JP2003258203A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】強誘電体又は高誘電体を用いるキャパシタを構
成する電極材料膜のエッチング工程を有する半導体装置
の製造方法に関し、キャパシタの側面にフェンスを形成
させずにその側面を下地絶縁膜に対して垂直に近い形状
にエッチングすること。 【解決手段】半導体基板１の上方に形成されるキャパシ
タＱの電極１５ａとなる導電膜１５のエッチングは、臭
素を含む雰囲気内で行われ且つ半導体基板１の加熱温度
を３００℃〜６００℃の範囲に設定されるか、又は、少
なくも導電膜１５のエッチングは、臭化水素と酸素のみ
を外部から供給した雰囲気内で行われることを含む。
成する電極材料膜のエッチング工程を有する半導体装置
の製造方法に関し、キャパシタの側面にフェンスを形成
させずにその側面を下地絶縁膜に対して垂直に近い形状
にエッチングすること。 【解決手段】半導体基板１の上方に形成されるキャパシ
タＱの電極１５ａとなる導電膜１５のエッチングは、臭
素を含む雰囲気内で行われ且つ半導体基板１の加熱温度
を３００℃〜６００℃の範囲に設定されるか、又は、少
なくも導電膜１５のエッチングは、臭化水素と酸素のみ
を外部から供給した雰囲気内で行われることを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、より詳しくは、強誘電体又は高誘電体を用
いるキャパシタを構成する電極材料膜のエッチング工程
を有する半導体装置の製造方法に関する。
方法に関し、より詳しくは、強誘電体又は高誘電体を用
いるキャパシタを構成する電極材料膜のエッチング工程
を有する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、強誘電体キャパシタや高誘電体キ
ャパシタを用いた半導体メモリが有望視されている。例
えば、強誘電体キャパシタは次のような工程によって形
成される。
ャパシタを用いた半導体メモリが有望視されている。例
えば、強誘電体キャパシタは次のような工程によって形
成される。
【０００３】まず、図１(a) に示すように、絶縁膜１０
１の上に第１金属膜１０２、強誘電体膜１０３及び第２
金属膜１０４を順に形成した後に、第２金属膜１０４の
上にキャパシタ形状のレジストパターン１０５を形成す
る。
１の上に第１金属膜１０２、強誘電体膜１０３及び第２
金属膜１０４を順に形成した後に、第２金属膜１０４の
上にキャパシタ形状のレジストパターン１０５を形成す
る。
【０００４】次に、レジストパターン１０５をマスクに
して、第２金属膜１０４、強誘電体膜１０３、第１金属
膜１０２を順にエッチングする。このパターニングによ
り、図１(b) に示すように、第２金属膜１０４はキャパ
シタ１０６の上部電極１０４ａとなり、強誘電体膜１０
３はキャパシタ１０６の誘電体膜１０３ａとなり、第１
金属膜１０２はキャパシタ１０６の下部電極１０２ａと
なる。
して、第２金属膜１０４、強誘電体膜１０３、第１金属
膜１０２を順にエッチングする。このパターニングによ
り、図１(b) に示すように、第２金属膜１０４はキャパ
シタ１０６の上部電極１０４ａとなり、強誘電体膜１０
３はキャパシタ１０６の誘電体膜１０３ａとなり、第１
金属膜１０２はキャパシタ１０６の下部電極１０２ａと
なる。
【０００５】ところで、下部電極１０２ａを構成する第
１金属膜１０２は、イリジウム、プラチナ等の貴金属や
その酸化物から構成されるために常温での反応性に乏し
く、主にスパッタ反応によってエッチングしていた。ス
パッタの際のエッチングガスとしては、主にアルゴンな
どの不活性ガスと塩素の混合ガスを使用していた。
１金属膜１０２は、イリジウム、プラチナ等の貴金属や
その酸化物から構成されるために常温での反応性に乏し
く、主にスパッタ反応によってエッチングしていた。ス
パッタの際のエッチングガスとしては、主にアルゴンな
どの不活性ガスと塩素の混合ガスを使用していた。
【０００６】そのような金属膜をスパッタ反応によりエ
ッチングすると、キャパシタ１０６の側面に導電性の強
固な側壁デポジション（フェンス）が付着してしまう。
ッチングすると、キャパシタ１０６の側面に導電性の強
固な側壁デポジション（フェンス）が付着してしまう。
【０００７】そこで、フェンスの形成を抑制するため
に、レジストパターン１０５の側面を後退させることに
よりキャパシタ１０６の側面の傾斜角度を緩くしたり、
キャパシタ１０６の形状を階段状にするなどの構造が採
用されている。
に、レジストパターン１０５の側面を後退させることに
よりキャパシタ１０６の側面の傾斜角度を緩くしたり、
キャパシタ１０６の形状を階段状にするなどの構造が採
用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、キャパシタの
下部電極側面の傾斜角度を緩くしたりキャパシタを階段
状にすることは、所望の容量を得るためのキャパシタの
寸法が大きくなるので、キャパシタを有する半導体装置
の微細化に支障をきたす。
下部電極側面の傾斜角度を緩くしたりキャパシタを階段
状にすることは、所望の容量を得るためのキャパシタの
寸法が大きくなるので、キャパシタを有する半導体装置
の微細化に支障をきたす。
【０００９】本発明の目的は、キャパシタの側面にフェ
ンスを形成させず、キャパシタの下部電極の側面を下地
絶縁膜に対してより垂直に近い形状にする半導体装置の
製造方法を提供することにある。
ンスを形成させず、キャパシタの下部電極の側面を下地
絶縁膜に対してより垂直に近い形状にする半導体装置の
製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、半導体
基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に貴金
属又はその酸化物からなる導電膜を形成する工程と、前
記半導体基板を加熱しながら、臭素を含む雰囲気で前記
導電膜をエッチングする工程とを含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法によって解決される。
基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に貴金
属又はその酸化物からなる導電膜を形成する工程と、前
記半導体基板を加熱しながら、臭素を含む雰囲気で前記
導電膜をエッチングする工程とを含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１１】また、上記した課題は、半導体基板の上方
に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第１導電膜
を形成する工程と、前記第１導電膜の上に強誘電体材料
と高誘電体材料からなる誘電体膜を形成する工程と、前
記誘電体膜の上に第２導電膜を形成する工程と、前記第
２導電膜上にキャパシタ形状のマスクを形成する工程
と、前記マスクから露出している前記第２導電膜、前記
誘電体膜及び前記第１導電膜を順にエッチングすること
により、前記第２導電膜をキャパシタ上部電極とし、前
記第１導電体膜をキャパシタ下部電極とする工程を有
し、少なくも前記第１導電膜のエッチングは、臭素を含
む雰囲気内で行われ且つ前記半導体基板の加熱温度を３
００℃〜６００℃の範囲に設定されることを特徴とする
か、又は、少なくも前記第１導電膜のエッチングは、臭
化水素と酸素のみを外部から供給した雰囲気内で行われ
ることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決
される。
に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第１導電膜
を形成する工程と、前記第１導電膜の上に強誘電体材料
と高誘電体材料からなる誘電体膜を形成する工程と、前
記誘電体膜の上に第２導電膜を形成する工程と、前記第
２導電膜上にキャパシタ形状のマスクを形成する工程
と、前記マスクから露出している前記第２導電膜、前記
誘電体膜及び前記第１導電膜を順にエッチングすること
により、前記第２導電膜をキャパシタ上部電極とし、前
記第１導電体膜をキャパシタ下部電極とする工程を有
し、少なくも前記第１導電膜のエッチングは、臭素を含
む雰囲気内で行われ且つ前記半導体基板の加熱温度を３
００℃〜６００℃の範囲に設定されることを特徴とする
か、又は、少なくも前記第１導電膜のエッチングは、臭
化水素と酸素のみを外部から供給した雰囲気内で行われ
ることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決
される。
【００１２】次に、本発明の作用について説明する。
【００１３】本発明によれば、Br2 の単体ガス又はHBr
及びO2の混合ガスをエッチングガスとしてエッチング雰
囲気に供給するとともに、半導体ウェハーを３００℃以
上で加熱して反応性を高めることにより、貴金属あるい
は貴金属の酸化物などを用いた導電膜をマスクとエッチ
ングを用いて電極にパターニングしている。
及びO2の混合ガスをエッチングガスとしてエッチング雰
囲気に供給するとともに、半導体ウェハーを３００℃以
上で加熱して反応性を高めることにより、貴金属あるい
は貴金属の酸化物などを用いた導電膜をマスクとエッチ
ングを用いて電極にパターニングしている。
【００１４】これにより、導電膜のパターニングによっ
て形成される電極の側面を下地面に対して７７度以上
と、垂直に近い形状が得られる。
て形成される電極の側面を下地面に対して７７度以上
と、垂直に近い形状が得られる。
【００１５】しかも、本発明によれば、HBr とO2のみの
混合ガス又はBr2 のみの単体ガスを反応雰囲気に供給す
るようにしている。これにより、強誘電体又は高誘電体
キャパシタを劣化させず且つキャパシタ側壁に導電性フ
ェンスを形成させることなく貴金属やその酸化物を用い
た電極を垂直又は従来よりも垂直に近い形状とすること
ができる。
混合ガス又はBr2 のみの単体ガスを反応雰囲気に供給す
るようにしている。これにより、強誘電体又は高誘電体
キャパシタを劣化させず且つキャパシタ側壁に導電性フ
ェンスを形成させることなく貴金属やその酸化物を用い
た電極を垂直又は従来よりも垂直に近い形状とすること
ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００１７】図２〜図５は、本発明の実施形態に係る半
導体装置の製造工程を示す断面図である。
