JP3963431B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3963431B2 JP3963431B2 JP2002057510A JP2002057510A JP3963431B2 JP 3963431 B2 JP3963431 B2 JP 3963431B2 JP 2002057510 A JP2002057510 A JP 2002057510A JP 2002057510 A JP2002057510 A JP 2002057510A JP 3963431 B2 JP3963431 B2 JP 3963431B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- adhesion layer
- etched
- upper electrode
- ferroelectric material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
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する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、強誘電体材料を用いた容量素子を有する半導体装置が注目されている。これは、強誘電体材料の有する自発分極特性のために、不揮発性記憶装置として用いることができるからである。また、従来技術において不揮発性記憶装置として用いられているフラッシュメモリと比較すると、強誘電体材料を用いた容量素子を有する半導体装置は、低消費電力動作、書き換え回数の増加、高速書き換え／読み込みが可能であり、今後、従来のデバイスとの置き換えが起こると考えられる。
【０００３】
以下、従来技術における強誘電体材料を用いた容量素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図７に、従来技術における強誘電体材料を用いた容量素子の製造工程のうち、強誘電体材料の加工工程を示す。まず、図７（ａ）に示すように、支持基板１上に、スパッタリング法や有機金属堆積（metal organic deposition：ＭＯＤ）法により強誘電体材料２を形成し、強誘電体材料２上に、当該強誘電体材料２を所望の形状に加工するためのマスク３を形成する。次いで、図７（ｂ）に示すように、強誘電体材料２をドライエッチングすることにより、マスク３に覆われていない部分の強誘電体材料２を選択的に除去する。最後に、図７（ｃ）に示すように、マスク３を取り去る。以上の工程により、強誘電体材料２の加工が行われる。
【０００５】
以上のように、強誘電体材料２の加工を、ドライエッチング技術を用いて行う場合には、一般に、図８に示すような反応性イオンエッチング（reactive ion etching；ＲＩＥ）装置が用いられる。図８に示すように、このＲＩＥ装置は、チャンバー７内に配置された下部電極６と上部電極８とを備えており、下部電極６上に被エッチング膜（被処理膜）を有する支持基板（図７においては、強誘電体材料２を有する支持基板１）が載置される。ここで、上部電極８は接地されており、下部電極６には高周波（ｒｆ）電源４が接続されている。
【０００６】
図８に示すＲＩＥ装置を用いて強誘電体材料のドライエッチングを行う場合、その強誘電体材料の成分を含む反応生成物が発生するが、その反応生成物の融点が高いことから、ドライエッチング時に発生した反応生成物は、揮発せずにチャンバー内の各パーツ、特に、上部電極８に容易に付着してしまう。
【０００７】
図９に、ＲＩＥ装置を用いて強誘電体材料２のドライエッチングを行った場合の上部電極８まわりの様子を示す。図９（ａ）は、ＲＩＥ装置のメンテナンスを行った直後の上部電極８を示している。メンテナンス後に強誘電体材料２のドライエッチングを行った場合には、図９(ｂ)に示すように、上部電極８上に反応生成物９が付着する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、強誘電体材料２のドライエッチング時に発生する反応生成物９は、融点が高いために、容易には融解、揮発せず、ＲＩＥ装置内の各パーツ、特に、上部電極８に付着してしまう。また、この反応生成物９は、密着性に乏しいために、上部電極８から剥離しやすい。このため、上記従来の製造方法では、以下のような問題があった。すなわち、強誘電体材料２のドライエッチングを繰り返し行った場合には、図９（ｃ）に示すように、ドライエッチング中に反応生成物９がＲＩＥ装置内の各パーツ、特に、上部電極８の界面から剥離して（図９（ｃ）中の符号１０）、被エッチング膜（被処理膜）である強誘電体材料２に付着し、強誘電体材料２を所望の形状に加工することが困難となる。
【０００９】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、反応生成物の剥離による強誘電体材料の加工不良を無くし、正常な特性を有する半導体装置を得ることのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の第１の製造方法は、上部電極と、強誘電体材料を含む被エッチング膜を有する支持基板とが対向する構成のドライエッチング装置を用いる半導体装置の製造方法であって、前記ドライエッチング装置のメンテナンス後に、前記上部電極の前記被エッチング膜との対向面上に密着層を形成する第１工程と、前記被エッチング膜を反応性イオンエッチング法によりドライエッチングして、前記密着層上にエッチングガスと前記被エッチング膜との反応生成物を形成する第２工程とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この半導体装置の第１の製造方法によれば、被エッチング膜のドライエッチング時に発生する反応生成物は、上部電極に直接付着せず、密着層を介して上部電極に付着することとなる。これにより、従来発生していた上部電極と反応生成物との界面での剥離を防止することが可能となる。
【００１２】
また、前記本発明の半導体装置の第１の製造方法においては、前記第１工程と前記第２工程とを少なくとも２回繰り返すのが好ましい。この好ましい例によれば、被エッチング膜のドライエッチング時に形成される反応生成物は密着層によって挟まれた構造となり、反応生成物同士の密着性向上に寄与することとなるので、従来発生していた上部電極と反応生成物との界面での剥離をさらに防止することが可能となる。
【００１３】
本発明に係る半導体装置の第２の製造方法は、上部電極と、密着層となる材料を含む膜及び強誘電体材料を含む被エッチング膜が基板側からこの順に積層された支持基板とが対向する構成のドライエッチング装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
前記ドライエッチング装置のメンテナンス後に、前記上部電極の前記被エッチング膜との対向面上に第１密着層を形成する第１工程と、前記被エッチング膜を反応性イオンエッチング法によりドライエッチングして、前記第１密着層上にエッチングガスと前記被エッチング膜との反応生成物を形成する第２工程と、前記密着層となる材料をドライエッチングして、前記反応生成物上に第２密着層を形成する第３工程とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
この半導体装置の第２の製造方法によれば、被エッチング膜のドライエッチング時に発生する反応生成物は、上部電極に直接付着せず、密着層を介して上部電極に付着することとなる。また、被エッチング膜のドライエッチング時に形成される反応生成物は密着層によって挟まれた構造となり、反応生成物同士の密着性向上に寄与することになる。このため、従来発生していた上部電極と反応生成物との界面での剥離を確実に防止することが可能となる。
【００１５】
本発明に係る半導体装置の第３の製造方法は、上部電極と、強誘電体材料を含む被エッチング膜及び密着層となる材料を含む膜が基板側からこの順に積層された支持基板とが対向する構成のドライエッチング装置を用いる半導体装置の製造方法であって、前記ドライエッチング装置のメンテナンス後に、前記密着層となる材料を含む膜をドライエッチングして、前記上部電極の前記被エッチング膜との対向面上に密着層を形成する第１工程と、前記被エッチング膜を反応性イオンエッチング法によりドライエッチングして、前記密着層上にエッチングガスと前記被エッチング膜との反応生成物を形成する第２工程とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
この半導体装置の第３の製造方法によれば、被エッチング膜のドライエッチング時に発生する反応生成物は、上部電極に直接付着せず、密着層を介して上部電極に付着することとなる。また、被エッチング膜のドライエッチング時に形成される反応生成物は密着層によって挟まれた構造となり、反応生成物同士の密着性向上に寄与することになる。このため、従来発生していた上部電極と反応生成物との界面での剥離を確実に防止することが可能となる。
【００１７】
また、前記本発明の半導体装置の第１又は第２の製造方法においては、前記第１工程がドライエッチングを用いて行われるのが好ましい。
【００１８】
また、前記本発明の半導体装置の第１〜第３の製造方法においては、前記密着層がＴｉを含んでいるのが好ましい。
【００１９】
また、前記本発明の半導体装置の第１〜第３の製造方法においては、前記反応生成物の融点が５００Ｋ以上であるのが好ましい。
【００２０】
また、前記本発明の半導体装置の第１〜第３の製造方法においては、前記被エッチング膜が強誘電体材料を含んでいるのが好ましい。また、この場合には、前記強誘電体材料が、ＳｒＢｉ2 （Ｔａx Ｎｂ1-x ）2 Ｏ9 、（Ｂａx Ｓｒ1-x ）ＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 又は（Ｂｉx Ｌａ1-x ）4 Ｔｉ3 Ｏ12（０≦ｘ≦１）のいずれかであるのが好ましい。
【００２１】
また、前記本発明の半導体装置の第１〜第３の製造方法においては、前記被エッチング膜が、Ｐｔ、Ｉｒ又はＩｒＯ2 のいずれかを含んでいるのが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
【００２３】
［第１の実施の形態］
