JP3441372B2 - 白金食刻方法 - Google Patents

白金食刻方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、高誘電膜の下部電
極の食刻に関し、特に白金で下部電極を形成しようとす
る際、白金に対する食刻選択性が優秀なマスク及び食刻
ガスを用いて高い信頼性で白金を食刻する方法に関す
る。 【0002】 【従来の技術】以下、添付図面に基づき従来の白金食刻
方法を説明する。図1a〜図2bは従来の白金食刻方法
を示す工程断面図である。 【0003】まず、図1aに示すように、シリコン絶縁
膜1上にチタン(Ti)及びチタン窒化物(TiN)を
それぞれ厚さ100Åになるよう順次に蒸着してグルー
層2を形成する。そして、グルー層2のチタン窒化物上
に、キャパシタの下部電極物質として用いられる白金
(Pt)層3を1000〜1500Åの厚さに蒸着す
る。 【0004】図1bに示すように、ハードマスクとして
用いられるシリコン酸化膜4を白金層3上に4000〜
5000Åの厚さに蒸着する。この後、シリコン酸化膜
4上に感光膜5を塗布した後、露光及び現像工程で感光
膜5を選択的にパターニングする。 【0005】図2aに示すように、パターニングされた
感光膜5をマスクとして用いて、シリコン酸化膜4を異
方性食刻する。図2bに示すように、食刻されたシリコ
ン酸化膜4をハードマスクとして用いて、MERIE(M
agnetron Enhanced Reactive Ion Etcher)タイプの装置
で低圧状態でCl2 /Ar/O2 を適切に調合して白金
層3及びグルー層2を食刻する。この際、白金層3とシ
リコン酸化膜4との最適な食刻選択比は1.2:1であ
る。この後、シリコン酸化膜4をHF溶液に浸けて湿式
食刻する。この際、シリコン酸化膜4を食刻した後に
も、白金層3及びグルー層2の両側面には白金層3及び
グルー層2の食刻時に発生した反応生成物6が残ってい
る。この反応生成物6の組成は、白金(Pt)が70%
程度、H、C、Oが30%程度となる。そして、この反
応生成物6は、シリコン酸化膜4が除去された後、白金
層3の上部両側面に残留しウサギ耳(rabbit ear)状をな
している。この反応生成物6はHCl溶液を用いて除去
される。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の白
金食刻方法には以下の問題点があった。 (1)白金とシリコン酸化膜との最適な食刻選択比が
1.2:1なので、素子が高集積化され、かつ白金層3
の厚さが大きくなるにつれてシリコン酸化膜4の厚さも
大きくなる。しかしながら、白金層3及びシリコン酸化
膜4の厚さが相に大きくなるのには限界があり、白金層
3を食刻するべくシリコン酸化膜4をパターニングする
際にパターン不良現象が発生し、このようなパターン不
良のシリコン酸化膜4をハードマスクとして用いること
によって白金層3の食刻信頼性が低下する。 【0007】(2)白金層3とシリコン酸化膜4との接
触性( 密着性) が悪いため、感光膜5のパターニング時
にピーリング(peeling) 現象が生じる。このため、安定
した白金層3を形成し難い。 【0008】(3)白金層3の上部両側面に、白金と反
応して形成された反応生成物6がウサギ耳形状をなして
形成されているため、後続工程を適切に進行し難くな
る。更に、このウサギ耳状の反応生成物6が完全に除去
されなかった場合、その反応生成物6を通じて、次後に
形成されるキャパシタへ漏洩電流が発生することがあ
る。 【0009】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、白金に対する食刻選択性
の高いマスク物質及び食刻ガスを用いて信頼性ある白金
食刻方法を提供することにある。 【0010】 【0011】 【0012】 【0013】 【0014】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の請求項1に記載の白金食刻方法は、絶縁体
上にグルー層を形成する工程と、前記グルー層上に白金
層を形成する工程と、前記白金層上に前記白金に対する
高食刻選択性を有し、チタン、チタン窒化物又はアルミ
ニウム合金から選択されるマスク形成物質を形成する工
程と、前記マスク形成物質をパターニングする工程と、
前記パターニングされたマスク形成物質を用いて前記マ
スク形成物質と前記白金との食刻選択比が2以上となる
ように設定された食刻ガスを注入して前記白金層を食刻
する工程であって、前記マスク形成物質としてチタン又
はチタン窒化物を用いる際、食刻ガスとしてはHBr+
2ガス又はCl2+O2ガスを注入し、前記マスク形成
物質としてアルミニウム合金を用いる際、食刻ガスとし
てはフッ素ベースガスとしてのCF 4 、C 26又はC3
