JPH09251978A - Method for manufacturing dielectric element - Google Patents

Method for manufacturing dielectric element

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JPH09251978A
JPH09251978A JP8060515A JP6051596A JPH09251978A JP H09251978 A JPH09251978 A JP H09251978A JP 8060515 A JP8060515 A JP 8060515A JP 6051596 A JP6051596 A JP 6051596A JP H09251978 A JPH09251978 A JP H09251978A
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dielectric
etching
metal electrode
electrode film
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覚 藤井
Ryoichi Takayama
良一 高山
Takeshi Kamata
健 鎌田
Atsushi Tomosawa
淳 友澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce damages of photoresist and to stop generating residue on a film forming substrate or an electrode film by a method wherein, after patterning of a dielectric is etched with a hydrogen fluoride acid and oxidizing agent, a preprocessing is performed with reducing agent and continuously a postprocessing is performed with an acid. SOLUTION: A lower metal electrode film 102, a dielectric film 103 and an upper metal electrode film 104 are sequentially formed on a substrate 101. Continuously, by use of the patterned upper metal film 104 as a mask, the dielectric film 103 is patterned by chemical etching. As an etchant, a substance that oxidizing agent is added to a hydrogen fluoride acid solution is used. It is impregnated in preprocessing liquid of a composition having a volume ratio of a sulfite solution to an acetic acid which is about 1 to 5. Thereafter, it is impregnated in postprocessing liquid of a composition of about 5mol/l of hydrochloric acid, and a dielectric film and etching residue are completely etched.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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、特にケミカルエッチングによる誘電体材料の微細加
工に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a dielectric element, and more particularly to fine processing of a dielectric material by chemical etching.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of non-volatile memories, the importance of microfabrication technology for dielectric materials including ferroelectrics has increased.

【0003】PbTiO3、PZT、PLZTをはじめ
とする強誘電体の微細加工方法として、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として検討さ
れている。しかし、これらの材料の反応性およびエッチ
ングレートは低く、試料温度を数百℃まで加熱した報告
がなされている。
A reactive ion etching method using a reactive gas has been mainly studied as a fine processing method for a ferroelectric substance such as PbTiO 3 , PZT and PLZT. However, the reactivity and etching rate of these materials are low, and it has been reported that the sample temperature is heated to several hundreds of degrees Celsius.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
リアクティブイオンエッチングにおいて、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、エッチングプロ
セスに1時間以上を要することや、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を有していた。その結果、誘
電体膜がダメージを受けた。
However, in the above reactive ion etching, the ferroelectric has a small etching rate, and the etching rate ratio (selection ratio) with the photoresist is also small. Therefore, when a ferroelectric film such as a pyroelectric device or a piezoelectric device requires a film thickness of several μm, the etching process requires one hour or more, and the photoresist is used. ,
There is a problem that the ferroelectric is completely removed by etching by the end of etching. As a result, the dielectric film was damaged.

【0005】さらに、上記の方法では、パターン側壁に
エッチング残渣が再付着するといった課題が存在した。
Further, the above method has a problem that the etching residue is redeposited on the side wall of the pattern.

【0006】一方、ペロブスカイト酸化物である強誘電
体のケミカルエッチングにおいて、従来のエッチャント
のみのプロセスでは、基板や電極上に残渣が発生する課
題があった。さらに、サイドエッチングにより、パター
ン形状の再現性に課題があった。
On the other hand, in the chemical etching of a ferroelectric substance which is a perovskite oxide, there is a problem that a residue is generated on a substrate or an electrode in the conventional process using only an etchant. Further, due to the side etching, there is a problem in reproducibility of the pattern shape.

【0007】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く、プロ
セス時間が短く、パターン側壁、成膜基板上あるいは電
極膜上に残渣が発生しない、パターンの再現性に優れ
た、誘電体のケミカルエッチングによる微細加工技術を
供給することである。
An object of the present invention is to manufacture a dielectric element,
Microfabrication technology by chemical etching of dielectrics, which is particularly simple, has little photoresist damage, has a short process time, does not generate residues on the pattern sidewall, film formation substrate or electrode film, and has excellent pattern reproducibility. Is to supply.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a method for manufacturing a dielectric element of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0009】(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。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a cross-sectional view of a dielectric element according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a cross-sectional view of its manufacturing process. As the substrate 101, a MgO single crystal substrate (thickness 5
00 μm) was used. A Pt thin film was formed on the substrate 101 as the lower metal electrode film 102. The lower metal electrode film 102 was produced by a high frequency magnetron sputtering method.