本実施の形態においては、従来技術の説明で用いた図７〜図９をも参照しながら、半導体装置の製造方法について説明する。
【００２４】
図１に、本実施の形態において支持基板上の被エッチング膜である強誘電体材料を所望の形状に加工するためのドライエッチングを行った際の反応性イオンエッチング（reactive ion etching；ＲＩＥ）装置の上部電極の状態を示す。
【００２５】
図１（ａ）は、ＲＩＥ装置のメンテナンス後における上部電極８の断面形状を示している。図１（ａ）に示す上部電極８の被エッチング膜（被処理膜）である強誘電体材料２（図７参照）（図８においては、被エッチング膜を有する支持基板５中の被エッチング膜）との対向面は、ウェット洗浄又はスパッタ洗浄により、上部電極材料が完全に露出し、その他の異物が付着していない状態となっている。
【００２６】
この状態で、まず、図１（ｂ）に示すように、上部電極８の被エッチング膜との対向面に密着層１１を形成する。密着層１１の形成は、図８に示すＲＩＥ装置を用い、最表面に５０ｎｍ厚のＴｉ（チタン）が堆積された、支持基板５もしくは別の基板を、Ａｒ（アルゴン）を含むガスを用いてドライエッチングすることによって行う。尚、この場合のエッチング条件は、Ａｒ流量＝３０ｓｃｃｍ、圧力＝５ｍＴｏｒｒ、ｒｆパワー＝５００Ｗである。これにより、上部電極８の被エッチング膜との対向面にＴｉを含む厚み約２０ｎｍの密着層１１が形成される。
【００２７】
次いで、図７（ａ）に示す構造を有する基板の膜厚２５０ｎｍの強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを、Ｃｌ（塩素）とＢｒ（臭素）を含むガスを用いて行う。尚、この場合のエッチング条件は、Ｃｌ2 ／ＨＢｒ＝５ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍ、圧力＝１．７ｍＴｏｒｒ、ｒｆパワー＝８００Ｗである。ここで、強誘電体材料２としてはＳｒ（ストロンチウム）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｔａ（タンタル）、Ｏ（酸素）を含むペロブスカイト構造のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられ、マスク３としてはフォトレジストが用いられる。図７（ａ）に示す構造を有する基板の強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを行うと、図１（ｃ）に示すように、上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）との対向面に形成された密着層１１上に、強誘電体材料２の成分とドライエッチングに用いたガスの成分を含む厚み約１μｍの反応生成物９が付着する。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によれば、まず、ＲＩＥ装置のメンテナンス後に上部電極８の被エッチング膜との対向面に密着層１１を形成し、次いで、所望の形状に加工するために被エッチング膜である強誘電体材料２を有する支持基板５のドライエッチングを行うことにより、被エッチング膜である強誘電体材料２のドライエッチング時に発生する反応生成物９は、上部電極８に直接付着せず、密着層１１を介して上部電極８に付着することとなる。これにより、従来発生していた上部電極８と反応生成物９との界面での剥離を防止することが可能となる。
【００２９】
上記したように、本実施の形態においては、強誘電体材料２のドライエッチング時の反応ガス（エッチングガス）としてＣｌとＢｒを含むガスが用いられており、また、強誘電体材料２としてＳｒ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｏを含むペロブスカイト構造のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられている。これらＳｒ、Ｂｉ、Ｔａの塩化物及び臭化物は、その融点が非常に高いことが一般的に知られており、例えば、ＳｒＣｌ2 、ＳｒＢｒ2 の融点はそれぞれ１１４６Ｋ、９３１Ｋ、ＢｉＣｌ3 、ＢｉＢｒの融点はそれぞれ５０７Ｋ、５６７Ｋ、ＴａＣｌ4 、ＴａＢｒ5 の融点はそれそれ５７０Ｋ、５１３Ｋである。
【００３０】
本実施の形態で説明した方法は、このようにエッチングガスと被エッチング膜との反応生成物の融点が高い場合において有効な手段であり、その効果は、エッチングガスと被エッチング膜との反応生成物の融点が５００Ｋ以上の場合に特に顕著となる。
【００３１】
すなわち、本実施の形態においては、被エッチング膜としてＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられ、エッチングガスとしてＣｌとＢｒを含むガスが用いられているが、被エッチング膜とエッチングガスとの反応生成物の融点が５００Ｋ以上のすべての場合において本発明の効果が得られる。
【００３２】
本実施の形態において密着層１１として用いられているＴｉには、強誘電体材料を用いた容量素子において電極として用いられるＰｔ（白金）と層間絶縁膜として用いられる酸化膜との密着層として一般的に用いられていることからも分るように、異なる２種の材料同士の密着強度を向上させるという効果がある。これにより、従来、上部電極８と反応生成物９との界面で発生していた反応生成物９の剥離を防止することができる。
【００３３】
図２に、本実施の形態による効果を示す。
【００３４】
図２（ａ）は、従来の方法によって強誘電体材料２をドライエッチングしたときの、処理枚数の増加に伴う反応生成物９の剥離によるパーティクル数の推移を示している。図２（ａ）に示すように、処理枚数の増加に伴って反応生成物９の剥離によるパーティクルの発生が増加傾向を示し、最終的にその数は１００個を超えている。
【００３５】
一方、図２（ｂ）は、本実施の形態の方法によって強誘電体材料２をドライエッチングしたときの、処理枚数の増加に伴う反応生成物９の剥離によるパーティクル数の推移を示している。図２（ｂ）に示すように、処理枚数の増加に伴う反応生成物の剥離によるパーティクルの発生数は４０個から７０個の間であり、従来の方法と比較して反応生成物９の剥離によるパーティクルに起因する強誘電体材料２の加工不良を低減できることが分かる。
【００３６】
尚、本実施の形態においては、ドライエッチング装置としてＲＩＥ装置を用いているが、上部電極と被エッチング膜を有する支持基板とが対向する構成の全てのドライエッチング装置で同様の効果が得られる。
【００３７】
また、本実施の形態においては、最表面にＴｉが堆積された基板をドライエッチングすることにより、上部電極８の被エッチング膜との対向面にＴｉを含む密着層１１を形成しているが、密着層１１の材料及び形成方法は必ずしも以上のような材料及び形成方法に限定されるものではない。上部電極８の被エッチング膜との対向面と、被エッチング膜のドライエッチング時に発生する反応生成物９との密着強度を向上させる材料であればよく、また、上部電極８の被エッチング膜との対向面に密着層１１を形成することができる方法であればよい。例えば、密着層１１の材料としては、Ｔａ（タンタル）を用いることもできる。また、上部電極８を一旦エッチング装置から取り出し、スパッタリング法を用いて直接Ｔｉを成膜することにより、密着層１１を形成してもよい。さらに、上部電極８を一旦エッチング装置から取り出し、メッキ法を用いて直接Ｔｉをコーティングすることにより、密着層１１を形成してもよい。
【００３８】
［第２の実施の形態］
本実施の形態においても、従来技術の説明で用いた図７〜図９をも参照しながら、半導体装置の製造方法について説明する。
【００３９】
図３に、本実施の形態において支持基板上の被エッチング膜である強誘電体材料を所望の形状に加工するためのドライエッチングを行った際のＲＩＥ装置の上部電極の状態を示す。
【００４０】
図３（ａ）は、ＲＩＥ装置のメンテナンス後における上部電極８の断面形状を示している。図３（ａ）に示す上部電極８の被エッチング膜（被処理膜）である強誘電体材料２（図７参照）（図８においては、被エッチング膜を有する支持基板５中の被エッチング膜）との対向面は、ウェット洗浄又はスパッタ洗浄により、上部電極材料が完全に露出し、その他の異物が付着していない状態となっている。
【００４１】
この状態で、まず、図３（ｂ）に示すように、上部電極８の被エッチング膜との対向面に密着層１１を形成する。密着層１１の形成は、最表面に５０ｎｍ厚のＴｉが堆積された基板を、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングすることによって行う。これにより、上部電極８の被エッチング膜との対向面にＴｉを含む密着層１１が形成される。
【００４２】
次いで、図７（ａ）に示す構造を有する基板の強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを、ＣｌとＢｒを含むガスを用いて行う。ここで、強誘電体材料２としてはＳｒ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｏを含むペロブスカイト構造のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられ、マスク３としてはフォトレジストが用いられる。図７（ａ）に示す構造を有する基板の強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを行うと、図３（ｃ）に示すように、上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）との対向面に形成された密着層１１上に、強誘電体材料２の成分とドライエッチングに用いたガスの成分を含む反応生成物９が付着する。
【００４３】
次いで、図３（ｄ）に示すように、図３（ｃ）の工程で密着層１１の上に付着した反応生成物９上にさらなる密着層１１を形成する。この密着層１１の形成は、図３（ｂ）の工程と同様に、最表面に５０ｎｍ厚のＴｉが堆積された基板を、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングすることによって行う。これにより、上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）との対向面に、密着層１１によって挟まれた反応生成物９が形成された状態となる。
