JP4998337B2 - Dielectric element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は誘電体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a dielectric element.
チタン酸バリウム等の強誘電体として知られる酸化物は、コンデンサや不揮発メモリ等の誘電体素子が有する誘電体膜を形成するために用いられている。 An oxide known as a ferroelectric such as barium titanate is used to form a dielectric film included in a dielectric element such as a capacitor or a nonvolatile memory.
誘電体素子は、一般に、下部電極としての貴金属膜上に形成された誘電体膜をエッチングして、下部電極の一部を露出させる工程を経て製造される。チタン酸バリウム等の酸化物から形成された誘電体膜をエッチングする方法としては、濃塩酸を用いたウェットエッチングによる方法が知られている(例えば、非特許文献1)。 In general, a dielectric element is manufactured through a step of etching a dielectric film formed on a noble metal film as a lower electrode to expose a part of the lower electrode. As a method for etching a dielectric film formed from an oxide such as barium titanate, a method by wet etching using concentrated hydrochloric acid is known (for example, Non-Patent Document 1).
一方、特許文献1では、低k中間層を含む金属基板をプラズマエッチングおよび/または化学機械研摩した後に残っている酸化物残留物を選択的にエッチングするための組成物として、フッ素含有化合物を含む組成物が提案されている。
しかしながら、卑金属膜上に形成された誘電体膜を濃塩酸によりエッチングすると、誘電体膜ばかりでなく卑金属膜もエッチングされてしまうという問題があった。また、フッ素含有化合物を用いた場合、卑金属膜のエッチングは抑制されるものの、卑金属膜表面に不要物であるフッ化物が付着して、卑金属膜が所望のパターンで露出しなくなるという問題があることが明らかとなった。 However, when the dielectric film formed on the base metal film is etched with concentrated hydrochloric acid, not only the dielectric film but also the base metal film is etched. In addition, when a fluorine-containing compound is used, etching of the base metal film is suppressed, but there is a problem in that an unnecessary fluoride adheres to the surface of the base metal film and the base metal film is not exposed in a desired pattern. Became clear.
本発明はこれら事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、卑金属膜及び該卑金属膜上に形成された誘電体膜を有する誘電体素子の製造において、卑金属膜の損傷、及び卑金属膜表面への不要物の付着を抑制しながら、誘電体膜を適度なエッチングレート且つ良好なコントラストでエッチングすることを可能にする方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of these circumstances. The purpose of the present invention is to manufacture a base metal film and a dielectric element having a dielectric film formed on the base metal film. It is an object of the present invention to provide a method capable of etching a dielectric film with an appropriate etching rate and good contrast while suppressing adhesion of unnecessary substances to the substrate.
本発明に係る誘電体素子の製造方法は、Ba、Sr及びCaからなるA群から選ばれる1種以上の元素とTi及びZrからなるB群から選ばれる1種以上の元素とを有する酸化物を含み卑金属膜上に形成された誘電体膜をエッチング液に接触させることにより、誘電体膜の一部を除去する工程を備える。エッチング液は、フッ化アンモニウム及びフッ化水素のうち少なくとも一方のフッ素化合物を0.01〜3.0mol/Lと、塩酸、硝酸、燐酸及び酢酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の酸を0.1〜5.0mol/Lとを含有する水溶液である。 The dielectric element manufacturing method according to the present invention includes an oxide having at least one element selected from the group A consisting of Ba, Sr and Ca and at least one element selected from the group B consisting of Ti and Zr. And a step of removing a part of the dielectric film by bringing the dielectric film formed on the base metal film into contact with an etching solution. The etching solution contains 0.01 to 3.0 mol / L of at least one fluorine compound of ammonium fluoride and hydrogen fluoride, and at least one acid selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, and acetic acid. An aqueous solution containing 1 to 5.0 mol / L.
上記本発明に係る製造方法によれば、フッ素化合物及び塩酸等の酸を併用し、それらの濃度を上記特定範囲としたことにより、卑金属膜の損傷、及び卑金属膜表面への不要物の付着を抑制しながら、誘電体膜を適度なエッチングレート且つ良好なコントラストでエッチングすることが可能になった。フッ素化合物を含有するエッチング液を用いたとき、誘電体膜が除去された部分の卑金属膜上に白色の皮膜が形成される場合があるが、この皮膜は主としてフッ化バリウム等の塩が析出したものであり、塩酸等の酸を併用することにより、このような塩の析出が抑制されると考えられる。また、フッ素化合物と組合わせる酸としては、例えば硫酸のように誘電体膜中のBaと反応してエッチング液に不溶の塩を形成するものではなく、塩酸、硝酸、燐酸及び酢酸から選ばれるものを用いることにより、そのような塩の析出も防止される。 According to the manufacturing method according to the present invention, by using a fluorine compound and an acid such as hydrochloric acid in combination, and by setting the concentration of the acid within the specified range, damage to the base metal film and adhesion of unnecessary substances to the surface of the base metal film are achieved. It was possible to etch the dielectric film with an appropriate etching rate and good contrast while suppressing it. When an etching solution containing a fluorine compound is used, a white film may be formed on the base metal film where the dielectric film has been removed, but this film is mainly deposited with a salt such as barium fluoride. It is considered that precipitation of such salts is suppressed by using an acid such as hydrochloric acid in combination. The acid combined with the fluorine compound does not react with Ba in the dielectric film to form an insoluble salt in the etching solution, such as sulfuric acid, but is selected from hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and acetic acid. By using this, precipitation of such a salt is also prevented.
誘電体膜の一部を除去する工程においては、誘電体膜をエッチング液に10秒〜20分接触させることが好ましい。これにより、工程の再現性が得やすくなるとともに、より良好なコントラストでエッチングすることが可能になる。 In the step of removing a part of the dielectric film, the dielectric film is preferably brought into contact with the etching solution for 10 seconds to 20 minutes. This makes it easy to obtain process reproducibility and enables etching with better contrast.
卑金属膜はステンレス、Cu及びNiのうち少なくともいずれか1つを含むことが好ましい。また、Ba、Sr及びCaからなるA群から選ばれる1種以上の元素とTi及びZrからなるB群から選ばれる1種以上の元素とを有する酸化物は、チタン酸バリウム又はチタン酸バリウムストロンチウムであることが好ましい。従来の方法では、これらの材料により構成される誘電体素子を製造する場合、卑金属膜の損傷、及び卑金属膜表面への不要物の付着が生じやすいことから、本発明に係る製造方法の適用が特に有用である。 The base metal film preferably contains at least one of stainless steel, Cu and Ni. The oxide having one or more elements selected from Group A consisting of Ba, Sr and Ca and one or more elements selected from Group B consisting of Ti and Zr is barium titanate or barium strontium titanate. It is preferable that In the conventional method, when manufacturing a dielectric element composed of these materials, the base metal film is easily damaged, and unnecessary substances adhere to the surface of the base metal film. Therefore, the manufacturing method according to the present invention is applied. It is particularly useful.
本発明によれば、卑金属膜及び該卑金属膜上に形成された誘電体膜を有する誘電体素子の製造において、卑金属膜の損傷、及び卑金属膜表面への不要物の付着を抑制しながら、誘電体膜を適度なエッチングレート且つ良好なコントラストでエッチングすることが可能である。また、卑金属膜を用いることから低コスト化の点でも有利である。 According to the present invention, in the manufacture of a dielectric element having a base metal film and a dielectric film formed on the base metal film, it is possible to suppress dielectric damage while suppressing damage to the base metal film and adhesion of unnecessary substances to the surface of the base metal film. It is possible to etch the body film with an appropriate etching rate and good contrast. In addition, the use of a base metal film is advantageous in terms of cost reduction.