【0010】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、PbZr0.55
0.453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。
The substrate temperature is 600 as the sputtering film formation condition.
℃, sputter gas mixed Ar (95%) and oxygen (5%)
Combined gas, gas pressure is 0.5Pa, high frequency input power density
Is 2.5 W / cmTwo(13.56MHz), film formation time
It was one hour. The film thickness was 0.15 μm. Sa
In addition, PbZr is formed on the lower metal electrode film 102.0.55T
i 0.45OThreeA dielectric film 103 having the following composition was formed. That
The film forming method will be described below.

【0011】PbZr0.55Ti0.453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,TiO2,ZrO2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650℃、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。
A high frequency magnetron sputtering apparatus was used for forming a thin film of PbZr 0.55 Ti 0.45 O 3 . The substrate was attached to a stainless steel substrate holder to form a film. As the target, powders of PbO, TiO 2 and ZrO 2 were mixed and put in a copper dish for use. Regarding the mixing ratio of the powder, PbO was added in an excess of 20 mol% with respect to the film composition. The sputtering film formation conditions are as follows: the substrate temperature is 650 ° C., and the sputtering gas is Ar (9
(0%) and oxygen (10%) mixed gas with a gas pressure of 0.9
Pa, high frequency input power density is 2.0 W / cm 2 (13.
56 MHz). The film thickness was 3 μm.

【0012】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。
Further, an upper metal electrode film 104, which is a Pt thin film, was formed on the dielectric film 103. The preparation method, conditions, and characteristics of the upper metal electrode film 104 are as follows.
It was carried out in the same manner as 02.

【0013】この後、上部金属電極膜104上に、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。
After that, a mask pattern was formed on the upper metal electrode film 104 with a photoresist 105, and then the upper metal electrode film 104 was patterned by sputter etching.

【0014】図3にエッチング装置の断面図を示す。図
3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は対向電
極、305は排気系、306は高周波電源、307はガ
ス供給源である。電極303と304は平行に配置され
ている。さらに、高周波電極303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1
0インチである。
FIG. 3 shows a sectional view of the etching apparatus. In FIG. 3, 301 is an etching sample, 302 is a reaction chamber, 303 is a high frequency applying electrode, 304 is a counter electrode, 305 is an exhaust system, 306 is a high frequency power source, and 307 is a gas supply source. The electrodes 303 and 304 are arranged in parallel. Further, a high frequency of 13.56 MHz is applied to the high frequency electrode 303. The high-frequency applying electrode is water-cooled from the back surface. The diameter of the electrode 303 is 1
0 inches.

【0015】エッチング試料301は高周波印加電極3
03上に配置されている。エッチングは、真空度0.0
6Torr、Arガス流量10SCCM、プラズマパワー170
Wの条件で、15分を要した。
The etching sample 301 is the high frequency applying electrode 3
It is arranged on 03. The degree of vacuum is 0.0
6 Torr, Ar gas flow rate 10 SCCM, plasma power 170
It took 15 minutes under the condition of W.

【0016】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。エッチャントは
フッ化水素酸水溶液に酸化剤を添加したものを用いた。
そして、亜硫酸水溶液(35%)と酢酸の体積比が1対
5である組成の前処理液に0.2〜3分浸漬した後、塩
酸のモル濃度が5mol/lの組成の後処理液に0.2〜3分
浸漬して誘電体膜およびエッチング残渣を完全にエッチ
ングした。
Then, using the patterned upper metal electrode film 104 as a mask, the dielectric film 103 was patterned by chemical etching. The etchant used was a hydrofluoric acid aqueous solution to which an oxidizing agent was added.
Then, after dipping for 0.2 to 3 minutes in a pretreatment liquid having a composition in which the volume ratio of the sulfurous acid aqueous solution (35%) and acetic acid is 1 to 5, the posttreatment liquid having a molar concentration of hydrochloric acid is 5 mol / l. The dielectric film and the etching residue were completely etched by immersion for 0.2 to 3 minutes.