【００４４】
次いで、再度、図７（ａ）に示す構造を有する基板の強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを、ＣｌとＢｒを含むガスを用いて行うと、図３（ｅ）に示すように、図３（ｄ）の工程で形成された密着層１１上に反応生成物９が付着する。すなわち、上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）との対向面に、密着層１１と反応生成物９とが交互に形成（付着）された状態となる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態によれば、ＲＩＥ装置のメンテナンス後に、上部電極８の被エッチング膜との対向面への密着層１１の形成と、被エッチング膜である強誘電体材料２のドライエッチングとを交互に行うことにより、被エッチング膜である強誘電体材料２のドライエッチング時に発生する反応生成物９は、上部電極８に直接付着せず、密着層１１を介して上部電極８に付着する。これにより、従来発生していた上部電極８と反応生成物９との界面での剥離を防止することが可能となる。また、強誘電体材料２のドライエッチング時に発生し、上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）との対向面に付着する反応生成物９は、密着層１１によって挟まれた構造となり、反応生成物９同士の密着性向上に寄与することとなる。
【００４６】
本実施の形態で説明した方法も、上記第１の実施の形態と同様に、エッチングガスと被エッチング膜との反応生成物の融点が高い場合において有効な手段であり、その効果は、反応生成物同士が剥離し易い場合に特に顕著となる。また、上記第１の実施の形態と同様に、その効果は、エッチングガスと被エッチング膜との反応生成物の融点が５００Ｋ以上の場合に特に顕著となる。
【００４７】
図４に、本実施の形態による効果を示す。図４は、本実施の形態の方法によって強誘電体材料２をドライエッチングしたときの、処理枚数の増加に伴う反応生成物９の剥離によるパーティクル数の推移を示している。図４に示すように、処理枚数の増加に伴う反応生成物の剥離によるパーティクルの発生数は５０個以下であり、従来の方法（図２（ａ）参照）と比較して反応生成物９の剥離によるパーティクルに起因する強誘電体材料２の加工不良を低減できることが分かる。
【００４８】
尚、本実施の形態においては、ドライエッチング装置としてＲＩＥ装置を用いているが、上部電極と被エッチング膜を有する支持基板とが対向する構成の全てのドライエッチング装置で同様の効果が得られる。
【００４９】
また、本実施の形態においては、最表面にＴｉが堆積された基板をドライエッチングすることにより、上部電極８の被エッチング膜との対向面にＴｉを含む密着層１１を形成しているが、密着層１１の材料及び形成方法は必ずしも以上のような材料及び形成方法に限定されるものではない。上部電極８の被エッチング膜との対向面と、被エッチング膜のドライエッチング時に発生する反応生成物９との密着強度を向上させる材料であればよく、また、上部電極８の被エッチング膜との対向面に密着層１１を形成することができる方法であればよい。
【００５０】
［第３の実施の形態］
図５に、本実施の形態における強誘電体材料を用いた容量素子の製造工程のうち、強誘電体材料の加工工程を示す。
【００５１】
まず、図５（ａ）に示すように、ＭＯＳトランジスタ、容量素子の下電極等を含む支持基板１上に、スパッタリング法により密着層１３を形成する。次に、密着層１３上に、スパッタリング法や有機金属堆積（metal organic deposition：ＭＯＤ）法により強誘電体材料２を形成し、強誘電体材料２上に、当該強誘電体材料２を所望の形状に加工するためのマスク３を形成する。ここで、密着層１３の材料としてはＴｉが用いられ、その構造は、Ｔｉ単体、又はＰｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ2 から選ばれた材料とＴｉとの積層体である。また、強誘電体材料２としてはＳｒ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｏを含むペロブスカイト構造のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられ、マスク３としてはフォトレジストが用いられる。
【００５２】
次いで、メンテナンスを行った図８に示すＲＩＥ装置を用い、最表面に５０ｎｍ厚のＴｉが堆積された基板を、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングした後、図５（ａ）に示す構造を有する基板の強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを、ＣｌとＢｒを含むガスを用いて行う。これにより、図５（ｂ）に示すように、マスク３の開口領域において強誘電体材料２が完全にドライエッチングされ、密着層１３が露出した状態となる。そして、上部電極８の被エッチング膜と対向する面に密着層１１が形成され、この密着層１１の上に、強誘電体材料２とドライエッチングに使用したガスとの反応生成物９が付着する。
【００５３】
次いで、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、密着層１３のドライエッチングを、Ａｒを含むガスを用いて行う。これにより、密着層１３が選択的に除去され、図５（ｃ）の状態となる。そして、この除去された密着層１３が、上部電極８の被エッチング膜と対向する面上の反応生成物９の上に付着して密着層１１となる。
【００５４】
最後に、図５（ｄ）に示すように、マスク３を取り去る。以上の工程により、強誘電体材料２の加工が行われる。
【００５５】
以上のように、本実施の形態においては、ＲＩＥ装置のメンテナンス後に、まず、最表面に５０ｎｍ厚のＴｉが堆積された基板を、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングすることにより、上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）との対向面に密着層１１を形成し（図１（ｂ）、図３（ｂ）参照）、次いで、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、密着層１３上に被エッチング膜である強誘電体材料２が形成された支持基板１を、ＣｌとＢｒを含むガスを用いてドライエッチングした。これにより、ＲＩＥ装置の上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）と対向する面に、密着層１１と、強誘電体材料２とドライエッチングに使用したガスとの反応生成物９と、密着層１１とが交互に形成（付着）された状態となる（図３（ｅ）参照）。
【００５６】
これは、すなわち、上記第２の実施の形態で説明した、ＲＩＥ装置の上部電極８の被エッチング膜との対面に、密着層１１と反応生成物９と密着層１１とを交互に形成（付着）することと同様である。従って、本実施の形態の方法によっても、従来発生していた上部電極８と反応生成物９との界面での剥離を防止し、強誘電体材料２の加工不良を低減することができる。
【００５７】
尚、本実施の形態においては、支持基板１と強誘電体材料２との間の密着層１３の材料としてＴｉを用いているが、密着層１３の材料は必ずしもＴｉに限定されるものではない。支持基板１と強誘電体材料２との密着層となり、また、強誘電体材料２のドライエッチング時に発生する反応生成物９同士の密着強度を向上させる材料であればよい。
【００５８】
また、本実施の形態においては、ドライエッチング装置としてＲＩＥ装置を用いているが、上部電極と、密着層となる材料を含む膜及び被エッチング膜が基板側からこの順に積層された支持基板とが対向する構成の全てのドライエッチング装置で同様の効果が得られる。
【００５９】
［第４の実施の形態］
図６に、本実施の形態における強誘電体材料を用いた容量素子の製造工程のうち、強誘電体材料の加工工程を示す。
【００６０】
まず、図６（ａ）に示すように、ＭＯＳトランジスタ、容量素子の下電極等を含む支持基板１上に、スパッタリング法や有機金属堆積法（ＭＯＤ法）により強誘電体材料２を形成する。次に、強誘電体材料２上に、スパッタリング法により密着層１４を形成し、密着層１４上に、強誘電体材料２を所望の形状に加工するためのマスク３を形成する。ここで、密着層１４の材料としてはＴｉが用いられ、その構造は、Ｔｉ単体、又はＰｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ2 から選ばれた材料とＴｉとの積層体である。また、強誘電体材料２としてはＳｒ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｏを含むペロブスカイト構造のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられ、マスク３としてはフォトレジストが用いられる。
【００６１】
次いで、メンテナンスを行った図８に示すＲＩＥ装置を用い、図６（ａ）に示す構造を有する基板の密着層１４を、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングする。これにより、密着層１４が選択的に除去され、図６（ｂ）の状態となる。そして、この除去された密着層１４が、上部電極８の被エッチング膜と対向する面に付着して密着層１１となる。
【００６２】
次いで、図６（ｂ）に示す構造を有する基板の強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを、ＣｌとＢｒを含むガスを用いて行う。これにより、図６（ｃ）に示すように、マスク３の開口領域において支持基板１が露出した状態となる。そして、上部電極８の被エッチング膜と対向する面に付着した密着層１１の上に、強誘電体材料２とドライエッチングに使用したガスとの反応生成物９が付着する。
【００６３】
最後に、図６（ｄ）に示すように、マスク３を取り去る。以上の工程により、強誘電体材料２の加工が行われる。
