JP2006332138A - Method of etching metal oxide film - Google Patents

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泰 土澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems wherein a metal oxide film is damaged and device characteristics are poorly affected when using physical sputter for etching the metal oxide film. <P>SOLUTION: Reactive gas is activated by plasma, and the activated reactive gas is allowed to hit against a metal oxide film 44, thus etching the metal oxide film 44 and hence dispensing with the irradiation of high-energy ions as before for obtaining the same etch rate. Additionally, the metal oxide film 44 is heated at 100°C or higher for etching. Further, the etch rate is adjusted to 50 nm/min or smaller. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属酸化膜のエッチング方法に関し、特に、金属酸化膜をドライエッチングする方法に関する。   The present invention relates to a method for etching a metal oxide film, and more particularly to a method for dry etching a metal oxide film.

現在、マルチメディア情報化社会の拡大、さらにはユビキタスサービスの実現に向けた研究開発が盛んに行われている。特に、ネットワーク機器、情報端末に搭載される情報を記録する装置(以下「メモリ」という)は、重要なキーデバイスである。ユビキタス端末に搭載されるメモリに求められる機能として、高速動作、長期保持期間、耐環境性、低消費電力、さらに電源を切っても記録された情報が消去されない機能、つまり不揮発性が必須とされている。   Currently, research and development for the expansion of the multimedia information society and the realization of ubiquitous services are being actively conducted. In particular, an apparatus (hereinafter referred to as “memory”) for recording information mounted on a network device or an information terminal is an important key device. As functions required for the memory installed in ubiquitous terminals, high-speed operation, long-term retention period, environmental resistance, low power consumption, and the function that does not erase recorded information even when the power is turned off, that is, non-volatility is essential. ing.

不揮発性を有する新たなメモリとして、強誘電体メモリが注目されている。その一例として、スタック型のFeRAM(Ferroelectric RAM)の構造を図6に示す。
スタック型のFeRAMは、MOSトランジスタと、強誘電体膜111を用いたキャパシタとを有する。MOSトランジスタは、半導体基板101に形成されたソース102と、ドレイン103と、ゲート絶縁膜104を介して設けられたゲート電極105とからなる。キャパシタは、強誘電体膜111を上部電極112と下部電極113とで挟んだ構造を有し、ソース電極106を介してMOSトランジスタのソース102に接続されている。強誘電体膜111には、Bi4Ti312等の酸化物誘電体を用いることができる。また、MOSトランジスタのドレイン103には、ドレイン電極107を介して電流計114が接続されている。
As a new nonvolatile memory, a ferroelectric memory has attracted attention. As an example, the structure of a stack type FeRAM (Ferroelectric RAM) is shown in FIG.
The stack type FeRAM includes a MOS transistor and a capacitor using the ferroelectric film 111. The MOS transistor includes a source 102 formed on the semiconductor substrate 101, a drain 103, and a gate electrode 105 provided via a gate insulating film 104. The capacitor has a structure in which a ferroelectric film 111 is sandwiched between an upper electrode 112 and a lower electrode 113, and is connected to the source 102 of the MOS transistor via the source electrode 106. An oxide dielectric such as Bi 4 Ti 3 O 12 can be used for the ferroelectric film 111. An ammeter 114 is connected to the drain 103 of the MOS transistor via the drain electrode 107.

このFeRAMでは、強誘電体膜111の分極の向きをソース102−ドレイン103間のチャネル108に流れる電流として検出することにより、「on」または「off」のデータとして取り出すことができる。強誘電体膜111の分極は電圧を印加していなくても保持できるので、FeRAMは不揮発性を有する。   In this FeRAM, by detecting the direction of polarization of the ferroelectric film 111 as a current flowing in the channel 108 between the source 102 and the drain 103, it can be extracted as “on” or “off” data. Since the polarization of the ferroelectric film 111 can be maintained even when no voltage is applied, the FeRAM is nonvolatile.

FeRAM等の強誘電体メモリを製造するには、強誘電体膜111を所定のパターンに加工する工程が欠かせない。強誘電体膜111を加工するには、強誘電体の蒸気圧が小さいことから、従来は、強誘電体膜111の表面に高エネルギーイオンを照射することにより粒子をはじきて飛ばして除去する物理スパッタが利用されていた(例えば、特許文献1を参照)。   In order to manufacture a ferroelectric memory such as FeRAM, a process of processing the ferroelectric film 111 into a predetermined pattern is indispensable. In order to process the ferroelectric film 111, since the vapor pressure of the ferroelectric is small, conventionally, the surface of the ferroelectric film 111 is irradiated with high energy ions to repel particles and remove them. Sputtering has been used (see, for example, Patent Document 1).