【0017】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。
Subsequently, the lower metal electrode film 101 was similarly patterned by sputter etching to manufacture a dielectric element.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】ここで、誘電体のエッチャント中に添加し
た酸化剤は、過マンガン酸カリウム、二クロム酸カリウ
ム、二酸化マンガン、塩酸、硫酸、硝酸の中の少なくと
も1種以上より構成されることが望ましかった。酸化剤
の添加量と誘電体膜のエッチングレートの関係を(表
1)に示した。表1の結果より、酸化剤をエッチャント
に添加することにより誘電体のエッチングレートが大幅
に向上している。ここで、エッチャントを構成するフッ
化水素酸の酸化剤に対するモル比が、0.05以上20
00以下で、エッチングレートの向上が見られた。その
結果、エッチングプロセスの短縮化が可能であり、エッ
チャントによるフォトレジストのダメージの低減が図れ
る点で有効である。さらに、サイドエッチング量が減少
するために、パターンの再現性の向上が図れる点で有効
である。
The oxidizing agent added to the dielectric etchant is preferably composed of at least one of potassium permanganate, potassium dichromate, manganese dioxide, hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid. It was good. The relationship between the added amount of the oxidizing agent and the etching rate of the dielectric film is shown in (Table 1). From the results shown in Table 1, the etching rate of the dielectric is significantly improved by adding the oxidizing agent to the etchant. Here, the molar ratio of hydrofluoric acid constituting the etchant to the oxidizing agent is 0.05 or more and 20 or more.
When it was less than 00, the etching rate was improved. As a result, the etching process can be shortened, which is effective in that the damage of the photoresist due to the etchant can be reduced. Further, since the side etching amount is reduced, it is effective in improving the reproducibility of the pattern.

【0020】また、エッチャント中のフッ化水素酸の最
適量を明確化するために、誘電体膜パターンのテーパー
角度とエッチャント中のフッ化水素酸の含有率の関係を
検討した。酸化剤として二酸化マンガンを、フッ化水素
酸の酸化剤に対するモル比が4の場合の結果を、図5に
示した。ここで、図4に誘電体膜パターンのテーパー角
度の定義を示した。
Further, in order to clarify the optimum amount of hydrofluoric acid in the etchant, the relationship between the taper angle of the dielectric film pattern and the content of hydrofluoric acid in the etchant was examined. FIG. 5 shows the result when manganese dioxide was used as the oxidizing agent and the molar ratio of hydrofluoric acid to the oxidizing agent was 4. Here, FIG. 4 shows the definition of the taper angle of the dielectric film pattern.

【0021】図5より、エッチャントを構成するフッ化
水素酸のモル濃度が、0.1mol/l以上15mol/l以下の
範囲では、誘電体膜パターンのテーパー角度が45度以
上となり、素子作製として適切であった。フッ化水素酸
のモル濃度が1mol/l以上10mol/l以下の範囲におい
て、誘電体膜パターンのテーパー角度が65度以上とな
り、パターン側壁が切り立ち、パターン再現性の観点か
ら特に好ましかった。
As shown in FIG. 5, when the molar concentration of hydrofluoric acid constituting the etchant is in the range of 0.1 mol / l or more and 15 mol / l or less, the taper angle of the dielectric film pattern becomes 45 ° or more, and the device fabrication is as follows. Was appropriate. When the molar concentration of hydrofluoric acid is in the range of 1 mol / l or more and 10 mol / l or less, the taper angle of the dielectric film pattern becomes 65 degrees or more, the pattern side wall is sharpened, and it is particularly preferable from the viewpoint of pattern reproducibility. .

【0022】なお、エッチャントを構成する酸化剤が、
表1に示した二酸化マンガン以外の酸化剤の場合におい
ても、フッ化水素酸の濃度範囲は同様であった。
The oxidant composing the etchant is
The concentration range of hydrofluoric acid was the same for the oxidizing agents other than manganese dioxide shown in Table 1.

【0023】(実施例2)図6に、本発明の一実施例の
誘電体素子の断面図を、図7にその作製プロセスの断面
図を示す。基板601としてMgO単結晶基板(厚さ5
00μm)を用いた。基板601の上に、PbTiO3
る組成の誘電体膜602を形成した。この誘電体膜60
2は、実施例1と同様に高周波マグネトロンスパッタ法
により作製した。ターゲットは、PbO,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(90%)と酸素(10%)の混合ガスで、ガス圧
は0.9Pa、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。
(Embodiment 2) FIG. 6 shows a sectional view of a dielectric element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows a sectional view of its manufacturing process. As the substrate 601, a MgO single crystal substrate (thickness 5
00 μm) was used. A dielectric film 602 having a composition of PbTiO 3 was formed on the substrate 601. This dielectric film 60
2 was manufactured by the high frequency magnetron sputtering method as in Example 1. As the target, powders of PbO and TiO 2 were mixed and put in a copper dish for use. The powder mixing ratio is
PbO was added in excess of 20 mol% with respect to the film composition. The film formation conditions for sputtering are as follows: substrate temperature is 600 ° C., sputtering gas is a mixed gas of Ar (90%) and oxygen (10%), gas pressure is 0.9 Pa, and high-frequency input power density is 2.0 W / cm 2.
(13.56 MHz). The film thickness was 3 μm.