【００６４】
以上のように、本実施の形態においては、ＲＩＥ装置のメンテナンス後に、図６（ａ）に示すような強誘電体材料２の上に密着層１４が形成された支持基板１を、ドライエッチングすることにより、上部電極８の被エッチング膜と対向する面に、密着層１１（強誘電体材料２上に形成された密着層１４によるもの）と、強誘電体材料２とドライエッチングに使用したガスとの反応生成物９と、密着層１１とが交互に形成（付着）された状態が得られる。ここで、三層目の密着層１１は、図６（ａ）に示す構造を有する次の基板の密着層１４を、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングしたときに形成される。
【００６５】
これは、すなわち、上記第２の実施の形態で説明した、ＲＩＥ装置の上部電極８の被エッチング膜との対面に、密着層１１と反応生成物９と密着層１１とを交互に形成（付着）することと同様である。従って、本実施の形態の方法によっても、従来発生していた上部電極８と反応生成物９との界面での剥離を防止し、強誘電体材料２の加工不良を低減することができる。
【００６６】
尚、本実施の形態においては、強誘電体材料２上の密着層１４の材料としてＴｉを用いているが、密着層１４の材料は必ずしもＴｉに限定されるものではなく、強誘電体材料２のドライエッチング時に発生する反応生成物９同士の密着強度を向上させる材料であればよい。
【００６７】
また、本実施の形態においては、ドライエッチング装置としてＲＩＥ装置を用いているが、上部電極と、被エッチング膜及び密着層となる材料を含む膜が基板側からこの順に積層された支持基板とが対向する構成の全てのドライエッチング装置で同様の効果が得られる。
【００６８】
また、上記実施の形態においては、強誘電体材料としてＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられているが、このほかに、ＳｒＢｉ2 （Ｔａx Ｎｂ1-x ）2 Ｏ9 、（Ｂａx Ｓｒ1-x ）ＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 又は（Ｂｉx Ｌａ1-x ）4 Ｔｉ3 Ｏ12（０≦ｘ≦１）等を用いることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被エッチング膜のドライエッチング時に発生する反応生成物が、上部電極に直接付着せず、密着層を介して上部電極に付着することとなる。また、被エッチング膜のドライエッチング時に発生し、上部電極の被エッチング膜との対向面に付着する反応生成物が、密着層によって挟まれた構造となり、反応生成物同士の密着性向上に寄与することとなる。このため、従来発生していた上部電極と反応生成物との界面での剥離を防止することができる。その結果、強誘電体材料の加工不良がなく、正常な特性を有する半導体装置を確実に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態において支持基板上の被エッチング膜を所望の形状に加工するためのドライエッチングを行った際の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置の上部電極の状態を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態における処理枚数の増加に伴う反応生成物の剥離によるパーティクル数の推移を示す図
【図３】本発明の第２の実施の形態において支持基板上の被エッチング膜を所望の形状に加工するためのドライエッチングを行った際のＲＩＥ装置の上部電極の状態を示す断面図
【図４】本発明の第２の実施の形態における処理枚数の増加に伴う反応生成物の剥離によるパーティクル数の推移を示す図
【図５】本発明の第３の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図６】本発明の第４の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図７】従来技術における半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図８】反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を示す断面図
【図９】従来技術において支持基板上の被エッチング膜を所望の形状に加工するためのドライエッチングを行った際の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置の上部電極の状態を示す断面図
【符号の説明】
１ ＭＯＳトランジスタ、容量素子の下電極等を含む支持基板
２ 強誘電体材料
３ マスク
４ 高周波（ｒｆ）電源
５ 被エッチング膜を有する支持基板
６ ＲＩＥ装置の下部電極
７ チャンバー
８ ＲＩＥ装置の上部電極
９ 反応生成物
１０ 剥離した反応生成物
１１ 密着層
【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する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、強誘電体材料を用いた容量素子を有する半導体装置が注目されている。これは、強誘電体材料の有する自発分極特性のために、不揮発性記憶装置として用いることができるからである。また、従来技術において不揮発性記憶装置として用いられているフラッシュメモリと比較すると、強誘電体材料を用いた容量素子を有する半導体装置は、低消費電力動作、書き換え回数の増加、高速書き換え／読み込みが可能であり、今後、従来のデバイスとの置き換えが起こると考えられる。
【０００３】
以下、従来技術における強誘電体材料を用いた容量素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図７に、従来技術における強誘電体材料を用いた容量素子の製造工程のうち、強誘電体材料の加工工程を示す。まず、図７（ａ）に示すように、支持基板１上に、スパッタリング法や有機金属堆積（metal organic deposition：ＭＯＤ）法により強誘電体材料２を形成し、強誘電体材料２上に、当該強誘電体材料２を所望の形状に加工するためのマスク３を形成する。次いで、図７（ｂ）に示すように、強誘電体材料２をドライエッチングすることにより、マスク３に覆われていない部分の強誘電体材料２を選択的に除去する。最後に、図７（ｃ）に示すように、マスク３を取り去る。以上の工程により、強誘電体材料２の加工が行われる。
【０００５】
以上のように、強誘電体材料２の加工を、ドライエッチング技術を用いて行う場合には、一般に、図８に示すような反応性イオンエッチング（reactive ion etching；ＲＩＥ）装置が用いられる。図８に示すように、このＲＩＥ装置は、チャンバー７内に配置された下部電極６と上部電極８とを備えており、下部電極６上に被エッチング膜（被処理膜）を有する支持基板（図７においては、強誘電体材料２を有する支持基板１）が載置される。ここで、上部電極８は接地されており、下部電極６には高周波（ｒｆ）電源４が接続されている。
【０００６】
図８に示すＲＩＥ装置を用いて強誘電体材料のドライエッチングを行う場合、その強誘電体材料の成分を含む反応生成物が発生するが、その反応生成物の融点が高いことから、ドライエッチング時に発生した反応生成物は、揮発せずにチャンバー内の各パーツ、特に、上部電極８に容易に付着してしまう。
【０００７】
図９に、ＲＩＥ装置を用いて強誘電体材料２のドライエッチングを行った場合の上部電極８まわりの様子を示す。図９（ａ）は、ＲＩＥ装置のメンテナンスを行った直後の上部電極８を示している。メンテナンス後に強誘電体材料２のドライエッチングを行った場合には、図９(ｂ)に示すように、上部電極８上に反応生成物９が付着する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、強誘電体材料２のドライエッチング時に発生する反応生成物９は、融点が高いために、容易には融解、揮発せず、ＲＩＥ装置内の各パーツ、特に、上部電極８に付着してしまう。また、この反応生成物９は、密着性に乏しいために、上部電極８から剥離しやすい。このため、上記従来の製造方法では、以下のような問題があった。すなわち、強誘電体材料２のドライエッチングを繰り返し行った場合には、図９（ｃ）に示すように、ドライエッチング中に反応生成物９がＲＩＥ装置内の各パーツ、特に、上部電極８の界面から剥離して（図９（ｃ）中の符号１０）、被エッチング膜（被処理膜）である強誘電体材料２に付着し、強誘電体材料２を所望の形状に加工することが困難となる。
【０００９】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、反応生成物の剥離による強誘電体材料の加工不良を無くし、正常な特性を有する半導体装置を得ることのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の第１の製造方法は、上部電極と、強誘電体材料を含む被エッチング膜を有する支持基板とが対向する構成のドライエッチング装置を用いる半導体装置の製造方法であって、前記ドライエッチング装置のメンテナンス後に、前記上部電極の前記被エッチング膜との対向面上に密着層を形成する第１工程と、前記被エッチング膜を反応性イオンエッチング法によりドライエッチングして、前記密着層上にエッチングガスと前記被エッチング膜との反応生成物を形成する第２工程とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この半導体装置の第１の製造方法によれば、被エッチング膜のドライエッチング時に発生する反応生成物は、上部電極に直接付着せず、密着層を介して上部電極に付着することとなる。これにより、従来発生していた上部電極と反応生成物との界面での剥離を防止することが可能となる。
【００１２】
また、前記本発明の半導体装置の第１の製造方法においては、前記第１工程と前記第２工程とを少なくとも２回繰り返すのが好ましい。この好ましい例によれば、被エッチング膜のドライエッチング時に形成される反応生成物は密着層によって挟まれた構造となり、反応生成物同士の密着性向上に寄与することとなるので、従来発生していた上部電極と反応生成物との界面での剥離をさらに防止することが可能となる。