特開平10−223757号公報JP-A-10-223757

しかしながら、従来のように強誘電体膜111に対して物理スパッタを行うと、高エネルギーイオンが強誘電体膜111にダメージを与え、強誘電体メモリの特性に悪影響を与えるという問題があった。
また、図7(a),(b)に示すように、高エネルギーイオン122によりはじき飛ばされた強誘電体の粒子(エッチング物)111Aが、レジスト121および強誘電体膜111のパターン側壁に再付着する。このため、レジスト121を除去すると、強誘電体膜111に図7(c)に示すような膜111Bができ、強誘電体メモリの特性に悪影響を与えるという問題があった。
これらの問題は、強誘電体膜111を始めとする金属酸化膜のエッチングにおいて共通する問題であった。
However, when physical sputtering is performed on the ferroelectric film 111 as in the prior art, there is a problem in that high energy ions damage the ferroelectric film 111 and adversely affect the characteristics of the ferroelectric memory.
7A and 7B, the ferroelectric particles (etched material) 111A repelled by the high-energy ions 122 are reattached to the pattern sidewalls of the resist 121 and the ferroelectric film 111. To do. For this reason, when the resist 121 is removed, a film 111B as shown in FIG. 7C is formed on the ferroelectric film 111, which adversely affects the characteristics of the ferroelectric memory.
These problems are common problems in etching of the metal oxide film including the ferroelectric film 111.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、デバイス特性に与える影響が小さい金属酸化膜のエッチング方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a method for etching a metal oxide film having a small influence on device characteristics.

このような目的を達成するために、本発明は、基板を固定する固定台と、この固定台を収容する容器と、この容器内にプラズマを生成するプラズマ生成手段とを備えたプラズマ装置を用いたエッチング方法であって、Bi金属とTi金属と酸素とからなる金属酸化膜が形成された基板を固定台に固定するステップと、容器内にプラズマガスを導入し、プラズマ生成手段を用いてプラズマガスからプラズマを生成するステップと、容器内に反応性ガスを導入し、この反応性ガスをプラズマで活性化させるステップと、活性化した反応性ガスを金属酸化膜にあてて金属酸化膜をエッチングするステップとを備えることを特徴とする。   In order to achieve such an object, the present invention uses a plasma apparatus including a fixing base for fixing a substrate, a container for housing the fixing base, and plasma generation means for generating plasma in the container. And a step of fixing a substrate on which a metal oxide film made of Bi metal, Ti metal and oxygen is formed on a fixed base, introducing a plasma gas into the container, and using a plasma generation means A step of generating a plasma from a gas, a step of introducing a reactive gas into the container, activating the reactive gas with plasma, and applying the activated reactive gas to the metal oxide film to etch the metal oxide film And a step of performing.

ここで、反応性ガスとしては、CF4、C26、C48およびSF6の少なくとも1つを用いることができる。
金属酸化膜をエッチングするステップでは、基板を100℃以上に加熱しながら行なうと更によい。
金属酸化膜をエッチングするステップではまた、金属酸化膜のエッチレートを高々50nm/minにすると更によい。
エッチング対象の金属酸化膜としては、例えばBi4Ti312からなる金属酸化膜を挙げることができる。
プラズマ装置としては、例えば誘導結合プラズマ装置を用いることができる。
Here, as the reactive gas, at least one of CF 4 , C 2 F 6 , C 4 F 8 and SF 6 can be used.
The step of etching the metal oxide film is more preferably performed while heating the substrate to 100 ° C. or higher.
In the step of etching the metal oxide film, it is further preferable that the etch rate of the metal oxide film is at most 50 nm / min.
An example of the metal oxide film to be etched is a metal oxide film made of Bi 4 Ti 3 O 12 .
As the plasma device, for example, an inductively coupled plasma device can be used.

