JPH09102472A

JPH09102472A - 誘電体素子の製造方法

Info

Publication number: JPH09102472A
Application number: JP7259762A
Authority: JP
Inventors: Satoru Fujii; 覚藤井; Ryoichi Takayama; 良一高山; Takeshi Kamata; 健鎌田; Atsushi Tomosawa; 淳友澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1997-04-15

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電体素子の製造方法、特に簡便でプロセス
時間が短く、フォトレジストのダメージが少ない、誘電
体および電極のスパッタエッチングによる微細加工技術
を供給する。【解決手段】基板上に下部金属電極膜を形成する工
程、前記下部金属電極膜上に誘電体膜を形成する工程、
前記誘電体膜上に上部金属電極膜を形成する工程、前記
上部金属電極をスパッタエッチングしパターニングした
上部金属電極膜を形成する工程、前記パターニングした
上部金属電極膜をマスクとして前記誘電体膜をパターニ
ングする工程、最後に下部金属電極膜をスパッタエッチ
ングしパターニングした下部金属電極膜を形成する工程
を備えている。さらに、本発明の誘電体素子の製造方法
は、スパッタエッチングにおいて、基板とエッチング装
置の電極の間に有機樹脂シートを配置して絶縁する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は誘電体素子の製造方
法、特にスパッタエッチングによる微細加工に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、不揮発性メモリの開発にともない
強誘電体をはじめ誘電体材料の微細加工技術の重要性が
高まっている。

【０００３】従来、Ｓｉ系誘電体や電極材料の微細加工
方法として、スパッタエッチング法、反応性ガスを用い
たリアクティブイオンエッチング法が主に使用されてい
る。しかし、ＰｂＴｉＯ₃、ＰＺＴ、ＰＬＺＴをはじめ
とする強誘電体、および、Ｐｔ，Ａｕ、Ｐｄなどの貴金
属あるいはこれらの化合物の電極材料は、通常の反応性
エッチングが困難である。従って、加速したアルゴンイ
オン等を物理的に衝突させて異方的にスパッタエッチン
グする方法が有効な手段である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
スパッタエッチングでは、通常、エッチング試料と電極
は厚さ数mmの石英板で絶縁されているために、電極裏面
からの冷却水による冷却効率は十分ではなかった。その
結果、試料の温度上昇によりフォトレジストが焼き付く
という問題点があった。これに対して、真空グリースを
試料と電極の間に塗布して冷却効果を高めることが実施
されている。しかしながら、グリースの塗布に手間がか
かり、また面積の小さな試料ではグリースが試料からは
みでる可能性があり、不純物発生の問題を有している。

【０００５】また、強誘電体はエッチングレートが小さ
く、フォトレジストとのエッチングレート比（選択比）
も小さい。従って、強誘電体を用いたデバイス、特に焦
電体、圧電体センサデバイスのように強誘電体の膜厚が
数μｍ必要な場合には、フォトレジストが、強誘電体の
エッチング終了時までに完全にエッチング除去されてし
まうという問題も有していた。

【０００６】本発明の目的は、誘電体素子の製造方法、
特に簡便で、フォトレジストのダメージが少ない、誘電
体および電極のスパッタエッチングによる微細加工技術
を供給することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の誘電体素子の製造法は、基板上に金属電極
膜を形成する工程、前記金属電極膜をスパッタエッチン
グしパターニングした金属電極膜を形成する工程、前記
パターニングした金属電極膜上に誘電体膜を形成する工
程を備えていることを特徴としている。

【０００８】また、本発明の誘電体素子の製造方法は、
基板上に誘電体膜を形成する工程、前記誘電体膜をスパ
ッタエッチングしパターニングした誘電体膜を形成する
工程を備えていることを特徴としている。

【０００９】さらに、本発明の誘電体素子の製造方法
は、基板上に誘電体膜を形成する工程、前記誘電体膜上
に金属電極膜を形成する工程、前記金属電極膜をスパッ
タエッチングしパターニングした金属電極膜を形成する
工程を備えていることを特徴としている。

【００１０】また、本発明の誘電体素子の製造方法は、
基板上に金属電極膜を形成する工程、前記金属電極膜上
に誘電体膜を形成する工程、前記誘電体膜をパターニン
グする工程、前記金属電極膜をスパッタエッチングしパ
ターニングした金属電極膜形成する工程を備えているこ
とを特徴としている。

【００１１】さらにまた、本発明の誘電体素子の製造方
法は、基板上に下部金属電極膜を形成する工程、前記下
部金属電極膜上に誘電体膜を形成する工程、前記誘電体
膜上に上部金属電極膜を形成する工程、前記上部金属電
極膜をスパッタエッチングしパターニングした上部金属
電極膜を形成する工程、前記パターニングした上部金属
電極膜をマスクとして前記誘電体膜をパターニングする
工程、最後に下部金属電極膜をスパッタエッチングしパ
ターニングした下部金属電極膜を形成する工程を備えて
いることを特徴としている。

【００１２】さらに、本発明の誘電体素子の製造方法
は、前記スパッタエッチングにおいて、基板とエッチン
グ装置の電極の間に有機樹脂シートを配置して絶縁する
ことを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は上記構成により、スパッ
タエッチングにおいて、基板とエッチング装置の電極の
間に有機樹脂シートを配置して絶縁することにより、有
機樹脂シートがスパッタエッチングされることにより、
有機樹脂シートから蒸発物が発生する。そして、この蒸
発物がフォトレジスト上に再付着することにより、フォ
トレジストのエッチングによる減少速度を大幅に低下さ
せることができる。従って、２〜３時間を要する数μm
の強誘電体膜のスパッタエッチングにおいても、フォト
レジストが使用可能な点で有効である。

【００１４】また、有機樹脂シートは、基板との密着性
が石英板よりも優れているために、電極からの冷却水に
よる試料の冷却効率が向上する。その結果、スパッタエ
ッチング中のフォトレジストの焼け焦げが減少し、フォ
トレジストの剥離が完全に行える点で有効である。

【００１５】さらに、スパッタエッチング中は、装置電
極上の有機樹脂シートから有機物がスパッタエッチング
により発生する。チャンバー内は、有機物が過剰な雰囲
気である。従って、チャンバー内の有機物雰囲気は、エ
ッチング試料の数やエッチング面積による影響を受けに
くく、ほぼ一定である。その結果、いわゆる”ローディ
ング効果”の影響が小さく均一なエッチングを実行でき
る点で有効である。

【００１６】以下本発明の誘電体素子の製造方法に関す
る一実施例について、図面を参照しながら説明する。

【００１７】（実施例１）図１に、本発明の一実施例の
誘電体素子の断面図を、図２にその作製プロセスの断面
図を示す。基板１０１としてＭｇＯ単結晶基板（厚さ５
００μm）を用いた。基板１０１の上に、Ｐｔ薄膜を下
部金属電極膜１０２として形成した。この下部金属電極
膜１０２は、高周波マグネトロンスパッタ法により作製
した。

【００１８】スパッタ成膜条件は、基板温度が６００
℃、スパッタガスはＡｒ（９５％）と酸素（５％）の混
合ガスで、ガス圧は０.５Ｐａ、高周波投入パワー密度
は２.５Ｗ／ｃｍ²（１３.５６ＭＨｚ）で、成膜時間は
１時間であった。膜の厚さは０.１５μｍであった。さ
らに、前記下部金属電極膜１０２上に、Ｐｂ_0.9Ｌａ_0.1
Ｔｉ_0.975Ｏ₃なる組成の誘電体膜１０３を形成した。そ
の成膜方法を以下に述べる。

【００１９】Ｐｂ_0.9Ｌａ_0.1Ｔｉ_0.975Ｏ₃の薄膜の成膜
には、高周波マグネトロンスパッタ装置を用いた。基板
は、ステンレス製基板ホルダに取り付けて成膜した。タ
ーゲットは、ＰｂＯ，Ｌａ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂の粉末を混合
し、銅製皿に入れて用いた。粉末の混合比は、膜組成に
対してＰｂＯを２０mol%過剰に加えた。スパッタの成膜
条件は、基板温度が６００℃、スパッタガスはＡｒ（９
０％）と酸素（１０％）の混合ガスで、ガス圧は０.９
Ｐａ、高周波投入パワー密度は２.０Ｗ／ｃｍ²（１３.
５６ＭＨｚ）であった。膜の厚さは３μｍであった。

【００２０】さらに、前記誘電体膜１０３上に、Ｐｔ薄
膜である上部金属電極膜１０４を形成した。上部金属電
極膜１０４の作成方法、条件、特性は下部金属電極膜１
０２と同様にして行った。

【００２１】この後、上部金属電極膜１０４上に、厚さ
７μmのフォトレジスト１０５によりマスクパターンを
形成した後に、上部金属電極膜１０４をスパッタエッチ
ングによりパターニングした。