以下、誘電体素子である薄膜コンデンサの製造方法を例にして本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail by taking as an example a method of manufacturing a thin film capacitor which is a dielectric element. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
図1及び2は、薄膜コンデンサの製造方法の一実施形態を示す断面図である。本実施形態に係る製造方法は、下部電極としての卑金属膜1上に誘電体膜3を形成する工程と、誘電体膜3の一部を覆うレジストパターン5を形成する工程(図1(a))と、卑金属膜1上に形成された誘電体膜3をエッチング液に接触させることにより、誘電体膜3のうちレジストパターン5によって覆われていない部分を除去して、誘電体膜3をパターン化する工程(図1(b))と、レジストパターン5を除去する工程(図1(c))と、卑金属膜1及びパターン化された誘電体膜3から構成される積層体の誘電体膜3側の面上に金属膜7を形成する工程(図2(a))と、金属膜7のうちパターン化された誘電体膜3上に形成された部分の一部を覆うレジストパターン10を形成する工程(図2(b)と、金属膜7のうちレジストパターン10によって覆われていない部分を除去して、パターン化された金属膜7を上部電極として形成する工程(図2(c))と、レジストパターン10を除去する工程(図2(d))とを備える。本実施形態に係る方法により、下部電極としての卑金属膜1と、卑金属膜1と対向配置された上部電極としての金属膜7と、卑金属膜1及び金属膜7の間に形成された誘電体膜3とを有する薄膜コンデンサ100が得られる。
1 and 2 are cross-sectional views showing an embodiment of a method for manufacturing a thin film capacitor. The manufacturing method according to this embodiment includes a step of forming a
卑金属膜1は、1種又は2種以上の卑金属から構成される金属膜であり、コンデンサ100において下部電極として機能する。卑金属膜1はステンレス、Cu及びNiのうち少なくともいずれか1つを含むことが好ましい。卑金属膜1は、例えばニッケル箔のような金属箔であってもよい。
The
誘電体膜3は、例えば、Ba、Sr及びCaからなるA群から選ばれる1種以上の元素とTi及びZrからなるB群から選ばれる1種以上の元素とを有する酸化物をスパッタ法で成膜する方法により卑金属膜1上に形成される。より具体的には、例えばチタン酸バリウム又はチタン酸バリウムストロンチウムが卑金属膜1上に成膜される。
The
レジストパターン5は、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー技術により形成することができる。レジストパターン5は、誘電体膜3のうちエッチングにより除去される部分が露出する開口を形成しており、エッチングの際のマスクとして機能する。
The
卑金属膜1、誘電体膜3及びレジストパターン5から構成される積層体をエッチング液に浸漬することにより、誘電体膜3のうちレジストパターン5によって覆われていない部分が除去される。
By immersing the laminated body composed of the
エッチング液は、フッ化アンモニウム及びフッ化水素のうち少なくとも一方のフッ素化合物と、塩酸、硝酸、燐酸及び酢酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の酸と、水とを含有する水溶液である。 The etching solution is an aqueous solution containing at least one fluorine compound of ammonium fluoride and hydrogen fluoride, at least one acid selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and acetic acid, and water.
フッ素化合物の濃度は、エッチング液に対して0.01〜3.0mol/Lである。フッ化アンモニウム及びフッ化水素を併用する場合、それらの合計の濃度が0.01〜3.0mol/Lであればよい。フッ素化合物の濃度が0.01mol/L未満であるとエッチングレートが低下する傾向にあり、3.0mol/Lを超えるとエッチングレートが過度に大きくなって工程上の制御が困難になる傾向がある。同様の観点から、フッ素化合物の濃度はより好ましくは0.02〜1.0mol/Lである。 The concentration of the fluorine compound is 0.01 to 3.0 mol / L with respect to the etching solution. When ammonium fluoride and hydrogen fluoride are used in combination, the total concentration thereof may be 0.01 to 3.0 mol / L. If the concentration of the fluorine compound is less than 0.01 mol / L, the etching rate tends to decrease, and if it exceeds 3.0 mol / L, the etching rate tends to be excessively increased and control in the process tends to be difficult. . From the same viewpoint, the concentration of the fluorine compound is more preferably 0.02 to 1.0 mol / L.
塩酸、硝酸、燐酸及び酢酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の酸の濃度は、エッチング液に対して0.1〜5.0mol/Lである。2種以上の酸が用いられる場合、合計の濃度が0.1〜5.0mol/Lであればよい。係る濃度が0.1mol/L未満であると卑金属膜1への不溶物の付着を抑制する効果が小さくなる傾向があり、5.0mol/Lを超えると卑金属膜1の損傷防止の効果が小さくなる傾向がある。同様の観点から、上記酸の濃度は、好ましくは、塩酸では1.0〜5.0mol/L、硝酸では1.3〜5.0mol/L、燐酸では1.0〜5.0mol/L、酢酸では1.0〜5.0mol/Lである。これらの酸のうち、濃度によるエッチングレート調整が特に容易であるという観点から、塩酸が特に好ましい。
The concentration of at least one acid selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and acetic acid is 0.1 to 5.0 mol / L with respect to the etching solution. When two or more kinds of acids are used, the total concentration may be 0.1 to 5.0 mol / L. If the concentration is less than 0.1 mol / L, the effect of suppressing adhesion of insoluble matter to the
上記エッチング液を用いることにより、適度なエッチングレートで誘電体膜3をエッチングすることが可能になる。生産効率及び工程管理の観点から、エッチングレート(単位時間当たりに除去される厚さ)は40〜500nm/min.程度であることが好ましい。また、上記エッチング液はイソプロピルアルコール、エチルアルコール、メチルアルコールなどの低級アルコールを含有することが好ましい。低級アルコールをエッチング液に添加すると、エッチング液のレジストパターンに対する濡れ性が向上し、微細なパターンの形成が可能になる。低級アルコールの好ましい濃度は1質量%程度である。
By using the etching solution, the
エッチング液への浸漬の時間、言い換えると誘電体膜3をエッチング液に接触させる時間は、好ましくは10秒〜20分である。浸漬の時間が10秒未満であると工程の再現性が低下する傾向があり、20分を超えると、誘電体膜3のうちエッチングせずに残すべき部分がサイドエッチにより除去されてしまったり、エッチングパターンが明りょうでなくなったりする傾向がある。
The time of immersion in the etching solution, in other words, the time for bringing the
エッチングの後、レジストパターン5は除去される(図1(c))。
After the etching, the resist
その後、卑金属膜1及び誘電体膜3から構成される積層体の誘電体膜3側の面上に金属膜7が形成される。金属膜7は例えば白金により形成される。
Thereafter, a
金属膜7のうち所定の部分を覆うようにレジストパターン10を形成する。レジストパターン10をマスクとして用いたエッチングにより、金属層7がパターン化される。金属層7のエッチングは、例えば、イオンミリング法、反応性イオンエッチング法のような方法で好適に行うことができる。
A resist
金属層7のエッチングの後、レジストパターン10を除去して、薄膜コンデンサ100が得られる。
After the
本発明は、以上のような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形が可能である。例えば、レジストパターンに代えて、所定のパターンで形成された金属膜である上部電極をエッチングのマスクとして用いてもよい。 The present invention is not limited to the embodiment as described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, instead of the resist pattern, an upper electrode that is a metal film formed in a predetermined pattern may be used as an etching mask.
以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
ニッケル箔上にスパッタ法により厚さ100nmのチタン酸バリウム膜(BT膜)を形成し、BT膜上に、感光性樹脂(東京応化工業社製、OFPR−800LB)を用いて所定のパターンでBT膜が露出する開口が形成されたレジストパターンを形成した。 A barium titanate film (BT film) having a thickness of 100 nm is formed on a nickel foil by a sputtering method, and BT is formed on the BT film in a predetermined pattern using a photosensitive resin (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., OFPR-800LB). A resist pattern in which an opening exposing the film was formed was formed.
このようにして準備した試験片を表1に示すNo.1〜26の組成を有する各エッチング液に、23℃で浸漬した。ただし、No.21では銅箔を、No.24ではSUS304箔をそれぞれニッケル箔に代えて用いた。また、No.22ではBST(Ba0.5Sr0.5TiO3)膜(厚さ100nm)を、No.25ではCaTiO3膜(厚さ100nm)を、No.26ではBaZrO3膜をそれぞれBT膜に代えて形成させた。
The test pieces prepared in this way are shown in No. 1 shown in Table 1. It was immersed in each etching liquid which has a composition of 1-26 at 23 degreeC. However, no. In No. 21, a copper foil was used. 24, SUS304 foil was used instead of nickel foil. No. 22 shows a BST (Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 ) film (thickness: 100 nm). No. 25, a CaTiO 3 film (
エッチングによりBT膜又はBST膜が全て除去される時間をエッチング時間として求めた。BT膜又はBST膜残留の有無は、干渉式膜厚測定装置(ナノメトリクスジャパン製、NanoSpec6100)を用いて確認した。 The time for removing all the BT film or BST film by etching was determined as the etching time. The presence or absence of BT film or BST film residue was confirmed using an interference type film thickness measuring device (NanoSpec 6100, manufactured by Nanometrics Japan).
4mol/Lの塩酸をエッチング液として用いたNo.1では、BT膜をエッチングできたものの、ニッケル箔もエッチングされた。1mol/Lの塩酸を用いたNo.2ではエッチングレートが非常に低く、また、ニッケル箔のエッチングも認められた。フッ素化合物のみを含有し、塩酸を含有しないエッチング液を用いたNo.5、10では、比較的高いエッチングレートでBT膜がエッチングされたものの、フッ化バリウムとみられる白色の皮膜がニッケル箔上に形成された。フッ素化合物と組合わせる酸として硫酸を用いたNo.8の場合、硫酸バリウムとみられる白色の皮膜がニッケル箔上に形成された。 No. 4 mol / L hydrochloric acid was used as an etching solution. In 1, the BT film could be etched, but the nickel foil was also etched. No. 1 using 1 mol / L hydrochloric acid. In No. 2, the etching rate was very low, and nickel foil etching was also observed. No. 1 using an etching solution containing only a fluorine compound and no hydrochloric acid. In 5 and 10, the BT film was etched at a relatively high etching rate, but a white film that appeared to be barium fluoride was formed on the nickel foil. No. using sulfuric acid as an acid combined with a fluorine compound. In the case of No. 8, a white film that appears to be barium sulfate was formed on the nickel foil.