導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００１８】まず、図２(a) に示す断面構造を形成する
までの工程を説明する。
までの工程を説明する。
【００１９】図２(a) に示すように、ｎ型又はｐ型のシ
リコン（半導体）基板１のトランジスタ形成領域の周囲
にフォトリソグラフィー法により素子分離用溝を形成し
た後に、素子分離用溝の中に酸化シリコン(SiO2)を埋め
込んで素子分離絶縁膜２を形成する。そのような構造の
素子分離絶縁膜２は、ＳＴＩ(Shallow Trench Isolatio
n)と呼ばれる。なお、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of
Silicon）法により形成した絶縁膜を素子分離絶縁膜と
して採用してもよい。
リコン（半導体）基板１のトランジスタ形成領域の周囲
にフォトリソグラフィー法により素子分離用溝を形成し
た後に、素子分離用溝の中に酸化シリコン(SiO2)を埋め
込んで素子分離絶縁膜２を形成する。そのような構造の
素子分離絶縁膜２は、ＳＴＩ(Shallow Trench Isolatio
n)と呼ばれる。なお、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of
Silicon）法により形成した絶縁膜を素子分離絶縁膜と
して採用してもよい。
【００２０】続いて、シリコン基板１のトランジスタ形
成領域にｐ型不純物を導入してｐウェル１ａを形成す
る。さらに、シリコン基板１のトランジスタ形成領域表
面を熱酸化して、ゲート絶縁膜３となるシリコン酸化膜
を形成する。
成領域にｐ型不純物を導入してｐウェル１ａを形成す
る。さらに、シリコン基板１のトランジスタ形成領域表
面を熱酸化して、ゲート絶縁膜３となるシリコン酸化膜
を形成する。
【００２１】次に、シリコン基板１の上側全面に非晶質
又は多結晶のファスシリコン膜及びタングステンシリサ
イド膜を順次形成し、これらのシリコン膜及びタングス
テンシリサイド膜をフォトリソグラフィ法によりパター
ニングして、ゲート電極４ａ，４ｂを形成する。
又は多結晶のファスシリコン膜及びタングステンシリサ
イド膜を順次形成し、これらのシリコン膜及びタングス
テンシリサイド膜をフォトリソグラフィ法によりパター
ニングして、ゲート電極４ａ，４ｂを形成する。
【００２２】なお、１つのｐウェル１ａ上には２つのゲ
ート電極４ａ，４ｂが並列に形成され、それらのゲート
電極４ａ，４ｂはワード線の一部を構成する。
ート電極４ａ，４ｂが並列に形成され、それらのゲート
電極４ａ，４ｂはワード線の一部を構成する。
【００２３】次に、ｐウェル１ａのうちゲート電極４
ａ，４ｂの両側にｎ型不純物をイオン注入してソース／
ドレインとなる第１〜第３のｎ型不純物拡散領域５ａ〜
５ｃを形成する。
ａ，４ｂの両側にｎ型不純物をイオン注入してソース／
ドレインとなる第１〜第３のｎ型不純物拡散領域５ａ〜
５ｃを形成する。
【００２４】さらに、ＣＶＤ法により絶縁膜、例えば酸
化シリコン（SiO2）膜をシリコン基板１の全面に形成し
た後に、その絶縁膜をエッチバックしてゲート電極４
ａ，４ｂの両側部分に絶縁性のサイドウォールスペーサ
６として残す。
化シリコン（SiO2）膜をシリコン基板１の全面に形成し
た後に、その絶縁膜をエッチバックしてゲート電極４
ａ，４ｂの両側部分に絶縁性のサイドウォールスペーサ
６として残す。
【００２５】続いて、ゲート電極４ａ，４ｂとサイドウ
ォールスペーサ６をマスクに使用して、第１〜第３のｎ
型不純物拡散領域５ａ〜５ｃに再びｎ型不純物をイオン
注入することにより、第１〜第３のｎ型不純物拡散領域
５ａ〜５ｃをＬＤＤ構造にする。
ォールスペーサ６をマスクに使用して、第１〜第３のｎ
型不純物拡散領域５ａ〜５ｃに再びｎ型不純物をイオン
注入することにより、第１〜第３のｎ型不純物拡散領域
５ａ〜５ｃをＬＤＤ構造にする。
【００２６】なお、１つのトランジスタ形成領域におけ
る２つのゲート電極４ａ，４ｂの間の第１のｎ型不純物
拡散領域５ａはビット線に電気的に接続され、トランジ
スタ形成領域の両端側の第２、第３のｎ型不純物拡散領
域５ｂ，５ｃはキャパシタの下部電極に電気的に接続さ
れる。
る２つのゲート電極４ａ，４ｂの間の第１のｎ型不純物
拡散領域５ａはビット線に電気的に接続され、トランジ
スタ形成領域の両端側の第２、第３のｎ型不純物拡散領
域５ｂ，５ｃはキャパシタの下部電極に電気的に接続さ
れる。
【００２７】以上の工程により、ｐウェル１ａにはゲー
ト電極４ａ，４ｂとＬＤＤ構造のｎ型不純物拡散層５ａ
〜５ｃを有する２つのＭＯＳトランジスタＴ1 ，Ｔ2 が
形成される。
ト電極４ａ，４ｂとＬＤＤ構造のｎ型不純物拡散層５ａ
〜５ｃを有する２つのＭＯＳトランジスタＴ1 ，Ｔ2 が
形成される。
【００２８】次に、ＭＯＳトランジスタＴ1 ，Ｔ2 を覆
うカバー絶縁膜７として約２００ｎｍの厚さの酸窒化シ
リコン（SiON）膜をプラズマＣＶＤ法によりシリコン基
板１の全面に形成する。その後、ＴＥＯＳガスを用いる
プラズマＣＶＤ法により、膜厚１．０μｍ程度の酸化シ
リコン（SiO2）を第１層間絶縁膜８としてカバー膜７の
上に形成する。
うカバー絶縁膜７として約２００ｎｍの厚さの酸窒化シ
リコン（SiON）膜をプラズマＣＶＤ法によりシリコン基
板１の全面に形成する。その後、ＴＥＯＳガスを用いる
プラズマＣＶＤ法により、膜厚１．０μｍ程度の酸化シ
リコン（SiO2）を第１層間絶縁膜８としてカバー膜７の
上に形成する。
【００２９】続いて、第１層間絶縁膜８の緻密化処理と
して、例えば常圧の窒素雰囲気中で第１層間絶縁膜８を
７００℃の温度で３０分間熱処理する。その後に、第１
層間絶縁膜８の上面を化学機械研磨（ＣＭＰ）法により
平坦化する。
して、例えば常圧の窒素雰囲気中で第１層間絶縁膜８を
７００℃の温度で３０分間熱処理する。その後に、第１
層間絶縁膜８の上面を化学機械研磨（ＣＭＰ）法により
平坦化する。
【００３０】次に、図２(b) に示す構造を形成するまで
の工程を説明する。
の工程を説明する。
【００３１】まず、フォトリソグラフィ法によりカバー
絶縁膜７と第１層間絶縁膜８をパターニングして、第１
の不純物拡散領域５ａに到達する深さの第１のコンタク
トホール８ａを形成する。その後、第１層間絶縁膜８上
面とコンタクトホール８ａ内面に、グルー膜として膜厚
３０ｎｍのチタン（Ti）膜と膜厚５０ｎｍの窒化チタン
（TiN ）膜をスパッタ法により順に形成する。さらに、
WF6 を用いるＣＶＤ法によってタングステン（Ｗ）膜を
TiN 膜上に成長して第１のコンタクトホール８ａ内を完
全に埋め込む。
絶縁膜７と第１層間絶縁膜８をパターニングして、第１
の不純物拡散領域５ａに到達する深さの第１のコンタク
トホール８ａを形成する。その後、第１層間絶縁膜８上
面とコンタクトホール８ａ内面に、グルー膜として膜厚
３０ｎｍのチタン（Ti）膜と膜厚５０ｎｍの窒化チタン
（TiN ）膜をスパッタ法により順に形成する。さらに、
WF6 を用いるＣＶＤ法によってタングステン（Ｗ）膜を
TiN 膜上に成長して第１のコンタクトホール８ａ内を完
全に埋め込む。
【００３２】続いて、Ｗ膜、TiN 膜及びTi膜をＣＭＰ法
により研磨して第１層間絶縁膜８の上面上から除去す
る。第１のコンタクトホール８ａ内に残されたタングス
テン膜、TiN 膜及びTi膜は第１導電性プラグ９として使
用される。
により研磨して第１層間絶縁膜８の上面上から除去す
る。第１のコンタクトホール８ａ内に残されたタングス
テン膜、TiN 膜及びTi膜は第１導電性プラグ９として使
用される。
【００３３】その後に、図２(c) に示すように、第１層
間絶縁膜８上と第１導電性プラグ９上に、膜厚１００ｎ
ｍの窒化シリコン(Si3N4）よりなる酸化防止絶縁膜１０
ａと膜厚１００ｎｍのSiO2よりなる下地絶縁膜１０ｂを
プラズマＣＶＤ法により順に形成する。そのSiO2膜はＴ
ＥＯＳを用いてプラズマＣＶＤにより成長される。酸化
防止絶縁膜１０ａは、後のアニール等による熱処理の際
にプラグ９が異常酸化してコンタクト不良を起こさない
ようにするために形成され、その膜厚を例えば７０ｎｍ
以上にすることが望ましい。
間絶縁膜８上と第１導電性プラグ９上に、膜厚１００ｎ
ｍの窒化シリコン(Si3N4）よりなる酸化防止絶縁膜１０
ａと膜厚１００ｎｍのSiO2よりなる下地絶縁膜１０ｂを
プラズマＣＶＤ法により順に形成する。そのSiO2膜はＴ
ＥＯＳを用いてプラズマＣＶＤにより成長される。酸化
防止絶縁膜１０ａは、後のアニール等による熱処理の際
にプラグ９が異常酸化してコンタクト不良を起こさない
ようにするために形成され、その膜厚を例えば７０ｎｍ
以上にすることが望ましい。
【００３４】次に、図３(a) に示すように、レジストパ
ターン（不図示）を用いて酸化防止絶縁膜１０ａ、下地
絶縁膜１０ｂ及び第１層間絶縁膜８をエッチングするこ
とにより、第２及び第３の不純物拡散領域５ｂ，５ｃの
上に第２及び第３のコンタクトホール８ｂ，８ｃを形成
する。
ターン（不図示）を用いて酸化防止絶縁膜１０ａ、下地
絶縁膜１０ｂ及び第１層間絶縁膜８をエッチングするこ
とにより、第２及び第３の不純物拡散領域５ｂ，５ｃの
上に第２及び第３のコンタクトホール８ｂ，８ｃを形成
する。
【００３５】さらに、下地絶縁膜１０ｂ上面と第２、第
３のコンタクトホール８ｂ，８ｃ内面に、グルー膜とし
て膜厚３０ｎｍのTi膜と膜厚５０ｎｍのTiN 膜をスパッ
タ法により順に形成する。さらに、ＣＶＤ法によりＷ膜
をTiN 膜上に成長して第２、第３のコンタクトホール８
ｂ，８ｃ内を完全に埋め込む。
３のコンタクトホール８ｂ，８ｃ内面に、グルー膜とし
て膜厚３０ｎｍのTi膜と膜厚５０ｎｍのTiN 膜をスパッ
タ法により順に形成する。さらに、ＣＶＤ法によりＷ膜
をTiN 膜上に成長して第２、第３のコンタクトホール８
ｂ，８ｃ内を完全に埋め込む。
【００３６】続いて、図３(b) に示すように、Ｗ膜、Ti
N 膜及びTi膜をＣＭＰ法により研磨して下地絶縁膜１０
ｂの上面上から除去する。これにより第２、第３のコン
タクトホール８ｂ，８ｃ内に残されたタングステン膜、
TiN 膜及びTi膜をそれぞれ第２、第３導電性プラグ１１
ａ，１１ｂとする。
N 膜及びTi膜をＣＭＰ法により研磨して下地絶縁膜１０
ｂの上面上から除去する。これにより第２、第３のコン
タクトホール８ｂ，８ｃ内に残されたタングステン膜、
TiN 膜及びTi膜をそれぞれ第２、第３導電性プラグ１１
ａ，１１ｂとする。
【００３７】次に、図３(c) に示す構造を形成するまで
の工程を説明する。
の工程を説明する。
【００３８】まず、第２、第３導電性プラグ１１ａ，１
１ｂ上と下地絶縁膜１０ｂ上に第１導電膜１５として例
