JP2003174095A - 容量素子の製造方法 - Google Patents
容量素子の製造方法Info
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Abstract
のない、強誘電体容量素子の安定な製造方法を提供す
る。 【解決手段】 支持基板1上に形成された下部電極3、
容量絶縁層4、および上部電極5から構成される容量素
子6を覆うようにして支持基板1上に絶縁層7を形成す
る工程と、絶縁層7上に開口部8を有するフォトレジス
トマスク9を形成し、フォトレジストマスク9をドライ
エッチングすることによりフォトレジストマスク9の開
口部8を、テーパー角12を有する形状に加工する工程
とを含む。
Description
する容量素子の製造方法に関する。
子(以下、強誘電体容量素子という)の低消費電力特性
が注目され、強誘電体容量素子を備える半導体記憶装置
や、強誘電体容量素子を半導体集積回路装置に内蔵した
デバイスの開発が活発化している。
誘電体材料が受けたダメージを回復するために、高温で
加熱処理する必要があることから、耐熱性や耐酸化性に
優れる白金(Pt)、イリジウム(Ir)、ルテニウム
(Ru)等からなる金属膜が強誘電体容量素子の電極材
料に用いられている。
について、図面を参照しながら説明する。図4(a)に
示すように、まず、支持基板1上に密着層2を形成し、
次に密着層2上に下部電極3を形成する。次いで下部電
極3上に、強誘電体材料を含む容量絶縁層4を形成す
る。さらに、容量絶縁層4上に上部電極5を形成する。
こうして、下部電極3、容量絶縁層4、および上部電極
5からなる容量素子6が形成される。続いて、容量素子
6を覆うようにして、支持基板1上に絶縁層7を形成す
る。その後、開口部8を有するフォトレジストマスク9
を形成する。
ジストマスク9を介して絶縁層7をドライエッチングす
ることにより、それぞれ上部電極5と下部電極3に到る
コンタクト孔10を形成する。このとき、エッチングガ
ス中に含まれる四フッ化炭素と電極材料中の白金とが化
学反応して反応生成物11がフォトレジストマスク9や
コンタクト孔10の側壁に付着する。反応生成物11
は、図4(c)に示すように、フォトレジストマスク9
を除去した後にも絶縁層7上に残存する。
るため、チタン(Ti)や窒化チタン(TiN)薄膜を
形成するが、このとき、絶縁層7上の反応生成物11に
より、いわゆるカバレッジ不良が起こり、得られる強誘
電体容量素子の特性に異常を来すことがあった。
337号公報には、絶縁層にコンタクト孔を形成した
後、コンタクト孔の内部に反応性イオンを入射してエッ
チングすることにより反応生成物を除去する技術が開示
されている。
れば、反応性イオンをコンタクト孔10の内部へ入射す
る際にエッチングの終点を検出することが困難となるた
め、コンタクト孔10の側壁と底部が必要以上にエッチ
ングされてしまい、容量素子の完成後、コンタクト孔1
0における抵抗不良が生じていた。さらに、コンタクト
孔10のアスペクト比(幅に対する深さの比率)が大き
くなると、コンタクト孔10の側壁への反応性イオンの
入射が困難となっていた。
めになされたものであり、カバレッジ不良の発生がな
く、強誘電体容量素子を安定に製造する方法を提供する
ことを目的とする。
に、本発明の容量素子の製造方法は、支持基板上に下部
電極を形成し、下部電極上に強誘電体材料を含む容量絶
縁層を形成し、容量絶縁層上に上部電極を形成する工程
と、下部電極、容量絶縁層、および上部電極から構成さ
れる容量素子を覆うようにして支持基板上に絶縁層を形
成する工程と、この容量素子を覆う絶縁層上に開口部を
有するフォトレジストマスクを形成し、フォトレジスト
マスクをドライエッチングすることにより当該フォトレ
ジストマスクの開口部の側壁をテーパー角を有する形状
に加工する工程と、フォトレジストマスクを介して容量
素子を覆う絶縁層をドライエッチングすることにより下
部電極または上部電極に到る、側壁にテーパー角を有す
るコンタクト孔を形成する工程とを含む。
とコンタクト孔の開口部が大きく開いた形状に加工さ
れ、絶縁層へのコンタクト孔形成時の反応生成物がスパ
ッタ性エッチングによって速やかに除去されてフォトレ
ジストマスク除去後に絶縁層上に残存しなくなり、強誘
電体容量素子が安定に製造できるようになる。
レジストマスクの開口部の側壁をテーパー角を有する形
状に加工する工程と、コンタクト孔を形成する工程とを
同一装置内で行なうのが好ましい。
れ、製造工程のコスト低減が図れるようになる。
て、図面を参照しながら説明する。図1(a)に示すよ
うに、まず、スパッタ法により、半導体(Si、GaA
s)やガラス基板からなる支持基板1上に密着層2を形
成し、次に密着層2上に下部電極3を形成する。次いで
有機金属堆積法により、下部電極3上に、強誘電体材料
を含む容量絶縁層4を形成する。さらに、スパッタ法に
より、容量絶縁層4上に上部電極5を形成する。こうし
て、下部電極3、容量絶縁層4、および上部電極5から
なる容量素子6が形成される。続いて、化学気相成長に
より、容量素子6を覆うようにして、支持基板1上に絶
縁層7を形成する。
を、下部電極3と上部電極5には白金(Pt)をそれぞ
れ用いる。白金以外に、パラジウム、ルテニウム、酸化
ルテニウム、イリジウム、酸化イリジウム、チタン、酸
化チタン、および窒化チタンからなる群から選ばれる少
なくとも一種の金属を用いても良い。強誘電体材料には
タンタル酸ビスマスストロンチウム(SrBi2Ta2O
9)を用いる。タンタル酸ビスマスストロンチウム以外
に、チタン酸ジルコニウム(PbZr1-xTixO3[0<
x<1])を用いても良い。また、絶縁層7にはリン
(P)とボロン(B)を含む酸化膜を用いる。
により、絶縁層7上に開口部8を有するフォトレジスト
マスク9を形成する。次いで、図1(c)に示すよう
に、エッチングガスに酸素を用いてドライエッチングす
ることにより、フォトレジストマスク9の開口部8の側
壁を約80°の大きさのテーパー角12を有する形状に
加工する。
ングガスに四フッ化炭素(CF4)ガス、アルゴン(A
r)、およびヘリウム(He)の混合ガスを用いてドラ
イエッチングを行い、フォトレジストマスク9を介して
絶縁層7をドライエッチングすることにより、ぞれぞれ
上部電極5と下部電極3に到るコンタクト孔10を形成
する。ここで、コンタクト孔10の側壁は約80°のテ
ーパー角13を有するように形成される。なお、エッチ
ングガス中に含まれる四フッ化炭素ガスは反応性エッチ
ングに寄与し、アルゴンとヘリウムガスはスパッタ性エ
ッチングに寄与する。このように、フォトレジストマス
ク9とコンタクト孔10にテーパー角が形成され、フォ
トレジストマスクとコンタクト孔の開口部が大きく開い
た形状となることにより、絶縁層7にコンタクト孔を形
成する際の反応生成物11(図4参照)が、エッチング
ガスに晒され易くなり、エッチングガス中のアルゴンと
ヘリウムによるスパッタ性エッチングによって速やかに
除去される。したがって、フォトレジストマスク除去後
に絶縁層上に残存しなくなり、後の工程に対する影響が
解消される。なお、ここでのエッチング処理には平行平
板型のドライエッチング装置を用いるのが好ましい。
レジストマスク9を除去して、後の工程を行う。
マスク9のテーパー角12の大きさを約80°とした
が、テーパー角12の大きさは5°以上90°未満とす
ることが好ましい。90°とすると、後に絶縁層7にコ
ンタクト孔を形成する際の反応生成物11が、エッチン
グガス中のアルゴンとヘリウムによるスパッタ性エッチ
ングによって除去されず、フォトレジストマスク9やコ
ンタクト孔10の側壁に付着し易くなり、好ましくな
い。一方、5°以下とすると、フォトレジストマスク9
のマスク効果が損なわれるため好ましくない。なお、テ
ーパー角12の大きさは40°以上80°以下とするの
がより好ましい。また、本実施の形態ではフォトレジス
トマスク9の加工時のエッチングガスに酸素を用いた
が、塩素(Cl 2)、四弗化炭素(CF4)ガスを用いる
こともできる。
用いるドライエッチング装置の高周波印加電力と、フォ
トレジストマスク9のテーパー角12の大きさとの関係
をグラフにして示す。このように、高周波印加電力を調
節することにより、フォトレジストマスク9のテーパー
角12を調整することができる。なお、高周波印加電力
の調節以外に、ドライエッチング装置のチャンバー内圧
力やエッチングガスの流量を適宜調節することによって
も同様の作用、効果が得られる。
トマスク9のテーパー角12の大きさの調整を行えば、
例えば、製造工程を改善するため、フォトレジストマス
ク9の膜厚やコンタクト孔10の深さを変更した際に、
ドライエッチングの高周波印加電力等の条件を変えるこ
とのみで容易にテーパー角12の大きさを調整できるた
め好ましい。さらに、ドライエッチングによれば、フォ
トレジストマスク9の加工と、続く絶縁層7へのコンタ
クト孔10の形成とを同一の装置内で連続して行うこと
が可能となり、反応生成物11の除去のため、新たな装
置を用いる必要がなく製造コストの低減が図れるため好
ましい。
ーパー角13の大きさとコンタクト孔10の側壁におけ
る反応生成物11付着の発生率(%)との関係をグラフ
にして示す。このように、反応生成物11の付着を皆無
とするためには、コンタクト孔10のテーパー角13の
大きさは1°以上85°以下とするのが良く、望ましく
は40°以上85°以下とするのが良い。なお、コンタ
クト孔10のテーパー角13の大きさが0°ではコンタ
クト孔10の機能が実質上なくなるため好ましくない。
強誘電体容量素子の製造時に、フォトレジストマスクと
コンタクト孔の開口部が大きく開いた形状となるため、
絶縁層へのコンタクト形成時の反応生成物がスパッタ性
エッチングによって速やかに除去されてフォトレジスト
マスク除去後に絶縁層上に残存しない。この結果、強誘
電体容量素子が安定に製造できるようになる。
示す工程断面図
ーパー角の大きさとの関係を示すグラフ
成物付着の発生率との関係を示すグラフ
を示す工程断面図
Claims (7)
- 【請求項1】 支持基板上に下部電極を形成し、前記下
部電極上に強誘電体材料を含む容量絶縁層を形成し、前
記容量絶縁層上に上部電極を形成する工程と、 前記下部電極、容量絶縁層、および上部電極から構成さ
れる容量素子を覆うようにして前記支持基板上に絶縁層
を形成する工程と、 前記容量素子を覆う絶縁層上に開口部を有するフォトレ
ジストマスクを形成し、前記フォトレジストマスクをド
ライエッチングすることにより当該フォトレジストマス
クの開口部の側壁をテーパー角を有する形状に加工する
