etched is physically and anisotropically etched by sputtering.

【0004】しかしながら、前記イオンミリング装置に
よるエッチングにおいては、選択比がほとんどない上、
エッチングされた被エッチング体が揮発しないため、図
4に示すようにその一部はレジストの側壁部に付着す
る。この側壁付着物はレジスト剥離工程後においても溶
解または剥離されず壁状に残るため(図5)、その後の
層間絶縁膜の形成工程においてそのカバレッジは非常に
小さくなり、また層間絶縁膜上に配線層を形成する工程
においては配線の断線またはショート等の原因となるこ
とがあった。
However, in the etching by the ion milling apparatus, there is almost no selectivity, and
Since the etched object does not volatilize, a part thereof adheres to the side wall of the resist as shown in FIG. The side wall deposits remain in a wall shape without being dissolved or stripped even after the resist stripping step (FIG. 5), so that the coverage becomes very small in the subsequent step of forming the interlayer insulating film, and wiring is formed on the interlayer insulating film. In the step of forming a layer, the wiring may be disconnected or short-circuited.

【0005】そこで、従来はレジストの露光現像後、1
30℃〜200℃の温度でベークを行なうことによりレ
ジストをリフローさせ、またレジスト膜厚を薄くするこ
とによりレジストのテーパー角を調整し、レジストが垂
直の側壁を持たないようにするといった工夫がなされた
が、それによりレジスト寸法とエッチング寸法との寸法
変換差が大きくなってしまうという問題が出てきた。
Therefore, conventionally, after exposure and development of a resist, 1
The resist is reflowed by baking at a temperature of 30 ° C. to 200 ° C., and the taper angle of the resist is adjusted by reducing the resist film thickness so that the resist does not have vertical side walls. However, this has caused a problem that the size conversion difference between the resist size and the etching size is increased.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明はこのよ
うな課題を解決するもので、その目的とするところは被
エッチング体のレジスト側壁への付着がなく、寸法変換
差及び形状再現性の良いエッチング方法を提供するもの
である。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has as its object to prevent the object to be etched from adhering to the resist side wall and to provide a good dimensional conversion difference and good shape reproducibility. An etching method is provided.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】かかる問題を解決するた
めに次の2つの方法が挙げられる。
Means for Solving the Problems To solve such a problem, there are the following two methods.

【0008】まず第一はイオンミリングで処理した後、
アルゴンプラズマで等方性エッチングする方法である。
これは一旦、イオンミリングによってエッチングした
後、発生した前記側壁付着物を除去するために改めて、
前記イオンミリングよりも等方性エッチングに近いアル
ゴンプラズマでエッチングする方法である。ここで、ア
ルゴンプラズマエッチングにおいて前記側壁付着物だけ
でなく基板もエッチングされるため、イオンミリングエ
ッチングとアルゴンプラズマエッチングとのエッチング
速度の関係を考慮した上で、それぞれのエッチング時間
を設定することが肝要である。
First, after treatment by ion milling,
This is a method of performing isotropic etching with argon plasma.
This is, once etched by ion milling, once again to remove the generated side wall deposits,
This is a method of etching with argon plasma which is closer to isotropic etching than the ion milling. Here, since not only the side wall deposits but also the substrate are etched in the argon plasma etching, it is important to set the respective etching times in consideration of the relationship between the etching rates of the ion milling etching and the argon plasma etching. It is.

【0009】第二としてイオンミリングで処理した後、
アルゴンとハロゲン系反応性ガスのプラズマで等方性エ
ッチングする方法である。これも前記第一の方法と同じ
くイオンミリングによって発生した側壁付着物を後から
除去するもので、アルゴンとハロゲン系反応性ガスのプ
ラズマを用いることで被エッチング体を揮発させ、レジ
スト側壁への前記被エッチング体の再付着を防ぐもので
ある。
Second, after treatment by ion milling,
This is a method of performing isotropic etching with plasma of argon and a halogen-based reactive gas. This also removes the side wall deposits generated by ion milling as in the first method later, and volatilizes the object to be etched by using plasma of argon and a halogen-based reactive gas, thereby forming the above-mentioned resist side wall. This prevents re-adhesion of the object to be etched.

