JP3309581B2 - ペロブスカイト型酸化膜のドライエッチング方法 - Google Patents
ペロブスカイト型酸化膜のドライエッチング方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ペロブスカイト型酸化
物薄膜のドライエッチング方法に関し、特に、ペロブス
カイト型酸化物薄膜を微細且つ高速に異方性加工する方
法に関する。
物薄膜のドライエッチング方法に関し、特に、ペロブス
カイト型酸化物薄膜を微細且つ高速に異方性加工する方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体メモリーの記憶容量の増加に伴
い、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲ
ＡＭ）においては、電荷蓄積用キャパシタとして強誘電
体薄膜や高誘電率常誘電体薄膜の高い誘電率を用いるこ
とが検討されている。また、不揮発性集積メモリに強誘
電体薄膜のヒステリシスを利用する研究も行われてい
る。このため、このようなメモリー素子に適用可能な誘
電体薄膜の材料の開発が進められている。
い、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲ
ＡＭ）においては、電荷蓄積用キャパシタとして強誘電
体薄膜や高誘電率常誘電体薄膜の高い誘電率を用いるこ
とが検討されている。また、不揮発性集積メモリに強誘
電体薄膜のヒステリシスを利用する研究も行われてい
る。このため、このようなメモリー素子に適用可能な誘
電体薄膜の材料の開発が進められている。
【０００３】例えば、ペロブスカイト型酸化物薄膜の一
種であるＰＺＴ（ＰｂＺｒＴｉＯ３）薄膜は、外部から
の電界を加えることによって内部分極を発生し、外部か
らの電界が遮断されても分極を維持する、即ち、外部電
界に対するヒステリシス効果を有する強誘電体であり、
さらに、高い誘電率も有している材料である。このた
め、上述のメモリー素子への適用が期待され、成膜方法
についても様々な検討がなされている。
種であるＰＺＴ（ＰｂＺｒＴｉＯ３）薄膜は、外部から
の電界を加えることによって内部分極を発生し、外部か
らの電界が遮断されても分極を維持する、即ち、外部電
界に対するヒステリシス効果を有する強誘電体であり、
さらに、高い誘電率も有している材料である。このた
め、上述のメモリー素子への適用が期待され、成膜方法
についても様々な検討がなされている。
【０００４】ＰＺＴ薄膜をパターニングするためのエッ
チング方法としては、例えばＡｒガスを導入しながら減
圧下で放電させて、加速したＡｒ＋イオンにて、ＰＺＴ
薄膜をスパッタエッチングする方法が用いられている。
これは、通常のドライエッチングで用いられるハロゲン
ガスをエッチングガスとして使用すると、ＰＺＴ薄膜を
構成する金属原子とハロゲンとからなる化合物の蒸気圧
が低いために、エッチングが進行しにくいからである。
チング方法としては、例えばＡｒガスを導入しながら減
圧下で放電させて、加速したＡｒ＋イオンにて、ＰＺＴ
薄膜をスパッタエッチングする方法が用いられている。
これは、通常のドライエッチングで用いられるハロゲン
ガスをエッチングガスとして使用すると、ＰＺＴ薄膜を
構成する金属原子とハロゲンとからなる化合物の蒸気圧
が低いために、エッチングが進行しにくいからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のような物理的作
用を利用したスパッタエッチングにおいては、被エッチ
ング材であるＰＺＴ薄膜とマスク材であるフォトレジス
ト塗膜との選択比を確保することが困難である。また、
エッチングされたＰＺＴ薄膜の成分が再付着して寸法変
換差が大きくなってしまう等、微細加工が難しいという
問題を有している。
用を利用したスパッタエッチングにおいては、被エッチ
ング材であるＰＺＴ薄膜とマスク材であるフォトレジス
ト塗膜との選択比を確保することが困難である。また、
エッチングされたＰＺＴ薄膜の成分が再付着して寸法変
換差が大きくなってしまう等、微細加工が難しいという
問題を有している。
【０００６】これらの問題を解決するべく、特開平５−
１０２０９３号公報にて、エッチングガスとしてＨ２ガ
スとアセチルアセトンガスを用い、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉと
アセチルアセトンとの錯体を形成させる方法が提案され
ている。ここで形成される錯体の蒸気圧もそれほど高い
ものではないこと、側壁保護効果が小さいことから、こ
の方法によってもＰＺＴ薄膜の高速異方性エッチングを
達成することは困難であると予想される。
１０２０９３号公報にて、エッチングガスとしてＨ２ガ
スとアセチルアセトンガスを用い、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉと
アセチルアセトンとの錯体を形成させる方法が提案され
ている。ここで形成される錯体の蒸気圧もそれほど高い