上述したように、本発明では、活性化した反応性ガスを金属酸化膜にあてて、金属酸化膜のエッチングを行なう。これにより、同じエッチレートを得るのに、従来のような高エネルギーイオンを照射する必要がなくなるので、金属酸化膜に与えるダメージを低減できる。
また、高々50nm/minのレートで金属酸化膜をエッチングすることにより、エッチングの際に生成される反応生成物が少なくなる。このため、金属酸化膜に再付着する反応生成物があっても照射イオンにより除かれる確率が上がる。その結果、金属酸化膜への再付着を抑制できる。
したがって、本発明によれば、金属酸化膜を用いて所望の特性のデバイスを製造することが可能となる。
As described above, in the present invention, the activated reactive gas is applied to the metal oxide film to etch the metal oxide film. As a result, it is not necessary to irradiate high energy ions as in the prior art in order to obtain the same etch rate, so that damage to the metal oxide film can be reduced.
Further, by etching the metal oxide film at a rate of at most 50 nm / min, reaction products generated during the etching are reduced. For this reason, even if there is a reaction product reattached to the metal oxide film, the probability of being removed by the irradiated ions is increased. As a result, reattachment to the metal oxide film can be suppressed.
Therefore, according to the present invention, it is possible to manufacture a device having desired characteristics using a metal oxide film.

一方、本発明では、反応性ガスを活性化させて金属酸化膜にあてるため、エッチング反応を促進し、エッチレートを高めることができる。
金属酸化膜のエッチングの際に生成される反応生成物の多くは、その融点が100〜800℃の範囲内にある。このため、基板を100℃以上に加熱しながらエッチングを行うことにより、反応生成物を気化しやすくし、エッチレートを更に高めることができる。
On the other hand, in the present invention, since the reactive gas is activated and applied to the metal oxide film, the etching reaction can be promoted and the etching rate can be increased.
Many of the reaction products generated during the etching of the metal oxide film have a melting point in the range of 100 to 800 ° C. For this reason, by performing etching while heating the substrate to 100 ° C. or higher, the reaction product can be easily vaporized and the etch rate can be further increased.

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施の形態は、誘導結合(IPC)プラズマエッチング装置を使用して、金属酸化膜に対し反応性エッチングを行う。すなわち、プラズマガスで誘導結合プラズマを生成し、このプラズマで反応性ガスを活性化させ、活性化した反応性ガスと金属酸化膜の構成材料とを化学反応させて反応生成物を気化させることにより、金属酸化膜をエッチングする。
反応性エッチングでは、膜表面での化学反応を利用するため、金属酸化膜に従来のような高エネルギーイオンを照射する必要がない。このため、金属酸化膜に与えるダメージを低減できる。
本実施の形態において、エッチング対象の金属酸化膜とは、Bi金属とTi金属と酸素とからなる金属酸化膜のことをいう。金属酸化膜には、例えばBi4Ti312からなる強誘電体膜がある。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In this embodiment, reactive etching is performed on a metal oxide film using an inductively coupled (IPC) plasma etching apparatus. That is, by generating inductively coupled plasma with plasma gas, activating the reactive gas with this plasma, and reacting the activated reactive gas with the constituent material of the metal oxide film to vaporize the reaction product. Etching the metal oxide film.
In reactive etching, since a chemical reaction on the film surface is used, it is not necessary to irradiate the metal oxide film with high-energy ions as in the prior art. For this reason, the damage given to a metal oxide film can be reduced.
In this embodiment, the metal oxide film to be etched refers to a metal oxide film composed of Bi metal, Ti metal, and oxygen. An example of the metal oxide film is a ferroelectric film made of Bi 4 Ti 3 O 12 .

図1は、誘導結合プラズマをBi4Ti312膜が形成された基板に照射し、基板に印可するRF(高周波)バイアスパワーを変化させたときのエッチレートについて、従来のAr(アルゴン)単体プラズマの場合とArに反応性ガスC48を加えたプラズマの場合とを比較したグラフである。このグラフより、ArにC48を加えたプラズマの方が、高いエッチレートが得られることがわかる。 FIG. 1 shows a conventional Ar (argon) etching rate when an inductively coupled plasma is irradiated on a substrate on which a Bi 4 Ti 3 O 12 film is formed and an RF (high frequency) bias power applied to the substrate is changed. is a graph comparing the case of plasma was added reactive gas C 4 F 8 in the case of a single plasma and Ar. From this graph, it can be seen that a higher etch rate can be obtained with plasma in which C 4 F 8 is added to Ar.