【0010】[0010]

【実施例】以下に本発明の実施例を図にしたがって示
す。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.

【0011】まず、図1(a)のようにシリコン基板上
に形成されたPt膜(膜厚約1500オングストロー
ム)にフォトレジストを膜厚約1ミクロンになるように
回転塗布する。2μm角の正方形パターンを露光、現像
する(図1(b))。次いでイオンミリングにより異方
性エッチを約7分間行い、被エッチング体を完全に除去
する。この時レジストの側壁には被エッチング体が再付
着し、図1(c)に示すような形状になっている。
First, as shown in FIG. 1A, a Pt film (about 1500 angstroms) formed on a silicon substrate is spin-coated with a photoresist to a thickness of about 1 μm. The square pattern of 2 μm square is exposed and developed (FIG. 1B). Next, anisotropic etching is performed for about 7 minutes by ion milling to completely remove the object to be etched. At this time, the body to be etched adheres again to the side wall of the resist, and has a shape as shown in FIG.

【0012】次に1mTORR、500Wでの等方性ア
ルゴンプラズマエッチングを10分間行う。ここで図1
(d)に示すようにアルゴンイオンは基板及びレジスト
側壁に同時に衝突するため、被エッチング物質のレジス
ト側壁への再付着はない。しかし、シリコン基板もオー
バーエッチ分としてエッチングされる。これによりレジ
スト剥離後、図1(e)に示すように側壁付着物のない
形状を得ることができる。
Next, isotropic argon plasma etching at 1 mTORR, 500 W is performed for 10 minutes. Here, FIG.
As shown in (d), since the argon ions collide with the substrate and the resist side wall at the same time, the substance to be etched does not adhere to the resist side wall. However, the silicon substrate is also etched as an overetch. Thus, after the resist is stripped, a shape free of the side wall deposit can be obtained as shown in FIG.

【0013】第二の実施例としては、前記第一の実施例
と同じくシリコン基板上に形成されたPt膜(膜厚約1
500オングストローム)にフォトレジストを膜厚約1
ミクロンになるように回転塗布し(図2(a))、2μ
m角の正方形パターンを露光、現像した後(図2
(b))、イオンミリング装置にて約5分間エッチング
を行う。本実施例においては、被エッチング体は完全に
除去されず数百オングストローム程度残っている(図2
(c))。その後1mTORR、500Wでの等方性ア
ルゴンプラズマエッチングを約10分間施して側壁付着
物及び残りの被エッチング体を除去し、レジスト剥離後
図2(d)に示すような側壁付着物の無いエッチング形
状を得る。本実施例においては側壁付着物がないだけで
なく、寸法変換差及び形状再現性の良いエッチング形状
を得ることが出来た。
As a second embodiment, a Pt film (having a film thickness of about 1) formed on a silicon substrate as in the first embodiment is used.
500 Å thick photoresist
Spin coating to a micron (Fig. 2 (a)), 2μ
After exposing and developing an m-square pattern (Fig. 2
(B)) Etching is performed for about 5 minutes using an ion milling device. In this embodiment, the object to be etched is not completely removed, but remains for several hundred angstroms (FIG. 2).
(C)). Thereafter, isotropic argon plasma etching at 1 mTORR, 500 W is performed for about 10 minutes to remove the adhered material on the side wall and the remaining object to be etched. After the resist is peeled off, the etched shape without the adhered material on the side wall as shown in FIG. Get. In the present embodiment, not only no side wall deposits were found, but also an etched shape with good dimensional conversion difference and shape reproducibility was obtained.

