JP2000349253A - 強誘電体キャパシタ構造体の乾式蝕刻方法 - Google Patents

強誘電体キャパシタ構造体の乾式蝕刻方法

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JP2000349253A
JP2000349253A JP2000130442A JP2000130442A JP2000349253A JP 2000349253 A JP2000349253 A JP 2000349253A JP 2000130442 A JP2000130442 A JP 2000130442A JP 2000130442 A JP2000130442 A JP 2000130442A JP 2000349253 A JP2000349253 A JP 2000349253A
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etching
pzt
sbt
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Tigen Tei
智 元 鄭
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    • G07F9/023Arrangements for display, data presentation or advertising

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 強誘電体キャパシタ構造体を形成する際の蝕
刻残留物の再蒸着のない乾式蝕刻方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板100上に強誘電体PZT
層110、貴金属電極120を積層した構造上にTiO2
ードマスク130を成膜し、レジスト140でパターニ
ングしてハードマスク131を形成する。これをマスク
としてC12/02/Arの混合ガスを用いて順次電極
121、PZT111を残して乾式蝕刻することにより
基板100に対してほゞ垂直にきり立ったセルサイズを
小型化した強誘電体キャパシタ構造体を形成し得る

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は強誘電体メモリのよ
うな強誘電体を用いた各種素子に備えられた強誘電体キ
ャパシタ構造体の乾式蝕刻方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の不揮発性強誘電体メモリ(FeR
AM)素子は、キャパシタとトランジスタとを含み、そ
のキャパシタは強誘電体物質を用いた強誘電体キャパシ
タで構成されている。前記強誘電体キャパシタは、図1
(A)、(B)に示すように、強誘電体薄膜の両側対向
面の各々に電極を配したMFM(Metal/Ferr
oelectric/Metal)構造よりなる。
【0003】このときに用いられる電極は、主に、貴金
属の白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、イリジウム
(Ir)等の金属とこれらの金属の酸化物との各種組み
合わせからなるもの、または前記金属の中から選択され
た少なくとも1つのもので構成される。このような強誘
電体キャパシタを製造するにあたって、強誘電体薄膜と
電極とを適切な形状に蝕刻することが必要である。その
際、所要の強誘電体キャパシタの構造に応じて電極と強
誘電体とを1つのマスクで同時に蝕刻する場合と、電極
と強誘電体とを2つのマスクで各々別々に蝕刻する場合
がある。
【0004】また、前記強誘電体をゲート絶縁層に使用
することによって前記MFM構造の強誘電体キャパシタ
無しでメモリ素子を構成する単一トランジスタメモリ素
子を有する不揮発性強誘電体メモリ(FeRAM)素子
として、MFS FET{Metal/Ferroel
ectric/Silicon Field Effe
ct Transistor(金属/強誘電体/シリコ
ン 電界効果型強誘電体素子)}(図略)や、図2