えば膜厚３００ｎｍのイリジウム（Ir）膜、プラチナ
（Pt）膜、酸化プラチナ(PtO) 膜、酸化イリジウム（Ir
O x ) 膜、又はＳＲＯ（ストロンチウムルテニウム酸
素）膜を形成する。
１ｂ上と下地絶縁膜１０ｂ上に第１導電膜１５として例
えば膜厚３００ｎｍのイリジウム（Ir）膜、プラチナ
（Pt）膜、酸化プラチナ(PtO) 膜、酸化イリジウム（Ir
O x ) 膜、又はＳＲＯ（ストロンチウムルテニウム酸
素）膜を形成する。
【００３９】なお、第１導電膜１５を形成する前又は後
に例えば膜剥がれ防止のために下地絶縁膜１０ｂをアニ
ールする。アニール方法として、例えば、アルゴン雰囲
気中で６００〜７５０℃のＲＴＡ(rapid thermal annea
ling) を採用する。
に例えば膜剥がれ防止のために下地絶縁膜１０ｂをアニ
ールする。アニール方法として、例えば、アルゴン雰囲
気中で６００〜７５０℃のＲＴＡ(rapid thermal annea
ling) を採用する。
【００４０】次に、第１導電膜１５上に、強誘電体膜１
６として例えば膜厚１００ｎｍのＰＺＴ膜をスパッタ法
により形成する。強誘電体膜１６の形成方法は、その他
に、ＭＯＤ(metal organic deposition)法、ＭＯＣＶＤ
( 有機金属ＣＶＤ）法、ゾル・ゲル法などがある。ま
た、強誘電体膜１６の材料としては、ＰＺＴの他に、Ｐ
ＬＣＳＺＴ、ＰＬＺＴのような他のＰＺＴ系材料や、Sr
Bi2Ta2O9、SrBi2(Ta,Nb) 2O9 等のBi層状構造化合物材
料、その他の金属酸化物強誘電体であってもよい。
６として例えば膜厚１００ｎｍのＰＺＴ膜をスパッタ法
により形成する。強誘電体膜１６の形成方法は、その他
に、ＭＯＤ(metal organic deposition)法、ＭＯＣＶＤ
( 有機金属ＣＶＤ）法、ゾル・ゲル法などがある。ま
た、強誘電体膜１６の材料としては、ＰＺＴの他に、Ｐ
ＬＣＳＺＴ、ＰＬＺＴのような他のＰＺＴ系材料や、Sr
Bi2Ta2O9、SrBi2(Ta,Nb) 2O9 等のBi層状構造化合物材
料、その他の金属酸化物強誘電体であってもよい。
【００４１】続いて、酸素雰囲気中で強誘電体膜１６を
アニールにより結晶化する。アニールとして、例えばア
ルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で基板温度６００℃、
時間９０秒の条件を第１ステップ、酸素雰囲気中で基板
温度７５０℃、時間６０秒の条件を第２ステップとする
２ステップのＲＴＡ処理を採用する。
アニールにより結晶化する。アニールとして、例えばア
ルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で基板温度６００℃、
時間９０秒の条件を第１ステップ、酸素雰囲気中で基板
温度７５０℃、時間６０秒の条件を第２ステップとする
２ステップのＲＴＡ処理を採用する。
【００４２】さらに、強誘電体膜１６の上に、第２導電
膜１７として例えば膜厚２００ｎｍの酸化イリジウム(I
rO2)をスパッタ法により形成する。
膜１７として例えば膜厚２００ｎｍの酸化イリジウム(I
rO2)をスパッタ法により形成する。
【００４３】この後に、第２導電膜１７上に、ハードマ
スク１８としてTiN 膜とSiO2膜を順に形成する。そのハ
ードマスク１８は、フォトリソグラフィー法により第２
及び第３導電性プラグ１１ａ，１１ｂの上方にキャパシ
タ平面形状となるようにパターニングされる。
スク１８としてTiN 膜とSiO2膜を順に形成する。そのハ
ードマスク１８は、フォトリソグラフィー法により第２
及び第３導電性プラグ１１ａ，１１ｂの上方にキャパシ
タ平面形状となるようにパターニングされる。
【００４４】次に、図４(a) に示すように、ハードマス
ク１８に覆われない領域の第２導電膜１７、強誘電体膜
１６、第１導電膜１５を順次エッチングする。この場
合、強誘電体膜１６は、塩素とアルゴンを含む雰囲気中
でスパッタ反応によりエッチングされる。また、第２導
電膜１７と第１導電膜１５は、臭素(Br2）導入雰囲気
中、Brを含む雰囲気中、又は HBrと酸素のみを導入した
雰囲気中でスパッタ反応によりエッチングされる。
ク１８に覆われない領域の第２導電膜１７、強誘電体膜
１６、第１導電膜１５を順次エッチングする。この場
合、強誘電体膜１６は、塩素とアルゴンを含む雰囲気中
でスパッタ反応によりエッチングされる。また、第２導
電膜１７と第１導電膜１５は、臭素(Br2）導入雰囲気
中、Brを含む雰囲気中、又は HBrと酸素のみを導入した
雰囲気中でスパッタ反応によりエッチングされる。
【００４５】以上により、酸化防止絶縁膜１０の上に
は、第１導電膜１５よりなるキャパシタＱの下部電極１
５ａと、強誘電体膜１６よりなるキャパシタＱの誘電体
膜１６ａと、第２導電膜１７よりなるキャパシタＱの上
部電極１７ａが形成される。そして、トランジスタ形成
領域において、１つの下部電極１５ａは第２導電性プラ
グ１１ａを介して第２不純物拡散領域５ｂに電気的に接
続され、また、別の下部電極１５ａは第３導電性プラグ
１１ｂを介して第３不純物拡散領域５ｃに電気的に接続
される。また、下部電極１５ａとキャパシタＱの側面の
テーパ角θは約８０度になった。
は、第１導電膜１５よりなるキャパシタＱの下部電極１
５ａと、強誘電体膜１６よりなるキャパシタＱの誘電体
膜１６ａと、第２導電膜１７よりなるキャパシタＱの上
部電極１７ａが形成される。そして、トランジスタ形成
領域において、１つの下部電極１５ａは第２導電性プラ
グ１１ａを介して第２不純物拡散領域５ｂに電気的に接
続され、また、別の下部電極１５ａは第３導電性プラグ
１１ｂを介して第３不純物拡散領域５ｃに電気的に接続
される。また、下部電極１５ａとキャパシタＱの側面の
テーパ角θは約８０度になった。
【００４６】その後に、ハードマスク１８を除去する。
【００４７】続いて、エッチングによる強誘電体膜１６
のダメージを回復するために、回復アニールを行う。こ
の場合の回復アニールは、例えば、基板温度６５０℃、
６０分間の条件で酸素雰囲気中で行われる。
のダメージを回復するために、回復アニールを行う。こ
の場合の回復アニールは、例えば、基板温度６５０℃、
６０分間の条件で酸素雰囲気中で行われる。
【００４８】次に、図４(b) に示すように、キャパシタ
Ｑを覆う保護膜１９として膜厚５０ｎｍのアルミナをス
パッタにより下地絶縁膜１０ｂの上に形成した後に、酸
素雰囲気中で６５０℃で６０分間の条件でキャパシタＱ
をアニールする。この保護膜１９は、プロセスダメージ
からキャパシタＱを保護するものである。
Ｑを覆う保護膜１９として膜厚５０ｎｍのアルミナをス
パッタにより下地絶縁膜１０ｂの上に形成した後に、酸
素雰囲気中で６５０℃で６０分間の条件でキャパシタＱ
をアニールする。この保護膜１９は、プロセスダメージ
からキャパシタＱを保護するものである。
【００４９】その後、ＴＥＯＳガスを用いるプラズマＣ
ＶＤ法により、第２層間絶縁膜２０として膜厚１．０μ
ｍ程度の酸化シリコン（SiO2）を保護膜１９上に形成す
る。さらに、第２層間絶縁膜２０の上面をＣＭＰ法によ
り平坦化する。この例では、ＣＭＰ後の第２層間絶縁膜
２０の残りの膜厚は、キャパシタＱの上部電極１７ａ上
で３００ｎｍ程度とする。
ＶＤ法により、第２層間絶縁膜２０として膜厚１．０μ
ｍ程度の酸化シリコン（SiO2）を保護膜１９上に形成す
る。さらに、第２層間絶縁膜２０の上面をＣＭＰ法によ
り平坦化する。この例では、ＣＭＰ後の第２層間絶縁膜
２０の残りの膜厚は、キャパシタＱの上部電極１７ａ上
で３００ｎｍ程度とする。
【００５０】次に、レジストマスク（不図示）を用い
て、図５(a) に示すように、第２層間絶縁膜２０、保護
膜１９、酸化防止絶縁膜１０ａ及び下地絶縁膜１０ｂを
エッチングすることにより第１導電プラグ９の上にホー
ル２０ａを形成する。
て、図５(a) に示すように、第２層間絶縁膜２０、保護
膜１９、酸化防止絶縁膜１０ａ及び下地絶縁膜１０ｂを
エッチングすることにより第１導電プラグ９の上にホー
ル２０ａを形成する。
【００５１】さらに、ホール２０ａ内と第２層間絶縁膜
２０上に、グルー膜として膜厚５０ｎｍのTiN 膜をスパ
ッタ法により順に形成する。さらに、ＣＶＤ法によりＷ
膜をグルー層上に成長するとともにホール２０ａ内を完
全に埋め込む。
２０上に、グルー膜として膜厚５０ｎｍのTiN 膜をスパ
ッタ法により順に形成する。さらに、ＣＶＤ法によりＷ
膜をグルー層上に成長するとともにホール２０ａ内を完
全に埋め込む。
【００５２】続いて、Ｗ膜及びTiN 膜をＣＭＰ法により
研磨して第２層間絶縁膜２０の上面上から除去する。そ
して、ホール２０ａ内に残されたタングステン膜及びグ
ルー層を、第４導電性プラグ２１とする。この第４導電
性プラグ２１は、第１導電性プラグ９を介して第１不純
物拡散領域５ａに電気的に接続される。
研磨して第２層間絶縁膜２０の上面上から除去する。そ
して、ホール２０ａ内に残されたタングステン膜及びグ
ルー層を、第４導電性プラグ２１とする。この第４導電
性プラグ２１は、第１導電性プラグ９を介して第１不純
物拡散領域５ａに電気的に接続される。
【００５３】次に、図５(b) に示す構造を形成するまで
の工程を説明する。
の工程を説明する。
【００５４】まず、第４導電性プラグ２１上と第２層間
絶縁膜２０上に、第２の酸化防止膜（不図示）としてSi
ON膜をＣＶＤ法により形成する。さらに、第２の酸化防
止膜（不図示）と第２層間絶縁膜２０をフォトリソグラ
フィー法によりパターニングしてキャパシタＱの上部電
極１７ａ上にコンタクトホール２０ｂを形成する。
絶縁膜２０上に、第２の酸化防止膜（不図示）としてSi
ON膜をＣＶＤ法により形成する。さらに、第２の酸化防
止膜（不図示）と第２層間絶縁膜２０をフォトリソグラ
フィー法によりパターニングしてキャパシタＱの上部電
極１７ａ上にコンタクトホール２０ｂを形成する。
【００５５】コンタクトホール２０ｂを形成することに
よりダメージを受けたキャパシタＱはアニールによって
回復される。そのアニールは、例えば酸素雰囲気中で基
板温度５５０℃として６０分間行われる。
よりダメージを受けたキャパシタＱはアニールによって
回復される。そのアニールは、例えば酸素雰囲気中で基
板温度５５０℃として６０分間行われる。
【００５６】その後に、第２層間絶縁膜２０上に形成さ
れた酸化防止膜をエッチバックによって除去するととも
に、第４導電性プラグ２１の表面を露出させる。
れた酸化防止膜をエッチバックによって除去するととも
に、第４導電性プラグ２１の表面を露出させる。
【００５７】次に、キャパシタＱの上部電極１７ａ上の