【0014】第三の実施例は前記第一の実施例と同様
に、シリコン基板上に形成されたPt膜(膜厚約150
0オングストローム)にフォトレジストを膜厚約1ミク
ロンになるように回転塗布し(図1(a))、2μm角
の正方形パターンを露光、現像する(図1(b))。次
いでイオンミリング装置にて約7分間エッチングを行っ
た後(図1(c))、アルゴンとハロゲン系反応性ガス
のプラズマで約7分間エッチングして、側壁付着物を除
去し、レジスト剥離後図1(e)のようなエッチング形
状を得た。
In the third embodiment, as in the first embodiment, a Pt film (having a thickness of about 150
Then, a photoresist is spin-coated so as to have a thickness of about 1 μm (FIG. 1A), and a 2 μm square pattern is exposed and developed (FIG. 1B). Next, after etching is performed for about 7 minutes by an ion milling apparatus (FIG. 1C), etching is performed for about 7 minutes by plasma of argon and a halogen-based reactive gas to remove the deposits on the side walls. An etched shape as shown in FIG. 1 (e) was obtained.

【0015】第四の実施例は、前記第二の実施例と同様
に、シリコン基板上に形成されたPt膜(膜厚約150
0オングストローム)にフォトレジストを膜厚約1ミク
ロンになるように回転塗布し(図2(a))、2μm角
の正方形パターンを露光、現像した後(図2(b))、
イオンミリング装置にて約5分間エッチングを行う。本
実施例においては第二の実施例と同様に、被エッチング
体は完全に除去されず数百オングストローム程度残って
いる(図2(c))。その後アルゴンとハロゲン系反応
性ガスのプラズマで約7分間エッチングして、側壁付着
物を除去し、レジスト剥離後図2(d)のようなエッチ
ング形状を得た。
In the fourth embodiment, similarly to the second embodiment, a Pt film (about 150 nm thick) formed on a silicon substrate is used.
(0 angstrom), a photoresist is spin-coated so as to have a film thickness of about 1 micron (FIG. 2A), and a 2 μm square pattern is exposed and developed (FIG. 2B).
Etching is performed for about 5 minutes using an ion milling apparatus. In this embodiment, as in the second embodiment, the object to be etched is not completely removed and remains for about several hundred angstroms (FIG. 2C). Thereafter, etching was performed for about 7 minutes with plasma of argon and a halogen-based reactive gas to remove deposits on the side walls, and after the resist was stripped, an etched shape as shown in FIG. 2D was obtained.

【0016】以上の実施例においてはPtを使って証明
したが、本発明によればTi、Au、Pd等それ以外の
電極材料またはPbTiO3、PZT、PLZT等の強
誘電体膜といった、通常反応性エッチの困難な材料にお
いても適用できる。
In the above embodiments, Pt was used for proof. However, according to the present invention, other reactive materials such as Ti, Au, Pd and other electrode materials or ferroelectric films such as PbTiO3, PZT and PLZT are used. It can be applied to materials that are difficult to etch.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上に述べたように、本発明のエッチン
グによるパターン形成方法において、イオンミリングエ
ッチングにおいて避けることのできなかった被エッチン
グ体のレジスト側壁への再付着をなくすことができた。
これにより、側壁付着物の残留に起因する層間絶縁膜の
カバレッジの問題や、さらに前記層間絶縁膜上の配線層
の断線、ショート等の発生もなくすことができた。ま
た、前記第二第四の実施例においては、側壁付着物が内
だけでなく寸法変換差及び形状再現性の良いエッチング
形状を得ることが出来た。
As described above, in the method of forming a pattern by etching according to the present invention, the re-adhesion of the object to be etched to the resist side wall, which cannot be avoided in the ion milling etching, can be eliminated.
As a result, the problem of coverage of the interlayer insulating film due to the residue of the deposit on the side wall and the occurrence of disconnection and short-circuit of the wiring layer on the interlayer insulating film could be prevented. Further, in the second and fourth embodiments, it was possible to obtain an etched shape having good dimensional conversion difference and shape reproducibility as well as the inside of the side wall deposits.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明における第一、第三の実施例の工程説明
図である。
FIG. 1 is a process explanatory view of first and third embodiments of the present invention.

【図2】本発明における第二、第四の実施例の工程説明
図である。
FIG. 2 is a process explanatory view of a second and a fourth embodiment of the present invention.

【図3】従来の等方性エッチングにおけるエッチング後
の断面形状図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view after etching in conventional isotropic etching.

【図4】従来のイオンミリングエッチングにおけるエッ
チング後の断面形状図である。
FIG. 4 is a cross-sectional shape diagram after etching in conventional ion milling etching.

【図5】従来のイオンミリングエッチングにおけるレジ
スト剥離後の断面形状図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the conventional ion milling etching after resist removal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

フォトレジスト: 101、201、301、401 Pt膜: 102、202、302、402 シリコン基板: 103、203、303、403 被エッチング体(Pt)の再付着物:104、204、
404 アルゴンイオン: 105
Photoresist: 101, 201, 301, 401 Pt film: 102, 202, 302, 402 Silicon substrate: 103, 203, 303, 403 Reattachment of etching target (Pt): 104, 204,
404 Argon ion: 105

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成11年7月26日(1999.7.2
6)
[Submission date] July 26, 1999 (1999.7.2)
6)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0007[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】かかる問題を解決するた
めに次の方法が挙げられる。
Means for Solving the Problems To solve such a problem, the following method can be mentioned.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0008[Correction target item name] 0008

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0008】本発明の半導体装置のエッチング方法とし
ては、強誘電体薄膜、高誘電率膜及びその電極のうちの
少なくともいずれかの材料を有する半導体装置のエッチ
ング方法において、前記材料に対して異方性エッチング
を行う工程と、前記異方性エッチングを行う工程の後に
前記材料に対して等方性エッチングを行う工程と、を有
することを特徴とする。
[0008] As a method of etching a semiconductor device of the present invention, the method of etching a semiconductor device having at least one of a ferroelectric thin film, a high dielectric constant film and an electrode thereof is anisotropic to the material. A step of performing isotropic etching and a step of performing isotropic etching on the material after the step of performing anisotropic etching.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009

【補正方法】削除[Correction method] Deleted

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】強誘電体薄膜、高誘電率膜及びその電極の
うちいずれかの材料のエッチング方法において、イオン
ミリングで処理する工程とアルゴンプラズマでエッチン
グする工程とを含むことを特徴とする半導体装置のエッ
チング方法。
1. A method for etching any one of a ferroelectric thin film, a high dielectric constant film, and an electrode thereof, comprising a step of performing ion milling and a step of etching with argon plasma. Equipment etching method.
【請求項2】強誘電体薄膜、高誘電率膜及びその電極の
うちいずれかの材料のエッチング方法において、イオン
ミリングで処理する工程とアルゴンとハロゲン系反応性
ガスのプラズマでエッチングする工程とを含むことを特
徴とする半導体装置のエッチング方法。
2. A method for etching any one of a ferroelectric thin film, a high dielectric constant film and its electrode, comprising the steps of ion milling and etching with a plasma of argon and a halogen-based reactive gas. A method for etching a semiconductor device, comprising:
【請求項3】前記請求項1及び請求項2記載の強誘電体
薄膜がBaTiO3、PZT、PLZT、高誘電率膜が
SrTiO3、TaO3、電極がPt、Pd、Ti、A
u及びそれらの化合物であることを特徴とする半導体装
置のエッチング方法。
3. The ferroelectric thin film according to claim 1 or 2, wherein BaTiO3, PZT, PLZT, the high dielectric constant film is SrTiO3, TaO3, and the electrodes are Pt, Pd, Ti, A.
u and a compound thereof.
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