Ar単体よりもC48を加えた方がBi4Ti312膜に対するエッチレートが高まる理由は、次のように考えられる。Bi4Ti312膜中のBi(ビスマス)およびTi(チタン)と、プラズマ中でC48から生成される活性種FやCxyとが化学反応を起こし、BiF5およびTiF4が生成される。これらの反応生成物は、融点がそれぞれ150℃、300℃程度であり、融点が1200℃を超えるBi4Ti312に比べ、格段に高い蒸気圧を持つ。このため、ArだけでBi4Ti312をエッチングするよりも、C48を加えた方がエッチレートが高くなると考えられる。このように、C48を加えたプラズマでは、反応性エッチングが起こっていると考えられる。 The reason why the etch rate for the Bi 4 Ti 3 O 12 film is higher when C 4 F 8 is added than when Ar alone is considered is as follows. Bi (bismuth) and Ti (titanium) in the Bi 4 Ti 3 O 12 film chemically react with active species F and C x F y generated from C 4 F 8 in the plasma, and BiF 5 and TiF 4 is generated. These reaction products have melting points of about 150 ° C. and 300 ° C., respectively, and have a much higher vapor pressure than Bi 4 Ti 3 O 12 having a melting point of over 1200 ° C. For this reason, it is considered that the etching rate is higher when C 4 F 8 is added than when Bi 4 Ti 3 O 12 is etched with Ar alone. Thus, it is considered that reactive etching occurs in the plasma to which C 4 F 8 is added.

図1は、同じエッチレートを得るのに、反応性エッチングではRFバイアスパワーを低くすることができることを示している。したがって、反応性エッチングを利用することにより、金属酸化膜に従来のような高エネルギーイオンを照射する必要がなくなる。このため、金属酸化膜およびその下地膜に与えるダメージを低減でき、デバイス特性に悪影響を与えることがなくなる。   FIG. 1 shows that RF bias power can be reduced with reactive etching to achieve the same etch rate. Therefore, by using reactive etching, it is not necessary to irradiate the metal oxide film with high energy ions as in the prior art. As a result, damage to the metal oxide film and the underlying film can be reduced, and device characteristics are not adversely affected.

図1には、基板を加熱せず、基板温度30℃でエッチングを行った例を示した。しかし、基板を固定する固定台に埋め込んだヒーターで基板を加熱しながらエッチングを行なうこともできる。基板を100℃以上に加熱することにより、反応生成物の融点に近づき、反応生成物がより気化しやすくなるので、反応性エッチングのレートがさらに高まる。その結果、照射イオンのエネルギーをさらに下げてもよくなり、ダメージ低減に有利となる。   FIG. 1 shows an example in which etching is performed at a substrate temperature of 30 ° C. without heating the substrate. However, it is also possible to perform etching while heating the substrate with a heater embedded in a fixing base for fixing the substrate. By heating the substrate to 100 ° C. or higher, the reaction product approaches the melting point of the reaction product and the reaction product is more easily vaporized, so that the rate of reactive etching is further increased. As a result, the energy of irradiated ions may be further reduced, which is advantageous for reducing damage.

反応性エッチングを用いると、照射ダメージの低減に有効なだけでなく、微細パターンをエッチングした場合に、パターン側壁へのエッチング物の再付着を低減できるので、より精度のよい金属酸化膜のエッチングが可能になる。図2(a)は、Bi4Ti312膜の0.5ミクロンL&Sパターンを反応性エッチングしたときの入射イオンと反応生成物の振る舞いを示したものである。図7に示した従来例ではパターン側壁方向に飛び出したエッチング物111Aは側壁に留まって膜111Bを形成したが、反応性エッチングではエッチング物の多くがBiF5やTiF4などの揮発しやすい反応生成物1Aであるため、側壁に付着しても再脱離しやすく、パターン側壁の膜成長が抑制される。さらに、基板を100℃以上に加熱することにより、BiF5やTiF4などの反応生成物1Aの蒸気圧が高くなるので、反応生成物1Aはより揮発しやすくなり、側壁方向に飛び出したエッチング物の側壁への付着を無くすことができる。その結果、良好な寸法、形状を持つパターン加工を実現できる。 When reactive etching is used, not only is it effective for reducing irradiation damage, but also when the fine pattern is etched, it is possible to reduce the reattachment of the etched material to the pattern side wall, so that the metal oxide film can be etched more accurately. It becomes possible. FIG. 2 (a) shows the behavior of incident ions and reaction products when a 0.5 micron L & S pattern of a Bi 4 Ti 3 O 12 film is reactively etched. Although the prior art shown in FIG. 7 etching object 111A that pops out the pattern side wall direction to form a film 111B remains on the side wall, easily volatile reaction products of many etching was reactive etching and BiF 5 or TiF 4 Since it is the object 1A, it is easy to be detached again even if it adheres to the side wall, and the film growth on the pattern side wall is suppressed. Furthermore, since the vapor pressure of the reaction product 1A such as BiF 5 or TiF 4 is increased by heating the substrate to 100 ° C. or higher, the reaction product 1A is more easily volatilized, and the etched product that protrudes toward the side wall. Can be prevented from adhering to the side wall. As a result, it is possible to realize pattern processing having favorable dimensions and shapes.