【００１３】
本発明に係る半導体装置の第２の製造方法は、上部電極と、密着層となる材料を含む膜及び強誘電体材料を含む被エッチング膜が基板側からこの順に積層された支持基板とが対向する構成のドライエッチング装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
前記ドライエッチング装置のメンテナンス後に、前記上部電極の前記被エッチング膜との対向面上に第１密着層を形成する第１工程と、前記被エッチング膜を反応性イオンエッチング法によりドライエッチングして、前記第１密着層上にエッチングガスと前記被エッチング膜との反応生成物を形成する第２工程と、前記密着層となる材料をドライエッチングして、前記反応生成物上に第２密着層を形成する第３工程とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
この半導体装置の第２の製造方法によれば、被エッチング膜のドライエッチング時に発生する反応生成物は、上部電極に直接付着せず、密着層を介して上部電極に付着することとなる。また、被エッチング膜のドライエッチング時に形成される反応生成物は密着層によって挟まれた構造となり、反応生成物同士の密着性向上に寄与することになる。このため、従来発生していた上部電極と反応生成物との界面での剥離を確実に防止することが可能となる。
【００１５】
本発明に係る半導体装置の第３の製造方法は、上部電極と、強誘電体材料を含む被エッチング膜及び密着層となる材料を含む膜が基板側からこの順に積層された支持基板とが対向する構成のドライエッチング装置を用いる半導体装置の製造方法であって、前記ドライエッチング装置のメンテナンス後に、前記密着層となる材料を含む膜をドライエッチングして、前記上部電極の前記被エッチング膜との対向面上に密着層を形成する第１工程と、前記被エッチング膜を反応性イオンエッチング法によりドライエッチングして、前記密着層上にエッチングガスと前記被エッチング膜との反応生成物を形成する第２工程とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
この半導体装置の第３の製造方法によれば、被エッチング膜のドライエッチング時に発生する反応生成物は、上部電極に直接付着せず、密着層を介して上部電極に付着することとなる。また、被エッチング膜のドライエッチング時に形成される反応生成物は密着層によって挟まれた構造となり、反応生成物同士の密着性向上に寄与することになる。このため、従来発生していた上部電極と反応生成物との界面での剥離を確実に防止することが可能となる。
【００１７】
また、前記本発明の半導体装置の第１又は第２の製造方法においては、前記第１工程がドライエッチングを用いて行われるのが好ましい。
【００１８】
また、前記本発明の半導体装置の第１〜第３の製造方法においては、前記密着層がＴｉを含んでいるのが好ましい。
【００１９】
また、前記本発明の半導体装置の第１〜第３の製造方法においては、前記反応生成物の融点が５００Ｋ以上であるのが好ましい。
【００２０】
また、前記本発明の半導体装置の第１〜第３の製造方法においては、前記被エッチング膜が強誘電体材料を含んでいるのが好ましい。また、この場合には、前記強誘電体材料が、ＳｒＢｉ2 （Ｔａx Ｎｂ1-x ）2 Ｏ9 、（Ｂａx Ｓｒ1-x ）ＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 又は（Ｂｉx Ｌａ1-x ）4 Ｔｉ3 Ｏ12（０≦ｘ≦１）のいずれかであるのが好ましい。
【００２１】
また、前記本発明の半導体装置の第１〜第３の製造方法においては、前記被エッチング膜が、Ｐｔ、Ｉｒ又はＩｒＯ2 のいずれかを含んでいるのが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
【００２３】
［第１の実施の形態］
本実施の形態においては、従来技術の説明で用いた図７〜図９をも参照しながら、半導体装置の製造方法について説明する。
【００２４】
図１に、本実施の形態において支持基板上の被エッチング膜である強誘電体材料を所望の形状に加工するためのドライエッチングを行った際の反応性イオンエッチング（reactive ion etching；ＲＩＥ）装置の上部電極の状態を示す。
【００２５】
図１（ａ）は、ＲＩＥ装置のメンテナンス後における上部電極８の断面形状を示している。図１（ａ）に示す上部電極８の被エッチング膜（被処理膜）である強誘電体材料２（図７参照）（図８においては、被エッチング膜を有する支持基板５中の被エッチング膜）との対向面は、ウェット洗浄又はスパッタ洗浄により、上部電極材料が完全に露出し、その他の異物が付着していない状態となっている。
【００２６】
この状態で、まず、図１（ｂ）に示すように、上部電極８の被エッチング膜との対向面に密着層１１を形成する。密着層１１の形成は、図８に示すＲＩＥ装置を用い、最表面に５０ｎｍ厚のＴｉ（チタン）が堆積された、支持基板５もしくは別の基板を、Ａｒ（アルゴン）を含むガスを用いてドライエッチングすることによって行う。尚、この場合のエッチング条件は、Ａｒ流量＝３０ｓｃｃｍ、圧力＝５ｍＴｏｒｒ、ｒｆパワー＝５００Ｗである。これにより、上部電極８の被エッチング膜との対向面にＴｉを含む厚み約２０ｎｍの密着層１１が形成される。
【００２７】
次いで、図７（ａ）に示す構造を有する基板の膜厚２５０ｎｍの強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを、Ｃｌ（塩素）とＢｒ（臭素）を含むガスを用いて行う。尚、この場合のエッチング条件は、Ｃｌ2 ／ＨＢｒ＝５ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍ、圧力＝１．７ｍＴｏｒｒ、ｒｆパワー＝８００Ｗである。ここで、強誘電体材料２としてはＳｒ（ストロンチウム）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｔａ（タンタル）、Ｏ（酸素）を含むペロブスカイト構造のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられ、マスク３としてはフォトレジストが用いられる。図７（ａ）に示す構造を有する基板の強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを行うと、図１（ｃ）に示すように、上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）との対向面に形成された密着層１１上に、強誘電体材料２の成分とドライエッチングに用いたガスの成分を含む厚み約１μｍの反応生成物９が付着する。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によれば、まず、ＲＩＥ装置のメンテナンス後に上部電極８の被エッチング膜との対向面に密着層１１を形成し、次いで、所望の形状に加工するために被エッチング膜である強誘電体材料２を有する支持基板５のドライエッチングを行うことにより、被エッチング膜である強誘電体材料２のドライエッチング時に発生する反応生成物９は、上部電極８に直接付着せず、密着層１１を介して上部電極８に付着することとなる。これにより、従来発生していた上部電極８と反応生成物９との界面での剥離を防止することが可能となる。
【００２９】
上記したように、本実施の形態においては、強誘電体材料２のドライエッチング時の反応ガス（エッチングガス）としてＣｌとＢｒを含むガスが用いられており、また、強誘電体材料２としてＳｒ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｏを含むペロブスカイト構造のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられている。これらＳｒ、Ｂｉ、Ｔａの塩化物及び臭化物は、その融点が非常に高いことが一般的に知られており、例えば、ＳｒＣｌ2 、ＳｒＢｒ2 の融点はそれぞれ１１４６Ｋ、９３１Ｋ、ＢｉＣｌ3 、ＢｉＢｒの融点はそれぞれ５０７Ｋ、５６７Ｋ、ＴａＣｌ4 、ＴａＢｒ5 の融点はそれそれ５７０Ｋ、５１３Ｋである。
【００３０】
本実施の形態で説明した方法は、このようにエッチングガスと被エッチング膜との反応生成物の融点が高い場合において有効な手段であり、その効果は、エッチングガスと被エッチング膜との反応生成物の融点が５００Ｋ以上の場合に特に顕著となる。
【００３１】
すなわち、本実施の形態においては、被エッチング膜としてＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられ、エッチングガスとしてＣｌとＢｒを含むガスが用いられているが、被エッチング膜とエッチングガスとの反応生成物の融点が５００Ｋ以上のすべての場合において本発明の効果が得られる。
【００３２】
本実施の形態において密着層１１として用いられているＴｉには、強誘電体材料を用いた容量素子において電極として用いられるＰｔ（白金）と層間絶縁膜として用いられる酸化膜との密着層として一般的に用いられていることからも分るように、異なる２種の材料同士の密着強度を向上させるという効果がある。これにより、従来、上部電極８と反応生成物９との界面で発生していた反応生成物９の剥離を防止することができる。
【００３３】
図２に、本実施の形態による効果を示す。
【００３４】
図２（ａ）は、従来の方法によって強誘電体材料２をドライエッチングしたときの、処理枚数の増加に伴う反応生成物９の剥離によるパーティクル数の推移を示している。図２（ａ）に示すように、処理枚数の増加に伴って反応生成物９の剥離によるパーティクルの発生が増加傾向を示し、最終的にその数は１００個を超えている。
【００３５】
一方、図２（ｂ）は、本実施の形態の方法によって強誘電体材料２をドライエッチングしたときの、処理枚数の増加に伴う反応生成物９の剥離によるパーティクル数の推移を示している。図２（ｂ）に示すように、処理枚数の増加に伴う反応生成物の剥離によるパーティクルの発生数は４０個から７０個の間であり、従来の方法と比較して反応生成物９の剥離によるパーティクルに起因する強誘電体材料２の加工不良を低減できることが分かる。
【００３６】