8ガスとO2ガスとを注入する前記食刻工程と前記食刻
工程において前記特定のマスク形成物質及び前記特定の
食刻ガスを用いて、13.56MHzの高周波数供給器
から300〜600w範囲のエネルギーを加え、450
kHzの低周波数供給器から0〜100w範囲のエネル
ギーを加えて白金層の食刻を進行する工程、チタン窒
化物又はチタンからなるマスク形成物質を用いた場合に
はHBr+O2ガス又はCl2+O2ガスを使用して白金
層を食刻する際に発生した反応生成物を除去し、アルミ
ニウム合金からなるマスク形成物質を用いた場合には
フッ素ベースガスを使用して前記反応生成物を除去す
る工程と、前記マスク形成物質を食刻するとともに、
記白金層をマスクとして用いて前記グルー層を食刻する
工程とを備えることを要旨とする。 【0015】 【0016】 【0017】 【0018】 【発明の実施の形態】本発明は、白金に対する高食刻選
択性を有するマスクを選定し、そのマスクに適合する食
刻ガスを用いて白金(Pt)を食刻する方法を提供す
る。このように、白金との食刻選択性の高いマスクを選
定するべく、種々のマスク形成物質及び種々の食刻ガス
を用いて白金(Pt)を食刻する実験を施した。 【0019】以下、種々の食刻ガスの注入時におけるマ
スクの白金との食刻選択性を図面に基づき説明する。図
3は白金との食刻選択性を示すグラフである。この際、
マスクには感光膜(photoresist:PR)、シリコン酸化膜
(SiO2 )、チタン窒化物(TiN)、チタン(T
i)、又はアルミニウム(Al)を用い、食刻ガスには
HBr+O2 ガス、Ar+Cl2 ガス、Cl2 +O2
ス、CF4 +O2 ガスをそれぞれ用いた。上記した各マ
スクに上記の食刻ガスをそれぞれ注入したときの白金と
の食刻選択性は次の通りである。 【0020】まず、感光膜PRをマスクとして用いた場
合には、HBr+O2 ガス、Ar+Cl2 ガス、Cl2
+O2 ガス、CF4 +O2 ガスによる白金(Pt)との
食刻選択比が1:1以下であった。そして、シリコン酸
化膜SiO2 をマスクとして用いた場合には、HBr+
2 ガス、Cl2 +O2 ガスのみで1.2:1の食刻選
択比を有し、他のガスでは1:1以下の食刻選択比を示
した。TiNをマスクとして用いた場合には、食刻ガス
としてHBr+O2 ガスを使用したときに白金と30:
1の食刻選択比を示し、Cl2 +O2 ガスを使用したと
きに10:1の食刻選択比を示した。Tiをマスクとし
て用いた場合には、HBr+O2 ガスを使用したときに
白金と50:1の食刻選択比を示し、Cl2 +O2 ガス
を使用したときに20:1の食刻選択比を示した。そし
て、アルミニウム(Al)をマスクとして用いた場合に
は、フッ素原子系のガス、例えばCF4 +O2 ガスを使
用したときに白金と50:1の食刻選択比を示した。 【0021】以下、上記の実験結果を参照して図面に基
づき本発明の白金食刻方法を説明する。図4a〜図6は
本発明の白金食刻方法を示す工程断面図である。 【0022】本発明の白金食刻方法は、図4aに示すよ
うに、シリコン絶縁膜21上にチタンTi及びチタン窒
化物TiNをそれぞれ100Åずつ順次にスパッタリン
グで蒸着してグルー層22を形成する。そして、グルー
層22のチタン窒化物TiN上に白金層23を2500
〜3000Åの厚さになるようスパッタリングで蒸着す
る。そして、前記白金層23上にチタン窒化物層24を
600Åの厚さを有するよう形成する。 【0023】この際、チタン窒化物層24でなく、チタ
ン層又はアルミニウム合金層(Al、Al/AlSi、
AlSiCu)を蒸着してもよい。更に、チタン窒化物
層24、チタン層又はアルミニウム合金層上に、非伝導
性物質としてシリコン酸化膜SiO2 、シリコン窒化膜
Si2 4 又は感光膜(photoresist) を更に蒸着しても
よい。 【0024】図4bに示すように、チタン窒化物層24
上に感光膜25を7500Åの厚さを有するよう塗布し
た後、0.43μmピッチ(0.21スペース)を有す
るKrFステッパ(stepper) を使用して感光膜35を選
択的にパターニングする。 【0025】図5aに示すように、パターニングされた
感光膜25をマスクとして用いてCl2 +HBrガスを
注入してチタン窒化物層24を食刻する。この後、感光
膜25を除去する。そして、チタン窒化物層24上に非
伝導性物質が更に蒸着されている場合には、パターニン
グされた感光膜をマスクとして用いて非伝導性物質を食
刻した後、食刻された非伝導性物質をマスクとして用い
てチタン窒化物層24を食刻する。 【0026】図5bに示すように、チタン窒化物層24
をマスクとして用いたときは、25HBr+25O2
スを使用し、5mTorrの圧力で高周波数供給器から
300〜600w(13.56MHz)範囲のエネルギ
ーを加え、低周波数供給器から0〜100w(450k