ものではないこと、側壁保護効果が小さいことから、こ
の方法によってもＰＺＴ薄膜の高速異方性エッチングを
達成することは困難であると予想される。
【０００７】なお、ＰＺＴ薄膜以外のペロブスカイト型
酸化物薄膜においても、ＰＺＴ薄膜と同様、ドライエッ
チング方法の確立が望まれている。
酸化物薄膜においても、ＰＺＴ薄膜と同様、ドライエッ
チング方法の確立が望まれている。
【０００８】そこで、本発明はかかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、微細且つ高速に異方性エッチ
ングが行えるペロブスカイト型酸化物薄膜のドライエッ
チング方法を提供することを目的とする。
て提案されたものであり、微細且つ高速に異方性エッチ
ングが行えるペロブスカイト型酸化物薄膜のドライエッ
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】本発明に係るペロブスカ
イト型酸化物薄膜のドライエッチング方法は、上述の目
的を達成するために提案されたものであり、エッチング
ガスとして、テトラエトキシシランガスを用いるように
したものである。
イト型酸化物薄膜のドライエッチング方法は、上述の目
的を達成するために提案されたものであり、エッチング
ガスとして、テトラエトキシシランガスを用いるように
したものである。
【００１０】本発明を適用してドライエッチングされる
ペロブスカイト型酸化物薄膜としては、ＰＺＴ薄膜が代
表的であるが、ＰＬＺＴ（ＰｂＬａＺｒＴｉＯ３）薄膜
や、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）薄膜、チタン酸
ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）薄膜、チタン酸鉛（Ｐ
ｂＴｉＯ３）薄膜、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ
１２）薄膜等の強誘電体薄膜が挙げられる。
ペロブスカイト型酸化物薄膜としては、ＰＺＴ薄膜が代
表的であるが、ＰＬＺＴ（ＰｂＬａＺｒＴｉＯ３）薄膜
や、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）薄膜、チタン酸
ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）薄膜、チタン酸鉛（Ｐ
ｂＴｉＯ３）薄膜、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ
１２）薄膜等の強誘電体薄膜が挙げられる。
【００１１】ところで、本発明にて用いられるエッチン
グ装置としては、特に限定されないが、平行平板型プラ
ズマエッチング装置、マグネトロン型反応性イオンエッ
チング装置、有磁場マイクロ波プラズマエッチング（Ｅ
ＣＲプラズマエッチング）装置、誘導結合プラズマエッ
チング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置、ＴＣ
Ｐエッチング装置が挙げられる。
グ装置としては、特に限定されないが、平行平板型プラ
ズマエッチング装置、マグネトロン型反応性イオンエッ
チング装置、有磁場マイクロ波プラズマエッチング（Ｅ
ＣＲプラズマエッチング）装置、誘導結合プラズマエッ
チング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置、ＴＣ
Ｐエッチング装置が挙げられる。
【００１２】
【作用】本発明は、エッチングガスとして分子内にＳｉ
原子を有するテトラエトキシシランを用いことにより、
エッチング時に側壁保護膜を形成しやすく、高速異方性
エッチングが行われる。
原子を有するテトラエトキシシランを用いことにより、
エッチング時に側壁保護膜を形成しやすく、高速異方性
エッチングが行われる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明に係るペロブスカイト型酸化物
薄膜であるＰＺＴ薄膜のドライエッチング方法を具体的
な実施例を用いて説明する。
薄膜であるＰＺＴ薄膜のドライエッチング方法を具体的
な実施例を用いて説明する。
【００１４】ここで、ＰＺＴ薄膜のドライエッチングに
用いたＥＣＲプラズマエッチング装置について説明す
る。このＥＣＲプラズマエッチング装置は、図１に示さ
れるように、マグネトロン１にて発生させたマイクロ波
を導波管２を通過させて石英ベルジャ３内に導入し、こ
のマイクロ波の電場と垂直方向の磁場をソレノイドコイ
ル４により発生させることにより、いわゆるＥＣＲ放電
を生じさせて、高密度プラズマを得るものである。
用いたＥＣＲプラズマエッチング装置について説明す
る。このＥＣＲプラズマエッチング装置は、図１に示さ
れるように、マグネトロン１にて発生させたマイクロ波
を導波管２を通過させて石英ベルジャ３内に導入し、こ
のマイクロ波の電場と垂直方向の磁場をソレノイドコイ
ル４により発生させることにより、いわゆるＥＣＲ放電