【0024】続いて、誘電体膜602上にパターニング
したフォトレジスト603をマスクとして形成した後
に、誘電体膜602をケミカルエッチングによりパター
ニングした。エッチャントはフッ化水素酸水溶液に酸化
剤として二クロム酸カリウムを添加したものを用いた。
フッ化水素酸のモル濃度は5mol/lであり、フッ化水素
酸の二クロム酸カリウムに対するモル比は4とした。そ
して、還元剤から構成される前処理液に0.2〜3分浸
漬した。続いて、塩酸のモル濃度が5mol/lの組成の後
処理液に0.2〜3分浸漬して、誘電体膜およびエッチ
ング残渣を完全にエッチングした。最後に、フォトレジ
ストを化学的に除去した。
Subsequently, after forming a patterned photoresist 603 on the dielectric film 602 as a mask, the dielectric film 602 was patterned by chemical etching. The etchant used was an aqueous solution of hydrofluoric acid to which potassium dichromate was added as an oxidizing agent.
The molar concentration of hydrofluoric acid was 5 mol / l, and the molar ratio of hydrofluoric acid to potassium dichromate was 4. Then, it was immersed in a pretreatment liquid composed of a reducing agent for 0.2 to 3 minutes. Subsequently, the dielectric film and the etching residue were completely etched by immersing in a post-treatment liquid having a hydrochloric acid molar concentration of 5 mol / l for 0.2 to 3 minutes. Finally, the photoresist was chemically removed.

【0025】[0025]

【表2】 [Table 2]

【0026】ここで、前処理液を構成する還元剤として
は、過酸化水素、シュウ酸、ヨウ化カリウム、亜硫酸、
塩化スズ(II)、ホルムアルデヒドの中の少なくとも1つ
より構成されることが好ましかった。(表2)に結果を
示した。ここで、前処理液を構成する還元剤の濃度は、
0.05mol/l以上5mol/l以下の範囲において、残渣が
発生することなく誘電体をパターニングできた。さらに
還元剤のモル濃度が、0.1mol/l以上1mol/l以下の範
囲では、前処理液への浸漬時間の短縮化が可能であり特
に有効であることが明らかとなった。なお、比較実験と
して、前処理液に還元剤の代わりに代表的な酸化剤であ
る過マンガン酸カリウムを添加したが、誘電体膜のエッ
チング残渣が基板上に多数存在し後処理液後においても
除去不可能であった。
Here, as the reducing agent constituting the pretreatment liquid, hydrogen peroxide, oxalic acid, potassium iodide, sulfurous acid,
It was preferred to consist of at least one of tin (II) chloride, formaldehyde. The results are shown in (Table 2). Here, the concentration of the reducing agent constituting the pretreatment liquid is
In the range of 0.05 mol / l or more and 5 mol / l or less, the dielectric could be patterned without generating a residue. Further, it has been revealed that when the molar concentration of the reducing agent is in the range of 0.1 mol / l or more and 1 mol / l or less, the immersion time in the pretreatment liquid can be shortened and it is particularly effective. As a comparative experiment, a typical oxidizing agent, potassium permanganate, was added to the pretreatment solution instead of the reducing agent, but even after the post-treatment solution, a large number of dielectric film etching residues were present on the substrate. It could not be removed.