尚、本実施の形態においては、ドライエッチング装置としてＲＩＥ装置を用いているが、上部電極と被エッチング膜を有する支持基板とが対向する構成の全てのドライエッチング装置で同様の効果が得られる。
【００３７】
また、本実施の形態においては、最表面にＴｉが堆積された基板をドライエッチングすることにより、上部電極８の被エッチング膜との対向面にＴｉを含む密着層１１を形成しているが、密着層１１の材料及び形成方法は必ずしも以上のような材料及び形成方法に限定されるものではない。上部電極８の被エッチング膜との対向面と、被エッチング膜のドライエッチング時に発生する反応生成物９との密着強度を向上させる材料であればよく、また、上部電極８の被エッチング膜との対向面に密着層１１を形成することができる方法であればよい。例えば、密着層１１の材料としては、Ｔａ（タンタル）を用いることもできる。また、上部電極８を一旦エッチング装置から取り出し、スパッタリング法を用いて直接Ｔｉを成膜することにより、密着層１１を形成してもよい。さらに、上部電極８を一旦エッチング装置から取り出し、メッキ法を用いて直接Ｔｉをコーティングすることにより、密着層１１を形成してもよい。
【００３８】
［第２の実施の形態］
本実施の形態においても、従来技術の説明で用いた図７〜図９をも参照しながら、半導体装置の製造方法について説明する。
【００３９】
図３に、本実施の形態において支持基板上の被エッチング膜である強誘電体材料を所望の形状に加工するためのドライエッチングを行った際のＲＩＥ装置の上部電極の状態を示す。
【００４０】
図３（ａ）は、ＲＩＥ装置のメンテナンス後における上部電極８の断面形状を示している。図３（ａ）に示す上部電極８の被エッチング膜（被処理膜）である強誘電体材料２（図７参照）（図８においては、被エッチング膜を有する支持基板５中の被エッチング膜）との対向面は、ウェット洗浄又はスパッタ洗浄により、上部電極材料が完全に露出し、その他の異物が付着していない状態となっている。
【００４１】
この状態で、まず、図３（ｂ）に示すように、上部電極８の被エッチング膜との対向面に密着層１１を形成する。密着層１１の形成は、最表面に５０ｎｍ厚のＴｉが堆積された基板を、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングすることによって行う。これにより、上部電極８の被エッチング膜との対向面にＴｉを含む密着層１１が形成される。
【００４２】
次いで、図７（ａ）に示す構造を有する基板の強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを、ＣｌとＢｒを含むガスを用いて行う。ここで、強誘電体材料２としてはＳｒ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｏを含むペロブスカイト構造のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられ、マスク３としてはフォトレジストが用いられる。図７（ａ）に示す構造を有する基板の強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを行うと、図３（ｃ）に示すように、上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）との対向面に形成された密着層１１上に、強誘電体材料２の成分とドライエッチングに用いたガスの成分を含む反応生成物９が付着する。
【００４３】
次いで、図３（ｄ）に示すように、図３（ｃ）の工程で密着層１１の上に付着した反応生成物９上にさらなる密着層１１を形成する。この密着層１１の形成は、図３（ｂ）の工程と同様に、最表面に５０ｎｍ厚のＴｉが堆積された基板を、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングすることによって行う。これにより、上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）との対向面に、密着層１１によって挟まれた反応生成物９が形成された状態となる。
【００４４】
次いで、再度、図７（ａ）に示す構造を有する基板の強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを、ＣｌとＢｒを含むガスを用いて行うと、図３（ｅ）に示すように、図３（ｄ）の工程で形成された密着層１１上に反応生成物９が付着する。すなわち、上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）との対向面に、密着層１１と反応生成物９とが交互に形成（付着）された状態となる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態によれば、ＲＩＥ装置のメンテナンス後に、上部電極８の被エッチング膜との対向面への密着層１１の形成と、被エッチング膜である強誘電体材料２のドライエッチングとを交互に行うことにより、被エッチング膜である強誘電体材料２のドライエッチング時に発生する反応生成物９は、上部電極８に直接付着せず、密着層１１を介して上部電極８に付着する。これにより、従来発生していた上部電極８と反応生成物９との界面での剥離を防止することが可能となる。また、強誘電体材料２のドライエッチング時に発生し、上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）との対向面に付着する反応生成物９は、密着層１１によって挟まれた構造となり、反応生成物９同士の密着性向上に寄与することとなる。
【００４６】
本実施の形態で説明した方法も、上記第１の実施の形態と同様に、エッチングガスと被エッチング膜との反応生成物の融点が高い場合において有効な手段であり、その効果は、反応生成物同士が剥離し易い場合に特に顕著となる。また、上記第１の実施の形態と同様に、その効果は、エッチングガスと被エッチング膜との反応生成物の融点が５００Ｋ以上の場合に特に顕著となる。
【００４７】
図４に、本実施の形態による効果を示す。図４は、本実施の形態の方法によって強誘電体材料２をドライエッチングしたときの、処理枚数の増加に伴う反応生成物９の剥離によるパーティクル数の推移を示している。図４に示すように、処理枚数の増加に伴う反応生成物の剥離によるパーティクルの発生数は５０個以下であり、従来の方法（図２（ａ）参照）と比較して反応生成物９の剥離によるパーティクルに起因する強誘電体材料２の加工不良を低減できることが分かる。
【００４８】
尚、本実施の形態においては、ドライエッチング装置としてＲＩＥ装置を用いているが、上部電極と被エッチング膜を有する支持基板とが対向する構成の全てのドライエッチング装置で同様の効果が得られる。
【００４９】
また、本実施の形態においては、最表面にＴｉが堆積された基板をドライエッチングすることにより、上部電極８の被エッチング膜との対向面にＴｉを含む密着層１１を形成しているが、密着層１１の材料及び形成方法は必ずしも以上のような材料及び形成方法に限定されるものではない。上部電極８の被エッチング膜との対向面と、被エッチング膜のドライエッチング時に発生する反応生成物９との密着強度を向上させる材料であればよく、また、上部電極８の被エッチング膜との対向面に密着層１１を形成することができる方法であればよい。
【００５０】
［第３の実施の形態］
図５に、本実施の形態における強誘電体材料を用いた容量素子の製造工程のうち、強誘電体材料の加工工程を示す。
【００５１】
まず、図５（ａ）に示すように、ＭＯＳトランジスタ、容量素子の下電極等を含む支持基板１上に、スパッタリング法により密着層１３を形成する。次に、密着層１３上に、スパッタリング法や有機金属堆積（metal organic deposition：ＭＯＤ）法により強誘電体材料２を形成し、強誘電体材料２上に、当該強誘電体材料２を所望の形状に加工するためのマスク３を形成する。ここで、密着層１３の材料としてはＴｉが用いられ、その構造は、Ｔｉ単体、又はＰｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ2 から選ばれた材料とＴｉとの積層体である。また、強誘電体材料２としてはＳｒ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｏを含むペロブスカイト構造のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられ、マスク３としてはフォトレジストが用いられる。
【００５２】
次いで、メンテナンスを行った図８に示すＲＩＥ装置を用い、最表面に５０ｎｍ厚のＴｉが堆積された基板を、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングした後、図５（ａ）に示す構造を有する基板の強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを、ＣｌとＢｒを含むガスを用いて行う。これにより、図５（ｂ）に示すように、マスク３の開口領域において強誘電体材料２が完全にドライエッチングされ、密着層１３が露出した状態となる。そして、上部電極８の被エッチング膜と対向する面に密着層１１が形成され、この密着層１１の上に、強誘電体材料２とドライエッチングに使用したガスとの反応生成物９が付着する。
【００５３】
次いで、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、密着層１３のドライエッチングを、Ａｒを含むガスを用いて行う。これにより、密着層１３が選択的に除去され、図５（ｃ）の状態となる。そして、この除去された密着層１３が、上部電極８の被エッチング膜と対向する面上の反応生成物９の上に付着して密着層１１となる。
【００５４】
最後に、図５（ｄ）に示すように、マスク３を取り去る。以上の工程により、強誘電体材料２の加工が行われる。
【００５５】