を生じさせて、高密度プラズマを得るものである。
【００１５】石英ベルジャ３内にはウェハ５を載置する
サセプタ６、エッチングガスを導入するガス導入管８、
排気口９が設けられている。なお、サセプタ６はＲＦ電
源１２に接続されて、ウェハ５にＲＦバイアスが印加で
きるようになされていると共に、その内部にヒータ７が
設けられ、ウェハ５の温度を調整可能としている。サセ
プタ６内には、超音波発振器１１に接続された超音波振
動子１０が埋設されており、成膜時にウェハ５に超音波
の印加が可能とである。なお、超音波発振器１１には図
示しないスイッチが設けられ、該スイッチのオン／オフ
によって超音波の供給の開始／停止が制御できる。
サセプタ６、エッチングガスを導入するガス導入管８、
排気口９が設けられている。なお、サセプタ６はＲＦ電
源１２に接続されて、ウェハ５にＲＦバイアスが印加で
きるようになされていると共に、その内部にヒータ７が
設けられ、ウェハ５の温度を調整可能としている。サセ
プタ６内には、超音波発振器１１に接続された超音波振
動子１０が埋設されており、成膜時にウェハ５に超音波
の印加が可能とである。なお、超音波発振器１１には図
示しないスイッチが設けられ、該スイッチのオン／オフ
によって超音波の供給の開始／停止が制御できる。
【００１６】本発明の実施例の説明に先立って、本発明
に先行する例を説明する。
に先行する例を説明する。
【００１７】本発明の先行例は、上述のＥＣＲプラズマ
エッチング装置を用い、ウェハ５に超音波を印加しなが
ら、該ウェハ５上にＰＺＴ薄膜のエッチングを行う方法
である。
エッチング装置を用い、ウェハ５に超音波を印加しなが
ら、該ウェハ５上にＰＺＴ薄膜のエッチングを行う方法
である。
【００１８】この方法は、図２に示すように、まず、基
板２１上にＰＺＴ薄膜２２が成膜されたウェハ５に所望
形状のフォトレジスト・パターン２３を形成した。な
お、ＰＺＴ薄膜は通常のマルチターゲットを用いた反応
性スパッタリング法によって約５０ｎｍ厚に成膜し、フ
ォトレジスト・パターン２３はフォトレジスト塗膜を通
常のフォトリソグラフィおよび現像処理によってパター
ニングした。
板２１上にＰＺＴ薄膜２２が成膜されたウェハ５に所望
形状のフォトレジスト・パターン２３を形成した。な
お、ＰＺＴ薄膜は通常のマルチターゲットを用いた反応
性スパッタリング法によって約５０ｎｍ厚に成膜し、フ
ォトレジスト・パターン２３はフォトレジスト塗膜を通
常のフォトリソグラフィおよび現像処理によってパター
ニングした。
【００１９】そして、ＥＣＲプラズマエッチング装置を
用いてウェハ５に超音波を印加しながら、ＰＺＴ薄膜２
２のドライエッチングを行った。なお、このドライエッ
チングは、エッチングガスとしてアセチルアセトンＣＨ
３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＨ３を用い、以下の条件にて行っ
た。 ドライエッチング条件 導入ガス ： ＣＨ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＨ３ 流量３０ｓｃｃｍ マイクロ波 ： ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス電力 ： ３０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） ウェハ温度 ： ８０℃ 反応室圧力 ： １．３３Ｐａ 超音波周波数 ： ５０ｋＨｚ これにより、図３に示されるように、フォトレジスト・
パターン２３にてマスクされていない領域のＰＺＴ薄膜
２２の高速異方性エッチングがなされ、ＰＺＴ薄膜２２
が所望形状にパターニングされた。
用いてウェハ５に超音波を印加しながら、ＰＺＴ薄膜２
２のドライエッチングを行った。なお、このドライエッ
チングは、エッチングガスとしてアセチルアセトンＣＨ
３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＨ３を用い、以下の条件にて行っ
た。 ドライエッチング条件 導入ガス ： ＣＨ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＨ３ 流量３０ｓｃｃｍ マイクロ波 ： ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス電力 ： ３０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） ウェハ温度 ： ８０℃ 反応室圧力 ： １．３３Ｐａ 超音波周波数 ： ５０ｋＨｚ これにより、図３に示されるように、フォトレジスト・
パターン２３にてマスクされていない領域のＰＺＴ薄膜
２２の高速異方性エッチングがなされ、ＰＺＴ薄膜２２
が所望形状にパターニングされた。
【００２０】なお、高速エッチングが達成されたのは、
比較的高い温度にてエッチングを行ったことに加えて、
ウェハ５への超音波の印加を行ったため、ＰＺＴ薄膜２