コンタクトホール２０ｂ内と第２層間絶縁膜２０の上に
多層金属膜を形成する。その後に、多層金属膜をパター
ニングすることにより、コンタクトホール２０ｂを通し
て上部電極１７ａに接続される一層目金属配線２１ａと
第４導電性プラグ２１に接続される導電性パッド２１ｂ
を形成する。その多層金属膜として、例えば、膜厚６０
ｎｍのTi、膜厚３０ｎｍのTiN 、膜厚４００ｎｍのAl-C
u 、膜厚５ｎｍのTi、及び膜７０ｎｍのTiN を順に形成
した構造を採用する。
コンタクトホール２０ｂ内と第２層間絶縁膜２０の上に
多層金属膜を形成する。その後に、多層金属膜をパター
ニングすることにより、コンタクトホール２０ｂを通し
て上部電極１７ａに接続される一層目金属配線２１ａと
第４導電性プラグ２１に接続される導電性パッド２１ｂ
を形成する。その多層金属膜として、例えば、膜厚６０
ｎｍのTi、膜厚３０ｎｍのTiN 、膜厚４００ｎｍのAl-C
u 、膜厚５ｎｍのTi、及び膜７０ｎｍのTiN を順に形成
した構造を採用する。
【００５８】なお、多層金属膜のパターニング方法とし
て、多層金属膜の上に反射防止膜を形成し、さらに反射
防止膜上にレジストを塗布した後に、レジストを露光、
現像して配線形状等のレジストパターンを形成し、その
レジパターンを用いて反射防止膜と多層金属膜をエッチ
ングする方法を採用する。
て、多層金属膜の上に反射防止膜を形成し、さらに反射
防止膜上にレジストを塗布した後に、レジストを露光、
現像して配線形状等のレジストパターンを形成し、その
レジパターンを用いて反射防止膜と多層金属膜をエッチ
ングする方法を採用する。
【００５９】さらに、第２層間絶縁膜２０、一層目金属
配線２１ａ及び導電性パッド２１ｂの上に第３層間絶縁
膜２２を形成する。続いて、第３層間絶縁膜２２をパタ
ーニングして導電性パッド２１ｂの上にホール２２ａを
形成し、そのホール２２ａ内に下から順にTiN 膜及びＷ
膜からなる第５導電性プラグ２３を形成する。
配線２１ａ及び導電性パッド２１ｂの上に第３層間絶縁
膜２２を形成する。続いて、第３層間絶縁膜２２をパタ
ーニングして導電性パッド２１ｂの上にホール２２ａを
形成し、そのホール２２ａ内に下から順にTiN 膜及びＷ
膜からなる第５導電性プラグ２３を形成する。
【００６０】その後に、特に図示しないが、ビット線を
含む二層目配線を第３層間絶縁膜上に形成する。そのビ
ット線は、第５導電性プラグ２３、導電性パッド２１
ｂ、第４導電性プラグ２１及び第１導電性プラグ９を介
して第１不純物拡散領域５ａに電気的に接続される。そ
れに続いて、二層目配線層を覆う絶縁膜等が形成される
が、その詳細は省略する。
含む二層目配線を第３層間絶縁膜上に形成する。そのビ
ット線は、第５導電性プラグ２３、導電性パッド２１
ｂ、第４導電性プラグ２１及び第１導電性プラグ９を介
して第１不純物拡散領域５ａに電気的に接続される。そ
れに続いて、二層目配線層を覆う絶縁膜等が形成される
が、その詳細は省略する。
【００６１】以上の工程は、ＦｅＲＡＭのメモリセル領
域の形成工程である。次に、キャパシタの下部電極とな
る第１導電膜のエッチングを中心にして詳細に説明す
る。
域の形成工程である。次に、キャパシタの下部電極とな
る第１導電膜のエッチングを中心にして詳細に説明す
る。
【００６２】第１導電膜１５のエッチングされた側面を
下地絶縁膜１０ｂ上面に対して垂直に近い形状にするた
めには、エッチングガスと被エッチング材料との化学反
応性を高めることが有効と考えられる。
下地絶縁膜１０ｂ上面に対して垂直に近い形状にするた
めには、エッチングガスと被エッチング材料との化学反
応性を高めることが有効と考えられる。
【００６３】エッチングガスのプラズマ中でエッチング
ガスと被エッチング材料が化学反応を起こして揮発性の
物質を生成し排気されることで被エッチング材料がエッ
チングされる。揮発性の反応生成物はエッチング側面に
付着せずに排気されるため垂直に近いエッチング形状が
得られる。
ガスと被エッチング材料が化学反応を起こして揮発性の
物質を生成し排気されることで被エッチング材料がエッ
チングされる。揮発性の反応生成物はエッチング側面に
付着せずに排気されるため垂直に近いエッチング形状が
得られる。
【００６４】一方、スパッタ作用を用いるとエッチング
された膜側面（エッチング側面）にエッチング生成物が
付着し、そのエッチング生成物がマスクとなるためにエ
ッチング側面が垂直形状になり難い。特に、第１導電膜
１５、強誘電体膜１６及び第２導電膜１６をスパッタ作
用によりエッチングしてエッチング側面を垂直に近い形
状にしようとすると、導電性フェンスがエッチング側面
に形成されてキャパシタの特性を著しく低下させてしま
う。
された膜側面（エッチング側面）にエッチング生成物が
付着し、そのエッチング生成物がマスクとなるためにエ
ッチング側面が垂直形状になり難い。特に、第１導電膜
１５、強誘電体膜１６及び第２導電膜１６をスパッタ作
用によりエッチングしてエッチング側面を垂直に近い形
状にしようとすると、導電性フェンスがエッチング側面
に形成されてキャパシタの特性を著しく低下させてしま
う。
【００６５】従って、Ir、Ptなどの貴金属やその酸化物
からなる第１、第２導電膜１５，１７を垂直に近い形状
にし且つエッチング側面にフェンスを形成させずにエッ
チングするためには、シリコン基板１を高温にするなど
の方法によりエッチングガスと被エッチング材料との化
学反応性を高めることが重要である。シリコン基板１を
高温にする場合、フォトレジストは耐熱性に乏しいため
マスク材料としてはフォトレジスト以外の材料からなる
ハードマスクを使用し、最適なエッチングガスを用いる
必要がある。
からなる第１、第２導電膜１５，１７を垂直に近い形状
にし且つエッチング側面にフェンスを形成させずにエッ
チングするためには、シリコン基板１を高温にするなど
の方法によりエッチングガスと被エッチング材料との化
学反応性を高めることが重要である。シリコン基板１を
高温にする場合、フォトレジストは耐熱性に乏しいため
マスク材料としてはフォトレジスト以外の材料からなる
ハードマスクを使用し、最適なエッチングガスを用いる
必要がある。
【００６６】まず、キャパシタを構成する膜のパターニ
ングに使用されるエッチング装置を図６に基づいて説明
する。
ングに使用されるエッチング装置を図６に基づいて説明
する。
【００６７】図６に示した装置は、ＩＣＰプラズマエッ
チング装置である。
チング装置である。
【００６８】図６において、減圧室３１内にはウェハス
テージ３２が配置されている。そのウェハステージ３２
は、ヒータ３２ａ上に静電チャック３２ｂを搭載した構
造を有し、その静電チャック３２ｂには第１高周波電源
３３が接続されている。
テージ３２が配置されている。そのウェハステージ３２
は、ヒータ３２ａ上に静電チャック３２ｂを搭載した構
造を有し、その静電チャック３２ｂには第１高周波電源
３３が接続されている。
【００６９】また、減圧室３１内には、ウェハステージ
３２を囲む略円筒形の防着板３４が配置され、その防着
板３４の上部は石英板３４ａによって塞がれている。ま
た、石英板３４ａ上には、第２高周波電源３５が印加さ
れるアンテナコイル３６が取り付けられており、アンテ
ナコイル３６に高周波電力を印加することによって防着
板３４内でプラズマが発生される。そのような防着板３
４と石英板３４ａに囲まれたエッチング雰囲気内にはガ
ス導入管４０が接続されていて、図３(c) と図４(a) に
示したようなエッチング工程で、第１導電膜１５、強誘
電体膜１６、第２導電膜１７のそれぞれのエッチングに
適したガスが導入される。なお、第１導電膜１５、第２
導電膜１７を構成する材料としては、化学的に安定なI
r、Ptなどの貴金属やその酸化物が用いられている。
３２を囲む略円筒形の防着板３４が配置され、その防着
板３４の上部は石英板３４ａによって塞がれている。ま
た、石英板３４ａ上には、第２高周波電源３５が印加さ
れるアンテナコイル３６が取り付けられており、アンテ
ナコイル３６に高周波電力を印加することによって防着
板３４内でプラズマが発生される。そのような防着板３
４と石英板３４ａに囲まれたエッチング雰囲気内にはガ
ス導入管４０が接続されていて、図３(c) と図４(a) に
示したようなエッチング工程で、第１導電膜１５、強誘
電体膜１６、第２導電膜１７のそれぞれのエッチングに
適したガスが導入される。なお、第１導電膜１５、第２
導電膜１７を構成する材料としては、化学的に安定なI
r、Ptなどの貴金属やその酸化物が用いられている。
【００７０】さらに、減圧室３１には排気管３１ａが接
続され、また、防着板３４のうち排気管３１ａに近い部
分には開口３４ｂが形成されている。減圧室３１にはゲ
ートバルブ３７を介してロードロック室３８が隣接され
ている。そして、防着板３４のうちロードロック室３９
に近い部分には、シャッタ３４ｃにより開閉されるウェ
ハ搬送口３４ｄが形成されている。
続され、また、防着板３４のうち排気管３１ａに近い部
分には開口３４ｂが形成されている。減圧室３１にはゲ
ートバルブ３７を介してロードロック室３８が隣接され
ている。そして、防着板３４のうちロードロック室３９
に近い部分には、シャッタ３４ｃにより開閉されるウェ
ハ搬送口３４ｄが形成されている。
【００７１】次に、そのようなエッチング装置を使用し
て電極材料膜をエッチングすることについて説明する。
て電極材料膜をエッチングすることについて説明する。
【００７２】まず、電極材料となるイリジウム（Ir）膜
をエッチングしてエッチングレートと温度の関係を調べ
た。そのエッチング条件は、防着板３４内の圧力を０．
５Ｐａとし、第２高周波電源３５からアンテナコイル３
６へのソースパワーを８００wattとし、第１高周波電源
３３からのバイアスパワーを３００wattとして、ウェハ
ステージ３２の温度を２５０℃〜４００℃まで変化させ
た。
をエッチングしてエッチングレートと温度の関係を調べ
た。そのエッチング条件は、防着板３４内の圧力を０．
５Ｐａとし、第２高周波電源３５からアンテナコイル３
６へのソースパワーを８００wattとし、第１高周波電源
３３からのバイアスパワーを３００wattとして、ウェハ
ステージ３２の温度を２５０℃〜４００℃まで変化させ
た。
【００７３】図７には、ハロゲンを含んだガス、即ち、
HBr とArの混合ガス、SF6 とArの混合ガスおよびCl2 と
Arの混合ガスの各々によるIr膜のエッチレートとそのス
テージ温度依存性を示す。
HBr とArの混合ガス、SF6 とArの混合ガスおよびCl2 と
Arの混合ガスの各々によるIr膜のエッチレートとそのス
テージ温度依存性を示す。
【００７４】HBr とSF6 についてはIr膜のエッチレート
の温度依存性があったが、Cl2 についてはエッチレート
の温度依存性は無かった。これによりCl2 についてはウ
ェハーステージ３２を高温にしても化学反応性の向上は
期待できないが、SF6 やHBrについてはウェハーステー
ジ３２を高温とすることで化学反応性を向上させること
ができるといえる。
の温度依存性があったが、Cl2 についてはエッチレート
の温度依存性は無かった。これによりCl2 についてはウ
ェハーステージ３２を高温にしても化学反応性の向上は
期待できないが、SF6 やHBrについてはウェハーステー
ジ３２を高温とすることで化学反応性を向上させること
ができるといえる。
【００７５】従って、SF6 又はHBr を用いてウェハース
テージ３２を高温にすることによりIr、Ptなどの貴金属
やその酸化物を垂直に近い形状で化学反応によるエッチ
ングが可能と考えられる。しかしSF6 は反応性が強すぎ
てハードマスク材料がエッチングされて保持されないこ
とや、エッチレートを安定に制御することが難しいなど
の問題点があった。そこでHBr ガスに注目して実験を行
った。以下に実験の内容を示す。
テージ３２を高温にすることによりIr、Ptなどの貴金属
やその酸化物を垂直に近い形状で化学反応によるエッチ
ングが可能と考えられる。しかしSF6 は反応性が強すぎ
てハードマスク材料がエッチングされて保持されないこ
とや、エッチレートを安定に制御することが難しいなど
の問題点があった。そこでHBr ガスに注目して実験を行
った。以下に実験の内容を示す。
【００７６】エッチングガスとしてHBr などの水素を含
んだガスを用いると、エッチングガスに含有する水素の
影響により、強誘電体膜１６を構成するＰＺＴなどの強
誘電体材料のキャパシタ性能を劣化させる懸念がある。
んだガスを用いると、エッチングガスに含有する水素の
影響により、強誘電体膜１６を構成するＰＺＴなどの強
誘電体材料のキャパシタ性能を劣化させる懸念がある。
【００７７】そこで、本願発明者らは、水素の影響につ
いては、水素を酸素と反応させて水とすることで除去で
きると考えた。水は沸点が低く減圧下で高温とすること
で容易に揮発する。そのため水素が強誘電体キャパシタ
に取り込まれなくなると考えた。
いては、水素を酸素と反応させて水とすることで除去で
きると考えた。水は沸点が低く減圧下で高温とすること
で容易に揮発する。そのため水素が強誘電体キャパシタ
に取り込まれなくなると考えた。
【００７８】そこで他のエッチング装置を用いて作成し
た強誘電体キャパシタ特性測定用のサンプルをウェハス
テージ３２上に置き、ウェハステージ３２を４００℃の
温度に設定してHBr プラズマに晒すことによりキャパシ
タの性能を調査した。
た強誘電体キャパシタ特性測定用のサンプルをウェハス
テージ３２上に置き、ウェハステージ３２を４００℃の
温度に設定してHBr プラズマに晒すことによりキャパシ
タの性能を調査した。
【００７９】この場合、円筒状の防着板３４内の圧力を
０．５Ｐａとし、第２高周波電源３５からアンテナコイ
ル３６へのソースパワーを８００wattとし、第１高周波
電源３３から電極３６へのバイアスパワーを０wattとし
て、防着板３４内に供給される酸素の濃度を０％〜５０
％まで変化させたところ、図８に示すような結果が得ら
れた。
０．５Ｐａとし、第２高周波電源３５からアンテナコイ
ル３６へのソースパワーを８００wattとし、第１高周波
電源３３から電極３６へのバイアスパワーを０wattとし
て、防着板３４内に供給される酸素の濃度を０％〜５０
％まで変化させたところ、図８に示すような結果が得ら
れた。
【００８０】図８は、HBr-O2ガス中のO2の濃度と強誘電
体キャパシタの性能を表す分極電荷量Ｑswの関係を示
し、HBr プラズマに晒されることにより強誘電体キャパ
シタの性能が著しく低下してしまうことがわかる。しか
し、O2を１０％以上添加することによりキャパシタの劣
化が抑えられることがわかった。なお、図８に示す分極
電荷量Ｑswは、キャパシタに印加する電圧を±５Ｖとし
て得られた。
体キャパシタの性能を表す分極電荷量Ｑswの関係を示
し、HBr プラズマに晒されることにより強誘電体キャパ
シタの性能が著しく低下してしまうことがわかる。しか
し、O2を１０％以上添加することによりキャパシタの劣
化が抑えられることがわかった。なお、図８に示す分極
電荷量Ｑswは、キャパシタに印加する電圧を±５Ｖとし
て得られた。
【００８１】ここでエッチングガスであるHBr にO2を混
合させると、エッチレートの極端な低下が懸念される。
そこでHBr-O2ガス中のO2の濃度を変化させて図６に示す
エッチング装置を用いてエッチレートを測定した。
合させると、エッチレートの極端な低下が懸念される。
そこでHBr-O2ガス中のO2の濃度を変化させて図６に示す
エッチング装置を用いてエッチレートを測定した。
【００８２】その測定は、円筒状の防着板３４内の圧力
を０．５Ｐａとし、第２高周波電源３５からアンテナコ
イル３６へのソースパワーを８００wattとし、第１高周
波電源３３のバイアスパワーを３００wattとして、防着
板３４内に流すHBr-O2ガス中のO2の濃度を５０％〜９０
％まで変化させた。
を０．５Ｐａとし、第２高周波電源３５からアンテナコ
イル３６へのソースパワーを８００wattとし、第１高周
波電源３３のバイアスパワーを３００wattとして、防着
板３４内に流すHBr-O2ガス中のO2の濃度を５０％〜９０
％まで変化させた。
【００８３】図９に、HBr-O2ガス中のO2の濃度を変化さ
せた場合のIr、IrO x 、Pt、SiO2のそれぞれのエッチレ
ートを示す。O2濃度を８０％以上としても十分なエッチ
レートが得られたので、懸念されたようなエッチレート
の極端な低下は無かった。これによりHBr とO2の混合ガ
スにはエッチャントとして十分な能力があることがわか
った。
せた場合のIr、IrO x 、Pt、SiO2のそれぞれのエッチレ
ートを示す。O2濃度を８０％以上としても十分なエッチ
レートが得られたので、懸念されたようなエッチレート
の極端な低下は無かった。これによりHBr とO2の混合ガ
スにはエッチャントとして十分な能力があることがわか
った。
【００８４】図１０に、エッチング雰囲気内で発生させ
るHBr-O2プラズマ中のO2濃度を８０％に固定してバイア
スパワーを変化させた場合のIr、IrO x 、Pt、SiO2の各
々のエッチレートを示す。
るHBr-O2プラズマ中のO2濃度を８０％に固定してバイア
スパワーを変化させた場合のIr、IrO x 、Pt、SiO2の各
々のエッチレートを示す。
【００８５】そのエッチングレートの測定では、エッチ
ング雰囲気内の圧力を０．５Ｐａとし、第２高周波電源
３５からアンテナコイル３６へのソースパワーを８００
wattとし、円筒状の防着板３４内に流すHBr-O2ガス中の
O2の濃度を８０％とし、第１高周波電源３３のバイアス
パワーを２００wattから４００wattまで変化させた。こ
れにより、バイアスパワーの増加によりIr、IrO x 、Pt
の各々のエッチレートが向上した。
ング雰囲気内の圧力を０．５Ｐａとし、第２高周波電源
３５からアンテナコイル３６へのソースパワーを８００
wattとし、円筒状の防着板３４内に流すHBr-O2ガス中の
O2の濃度を８０％とし、第１高周波電源３３のバイアス
パワーを２００wattから４００wattまで変化させた。こ
れにより、バイアスパワーの増加によりIr、IrO x 、Pt
の各々のエッチレートが向上した。
【００８６】バイアスパワーを増加させるとシリコン酸
化膜（SiO2）のエッチレートが増加しシリコン酸化膜に
対する導電膜のエッチング選択比の低下が懸念された
が、図１０からわかるようにバイアスパワーを増加させ
てもシリコン酸化膜のエッチレートはそれほど増加しな
かった。その結果、バイアスパワーを増加させることに
よりシリコン酸化膜に対する選択比が向上することがわ
かった。
化膜（SiO2）のエッチレートが増加しシリコン酸化膜に
対する導電膜のエッチング選択比の低下が懸念された
が、図１０からわかるようにバイアスパワーを増加させ
てもシリコン酸化膜のエッチレートはそれほど増加しな
かった。その結果、バイアスパワーを増加させることに
よりシリコン酸化膜に対する選択比が向上することがわ
かった。
【００８７】通常のエッチングにおいてはバイアスパワ
ーを増加させるとシリコン酸化膜に対する導電膜のエッ
チング選択比は著しく低下する。
ーを増加させるとシリコン酸化膜に対する導電膜のエッ
チング選択比は著しく低下する。
【００８８】図１０に示したバイアスパワーとシリコン
酸化膜に対する導電膜のエッチング選択比の関係は通常
とは逆の現象になったが、これについても高温エッチン
グの特長と考えることができる。
酸化膜に対する導電膜のエッチング選択比の関係は通常
とは逆の現象になったが、これについても高温エッチン
グの特長と考えることができる。
【００８９】そのような結果からHBr とO2の混合ガスを
用いてバイアスパワーなどを調整することで貴金属やそ
の酸化物の高速かつ高選択なエッチングが可能であるこ
とがわかる。HBr-O2混合ガス中のO2の濃度は、キャパシ
タの性能の劣化抑制の観点から少なくとも１０％に設定
する必要がある。さらに、エッチレートの観点からはO2
の濃度を９０％以下にすることが望ましいと考えられ
る。
用いてバイアスパワーなどを調整することで貴金属やそ
の酸化物の高速かつ高選択なエッチングが可能であるこ
とがわかる。HBr-O2混合ガス中のO2の濃度は、キャパシ
タの性能の劣化抑制の観点から少なくとも１０％に設定
する必要がある。さらに、エッチレートの観点からはO2
の濃度を９０％以下にすることが望ましいと考えられ
る。
【００９０】以上により、HBr とO2を含むガスを用いて
ステージ温度を３００℃以上の高温とすると、強誘電体
キャパシタや高誘電体キャパシタの電極材料として使用
されているIr、Ptなどの貴金属やその酸化物を高エッチ
ングレートで、且つSiO2に対して選択的にエッチングす
ることが可能になることがわかった。
ステージ温度を３００℃以上の高温とすると、強誘電体
キャパシタや高誘電体キャパシタの電極材料として使用
されているIr、Ptなどの貴金属やその酸化物を高エッチ
ングレートで、且つSiO2に対して選択的にエッチングす
ることが可能になることがわかった。
【００９１】HBr とO2の混合ガスによって電極材料がエ
ッチングできることがわかったので、実際の電極材料に
ついてエッチング行った。この場合、HBr-O2ガス中のO2