以上のように、本実施の形態においては、ＲＩＥ装置のメンテナンス後に、まず、最表面に５０ｎｍ厚のＴｉが堆積された基板を、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングすることにより、上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）との対向面に密着層１１を形成し（図１（ｂ）、図３（ｂ）参照）、次いで、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、密着層１３上に被エッチング膜である強誘電体材料２が形成された支持基板１を、ＣｌとＢｒを含むガスを用いてドライエッチングした。これにより、ＲＩＥ装置の上部電極８の被エッチング膜（強誘電体材料２）と対向する面に、密着層１１と、強誘電体材料２とドライエッチングに使用したガスとの反応生成物９と、密着層１１とが交互に形成（付着）された状態となる（図３（ｅ）参照）。
【００５６】
これは、すなわち、上記第２の実施の形態で説明した、ＲＩＥ装置の上部電極８の被エッチング膜との対面に、密着層１１と反応生成物９と密着層１１とを交互に形成（付着）することと同様である。従って、本実施の形態の方法によっても、従来発生していた上部電極８と反応生成物９との界面での剥離を防止し、強誘電体材料２の加工不良を低減することができる。
【００５７】
尚、本実施の形態においては、支持基板１と強誘電体材料２との間の密着層１３の材料としてＴｉを用いているが、密着層１３の材料は必ずしもＴｉに限定されるものではない。支持基板１と強誘電体材料２との密着層となり、また、強誘電体材料２のドライエッチング時に発生する反応生成物９同士の密着強度を向上させる材料であればよい。
【００５８】
また、本実施の形態においては、ドライエッチング装置としてＲＩＥ装置を用いているが、上部電極と、密着層となる材料を含む膜及び被エッチング膜が基板側からこの順に積層された支持基板とが対向する構成の全てのドライエッチング装置で同様の効果が得られる。
【００５９】
［第４の実施の形態］
図６に、本実施の形態における強誘電体材料を用いた容量素子の製造工程のうち、強誘電体材料の加工工程を示す。
【００６０】
まず、図６（ａ）に示すように、ＭＯＳトランジスタ、容量素子の下電極等を含む支持基板１上に、スパッタリング法や有機金属堆積法（ＭＯＤ法）により強誘電体材料２を形成する。次に、強誘電体材料２上に、スパッタリング法により密着層１４を形成し、密着層１４上に、強誘電体材料２を所望の形状に加工するためのマスク３を形成する。ここで、密着層１４の材料としてはＴｉが用いられ、その構造は、Ｔｉ単体、又はＰｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ2 から選ばれた材料とＴｉとの積層体である。また、強誘電体材料２としてはＳｒ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｏを含むペロブスカイト構造のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられ、マスク３としてはフォトレジストが用いられる。
【００６１】
次いで、メンテナンスを行った図８に示すＲＩＥ装置を用い、図６（ａ）に示す構造を有する基板の密着層１４を、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングする。これにより、密着層１４が選択的に除去され、図６（ｂ）の状態となる。そして、この除去された密着層１４が、上部電極８の被エッチング膜と対向する面に付着して密着層１１となる。
【００６２】
次いで、図６（ｂ）に示す構造を有する基板の強誘電体材料２を加工するためのドライエッチングを、ＣｌとＢｒを含むガスを用いて行う。これにより、図６（ｃ）に示すように、マスク３の開口領域において支持基板１が露出した状態となる。そして、上部電極８の被エッチング膜と対向する面に付着した密着層１１の上に、強誘電体材料２とドライエッチングに使用したガスとの反応生成物９が付着する。
【００６３】
最後に、図６（ｄ）に示すように、マスク３を取り去る。以上の工程により、強誘電体材料２の加工が行われる。
【００６４】
以上のように、本実施の形態においては、ＲＩＥ装置のメンテナンス後に、図６（ａ）に示すような強誘電体材料２の上に密着層１４が形成された支持基板１を、ドライエッチングすることにより、上部電極８の被エッチング膜と対向する面に、密着層１１（強誘電体材料２上に形成された密着層１４によるもの）と、強誘電体材料２とドライエッチングに使用したガスとの反応生成物９と、密着層１１とが交互に形成（付着）された状態が得られる。ここで、三層目の密着層１１は、図６（ａ）に示す構造を有する次の基板の密着層１４を、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングしたときに形成される。
【００６５】
これは、すなわち、上記第２の実施の形態で説明した、ＲＩＥ装置の上部電極８の被エッチング膜との対面に、密着層１１と反応生成物９と密着層１１とを交互に形成（付着）することと同様である。従って、本実施の形態の方法によっても、従来発生していた上部電極８と反応生成物９との界面での剥離を防止し、強誘電体材料２の加工不良を低減することができる。
【００６６】
尚、本実施の形態においては、強誘電体材料２上の密着層１４の材料としてＴｉを用いているが、密着層１４の材料は必ずしもＴｉに限定されるものではなく、強誘電体材料２のドライエッチング時に発生する反応生成物９同士の密着強度を向上させる材料であればよい。
【００６７】
また、本実施の形態においては、ドライエッチング装置としてＲＩＥ装置を用いているが、上部電極と、被エッチング膜及び密着層となる材料を含む膜が基板側からこの順に積層された支持基板とが対向する構成の全てのドライエッチング装置で同様の効果が得られる。
【００６８】
また、上記実施の形態においては、強誘電体材料としてＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が用いられているが、このほかに、ＳｒＢｉ2 （Ｔａx Ｎｂ1-x ）2 Ｏ9 、（Ｂａx Ｓｒ1-x ）ＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 又は（Ｂｉx Ｌａ1-x ）4 Ｔｉ3 Ｏ12（０≦ｘ≦１）等を用いることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被エッチング膜のドライエッチング時に発生する反応生成物が、上部電極に直接付着せず、密着層を介して上部電極に付着することとなる。また、被エッチング膜のドライエッチング時に発生し、上部電極の被エッチング膜との対向面に付着する反応生成物が、密着層によって挟まれた構造となり、反応生成物同士の密着性向上に寄与することとなる。このため、従来発生していた上部電極と反応生成物との界面での剥離を防止することができる。その結果、強誘電体材料の加工不良がなく、正常な特性を有する半導体装置を確実に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態において支持基板上の被エッチング膜を所望の形状に加工するためのドライエッチングを行った際の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置の上部電極の状態を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態における処理枚数の増加に伴う反応生成物の剥離によるパーティクル数の推移を示す図
【図３】本発明の第２の実施の形態において支持基板上の被エッチング膜を所望の形状に加工するためのドライエッチングを行った際のＲＩＥ装置の上部電極の状態を示す断面図
【図４】本発明の第２の実施の形態における処理枚数の増加に伴う反応生成物の剥離によるパーティクル数の推移を示す図
【図５】本発明の第３の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図６】本発明の第４の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図７】従来技術における半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図８】反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を示す断面図
【図９】従来技術において支持基板上の被エッチング膜を所望の形状に加工するためのドライエッチングを行った際の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置の上部電極の状態を示す断面図
【符号の説明】
１ ＭＯＳトランジスタ、容量素子の下電極等を含む支持基板
２ 強誘電体材料
３ マスク
４ 高周波（ｒｆ）電源
５ 被エッチング膜を有する支持基板
６ ＲＩＥ装置の下部電極
７ チャンバー
８ ＲＩＥ装置の上部電極
９ 反応生成物
１０ 剥離した反応生成物
１１ 密着層
Claims (9)
- 上部電極と、強誘電体材料を含む被エッチング膜を有する支持基板とが対向する構成のドライエッチング装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
前記ドライエッチング装置のメンテナンス後に、前記上部電極の前記被エッチング膜との対向面上に密着層を形成する第１工程と、
前記被エッチング膜を反応性イオンエッチング法によりドライエッチングして、前記密着層上にエッチングガスと前記被エッチング膜との反応生成物を形成する第２工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第１工程と前記第２工程とを少なくとも２回繰り返す請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 上部電極と、密着層となる材料を含む膜及び強誘電体材料を含む被エッチング膜が基板側からこの順に積層された支持基板とが対向する構成のドライエッチング装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
前記ドライエッチング装置のメンテナンス後に、前記上部電極の前記被エッチング膜との対向面上に第１密着層を形成する第１工程と、
前記被エッチング膜を反応性イオンエッチング法によりドライエッチングして、前記第１密着層上にエッチングガスと前記被エッチング膜との反応生成物を形成する第２工程と、