２を構成するＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉが、それぞれアセチルア
セトンとの錯体を形成しやすくなったことによる。ま
た、異方性が達成されたのは、ウェハ５への超音波の印
加によって、アセチルアセトンガスの分解成分が堆積し
図示しない側壁保護膜が形成される働きが促進されたた
めであると考えられる。
比較的高い温度にてエッチングを行ったことに加えて、
ウェハ５への超音波の印加を行ったため、ＰＺＴ薄膜２
２を構成するＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉが、それぞれアセチルア
セトンとの錯体を形成しやすくなったことによる。ま
た、異方性が達成されたのは、ウェハ５への超音波の印
加によって、アセチルアセトンガスの分解成分が堆積し
図示しない側壁保護膜が形成される働きが促進されたた
めであると考えられる。
【００２１】その後、１００℃にてアッシングを行うこ
とにより、フォトレジスト・パターン２３を除去したと
ころ、パターン側壁に堆積した側壁保護膜も除去でき
た。
とにより、フォトレジスト・パターン２３を除去したと
ころ、パターン側壁に堆積した側壁保護膜も除去でき
た。
【００２２】実施例１ 本発明は、エッチングガスにテトラエトキシシランＳｉ
（ＯＣ２Ｈ５）４を用いた。
（ＯＣ２Ｈ５）４を用いた。
【００２３】具体的には、上述した先行例と同様にし
て、ＰＺＴ薄膜２２上にフォトレジスト・パターン２３
が形成されたウェハ５を用意し、以下の条件でＰＺＴ薄
膜２２のドライエッチングを行った。 ドライエッチング条件 導入ガス ： Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４ 流量３０ｓｃｃｍ マイクロ波 ： ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス電力 ： ３０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） ウェハ温度 ： ５０℃ 反応室圧力 ： １．３３Ｐａ 超音波周波数 ： ５０ｋＨｚ これにより、フォトレジスト・パターン２３にてマスク
されていない領域のＰＺＴ薄膜２２の高速異方性エッチ
ングがなされ、ＰＺＴ薄膜２２が所望形状にパターニン
グされた。
て、ＰＺＴ薄膜２２上にフォトレジスト・パターン２３
が形成されたウェハ５を用意し、以下の条件でＰＺＴ薄
膜２２のドライエッチングを行った。 ドライエッチング条件 導入ガス ： Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４ 流量３０ｓｃｃｍ マイクロ波 ： ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス電力 ： ３０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） ウェハ温度 ： ５０℃ 反応室圧力 ： １．３３Ｐａ 超音波周波数 ： ５０ｋＨｚ これにより、フォトレジスト・パターン２３にてマスク
されていない領域のＰＺＴ薄膜２２の高速異方性エッチ
ングがなされ、ＰＺＴ薄膜２２が所望形状にパターニン
グされた。
【００２４】なお、高速エッチングが達成されたのは、
エッチングガスとしてエトキシ基を有するテトラエトキ
シシランを用いたため、ＰＺＴ薄膜２２を構成するＰ
ｂ，Ｚｒ，Ｔｉが、それぞれＭ（ＯＣ2 Ｈ5 ）x （Ｍは
金属原子）なる蒸気圧の高い化合物となったことによ
る。また、高い異方性が確保できたのは、比較的低温で
のエッチングが行えたため、イオンの照射がないところ
では、テトラエトキシシランの分解成分としてＣ成分の
みならず、Ｓｉ成分もが堆積し、側壁保護膜を形成した
からである。
エッチングガスとしてエトキシ基を有するテトラエトキ
シシランを用いたため、ＰＺＴ薄膜２２を構成するＰ
ｂ，Ｚｒ，Ｔｉが、それぞれＭ（ＯＣ2 Ｈ5 ）x （Ｍは
金属原子）なる蒸気圧の高い化合物となったことによ
る。また、高い異方性が確保できたのは、比較的低温で
のエッチングが行えたため、イオンの照射がないところ
では、テトラエトキシシランの分解成分としてＣ成分の
みならず、Ｓｉ成分もが堆積し、側壁保護膜を形成した
からである。
【００２５】その後、１００℃にてアッシングを行うこ
とにより、フォトレジスト・パターン２３を除去し、パ
ターン側壁に堆積した側壁保護膜はライトエッチングに
よって十分に除去した。
とにより、フォトレジスト・パターン２３を除去し、パ
ターン側壁に堆積した側壁保護膜はライトエッチングに
よって十分に除去した。
【００２６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
を適用すると、ペロブスカイト型酸化物薄膜の高速異方
性エッチングが可能となる。また、マスク材との選択比
も確保でき、寸法変換差も小さく抑えられる。このた
め、ペロブスカイト型酸化物薄膜の加工の信頼性を向上