パターン側壁への反応生成物1Aによる膜形成は、基板温度を高める方法だけでなく、エッチレートを制御する方法でも抑制できる。図3は、Bi4Ti312膜のエッチレートとエッチングされたパターン側壁に再付着するエッチング物の厚さとの関係を示したグラフである。このグラフは厚さ300nmのBi4Ti312膜に対し、ArとC48の混合ガスにより反応性エッチングを行ったときのものである。このグラフから、エッチレートを50nm/min以下にすることにより、エッチング物の再付着が抑制されることがわかる。エッチング中にパターン側壁に付着する膜の厚みは、エッチング面から側壁方向に飛び出す反応生成物1Aの数と、その反応生成物1Aをはじき飛ばす上部からのイオン3の数とのバランスで決まる。したがって、エッチレートを50nm/min以下の低速にすることにより、生成される反応生成物1Aが少なくなるので、側壁に付着する反応生成物1Aがあってもイオン3により除かれる確率が上がるためと考えられる。したがって、Bi4Ti312膜のエッチングでは、50nm/min以下にすることが望ましい。 Film formation by the reaction product 1A on the pattern side wall can be suppressed not only by a method of increasing the substrate temperature but also by a method of controlling the etch rate. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the etch rate of the Bi 4 Ti 3 O 12 film and the thickness of the etched material that re-adheres to the etched pattern sidewalls. This graph is obtained when reactive etching is performed on a Bi 4 Ti 3 O 12 film having a thickness of 300 nm using a mixed gas of Ar and C 4 F 8 . From this graph, it can be seen that the reattachment of the etched product is suppressed by setting the etch rate to 50 nm / min or less. The thickness of the film adhering to the pattern side wall during the etching is determined by the balance between the number of reaction products 1A jumping out from the etching surface in the direction of the side walls and the number of ions 3 from the upper part that repels the reaction products 1A. Therefore, by reducing the etch rate to 50 nm / min or less, the generated reaction product 1A is reduced, so that the probability that the reaction product 1A adhering to the side wall is removed by the ions 3 increases. Conceivable. Therefore, it is desirable that the etching rate of the Bi 4 Ti 3 O 12 film is 50 nm / min or less.

以上のように基板温度およびエッチレートを制御して金属酸化膜1のパターン側壁への反応生成物1Aの再付着を抑制することにより、図2(b)に示すように、従来のような膜111Bがない金属酸化膜1Bのパターンを得ることができる。加えて、反応性エッチングを利用することにより、金属酸化膜1Bに与えるダメージを低減できるので、本実施の形態によれば金属酸化膜1Bを用いて所望の特性のデバイスを製造することが可能となる。   As described above, by controlling the substrate temperature and the etch rate to suppress the re-deposition of the reaction product 1A on the pattern side wall of the metal oxide film 1, as shown in FIG. A pattern of the metal oxide film 1B without 111B can be obtained. In addition, since the damage given to the metal oxide film 1B can be reduced by using reactive etching, according to the present embodiment, a device having desired characteristics can be manufactured using the metal oxide film 1B. Become.

次に、Bi4Ti312からなる強誘電体膜を用いた強誘電体メモリの加工例について説明する。エッチングには誘導結合プラズマエッチング装置を用いる。誘導結合プラズマエッチング装置は、高周波誘導磁場により生じる誘導電界により電子を加速し、加速した電子でガス分子を解離させてプラズマを生成する装置である。誘導結合プラズマエッチング装置の構成は、エッチング対象の基板を固定する固定台と、固定台を収容する処理容器と、処理容器内を排気する排気装置と、処理容器内にプラズマとなるガス(プラズマガス)を導入するプラズマガス導入装置と、処理容器内に反応性ガスを導入する反応性ガス導入装置と、処理容器内に高周波誘導磁場を形成する誘導結合アンテナと、基板にRFバイアスを印加するRF電源とからなる。固定台には基板を加熱するヒーターが内蔵されていてもよい。プラズマガス導入装置と誘導結合アンテナとを合わせてプラズマ生成手段と呼ぶ。 Next, a processing example of a ferroelectric memory using a ferroelectric film made of Bi 4 Ti 3 O 12 will be described. An inductively coupled plasma etching apparatus is used for etching. An inductively coupled plasma etching apparatus is an apparatus that generates electrons by accelerating electrons by an induced electric field generated by a high-frequency induction magnetic field and dissociating gas molecules with the accelerated electrons. The configuration of the inductively coupled plasma etching apparatus includes a fixing base for fixing a substrate to be etched, a processing container for housing the fixing base, an exhaust device for exhausting the processing container, and a gas (plasma gas) that becomes plasma in the processing container. ), A reactive gas introduction device for introducing a reactive gas into the processing vessel, an inductively coupled antenna for forming a high frequency induction magnetic field in the processing vessel, and an RF for applying an RF bias to the substrate It consists of a power supply. A heater for heating the substrate may be incorporated in the fixed base. The plasma gas introduction device and the inductively coupled antenna are collectively called plasma generation means.

図4は、強誘電体膜Bi4Ti312をエッチングする際の主要な工程を示す断面図である。
まず、図4(a)に示すような基板31を、誘導結合プラズマエッチング装置の固定台に固定する。この基板31は、Si(シリコン)基板41の上に、厚さ100nmのSiO2からなる絶縁膜42、厚さ10〜20nmのRu(ルテニウム)からなる金属膜43、厚さ40nmのBi4Ti312からなる強誘電体膜44、厚さ50〜100nmのTi(チタン)またはTa(タンタル)からなる金属膜45を順次積層し、さらに金属膜45の上にレジストパターン46を形成したものである。基板温度は40℃程度にする。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the main steps in etching the ferroelectric film Bi 4 Ti 3 O 12 .
First, a substrate 31 as shown in FIG. 4A is fixed to a fixed base of an inductively coupled plasma etching apparatus. This substrate 31 is formed on an Si (silicon) substrate 41, an insulating film 42 made of SiO 2 having a thickness of 100 nm, a metal film 43 made of Ru (ruthenium) having a thickness of 10 to 20 nm, and Bi 4 Ti having a thickness of 40 nm. A ferroelectric film 44 made of 3 O 12 and a metal film 45 made of Ti (titanium) or Ta (tantalum) having a thickness of 50 to 100 nm are sequentially laminated, and a resist pattern 46 is formed on the metal film 45 It is. The substrate temperature is about 40 ° C.

この状態で処理容器内を真空排気した後、処理容器内へプラズマガスとしてArを50sccm程度、反応性ガスとしてCF4を5sccm程度の流量で導入する。この際、圧力を3Pa程度に制御する。なお、「sccm」は流量の単位であり、0℃・1気圧の気体が1分間に1cm3流れることを表す。
圧力が安定したところで、400Wの高周波パワーを導入し、誘導結合プラズマを生成する。これにより、Arのプラズマが生成され、このプラズマによりCF4が活性化される。基板31に100W程度のRFバイアスを印加し、所定のエネルギーを持つイオンと、CF4からの活性種とが基板31の表面に照射されると、レジストパターン46によって覆われていない金属膜45の露出部分がエッチングされ、引き続き強誘電体膜44の露出部分がエッチングされる。
After evacuating the processing vessel in this state, 50 sccm about the Ar as the plasma gas into the processing chamber, introducing a CF 4 at a flow rate of about 5sccm as a reactive gas. At this time, the pressure is controlled to about 3 Pa. “Sccm” is a unit of flow rate, and represents that 1 cm 3 of gas at 0 ° C. and 1 atm flows per minute.
When the pressure is stabilized, high frequency power of 400 W is introduced to generate inductively coupled plasma. Thereby, Ar plasma is generated, and CF 4 is activated by this plasma. When an RF bias of about 100 W is applied to the substrate 31 and the surface of the substrate 31 is irradiated with ions having a predetermined energy and active species from CF 4 , the metal film 45 not covered with the resist pattern 46 is formed. The exposed portion is etched, and then the exposed portion of the ferroelectric film 44 is etched.

上述したように圧力、RFバイアスパワーなどのパラメータを制御することにより、エッチレートを50nm/min程度にすることができるので、金属膜45および強誘電体膜44のパターン側壁への反応生成物の再付着が抑制される。その結果、図4(b)に示すように、従来のような膜111Bがない金属膜45Aおよび強誘電体膜44Aのパターンが得られる。
また、CF4を加え反応性エッチングを利用して加工することにより、従来のような高エネルギーイオンを強誘電体膜44に照射する必要がなくなり、金属膜45A、強誘電体膜44Aおよび金属膜43に与えるダメージを低減できる。
As described above, by controlling parameters such as pressure and RF bias power, the etch rate can be reduced to about 50 nm / min. Therefore, the reaction product on the pattern sidewalls of the metal film 45 and the ferroelectric film 44 can be reduced. Reattachment is suppressed. As a result, as shown in FIG. 4B, the conventional pattern of the metal film 45A and the ferroelectric film 44A without the film 111B is obtained.
Further, by adding CF 4 and processing using reactive etching, it becomes unnecessary to irradiate the ferroelectric film 44 with high energy ions as in the prior art, and the metal film 45A, the ferroelectric film 44A and the metal film are eliminated. The damage given to 43 can be reduced.

その後、レジストパターン46を除去する。そして、例えばプラズマCVD装置を用いて基板表面にSiO2を堆積させ、図4(c)に示すような素子間絶縁膜47を形成する。
以上により、金属膜43と強誘電体膜44Aと金属膜45Aとからなる強誘電体メモリのキャパシタを、基板上に多数形成できる。なお、金属膜43および金属膜45Aは、それぞれキャパシタの下部電極および上部電極として作用する。
Thereafter, the resist pattern 46 is removed. Then, SiO 2 is deposited on the substrate surface using, for example, a plasma CVD apparatus, and an inter-element insulating film 47 as shown in FIG. 4C is formed.
As described above, a large number of ferroelectric memory capacitors including the metal film 43, the ferroelectric film 44A, and the metal film 45A can be formed on the substrate. The metal film 43 and the metal film 45A function as a lower electrode and an upper electrode of the capacitor, respectively.

なお、図5(a)に示すように金属膜45および強誘電体膜44に引き続き金属膜43をエッチングして金属膜45A、強誘電体膜44Aおよび金属膜43Aを形成し、その後にレジストパターン46を除去し、図5(b)に示すように素子間絶縁膜48を形成するようにしてもよい。   As shown in FIG. 5A, the metal film 43 and the ferroelectric film 44 are subsequently etched to form the metal film 45A, the ferroelectric film 44A, and the metal film 43A, and then the resist pattern is formed. 46 may be removed and an inter-element insulating film 48 may be formed as shown in FIG.

また、反応性ガスとしてCF4を使用する例を示したが、同じ条件の下でCF4の代わりにC26,C48,SF6のいずれかを使用して、強誘電体膜44をエッチングすることもできる。
また、プラズマガスとしてArを使用する例を示したが、Arの代わりにKr(クリプトン),Xe(キセノン)などの他の希ガスを用いることもできる。
In addition, although an example in which CF 4 is used as a reactive gas has been shown, a ferroelectric substance using any one of C 2 F 6 , C 4 F 8 , and SF 6 instead of CF 4 under the same conditions. The film 44 can also be etched.
Moreover, although the example which uses Ar as plasma gas was shown, other noble gases, such as Kr (krypton) and Xe (xenon), can also be used instead of Ar.

また、誘導結合プラズマを使用する例を示したが、ECRやヘリコンなど、他の高密度プラズマを用いても、上述したガス種を用いれば、強誘電体膜44をエッチングすることができる。
また、この例では基板温度を40℃としたが、100℃以上とすることにより、さらに良好な加工が可能になる。
また、以上は金属酸化膜のエッチング方法の一例であり、金属酸化膜の構成材料や膜厚は上述したものには限定されない。
また、本発明は、誘導結合プラズマ装置を用いた場合だけでなく、ガスを導入してプラズマを生成し、そのプラズマで反応性ガスを活性化するようにしているプラズマ装置に対しては同様に適用でき、同様の効果を発揮する。
Although an example using inductively coupled plasma has been shown, the ferroelectric film 44 can be etched by using the above-described gas species even when other high-density plasma such as ECR or helicon is used.
Further, in this example, the substrate temperature is set to 40 ° C. However, when the temperature is set to 100 ° C. or higher, further satisfactory processing can be performed.
Further, the above is an example of a method for etching a metal oxide film, and the constituent material and film thickness of the metal oxide film are not limited to those described above.
The present invention applies not only to the case of using an inductively coupled plasma apparatus, but also to a plasma apparatus that generates a plasma by introducing a gas and activates a reactive gas by the plasma. It can be applied and has the same effect.

本発明は、例えば不揮発性メモリ素子の製造に用いることができる。   The present invention can be used, for example, for manufacturing a nonvolatile memory element.

基板に印可するRFバイアスパワーと、エッチレートとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between RF bias power applied to a board | substrate, and an etching rate. 反応性エッチングを用いることにより、パターン側壁へのエッチング物の再付着を低減できる理由を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the reason why the reattachment of the etching thing to a pattern side wall can be reduced by using reactive etching. エッチレートと、パターン側壁に再付着するエッチング物の厚さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an etching rate and the thickness of the etching thing reattached to a pattern side wall. 強誘電体膜Bi4Ti312をエッチングする際の主要な工程を示す断面図である。The ferroelectric film Bi 4 Ti 3 O 12 is a sectional view showing major steps in etching. 強誘電体膜Bi4Ti312をエッチングする際の主要な工程を示す断面図である。The ferroelectric film Bi 4 Ti 3 O 12 is a sectional view showing major steps in etching. スタック型のFeRAMの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of stack type FeRAM. 強誘電体膜の従来のエッチング方法の課題を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the subject of the conventional etching method of a ferroelectric film.

符号の説明Explanation of symbols

1,1B…金属酸化膜、1A…反応生成物、2…マスクパターン、3…イオン、31…基板、41…Si基板、42…絶縁膜、43,43A…金属膜、44,44A…強誘電体膜、45,45A…金属膜、46…レジストパターン、47,48…素子間絶縁膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1B ... Metal oxide film, 1A ... Reaction product, 2 ... Mask pattern, 3 ... Ion, 31 ... Substrate, 41 ... Si substrate, 42 ... Insulating film, 43, 43A ... Metal film, 44, 44A ... Ferroelectric Body film, 45, 45A ... metal film, 46 ... resist pattern, 47, 48 ... inter-element insulating film.

Claims (6)

基板を固定する固定台と、この固定台を収容する容器と、この容器内にプラズマを生成するプラズマ生成手段とを備えたプラズマ装置を用いたエッチング方法において、
Bi金属とTi金属と酸素とからなる金属酸化膜が形成された基板を前記固定台に固定するステップと、
前記容器内にプラズマガスを導入し、前記プラズマ生成手段を用いて前記プラズマガスからプラズマを生成するステップと、
前記容器内に反応性ガスを導入し、この反応性ガスを前記プラズマで活性化させるステップと、
活性化した前記反応性ガスを前記金属酸化膜にあてて前記金属酸化膜をエッチングするステップと
を備えることを特徴とする金属酸化膜のエッチング方法。
In an etching method using a plasma apparatus including a fixing base for fixing a substrate, a container for housing the fixing base, and a plasma generation means for generating plasma in the container,
Fixing the substrate on which the metal oxide film made of Bi metal, Ti metal and oxygen is formed to the fixing table;
Introducing a plasma gas into the vessel and generating plasma from the plasma gas using the plasma generating means;
Introducing a reactive gas into the vessel and activating the reactive gas with the plasma;
Applying the activated reactive gas to the metal oxide film and etching the metal oxide film. A method of etching a metal oxide film, comprising:
請求項1に記載の金属酸化膜のエッチング方法において、
前記反応性ガスは、CF4、C26、C48およびSF6の少なくとも1つであることを特徴とする金属酸化膜のエッチング方法。
The method for etching a metal oxide film according to claim 1,
The method of etching a metal oxide film, wherein the reactive gas is at least one of CF 4 , C 2 F 6 , C 4 F 8 and SF 6 .
請求項1または2に記載の金属酸化膜のエッチング方法において、
前記金属酸化膜をエッチングするステップは、前記基板を100℃以上に加熱しながら行なうことを特徴とする金属酸化膜のエッチング方法。
In the etching method of the metal oxide film according to claim 1 or 2,
Etching the metal oxide film is performed while heating the substrate to 100 ° C. or higher.
請求項1〜3いずれか1項に記載の金属酸化膜のエッチング方法において、
前記金属酸化膜をエッチングするステップは、前記金属酸化膜のエッチレートを高々50nm/minにすることを特徴とする金属酸化膜のエッチング方法。
In the etching method of the metal oxide film of any one of Claims 1-3,
The method of etching a metal oxide film comprises etching the metal oxide film at a rate of 50 nm / min at the most.
請求項1〜4いずれか1項に記載の金属酸化膜のエッチング方法において、
前記金属酸化膜は、Bi4Ti312からなることを特徴とする金属酸化膜のエッチング方法。
In the etching method of the metal oxide film of any one of Claims 1-4,
The method for etching a metal oxide film, wherein the metal oxide film is made of Bi 4 Ti 3 O 12 .
請求項1〜5いずれか1項に記載の金属酸化膜のエッチング方法において、
前記プラズマ装置は、誘導結合プラズマ装置であることを特徴とする金属酸化膜のエッチング方法。
In the etching method of the metal oxide film of any one of Claims 1-5,
The method of etching a metal oxide film, wherein the plasma device is an inductively coupled plasma device.
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JP2009212289A (en) * 2008-03-04 2009-09-17 Fujifilm Corp Dry etching method and dry etching device
US8305730B2 (en) 2007-01-15 2012-11-06 Seiko Epson Corporation Capacitor and its manufacturing method

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