JP3301238B2

JP3301238B2 - エッチング方法

Info

Publication number: JP3301238B2
Application number: JP26021294A
Authority: JP
Inventors: 和康西川; 照夫芝野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JPH08124904A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＤＲＡＭやＦＲＡＭな
どの半導体集積回路等のキャパシタ用絶縁膜に用いられ
る高誘電率を有する多元系酸化物薄膜、キャパシタ用電
極に用いられる高融点金属含有膜、およびキャパシタ用
電極の周囲に形成されるサイドウォール用酸化膜を所望
の厚さまたは形状にプラズマエッチングする際に、それ
ぞれの膜のエッチングの終点を検出する方法を備えたエ
ッチング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＤＲＡＭやＦＲＡＭなどの半導体
集積回路に用いられるキャパシタ用絶縁膜としてはシリ
コン酸化膜（SiＯ₂）、キャパシタ用電極としてはポリ
シリコンが多用されてきた。しかし、半導体集積回路の
高集積化に伴い、キャパシタ面積は縮小され、一方キャ
パシタの静電容量には大容量化が要求されてきた。この
要求に応える１つの方法として、キャパシタ用絶縁膜と
して高誘電率の多元系酸化物材料が提案され、またこの
多元系酸化物材料に適した電極材料（耐酸化性に優れる
こと、多元系酸化物材料と整合性が良いこと、多元系酸
化物材料に対して相互拡散がなくシリコン酸化膜と密着
性が良いこと）として高融点金属材料が提案されてい
る。上記多元系酸化物材料としては、ＡＢＯ₃なる化学
式で表され、Ａは２価または１価の金属原子、Ｂは４価
または５価の金属原子であり、Ｏは酸素原子である。最
も代表的なものはペロブスカイト構造であるBaTiＯ₃で
ある。また、高融点金属材料としてはPt、Pd、Ir、Au、
Ru、Re、Os、Rh及びそれらの酸化物、化合物である。

【０００３】上記材料系を用いたＤＲＡＭの例として、
雑誌”日経マイクロデバイス”1994年２月号第99頁〜第
103頁に記載されたＤＲＡＭの断面構造を図30に示す。
図において、多元系酸化物材料からなる高誘電率膜１と
して（Ba，Sr）TiＯ₃を用い、下部電極２上部電極３共
にPtを用いている。また、多結晶プラグ６と下部電極２
の間には酸素通過抑制のバリア層（Ti／TiＮ積層膜）５
を配置し、バリア層５と高誘電率膜１のリーク電流防止
のためにサイドウォールSiＯ₂膜４が形成されている。
バリア層は下部電極の一部を構成しており、下部電極の
材料によってはすでに酸素通過抑制機能を備えており、
別途バリア層を必要としない。例えば、下部電極がRuま
たはIrを含む酸化物膜であれば、バリア層は不要とな
る。

【０００４】また、上記多元系酸化物材料からなる膜や
高融点金属を含む膜の加工には、王水などによるウエッ
トエッチングやイオンミリングが用いられてきた。しか
し、半導体集積回路等の電子部品の高集積化を実現する
ために、従来の方法に代わってドライエッチングによる
多元系酸化物薄膜および高融点金属含有膜の微細加工技
術の開発が盛んに行われてきた。多元系酸化物薄膜およ
び高融点金属含有膜をドライエッチングする方法とし
て、我々はすでに特開平６−１５１３８３号公報記載の
エッチング方法を提案している。この公報には、高速、
高精度且つ生産性に優れた有機系レジストマスクを使用
し、当該マスクとの選択性の高い多元系酸化膜高誘電率
膜及び高融点金属膜または高融点金属化合物膜の加工を
行うことのできるエッチング方法（特にエッチングガス
の限定）、エッチング後の被処理膜表面の劣化を回復す
る後処理方法、このようなエッチング方法を用いた薄膜
キャパシタ素子の製造方法及び本エッチング方法及び後
処理方法に適したエッチング装置について記載されてい
る。このようなエッチング法の一つの課題として、エッ
チング速度の再現性が不十分な点が挙げられる。そのた
め、ウエハ面内で正確なエッチング深さ制御が困難であ
り、エッチングの終点検出法が必要であった。特に、高
融点金属含有膜を電極として、その電極周囲にサイドウ
ォールを形成する工程においては、オーバエッチングあ
るいはエッチング不足により特に歩留りが悪く、精度の
高いエッチングの終点検出法の開発は重要であった。

【０００５】一方、半導体製造におけるエッチング終点
検出方法として、プラズマによる特定波長の発光スペク
トルを計測する技術が従来用いられていた。これは主と
してSiやAlに帰属するスペクトルを用いるもので、これ
らのスペクトルについては十分な研究が重ねられ非常に
信頼性の高いものであった。しかし、上記のような多元
系酸化物や高融点金属のような材料系については、十分
なデータが揃っているとは言えず、エッチングの終点位
置はエッチングの時間管理で行われており、リアクタ内
の環境（汚染等）やエッチング条件の安定性に大きく左
右され、歩留りが悪かった。上記のような材料系につい
ての発光計測の例は少ないものの、例えば特開平４−１
０６９２１号公報にTi系材料層およびその上に積層され
るタングステン層からなる積層部のエッチングを行う際
に特定の発光スペクトル域を利用したものが記載されて
いる。図31はこの公報に記載されたドライエッチングを
適用する積層構造部を示したものである。図31(A)はエ
ッチング前の基体を示しており、シリコン等からなる半
導体基板11上にコンタクトホール13を有するSiＯ₂等か
らなる層間絶縁膜12が形成されている。さらに、基体の
全面にコンフォーマルに薄いTiＮ層14が形成された後、
全面に厚いＷ層15が形成される。次にＳＦ₆及びCl₂をエ
ッチングガスとして用いマイクロ波エッチング装置内で
Ｗをエッチングし、図31(B)に達するとTiＮ層14が露出
し、エッチングの反応物である塩化チタンの生成によ
り、波長410nm〜420nmに発光スペクトルが観察され（図
32の曲線ａ）、図31(C)でこのスペクトルは激減する
（図32の曲線ｂ）。図33に、410〜420nmの波長域に着目
した場合の発光強度の経時変化を示す。図中の領域２か
ら３への境界がエッチングの終点と判断される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のエッチングの終
点位置の検出方法は以上のように構成されていたので、
上記実施例の装置のＷ／TiＮ材料系に限定して適用でき
るものの、例えばTiを含む他の材料系および積層構造
系、高融点金属等についての信頼性は確立されていな
い。なぜなら、これまで用いられていた例えばSi系のス
ペクトルはその発光波長と強度のデータが十分確立さ
れ、どのプロセスでどのスペクトルを選択すればよいか
判断できるものであった。一方、上記のような多元系酸
化物や高融点金属においては、公知のスペクトルデータ
はアーク放電で計測されたものであり、その強度は知ら
れておらず、アーク放電とは全く異なるエネルギ状態の
プロセスプラズマ中で、そのスペクトルが観察される保
証はない。すなわち、スペクトルデータがデータ集とし
て存在していても実際のプロセスで採用できるかは別の
問題であったため、Si系のスペクトルの代替としてすぐ
に実際のプロセスへ適用することは困難であった。ま
た、実際のプロセスへ適用しようとするならば、予めこ
れらスペクトルデータを計測しておく必要があり、これ
ら強度の不明なスペクトル（弱いことが多い）をプロセ
スプラズマ中で計測すること自身難しく、計測のために
は、高精度な分光装置及び技術が必要とされていた。さ
らに、従来例ではエッチング時の反応生成物である塩化
チタンに帰属する410〜420nmの発光スペクトルを用いて
いるが、低波長域の発光スペクトルでは、膜の材料系や
エッチングガス種の選択によってはエッチングガスに帰
属する発光スペクトルと重なり易いという問題があっ
た。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、キャパシタ用絶縁膜として用い
られる多元系酸化物からなる膜、キャパシタ用電極とし
て用いられる高融点金属含有膜及びキャパシタ用電極の
周囲に形成されるサイドウォール用酸化膜のエッチング
の際に、エッチングされるそれぞれの膜に含まれる元素
もしくはエッチング時に生成する該元素を含んだ反応生
成物の特定波長の発光スペクトルを計測することにより
エッチングの終点を精度よく検出するエッチング方法を
提供することを目的とする。

【０００８】さらに、エッチングされるそれぞれの膜に
含まれる元素もしくはエッチング時に生成する該元素を
含んだ反応生成物の吸収スペクトルまたは質量スペクト
ルを計測することによりエッチングの終点を精度よく検
出するエッチング方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わるエッチ
ング方法は、キャパシタ用絶縁膜として化学式がＡＢＯ
₃で表され、ＡとしてPb、La、Sr、Ba、Liから選ばれる
１つ以上の元素を含み、ＢとしてZr、Ti、Ta、Nbから選
ばれる１つ以上の元素を含む多元系酸化物からなる膜を
用い、キャパシタ用絶縁膜の上または下部電極としてT
i、Pt、Ru、Ir、Pd、Os、Rhから選ばれる１つ以上の元
素を含む高融点金属含有膜を用い、エッチングガスをプ
ラズマ化して上記多元系酸化物からなる膜及び高融点金
属含有膜を所望の形状にエッチングすることにより形成
する半導体集積回路の製造方法において、化学式がＡＢ
Ｏ₃で表され、Ｂとして少なくともTiが選ばれた多元系
酸化物からなる膜のエッチング時にTiに帰属する500nm
あるいは520nmの波長の発光スペクトルを同時あるいは
該スペクトルの一方を計測することによってエッチング
の終点を検出することを規定するものである。