させることができ、超高集積メモリ素子にペロブスカイ
ト型酸化物よりなる強誘電体薄膜を適用することも可能
となる。
を適用すると、ペロブスカイト型酸化物薄膜の高速異方
性エッチングが可能となる。また、マスク材との選択比
も確保でき、寸法変換差も小さく抑えられる。このた
め、ペロブスカイト型酸化物薄膜の加工の信頼性を向上
させることができ、超高集積メモリ素子にペロブスカイ
ト型酸化物よりなる強誘電体薄膜を適用することも可能
となる。
【図１】本発明に用いられるＥＣＲプラズマエッチング
装置の一構成例を示す模式図である。
装置の一構成例を示す模式図である。
【図２】本発明に係るドライエッチングが適用されるウ
ェハを示す断面模式図である。
ェハを示す断面模式図である。
【図３】図２に示すウェハに対してドライエッチングが
なされた状態を示す断面図である。
なされた状態を示す断面図である。
１ マグネトロン、 ２ 導波管、 ３ 石英ベルジ
ャ、 ４ ソレノイドコイル、 ５ ウェハ、 ６ サ
セプタ、 ７ ヒータ、 ８ ガス導入管、 ９排気
口、 １０ 超音波振動子、 １１ 超音波発振器、
１２ ＲＦ電源、２１ 基板、 ２２ ＰＺＴ薄膜、
２３ フォトレジスト・パターン
ャ、 ４ ソレノイドコイル、 ５ ウェハ、 ６ サ
セプタ、 ７ ヒータ、 ８ ガス導入管、 ９排気
口、 １０ 超音波振動子、 １１ 超音波発振器、
１２ ＲＦ電源、２１ 基板、 ２２ ＰＺＴ薄膜、
２３ フォトレジスト・パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/822 H01L 21/8242
Claims (2)
- 【請求項１】 エッチング装置内に所定のエッチングガ
スを導入しながら、基板上のペロブスカイト型酸化物薄
膜のドライエッチングを行うに際し、 前記エッチングガスとして、テトラエトキシシランガス
を用いることを特徴とするペロブスカイト型酸化物薄膜
のドライエッチング方法。 - 【請求項２】 前記ペロブスカイト型酸化物薄膜が、Ｐ
ＺＴ薄膜であることを特徴とする請求項１記載のペロブ
スカイト型酸化物薄膜のドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20695194A JP3309581B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | ペロブスカイト型酸化膜のドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20695194A JP3309581B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | ペロブスカイト型酸化膜のドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0878390A JPH0878390A (ja) | 1996-03-22 |
| JP3309581B2 true JP3309581B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=16531727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20695194A Expired - Fee Related JP3309581B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | ペロブスカイト型酸化膜のドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3309581B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6048435A (en) * | 1996-07-03 | 2000-04-11 | Tegal Corporation | Plasma etch reactor and method for emerging films |
| DE19631622A1 (de) * | 1996-08-05 | 1998-02-12 | Siemens Ag | Verfahren zum plasmaunterstützten anisotropen Ätzen von Metallen, Metalloxiden und deren Gemische |
| CN100437883C (zh) * | 2001-03-27 | 2008-11-26 | Apit股份有限公司 | 等离子体表面处理的方法以及实现该方法的设备 |
-
1994
- 1994-08-31 JP JP20695194A patent/JP3309581B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0878390A (ja) | 1996-03-22 |
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