【００２２】図３にエッチング装置の断面図を示す。図
において、３０１はエッチング試料、３０２は反応チャ
ンバー、３０３は高周波印加電極、３０４は有機樹脂シ
ート、３０５は対向電極、３０６は排気系、３０７は高
周波電源、３０８はガス供給源である。電極３０３と３
０５は平行に配置されている。さらに、高周波電極３０
３には１３.５６MHzの高周波が印加されている。また、
この高周波印加電極は裏面より水冷されている。なお、
電極３０３の直径は１０インチである。

【００２３】エッチング試料３０１は高周波印加電極３
０３上に設けた厚さ０.１mmの有機樹脂シート３０４上
に配置されている。有機樹脂シートとして、接着層を備
えた、ポリ塩化ビニル樹脂シート、あるいはフッ素樹脂
を用いた。エッチングは、真空度０.０６Torr、Ａｒガ
ス流量１０SCCM、プラズマパワー１７０Wの条件で、１
５分を要した。このとき、有機樹脂シートにより、エッ
チング試料と電極を絶縁しているために、冷却効果が十
分高く、フォトレジストが焼き焦げることはなかった。
また、Ｃｌ、あるいはＦを含む樹脂は、エッチング中に
発生する、レジスト表面への再付着物がプラズマに対し
て耐性があるために、保護膜として働き、長時間のエッ
チングにおいてもフォトレジストがダメージを受けて消
失することがない点で有効である。例えば、真空度０.
０６Torr、Ａｒガス流量１０SCCM、プラズマパワー１７
０Wの条件において、フォトレジスト（ポジ）のエッチ
ングレートは、ポリ塩化ビニルフィルム(厚さ０.１mm)
の絶縁においては０.０６５μm/minであった。この値
は、通常用いられる石英板(厚さ1mm)による絶縁の場合
のフォトレジストのエッチングレート値、０.１５μm/m
inと比較して、１／２以下であった。

【００２４】さらに、スパッタエッチング中は、装置電
極上の有機樹脂シートから有機物がスパッタエッチング
により発生する。従って、チャンバー内は、有機物が過
剰な雰囲気である。従って、チャンバー内の有機物雰囲
気は、エッチング試料の数やエッチング面積による影響
を受けにくく、ほぼ一定である。その結果、いわゆる”
ローディング効果”の影響が小さく均一なエッチングを
実行できる点で有効である。ローディング効果の影響を
調べるために、絶縁方法として、塩化ビニルシート(厚
さ０.１mm)、および石英板（厚さ１mm）を、エッチング
サンプル数として２０mm□基板の枚数が１枚および８枚
の時について、上部金属電極膜１０４であるＰｔのエッ
チングレートを調べた。その結果を（表１）に示す。そ
の結果、絶縁方法が塩化ビニルシートの場合には、基板
の枚数によらずＰｔ膜のエッチングレートは一定であっ
た。一方、絶縁方法が石英基板の場合には、基板枚数に
よりエッチングレートが大きく変化した。

【００２５】

【表１】

【００２６】続いて、パターニングした上部金属電極膜
１０４をマスクとし、誘電体薄膜１０３を、ケミカルエ
ッチングによりパターニングを行なった。エッチャント
にはフッ硝酸（ＨＦ／ＨＮＯ₃＝０.１〜２０）を使用し
た。プロセス時間は０.５〜１０分であった。

【００２７】さらに続いて、下部金属電極膜１０１も同
様にして、スパッタエッチングによりパターニングを行
い、誘電体素子を作製した。

【００２８】（実施例２）図４に、本発明の一実施例の
誘電体素子の断面図を、図５にその作製プロセスの断面
図を示す。基板４０１としてＭｇＯ単結晶基板（厚さ５
００μm）を用いた。基板４０１の上に、Ｐｂ_0.9Ｌａ
_0.1Ｔｉ_0.975Ｏ₃なる組成の誘電体体膜４０２を形成し
た。この誘電体膜４０２は、高周波マグネトロンスパッ
タ法により作製した。成膜方法を以下に述べる。

【００２９】Ｐｂ_0.9Ｌａ_0.1Ｔｉ_0.975Ｏ₃の薄膜の成膜
には、高周波マグネトロンスパッタ装置を用いた。基板
は、ステンレス製基板ホルダに取り付けて成膜した。タ
ーゲットは、ＰｂＯ，Ｌａ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂の粉末を混合
し、銅製皿に入れて用いた。粉末の混合比は、膜組成に
対してＰｂＯを２０mol%過剰に加えた。スパッタの成膜
条件は、基板温度が６００℃、スパッタガスはＡｒ（９
０％）と酸素（１０％）の混合ガスで、ガス圧は０．９
Ｐａ、高周波投入パワー密度は２.０Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）であった。膜厚は３μｍであった。

【００３０】続いて、誘電体膜４０２上にパターニング
したフォトレジスト４０３(厚さ７μm)をマスクとして
形成した後に、誘電体膜４０２をスパッタエッチングに
よりパターニングした。エッチング装置は、図３に示し
た実施例１と同じ装置を使用した。試料は電極上に設け
た厚さ０.１mmの有機樹脂シート上に配置されている。
有機樹脂シートとして、接着層を備えた、ポリ塩化ビニ
ル樹脂シート、あるいはフッ素樹脂を用いた。用いたエ
ッチング装置は、電極の直径が１０インチであった。

【００３１】エッチングは、真空度０.０６Torr、Ａｒ
ガス流量１０SCCM、プラズマパワー１７０W条件で、エ
ッチング時間９０分を要した。このとき、有機樹脂シー
トにより、エッチング試料と電極を絶縁しているため
に、冷却効果が十分高く、フォトレジストが焼き焦げる
ことはなかった。また、本発明で使用するＣｌ、あるい
はＦを含む樹脂は、エッチング中に発生する、レジスト
表面への再付着物がプラズマに対して耐性があるため
に、保護膜として働き、９０分と長時間のエッチングに
おいてもフォトレジストがダメージを受けて消失するこ
とがない点で有効である。

【００３２】一方、石英板（厚さ１mm）で絶縁した場合
には、Ｐｂ_0.9Ｌａ_0.1Ｔｉ_0.975Ｏ₃のエッチングに、Ａ
ｒガス流量１０SCCM、プラズマパワー１７０Wの同条件
で３時間を要した。しかも、エッチング終了時、フォト
レジスト４０３は完全に消失していた。

【００３３】なお、本実施例１および２において、誘電
体として、Ｐｂ_0.9Ｌａ_0.1Ｔｉ_0.97 ₅Ｏ₃を例として示し
た。しかし、Ｓｉ系をはじめとする誘電体や、ＢａＴｉ
Ｏ₃をはじめとする他の強誘電体材料についても本発明
が有効であることは明らかである。

【００３４】また、本実施例１において、金属電極膜と
して、Ｐｔについて例示したが、他の金属材料について
も本発明が有効であることは明らかである。

【００３５】さらに、本実施例１および２において、有
機樹脂シートとしてポリ塩化ビニルあるいはフッ素樹脂
を例として示した。しかし、塩素あるいはフッ素原子の
少なくともどちらかを含んでいれば、他の組成の樹脂シ
ートについても本発明が有効であることは明らかであ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明の誘電体素子の製造
方法は、基板上に金属電極膜を形成する工程、前記金属
電極膜をスパッタエッチングしパターニングした金属電
極膜を形成する工程、前記パターニングした金属電極膜
上に誘電体膜を形成する工程を備えている。

【００３７】また、本発明の誘電体素子の製造方法は、
基板上に誘電体膜を形成する工程、前記誘電体膜をスパ
ッタエッチングしパターニングした誘電体膜を形成する
工程を備えている。

【００３８】さらに、本発明の誘電体素子の製造方法
は、基板上に誘電体膜を形成する工程、前記誘電体膜上
に金属電極膜を形成する工程、前記金属電極膜をスパッ
タエッチングしパターニングした金属電極膜を形成する
工程を備えている。

【００３９】またさらに、本発明の誘電体素子の製造方
法は、基板上に金属電極膜を形成する工程、前記金属電
極膜上に誘電体膜を形成する工程、前記誘電体膜をパタ
ーニングする工程、前記金属電極膜をスパッタエッチン
グしパターニングした金属電極膜形成する工程を備えて
いる。

【００４０】さらに、本発明の誘電体素子の製造方法
は、基板上に下部金属電極膜を形成する工程、前記下部
金属電極膜上に誘電体膜を形成する工程、前記誘電体膜
上に上部金属電極膜を形成する工程、前記上部金属電極
膜をスパッタエッチングしパターニングした上部金属電
極膜を形成する工程、前記パターニングした上部金属電
極膜をマスクとして前記誘電体膜をパターニングする工
程、最後に下部金属電極膜をスパッタエッチングしパタ
ーニングした下部金属電極膜を形成する工程を備えてい
る。

【００４１】また、本発明の誘電体素子の製造方法は、
前記スパッタエッチングにおいて、基板とエッチング装
置の電極の間に有機樹脂シートを配置して絶縁する。

【００４２】本発明は上記構成により、スパッタエッチ
ングにおいて、基板とエッチング装置の電極の間に有機
樹脂シートを配置して絶縁することにより、エッチング
プロセス中に有機樹脂シートがスパッタエッチングされ
ることにより、有機樹脂シートから蒸発物が発生する。
そして、この蒸発物がフォトレジスト上に再付着するこ
とにより、フォトレジストのエッチングによる減少速度
を大幅に低下させることができる。従って、２〜３時間
を要する数μmの強誘電体膜のスパッタエッチングにお
いても、フォトレジストが使用可能な点で有効である。

【００４３】また、有機樹脂シートは、基板との密着性
が石英板よりも優れているために、装置電極からの冷却
水による試料の冷却効率が向上する。その結果、スパッ
タエッチング中のフォトレジストの焼け焦げが減少し、
フォトレジストの剥離が完全に行える点で有効である。

【００４４】さらに、スパッタエッチング中は、装置電
極上の有機樹脂シートから有機物がスパッタエッチング
により発生する。従って、チャンバー内は、有機物が過
剰な雰囲気である。従って、チャンバー内の有機物雰囲
気は、エッチング試料の数やエッチング面積による影響
を受けにくく、ほぼ一定である。その結果、いわゆる”
ローディング効果”の影響が小さく均一なエッチングを
実行できる点で有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の誘電体素子の断面図

【図２】実施例１の誘電体素子の製造プロセスの断面図

【図３】実施例１および２に用いたエッチング装置の断
面図

【図４】実施例２の誘電体素子の断面図

【図５】実施例２の誘電体素子の製造プロセスの断面図

【符号の説明】

１０１基板１０２下部金属電極膜１０３誘電体膜１０４上部金属電極膜１０５フォトレジスト３０１エッチング試料３０２反応チャンバー３０３高周波印加電極３０４有機樹脂シート３０５対向電極３０６排気系３０７高周波電源３０８ガス供給源４０１基板４０２誘電体膜４０３フォトレジスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者友澤淳大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に金属電極膜を形成する工程、前記
金属電極膜をスパッタエッチングしパターニングした金
属電極膜を形成する工程、前記パターニングした金属電
極膜上に誘電体膜を形成する工程を備えていることを特
徴とする誘電体素子の製造方法。
【請求項２】基板上に誘電体膜を形成する工程、前記誘
電体膜をスパッタエッチングしパターニングした誘電体
膜を形成する工程を備えていることを特徴とする誘電体
素子の製造方法。
【請求項３】基板上に誘電体膜を形成する工程、前記誘
電体膜上に金属電極膜を形成する工程、前記金属電極膜
をスパッタエッチングしパターニングした金属電極膜を
形成する工程を備えていることを特徴とする誘電体素子
の製造方法。
【請求項４】基板上に金属電極膜を形成する工程、前記
金属電極膜上に誘電体膜を形成する工程、前記誘電体膜
をパターニングする工程、前記金属電極膜をスパッタエ
ッチングしパターニングした金属電極膜形成する工程を
備えていることを特徴とする誘電体素子の製造方法。
【請求項５】基板上に下部金属電極膜を形成する工程、
前記下部金属電極膜上に誘電体膜を形成する工程、前記
誘電体膜上に上部金属電極膜を形成する工程、前記上部
金属電極膜をスパッタエッチングしパターニングした上
部金属電極膜を形成する工程、前記パターニングした上
部金属電極膜をマスクとして前記誘電体膜をパターニン
グする工程、最後に下部金属電極膜をスパッタエッチン
グしパターニングした下部金属電極膜を形成する工程を
備えていることを特徴とする誘電体素子の製造方法。
【請求項６】スパッタエッチングにおいて、基板とエッ
チング装置の電極の間に有機樹脂シートを配置して絶縁
することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の
誘電体素子の製造方法。
【請求項７】有機樹脂シートが塩素原子を含むことを特
徴とする請求項６に記載の誘電体素子の製造方法。
【請求項８】有機樹脂シートがフッ素原子を含むことを
特徴とする請求項６に記載の誘電体素子の製造方法。