【００１０】請求項２に係わるエッチング方法は、請求
項１において、化学式がＡＢＯ₃で表され、Ａとして少
なくともSrあるいはBaのいずれかを含み、Ｂとして少な
くともTiが選ばれた多元系酸化物からなる膜のエッチン
グ時に、Tiに帰属する500nmあるいは520nmの波長の発光
スペクトル、Srに帰属する460.7nm、Srイオンに帰属す
る407.7nm、Baに帰属する553.5nm、Baイオンに帰属する
455.4nmの波長の発光スペクトルから選ばれる少なくと
も１つ以上のスペクトルを計測することによってエッチ
ングの終点を検出することを規定するものである。

【００１１】請求項３に係わるエッチング方法は、キャ
パシタ用絶縁膜として化学式がＡＢＯ₃で表され、Ａと
してPb、La、Sr、Ba、Liから選ばれる１つ以上の元素を
含み、ＢとしてZr、Ti、Ta、Nbから選ばれる１つ以上の
元素を含む多元系酸化物からなる膜を用い、キャパシタ
用絶縁膜の上または下部電極としてTi、Pt、Ru、Ir、P
d、Os、Rhから選ばれる１つ以上の元素を含む高融点金
属含有膜を用い、エッチングガスをプラズマ化して上記
多元系酸化物からなる膜及び高融点金属含有膜を所望の
形状にエッチングすることにより形成する半導体集積回
路の製造方法において、上記化学式がＡＢＯ₃で表さ
れ、Ｂとして少なくともTiが選ばれた多元系酸化物であ
って、上部電極としてPtが選ばれた時、上部電極のエッ
チング時に、Ptに帰属する266nmあるいは306.4nmの波長
の発光スペクトルもしくはTiに帰属するの500nmあるい
は520nmの波長の発光スペクトルから選ばれる少なくと
も１つ以上のスペクトルを計測することによってエッチ
ングの終点を検出することを規定するものである。

【００１２】請求項４に係わるエッチング方法は、キャ
パシタ用絶縁膜として化学式がＡＢＯ₃で表され、Ａと
してPb、La、Sr、Ba、Liから選ばれる１つ以上の元素を
含み、ＢとしてZr、Ti、Ta、Nbから選ばれる１つ以上の
元素を含む多元系酸化物からなる膜を用い、キャパシタ
用絶縁膜の上または下部電極としてTi、Pt、Ru、Ir、P
d、Os、Rhから選ばれる１つ以上の元素を含む高融点金
属含有膜を用い、エッチングガスをプラズマ化して上記
多元系酸化物からなる膜及び高融点金属含有膜を所望の
形状にエッチングすることにより形成する半導体集積回
路の製造方法において、電極として少なくともTi含有膜
が選ばれた時、該Ti含有膜のエッチング時に、Tiに帰属
する500nmあるいは520nmの波長の発光スペクトルを同時
にあるいは一方を計測することによってエッチングの終
点を検出することを規定するものである。

【００１３】請求項５に係わるエッチング方法は、キャ
パシタ用絶縁膜として化学式がＡＢＯ₃で表され、Ａと
してPb、La、Sr、Ba、Liから選ばれる１つ以上の元素を
含み、ＢとしてZr、Ti、Ta、Nbから選ばれる１つ以上の
元素を含む多元系酸化物からなる膜を用い、キャパシタ
用絶縁膜の上または下部電極としてTi、Pt、Ru、Ir、P
d、Os、Rhから選ばれる１つ以上の元素を含む高融点金
属含有膜を用い、エッチングガスをプラズマ化して上記
多元系酸化物からなる膜及び高融点金属含有膜を所望の
形状にエッチングすることにより形成する半導体集積回
路の製造方法において、電極としてTi含有膜上に形成さ
れたPtが選ばれた時、該Ptのエッチング時に、Ptに帰属
する266nmあるいは306.4nmの波長の発光スペクトルもし
くはTiに帰属する500nmあるいは520nmの波長の発光スペ
クトルから選ばれる少なくとも１つ以上のスペクトルを
計測することによってエッチングの終点を検出すること
を規定するものである。

【００１４】請求項６に係わるエッチング方法は、キャ
パシタ用絶縁膜として化学式がＡＢＯ₃で表され、Ａと
してPb、La、Sr、Ba、Liから選ばれる１つ以上の元素を
含み、ＢとしてZr、Ti、Ta、Nbから選ばれる１つ以上の
元素を含む多元系酸化物からなる膜を用い、キャパシタ
用絶縁膜の上または下部電極としてTi、Pt、Ru、Ir、P
d、Os、Rhから選ばれる１つ以上の元素を含む高融点金
属含有膜を用い、エッチングガスをプラズマ化して上記
多元系酸化物からなる膜及び高融点金属含有膜を所望の
形状にエッチングすることにより形成する半導体集積回
路の製造方法において、電極としてTi含有膜上に形成さ
れたPtが選ばれた時、該PtとTi含有膜の両方のエッチン
グを行なう時、Ptのエッチング時にはPtに帰属する266n
mあるいは306.4nmの波長の発光スペクトルもしくはTiに
帰属する500nmあるいは520nmの波長の発光スペクトルか
ら選ばれる少なくとも１つ以上のスペクトルを計測し、
Ti含有膜のエッチング時にはTiに帰属する500nmあるい
は520nmの波長の発光スペクトルを同時にあるいは一方
を計測することによってエッチングの終点を検出するこ
とを規定するものである。

【００１５】請求項７に係わるエッチング方法は、キャ
パシタ用絶縁膜として化学式がＡＢＯ₃で表され、Ａと
してPb、La、Sr、Ba、Liから選ばれる１つ以上の元素を
含み、ＢとしてZr、Ti、Ta、Nbから選ばれる１つ以上の
元素を含む多元系酸化物からなる膜を用い、キャパシタ
用絶縁膜の上または下部電極としてTi、Pt、Ru、Ir、P
d、Os、Rhから選ばれる１つ以上の元素を含む高融点金
属含有膜を用い、エッチングガスをプラズマ化して上記
多元系酸化物からなる膜及び高融点金属含有膜を所望の
形状にエッチングすることにより形成する半導体集積回
路の製造方法において、下部電極として少なくともPtが
選ばれ、該Pt電極上に多元系酸化物からなる膜を形成す
る前に、該Pt電極上に特定の酸化膜を形成し、該Pt電極
上に積層された酸化膜をエッチングして該電極の周囲に
サイドウォールを形成する工程において、該エッチング
時にPtに帰属する266nmあるいは306.4nmの波長の発光ス
ペクトルを同時にあるいは一方を計測することによって
エッチングの終点を検出することを規定するものであ
る。

【００１６】請求項８に係わるエッチング方法は、請求
項１乃至７において、発光スペクトルが、光学フィルタ
もしくは回折格子により選定されたものであることを規
定するものである。

【００１７】請求項９に係わるエッチング方法は、請求
項１乃至８において、計測される発光スペクトルの時間
変化の一次微分または二次微分の値を用いてエッチング
の終点を検出することを規定するものである。

【００１８】請求項１０に係わるエッチング方法は、請
求項１乃至８において、計測される発光スペクトルが、
少なくとも２つ以上であることを規定するものである。

【００１９】請求項１１に係わるエッチング方法は、請
求項１０において、計測される発光スペクトルが、同一
元素または同一反応生成物に帰属する複数個のスペクト
ルであることを規定するものである。

【００２０】請求項１２に係わるエッチング方法は、請
求項１乃至７において、計測されるそれぞれの元素また
は反応成生物の発光スペクトルに替えて、特定波長の吸
収スペクトルまたは質量スペクトルを用いることを規定
するものである。

【００２１】

【作用】この発明の請求項１に係わるエッチング方法
は、化学式がＡＢＯ₃で表され、Ｂとして少なくともTi
が選ばれた多元系酸化物からなる膜のエッチング時にTi
に帰属する500nmあるいは520nmの波長の発光スペクトル
を同時あるいは該スペクトルの一方を計測したので、こ
れらのスペクトルはエッチングガスに帰属するスペクト
ルと重複しにくく、またTiに帰属するスペクトルの中で
比較的長波長であるので反応室（リアクタ）内の汚染等
に起因する発光強度の低下を抑制できるので計測精度が
高く、エッチングプロセスの場を乱すことなく精度良く
エッチングの終点を検出することができる。

【００２２】この発明の請求項２に係わるエッチング方
法は、請求項１において、化学式がＡＢＯ₃で表され、
Ａとして少なくともSrあるいはBaのいずれかを含み、Ｂ
として少なくともTiが選ばれた多元系酸化物からなる膜
のエッチング時に、Tiに帰属する500nmあるいは520nmの
波長の発光スペクトル、Srに帰属する460.7nm、Srイオ
ンに帰属する407.7nm、Baに帰属する553.5nm、Baイオン
に帰属する455.4nmの波長の発光スペクトルから選ばれ
る少なくとも１つ以上のスペクトルを計測したので、こ
れらのスペクトルはエッチングガスに帰属するスペクト
ルと重複しにくく、またそれぞれの元素あるいはイオン
に帰属するスペクトルの中で比較的長波長であるので反
応室（リアクタ）内の汚染等に起因する発光強度の低下
を抑制できるので計測精度が高く、精度良くエッチング
の終点を検出することができる。

【００２３】この発明の請求項３に係わるエッチング方
法は、化学式がＡＢＯ₃で表され、Ｂとして少なくともT
iが選ばれた多元系酸化物であって、上部電極としてPt
が選ばれた時、上部電極のエッチング時に、Ptに帰属す
る266nmあるいは306.4nmの波長の発光スペクトルもしく
はTiに帰属するの500nmあるいは520nmの波長の発光スペ
クトルから選ばれる少なくとも１つ以上のスペクトルを
計測したので、これらのスペクトルはエッチングガスに
帰属するスペクトルと重複しにくく、またPtやTiに帰属
するスペクトルの中で比較的長波長であるので反応室
（リアクタ）内の汚染等に起因する発光強度の低下を抑
制できるので計測精度が高く、精度良くエッチングの終
点を検出することができる。

【００２４】この発明の請求項４に係わるエッチング方
法は、電極として少なくともTi含有膜が選ばれた時、該
Ti含有膜のエッチング時に、Tiに帰属する500nmあるい
は520nmの波長の発光スペクトルを同時にあるいは一方
を計測したので、これらのスペクトルはエッチングガス
に帰属するスペクトルと重複しにくく、またTiに帰属す
るスペクトルの中で比較的長波長であるので反応室（リ
アクタ）内の汚染等に起因する発光強度の低下を抑制で
きるので計測精度が高く、精度良くエッチングの終点を
検出することができる。

【００２５】この発明の請求項５に係わるエッチング方
法は、電極としてTi含有膜上に形成されたPtが選ばれた
時、該Ptのエッチング時に、Ptに帰属する266nmあるい
は306.4nmの波長の発光スペクトルもしくはTiに帰属す
る500nmあるいは520nmの波長の発光スペクトルから選ば
れる少なくとも１つ以上のスペクトルを計測したので、
これらのスペクトルはエッチングガスに帰属するスペク
トルと重複しにくく、またPtやTiに帰属するスペクトル
の中で比較的長波長であるので反応室（リアクタ）内の
汚染等に起因する発光強度の低下を抑制できるので計測
精度が高く、精度良くエッチングの終点を検出すること
ができる。

【００２６】この発明の請求項６に係わるエッチング方
法は、電極としてTi含有膜上に形成されたPtが選ばれた
時、該PtとTi含有膜の両方のエッチングを行なう時に、
Ptのエッチング時にはPtに帰属する266nmあるいは306.4
nmの波長の発光スペクトルもしくはTiに帰属する500nm
あるいは520nmの波長の発光スペクトルから選ばれる少
なくとも１つ以上のスペクトルを計測し、Ti含有膜のエ
ッチング時にはTiに帰属する500nmあるいは520nmの波長
の発光スペクトルを同時にあるいは一方を計測したの
で、これらのスペクトルはエッチングガスに帰属するス
ペクトルと重複しにくく、またPtやTiに帰属するスペク
トルの中で比較的長波長であるので反応室（リアクタ）
内の汚染等に起因する発光強度の低下を抑制できるので
計測精度が高く、精度良くエッチングの終点を検出する
ことができる。

【００２７】この発明の請求項７に係わるエッチング方
法は、下部電極として少なくともPtが選ばれ、該Pt電極
上に積層された酸化膜をエッチングして該電極の周囲に
サイドウォールを形成する工程において、該エッチング
時にPtに帰属する266nmあるいは306.4nmの波長の発光ス
ペクトルを同時にあるいは一方を計測したので、これら
のスペクトルはエッチングガスに帰属するスペクトルと
重複しにくく、またPtに帰属するスペクトルの中で比較
的長波長であるので反応室（リアクタ）内の汚染等に起
因する発光強度の低下を抑制できるので計測精度が高
く、精度良くエッチングの終点を検出することができ
る。

【００２８】この発明の請求項８に係わるエッチング方
法は、請求項１乃至７において、スペクトルを計測する
際に、光学フィルタまたは回折格子を用いてスペクトル
を選択したので、計測するスペクトルのノイズ成分や高
次スペクトルが除去され、所望のスペクトルを正確に検
出することが可能となり、またスペクトルの波長分解能
が向上する。

【００２９】この発明の請求項９に係わるエッチング方
法は、請求項１乃至７において、計測される発光スペク
トルの時間変化の一次微分または二次微分を用いたの
で、エッチング終点の判断にノイズや外的要因による影
響を受けにくくなり、精度良くエッチングの終点を検出
することができる。

【００３０】この発明の請求項１０に係わるエッチング
方法は、請求項１乃至８において、計測される物理量を
少なくとも２つ以上用いたので、エッチング終点の判断
を複数個の物理量で行うことができ、精度良くエッチン
グの終点を検出することができる。

【００３１】この発明の請求項１１に係わるエッチング
方法は、請求項１０において、計測される複数個の物理
量が同一元素または同一反応生成物に帰属する複数個の
スペクトルであるので、エッチング終点の判断を複数個
のスペクトルで行うことができ、また計測精度高い元素
または反応生成物に帰属するスペクトルを任意に選択す
ることができ、精度良くエッチングの終点を検出するこ
とができる。

【００３２】この発明の請求項１２に係わるエッチング
方法は、請求項１乃至７において、計測される発光スペ
クトルの代わりに、特定波長の吸収スペクトルまたは質
量スペクトルを用いたので、エッチングの場を乱すこと
なく簡便な装置構成でエッチングの進行状況をモニタす
ることができ、精度良くエッチングの終点を検出するこ
とができる。

【００３３】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の係るエッチング方法の一実
施例を説明する。図１はこの発明のエッチング方法に用
いたエッチング装置の一例でＥＣＲ(Electron Cycrotro
nResonance)放電を利用したドライエッチング装置の概
略構成図である。図において、マグネトロン（図示せ
ず）により発生した2.45ＧＨｚのマイクロ波は導波管22
より導かれ、マイクロ波入射窓23を通してリアクタ21内
に導入される。リアクタ21内は一旦高真空に排気された
後、エッチングガスが供給される。次にリアクタ21の外
周に設置してあるコイル24によって生じた８７５ガウス
の磁場とマイクロ波が結合してリアクター21内にエッチ
ングガスによるプラズマが発生する。被加工物である所
望の膜が形成されているウエハ25はＲＦ電源26が接続さ
れたステージ27上に載せられ、エッチングが行われる。
ＲＦ電源26はプラズマ中のイオンエネルギを高めたり、
ウエハ25上へのイオンの引き出しを効率良く行うために
使用される。ドライエッチング装置のリアクタ21に取り
付けられたビューポート28を通してエッチング中のプラ
ズマ部43の発光は光路29を介して分光器30に導かれる。
また、分光器30へ発光が取り出される前に所望の波長域
を選択する光学フィルタ32が配置される。分光器30で検
出されたスペクトルはコンピュータあるいはプロッタな
どの記録計31に記録されると同時に蓄積されたデータを
基にエッチングの終点を検知し、エッチング装置へフィ
ードバックする。

【００３４】図２は、エッチング試料の一例を示したも
ので試料の一部断面図である。高誘電率を有する多元系
酸化物薄膜１として、ここでは化学式ＡＢＯ₃において
Ａ＝Ba，Sr、Ｂ＝Tiを選択した例として（Ba_１−ｘS
r_ｘ)TiＯ_３(以下、ＢＳＴと略して称す）を用い、例え
ばその一部に配線等が施される酸化膜８上の下部電極２
にはPtを選択した材料構成となっている。なお、被エッ
チング物はＢＳＴ膜１であるので、エッチングパターン
に応じたフォトレジストのマスク７はＢＳＴ膜１の上に
形成されている。なお図中(A)〜(C)はエッチングの進行
を示すもので、(A)はエッチング前の状態、(B)はエッチ
ングの途中、(C)はエッチングが完了した状態を示す。