【0027】(実施例3)図8に、本発明の一実施例の
誘電体素子の断面図を、図9にその作製プロセスの断面
図を示す。基板801としてSi単結晶基板(厚さ50
0μm)を用いた。基板801の上に、Ti薄膜を密着
層802として高周波マグネトロンスッパタ法により形
成した後、Pt薄膜を下部金属電極膜803として密着
層802上に形成した。この下部金属電極膜803は、
実施例1と同様にして作成を行った。また、密着層80
2の成膜条件は、基板温度が600℃、スパッタガスは
Arガスで、ガス圧は0.7Pa、高周波投入パワー密
度は5.0W/cm2(13.56MHz)、成膜時間は
5分であった。
(Embodiment 3) FIG. 8 shows a sectional view of a dielectric element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 shows a sectional view of its manufacturing process. As the substrate 801, a Si single crystal substrate (thickness 50
0 μm) was used. A Ti thin film was formed as an adhesion layer 802 on the substrate 801 by a high frequency magnetron sputtering method, and then a Pt thin film was formed as a lower metal electrode film 803 on the adhesion layer 802. The lower metal electrode film 803 is
It was created in the same manner as in Example 1. In addition, the adhesion layer 80
The film forming conditions of No. 2 are as follows: substrate temperature is 600 ° C., sputter gas is Ar gas, gas pressure is 0.7 Pa, high frequency input power density is 5.0 W / cm 2 (13.56 MHz), film forming time is 5 minutes. Met.

【0028】続いて、前記下部金属電極膜803上に、
BaTiO3または、SrTiO3なる組成の誘電体膜8
04を形成した。誘電体膜の作成方法を以下に示す。
Then, on the lower metal electrode film 803,
Dielectric film 8 having a composition of BaTiO 3 or SrTiO 3
04 was formed. The method for forming the dielectric film is shown below.

【0029】BaTiO3なる組成を有する誘電体膜
は、実施例1と同様に高周波スパッタ法により作成し
た。ターゲットは、BaTiO3の組成を有する焼結体
を用いた。スパッタの成膜条件は、基板温度が700
℃、スパッタガスはAr(90%)と酸素(10%)の
混合ガスで、ガス圧は0.9Pa、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。
The dielectric film having the composition of BaTiO 3 was formed by the high frequency sputtering method as in the first embodiment. As the target, a sintered body having a composition of BaTiO 3 was used. The substrate temperature is 700 as the film formation condition of sputtering.
C., the sputtering gas was a mixed gas of Ar (90%) and oxygen (10%), the gas pressure was 0.9 Pa, and the high frequency input power density was 2.0 W / cm 2 (13.56 MHz). The film thickness was 3 μm.

【0030】さらに、SrTiO3なる組成を有する誘
電体膜は、実施例1と同様に高周波スパッタ法により作
成した。ターゲットは、SrTiO3の組成を有する焼
結体を用いた。スパッタの成膜条件は、基板温度が50
0℃、スパッタガスはAr(90%)と酸素(10%)
の混合ガスで、ガス圧は0.9Pa、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。
Further, the dielectric film having the composition of SrTiO 3 was formed by the high frequency sputtering method as in the first embodiment. As the target, a sintered body having a composition of SrTiO 3 was used. The substrate temperature is 50 when the film is formed by sputtering.
0 ° C, sputter gas is Ar (90%) and oxygen (10%)
The gas pressure was 0.9 Pa, and the high frequency input power density was 2.0 W / cm 2 (13.56 MHz).
The film thickness was 3 μm.

【0031】そして、誘電体膜804上に、フォトレジ
スト805によりマスクパターンを形成した後に、誘電
体膜804を、ケミカルエッチングによりパターニング
を行なった。エッチャントはフッ化水素酸水溶液に酸化
剤として過マンガン酸カリウムを添加したものを用い
た。フッ化水素酸のモル濃度は5mol/lであり、フッ化
水素酸の過マンガン酸カリウムに対するモル比は5とし
た。続いて、ヨウ化カリウム水溶液(0.1mol/l)と酢酸
の体積比が1対5である組成の前処理液に0.2〜3分
浸漬した後、後処理液に0.2〜3分浸漬して誘電体膜
およびエッチング残渣を完全にエッチングした。最後
に、フォトレジストを化学的に除去した後に、実施例1
と同様の工程により金属電極膜をパターニングして誘電
体素子を作製した。
After forming a mask pattern on the dielectric film 804 with a photoresist 805, the dielectric film 804 was patterned by chemical etching. The etchant used was an aqueous solution of hydrofluoric acid to which potassium permanganate was added as an oxidant. The molar concentration of hydrofluoric acid was 5 mol / l, and the molar ratio of hydrofluoric acid to potassium permanganate was 5. Then, after dipping for 0.2 to 3 minutes in a pretreatment solution having a composition of a potassium iodide aqueous solution (0.1 mol / l) and acetic acid in a volume ratio of 1: 5, the posttreatment solution is treated for 0.2 to 3 minutes. The dielectric film and the etching residue were completely etched by immersion. Finally, after chemically removing the photoresist, Example 1
The metal electrode film was patterned by the same process as described above to produce a dielectric element.