前記密着層となる材料をドライエッチングして、前記反応生成物上に第２密着層を形成する第３工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 上部電極と、強誘電体材料を含む被エッチング膜及び密着層となる材料を含む膜が基板側からこの順に積層された支持基板とが対向する構成のドライエッチング装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
前記ドライエッチング装置のメンテナンス後に、前記密着層となる材料を含む膜をドライエッチングして、前記上部電極の前記被エッチング膜との対向面上に密着層を形成する第１工程と、
前記被エッチング膜を反応性イオンエッチング法によりドライエッチングして、前記密着層上にエッチングガスと前記被エッチング膜との反応生成物を形成する第２工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第１工程がドライエッチングを用いて行われる請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記密着層がＴｉを含む請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記反応生成物の融点が５００Ｋ以上である請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記強誘電体材料が、ＳｒＢｉ2 （ＴａX Ｎｂ1-X ）2 Ｏ9 、（ＢａX Ｓｒ1-X ）ＴｉＯ3 、Ｐｂ（ＺｒX Ｔｉ1-X ）Ｏ3 又は（ＢｉX Ｌａ1-X ）4 Ｔｉ3 Ｏ12（０≦Ｘ≦１）のいずれかである請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記被エッチング膜が、Ｐｔ、Ｉｒ又はＩｒＯ2 のいずれかを含む請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002057510A JP3963431B2 (ja) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002057510A JP3963431B2 (ja) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003257946A JP2003257946A (ja) | 2003-09-12 |
| JP3963431B2 true JP3963431B2 (ja) | 2007-08-22 |
Family
ID=28667751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002057510A Expired - Fee Related JP3963431B2 (ja) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3963431B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007005381A (ja) | 2005-06-21 | 2007-01-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プラズマエッチング方法、及びプラズマエッチング装置 |
| US8435379B2 (en) * | 2007-05-08 | 2013-05-07 | Applied Materials, Inc. | Substrate cleaning chamber and cleaning and conditioning methods |
| EP4127796A4 (en) * | 2020-03-31 | 2023-10-11 | Psiquantum Corp. | PATTERNING PROCESS FOR PHOTONIC COMPONENTS |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0684851A (ja) * | 1992-09-01 | 1994-03-25 | Mitsubishi Electric Corp | プラズマエッチング方法およびプラズマ処理装置 |
| JPH07335626A (ja) * | 1994-06-10 | 1995-12-22 | Hitachi Ltd | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| JP2000012523A (ja) * | 1998-06-22 | 2000-01-14 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP2000195846A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Fujitsu Ltd | ドライエッチング方法およびドライエッチング装置 |
| WO2001040540A1 (en) * | 1999-12-02 | 2001-06-07 | Tegal Corporation | Improved reactor with heated and textured electrodes and surfaces |
-
2002
- 2002-03-04 JP JP2002057510A patent/JP3963431B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003257946A (ja) | 2003-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6169305B1 (en) | Semiconductor device and method for fabricating the same | |
| US7466537B2 (en) | Capacitor and its manufacturing method | |
| JP2006019729A (ja) | １層マスクエッチング方法 | |
| JP2009253033A (ja) | 半導体記憶装置及びその製造方法 | |
| US7148532B2 (en) | Ferroelectric element and method of manufacturing ferroelectric element | |
| JP3931113B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP3963431B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| KR100816597B1 (ko) | 강유전체 캐패시터의 형성 방법, 강유전체 캐패시터 및전자 디바이스 | |
| US7547638B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| US7548408B2 (en) | Capacitor and its manufacturing method | |
| JPH1022274A (ja) | エッチング方法及び半導体装置の製造方法 | |
| JP2003273330A (ja) | 容量素子の製造方法 | |
| JP2008270630A (ja) | 圧電デバイスの製造方法 | |
| JP2005311294A (ja) | 強誘電体容量素子の製造方法及び強誘電体容量素子 | |
| JP2003224207A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP5385553B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP4784724B2 (ja) | 強誘電体メモリの製造方法 | |
| JP3039461B2 (ja) | 容量素子の製造方法 | |
| US7636994B2 (en) | Method of making a piezoelectric device | |
| JP4678251B2 (ja) | キャパシタの製造方法 | |
| JP3675453B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2004241692A (ja) | 強誘電体メモリ素子の製造方法 | |
| JP2000340767A (ja) | 半導体メモリ素子の製造方法 | |
| JP2004335536A (ja) | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 | |
| JP2007242847A (ja) | キャパシタおよびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041006 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050921 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050929 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051109 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061107 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061207 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070424 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070521 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100601 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110601 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120601 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |