JP5733943B2 - Method for manufacturing dielectric device - Google Patents

Method for manufacturing dielectric device Download PDF

Info

Publication number
JP5733943B2
JP5733943B2 JP2010232403A JP2010232403A JP5733943B2 JP 5733943 B2 JP5733943 B2 JP 5733943B2 JP 2010232403 A JP2010232403 A JP 2010232403A JP 2010232403 A JP2010232403 A JP 2010232403A JP 5733943 B2 JP5733943 B2 JP 5733943B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
gas
layer
electrode layer
dielectric
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.)
Active
Application number
JP2010232403A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012089550A (en
Inventor
善明 吉田
善明 吉田
小風 豊
豊 小風
昌久 植田
昌久 植田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
Priority to JP2010232403A priority Critical patent/JP5733943B2/en
Publication of JP2012089550A publication Critical patent/JP2012089550A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5733943B2 publication Critical patent/JP5733943B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

本発明は、例えば圧電素子等の誘電体デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a dielectric device such as a piezoelectric element.

近年、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術がますます発展し、インクジェットプリンタヘッド、加速度センサ、HDD(Hard Disk Drive)ヘッドのマイクロアクチュエータ等、MEMS技術の応用範囲が広がっている。例えば、優れた圧電特性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3、PZT)等の強誘電体は、機械−電気変換素子として、MEMSへの応用が盛んに研究されている。 In recent years, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology has been further developed, and the application range of MEMS technology such as inkjet printer heads, acceleration sensors, and HDD (Hard Disk Drive) head microactuators has expanded. For example, ferroelectrics such as lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 , PZT) having excellent piezoelectric properties have been actively studied for application to MEMS as mechanical-electrical conversion elements. .

この種の圧電素子は、強誘電体が一対の電極で挟まれた構造を有している。電極材料には、Pt(白金)やIr(イリジウム)等の貴金属、ニッケル酸ランタン(LNO:LaNiO3)やルテニウム酸ストロンチウム(SRO:SrRuO3)等の導電性酸化物が用いられている。電極の加工には、薬液によるウェットエッチングが主に用いられている(特許文献1参照)。また、塩素とアルゴンの混合ガスを用いたドライエッチングによってLNO電極をエッチングする方法も知られている(特許文献2参照)。 This type of piezoelectric element has a structure in which a ferroelectric is sandwiched between a pair of electrodes. As the electrode material, a noble metal such as Pt (platinum) or Ir (iridium), or a conductive oxide such as lanthanum nickelate (LNO: LaNiO 3 ) or strontium ruthenate (SRO: SrRuO 3 ) is used. For electrode processing, wet etching with a chemical solution is mainly used (see Patent Document 1). A method of etching an LNO electrode by dry etching using a mixed gas of chlorine and argon is also known (see Patent Document 2).

特開2007−227752号公報(段落[0035])JP 2007-227752 (paragraph [0035]) 特開2009−206329号公報(段落[0042])JP 2009-206329 A (paragraph [0042])

しかしながら、圧電素子の電極材料は、エッチングレートが低く、マスクとの選択性も低いため、加工性が非常に悪いという問題がある。特に、LNOは、エッチングレートの確保が難しく、エッチング中に膜中の酸素が放出されることで、レジストのエッチングレートを早めてしまうという問題があった。   However, since the electrode material of the piezoelectric element has a low etching rate and low selectivity with a mask, there is a problem that workability is very poor. In particular, LNO has a problem in that it is difficult to secure an etching rate, and oxygen in the film is released during etching, thereby increasing the etching rate of the resist.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、エッチングレートを確保しつつ、マスクに対する良好なエッチング選択性を得ることができる誘電体デバイスの製造方法を提供することにある。   In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a dielectric device manufacturing method capable of obtaining good etching selectivity with respect to a mask while ensuring an etching rate.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る誘電体デバイスの製造方法は、誘電体層の上に、導電性酸化物層と金属層とを含む電極層を形成する工程を含む。
上記電極層の上にレジストマスクが形成される。
塩素系ガス及びフッ化炭素系ガスの少なくとも一種を含むエッチングガスのプラズマによって、上記レジストマスクを介して上記電極層がエッチングされる。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a dielectric device according to an aspect of the present invention includes a step of forming an electrode layer including a conductive oxide layer and a metal layer on a dielectric layer.
A resist mask is formed on the electrode layer.
The electrode layer is etched through the resist mask by plasma of an etching gas containing at least one of a chlorine-based gas and a fluorocarbon-based gas.