【００３５】本実施例では塩素プラズマによるＢＳＴ膜
のエッチングを例にとって説明する。エッチング条件と
して、リアクタ内の塩素ガス圧力を0.5mTorr、マイクロ
波電力を１ｋＷ、基板に印加するＲＦ電力を300Ｗと設
定した。図３はＢＳＴ膜をエッチングしたときのプラズ
マ部からの発光スペクトルを測定したもののうちから22
0〜520nmの波長領域を示したものである。本エッチング
条件ではSrイオン(407.7nm)およびBaイオン(455.4nm)に
帰属する発光スペクトルを観測することができた。これ
らの位置におけるスペクトルは、Pt層では表れないこと
を確認しており、これらのスペクトルを用いてエッチン
グの終点位置検出を行うことが有用であることが検証さ
れた。図４は、エッチング時のプラズマ部からの発光強
度の時間変化を示している。図の曲線はバリウムイオン
Ba^＋455.4nm(図３で示したもの)の発光強度の時間変化
であり、Ｃ点がエッチング終了時で、これは図２の(C)
の状態に相当する。また、他のバリウムイオンBa^＋の発
光スペクトルBa^＋649.7nm、614.2nm、493.4nmの発光強
度の時間変化を用いても同様にエッチングの終点Ｃ点を
得ることができた。但し、本実施例の放電条件では、塩
素の発光スペクトルが614.0nmに存在し、バリウムイオ
ンBa^＋614.2nmの発光スペクトルと重なるので、バリウ
ムイオンBa^＋614.2nmの発光スペクトルを本実施例で終
点検出用のスペクトルとして選択することは不適当であ
る。また、Ba^＋493.4nmの発光スペクトルについても塩
素の発光スペクトルと重なるため終点検出用のスペクト
ルとして選択することは不適当である。しかし、エッチ
ング条件を変える、（例えば、エッチングガスの圧力や
エッチングガス種の混合比を変えたり、エッチングガス
に添加物を加えたりする、）ことによって、614.0nmや4
93nm付近の塩素の発光スペクトルと分離できる条件もあ
るので、その場合にはバリウムイオンBa^＋614.2nmや49
3.4nmの発光スペクトルを終点検出のスペクトルとして
用いることができる。終点検出のためにはエッチングガ
スのスペクトルと重ならないスペクトルを選択すればよ
い。

【００３６】さらに、ＢＳＴ膜に含まれるストロンチウ
ムイオンSr^＋の発光スペクトルあるいはチタンTiの発光
スペクトルやチタンイオンTi^＋の発光スペクトルを用い
ても同様な結果が得られる。これらの元素に帰属する発
光種と発光波長を図５に示す。特に、チタンの発光スペ
クトルは非常に多く観測できるので、実際の終点検出に
用いる発光スペクトルは、前述したようにエッチングガ
スの発光スペクトルと重ならず、エッチング中と終了時
において変化の大きい発光スペクトルを選択する方が良
い。本実施例では、終点検出に使用するチタンのスペク
トルとしては、520nm付近、500nm付近、450nm付近、430
nm付近、390〜400nm、360〜380nm、350〜355nm、315〜3
40nmの領域の発光スペクトルをそれぞれ用いたが、終点
検出には十分な発光強度を得られた。また、エッチング
ガスに帰属する発光スペクトルと重ならなければいずれ
の発光スペクトルを選択してもかまわないが、リアクタ
内の汚染に帰属する発光の影響を避け、計測の精度を挙
げるにはできるだけ長波長で且つ十分な発光強度が得ら
れるものがよい。なお、図５のスペクトルはいずれも独
立に計測できることを確認しており、この中からプロセ
スの影響を受け難いものを選択すればよいものとして記
載した。

【００３７】本実施例では図２に示すようにＢＳＴ膜を
一層だけエッチングしたが、図６に示すような他のチタ
ンを含む多元系酸化物薄膜1a（例えば、Pb_１−ｘZr_ｘTi
Ｏ_３、以下ＰＺＴと略；ＡＢＯ₃化学式においてＡ＝P
b，Zr，Ｂ＝Tiを選択した例）やチタン含有薄膜との多
層膜を一度にエッチングする場合、上記のチタンの発光
スペクトルを検出することで２層分の終点検出を行うこ
とができ、エッチング深さの制御を行うことができる。
なお図６中点線はエッチング後の形状を示している。

【００３８】本実施例では、ビューポートの材質は検出
するスペクトルの波長を効率良く透過するものを使用
し、光学フィルタは高次のスペクトルが出現しないよう
に選んだ。例えば、本実施例ではビューポートには光学
研磨した石英ガラスを使用し、高次スペクトルの出現を
防ぐため、300nm以下をカットするための光学フィルタ3
2を分光器の前に設置した。

【００３９】また、塩素プラズマとＢＳＴから形成され
るエッチング反応生成物として塩化物BaCl、SrCl、TiCl
が考えられる。プラズマの放電形式やエッチング条件に
よっては、エッチングされた物質が図３で得られたスペ
クトルに示した原子よりもエッチング反応生成物の分子
としてプラズマ中に高濃度で存在することがある。その
ような場合には、膜中に含まれる原子に帰属する発光ス
ペクトルを検出するよりエッチング反応生成物に帰属す
る発光スペクトルを検出する方が、精度良く終点検出を
行うことができる。図７に、ＢＳＴのエッチング反応生
成物として検出された塩化物の発光スペクトルを示し
た。ただし、エッチング条件によっては塩素の発光スペ
クトルと元素もしくは該元素のエッチング反応生成物の
発光スペクトルが重なってしまう場合があるので、エッ
チングガスの発光スペクトルと重ならないスペクトルを
選択しておく必要がある。また、本実施例では塩素ガス
をエッチングガスとして使用したが、ＨBrやＣＦ_４のよ
うな他のガスの場合にはエッチング反応生成物としてSr
Br、BaBrやSrＦ、BaＦが考えられるので、これらの二原
子分子の発光スペクトルを利用すれば終点検出が可能に
なる。このスペクトルについても同じく図７に示した。
図７に記載のスペクトルはプロセスプラズマ中で、モニ
タするのに十分な強度が得られることを確認しており、
この中から他のスペクトルと重畳しないものを選択すれ
ば良い。

【００４０】なお、上記実施例において、スペクトルは
例えばBa^＋614.2nmのように記載したが、波長位置につ
いては概614.2nmであり、分光器の分解能程度（1nm〜0.
1nm）の誤差は含まれている。

【００４１】実施例２．図８はこの発明の他の実施例の
エッチング方法に使用した回転磁場ＲＦ放電を用いたド
ライエッチング装置の概略構成図である。リアクタ21は
一旦高真空に排気され、その後所望のエッチングガスが
供給される。リアクタ21内の対向電極のうち下側に配置
された電極33にはＲＦ電源26が接続されており、上側の
電極34と下側の電極33の間にはＲＦ電源26の高周波によ
りプラズマが励起され、さらに、リアクタ21の外側に配
置したコイル35によりプラズマが閉じ込められ、高密度
のプラズマ状態が実現する。本プラズマ発生法をマグネ
トロン方式と呼ぶ。被加工物であるウエハ25はステージ
を兼ねた下部電極33上に載せられ、プラズマによりエッ
チングされる。エッチングの進行状況は、ドライエッチ
ング装置のリアクタ21に取り付けられたビューポート28
を通して、エッチング中のプラズマ部の発光を分光器30
まで導き（光路29）、分光器30で検出されたスペクトル
でモニタする。検出されたスペクトルはコンピュータあ
るいはプロッタなどの記録計31に記録され、またエッチ
ングの終点を検知しエッチング装置へフィードバックす
る。

【００４２】本実施例では塩素プラズマによる図２のＢ
ＳＴ膜のエッチングを例にとって説明する。本実施例で
は、ＨBrガス圧力５mTorr、ＲＦ電力500Ｗのエッチング
条件での結果について説明する。本実施例では、実施例
１の図３に示されたBaイオン、Srイオンの発光スペクト
ルの他に、Ba553.5nmおよびSr460.7nmの発光スペクトル
の強度が大きく観測されたので、これらの発光スペクト
ルをエッチングの終点検出として使用した。また、Tiの
発光スペクトルについても500nm付近と520nm付近の領域
の発光スペクトルが強く観測された。これらBaまたはSr
あるいはTiの発光スペクトルを終点検出として使用し、
図４と同様なグラフが得られた。これによりエッチング
状況をモニタすることができ、エッチングの終点を検出
するとともにエッチング深さの制御が可能となった。実
施例１で述べたようにエッチング条件によって観測され
る発光スペクトルは変化するが、プラズマの発生方法に
よっても、すなわち実施例１のＥＣＲ方式と実施例２の
マグネトロン方式では観測される発光スペクトルは異な
ることがある。従って、列挙したスペクトル群から、使
用するエッチング装置及びエッチング条件で終点検出用
のスペクトルを適宜選択する必要があることはいうまで
もない。

【００４３】なお、図８の発光の通過する光路に実施例
１で説明したような光学フィルタ12を配置することによ
り不要な波長域をカットすることができることはいうま
でもない。さらに、回折格子36を配置して、発光スペク
トル計測時の波長分解能を向上させることによりエッチ
ングの終点位置を高精度に判断できる。

【００４４】また、上記実施例ではマグネトロン方式
で、実施例１ではＥＣＲ方式でプラズマを発生させた
が、本発明においてはプラズマを発生させる方法であれ
ば他の方式、ＲＦ方式や電磁誘導方式、直流方式等いず
れの方法であってもよい。

【００４５】実施例３．この発明の他の実施例について
図を用いて説明する。図９はこの発明によるエッチング
方法を適用したドライエッチング装置の概略構成図で、
ドライエッチング装置としては実施例２の図８に相当し
これに所望の吸収スペクトルが計測できるように計測シ
ステムを搭載したものである。図において、一組の対向
するビューポートがドライエッチング装置のリアクタ21
に設けられている。赤外半導体レーザ発振器40から発せ
られた赤外レーザ41を第１のビューポート28aを介して
リアクタ21内に入射させ、該赤外レーザをエッチング中
のプラズマ部43内に通過させ、第２のビューポート28b
を介して出射された透過光42を分光器により受光する。

【００４６】本実施例では塩素プラズマによる図２に示
されたＢＳＴ膜のエッチングを例にとって説明する。塩
素プラズマとＢＳＴ膜のエッチング反応生成物として塩
化物BaCl、SrCl、TiClが考えられる。BaClの吸収スペク
トルは277cm^ー1、SrClは300cm^ー1に存在する。また、Tiに
ついてはTiClよりもTiCl_４の方が化学的に安定であり、
TiCl_４は501cm^ー1に吸収スペクトルを持つ。したがっ
て、エッチング反応生成物と考えられる塩化物の吸収ス
ペクトルに受光部の波長域を設定し、エッチング中に生
成される反応生成物の吸収スペクトルの強度を測定する
ことで図４と同様にエッチング時間に対応した該スペク
トルの変化を表す曲線が得られ、終点検出が可能にな
る。また、ビューポートの材質は検出する波長域の光を
最も良く透過するものを選ぶ。例えば、本実施例では、
ビューポートの材質として臭化カリウムＫBrを使用し
た。但し、ＫBrは500cm^ー1以下の波数領域になると赤外
光の透過率が急激に減少するため、500cm^ー1以下の吸収
スペクトルを検出する場合には材質がヨウ化セシウムＣ
ｓＩなどのビューポートを使用する。本実施例では、赤
外光の光源として赤外半導体レーザを使用したが、この
赤外半導体レーザの代わりにフーリエ変換赤外分光器
（通常、ＦＴＩＲと略して称される）を使用しても同様
な気効果が得られる。

【００４７】実施例４．この発明の他の実施例について
図を用いて説明する。図10はこの発明によるエッチング
方法を適用したドライエッチング装置の概略構成図で、
ドライエッチング装置としては実施例１の図１に相当し
これに所望の質量スペクトルが計測できるように計測シ
ステムを搭載したものである。図において、44は質量分
析器であり、膜を構成する元素もしくはエッチング反応
生成物の質量を分析する。通常、質量分析器44として四
重極質量分析計を使用するが、ＥＣＲ式のエッチング装
置では磁場を使用するため、四重極質量分析計をそのま
ま使用すると磁場の影響を受けて質量スペクトルの測定
精度が著しく低下してしまう。そのため、磁気シールド
45により質量分析器を磁場から保護する装置構成とす
る。

【００４８】本実施例では塩素プラズマによる図２に示
されたＢＳＴ膜のエッチングを例にとって説明する。Ｂ
ＳＴ膜をエッチングすることによってプラズマ中に放出
される原子もしくは分子としてBa、Sr、TiやBaCl、SrC
l、TiClがある。エッチング反応生成物BaClの質量数は1
73、SrClは123、TiClは83である。また、Baは137、Srは
87、Tiは48である。この原子あるいは分子の質量数に質
量分析器を設定し、エッチング中のを質量スペクトルを
計測することにより図４と同様な経時変化を示す曲線が
得られ、終点検出が可能になる。

【００４９】実施例５．この発明の他の実施例について
図を用いて説明する。終点検出の判定基準としてはスペ
クトル強度の信号が５０％減少した点を終点とする手法
や他の基準（例えば２０％減少した点など）で終点にす
る手法がある。しかし、スペクトル強度による判定では
窓の汚れやプラズマの変動によってエッチング中にも関
わらずスペクトル強度が減少してしまう場合もある。図
11に図４で得られたスペクトル強度の経時変化(A)とそ
の一次微分(B)や二次微分(C)を示す。図中(B)において
は、スペクトル強度の一次微分の大きさが最大になる点
をエッチングの終点と定めた。また、図中(C)において
は、二次微分の曲線がマイナス側からプラス側に大きく
変化した点をエッチングの終点と定めた（それぞれ↓
部）。これらの判定基準は実際のエッチング試料の断面
観察の結果から妥当であるとの検証を得ている。また、
この判定基準によって窓の汚れ等に起因する誤検出を回
避することができる。

【００５０】実施例６．この発明の他の実施例について
図を用いて説明する。図１のエッチング装置を用いて図
２に示したＢＳＴ膜をエッチングする例について説明す
る。本実施例では、エッチング条件をリアクタ内の塩素
ガス圧力を0.5mTorr、マイクロ波電力を１kW、基板に印
加するＲＦ電力を300Ｗと設定した。

【００５１】図12は、エッチング時のプラズマ部からの
発光強度の時間変化を示している。曲線ａはバリウムイ
オンBa^＋の発光スペクトル455.4nm、曲線ｂはバリウム
イオンBa^＋の発光スペクトル493.4nmを示している。点
Ｃでエッチングは終了している。このように同一元素の
発光スペクトルを複数個検出することにより終点検出を
行うことで、１つの発光スペクトルによる終点検出より
正確にエッチング深さの制御ができる。本実施例では、
バリウムBa^＋の発光スペクトルを２つ検出して終点検出
を行ったが、他の元素の発光スペクトルを用いても同様
な結果を得ることができる。

【００５２】また、エッチング反応生成物の発光スペク
トル、例えば、図７に記載したようにSrCl、BaCl、TiCl
の発光スペクトルについて計測し、エッチングの終点を
検出しても同様な結果が得られる。

【００５３】なお、上記実施例では同一元素もしくは同
一エッチング生成物の発光スペクトルを同時に検出する
例について示したが、さらに、同一元素もしくはエッチ
ング生成物の発光スペクトル、吸収スペクトル、質量ス
ペクトルのいずれかを同時に検出することで正確な終点
検出が可能になり、エッチング深さが制御できる。

【００５４】実施例７．この発明の他の実施例について
図を用いて説明する。図１のエッチング装置を用いてエ
ッチングを行う例について説明する。本実施例では、エ
ッチング条件をリアクタ内の塩素ガス圧力を0.5mTorr、
マイクロ波電力を１kW、基板に印加するＲＦ電力を300
Ｗと設定した。図13は、エッチング試料の一例であり、
下部電極２、上部電極３共にPtを用い、１は高誘電率を
有する多元系酸化物薄膜ＢＳＴ膜である。また、マスク
７はフォトレジストである。図中(A)〜(C)はエッチング
の進行を示したものである。

【００５５】図14は、それぞれの層をエッチングした時
のプラズマ部からの発光スペクトルを示したものであ
る。図中(A)は図13(A)に対応し、Ptをエッチングしてい
るときのスペクトルパターン、図中(B)は図13(B)に対応
し、ＢＳＴ膜をエッチングしている時のスペクトルパタ
ーンを示したものである。図中(A)において、Pt306.4nm
の発光スペクトルが確認され、また図中(B)では図中(A)
のパターンとは重複しないで、バリウムイオンBa^＋455.
4nmの発光スペクトルとストロンチウムイオンSr^＋407.7
nmの発光スペクトルが計測できることが確認された。

【００５６】図15は、エッチング時のプラズマ部からの
発光強度の時間変化を示している。曲線ａはPt306.4nm
の発光スペクトル、曲線ｂはバリウムイオンBa^＋455.4n
mの発光スペクトル、曲線ｃはストロンチウムイオンSr
^＋407.7nmの発光スペクトルを示している。曲線ａが下
がり始めた時間より曲線ｂ、ｃが立ち上がりはじめ、↓
部(1)で(A)工程が終了し(B)工程へ移ったことを、↓部
(2)で再び曲線ａが上昇し、工程(B)から(C)へ移りエッ
チングが終了したことを示している。このように一度に
複数の元素の発光スペクトルを検出することにより終点
検出を正確に行うことができ、正確なエッチング深さが
得られる。なお、計測するスペクトルは、図14で示した
ように、各層のエッチング時に独立に計測パターンであ
れば他のものでもよい。例えば、エッチング条件を変え
て独立で十分な強度が得られれば、Sr^＋407.7nmの代わ
りにSr460.7nm、Ba^＋455.4nmの代わりにBa553.5nmであ
っても良く、またTi帰属する500nm、520nmのスペクトル
を用いてもよい。また、図14(B)中のTi390.4nmを用いる
ことができることは明白である。さらに、これらのパタ
ーンも一次微分や二次微分のデータを用いるとさらにそ
れぞれの層のエッチングの終点が精度良く判断できるこ
とはいうまでもない。

【００５７】また、複数のエッチング反応生成物の発光
スペクトル、例えば、SrCl、BaCl、TiClの発光スペクト
ルを検出することにより同様な結果が得られることはい
うまでもない。さらに、同一元素もしくはエッチング生
成物の発光スペクトル、吸収スペクトル、質量スペクト
ルを組み合わせて検出することで正確な終点検出が可能
になる。特に、本発明は、図13に示すようなサンプルを
一度にエッチングする際に、一度に複数の元素の発光ス
ペクトルを検出する方法は有効な終点検出法になる。

【００５８】なお、本実施例では、PtとＢＳＴの２層膜
を一度にエッチングを行う場合について終点検出を試み
たが、図６に示すようなＢＳＴとＰＺＴの２層膜や図16
に示すような白金／ＢＳＴ／ＰＺＴといった多層膜のエ
ッチングについても可能である。ＢＳＴとＰＺＴの２層
膜をエッチングする時の各スペクトルの経時変化を図15
に示した。また、複数のスペクトルを同時に検出してい
るため、エッチング中の各膜ごとにエッチング条件に変
化させてエッチングを行う場合においても複数のスペク
トルを計測しておけばエッチング終点の誤判断を回避す
ることができる。

【００５９】実施例８．この発明の他の実施例について
図を用いて説明する。図１のエッチング装置を用いてエ
ッチングする例について説明する。本実施例では、エッ
チング条件をリアクタ内の塩素ガス圧力を0.5mTorr、マ
イクロ波電力を１kW、基板に印加するＲＦ電力を300Ｗ
と設定した。図18はエッチング試料の一例であり、被加
工物は上部電極３のPtであり、１は高誘電率を有する多
元系酸化物薄膜ＢＳＴ膜である。また、マスク７はフォ
トレジストである。図中(A)〜(C)はエッチングの進行を
示したものである。

【００６０】図19は、エッチング時のプラズマ部からの
発光強度の時間変化を示している。曲線ａはPt306.4nm
の発光スペクトル、曲線ｂはTi500nmの発光スペクトル
強度を示している。Ptのエッチングの進行と同時にPtの
発光スペクトルが観測され、Ptのエッチング終了時にPt
の発光スペクトル強度は急激に減少し、代わって下層の
ＢＳＴ膜のエッチングが進行するためTiの発光スペクト
ル強度が増加する。本実施例のように、PtとTiの２つの
発光スペクトルを同時に検出してエッチングの終点を判
定する方がエッチングの終点位置の検出精度が向上する
が、それぞれの発光スペクトルだけでも終点を検出する
ことは可能である。また、Ptは266nm、Tiは520nmの発光
スペクトルを用いてもよい。なお、ＢＳＴ膜１のエッチ
ング中はTi500nm、520nmのいずれかをあるいは両方同時
に計測するのがよい。実施例６に示したようにTiだけで
なくBaやSrの発光スペクトルを併用しても同様な終点検
出が可能である。

【００６１】実施例９．この発明の他の実施例について
図を用いて説明する。図８のエッチング装置を用いて図
２で用いたＢＳＴ膜をエッチングする例について説明す
る。図20は、エッチング試料の一例であり、下部電極２
としてPtを使用するため、下層のバリア層５としてチタ
ンを含む高融点金属含有膜を用いた例である。図中
(A)、(B)はそれぞれエッチング前、後である。

【００６２】図21は、Pt層とチタンを含む高融点金属含
有膜であるTiN層をエッチングした時の発光スペクトル
のパターンの一部を示したものである。図中のスペクト
ルパターン(a)はPt層をエッチングしたときのもので、
この波長域ではないが、306.4nm及び266nmにPtの発光ス
ペクトルが確認されている。また、図中のスペクトルパ
ターン(b)はTiN層をエッチングした時のもので、(a)の
パターンとは独立にTiの500nm及び520nmのスペクトルが
確認された。これらのスペクトルを用いた終点位置の検
出を以下に示す。

【００６３】図22は、エッチング時のプラズマ部からの
発光強度の時間変化を示している。曲線ａはPt306.4n
m、曲線ｂはTi520nmの発光スペクトル強度を示してい
る。なお、Ptは266nm、Tiは500nmの発光スペクトルを用
いてもよい。Ptのエッチング終了時はPtのスペクトル強
度が急激に減少し、下地のTiを含む高融点金属含有膜を
エッチングするためTiのスペクトル強度が増加し始め
る。それぞれの発光スペクトルだけでも白金のエッチン
グ終点を検出することが可能であるが、本実施例のよう
に、PtとTiの発光スペクトルを同時に計測する方が終点
位置の検出精度が高いことはいうまでもない。また、下
地のTiを含む高融点金属含有膜のエッチング終了時は、
Tiのスペクトルが急激に減少し始める点で判断できる。

【００６４】実施例１０．この発明の他の実施例につい
て図を用いて説明する。図１のエッチング装置において
塩素プラズマを用いてエッチングした場合のエッチング
の終点検出について説明する。図23は、エッチング試料
の一例であり、被エッチング層はTiを含む高融点金属含
有膜で、電極２またはバリア層５ある。また、マスク７
はフォトレジストである。

【００６５】図24は、エッチング時のプラズマ部からの
発光強度（Tiに帰属する500nmの発光スペクトルの強
度）の時間変化を示している。チタンを含む高融点含有
膜のエッチング終了時には図のようにチタンの発光強度
が減少するため、エッチング終点を判定することができ
る。この強度変化はTiに帰属する520nmのスペクトルを
用いてもよい。

【００６６】この実施例ではチタンを含む高融点含有膜
のエッチング終点検出について行ったが、図25に示すよ
うに実施例９の白金をエッチングした後、直ちにチタン
を含む高融点金属膜をエッチングし、この時チタンの発
光スペクトルを計測することで、２層の一括エッチング
の終点検出あるいはエッチング深さの制御を行うことが
できる。

【００６７】実施例１１．この発明の他の実施例につい
て図を用いて説明する。図１のエッチング装置において
フッ素系のガスをエッチングガスとして用い、このガス
をプラズマ化してエッチングした場合の終点検出につい
て説明する。

【００６８】図26は、エッチング試料の断面図で、図に
おいて(A)は、実施例９または実施例10のエッチング方
法により、酸化膜８上にバリア層５を介して形成された
Ptの下部電極２が形成されている状態を示す。次に(B)
で、サイドウォールを形成するための酸化膜4aを一様に
成膜する。これをフッ素系ガスでプラズマエッチングす
ると、(C)のように下部電極２の周囲にサイドウォール
４が形成される。(D)はその後、高誘電率膜１及び上部
電極３を形成したものである。以下、このサイドウォー
ルを形成するエッチング工程における終点検出方法につ
いて説明する。

【００６９】図27は、(a)サイドウォール用SiＯ₂のエッ
チング時と(b)SiＯ₂のエッチングが進み下部電極Ptが露
出した後の発光スペクトルのパターンを示したものであ
る。Ptの露出後、Ptの266nmと306.4nmのスペクトルが独
立して確認される。図28は、図26の(B)から(C)へのエッ
チング時に得られるPt266nmの発光スペクトル強度の時
間変化を示した図である。酸化膜のエッチングが進行
し、Ptがプラズマに露出されとPtの発光スペクトルが観
測される。従来は、電極がポリシリコン、サイドウォー
ル用の酸化膜がSiＯ_２であり、さらに酸化膜８もSiＯ_２
であったためSiに帰属する発光種を計測してもサイドウ
ォールの高さを制御することができなかったが、本実施
例のようにで、Ptに帰属する発光スペクトルを計測し、
予めそれぞれの層におけるエッチング速度を測定してお
けば、Ptのスペクトルの出現時間でエッチングの終点が
検出できさらにこの時間を起点にし、時間管理しておけ
ばサイドウォールの高さを容易に制御することができ
る。

【００７０】本実施例では、Pt266nmの発光スペクトル
を用いたが、Pt306.4nmを用いても良く、また、図29に
示すように両者同時に計測すれば、エッチング終点検出
の精度が向上することはいうまでもない。また、スペク
トル強度の時間変化は一次微分、二次微分を用いるとさ
らにエッチング終点検出の精度が向上することはいうま
でもない。

【００７１】また、上記実施例では、サイドウォールの
高さ制御の１つの方法として時間を管理する方法につい
て記述したが、サイドウォールの形状とPtのスペクトル
の強度の関係を予め求めておけば、Ptのスペクトルの強
度をモニタすることでサイドウォールの高さを容易に制
御することができる。また、他のスペクトルをモニタ管
理してもよい。

【００７２】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、化学式がＡＢＯ₃で表され、Ｂとして少なくともTi
が選ばれた多元系酸化物からなる膜のエッチング時にTi
に帰属する500nmあるいは520nmの波長の発光スペクトル
を計測したので、簡便に精度の高いエッチングの終点検
出が可能となり、半導体集積回路の製造における歩留り
が向上する。

【００７３】請求項２の発明によれば、請求項１におい
て、化学式がＡＢＯ₃で表され、Ａとして少なくともSr
あるいはBaのいずれかを含み、Ｂとして少なくともTiが
選ばれた多元系酸化物からなる膜のエッチング時に、Ti
に帰属する500nmあるいは520nmの波長の発光スペクト
ル、Srに帰属する460.7nm、Srイオンに帰属する407.7n
m、Ba帰属する553.5nm、Baイオンに帰属する455.4nmの
波長の発光スペクトルから選ばれる少なくとも１つ以上
のスペクトルを計測したので、簡便に精度の高いエッチ
ングの終点検出が可能となり、半導体集積回路の製造に
おける歩留りが向上する。

【００７４】請求項３の発明によれば、化学式がＡＢＯ
₃で表され、Ｂとして少なくともTiが選ばれた多元系酸
化物であって、上部電極としてPtが選ばれた時、上部電
極のエッチング時に、Ptに帰属するの266nmあるいは30
6.4nmの波長の発光スペクトルもしくはTiに帰属するの5
00nmあるいは520nmの波長の発光スペクトルから選ばれ
る少なくとも１つ以上のスペクトルを計測したので、簡
便に精度の高いエッチングの終点検出が可能となり、半
導体集積回路の製造における歩留りが向上する。

【００７５】請求項４の発明によれば、電極として少な
くともTi含有膜が選ばれた時、該Ti含有膜のエッチング
時に、Tiに帰属する500nmあるいは520nmの波長の発光ス
ペクトルを同時にあるいは一方を計測したので、簡便に
精度の高いエッチングの終点検出が可能となり、半導体
集積回路の製造における歩留りが向上する。

【００７６】請求項５の発明によれば、電極としてTi含
有膜上に形成されたPtが選ばれた時、該Ptのエッチング
時に、Ptに帰属する266nmあるいは306.4nmの波長の発光
スペクトルもしくはTiに帰属する500nmあるいは520nmの
波長の発光スペクトルから選ばれる少なくとも１つ以上
のスペクトルを計測したので、簡便に精度の高いエッチ
ングの終点検出が可能となり、半導体集積回路の製造に
おける歩留りが向上する。

【００７７】請求項６の発明によれば、電極としてTi含
有膜上に形成されたPtが選ばれた時、該PtとTi含有膜の
両方のエッチングを行なう時に、Ptのエッチング時には
Ptに帰属する266nmあるいは306.4nmの波長の発光スペク
トルもしくはTiに帰属する500nmあるいは520nmの波長の
発光スペクトルから選ばれる少なくとも１つ以上のスペ
クトルを計測し、Ti含有膜のエッチング時にはTiに帰属
する500nmあるいは520nmの波長の発光スペクトルを同時
にあるいは一方を計測したので、簡便に精度の高いエッ
チングの終点検出が可能となり、半導体集積回路の製造
における歩留りが向上する。

【００７８】請求項７の発明によれば、下部電極として
少なくともPtが選ばれ、該Pt電極上に積層された酸化膜
をエッチングして該電極の周囲にサイドウォールを形成
する工程において、該エッチング時にPtに帰属するの26
6nmあるいは306.4nmの波長の発光スペクトルを同時にあ
るいは一方を計測したので、簡便に精度の高いエッチン
グの終点検出が可能となり、またサイドウォールの高さ
制御も可能となり、半導体集積回路の製造における歩留
りが向上する。

【００７９】請求項８の発明によれば、請求項１乃至７
において、光学フィルタまたは回折格子により選択され
たスペクトルを用いるので、さらに精度の高いエッチン
グの終点検出が可能となり、正確なエッチング深さ制御
が可能となる。

【００８０】請求項９の発明によれば、請求項１乃至８
において、スペクトル強度の時間による一次微分、二次
微分により終点検出を行うため、窓の汚れなどから生じ
る検出不良に対して誤検出を減少させることができ、半
導体集積回路の製造における歩留りが向上する。

【００８１】請求項１０の発明によれば、請求項１乃至
８において、計測する物理量を少なくとも２つ以上用い
て、エッチングの終点を判断したので、簡便に精度の高
いエッチングの終点検出が可能となり、正確なエッチン
グ深さ制御が可能となる。

【００８２】請求項１１の発明によれば、請求項１０に
おいて、計測する物理量が同一元素または同一反応生成
物に帰属する複数個のスペクトルを用いてエッチング終
点の判断を行うので、簡便に精度の高いエッチングの終
点検出が可能となり、正確なエッチング深さ制御が可能
となる。

【００８３】請求項１２の発明によれば、請求項１乃至
７において、計測する発光スペクトルの代わりに特定波
長の吸収スペクトルまたは質量スペクトルを用いたの
で、簡便に精度の高いエッチングの終点検出が可能とな
り、正確なエッチング深さ制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に係わるＥＣＲ放電を用
いたドライエッチング装置の概略構成図である。

【図２】この発明の実施例１に係わるPt膜上に高誘電
率膜（ＢＳＴ）が形成された被加工物の断面構成図であ
る。

【図３】図２の被加工物をエッチングした時の波長22
0〜520nmの領域の発光スペクトルを示す図である。

【図４】図２の被加工物をエッチングした時のBa⁺45
5.4nmの発光スペクトル強度の変化を示す図である。

【図５】ＢＳＴ膜に含まれるSrとTiに起因する発光種
と発光波長を示す図である。

【図６】この発明の実施例１に係わるPt膜上に高誘電
率膜（ＢＳＴとＰＺＴの２層）が形成された被加工物の
断面構成図である。

【図７】ＢＳＴ膜をエッチングした時の反応生成物に
帰属する発光種と発光波長を示す図である。

【図８】この発明の実施例２に係わる回転磁場ＲＦ放
電を用いたドライエッチング装置の概略構成図である。

【図９】この発明の実施例３に係わるドライエッチン
グ装置の概略構成図で、図８の装置に計測システムを搭
載した構成を示す図である。

【図１０】この発明の実施例４に係わるドライエッチ
ング装置の概略構成図で、図１の装置に計測システムを
搭載した構成を示す図である。

【図１１】この発明の実施例５に係わるエッチング方
法のエッチングの終点判断方法説明した図である。(A)
は図４で示した発光スペクトルの強度変化、(B)は(A)の
一次微分の曲線、(C)は(A)の二次微分の曲線である。

【図１２】この発明の実施例６に係わるBa⁺455.4nm、
493.4nmの発光スペクトル強度の変化を示す図である。

【図１３】この発明の実施例７に係わる高誘電率膜
（ＢＳＴ）にPt膜の上下電極を形成するための被加工物
の断面構成図である。

【図１４】この発明の実施例７に係わるエッチング中
の発光スペクトルパターンを示す図で、図中(A)はPtを
エッチングしているときのスペクトルパターン、図中
(B)はＢＳＴ膜をエッチングしている時のスペクトルパ
ターンを示したものである。

【図１５】この発明の実施例７に係わるPt306.4nm、B
a⁺455.4nm、Sr⁺407.7nmの発光スペクトル強度の変化を
示す図である。

【図１６】この発明の実施例７に係わるPt306.4nm、B
a⁺455.4nm、Sr⁺407.7nm、Ti500nmの発光スペクトル強度
の変化を示す図である。

【図１７】この発明の実施例７に係わる高誘電率膜
（ＢＳＴとＰＺＴの２層）にPt膜の上下電極を形成する
ための被加工物の断面構成図である。

【図１８】この発明の実施例８に係わる高誘電率膜
（ＢＳＴ）にPt膜の上下電極を形成するための被加工物
の断面構成図である。

【図１９】この発明の実施例８に係わるPt306.4nm、T
i500nmの発光スペクトル強度の変化を示す図である。

【図２０】この発明の実施例９に係わるバリア層の上
に下部電極を形成するための被加工物の断面構成図であ
る。

【図２１】この発明の実施例９に係わるPt層とチタン
を含む高融点金属含有膜であるTiN層をエッチングした
時の発光スペクトルのパターンを示したものである。

【図２２】この発明の実施例９に係わるPt306.4nm、T
i520nmの発光スペクトル強度の変化を示す図である。

【図２３】この発明の実施例10に係わる下部電極を形
成するための被加工物の断面構成図である。

【図２４】この発明の実施例10に係わるTi500nmの発
光スペクトル強度の変化を示す図である。

【図２５】この発明の実施例10に係わる下部電極とバ
リア層を形成するための被加工物の断面構成図である。

【図２６】この発明の実施例11に係わる電極及びバリ
ア層に酸化物からなるサイドウォールを形成するための
被加工物の断面構成図である。

【図２７】この発明の実施例11に係わる発光スペクト
ルのパターンを示したもので、図中(a)はサイドウォー
ル用SiＯ₂のエッチング時、図中(b)はSiＯ₂のエッチン
グが進み下部電極Ptが露出した後の発光スペクトルのパ
ターンを示したものである。

【図２８】この発明の実施例11に係わるPt266nmの発
光スペクトル強度の変化を示す図である。

【図２９】この発明の実施例11に係わるPt266nm、30
6.4nmの２つの発光スペクトル強度の変化を示す図であ
る。

【図３０】キャパシタ用絶縁膜として多元系酸化物材
料が、キャパシタ用電極として高融点金属材料が用いら
れたＤＲＡＭの一例を示す断面構造図である。

【図３１】被エッチング試料であるTi系材料層とＷ層
との積層構造を示した図である。

【図３２】図31の試料をエッチングした時の発光スペ
クトルを示した図である。

【図３３】図31の試料をエッチングした時の410〜420
nmの波長域の発光強度の経時変化を示す図である。

【符号の説明】

１高誘電率膜（（Ba，Sr）TiＯ₃）、１ａ高誘電率
膜（（Pb，Zr）TiＯ₃）、２下部電極、３上部電
極、４サイドウォール（ＳｉＯ₂）、 4a 酸化
膜、５バリア層、６多結晶プラグ、７マス
ク、８酸化膜、11 半導体基板、 12 層間絶縁
膜、 13 コンタクトホール、14 TiＮ層、 15 Ｗ
層、 21 リアクタ、 22 導波管、23 マイクロ波入
射窓、 24 コイル、 25 ウエハ、 26 ＲＦ電源、
27 ステージ、 28、28a、28b ビューポート、 29
光路、 30 分光器、31 記録計、 32 光学フィル
タ、 33 下側の電極、 34 上側の電極、35 コイ
ル、 36 回折格子、 40 赤外半導体レーザ発振器、
41 赤外レーザ、 42 透過光、 43 プラズマ部、
44 質量分析器、45 磁気シールド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−175428（ＪＰ，Ａ) 特開平３−12927（ＪＰ，Ａ) 特開平４−202076（ＪＰ，Ａ) 特開平５−198537（ＪＰ，Ａ) 特開平８−17806（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/822 H01L 21/8242

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】キャパシタ用絶縁膜として化学式がＡＢＯ
₃で表され、ＡとしてPb、La、Sr、Ba、Liから選ばれる
１つ以上の元素を含み、ＢとしてZr、Ti、Ta、Nbから選
ばれる１つ以上の元素を含む多元系酸化物からなる膜を
用い、キャパシタ用絶縁膜の上または下部電極としてT
i、Pt、Ru、Ir、Pd、Os、Rhから選ばれる１つ以上の元
素を含む高融点金属含有膜を用い、エッチングガスをプ
ラズマ化して上記多元系酸化物からなる膜及び高融点金
属含有膜を所望の形状にエッチングすることにより形成
する半導体集積回路の製造方法において、上記化学式が
ＡＢＯ₃で表され、Ｂとして少なくともTiが選ばれた多
元系酸化物からなる膜のエッチング時に、Tiに帰属する
500nmあるいは520nmの波長の発光スペクトルを同時ある
いは該スペクトルの一方を計測することによってエッチ
ングの終点を検出することを特徴とするエッチング方
法。
【請求項２】上記化学式がＡＢＯ₃で表され、Ａとして
少なくともSrあるいはBaのいずれかを含み、Ｂとして少
なくともTiが選ばれた多元系酸化物からなる膜のエッチ
ング時に、Tiに帰属する500nmあるいは520nmの波長の発
光スペクトル、Srに帰属する460.7nm、Srイオンに帰属
する407.7nm、Baに帰属する553.5nm、Baイオンに帰属す
る455.4nmの波長の発光スペクトルから選ばれる少なく
とも１つ以上のスペクトルを計測することによってエッ
チングの終点を検出することを特徴とする請求項１に記
載のエッチング方法。
【請求項３】キャパシタ用絶縁膜として化学式がＡＢＯ
₃で表され、ＡとしてPb、La、Sr、Ba、Liから選ばれる
１つ以上の元素を含み、ＢとしてZr、Ti、Ta、Nbから選
ばれる１つ以上の元素を含む多元系酸化物からなる膜を
用い、キャパシタ用絶縁膜の上または下部電極としてT
i、Pt、Ru、Ir、Pd、Os、Rhから選ばれる１つ以上の元
素を含む高融点金属含有膜を用い、エッチングガスをプ
ラズマ化して上記多元系酸化物からなる膜及び高融点金
属含有膜を所望の形状にエッチングすることにより形成
する半導体集積回路の製造方法において、上記化学式が
ＡＢＯ₃で表され、Ｂとして少なくともTiが選ばれた多
元系酸化物であって、上部電極としてPtが選ばれた時、
上部電極のエッチング時に、Ptに帰属する266nmあるい
は306.4nmの波長の発光スペクトルもしくはTiに帰属す
るの500nmあるいは520nmの波長の発光スペクトルから選
ばれる少なくとも１つ以上のスペクトルを計測すること
によってエッチングの終点を検出することを特徴とする
エッチング方法。
【請求項４】キャパシタ用絶縁膜として化学式がＡＢＯ
₃で表され、ＡとしてPb、La、Sr、Ba、Liから選ばれる
１つ以上の元素を含み、ＢとしてZr、Ti、Ta、Nbから選
ばれる１つ以上の元素を含む多元系酸化物からなる膜を
用い、キャパシタ用絶縁膜の上または下部電極としてT
i、Pt、Ru、Ir、Pd、Os、Rhから選ばれる１つ以上の元
素を含む高融点金属含有膜を用い、エッチングガスをプ
ラズマ化して上記多元系酸化物からなる膜及び高融点金
属含有膜を所望の形状にエッチングすることにより形成
する半導体集積回路の製造方法において、電極として少
なくともTi含有膜が選ばれた時、該Ti含有膜のエッチン
グ時に、Tiに帰属する500nmあるいは520nmの波長の発光
スペクトルを同時にあるいは一方を計測することによっ
てエッチングの終点を検出することを特徴とするエッチ
ング方法。
【請求項５】キャパシタ用絶縁膜として化学式がＡＢＯ
₃で表され、ＡとしてPb、La、Sr、Ba、Liから選ばれる
１つ以上の元素を含み、ＢとしてZr、Ti、Ta、Nbから選
ばれる１つ以上の元素を含む多元系酸化物からなる膜を
用い、キャパシタ用絶縁膜の上または下部電極としてT
i、Pt、Ru、Ir、Pd、Os、Rhから選ばれる１つ以上の元
素を含む高融点金属含有膜を用い、エッチングガスをプ
ラズマ化して上記多元系酸化物からなる膜及び高融点金
属含有膜を所望の形状にエッチングすることにより形成
する半導体集積回路の製造方法において、電極としてTi
含有膜上に形成されたPtが選ばれた時、該Ptのエッチン
グ時に、Ptに帰属する266nmあるいは306.4nmの波長の発
光スペクトルもしくはTiに帰属する500nmあるいは520nm
の波長の発光スペクトルから選ばれる少なくとも１つ以
上のスペクトルを計測することによってエッチングの終
点を検出することを特徴とするエッチング方法。
【請求項６】キャパシタ用絶縁膜として化学式がＡＢＯ
₃で表され、ＡとしてPb、La、Sr、Ba、Liから選ばれる
１つ以上の元素を含み、ＢとしてZr、Ti、Ta、Nbから選
ばれる１つ以上の元素を含む多元系酸化物からなる膜を
用い、キャパシタ用絶縁膜の上または下部電極としてT
i、Pt、Ru、Ir、Pd、Os、Rhから選ばれる１つ以上の元
素を含む高融点金属含有膜を用い、エッチングガスをプ
ラズマ化して上記多元系酸化物からなる膜及び高融点金
属含有膜を所望の形状にエッチングすることにより形成
する半導体集積回路の製造方法において、電極としてTi
含有膜上に形成されたPtが選ばれた時、該PtとTi含有膜
の両方のエッチングを行なう時に、Ptのエッチング時に
はPtに帰属する266nmあるいは306.4nmの波長の発光スペ
クトルもしくはTiに帰属する500nmあるいは520nmの波長
の発光スペクトルから選ばれる少なくとも１つ以上のス
ペクトルを計測し、Ti含有膜のエッチング時にはTiに帰
属する500nmあるいは520nmの波長の発光スペクトルを同
時にあるいは一方を計測することによってエッチングの
終点を検出することを特徴とするエッチング方法。
【請求項７】キャパシタ用絶縁膜として化学式がＡＢＯ
₃で表され、ＡとしてPb、La、Sr、Ba、Liから選ばれる
１つ以上の元素を含み、ＢとしてZr、Ti、Ta、Nbから選
ばれる１つ以上の元素を含む多元系酸化物からなる膜を
用い、キャパシタ用絶縁膜の上または下部電極としてT
i、Pt、Ru、Ir、Pd、Os、Rhから選ばれる１つ以上の元
素を含む高融点金属含有膜を用い、エッチングガスをプ
ラズマ化して上記多元系酸化物からなる膜及び高融点金
属含有膜を所望の形状にエッチングすることにより形成
する半導体集積回路の製造方法において、下部電極とし
て少なくともPtが選ばれ、該Pt電極上に多元系酸化物か
らなる膜を形成する前に、該Pt電極上に特定の酸化膜を
形成し、該Pt電極上に積層された酸化膜をエッチングし
て該電極の周囲にサイドウォールを形成する工程におい
て、該エッチング時にPtに帰属する266nmあるいは306.4
nmの波長の発光スペクトルを同時にあるいは一方を計測
することによってエッチングの終点を検出することを特
徴とするエッチング方法。
【請求項８】上記発光スペクトルが、光学フィルタもし
くは回折格子により選定されたものであることを特徴と
する請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエッチング
方法。
【請求項９】上記計測される発光スペクトルの時間変化
の一次微分または二次微分の値を用いてエッチングの終
点を検出することを特徴とする請求項１乃至８のいずれ
か１項に記載のエッチング方法。
【請求項１０】上記計測される発光スペクトルが、少な
くとも２つ以上であることを特徴とする請求項１乃至８
のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１１】上記計測される発光スペクトルが、同一
元素または同一反応生成物に帰属する複数個のスペクト
ルであることを特徴とする請求項１０に記載のエッチン
グ方法。
【請求項１２】請求項１乃至７において、計測されるそ
れぞれの元素または反応成生物の発光スペクトルに替え
て、特定波長の吸収スペクトルまたは質量スペクトルを
用いることを特徴とするエッチング方法。