これに対して、0.01〜3mol/Lのフッ素化合物と、0.1〜5mol/Lの塩酸、燐酸、硝酸又は酢酸を含有するエッチング液を用いたNo.3、4、6、7、9、13、14、17、19、21〜26の場合、BT膜、BST膜、CaTiO3膜又はBaZrO3膜が適度なエッチングレート且つ良好なコントラストでエッチングされ、ニッケル箔又は銅箔のエッチングや、ニッケル箔上の白色の皮膜の形成も実質的に認められなかった。 On the other hand, No. 1 using an etching solution containing 0.01 to 3 mol / L of a fluorine compound and 0.1 to 5 mol / L of hydrochloric acid, phosphoric acid, nitric acid or acetic acid. In the case of 3, 4, 6, 7, 9, 13, 14, 17, 19, 21-26, the BT film, BST film, CaTiO 3 film or BaZrO 3 film is etched with an appropriate etching rate and good contrast, Neither etching of nickel foil or copper foil nor formation of a white film on the nickel foil was substantially observed.
フッ素化合物及び塩酸の両方を含有する場合であっても、フッ素化合物の濃度が0.01mol/L未満であるNo.15ではBT膜がほとんどエッチングされず、フッ素化合物の濃度が3mol/Lを超えるNo.16ではエッチングレートが大きくなりすぎで、製造上の制御が困難な状態であった。また、塩酸の濃度が0.1mol/L未満のNo.12では、ニッケル箔上に白色の皮膜が形成され、7mol/Lの酢酸を含むエッチング液を用いたNo.20ではエッチングパターンが明りょうでなくなり、パターンのコントラストの点で問題があった。 Even when it contains both a fluorine compound and hydrochloric acid, the concentration of the fluorine compound is less than 0.01 mol / L. In No. 15, the BT film was hardly etched and the concentration of the fluorine compound exceeded 3 mol / L. In No. 16, the etching rate was too high, and it was difficult to control the production. In addition, hydrochloric acid concentration of less than 0.1 mol / L No. No. 12, a white film was formed on the nickel foil, and No. 12 using an etching solution containing 7 mol / L acetic acid. In No. 20, the etching pattern was not clear and there was a problem in the contrast of the pattern.
以上の実験結果から、本発明に係る方法によれば、卑金属膜の損傷、及び卑金属膜表面への不要物の付着を抑制しながら、誘電体膜を適度なエッチングレート且つ良好なコントラストでエッチングすることが可能であることが確認された。 From the above experimental results, according to the method according to the present invention, the dielectric film is etched with an appropriate etching rate and good contrast while suppressing damage to the base metal film and adhesion of unnecessary substances to the surface of the base metal film. It was confirmed that it was possible.
1…卑金属膜(下部電極)、3…誘電体膜、5…レジストパターン、7…金属膜(上部電極)、10…レジストパターン、100…薄膜コンデンサ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記エッチング液が、
フッ素化合物を0.01〜3.0mol/Lと、
塩酸、硝酸及び燐酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の酸を0.1〜5.0mol/Lと、を含有する水溶液であり、
前記フッ素化合物が、フッ化アンモニウムであるか、又はフッ化アンモニウム及びフッ化水素であり、
前記卑金属膜がステンレス、Cu及びNiのうち少なくともいずれか1つを含む、
誘電体素子の製造方法。 A dielectric film formed on a base metal film containing an oxide having one or more elements selected from Group A consisting of Ba, Sr and Ca and one or more elements selected from Group B consisting of Ti and Zr A step of removing a part of the dielectric film by contacting the substrate with an etching solution,
The etchant is
And 0.01~3.0mol / L the full Tsu-containing compounds,
Hydrochloride, an aqueous solution containing a 0.1 to 5.0 mol / L of at least one acid selected from nitric acid and phosphoric acid or Ranaru group,
The fluorine compound is ammonium fluoride or ammonium fluoride and hydrogen fluoride;
The base metal film includes at least one of stainless steel, Cu and Ni;
A method for manufacturing a dielectric element.
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