の濃度としては、キャパシタ性能の劣化抑制の観点から
少なくとも10％とする必要がある。
ッチングできることがわかったので、実際の電極材料に
ついてエッチング行った。この場合、HBr-O2ガス中のO2
の濃度としては、キャパシタ性能の劣化抑制の観点から
少なくとも10％とする必要がある。
【００９２】実験を行った過程において酸素を添加する
ことにより、パターニングされた導電膜のフェンスや側
壁デポの付着も抑制できることを発見し酸素の濃度が高
いほどフェンスや側壁デポジションの抑制効果が大きい
ことがわかった。
ことにより、パターニングされた導電膜のフェンスや側
壁デポの付着も抑制できることを発見し酸素の濃度が高
いほどフェンスや側壁デポジションの抑制効果が大きい
ことがわかった。
【００９３】フェンスや側壁デポジションの抑制効果の
観点からはHBr-O2混合ガス中のO2の濃度を８０％以上と
することが望ましい。エッチレートの観点からはO2の濃
度を９０％以下とすることが望ましい。従って、HBr-O2
混合ガス中のO2の濃度としては８０％〜９０％が適して
いると考えられる。
観点からはHBr-O2混合ガス中のO2の濃度を８０％以上と
することが望ましい。エッチレートの観点からはO2の濃
度を９０％以下とすることが望ましい。従って、HBr-O2
混合ガス中のO2の濃度としては８０％〜９０％が適して
いると考えられる。
【００９４】図１１に、HBr-O2プラズマ中のO2濃度を８
０％に固定してステージ温度を変化させた場合のIr、Ir
O x 、Pt、SiO2の各々のエッチレートを示す。
０％に固定してステージ温度を変化させた場合のIr、Ir
O x 、Pt、SiO2の各々のエッチレートを示す。
【００９５】図６に示すＩＣＰエッチング装置を使用し
て、円筒状の防着板３４内の圧力を０．５Ｐａとし、第
２高周波電源３５からアンテナコイル３６へのソースパ
ワーを８００wattとし、第１高周波電源３３のバイアス
パワーを３００wattとして、エッチング雰囲気内に流す
HBr-O2ガス中のO2の濃度を８０％に設定して、ウェハス
テージ３４の温度を２５０℃〜４００℃まで変化させ
た。その結果、IrとPtのそれぞれのエッチングレートに
はステージ温度依存性があり、化学反応的なエッチング
が期待できる。
て、円筒状の防着板３４内の圧力を０．５Ｐａとし、第
２高周波電源３５からアンテナコイル３６へのソースパ
ワーを８００wattとし、第１高周波電源３３のバイアス
パワーを３００wattとして、エッチング雰囲気内に流す
HBr-O2ガス中のO2の濃度を８０％に設定して、ウェハス
テージ３４の温度を２５０℃〜４００℃まで変化させ
た。その結果、IrとPtのそれぞれのエッチングレートに
はステージ温度依存性があり、化学反応的なエッチング
が期待できる。
【００９６】HBr とO2の混合ガスによって電極材料を化
学反応的にエッチングできることがわかったので、膜厚
３００ｎｍのIr膜、膜厚２００ｎｍのIrO x 膜、膜厚３
００ｎｍのPt膜をサンプルとして順次エッチングを行
い、それらの膜のエッチング部分のテーパー角度とウェ
ハステージ温度の関係を調査した。その結果が図１２で
ある。
学反応的にエッチングできることがわかったので、膜厚
３００ｎｍのIr膜、膜厚２００ｎｍのIrO x 膜、膜厚３
００ｎｍのPt膜をサンプルとして順次エッチングを行
い、それらの膜のエッチング部分のテーパー角度とウェ
ハステージ温度の関係を調査した。その結果が図１２で
ある。
【００９７】図１２の実験において、円筒状の防着板３
４内の圧力を０．５Ｐａとし、第２高周波電源３５から
アンテナコイル３６へのソースパワーを８００wattと
し、第１高周波電源３３のバイアスパワーを７００watt
として、防着板３４内に流すHBr-O2ガス中のO2の濃度を
８０％に設定して、ウェハステージ３２の温度を２５０
℃〜４００℃まで変化させてエッチングした後に各膜の
エッチング部分のテーパー角度を測定した。Ir膜、IrO
x 膜、Pt膜の各々についてのテーパー角度にはステージ
温度依存性があった。Ir膜とIrO x 膜のそれぞれについ
てはステージ温度を２５０℃以上とすることでテーパー
角度が７７度以上となって一応の目標値である８０度に
近づいた。Pt膜については３００℃以上とする必要があ
った。ウェハステージ３４の温度を４００℃とすること
で何れの材料膜にもほぼ８０度のテーパー角度が得られ
た。ウェハステージ温度を４００℃よりも大きくするこ
とにより、テーパー角はさらに９０度に近づくことがわ
かった。
４内の圧力を０．５Ｐａとし、第２高周波電源３５から
アンテナコイル３６へのソースパワーを８００wattと
し、第１高周波電源３３のバイアスパワーを７００watt
として、防着板３４内に流すHBr-O2ガス中のO2の濃度を
８０％に設定して、ウェハステージ３２の温度を２５０
℃〜４００℃まで変化させてエッチングした後に各膜の
エッチング部分のテーパー角度を測定した。Ir膜、IrO
x 膜、Pt膜の各々についてのテーパー角度にはステージ
温度依存性があった。Ir膜とIrO x 膜のそれぞれについ
てはステージ温度を２５０℃以上とすることでテーパー
角度が７７度以上となって一応の目標値である８０度に
近づいた。Pt膜については３００℃以上とする必要があ
った。ウェハステージ３４の温度を４００℃とすること
で何れの材料膜にもほぼ８０度のテーパー角度が得られ
た。ウェハステージ温度を４００℃よりも大きくするこ
とにより、テーパー角はさらに９０度に近づくことがわ
かった。
【００９８】以上の実験からHBr とO2のプラズマを用い
てウェハステージ３２の温度を高温とすることで、強誘
電体キャパシタや高誘電体キャパシタの電極材料として
使用されているIr、Ptなどの貴金属やその酸化物につい
てフェンスを形成させずに垂直に近い形状でエッチング
することが可能となった。
てウェハステージ３２の温度を高温とすることで、強誘
電体キャパシタや高誘電体キャパシタの電極材料として
使用されているIr、Ptなどの貴金属やその酸化物につい
てフェンスを形成させずに垂直に近い形状でエッチング
することが可能となった。
【００９９】ステージ温度を２５０℃以下とすると電極
材料のエッチレートが低下し、しかもエッチング選択比
が低下するのでマスクが保持されないし、テーパー形状
も緩くなってしまう。ステージ温度を４５０℃以上とす
るとウェハーを静電チャック３５により安定して保持す
ることができないなどの問題がある。従ってステージ温
度の温度範囲としては、３００〜４５０℃が望ましいと
考えられる。各材料についてステージ温度の最適値を求
め、各材料毎にエッチングチャンバーを変更してエッチ
ングする方法も考えられる。
材料のエッチレートが低下し、しかもエッチング選択比
が低下するのでマスクが保持されないし、テーパー形状
も緩くなってしまう。ステージ温度を４５０℃以上とす
るとウェハーを静電チャック３５により安定して保持す
ることができないなどの問題がある。従ってステージ温
度の温度範囲としては、３００〜４５０℃が望ましいと
考えられる。各材料についてステージ温度の最適値を求
め、各材料毎にエッチングチャンバーを変更してエッチ
ングする方法も考えられる。
【０１００】なお、エッチング装置は、上記したような
ＩＣＰ型に限定されず、しかも静電チャックを使用する
ものに限定されるものではない。静電チャックを使用し
ないエッチング装置においては、ステージ温度の上限は
４５０℃とならず、６００℃である。誘電体膜をＰＺＴ
系の材料を使用する場合には、その膜中のPbが６００℃
で揮発するので、上部電極に覆われてること等を考慮し
て誘電体膜の膜質劣化の防止の観点からウェハステージ
の温度を６００℃を上限とするのが好ましい。
ＩＣＰ型に限定されず、しかも静電チャックを使用する
ものに限定されるものではない。静電チャックを使用し
ないエッチング装置においては、ステージ温度の上限は
４５０℃とならず、６００℃である。誘電体膜をＰＺＴ
系の材料を使用する場合には、その膜中のPbが６００℃
で揮発するので、上部電極に覆われてること等を考慮し
て誘電体膜の膜質劣化の防止の観点からウェハステージ
の温度を６００℃を上限とするのが好ましい。
【０１０１】以上の実験結果に基づいて、図３(c) に示
す状態で、ハードマスク１８を使用してIr、IrO x 、Pt
などの材料からなる導電膜１５，１６をエッチングする
工程では、ウェハステージ３４の温度を高温、例えば３
００〜４５０℃としてHBr ガスあるいはHBr とO2の混合
ガスを用いて導電膜１５，１６をエッチングする。エッ
チング条件については膜種や膜厚に応じて最適化する。
す状態で、ハードマスク１８を使用してIr、IrO x 、Pt
などの材料からなる導電膜１５，１６をエッチングする
工程では、ウェハステージ３４の温度を高温、例えば３
００〜４５０℃としてHBr ガスあるいはHBr とO2の混合
ガスを用いて導電膜１５，１６をエッチングする。エッ
チング条件については膜種や膜厚に応じて最適化する。
【０１０２】次に、以下のように条件を調整した例とそ
の条件でのエッチレートを示す。この場合のエッチング
装置として、図６に例示したＩＣＰ型のプラズマエッチ
ング装置を使用した。
の条件でのエッチレートを示す。この場合のエッチング
装置として、図６に例示したＩＣＰ型のプラズマエッチ
ング装置を使用した。
【０１０３】エッチング条件については、エッチング雰
囲気の圧力を０．５Ｐａとし、第２高周波電源３５から
アンテナコイル３６へのソースパワーを８００wattと
し、第１高周波電源３３のバイアスパワーを７００watt
として、さらに、エッチング雰囲気内にHBr を１０scc
m、O2を４０sccmの流量で流し、ウェハステージ３２の
温度を４００℃に設定する。この場合、オーバーエッチ
ング量を１００％とする。このようなエッチング条件に
よれば、IrO x 膜のエッチレートは３７２nm/min、Pt膜
のエッチレートは３３１nm/min、Ir膜のエッチレートは
３２２nm/min、SiO2膜のエッチレートは４９nm/minとな
った。
囲気の圧力を０．５Ｐａとし、第２高周波電源３５から
アンテナコイル３６へのソースパワーを８００wattと
し、第１高周波電源３３のバイアスパワーを７００watt
として、さらに、エッチング雰囲気内にHBr を１０scc
m、O2を４０sccmの流量で流し、ウェハステージ３２の
温度を４００℃に設定する。この場合、オーバーエッチ
ング量を１００％とする。このようなエッチング条件に
よれば、IrO x 膜のエッチレートは３７２nm/min、Pt膜
のエッチレートは３３１nm/min、Ir膜のエッチレートは
３２２nm/min、SiO2膜のエッチレートは４９nm/minとな
った。
【０１０４】図１３、図１４、図１５は、そのような条
件により下地絶縁膜４１の上のIr膜４２、IrO x 膜４
３、Pt膜４４を別々にエッチングしたときの形状を示
す。
件により下地絶縁膜４１の上のIr膜４２、IrO x 膜４
３、Pt膜４４を別々にエッチングしたときの形状を示
す。
【０１０５】なお、上記した実施形態では、キャパシタ
を構成する第１導電膜、強誘電体膜、第２導電膜は１つ
のハードマスク１８により連続してエッチングしたが、
複数のマスクを用いて別々にエッチングしてもよい。ま
た、キャパシタの形状は、段差を持ったキャパシタの形
状にしてもよい。
を構成する第１導電膜、強誘電体膜、第２導電膜は１つ
のハードマスク１８により連続してエッチングしたが、
複数のマスクを用いて別々にエッチングしてもよい。ま
た、キャパシタの形状は、段差を持ったキャパシタの形
状にしてもよい。
【０１０６】上記した実施形態では、ＦｅＲＡＭメモリ
セルの形成について説明したが、高誘電体材料を誘電体
膜とするキャパシタの電極を形成する場合にも上記した
エッチング方法を用いてもよい。 （付記１）半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前
記絶縁膜上に貴金属又はその酸化物からなる導電膜を形
成する工程と、前記半導体基板を加熱しながら、臭素を
含む雰囲気で前記導電膜を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製造方法。 （付記２）前記臭素を含む雰囲気は、臭化水素と酸素か
らなることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製
造方法。 （付記３）前記半導体基板の加熱は、３００℃から６０
０℃の範囲であることを特徴とする付記１又は付記２に
記載の半導体装置の製造方法。 （付記４）半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜上に第１導電膜を形成する工程と、前記
第１導電膜の上に強誘電体材料と高誘電体材料からなる
誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜の上に第２導
電膜を形成する工程と、前記第２導電膜上にキャパシタ
形状のマスクを形成する工程と、前記マスクから露出し
ている前記第２導電膜、前記誘電体膜及び前記第１導電
膜を順にエッチングすることにより、前記第２導電膜を
キャパシタ上部電極とし、前記第１導電体膜をキャパシ
タ下部電極とする工程を有し、少なくも前記第１導電膜
のエッチングは、臭素を含む雰囲気内で行われ且つ前記
半導体基板の加熱温度を３００℃〜６００℃の範囲に設
定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 （付記５）前記雰囲気には、臭素のみ、臭化水素及び酸
素のみのいずれかが外部から供給されることを特徴とす
る付記５に記載の半導体装置の製造方法。 （付記６）前記加熱温度は、３５０℃〜４５０℃である
ことを特徴とする付記４又は付記５に記載の半導体装置
の製造方法。 （付記７）半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜上に第１導電膜を形成する工程と、前記
第１導電膜の上に強誘電体材料と高誘電体材料からなる
誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜の上に第２導
電膜を形成する工程と、前記第２導電膜上にキャパシタ
形状のマスクを形成する工程と、前記マスクから露出し
ている前記第２導電膜、前記誘電体膜及び前記第１導電
膜を順にエッチングすることにより、前記第２導電膜を
キャパシタ上部電極とし、前記第１導電体膜をキャパシ
タ下部電極とする工程を有し、少なくも前記第１導電膜
のエッチングは、臭化水素と酸素のみを外部から供給し
た雰囲気内で行われることを特徴とする半導体装置の製
造方法。 （付記８）前記雰囲気に供給される前記臭化水素と前記
酸素のうち、前記酸素の濃度は１０％〜９０％の範囲内
にあることを特徴とする付記４乃至付記７のいずれかに
記載の半導体装置の製造方法。 （付記９）前記第１導電膜は、貴金属又はその酸化物か
ら形成されていることを特徴とする付記４乃至付記８に
記載の半導体装置の製造方法。 （付記１０）前記マスクは、ハードマスクであることを
特徴とする付記４乃至付記９のいずれかに記載の半導体
装置の製造方法。
セルの形成について説明したが、高誘電体材料を誘電体
膜とするキャパシタの電極を形成する場合にも上記した
エッチング方法を用いてもよい。 （付記１）半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前
記絶縁膜上に貴金属又はその酸化物からなる導電膜を形
成する工程と、前記半導体基板を加熱しながら、臭素を
含む雰囲気で前記導電膜を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製造方法。 （付記２）前記臭素を含む雰囲気は、臭化水素と酸素か
らなることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製
造方法。 （付記３）前記半導体基板の加熱は、３００℃から６０
０℃の範囲であることを特徴とする付記１又は付記２に
記載の半導体装置の製造方法。 （付記４）半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜上に第１導電膜を形成する工程と、前記
第１導電膜の上に強誘電体材料と高誘電体材料からなる
誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜の上に第２導
電膜を形成する工程と、前記第２導電膜上にキャパシタ
形状のマスクを形成する工程と、前記マスクから露出し
ている前記第２導電膜、前記誘電体膜及び前記第１導電
膜を順にエッチングすることにより、前記第２導電膜を
キャパシタ上部電極とし、前記第１導電体膜をキャパシ
タ下部電極とする工程を有し、少なくも前記第１導電膜
のエッチングは、臭素を含む雰囲気内で行われ且つ前記
半導体基板の加熱温度を３００℃〜６００℃の範囲に設
定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 （付記５）前記雰囲気には、臭素のみ、臭化水素及び酸
素のみのいずれかが外部から供給されることを特徴とす
る付記５に記載の半導体装置の製造方法。 （付記６）前記加熱温度は、３５０℃〜４５０℃である
ことを特徴とする付記４又は付記５に記載の半導体装置
の製造方法。 （付記７）半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜上に第１導電膜を形成する工程と、前記
第１導電膜の上に強誘電体材料と高誘電体材料からなる
誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜の上に第２導
電膜を形成する工程と、前記第２導電膜上にキャパシタ
形状のマスクを形成する工程と、前記マスクから露出し
ている前記第２導電膜、前記誘電体膜及び前記第１導電
膜を順にエッチングすることにより、前記第２導電膜を
キャパシタ上部電極とし、前記第１導電体膜をキャパシ
タ下部電極とする工程を有し、少なくも前記第１導電膜
のエッチングは、臭化水素と酸素のみを外部から供給し
た雰囲気内で行われることを特徴とする半導体装置の製
造方法。 （付記８）前記雰囲気に供給される前記臭化水素と前記
酸素のうち、前記酸素の濃度は１０％〜９０％の範囲内
にあることを特徴とする付記４乃至付記７のいずれかに
記載の半導体装置の製造方法。 （付記９）前記第１導電膜は、貴金属又はその酸化物か
ら形成されていることを特徴とする付記４乃至付記８に
記載の半導体装置の製造方法。 （付記１０）前記マスクは、ハードマスクであることを
特徴とする付記４乃至付記９のいずれかに記載の半導体
装置の製造方法。
【０１０７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、半導
体ウェハーを加熱して反応性を高めることにより貴金属
あるいは貴金属の酸化物を用いた導電膜をマスクとエッ
チングを用いて電極にパターニングする際に、電極の側
面を７７度以上と、垂直又は垂直に近い形状を得ること
ができる。
体ウェハーを加熱して反応性を高めることにより貴金属
あるいは貴金属の酸化物を用いた導電膜をマスクとエッ
チングを用いて電極にパターニングする際に、電極の側
面を７７度以上と、垂直又は垂直に近い形状を得ること
ができる。
【０１０８】しかも、本発明によれば、HBr とO2のみの
混合ガス又はBr2 ガスを反応雰囲気に供給するようにし
たので、強誘電体又は高誘電体キャパシタを劣化させず
且つキャパシタ側壁に導電性フェンスを形成させること
なく貴金属やその酸化物を用いた電極の側面を垂直又は
垂直に近い形状とすることができ半導体デバイスの高集
積化を促進することができる。
混合ガス又はBr2 ガスを反応雰囲気に供給するようにし
たので、強誘電体又は高誘電体キャパシタを劣化させず
且つキャパシタ側壁に導電性フェンスを形成させること
なく貴金属やその酸化物を用いた電極の側面を垂直又は
垂直に近い形状とすることができ半導体デバイスの高集
積化を促進することができる。
【図１】図１(a),(b) は、従来のキャパシタの形成工程
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】図２(a) 〜(c) は、本発明の実施形態に係る半
導体装置の形成工程を示す断面図（その１）である。
導体装置の形成工程を示す断面図（その１）である。
【図３】図３(a) 〜(c) は、本発明の実施形態に係る半
導体装置の形成工程を示す断面図（その２）である。
導体装置の形成工程を示す断面図（その２）である。
【図４】図４(a),(b) は、本発明の実施形態に係る半導
体装置の形成工程を示す断面図（その３）である。
体装置の形成工程を示す断面図（その３）である。
【図５】図５(a) ,(b) は、本発明の実施形態に係る半
導体装置の形成工程を示す断面図（その４）である。
導体装置の形成工程を示す断面図（その４）である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る半導体装置の
形成に用いられるエッチング装置の一例を示す構成図で
ある。
形成に用いられるエッチング装置の一例を示す構成図で
ある。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る半導体装置の
キャパシタ用電極に使用されるイリジウムのエッチング
レートとステージ温度との関係を示す図である。
キャパシタ用電極に使用されるイリジウムのエッチング
レートとステージ温度との関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る半導体装置の
キャパシタをHBr と酸素の混合ガスプラズマに曝した場
合の分極電荷量と酸素濃度の関係を示す図である。
キャパシタをHBr と酸素の混合ガスプラズマに曝した場
合の分極電荷量と酸素濃度の関係を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る半導体装置の
キャパシタ用電極に使用されるイリジウム膜、酸化イリ
ジウム膜及びプラチナ膜と、絶縁膜として使用されるシ
リコン酸化膜のそれぞれをHBr と酸素の混合ガスプラズ
マでエッチングした場合のエッチングレートとHBr(又は
O2)濃度の関係を示す図である。
キャパシタ用電極に使用されるイリジウム膜、酸化イリ
ジウム膜及びプラチナ膜と、絶縁膜として使用されるシ
リコン酸化膜のそれぞれをHBr と酸素の混合ガスプラズ
マでエッチングした場合のエッチングレートとHBr(又は
O2)濃度の関係を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係る半導体装
置のキャパシタ用電極に使用されるイリジウム膜、酸化
イリジウム膜及びプラチナ膜と、絶縁膜として使用され
るシリコン酸化膜のそれぞれをHBr と酸素の混合ガスプ
ラズマでエッチングした場合のエッチングレートとバイ
アスパワーの関係を示す図である。
置のキャパシタ用電極に使用されるイリジウム膜、酸化
イリジウム膜及びプラチナ膜と、絶縁膜として使用され
るシリコン酸化膜のそれぞれをHBr と酸素の混合ガスプ
ラズマでエッチングした場合のエッチングレートとバイ
アスパワーの関係を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に係る半導体装
置のキャパシタ用電極に使用されるイリジウム膜、酸化
イリジウム膜及びプラチナ膜と、絶縁膜として使用され
るシリコン酸化膜のそれぞれをHBr と酸素の混合ガスプ
ラズマでエッチングした場合のエッチングレートとウェ
ハステージ温度の関係を示す図である。
置のキャパシタ用電極に使用されるイリジウム膜、酸化
イリジウム膜及びプラチナ膜と、絶縁膜として使用され
るシリコン酸化膜のそれぞれをHBr と酸素の混合ガスプ
ラズマでエッチングした場合のエッチングレートとウェ
ハステージ温度の関係を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に係る半導体装
置のキャパシタ用電極に使用されるイリジウム膜、酸化
イリジウム膜及びプラチナ膜をHBr とO2の混合ガスプラ
ズマでエッチングした場合のエッチング側面のテーパー
角とウェハステージ温度の関係を示す図である。
置のキャパシタ用電極に使用されるイリジウム膜、酸化
イリジウム膜及びプラチナ膜をHBr とO2の混合ガスプラ
ズマでエッチングした場合のエッチング側面のテーパー
角とウェハステージ温度の関係を示す図である。
【図１３】図１３(a) は、本発明の実施形態に係る半導
体装置のキャパシタ用電極に使用されるイリジウム膜の
エッチング後の写真に基づいて描いた斜視図、図１３
(b)はその断面図である。
体装置のキャパシタ用電極に使用されるイリジウム膜の
エッチング後の写真に基づいて描いた斜視図、図１３
(b)はその断面図である。
【図１４】図１４(a) は、本発明の実施形態に係る半導
体装置のキャパシタ用電極に使用される酸化イリジウム
膜のエッチング後の写真に基づいて描いた斜視図、図１
４(b) はその断面図である。
体装置のキャパシタ用電極に使用される酸化イリジウム
膜のエッチング後の写真に基づいて描いた斜視図、図１
４(b) はその断面図である。
【図１５】図１５(a) は、本発明の実施形態に係る半導
体装置のキャパシタ用電極に使用されるプラチナ膜のエ
ッチング後の写真に基づいて描いた斜視図、図１５(b)
はその断面図である。
体装置のキャパシタ用電極に使用されるプラチナ膜のエ
ッチング後の写真に基づいて描いた斜視図、図１５(b)
はその断面図である。
１…シリコン（半導体）基板、２…素子分離絶縁膜、３
…ゲート絶縁膜、４ａ，４ｂ…ゲート電極、５ａ，５
ｂ，５ｃ…不純物拡散領域、６…サイドウォールスペー
サ、７…カバー絶縁膜、８…層間絶縁膜、９…導電性プ
ラグ、１０ａ…酸化防止絶縁膜、１０ｂ…下地絶縁膜、
１１ａ，１１ｂ…導電性プラグ、１５…第１導電膜、１
５ａ…上部電極、１６…強誘電体膜、１６ａ…誘電体
膜、１７…第２導電膜、１７ａ…上部電極、１８…ハー
ドマスク、１９…保護膜、２０…層間絶縁膜、２１…導
電性プラグ、２２…層間絶縁膜、２３…プラグ、３１…
減圧室、３２…ウェハステージ、３２ａ…ヒータ、３２
ｂ…静電チャック、３３…高周波電源、３４…防着板、
３５…高周波電源、３６…アンテナコイル、３７…ゲー
トバルブ、３８…ロードロック室、４０…ガス導入管。
…ゲート絶縁膜、４ａ，４ｂ…ゲート電極、５ａ，５
ｂ，５ｃ…不純物拡散領域、６…サイドウォールスペー
サ、７…カバー絶縁膜、８…層間絶縁膜、９…導電性プ
ラグ、１０ａ…酸化防止絶縁膜、１０ｂ…下地絶縁膜、
１１ａ，１１ｂ…導電性プラグ、１５…第１導電膜、１
５ａ…上部電極、１６…強誘電体膜、１６ａ…誘電体
膜、１７…第２導電膜、１７ａ…上部電極、１８…ハー
ドマスク、１９…保護膜、２０…層間絶縁膜、２１…導
電性プラグ、２２…層間絶縁膜、２３…プラグ、３１…
減圧室、３２…ウェハステージ、３２ａ…ヒータ、３２
ｂ…静電チャック、３３…高周波電源、３４…防着板、
３５…高周波電源、３６…アンテナコイル、３７…ゲー
トバルブ、３８…ロードロック室、４０…ガス導入管。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小室 玄一
神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番
１号 富士通株式会社内
(72)発明者 遠藤 光広
神奈川県茅ケ崎市萩園2500 株式会社アル
バック内
(72)発明者 平井 直樹
神奈川県茅ケ崎市萩園2500 株式会社アル
バック内
Ｆターム(参考） 5F004 AA08 BA04 BB18 BB22 BC05
DA00 DA26 DB08 EB02 FA01
5F083 AD21 FR02 JA14 JA15 JA17
JA38 JA39 JA40 JA43 MA06
MA17 NA01 NA08 PR03 PR33
PR34 PR39 PR40 PR46
Claims (10)
- 【請求項１】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜上に貴金属又はその酸化物からなる導電膜を
形成する工程と、 前記半導体基板を加熱しながら、臭素を含む雰囲気で前
記導電膜をエッチングする工程とを含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】前記臭素を含む雰囲気は、臭化水素と酸素
からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項３】前記半導体基板の加熱は、３００℃から６
００℃の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程
と、 前記絶縁膜上に第１導電膜を形成する工程と、 前記第１導電膜の上に強誘電体材料と高誘電体材料から
なる誘電体膜を形成する工程と、 前記誘電体膜の上に第２導電膜を形成する工程と、 前記第２導電膜上にキャパシタ形状のマスクを形成する
工程と、 前記マスクから露出している前記第２導電膜、前記誘電
体膜及び前記第１導電膜を順にエッチングすることによ
り、前記第２導電膜をキャパシタ上部電極とし、前記第
１導電体膜をキャパシタ下部電極とする工程を有し、 少なくも前記第１導電膜のエッチングは、臭素を含む雰
囲気内で行われ且つ前記半導体基板の加熱温度を３００
℃〜６００℃の範囲に設定されることを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項５】前記雰囲気には、臭素のみ、臭化水素及び
酸素のみのいずれかが外部から供給されることを特徴と
する請求項４に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】前記加熱温度は、３５０℃〜４５０℃であ
ることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項７】半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程
と、 前記絶縁膜上に第１導電膜を形成する工程と、 前記第１導電膜の上に強誘電体材料と高誘電体材料から
なる誘電体膜を形成する工程と、 前記誘電体膜の上に第２導電膜を形成する工程と、 前記第２導電膜上にキャパシタ形状のマスクを形成する
工程と、 前記マスクから露出している前記第２導電膜、前記誘電
体膜及び前記第１導電膜を順にエッチングすることによ
り、前記第２導電膜をキャパシタ上部電極とし、前記第
１導電体膜をキャパシタ下部電極とする工程を有し、 少なくも前記第１導電膜のエッチングは、臭化水素と酸
素のみを外部から供給した雰囲気内で行われることを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】前記雰囲気に供給される前記臭化水素と前
記酸素のうち、前記酸素の濃度は１０％〜９０％の範囲
内にあることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項９】前記第１導電膜は、貴金属又はその酸化物
から形成されていることを特徴とする請求項４乃至請求
項８のいずれか記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】前記マスクは、ハードマスクであること
を特徴とする請求項４乃至請求項９のいずれかに記載の
半導体装置の製造方法。
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