本発明の一実施形態に係る誘電体デバイスの製造方法を説明する概略工程図である。It is a schematic process drawing explaining the manufacturing method of the dielectric device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態において用いられるドライエッチング装置の概略図である。It is the schematic of the dry etching apparatus used in one Embodiment of this invention. 塩素系エッチングガスとLNOエッチングレートとの関係を示す一実験結果である。It is one experimental result which shows the relationship between chlorine-type etching gas and a LNO etching rate. LNOエッチングレート及びレジストマスクとのエッチング選択比に及ぼすエッチングガスのガス種依存性を示す一実験結果である。It is one experimental result which shows the gas type dependence of the etching gas which influences the LNO etching rate and the etching selectivity with a resist mask. LNO、SRO及びレジストマスクのエッチングレートに及ぼすエッチングガスのガス種依存性を示す一実験結果である。It is one experimental result which shows the gas species dependence of the etching gas which affects the etching rate of LNO, SRO, and a resist mask.

本発明の一実施形態に係る誘電体デバイスの製造方法は、誘電体層の上に、導電性酸化物層と金属層とを含む電極層を形成する工程を含む。
上記電極層の上にレジストマスクが形成される。
塩素系ガス及びフッ化炭素系ガスの少なくとも一種を含むエッチングガスのプラズマによって、上記レジストマスクを介して上記電極層がエッチングされる。
The manufacturing method of the dielectric device which concerns on one Embodiment of this invention includes the process of forming the electrode layer containing a conductive oxide layer and a metal layer on a dielectric material layer.
A resist mask is formed on the electrode layer.
The electrode layer is etched through the resist mask by plasma of an etching gas containing at least one of a chlorine-based gas and a fluorocarbon-based gas.

上記誘電体デバイスの製造方法においては、エッチングガスとして、塩素系ガス及びフッ化炭素系ガスの少なくとも一種を含むエッチングガスが用いられる。このエッチングガスのプラズマを用いたドライエッチングを実施することで、電極層を構成する金属層と導電性酸化物層とが順次エッチングされる。また、この種のエッチングガスを用いることで、電極層のエッチングレートを確保しつつ、レジストマスクに対する良好なエッチング選択性を得ることができる。   In the above dielectric device manufacturing method, an etching gas containing at least one of a chlorine-based gas and a fluorocarbon-based gas is used as an etching gas. By performing dry etching using plasma of this etching gas, the metal layer and the conductive oxide layer constituting the electrode layer are sequentially etched. Further, by using this kind of etching gas, it is possible to obtain good etching selectivity with respect to the resist mask while ensuring the etching rate of the electrode layer.

上記導電性酸化物層は、例えば、ニッケル酸ランタン(LNO)、ルテニウム酸ストロンチウム(SRO)等で形成される。上記金属層は、例えば、白金(Pt)、イリジウム(Ir)等で形成される。上記導電性酸化物層は、誘電体層と金属層との間に形成されることで、これらの界面反応による誘電体層の還元作用を阻止するバリア膜として機能する。   The conductive oxide layer is formed of, for example, lanthanum nickelate (LNO), strontium ruthenate (SRO), or the like. The metal layer is made of, for example, platinum (Pt), iridium (Ir), or the like. By forming the conductive oxide layer between the dielectric layer and the metal layer, the conductive oxide layer functions as a barrier film that prevents the reducing action of the dielectric layer due to these interface reactions.

上記エッチングガスは、塩素系ガスとフッ化炭素系ガスとの混合ガスとしてもよい。塩素系ガスには例えばBCl3を、フッ化炭素系ガスには例えばC4F8をそれぞれ用いることができる。これらにアルゴン等の不活性ガスが混合されていてもよい。これにより、電極層の高エッチングレート及び高マスク選択比を得ることができる。 The etching gas may be a mixed gas of a chlorine-based gas and a fluorocarbon-based gas. For example, BCl 3 can be used for the chlorine-based gas, and C 4 F 8 can be used for the fluorocarbon-based gas, for example. These may be mixed with an inert gas such as argon. Thereby, a high etching rate and a high mask selectivity of the electrode layer can be obtained.

上記混合ガス中のフッ化炭素系ガスの混合割合を50%以下とすることで、電極層のエッチングレート及びレジストマスクに対するエッチング選択性を大幅に向上させることができる。   By setting the mixing ratio of the fluorocarbon-based gas in the mixed gas to 50% or less, the etching rate of the electrode layer and the etching selectivity with respect to the resist mask can be greatly improved.

上記誘電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)で形成されることで、圧電特性に優れた圧電素子を作製することができる。上記誘電体層は、これ以外にも、タンタル酸ビスマスストロンチウム(SBT:SrBi2Ta2O9)、チタン酸ビスマス(BTO:Bi4Ti3O12)、チタン酸ビスマスランタン(BLT:(Bi,La)4Ti3O12)、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛(PLZT:(PbLa)(ZrTi)O3)等の他の強誘電体であってもよい。 The dielectric layer is formed of lead zirconate titanate (PZT: Pb (Zr, Ti) O 3 ), so that a piezoelectric element having excellent piezoelectric characteristics can be manufactured. In addition to this, the dielectric layer includes bismuth strontium tantalate (SBT: SrBi 2 Ta 2 O 9 ), bismuth titanate (BTO: Bi 4 Ti 3 O 12 ), bismuth lanthanum titanate (BLT: (Bi, Other ferroelectrics such as La) 4 Ti 3 O 12 ) and lanthanum-doped lead zirconate titanate (PLZT: (PbLa) (ZrTi) O 3 ) may be used.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る誘電体デバイスの製造方法を説明する概略工程図である。本実施形態では、誘電体デバイスとして、強誘電体層を一対の電極で挟み込んだ構造を有する圧電素子を例に挙げて説明する。   FIG. 1 is a schematic process diagram illustrating a method for manufacturing a dielectric device according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, a piezoelectric element having a structure in which a ferroelectric layer is sandwiched between a pair of electrodes will be described as an example of a dielectric device.

本実施形態に係る圧電素子の製造方法は、積層体の作製工程と、上部電極層のエッチング工程と、強誘電体層のエッチング工程とを有する。   The method for manufacturing a piezoelectric element according to the present embodiment includes a laminate manufacturing process, an upper electrode layer etching process, and a ferroelectric layer etching process.

[積層体の作製工程]
図1(A)は、基板の作製工程を示している。この工程では、基板1上に、下部電極層2と誘電体層3と上部電極層4との積層構造を有する積層体Lが作製される。基板1は、ガラス基板でもよいし、シリコン基板等の半導体基板でもよい。
[Manufacturing process of laminate]
FIG. 1A illustrates a manufacturing process of a substrate. In this step, a laminated body L having a laminated structure of the lower electrode layer 2, the dielectric layer 3, and the upper electrode layer 4 is produced on the substrate 1. The substrate 1 may be a glass substrate or a semiconductor substrate such as a silicon substrate.

下部電極層2は、金属層2aと導電性酸化物層2bとの積層膜で構成される。金属層2aは、Pt(白金)、Ir(イリジウム)等で形成される。導電性酸化物層2bは、LNO(ニッケル酸ランタン)、SRO(ルテニウム酸ストロンチウム)等で形成される。導電性酸化物層2bは、誘電体層3と金属層2aとの形成されることで、これらの界面反応による誘電体層3の還元作用を阻止するバリア膜として機能する。金属層2a及び導電性酸化物層2bは、例えばスパッタ法、CVD法等の薄膜形成方法によって形成される。下部電極層2の厚みは特に限定されず、例えば0.05〜0.30μmである。   The lower electrode layer 2 is composed of a laminated film of a metal layer 2a and a conductive oxide layer 2b. The metal layer 2a is formed of Pt (platinum), Ir (iridium) or the like. The conductive oxide layer 2b is formed of LNO (lanthanum nickelate), SRO (strontium ruthenate), or the like. The conductive oxide layer 2b is formed of the dielectric layer 3 and the metal layer 2a, and functions as a barrier film that prevents the reducing action of the dielectric layer 3 due to these interface reactions. The metal layer 2a and the conductive oxide layer 2b are formed by a thin film forming method such as a sputtering method or a CVD method. The thickness of the lower electrode layer 2 is not particularly limited and is, for example, 0.05 to 0.30 μm.

誘電体層3は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)で形成される。これ以外にも、タンタル酸ビスマスストロンチウム(SBT:SrBi2Ta2O9)、チタン酸ビスマス(BTO:Bi4Ti3O12)、チタン酸ビスマスランタン(BLT:(Bi,La)4Ti3O12)、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛(PLZT:(PbLa)(ZrTi)O3)等の他の強誘電体材料で誘電体層3が形成されてもよい。誘電体層3は、スパッタ法、CVD法、ゾルゲル法などの薄膜形成方法によって形成される。誘電体層3の厚みは特に限定されず、例えば0.5〜5.0μmである。 The dielectric layer 3 is made of PZT (lead zirconate titanate). In addition, bismuth strontium tantalate (SBT: SrBi 2 Ta 2 O 9 ), bismuth titanate (BTO: Bi 4 Ti 3 O 12 ), bismuth lanthanum titanate (BLT: (Bi, La) 4 Ti 3 O 12 ) The dielectric layer 3 may be formed of other ferroelectric materials such as lanthanum-doped lead zirconate titanate (PLZT: (PbLa) (ZrTi) O 3 ). The dielectric layer 3 is formed by a thin film forming method such as a sputtering method, a CVD method, or a sol-gel method. The thickness of the dielectric material layer 3 is not specifically limited, For example, it is 0.5-5.0 micrometers.

上部電極層4は、導電性酸化物層4bと金属層4aとの積層膜で構成される。導電性酸化物層4bは、LNO(ニッケル酸ランタン)、SRO(ルテニウム酸ストロンチウム)等で形成される。金属層4aは、Pt(白金)、Ir(イリジウム)等で形成される。導電性酸化物層4bは、誘電体層3と金属層4aとの形成されることで、これらの界面反応による誘電体層3の還元作用を阻止するバリア膜として機能する。金属層4a及び導電性酸化物層4bは、例えばスパッタ法、CVD法等の薄膜形成方法によって形成される。上部電極層4の厚みは特に限定されず、例えば0.05〜0.30μmである。   The upper electrode layer 4 is composed of a laminated film of a conductive oxide layer 4b and a metal layer 4a. The conductive oxide layer 4b is formed of LNO (lanthanum nickelate), SRO (strontium ruthenate), or the like. The metal layer 4a is formed of Pt (platinum), Ir (iridium) or the like. The conductive oxide layer 4b functions as a barrier film that prevents the reducing action of the dielectric layer 3 due to the interface reaction by forming the dielectric layer 3 and the metal layer 4a. The metal layer 4a and the conductive oxide layer 4b are formed by a thin film forming method such as a sputtering method or a CVD method. The thickness of the upper electrode layer 4 is not particularly limited, and is 0.05 to 0.30 μm, for example.

[上部電極層のエッチング工程]
図1(B)及び(C)は、上部電極層4のエッチング工程を示している。図1(B)に示すように、上部電極層4の上に、所定形状のレジストマスク5が形成される。レジストマスク5は、感光性有機フォトレジスト(PR)の塗布、露光、現像等の処理を経ることによって所定形状にパターニングされる。上記フォトレジストは、ドライフィルムレジストであってもよい。レジストマスク5の厚みは特に限定されず、例えば1.0〜10.0μmである。レジストマスク5は、上部電極層4のエッチングに必要な厚みがあればよい。
[Upper electrode layer etching process]
1B and 1C show the etching process of the upper electrode layer 4. As shown in FIG. 1B, a resist mask 5 having a predetermined shape is formed on the upper electrode layer 4. The resist mask 5 is patterned into a predetermined shape through processing such as application of a photosensitive organic photoresist (PR), exposure, and development. The photoresist may be a dry film resist. The thickness of the resist mask 5 is not specifically limited, For example, it is 1.0-10.0 micrometers. The resist mask 5 only needs to have a thickness necessary for etching the upper electrode layer 4.

次に図1(C)に示すように、レジストマスク5を介して上部電極層4がエッチングされる。上部電極層4のエッチング工程は、図2に示すような構成のドライエッチング装置が使用される。   Next, as shown in FIG. 1C, the upper electrode layer 4 is etched through the resist mask 5. For the etching process of the upper electrode layer 4, a dry etching apparatus having a configuration as shown in FIG. 2 is used.

ドライエッチング装置10は、真空チャンバ11を有する。真空チャンバ11は、真空ポンプ12に接続されており、内部を所定の減圧雰囲気に維持することが可能である。真空チャンバ11の内部には、積層体Lが形成された基板1を支持するためのステージ13が設置されている。ステージ13は、マッチング回路14を介して高周波電源15と接続されており、ステージ13に所定のバイアス電力が入力可能とされる。ステージ13には更に、チラー16が接続されており、冷却されたHeガスにより、ステージ13上の基板1を所定温度に冷却可能である。   The dry etching apparatus 10 has a vacuum chamber 11. The vacuum chamber 11 is connected to a vacuum pump 12 and can maintain the inside in a predetermined reduced pressure atmosphere. Inside the vacuum chamber 11, a stage 13 for supporting the substrate 1 on which the laminate L is formed is installed. The stage 13 is connected to the high frequency power supply 15 via the matching circuit 14 so that a predetermined bias power can be input to the stage 13. A chiller 16 is further connected to the stage 13, and the substrate 1 on the stage 13 can be cooled to a predetermined temperature by the cooled He gas.

ステージ13の上面と対向する真空チャンバ11の天面部分は、石英等の誘電体材料で形成された窓17で覆われており、窓17の直上にはアンテナコイル18が設置されている。アンテナコイル18は、マッチング回路19を介して高周波電源20から電力の供給を受け、ガス導入ライン21を介して真空チャンバ11の内部へ導入されたエッチングガスのプラズマを発生させる。これにより、ステージ13上の基板1の表面がエッチングされる。ステージ13の周囲には、真空チャンバ11の内壁面へのエッチング反応物の付着を防止するための防着板22が設置されている。   The top surface portion of the vacuum chamber 11 facing the upper surface of the stage 13 is covered with a window 17 made of a dielectric material such as quartz, and an antenna coil 18 is installed immediately above the window 17. The antenna coil 18 is supplied with power from the high-frequency power source 20 via the matching circuit 19 and generates plasma of the etching gas introduced into the vacuum chamber 11 via the gas introduction line 21. Thereby, the surface of the substrate 1 on the stage 13 is etched. Around the stage 13, an adhesion preventing plate 22 for preventing the adhesion of the etching reaction product to the inner wall surface of the vacuum chamber 11 is installed.

上部電極層4のエッチングには、塩素系ガス及びフッ化炭素系ガスの少なくとも一種を含むエッチングガスが用いられる。エッチング条件は特に限定されず、例えば、圧力は0.5Pa、ガス導入量は20sccm、アンテナパワー(アンテナコイル18に供給される電力)は600W、バイアスパワー(ステージ13に供給される電力)は500W、チラー温度(基板温度)は20℃である。   For the etching of the upper electrode layer 4, an etching gas containing at least one of a chlorine-based gas and a fluorocarbon-based gas is used. The etching conditions are not particularly limited. For example, the pressure is 0.5 Pa, the gas introduction amount is 20 sccm, the antenna power (power supplied to the antenna coil 18) is 600 W, and the bias power (power supplied to the stage 13) is 500 W. The chiller temperature (substrate temperature) is 20 ° C.

塩素系ガスとしては、例えばCl2、BCl3等が挙げられる。フッ化炭素系ガスとしては、例えばCF4、C48等のフロロカーボン系ガス、CHF3等のハイドロフロロカーボン系ガスが挙げられる。エッチングガスとして、これらのガスにアルゴン等の不活性ガスが混合されてもよい。これらのエッチングガスによって、金属層4a及び導電性酸化物層4bを順次エッチングすることができる。このとき金属層4aは、導電性酸化物層4bよりも高いエッチングレートでエッチングされる。 Examples of the chlorine-based gas include Cl 2 and BCl 3 . Examples of the fluorocarbon-based gas include fluorocarbon-based gases such as CF 4 and C 4 F 8 and hydrofluorocarbon-based gases such as CHF 3 . As an etching gas, an inert gas such as argon may be mixed with these gases. The metal layer 4a and the conductive oxide layer 4b can be sequentially etched by these etching gases. At this time, the metal layer 4a is etched at a higher etching rate than the conductive oxide layer 4b.

導電性酸化物層4bの構成材料として用いられるLNOを塩素系エッチングガスでエッチングしたときの一実験結果を図3に示す。エッチングガスとして、BCl3とArの混合ガスを用い、BCl3の流量比とエッチングレートとの関係を確認した。エッチング条件は、圧力を0.3Pa、ガス総流量を50sccm、アンテナパワーを600W、バイアスパワーを500W、チラー温度を20℃とした。 FIG. 3 shows an experimental result when LNO used as the constituent material of the conductive oxide layer 4b is etched with a chlorine-based etching gas. Using a mixed gas of BCl 3 and Ar as an etching gas, the relationship between the flow rate ratio of BCl 3 and the etching rate was confirmed. The etching conditions were a pressure of 0.3 Pa, a total gas flow rate of 50 sccm, an antenna power of 600 W, a bias power of 500 W, and a chiller temperature of 20 ° C.

図3に示すように、BCl3の流量比が50%以上で、80nm/min以上という高いエッチングレートを得ることができる。 As shown in FIG. 3, a high etching rate of 80 nm / min or more can be obtained at a flow rate ratio of BCl 3 of 50% or more.

エッチングガスは、塩素系ガスとフッ化炭素系ガスの混合ガスであってもよい。これらにアルゴン等の不活性ガスが混合されていてもよい。これにより、電極層の高エッチングレート及び高マスク選択比を得ることができる。   The etching gas may be a mixed gas of a chlorine-based gas and a fluorocarbon-based gas. These may be mixed with an inert gas such as argon. Thereby, a high etching rate and a high mask selectivity of the electrode layer can be obtained.

エッチングガスとして塩素系ガスとフッ化炭素系ガスとの混合ガスが用いられる場合、混合ガス中のフッ化炭素系ガスの混合割合は50%以下とすることができる。例えば、塩素系ガスがBCl3、フッ化炭素系ガスがC4F8の場合、C4F8の混合割合を50%以下とすることで、電極層のエッチングレート及びレジストマスクに対するエッチング選択性を大幅に向上させることができる。 When a mixed gas of a chlorine-based gas and a fluorocarbon-based gas is used as an etching gas, the mixing ratio of the fluorocarbon-based gas in the mixed gas can be 50% or less. For example, when the chlorine-based gas is BCl 3 and the fluorocarbon-based gas is C 4 F 8 , the etching rate of the electrode layer and the etching selectivity with respect to the resist mask can be reduced by setting the mixing ratio of C 4 F 8 to 50% or less. Can be greatly improved.

図4は、LNOのエッチングレート及びレジストマスク5とのエッチング選択比に及ぼすエッチングガスのガス種依存性を示す一実験結果である。ガス種としては、Ar/SF6(流量比1:1)、Ar/BCl3(流量比1:1)及びC48/BCl3(流量比1:1)の各種混合ガスを用いた。エッチング条件は、圧力を0.3Pa、ガス総流量を50sccm、アンテナパワーを600W、バイアスパワーを500W、チラー温度を20℃とした。 FIG. 4 is a result of an experiment showing the dependency of the etching gas on the etching rate of LNO and the etching selectivity with the resist mask 5. As gas types, various mixed gases of Ar / SF 6 (flow rate ratio 1: 1), Ar / BCl 3 (flow rate ratio 1: 1) and C 4 F 8 / BCl 3 (flow rate ratio 1: 1) were used. . The etching conditions were a pressure of 0.3 Pa, a total gas flow rate of 50 sccm, an antenna power of 600 W, a bias power of 500 W, and a chiller temperature of 20 ° C.

図4に示すように、LNOのエッチングレートに関しては、Ar/SF6混合ガスに比べて、Ar/BCl3混合ガス及びC48/BCl3混合ガスの方が非常に高いことがわかる。また、レジストマスク5とのエッチング選択性に関しては、Ar/BCl3混合ガスと比較して、C48/BCl3混合ガスの方が高いことがわかる。エッチングガスにC48/BCl3混合ガスを用いることで、0.25以上という高いマスク選択比を得ることができる。 As shown in FIG. 4, regarding the etching rate of LNO, it is found that the Ar / BCl 3 mixed gas and the C 4 F 8 / BCl 3 mixed gas are much higher than the Ar / SF 6 mixed gas. It can also be seen that the etching selectivity with the resist mask 5 is higher in the C 4 F 8 / BCl 3 mixed gas than in the Ar / BCl 3 mixed gas. By using a C 4 F 8 / BCl 3 mixed gas as an etching gas, a high mask selection ratio of 0.25 or more can be obtained.

以上のように、エッチングガスの種類によってLNOのエッチングレート及びレジストマスクとの選択比が大きく異なる。特に、塩素系ガスはエッチングレートを向上させる効果が高く、フッ化炭素系ガスはレジストマスクとの選択比を向上させる効果が高いため、塩素系ガスとフッ化炭素系ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いることで、LNOのエッチングレートとマスク選択比との両立を図ることができる。またこの場合、塩素系ガス及びフッ化炭素系ガスの流量比を適宜調整することによって、目的とするエッチングレートとマスク選択比を得ることができる。   As described above, the etching rate of LNO and the selection ratio with the resist mask differ greatly depending on the type of etching gas. In particular, a chlorine-based gas is highly effective in improving the etching rate, and a fluorocarbon-based gas is highly effective in improving the selection ratio with a resist mask. Therefore, a mixed gas of a chlorine-based gas and a fluorocarbon-based gas is used as an etching gas. Therefore, it is possible to achieve both the LNO etching rate and the mask selection ratio. In this case, the target etching rate and mask selection ratio can be obtained by appropriately adjusting the flow rate ratio between the chlorine-based gas and the fluorocarbon-based gas.

次に、導電性酸化物層4bの構成材料として用いられるSROを各種エッチングガスでエッチングしたときのエッチングレートおよびレジストマスク選択比の一実験結果を図5に示す。ガス種としては、CF4、CHF3、BCl3及びC48/BCl3(流量比1:1)の単独ガス又は混合ガスを用いた。エッチング条件は、圧力を0.5Pa、ガス総流量を20sccm、アンテナパワーを600W、バイアスパワーを500W、チラー温度を20℃とした。 Next, FIG. 5 shows an experimental result of an etching rate and a resist mask selection ratio when SRO used as a constituent material of the conductive oxide layer 4b is etched with various etching gases. As the gas species, a single gas or a mixed gas of CF 4 , CHF 3 , BCl 3 and C 4 F 8 / BCl 3 (flow rate ratio 1: 1) was used. The etching conditions were a pressure of 0.5 Pa, a total gas flow rate of 20 sccm, an antenna power of 600 W, a bias power of 500 W, and a chiller temperature of 20 ° C.

図5に示すように、SROのエッチングレートに関しては、フッ化炭素系ガス(CF4、CHF3)では40〜50nm/minと比較的低レートでありながらも、一定のエッチングレートが確保される。マスク選択比に関しては、CF4ガスで0.10、CHF3ガスで0.18であった。同一ガスによるLNOのエッチングレートを確認したところ、SROと同水準であった。 As shown in FIG. 5, with respect to the etching rate of SRO, a constant etching rate is ensured even with a relatively low rate of 40 to 50 nm / min with fluorocarbon gases (CF 4 and CHF 3 ). . The mask selectivity was 0.10 for CF 4 gas and 0.18 for CHF 3 gas. When the etching rate of LNO by the same gas was confirmed, it was the same level as SRO.

一方、塩素系ガス(BCl3、C48/BCl3)を用いたときのSROのエッチングレートに関しては、70〜80nm/minと比較的高レートが得られ、マスク選択比に関しても、BCl3ガスで0.16、C48/BCl3混合ガスで0.23というように比較的高水準であった。 On the other hand, with respect to the etching rate of SRO when a chlorine-based gas (BCl 3 , C 4 F 8 / BCl 3 ) is used, a relatively high rate of 70 to 80 nm / min can be obtained. 0.16 3 gas was relatively high and so C 4 F 8 / BCl 3 gas mixture at 0.23.

