JP2000195845A - エッチング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、安定にエッチングができ、かつ、
レジスト側壁への再付着が少ないエッチング方法及び装
置を提供することを目的としている。 【解決手段】 真空容器１内にガス供給装置２からガス
を導入しつつ、排気装置としてのポンプ３で真空容器１
内を排気し、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、
対向電極用高周波電源４より対向電極５に１００ＭＨｚ
の高周波電力を印加し、基板電極用高周波電源６より基
板電極７に５００ｋＨｚの高周波電力を印加することに
より、真空容器１内にプラズマを発生させ、基板８また
は基板８上の薄膜をエッチングする。なお、真空容器１
と対向電極５とを電気的に絶縁するための絶縁体９が設
けられている。ひさし状の障害物１０は、絶縁体９の真
空容器内壁側表面の任意の点と、基板８の表面の任意の
点とを結ぶ線分が、障害物１０によって分断されている
状態になるよう構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は耐酸化性の強い材
料をエッチングする方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体メモリ（記憶装置）において、従
来、メモリキャパシタ構造を変革することによって、メ
モリキャパシタのキャパシタ容量の増大に対応してきた
が、近年の微細化においては、構造の変革だけでは要望
される容量を確保することが難しくなった。そのため、
キャパシタ容量材料にチタン酸バリウム・ストロンチウ
ム、チタン酸ジルコニウム鉛、タンタル酸ビスマス・ス
トロンチュームなどの誘電率の高いセラミック系酸化物
が用いられるようになってきた。これらのセラミック系
酸化物から酸素が脱離すると、その特性が大きく悪化し
まうため、キャパシタ電極材料として、酸素との反応が
低い材料、例えば、ルテニウム、白金、イリジューム、
ロジウムなどが用いられる。これらの材料を用いて、微
細なパターンを形成するには、これらの材料のエッチン
グ技術が必要である。

【０００３】以下、従来のエッチング方法の一例とし
て、誘導結合プラズマ源を用いたイリジュームのドライ
エッチングについて、図５を参照して説明する。図５に
実験で用いた誘導結合プラズマを利用したドライエッチ
ング装置の構成図を示す。真空容器１の上部に設けた誘
電板１２に沿って誘導結合コイル１３が設置されてお
り、真空容器１内の基板電極７上に基板８を載置し、ガ
ス供給装置２から真空容器１内にアルゴン及び塩素の混
合ガスを導入しつつ、排気装置としてのポンプ３で真空
容器１内を排気し、真空容器１内を所定の圧力に保ちな
がら、誘導結合コイル１３及び基板電極７に、コイル用
高周波電源１４及び基板電極用高周波電源６による高周
波電力を印加することによって真空容器１内にプラズマ
を発生させ、基板８または基板８上の薄膜をエッチング
する。ここで、被エッチング物質はイリジュームであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、誘導結
合プラズマを用いたイリジュームのエッチングでは、塩
素とイリジューム薄膜との反応が十分行われず、基板８
または基板８上のイリジュームがスパッタされ、導電性
薄膜として、誘電板１２上に再付着する。この導電性薄
膜によって、コイル１３からの電磁波が真空容器内１に
伝搬されにくくなり、処理を重ねていくうちにプラズマ
密度が低下し、イリジュームのエッチングレートが減少
してしまう。

【０００５】また、エッチングマスクであるレジスト側
壁にも同様の導電性薄膜が再付着し、レジスト除去後、
その再付着物は、ダストまたは短絡の原因となり、デバ
イスの歩留まりを低下させてしまう。

【０００６】本発明は、イリジューム、ロジューム、ル
テニウム、プラチナ、レニウム、ビスマス、ストロンチ
ューム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少
なくとも１つの元素を含む薄膜が形成されている基板、
または、これら元素のうち少なくとも１つを含む材料か
らなる基板のエッチングにおいて、処理枚数に関わら
ず、安定にエッチングでき、かつ、レジスト側壁への再
付着が少ないエッチング方法及び装置を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の第１発明のエッチ
ング方法は、イリジューム、ロジューム、ルテニウム、
プラチナ、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バ
リウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも１
つの元素を含む薄膜が形成されている基板、または、こ
れら元素のうち少なくとも１つを含む材料からなる基板
を真空容器内の基板電極上に載置し、真空容器内にガス
を供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の
圧力に保ちながら、真空容器と電気的に絶縁された対向
電極及び基板電極の各々に高周波電力を印加することに
よって、真空容器内にプラズマを発生させ、基板をエッ
チングするエッチング方法であって、対向電極と基板電
極の間に障害物を設けた状態でエッチングすることを特
徴とする。