工程と、 前記フォトレジストマスクを介して前記容量素子を覆う
絶縁層をドライエッチングすることにより前記下部電極
または上部電極に到る、側壁にテーパー角を有するコン
タクト孔を形成する工程とを含むことを特徴とする容量
素子の製造方法。 - 【請求項2】 前記フォトレジストマスクの開口部の側
壁をテーパー角を有する形状に加工する工程と、前記コ
ンタクト孔を形成する工程とを同一装置内で行なうこと
を特徴とする請求項1に記載の容量素子の製造方法。 - 【請求項3】 前記コンタクト孔を前記容量素子を覆う
絶縁層に複数個形成し、当該複数のコンタクト孔の深さ
を、各々異なるようにすることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の容量素子の製造方法。 - 【請求項4】 前記フォトレジストマスクの開口部の側
壁を5°以上90°未満の大きさのテーパー角を有する
形状に加工することを特徴とする請求項1〜3のいずれ
かに記載の容量素子の製造方法。 - 【請求項5】 前記容量素子を覆う絶縁層に1°以上8
5°以下の大きさのテーパー角を有するコンタクト孔を
形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記
載の容量素子の製造方法。 - 【請求項6】 前記下部電極を、白金、パラジウム、ル
テニウム、酸化ルテニウム、イリジウム、酸化イリジウ
ム、チタン、酸化チタン、および窒化チタンからなる群
から選ばれる少なくとも一種の金属を用いて形成するこ
とを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の容量素
子の製造方法。 - 【請求項7】 前記上部電極を、白金、パラジウム、ル
テニウム、酸化ルテニウム、イリジウム、酸化イリジウ
ム、チタン、酸化チタン、および窒化チタンからなる群
から選ばれる少なくとも一種の金属を用いて形成するこ
とを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の容量素
子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001371762A JP2003174095A (ja) | 2001-12-05 | 2001-12-05 | 容量素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001371762A JP2003174095A (ja) | 2001-12-05 | 2001-12-05 | 容量素子の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003174095A true JP2003174095A (ja) | 2003-06-20 |
Family
ID=19180764
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001371762A Pending JP2003174095A (ja) | 2001-12-05 | 2001-12-05 | 容量素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003174095A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009543334A (ja) * | 2006-06-30 | 2009-12-03 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | 位置合せおよびフィーチャの成形に対してフレキシビリティが向上したナノインプリント技術 |
US7633107B2 (en) | 2006-03-31 | 2009-12-15 | Fujitsu Microelectronics Limited | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
US7960227B2 (en) | 2006-03-28 | 2011-06-14 | Fujitsu Semiconductor Limited | Manufacturing method of semiconductor device |
-
2001
- 2001-12-05 JP JP2001371762A patent/JP2003174095A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7633107B2 (en) | 2006-03-31 | 2009-12-15 | Fujitsu Microelectronics Limited | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2009543334A (ja) * | 2006-06-30 | 2009-12-03 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | 位置合せおよびフィーチャの成形に対してフレキシビリティが向上したナノインプリント技術 |
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