以上の結果から、SROに対しても塩素系ガス及び/又はフッ化炭素系ガスで一定のエッチングレート及びマスク選択比が得られることが確認された。特に、エッチングガスに塩素系ガスとフッ化炭素系ガスの混合ガスを用いることで、70nm以上の高エッチングレートと、0.2以上の高マスク選択比とを得ることができる。   From the above results, it was confirmed that a constant etching rate and mask selectivity can be obtained with chlorine-based gas and / or fluorocarbon-based gas even for SRO. In particular, by using a mixed gas of a chlorine-based gas and a fluorocarbon-based gas as an etching gas, a high etching rate of 70 nm or more and a high mask selectivity of 0.2 or more can be obtained.

[誘電体層のエッチング工程]
上部電極層4のエッチング工程の終了後、誘電体層3のエッチング工程が実施される。図1(D)は、誘電体層3のエッチング工程を示している。この工程では、上部電極層4のエッチングマスクに用いたレジストマスク5が、誘電体層3のエッチングマスクとして使用されてもよいし、別途形成されたレジストマスクが使用されてもよい。あるいは、パターニングされた上部電極層4が誘電体層3のエッチングマスクとして用いられてもよい。
[Dielectric layer etching process]
After the etching process of the upper electrode layer 4 is completed, the etching process of the dielectric layer 3 is performed. FIG. 1D shows an etching process of the dielectric layer 3. In this step, the resist mask 5 used as an etching mask for the upper electrode layer 4 may be used as an etching mask for the dielectric layer 3, or a resist mask formed separately may be used. Alternatively, the patterned upper electrode layer 4 may be used as an etching mask for the dielectric layer 3.

誘電体層3のエッチングにはドライエッチング法が採用されるが、ウェットエッチング法が採用されてもよい。誘電体層3がPZTで形成される本実施形態では、誘電体層3のエッチングガスとして、例えばC48/SF6混合ガスが用いられる。エッチング装置としては、図2に示したドライエッチング装置10が適用可能である。エッチング条件は特に限定されず、例えば、圧力0.5Pa、ガス総流量22.5sccm、アンテナパワー600W、バイアスパワー300W、チラー温度20℃である。 A dry etching method is employed for etching the dielectric layer 3, but a wet etching method may be employed. In this embodiment in which the dielectric layer 3 is formed of PZT, for example, a C 4 F 8 / SF 6 mixed gas is used as the etching gas for the dielectric layer 3. As an etching apparatus, the dry etching apparatus 10 shown in FIG. 2 is applicable. The etching conditions are not particularly limited. For example, the pressure is 0.5 Pa, the total gas flow rate is 22.5 sccm, the antenna power is 600 W, the bias power is 300 W, and the chiller temperature is 20 ° C.

誘電体層3のエッチング工程の終了後、レジストマスクが除去されることで、基板1上に圧電素子P(図1(D))が作製される。下部電極層2は、必要に応じてパターニングされてもよい。また、誘電体層3のエッチング工程の終了後、誘電体層3のアニール処理を実施してもよい。圧電素子Pは、例えば、インクジェットのノズルヘッド、マイクロミラー、振動発電素子、加速度センサ、角速度センサ等に用いられる。   After the etching process of the dielectric layer 3 is completed, the resist mask is removed, so that the piezoelectric element P (FIG. 1D) is manufactured on the substrate 1. The lower electrode layer 2 may be patterned as necessary. Alternatively, the dielectric layer 3 may be annealed after the dielectric layer 3 is etched. The piezoelectric element P is used for, for example, an inkjet nozzle head, a micro mirror, a vibration power generation element, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, and the like.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。   The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

例えば以上の実施形態では、誘電体デバイスとして圧電素子を例に挙げて説明したが、これに限られず、例えば強誘電体メモリ素子、コンデンサ等の各種電子デバイスにも本発明は適用可能である。   For example, in the above-described embodiment, the piezoelectric element is described as an example of the dielectric device. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to various electronic devices such as a ferroelectric memory element and a capacitor.

また以上の実施形態では、圧電素子の下部電極層2を金属層2aと導電性酸化物層2bとの積層構造としたが、単一の金属層で下部電極層が形成されてもよい。   In the above embodiment, the lower electrode layer 2 of the piezoelectric element has a laminated structure of the metal layer 2a and the conductive oxide layer 2b. However, the lower electrode layer may be formed of a single metal layer.