【０００８】本願の第１発明のエッチング方法におい
て、好適には、対向電極と真空容器を電気的に絶縁する
ための絶縁体の表面の閉じた環状部を含む任意の点と、
基板表面の任意の点とを結ぶ線分が、障害物によって分
断されている状態でエッチングすることが望ましい。

【０００９】また、好適には、対向電極に印加する高周
波電力の周波数が３０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚであるこ
とが望ましい。

【００１０】また、さらに好適には、対向電極に印加す
る高周波電力の周波数が５０ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚで
あることが望ましい。

【００１１】また、好適には、基板電極に印加する高周
波電力の周波数が１００ｋＨｚ乃至２ＭＨｚであること
が望ましい。

【００１２】また、好適には、真空容器内の圧力が０．
０５Ｐａ乃至２Ｐａであることが望ましい。

【００１３】本願の第２発明のエッチング装置は、基板
または基板上の薄膜をエッチングするためのエッチング
装置であって、真空容器と、真空容器内にガスを供給す
るためのガス供給装置と、真空容器内を排気するための
排気装置と、真空容器内に基板を載置するための基板電
極と、基板電極に高周波電力を供給するための基板電極
用高周波電源と、真空容器と電気的に絶縁された対向電
極と、対向電極に高周波電力を供給するための対向電極
用高周波電源と、対向電極と基板電極の間に設けた障害
物を備えたことを特徴とする。

【００１４】本願の第２発明のエッチング装置におい
て、好適には、対向電極と真空容器を電気的に絶縁する
ための絶縁体の表面の閉じた環状部を含む任意の点と、
基板表面の任意の点とを結ぶ線分が、障害物によって分
断されていることが望ましい。

【００１５】また、好適には、対向電極用高周波電源の
周波数が３０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚであることが望ま
しい。

【００１６】また、さらに好適には、対向電極用高周波
電源の周波数が５０ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚであること
が望ましい。

【００１７】また、好適には、基板電極用高周波電源の
周波数が１００ｋＨｚ乃至２ＭＨｚであることが望まし
い。

【００１８】また、好適には、排気装置が、真空容器内
の圧力を０．０５Ｐａ乃至２Ｐａに到達させるに十分な
排気能力を備えていることが望ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００２０】図１に本発明で用いたエッチング装置の構
成図を示す。図１において、真空容器１内にガス供給装
置２からガスを導入しつつ、排気装置としてのポンプ３
で真空容器１内を排気し、真空容器１内を所定の圧力に
保ちながら、対向電極用高周波電源４より対向電極５に
１００ＭＨｚの高周波電力を印加し、基板電極用高周波
電源６より基板電極７に５００ｋＨｚの高周波電力を印
加することにより、真空容器１内にプラズマを発生さ
せ、基板８または基板８上の薄膜をエッチングする。な
お、真空容器１と対向電極５とを電気的に絶縁するため
の絶縁体９が設けられている。ここで、被エッチング物
質はイリジュームである。エッチングにおける反応性が
乏しいために、スパッタ主体のエッチングとなり、対向
電極５及び絶縁体９表面に導電性薄膜が付着するおそれ
がある。とくに、絶縁体９に導電性薄膜が付着すると、
対向電極５と真空容器１との絶縁がとれなくなってしま
う。これを防止するために、ひさし状の障害物１０を設
けている。障害物１０は、絶縁体９の真空容器内壁側表
面の任意の点と、基板８の表面の任意の点とを結ぶ線分
が、障害物１０によって分断されている状態になるよ
う、その寸法・配置を決定した。また、障害物１０は、
基板電極８付近でのプラズマの均一性を向上させる効果
をも有している。

【００２１】このような構成において、ガスとしてアル
ゴン及び塩素の混合ガスを用いて、真空容器１内の圧力
を０．３Ｐａとした状態でイリジュームをエッチングし
たところ、絶縁体９の表面には導電性薄膜がほとんど付
着せず、処理を重ねていってもエッチングレートの低下
はみられなかった。また、エッチングマスクであるレジ
スト側壁に再付着する導電性薄膜が薄くなり、デバイス
の歩留まりが向上した。エッチングマスクであるレジス
ト側壁に再付着する導電性薄膜が薄くなった理由とし
て、プラズマ励起を励起するために１００ＭＨｚの高周
波電力を用いたことでプラズマの電子温度が低下し、塩
素の負イオンが多量に発生したためであると考えられる
（一般に、正イオンよりも負イオンの方が反応性が高い
といわれている）。

【００２２】以上に述べた本発明の実施形態において
は、ひさし状の障害物１０を用いた場合について説明し
たが、図２に示すように、対向電極５と真空容器１とを
絶縁する絶縁体９の内壁を真空容器１の内壁よりも外側
に配置させ、真空容器１自身を障害物１０として機能さ
せるように構成してもよい。また、図３に示すように、
絶縁体９をひさし状に構成することにより、絶縁体９自
身を障害物１０として機能させ、絶縁体９の表面の閉じ
た環状部１１を含む任意の点と、基板８の表面の任意の
点とを結ぶ線分が、障害物としての機能をもつ絶縁体９
のひさし状の部分１０によって分断されるよう構成して
もよい。

【００２３】また、以上に述べた本発明の実施形態にお
いては、基板または基板上の薄膜としてのイリジューム
をエッチングする場合について説明したが、イリジュー
ム、ロジューム、ルテニウム、プラチナ、レニウム、ビ
スマス、ストロンチューム、バリウム、ジルコニウム、
鉛、ニオブのうち少なくとも１つの元素を含む薄膜が形
成されている基板、または、これら元素のうち少なくと
も１つを含む材料からなる基板をエッチングするに際し
て、本発明を適用することができる。

【００２４】また、以上に述べた本発明の実施形態にお
いては、対向電極に１００ＭＨｚの高周波電力を供給す
る場合について説明したが、対向電極に印加する高周波
電力の周波数は３０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚであること
が望ましい。３０ＭＨｚ以下の周波数を用いた場合、プ
ラズマ密度が十分でないため、エッチングレートが低く
なり、３００ＭＨｚ以上の周波数を用いた場合、低圧で
のプラズマ着火性が悪くなるという傾向がある。とく
に、５０ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚの高周波電力を印加す
ることが有効であり、３０ＭＨｚ乃至５０ＭＨｚの高周
波電力を供給した場合よりさらに高いプラズマ密度を得
ることができ、１５０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚを供給し
た場合よりさらに低圧でのプラズマの着火性に優れる。

【００２５】また、以上に述べた本発明の実施形態にお
いては、基板電極に５００ｋＨｚの高周波電力を供給す
る場合について説明したが、基板電極に印加する高周波
電力の周波数として、１００ｋＨｚ乃至２ＭＨｚを用い
ることができる。１００ｋＨｚ以下あるいは２ＭＨｚ以
上の周波数を用いた場合、十分なイオンエネルギーが得
られないという問題がある。

【００２６】また、以上に述べた本発明の実施形態にお
いては、真空容器内の圧力を０．３Ｐａとした場合につ
いて説明したが、圧力が０．０５Ｐａ以下の場合はプラ
ズマが着火せず、また、２Ｐａ以上の場合は、レジスト
側壁への導電性薄膜の堆積が増すためデバイスの歩留ま
りが低下するという問題がある。また、図４に示すよう
に、圧力が高くなるにしたがって、エッチングレートが
低くなるという傾向がある。したがって、０．０５Ｐａ
から２．０Ｐａでエッチングを行うことが望ましい。

【００２７】

【発明の効果】本願の第１発明のプラズマ処理方法によ
れば、イリジューム、ロジューム、ルテニウム、プラチ
ナ、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バリウ
ム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも１つの
元素を含む薄膜が形成されている基板、または、これら
元素のうち少なくとも１つを含む材料からなる基板を真
空容器内の基板電極上に載置し、真空容器内にガスを供
給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力
に保ちながら、真空容器と電気的に絶縁された対向電極
及び基板電極の各々に高周波電力を印加することによっ
て、真空容器内にプラズマを発生させ、基板をエッチン
グするエッチング方法であって、対向電極と基板電極の
間に障害物を設けた状態でエッチングするため、処理枚
数に関わらず、安定にエッチングでき、かつ、レジスト
側壁への再付着が少ないエッチング方法を提供すること
ができる。

【００２８】本願の第２発明のプラズマ処理装置によれ
ば、基板または基板上の薄膜をエッチングするためのエ
ッチング装置であって、真空容器と、真空容器内にガス
を供給するためのガス供給装置と、真空容器内を排気す
るための排気装置と、真空容器内に基板を載置するため
の基板電極と、基板電極に高周波電力を供給するための
基板電極用高周波電源と、真空容器と電気的に絶縁され
た対向電極と、対向電極に高周波電力を供給するための
対向電極用高周波電源と、対向電極と基板電極の間に設
けた障害物を備えるため、処理枚数に関わらず、安定に
エッチングでき、かつ、レジスト側壁への再付着が少な
いエッチング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態で用いたエッチング装置の構
成図

【図２】本発明の別の実施形態で用いたエッチング装置
の構成図

【図３】本発明のさらに別の実施形態で用いたエッチン
グ装置の構成図

【図４】イリジュームのエッチングレートの圧力依存性
を示すグラフ

【図５】従来例で用いたエッチング装置の構成図

【符号の説明】

１・・・真空容器 ２・・・ガス供給装置 ３・・・ポンプ ４・・・対向電極用高周波電源 ５・・・対向電極 ６・・・基板電極用高周波電源 ７・・・基板電極 ８・・・基板 ９・・・絶縁体 １０・・障害物

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 BB04 BB06 BB13 DD65 GG16 HH20 5F004 AA16 BA20 BB13 BB32 CA02 CA06 DA04 DA23 DB08 5F033 HH07 HH17 QQ11 VV16 XX00 5F083 GA27 JA06 JA14 JA15 JA31 JA38 JA39 PR03

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イリジューム、ロジューム、ルテニウ
   ム、プラチナ、レニウム、ビスマス、ストロンチュー
   ム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なく
   とも１つの元素を含む薄膜が形成されている基板、また
   は、これら元素のうち少なくとも１つを含む材料からな
   る基板を真空容器内の基板電極上に載置し、真空容器内
   にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を
   所定の圧力に保ちながら、真空容器と電気的に絶縁され
   た対向電極及び基板電極の各々に高周波電力を印加する
   ことによって、真空容器内にプラズマを発生させ、基板
   をエッチングするエッチング方法であって、対向電極と
   基板電極の間に障害物を設けた状態でエッチングするこ
   とを特徴とするエッチング方法。
2. 【請求項２】 対向電極と真空容器を電気的に絶縁する
   ための絶縁体の表面の閉じた環状部を含む任意の点と、
   基板表面の任意の点とを結ぶ線分が、障害物によって分
   断されている状態でエッチングすることを特徴とする、
   請求項１記載のエッチング方法。
3. 【請求項３】 対向電極に印加する高周波電力の周波数
   が３０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚであることを特徴とす
   る、請求項１記載のエッチング方法。
4. 【請求項４】 対向電極に印加する高周波電力の周波数
   が５０ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚであることを特徴とす
   る、請求項１記載のエッチング方法。
5. 【請求項５】 基板電極に印加する高周波電力の周波数
   が１００ｋＨｚ乃至２ＭＨｚであることを特徴とする、
   請求項１記載のエッチング方法。
6. 【請求項６】 真空容器内の圧力が０．０５Ｐａ乃至２
   Ｐａであることを特徴とする、請求項１記載のエッチン
   グ方法。
7. 【請求項７】 イリジューム、ロジューム、ルテニウ
   ム、プラチナ、レニウム、ビスマス、ストロンチュー
   ム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なく
   とも１つの元素を含む薄膜が形成されている基板、また
   は、これら元素のうち少なくとも１つを含む材料からな
   る基板を真空容器内の基板電極上に載置し、真空容器内
   にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を
   所定の圧力に保ちながら、絶縁体にて真空容器と電気的
   に絶縁された対向電極及び基板電極の各々に高周波電力
   を印加することによって、真空容器内にプラズマを発生
   させ、基板をエッチングするエッチング方法であって、
   前記絶縁体の内壁が真空容器の内壁よりも外側に配置さ
   せた状態でエッチングすることを特徴とするエッチング
   方法。
8. 【請求項８】 対向電極と真空容器を電気的に絶縁する
   ための絶縁体の表面の閉じた環状部を含む任意の点と、
   基板表面の任意の点とを結ぶ線分が、真空容器の内壁に
   よって分断されている状態でエッチングすることを特徴
   とする、請求項７記載のエッチング方法。
9. 【請求項９】 対向電極に印加する高周波電力の周波数
   が３０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚであることを特徴とす
   る、請求項７記載のエッチング方法。
10. 【請求項１０】 対向電極に印加する高周波電力の周波
    数が５０ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚであることを特徴とす
    る、請求項７記載のエッチング方法。
11. 【請求項１１】 基板電極に印加する高周波電力の周波
    数が１００ｋＨｚ乃至２ＭＨｚであることを特徴とす
    る、請求項７記載のエッチング方法。
12. 【請求項１２】 真空容器内の圧力が０．０５Ｐａ乃至
    ２Ｐａであることを特徴とする、請求項７記載のエッチ
    ング方法。
13. 【請求項１３】 基板または基板上の薄膜をエッチング
    するためのエッチング装置であって、真空容器と、真空
    容器内にガスを供給するためのガス供給装置と、真空容
    器内を排気するための排気装置と、真空容器内に基板を
    載置するための基板電極と、基板電極に高周波電力を供
    給するための基板電極用高周波電源と、真空容器と電気
    的に絶縁された対向電極と、対向電極に高周波電力を供
    給するための対向電極用高周波電源と、対向電極と基板
    電極の間に設けた障害物を備えたことを特徴とするエッ
    チング装置。
14. 【請求項１４】 対向電極と真空容器を電気的に絶縁す
    るための絶縁体の表面の閉じた環状部を含む任意の点
    と、基板表面の任意の点とを結ぶ線分が、障害物によっ
    て分断されていることを特徴とする、請求項１３記載の
    エッチング装置。
15. 【請求項１５】 絶縁体に導電性薄膜が付着して対向電
    極と真空容器とを導通させない位置に障害物を配してな
    る請求項１３記載のエッチング装置。
16. 【請求項１６】 対向電極用高周波電源の周波数が３０
    ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚであることを特徴とする、請求
    項１３記載のエッチング装置。
17. 【請求項１７】 対向電極用高周波電源の周波数が５０
    ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚであることを特徴とする、請求
    項１３記載のエッチング装置。
18. 【請求項１８】 基板電極用高周波電源の周波数が１０
    ０ｋＨｚ乃至２ＭＨｚであることを特徴とする、請求項
    １３記載のエッチング装置。
19. 【請求項１９】 排気装置が、真空容器内の圧力を０．
    ０５Ｐａ乃至２Ｐａに到達させるに十分な排気能力を備
    えていることを特徴とする、請求項１３記載のエッチン
    グ装置。
20. 【請求項２０】 基板または基板上の薄膜をエッチング
    するためのエッチング装置であって、真空容器と、真空
    容器内にガスを供給するためのガス供給装置と、真空容
    器内を排気するための排気装置と、真空容器内に基板を
    載置するための基板電極と、基板電極に高周波電力を供
    給するための基板電極用高周波電源と、絶縁体にて真空
    容器と電気的に絶縁された対向電極と、対向電極に高周
    波電力を供給するための対向電極用高周波電源とを備
    え、前記絶縁体の内壁が前記真空容器の内壁よりも外側
    に配置させたことを特徴とするエッチング装置。
21. 【請求項２１】 対向電極と真空容器を電気的に絶縁す
    るための絶縁体の表面の閉じた環状部を含む任意の点
    と、基板表面の任意の点とを結ぶ線分が、真空容器の内
    壁によって分断されていることを特徴とする、請求項２
    ０記載のエッチング装置。
22. 【請求項２２】 絶縁体に導電性薄膜が付着して対向電
    極と真空容器とを導通させない位置に真空容器の内壁を
    配置してなる請求項２０記載のエッチング装置。
23. 【請求項２３】 対向電極用高周波電源の周波数が３０
    ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚであることを特徴とする、請求
    項２０記載のエッチング装置。
24. 【請求項２４】 対向電極用高周波電源の周波数が５０
    ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚであることを特徴とする、請求
    項２０記載のエッチング装置。
25. 【請求項２５】 基板電極用高周波電源の周波数が１０
    ０ｋＨｚ乃至２ＭＨｚであることを特徴とする、請求項
    ２０記載のエッチング装置。
26. 【請求項２６】 排気装置が、真空容器内の圧力を０．
    ０５Ｐａ乃至２Ｐａに到達させるに十分な排気能力を備
    えていることを特徴とする、請求項２０記載のエッチン
    グ装置。