(A)及び図2(B)に示されるような強誘電体とシリ
コンとの反応を制御するための絶縁体を使用するMFI
S FET{Metal/Ferroelectric
/Insulator/Silicon Field
Effect Transistor(金属/強誘電体
/絶縁体/シリコン 電界効果型強誘電体素子)}があ
る。
【0005】このようなMFS FETやMFIS F
ETのゲート電極を所望の形状に形成する場合には、そ
れぞれ、ゲート電極(Pt)と強誘電体薄膜{PZT:
Pb(ZrxTi1-x)O3}、前記両者と絶縁体薄膜
(TiO2)に対して1つのマスクを使用して同時に蝕
刻し、前記ゲート電極と強誘電体薄膜等の蝕刻された側
面(以下、「蝕刻側面」という。)が基板に対してなす
角度(以下、「角度」という。)をなるべく90°程度
に形成して適切なパターン形状とするべきである。
【0006】しかしながら、図1(A)、(B)に示す
MFM構造の強誘電体キャパシタや、MFS FETま
たは図2(A)、(B)に示すMFIS FETのゲー
ト電極を形成する際に、それらの電極と強誘電体等を1
つのマスクで同時に蝕刻することによって前記貴金属等
を適切なパターン形状とすることは難しい。
【0007】即ち、図1(A)、図2(A)に示される
ように、前記電極の蝕刻側面に、蝕刻によって発生した
蝕刻残留物が再蒸着した層(以下、「再蒸着」とい
う。)1、10が発生し易く、それに伴って、電極の蝕
刻側面の輪郭(profile)も図1(B)及び図2
(B)に示されるように基板と蝕刻側面との傾斜角度
(以下、「蝕刻傾斜角度」という。)が45°以下とな
り、電極の下部に位置する強誘電体薄膜または強誘電体
薄膜と絶縁体薄膜の蝕刻側面の輪郭も蝕刻傾斜角度が4
5°以下に劣化されてマスクよりも蝕刻されたパターン
の方が大きくなる。このような従来の蝕刻法を詳しく説
明すれば次の通りである。
【0008】前記強誘電体キャパシタを構成する電極を
パターン化して形成するために、一般に乾式蝕刻法が使
われるが、Pt、Ru、Irなどの金属からなる電極は
反応性が非常に小さいため蝕刻ガスとの化学反応による
蝕刻を充分に行うことが難しい。従って、Pt、Ir、
Ruなどからなる電極の蝕刻時には、蝕刻率を増加させ
て蝕刻残留物を抑制させたり、その蝕刻残留物の量を減
らしてその再蒸着を防いだりするために、比較的反応性
の強い塩素ガスを過剰な量で使用することになる。通
常、かかる場合に用いられるフォトレジストマスクはこ
の塩素ガスの攻撃を受けて侵食され易い。特に、フォト
レジストマスクは上面のみならず側面にも塩素ガスの攻
撃を受け易いため、フォトレジストマスク側面の傾斜角
度が所望の90°からそれ以下に減少し、大部分のフォ
トレジストマスクが所期のパターン形状を失い、パター
ンの大きさが垂直方向のみならず水平方向にも縮まる。
その結果、パターンの蝕刻傾斜角度は45°を超えない
ものとなり易い。
【0009】もし、このようにして蝕刻された電極の蝕
刻傾斜角度で電極の下部の強誘電体(PZT等)薄膜を
パターニングするならば蝕刻される強誘電体の蝕刻傾斜
角度も、45°以下に形成されてしまうこととなる。図
3(A)及び図3(B)は既存のフォトレジストを用い
た従来の蝕刻法によって形成された1例のPt/PZT
スタック構造の断面を示すSEM(走査型電子顕微鏡)
写真である。
【0010】図3(A)、図3(B)に示されるよう
に、従来の蝕刻法によって形成された1例のPt/PZ
Tスタック構造では、電極と強誘電体の蝕刻傾斜角度は
45°より小さくなっていることが分かる。このような
従来の蝕刻法によれば、電極と強誘電体薄膜の厚さに応
じてパターンのサイズが大きくなり、その結果として単
位セルのサイズも設計したものに比べて大きくなる。ま
た、それに伴って電極の大きさも変化するため、実際に
パターンを形成(蝕刻)した後の強誘電体キャパシタの
電荷量と設計段階での電極の大きさによる電荷量との間
に差が生じ、製造された強誘電体キャパシタ構造体では
所望の性能が得られなくなるという問題点が引き起こさ
れる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記問題点を
改善するために創案されたものであって、ハードマスク
と、適切な混合ガスで構成される蝕刻ガスとを使用する
ことによって蝕刻残留物を減らしてその再蒸着を防ぎ、
電極及び電極下部の強誘電体薄膜等の蝕刻された側面が
基板となす傾斜角度を適切に増加させる強誘電体キャパ
シタ構造体の乾式蝕刻方法を提供することを目的とす
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の第1の態様は、強誘電体層を介在してその両
側の対向面に各々電極を具備してなる強誘電体キャパシ
タ構造体の乾式蝕刻方法において、(a)前記強誘電体
キャパシタ構造体上にハードマスクを形成する段階と、
(b)前記ハードマスクを用いてCl2/O2/Arの混
合ガスで前記ハードマスク下部の電極及び強誘電体層を
順次に蝕刻する段階とで構成した。
【0013】また、本発明の第2の態様は、前記第1の
態様において、前記電極はPt、Ir、Ru、Rhのう
ちの少なくとも何れか1つの物質よりなるように構成し
た。
【0014】また、本発明の第3の態様は、前記第1ま
たは第2の態様において、前記電極はPt/IrO2、
Pt/RuO2、Pt/LSCO、Ir/IrO2、Ir
/RuO2、Ir/LSCO、Ru/IrO2、Ru/R
uO2、Ru/LSCOのうちの何れか1つの積層構造
を構成するのが好ましい。なお、前記LSCOは、(L
axSr1-x)CoO3を表す。
【0015】また、本発明の第4の態様は、前記第1の
態様において、前記強誘電体層はPb(ZrxTi1-x)
O3(以下、PZTと称する。)、(PbxLa1-x)
(ZryTi1-y)O3(以下、PLZTと称する。)、
SrBi2Ta2O9(以下、SBTと称する。)、Sr
Bi2(TaxNb2-x)O9(以下、SBNTと称す
る。)のうちの何れか1つの物質で形成すると都合がよ
い。
【0016】さらに、本発明の第5の態様は、前記第1
乃至第4の態様において、前記電極/強誘電体層の構造
はPt/PZT、Ir/PZT、Ru/PZT、Pt/
IrO2/PZT、Ir/IrO2/PZT、Ru/Ru
O2/PZT、Ir/RuO2/PZT、Pt/RuO2
/PZT、Pt/SBT、Ir/SBT、Ru/SB
T、Pt/IrO2/SBT、Ir/IrO2/SBT、
Ru/IrO2/SBT、Pt/RuO2/SBT、Ru
/RuO2/SBT、Ir/RuO2/SBTのうちの何
れか1つの積層構造よりなることが望ましい。
【0017】また、本発明の第6の態様は、前記第1の
態様において、前記(a)段階は、(a−1)前記ハー
ドマスク物質をリアクティブスパッタリング法、スパッ
タリング法、スピンコーティング法及び化学気相蒸着法
のうちの何れか1つの方法で前記強誘電体構造体上に蒸
着させるサブ段階と、(a−2)前記ハードマスク物質
蒸着層上にフォトレジストマスクを形成するサブ段階
と、(a−3)前記ハードマスク物質蒸着層を蝕刻して
前記ハードマスクを形成するサブ段階と、(a−4)前
記ハードマスク上に残っている前記フォトレジストマス
クを取り除くサブ段階とを含むことが好ましい。
【0018】さらにまた、本発明の第7の態様は、前記
第6の態様において、前記(a−1)サブ段階で前記ハ
ードマスク物質としてTiO2、SiO2、Al2O3、R
uO2、CrO2及びTiNのうちの少なくとも何れか1
つの物質を使用し、前記(a−3)サブ段階で前記ハー
ドマスク物質蒸着層はCl2/C2F6/Arの混合ガス
で蝕刻するように構成した。
【0019】そして、本発明の第8の態様は、前記第1
の態様において、前記(b)段階で前記Cl2/O2/A
rの混合ガスの混合比はCl2ガスを10乃至40%と
し、O2ガスを10乃至50%とし、かつ、(O2/Cl
2)>1.0の条件を満たすことが望ましい。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明に係る強誘電体キャパシタ構造の乾式蝕刻方法を詳し
く説明する。
【0021】本発明は強誘電体キャパシタを構成する電
極の蝕刻時、または電極と強誘電体とを1つのマスクを
用いて蝕刻する場合、一般のフォトレジストマスクの代
りにハードマスクを使用すると共に、適切な組成を有す
る蝕刻ガスを選択して使用することによって、図4
(A)及び図4(B)に示されるように、蝕刻後に発生
する再蒸着や蝕刻残留物がなく蝕刻傾斜角度を80゜程
度以上にして所望の電極形状にパターン形成する新たな
乾式蝕刻方法を提示する。その主な内容は次の通りであ
る。
【0022】本発明の第1の実施形態は、従来の蝕刻方
法の問題点を克服するために従来の強誘電体キャパシタ
構造体の蝕刻時に使われたフォトレジストマスクの代り
にTiO2、SiO2、Al2O3、RuO2、CrO2の酸
化膜及びTiN膜のうちの少なくとも1つからなるハー
ドマスクを用いるものである。
【0023】この中で、特にTiO2薄膜をハードマス
クとして用いる場合には、常温でリアクティブスパッタ
リング法でTiO2薄膜を電極層の上などに蒸着した
後、650℃で30分間アニーリングしてアナタース相
(anatase phase)やルチル相(ruti
le phase)の構造を含むように結晶化して使用
するのが好ましい。このようにして蒸着されたTiO2
薄膜はフォトレジストマスクを用いるフォトリソグラフ
ィー工程によってパターニングされた後、Cl2/C2F
6/Arの混合ガスを使用して蝕刻する。このような蝕
刻によってパターニングされたTiO2薄膜は電極と強
誘電体薄膜の蝕刻のためのハードマスクとして使われ
る。
【0024】本発明の第2の実施形態は、このようなT
iO2からなるハードマスクを用いた場合に、電極(P
t)と強誘電体(PZT:PbZrxTi1-xO3)の各
薄膜の蝕刻を行うためにCl2/O2/Arの混合ガスを
使用してそれぞれの薄膜に対する最適の蝕刻工程を提示
するものである。
【0025】即ち、Cl2/Arの蝕刻ガスにO2ガスを
含めて使用すれば、TiO2からなるハードマスクは既
存のフォトレジストとは違ってマスクの腐食(eros
ion)の量が最小となる。従って、このTiO2から
なるハードマスクの大きさが充分に保持されながら電極
と強誘電体の各薄膜が蝕刻されるので電極と強誘電体の
蝕刻傾斜角度が適切に増加する。このようにTiO2か
らなるハードマスクの厚さを適切に調節することによっ
て電極と強誘電体の各薄膜を蝕刻した後に残存している
前記ハードマスクの厚さは100Å以下となり、その上
面に強誘電体キャパシタの反応隔壁層として用いられる
TiO2薄膜を蒸着して形成された強誘電体キャパシタ
構造体を次の工程に送る。
【0026】次に、図5(A)乃至図5(D)を参照し
て本発明の実施の形態を更に詳細に説明する。図5
(A)乃至図5(D)は本発明に係る乾式蝕刻方法を適
用して強誘電体キャパシタ構造体を形成する蝕刻工程を
各工程段階別に示す断面図である。まず、図5(A)に
示されるように、シリコン基板100上に強誘電体薄膜
(PZT)110、電極層(Pt)120及びハードマ
スク(TiO2)130が順次に積層された積層構造物
を作製する。その後、その積層構造物の上に従来公知の
方法でパターニングされたフォトレジストマスク140
を形成する。
【0027】ここで、強誘電体キャパシタの電極として
は前記Ptのほかに、Ir、Ru、Rhの金属のうちの
少なくとも1つの物質を使用することができる。また、
強誘電体キャパシタの電極は、Pt/IrO2、Pt/
RuO2、Pt/LSCO、Ir/IrO2、Ir/Ru
O2、Ir/LSCO、Ru/IrO2、Ru/RuO
2、Ru/LSCOのうちの何れか1つの積層構造を有
するように形成してもよい。
【0028】また、前記強誘電体薄膜としてはPb(Z
rxTi1-x)O3(以下、PZTと称する。)、(Pbx
La1-x)(ZryTi1-y)O3(以下、PLZTと称す
る。)、SrBi2Ta2O9(以下、SBTと称す
る。)、SrBi2(TaxNb2-x)O9(以下、SBN
Tと称する。)のうちの何れか1つの物質を使用すると
都合がよい。
【0029】さらに、電極/強誘電体の積層構造がPt
/PZT、Ir/PZT、Ru/PZT、Pt/IrO
2/PZT、Ir/IrO2/PZT、Ru/RuO2/
PZT、Ir/RuO2/PZT、Pt/RuO2/PZ
T、Pt/SBT、Ir/SBT、Ru/SBT、Pt
/IrO2/SBT、Ir/IrO2/SBT、Ru/I
rO2/SBT、Pt/RuO2/SBT、Ru/RuO
2/SBT、Ir/RuO2/SBTのうちの何れか1つ
の積層構造を有するように構成することが好ましい。
【0030】そして、前記ハードマスクを構成する物質
としては前記TiO2のみならず、SiO2、Al2O3、
RuO2及びCrO2などの酸化膜とTiN膜のうちの少
なくとも1つを使用することができる。また、これらの
酸化膜の形成法として、リアクティブスパッタリング
法、スパッタリング法、スピンコーティング法、化学気
相蒸着(CVD)法の何れか1つの蒸着法を用いること
ができる。
【0031】次いで、図5(B)に示されるように、パ
ターニングされたフォトレジストマスク140を用いて
Cl2/C2F6/Arの混合ガスによってハードマスク
(TiO2)130を蝕刻して所定のパターンを形成
し、その後、フォトレジストマスク140を従来公知の
方法で除去してパターニングされたハードマスク(Ti
O2)131を形成する。
【0032】そして、図5(C)及び図5(D)に各々
示されるように、パターニングされたハードマスク(T
iO2)131を用いてCl2/O2/Arの混合ガスで
電極層(Pt)120及び強誘電体薄膜(PZT)11
0を順次に蝕刻し、電極(Pt)のパターン121及び
強誘電体薄膜(PZT)のパターン111を形成する。
その際、Cl2、O2及びArガスの量の混合比率を適切
に調節してハードマスク131の蝕刻率に対する電極層
(Pt)120と強誘電体薄膜(PZT)110の蝕刻
率、即ち電極と強誘電体との選択度(Pt/TiO2、
PZT/TiO2)を最大にして蝕刻工程を行う。その
際、前記蝕刻が行われる蝕刻炉の蝕刻条件としては、例
えば、Coil RF powerを600乃至100
0Wとし、プラテンに印加されるDCバイアス電圧(D
c bias to platen)は300乃至50
0Vとし、ガス圧力は0.133乃至0.665Pa
(1.0乃至5.0mTorr)程度とすることができ
る。
【0033】本発明者等は、TiO2からなるハードマ
スクを使用したPt薄膜を蝕刻する場合に、前記蝕刻炉
の蝕刻条件で、Cl2ガスの量を10%及び20%に固
定したままO2ガスの量を増加させ、Cl2/O2/Ar
の混合ガス中のO2ガスの割合と、TiO2からなるハー
ドマスクの蝕刻率及びPt電極の蝕刻率並びにPt/T
iO2選択度との関係を求めた。その実験結果を図6及
び図7のグラフに示す。
【0034】図6及び図7は、各々Cl2ガスの量を1
0%、20%に固定した状態で、O2ガスの供給量に応
じた電極(Pt)とハードマスク(TiO2)層の蝕刻
率及びPt/TiO2の蝕刻選択度を示すグラフであ
る。図6及び図7に示されるように、Cl2ガスよりO2
ガスの量が多い条件でPt/TiO2選択度が増加する
ことが分かる。しかし、O2ガスの量がCl2ガスの量よ
り過多になるとPt電極の蝕刻率が低下し前記選択度が
低下するので蝕刻されたPt電極の傾斜角度を考慮して
最適のガス量を使用しなければならない。
【0035】図8は、Coil RFパワーを800W
とし、ガス圧力を0.133Pa(1.0mTorr)
とし、プラテンに印加されるDCバイアス電圧を300
Vとした条件で、基板上に形成されたPt薄膜を、その
上にTiO2からなるハードマスクを用いて蝕刻したと
きのTiO2からなるハードマスク及びPt薄膜の傾斜
輪郭を示す断面SEM写真である。図8に示されるよう
に、本発明の構成要件にて蝕刻を行えばPt薄膜などの
蝕刻傾斜角度を80℃程度に形成させることが可能なこ
とが分かる。
【0036】次に本発明者等は、TiO2からなるハー
ドマスクを使用したPZT薄膜の蝕刻の場合において
も、前記蝕刻炉の蝕刻条件を、前記した通りに、Coi
l RF powerを600乃至1000Wとし、プ
ラテンに印加されるDCバイアス電圧(Dc bias
to platen)を300乃至500Vとし、ガ
ス圧力を0.133乃至0.665Pa(1.0乃至
5.0mTorr)程度とし、Cl2ガスの量を20%
及び30%に固定した状態でO2ガスの量を変化させ
て、Cl2/O2/Arの混合ガス中のO2ガスの割合
と、TiO2からなるハードマスク及びPZT薄膜の蝕
刻率並びにPZT/TiO2選択度との関係を調べた。
その実験結果を図9及び図10のグラフに示す。
【0037】図9及び図10は、各々Cl2ガスの量を
20%、30%に固定した状態で、O2ガスの供給量に
応じるハードマスク(TiO2)層と強誘電体(PZ
T)層の蝕刻率及びPZT/TiO2の蝕刻選択度を示
すグラフである。図9及び図10に示すように、前記し
たTiO2からなるハードマスクを用いたPt電極蝕刻
の場合と同様、Cl2ガスの量よりO2ガスの量の方が多
い場合にPZT/TiO2選択度が高いということが分
かる。但し、O2の量が過多の場合にはPZT薄膜の蝕
刻率が大きく減少することが分かる。従って、TiO2
からなるハードマスクを用いたPZT蝕刻の場合でも蝕
刻されたPZT薄膜の蝕刻傾斜角度を観察して最適の蝕
刻条件を設定すべきである。
【0038】即ち、蝕刻用のCl2/O2/Ar混合ガス
の混合比はCl2ガスを10乃至40%とし、O2ガスを
10乃至50%とし、残部をArガスとするが、(O2
/Cl2)>1.0の条件を満たすように、酸素ガスの
量が塩素ガスの量より多くなるように供給することが望
ましい。
【0039】図11は図10に示された条件でTiO2
からなるハードマスクを用いて蝕刻されたPt/PZT
薄膜の傾斜輪郭を示すSEM写真である。図11に示さ
れるように、本発明の構成要件にて蝕刻を行えばPZT
薄膜などの蝕刻傾斜角度を75°程度に形成させること
が可能なことが分かる。なお、本発明者等は、TiO2
からなるハードマスクのほかに、SiO2、Al2O3、
RuO2、CrO2及びTiNのいずれか1つからなるハ
ードマスクについても本実施形態の条件をそのまま適用
して、前記蝕刻傾斜角度を75°程度以上に形成するこ
とができることを明らかとした。
【0040】以上、説明した蝕刻用混合ガスの混合比と
Pt電極及びTiO2からなるハードマスクの各蝕刻率
並びにPt/TiO2選択度との関係について調査した
実験結果をまとめると、蝕刻用のCl2/O2/Ar混合
ガスの混合比はCl2ガスを10乃至40%とし、O2ガ
スを10乃至50%とし、残部をArガスとするが、
(O2/Cl2)>1.0の条件を満たすように、即ち、
酸素ガスが塩素ガスより多くなるように供給することが
望ましい。なお、本発明はこの実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおい
て適宜に変形することが可能である。即ち、本発明は、
本実施形態で説明したようなTiO2からなるハードマ
スクのみならず、SiO2、Al2O3、RuO2、CrO
2及びTiNのいずれか1つからなるハードマスクにつ
いても本実施形態の条件をそのまま適用して、蝕刻傾斜
角度を適切に増加させた強誘電体キャパシタ構造体が得
られるようにするものである。
【0041】
【発明の効果】以上説明した通りに構成される本発明に
よれば、以下のような効果を奏する。即ち、本発明に係
る蝕刻工程を用いれば、強誘電体キャパシタを含む強誘
電体メモリ素子の製造時に単位セルのサイズを大幅に縮
小させることができる。
【0042】また、前記強誘電体キャパシタを含まず、
強誘電体をゲート絶縁層として用いる単一のトランジス
タメモリ素子を有するMFS、またはMFISの製造時
には、蝕刻されるゲートスタックPt/PZTまたはP
t/PZT/TiO2と、ドーピングで形成されるソー
スとドレインとの適切な連結が特に重要であるが、この
とき蝕刻された前記ゲートスタックの傾斜角度を適切に
増加させることができるのでMFS、またはMFIS構
造の強誘電体メモリ素子を所望の形状に形成し易くな
り、前記ゲートスタックと前記ソースとドレインとを適
切に連結させることができる。さらに、この素子の大き
さを大幅に縮小させることも可能となる。
【0043】そして、TiO2、SiO2、Al2O3、R
uO2、CrO2及びTiNの何れか1つからなるハード
マスクを使用して蝕刻する場合に、蝕刻ガスとしてCl
2/Arの混合ガスにO2ガスを添加したものを用い、電
極や強誘電体の蝕刻に対して各々最適の蝕刻工程の条件
範囲を提示したので、この条件を適用すれば、以下のよ
うな効果が得られる。 (1)蝕刻後に蝕刻残留物が存在しないので蝕刻後の残留
物の除去やクリーニングなどを含む後続の処理工程が不
要となる。従って、従来の蝕刻方法に比べて製造コスト
を大幅に削減することができる。
【0044】(2)電極の蝕刻された側面が基板となす傾
斜角度は80゜程度となり、電極と強誘電体薄膜とを共
に蝕刻する場合にも約75゜以上の前記傾斜角度が得ら
れる。従って、従来の方法より単位素子の大きさを縮小
させることができる。
【0045】(3)即ち、本発明によれば、強誘電体キャ
パシタの構造(例えば、2T−2CFeRAM、1T−
1C FeRAMなど)に応じ、または単一トランジス
タからなるメモリ素子を含むMFS FETまたはMF
IS FETの電極と強誘電体薄膜の蝕刻された側面の
傾斜角度を増加させるために電極と強誘電体とをそれぞ
れのマスクで分離して蝕刻することによって所要経費を
節減することができると共に、製造時間を短縮すること
ができる。その結果、製造されるメモリ素子の経済性を
高めることができるようになって市場競争力を充分に確
保しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)及び(B)は各々従来の乾式蝕刻方法を
MFMキャパシタ構造体の形成に適用した結果を示す断
面図である。
【図2】(A)及び(B)は各々従来の乾式蝕刻方法を
MFISキャパシタ構造体の形成に適用した結果を示す
断面図である。
【図3】(A)及び(B)は各々従来の乾式蝕刻方法を
MFMキャパシタの形成に実際に適用した結果を示す断
面写真であって、(B)は(A)の部分拡大写真であ
る。
【図4】(A)及び(B)は各々本発明に係る乾式蝕刻
方法をMFMキャパシタ及びMFISキャパシタの形成
に適用した結果を示す断面図である。
【図5】(A)乃至(D)は本発明に係る乾式蝕刻方法
を適用して強誘電体キャパシタ構造体を形成する蝕刻工
程を工程段階別に示す断面図である。
【図6】Cl2ガスの量を10%に固定した状態でO2ガ
スの供給量に応じた電極(Pt)とハードマスク(Ti
O2)層の蝕刻率及びPt/TiO2の蝕刻選択度を示す
グラフである。
【図7】Cl2ガスの量を20%に固定した状態でO2ガ
スの供給量に応じた電極(Pt)とハードマスク(Ti
O2)層の蝕刻率及びPt/TiO2の蝕刻選択度を示す
グラフである。
【図8】800WのCoil RFパワー、0.133
Pa(1mTorr)のガス圧力及び300VのDCバ
イアス電圧の条件により実際に形成された電極(Pt)
とハードマスク(TiO2)の傾斜輪郭を示す断面SE
M写真である。
【図9】Cl2ガスの量を20%に固定した状態でO2ガ
スの供給量に応じるハードマスク(TiO2)層と強誘
電体(PZT)層の蝕刻率及びPZT/TiO2の蝕刻
選択度を示すグラフである。
【図10】Cl2ガスの量を30%に固定した状態でO2
ガスの供給量に応じるハードマスク(TiO2)層と強
誘電体(PZT)層の蝕刻率及びPZT/TiO2の蝕
刻選択度を示すグラフである。
【図11】800WのCoil RFパワー、0.13
3Pa(1mTorr)のガス圧力及び300VのDC
バイアス電圧の条件により実際に形成された電極とハー
ドマスク(Pt/TiO2)の傾斜輪郭を示す断面SE
M写真である。
【符号の説明】
1,10 蝕刻残留物が再蒸着した層 20 TiO2 100 基板(Si) 110 強誘電体薄膜(PZT) 111 パターニングされた強誘電体薄膜(PZT) 120 電極層(Pt) 121 パターニングされた電極層(Pt) 130 ハードマスク(TiO2) 131 パターニングされたハードマスク(TiO2) 140 フォトレジストマスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/8242 21/8247 29/788 29/792

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強誘電体層を介在してその両側の対向面
    に各々電極を具備した強誘電体キャパシタ構造体の乾式
    蝕刻方法において、(a)前記強誘電体キャパシタ構造
    体上にハードマスクを形成する段階と、(b)前記ハー
    ドマスクを用いてCl2/O2/Arの混合ガスで前記ハ
    ードマスク下部の電極及び強誘電体層を順次に蝕刻する
    段階とを含むことを特徴とする強誘電体キャパシタ構造
    体の乾式蝕刻方法。
  2. 【請求項2】 前記電極は、Pt、Ir、Ru、Rhの
    うちの少なくともいずれか1つの物質よりなることを特
    徴とする請求項1に記載の強誘電体キャパシタ構造体の
    乾式蝕刻方法。
  3. 【請求項3】 前記電極は、Pt/IrO2、Pt/R
    uO2、Pt/LSCO、Ir/IrO2、Ir/RuO
    2、Ir/LSCO、Ru/IrO2、Ru/RuO2、
    Ru/LSCOのうちの何れか1つの積層構造よりなる
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の強誘
    電体キャパシタの乾式蝕刻方法。なお、前記LSCO
    は、(LaxSr1-x)CoO3を表す。
  4. 【請求項4】 前記強誘電体層は、Pb(ZrxTi1-
    x)O3(PZT)、(PbxLa1-x)(ZryTi1-y)
    O3(PLZT)、SrBi2Ta2O9(SBT)、Sr
    Bi2(TaxNb2-x)O9(SBNT)のうちの何れか
    1つの物質よりなることを特徴とする請求項1に記載の
    強誘電体キャパシタの乾式蝕刻方法。
  5. 【請求項5】 前記電極/強誘電体層の構造はPt/P
    ZT、Ir/PZT、Ru/PZT、Pt/IrO2/
    PZT、Ir/IrO2/PZT、Ru/RuO2/PZ
    T、Ir/RuO2/PZT、Pt/RuO2/PZT、
    Pt/SBT、Ir/SBT、Ru/SBT、Pt/I
    rO2/SBT、Ir/IrO2/SBT、Ru/IrO
    2/SBT、Pt/RuO2/SBT、Ru/RuO2/
    SBT、Ir/RuO2/SBTのうちの何れか1つの
    積層構造よりなることを特徴とする請求項1乃至4の何
    れか1項に記載の強誘電体キャパシタ構造体の乾式蝕刻
    方法。
  6. 【請求項6】 前記(a)段階は、 (a−1)前記ハードマスク物質をリアクティブスパッ
    タリング法、スパッタリング法、スピンコーティング法
    及び化学気相蒸着法のうちの何れか1つの方法で前記強
    誘電体構造体上に蒸着させるサブ段階と、 (a−2)前記ハードマスク物質蒸着層上にフォトレジ
    ストマスクを形成するサブ段階と、 (a−3)前記ハードマスク物質蒸着層を蝕刻して前記
    ハードマスクを形成するサブ段階と、 (a−4)前記ハードマスク上に残っているフォトレジ
    ストマスクを取り除くサブ段階とを含むことを特徴とす
    る請求項1に記載の強誘電体キャパシタ構造体の乾式蝕
    刻方法。
  7. 【請求項7】 前記(a−1)サブ段階で前記ハードマ
    スク物質としてTiO2、SiO2、Al2O3、RuO
    2、CrO2及びTiNのうちの少なくとも何れか1つの
    物質を使用し、前記(a−3)サブ段階で前記ハードマ
    スク物質蒸着層はCl2/C2F6/Arの混合ガスで蝕
    刻することを特徴とする請求項6に記載の強誘電体キャ
    パシタ構造体の乾式蝕刻方法。
  8. 【請求項8】 前記(b)段階で前記Cl2/O2/Ar
    の混合ガスの混合比は,Cl2ガスを10乃至40%と
    し、O2ガスを10乃至50%とし、かつ、(O2/Cl
    2)>1.0の条件を満たすことを特徴とする請求項1
    に記載の強誘電体キャパシタ構造体の乾式蝕刻方法。
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