1…基板
2…下部電極層
3…誘電体層
4…上部電極層
5…レジストマスク
10…ドライエッチング装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Lower electrode layer 3 ... Dielectric layer 4 ... Upper electrode layer 5 ... Resist mask 10 ... Dry etching apparatus

Claims (2)

誘電体層の上に、ニッケル酸ランタン(LNO)又はルテニウム酸ストロンチウム(SRO)のいずれか1つからなる導電性酸化物層と、白金(Pt)又はイリジウム(Ir)のいずれか1つからなる金属層とを含む電極層を形成し、
前記電極層の上にレジストマスクを形成し、
の混合割合が50%以下のBCl 及びC を含むエッチングガスのプラズマによって、前記レジストマスクと前記電極層のエッチング選択比を0.2以上として、前記レジストマスクを介して前記電極層をエッチングする
誘電体デバイスの製造方法。
On the dielectric layer, a conductive oxide layer made of either lanthanum nickelate (LNO) or strontium ruthenate (SRO), and any one of platinum (Pt) or iridium (Ir) Forming an electrode layer including a metal layer;
Forming a resist mask on the electrode layer;
The etching selectivity of the resist mask and the electrode layer is set to 0.2 or more by plasma of an etching gas containing BCl 3 and C 4 F 8 in which the mixing ratio of C 4 F 8 is 50% or less. A method for manufacturing a dielectric device, wherein the electrode layer is etched.
請求項1に記載の誘電体デバイスの製造方法であって、
前記誘電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛で形成される
誘電体デバイスの製造方法。
A method of manufacturing a dielectric device according to claim 1,
The dielectric layer is formed of lead zirconate titanate Dielectric device manufacturing method.
JP2010232403A 2010-10-15 2010-10-15 Method for manufacturing dielectric device Active JP5733943B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010232403A JP5733943B2 (en) 2010-10-15 2010-10-15 Method for manufacturing dielectric device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010232403A JP5733943B2 (en) 2010-10-15 2010-10-15 Method for manufacturing dielectric device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012089550A JP2012089550A (en) 2012-05-10
JP5733943B2 true JP5733943B2 (en) 2015-06-10

Family

ID=46260896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010232403A Active JP5733943B2 (en) 2010-10-15 2010-10-15 Method for manufacturing dielectric device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5733943B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6052100B2 (en) * 2012-09-27 2016-12-27 ミツミ電機株式会社 Piezoelectric actuator and optical scanning device
JP6178172B2 (en) * 2013-08-29 2017-08-09 住友化学株式会社 Manufacturing method of alkali niobate-based piezoelectric thin film element

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11195768A (en) * 1997-10-22 1999-07-21 Fujitsu Ltd Electronic device including perovskite-type oxide film, manufacture thereof and ferroelectric capacitor
JP4596167B2 (en) * 2006-02-24 2010-12-08 セイコーエプソン株式会社 Capacitor manufacturing method
JP2009026810A (en) * 2007-07-17 2009-02-05 Asahi Glass Co Ltd Pattern forming method
JP4999185B2 (en) * 2008-03-04 2012-08-15 富士フイルム株式会社 Dry etching method and dry etching apparatus
JP2009239016A (en) * 2008-03-27 2009-10-15 Seiko Epson Corp Method of manufacturing actuator and actuator, and liquid injection head
JP2010003971A (en) * 2008-06-23 2010-01-07 Seiko Epson Corp Piezoelectric element, manufacturing method thereof, piezoelectric actuator, and liquid spray head

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012089550A (en) 2012-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4553143B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric actuator, ink jet recording head
US9231185B2 (en) Method for manufacturing a piezoelectric film wafer, piezoelectric film element, and piezoelectric film device
US8053955B2 (en) Piezoelectric device and method of production thereof
US20120304429A1 (en) Manufacturing methods of piezoelectric film element and piezoelectric device
US20030077843A1 (en) Method of etching conductive layers for capacitor and semiconductor device fabrication
JP3108374B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4562482B2 (en) Ferroelectric capacitor structure and manufacturing method thereof
JP5733943B2 (en) Method for manufacturing dielectric device
JP4596167B2 (en) Capacitor manufacturing method
JP2006313833A (en) Ferroelectric capacitor, method of forming the same and electronic device
JP5766027B2 (en) Dry etching method and device manufacturing method
JP2003059906A (en) Etching method, and method of forming capacitor
WO2012086169A1 (en) Method of manufacturing dielectric device and ashing method
WO2012057127A1 (en) Method for manufacturing dielectric device
JP2006060203A (en) Pt/PGO ETCHING PROCESS FOR USE IN FeRAM
US20130065023A1 (en) Etching high k dielectric films with reduced likelihood of delamination
JP2008251889A (en) Manufacturing method for capacitor
JP5800710B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric element
JP2005235796A (en) Manufacturing method of piezoelectric thin film element
WO2007129732A1 (en) Etching method
JP2012156348A (en) Dielectric device manufacturing method, and etching method
JP2006222283A (en) Method of manufacturing semiconductor apparatus
JP2009214444A (en) Manufacturing process of liquid jet head
JP2004312010A (en) Upper aluminum electrode applied to pgo thin film
JP2014060210A (en) Dry etching method and method for manufacturing piezoelectric device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130902

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20141002

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141007

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141205

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: 20150331

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150414

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5733943

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250