Hz)範囲のエネルギーを加えて200秒間白金層23
を食刻する工程を進行する。 【0027】又は、アルミニウム合金層をマスクに用い
たときは食刻ガスとしてフッ素ベースガスとしてのCF
x、CyFx、C2 6 、又はC3 8 ガスとO2 ガス
とを用いるが、例えば50CF4 +5O2 ガスを用いる
際には5mTorrの圧力で高周波数供給器から300
〜600w(13.56MHz)範囲のエネルギーを加
え、低周波数供給器から0〜100w(450kHz)
範囲のエネルギーを加えて300秒間白金層23を食刻
する工程を進行する。 【0028】以後、白金層23を食刻するに際して反応
生成物が発生することがあるが、チタン系のマスクを用
いた場合にはHBr+O2 ガス又はCl2 +O2 ガスを
使用して除去し、アルミニウム合金層をマスクに用いた
場合にはフッ素原子系のガスを使用して反応生成物を除
去する。参考として、反応生成物の構成成分は、白金
(Pt)が70%程度、C、H、Oが30%程度であ
る。 【0029】そして、図6に示すように、残留するチタ
ン窒化物(TiN)層及びグルー層22を食刻する。 【0030】 【発明の効果】本発明の白金食刻方法は以下の効果があ
る。請求項1に記載の発明によれば、感光膜又はハード
マスクの厚さを大きくしなくても、白金と高選択性を有
するマスクを用いて白金を安定して食刻することができ
る。 【0031】そして、白金との食刻選択性が優秀なマス
クを用いて、白金の側面に反応副産物が生成されること
を防止するため、以後に良質の誘電体膜を形成すること
ができる。 【0032】更に、マスクと白金との接触性が良くなっ
て、マスクのパターニング時にピーリング現象が発生す
るのを回避できるため、工程の信頼性を高めることがで
きる。
【図面の簡単な説明】 【図1】a、bは従来の白金食刻方法を示す工程断面
図。 【図2】a、bは従来の白金食刻方法を示す工程断面
図。 【図3】マスク及び食刻ガスによる白金(Pt)との食
刻選択比を示す実験データ図。 【図4】a、bは本発明の白金食刻方法を示す工程断面
図。 【図5】a、bは本発明の白金食刻方法を示す工程断面
図。 【図6】本発明の白金食刻方法を示す工程断面図。 【符号の説明】 21…シリコン絶縁膜 22…グルー層 23…白金層 24…チタン窒化物層 25…感光膜
フロントページの続き (72)発明者 イ ズン シック 大韓民国 チュンチョンブク−ド チョ ンズ−シ サンダン−ク ユルリャン− ドン ソンワン アパートメント102− 805 (56)参考文献 特開 平9−266200(JP,A) 特開 平7−122534(JP,A) 特開 昭60−79726(JP,A) 特開 昭60−160620(JP,A) 特開 平2−312231(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 白金食刻方法において、 絶縁体上にグルー層を形成する工程と、 前記グルー層上に白金層を形成する工程と、 前記白金層上に前記白金に対する高食刻選択性を有し、
    チタン、チタン窒化物又はアルミニウム合金から選択さ
    れるマスク形成物質を形成する工程と、 前記マスク形成物質をパターニングする工程と、 前記パターニングされたマスク形成物質を用いて前記マ
    スク形成物質と前記白金との食刻選択比が2以上となる
    ように設定された食刻ガスを注入して前記白金層を食刻
    する工程であって、前記マスク形成物質としてチタン又
    はチタン窒化物を用いる際、食刻ガスとしてはHBr+
    2ガス又はCl2+O2ガスを注入し、 前記マスク形成物質としてアルミニウム合金を用いる
    際、食刻ガスとしてはフッ素ベースガスとしてのC
    4 、C 26又はC38ガスとO2ガスとを注入する前記
    食刻工程と前記食刻工程において前記特定のマスク形成物質及び前
    記特定の食刻ガスを用いて、 13.56MHzの高周波
    数供給器から300〜600w範囲のエネルギーを加
    え、450kHzの低周波数供給器から0〜100w範
    囲のエネルギーを加えて白金層の食刻を進行する工程
    、 チタン窒化物又はチタンからなるマスク形成物質を用い
    た場合にはHBr+O2ガス又はCl2+O2ガスを使用
    して白金層を食刻する際に発生した反応生成物を除去
    し、アルミニウム合金からなるマスク形成物質を用いた
    場合には前記フッ素ベースガスを使用して前記反応生成
    物を除去する工程と、 前記マスク形成物質を食刻するとともに、前記白金層を
    マスクとして用いて前記グルー層を食刻する工程とを備
    えることを特徴とする白金食刻方法。
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