【0032】[0032]

【表3】 [Table 3]

【0033】ここで、後処理液を構成する酸は、塩酸、
酢酸、硫酸または硝酸の中の少なくとも1種より構成さ
れることが適当であった。(表3)に、誘電体膜804
の組成がBaTiO3の場合について、結果を示した。
ここで、後処理液を構成する酸の濃度が、0.1mol/l以
上12mol/l以下の範囲において、残渣が発生すること
なく誘電体をパターニングできた。特に、酸の濃度が、
1.0mol/l以上6.5mol/l以下の範囲では、後処理液
への浸漬時間の短縮化が可能であり、パターン再現性の
観点から特に有効であることが明らかとなった。また、
誘電体膜804がSrTiO3の場合も同様の結果を得
た。
The acid constituting the post-treatment liquid is hydrochloric acid,
It was suitable to consist of at least one of acetic acid, sulfuric acid or nitric acid. The dielectric film 804 is shown in (Table 3).
The results are shown for the case where the composition is BaTiO 3 .
Here, when the concentration of the acid constituting the post-treatment liquid was in the range of 0.1 mol / l or more and 12 mol / l or less, the dielectric could be patterned without generating a residue. In particular, the concentration of acid
It has been revealed that in the range of 1.0 mol / l or more and 6.5 mol / l or less, the immersion time in the post-treatment liquid can be shortened, and it is particularly effective from the viewpoint of pattern reproducibility. Also,
Similar results were obtained when the dielectric film 804 was SrTiO 3 .

【0034】なお、本実施例1,2および3において、
誘電体として、PbZr0.55Ti0.4 53,PbTi
3、BaTiO3、SrTiO3を例とし、その成膜方
法も高周波スパッタ方法であった。しかし、本発明が他
の組成の誘電体、あるいはCVD法やゾルーゲル法をは
じめとする他の成膜方法による誘電体膜においても有効
であることは明らかである。さらに、誘電体が薄膜以外
の形態においても本発明が有効であることは明らかであ
る。
In the first, second and third embodiments,
As a dielectric, PbZr 0.55 Ti 0.4 5 O 3 , PbTi
O 3 , BaTiO 3 , and SrTiO 3 were taken as an example, and the film forming method was also a high frequency sputtering method. However, it is clear that the present invention is also effective for dielectrics having other compositions or dielectric films formed by other film forming methods such as the CVD method and the sol-gel method. Furthermore, it is clear that the present invention is effective even when the dielectric is a form other than a thin film.

【0035】また、本実施例1および3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。
Further, although Pt is exemplified as the metal electrode film in the first and third embodiments, it is obvious that the present invention is effective for other metal materials.

【0036】さらに、本実施例1,2および3におい
て、基板材料としてMgO単結晶基板およびSi単結晶
基板を例示した。しかし、本発明が他の単結晶基板や、
ガラス基板、ステンレス金属基板等の非単結晶基板にお
いても有効であることは明らかである。
Further, in Examples 1, 2, and 3, the MgO single crystal substrate and the Si single crystal substrate were illustrated as the substrate material. However, the present invention is not limited to other single crystal substrates,
It is clear that it is also effective for non-single crystal substrates such as glass substrates and stainless metal substrates.

【0037】さらにまた、本実施例1,2および3にお
いて、エッチャントに添加する酸化剤として、過マンガ
ン酸カリウム、二クロム酸カリウム、二酸化マンガン、
塩酸、硫酸、硝酸、を使用した。しかし、他の酸化剤も
同様の効果が得られることは明らかである。
Furthermore, in Examples 1, 2 and 3, as oxidizing agents added to the etchant, potassium permanganate, potassium dichromate, manganese dioxide,
Hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid were used. However, it is clear that other oxidizing agents can achieve the same effect.

【0038】また、本実施例1,2および3において、
前処理液に添加する還元剤として、過酸化水素、シュウ
酸、ヨウ化カリウム、亜硫酸、塩化スズ(II)、ホルムア
ルデヒドを使用した。しかし、他の還元剤も同様の効果
が得られることは明らかである。
In the first, second and third embodiments,
Hydrogen peroxide, oxalic acid, potassium iodide, sulfurous acid, tin (II) chloride, and formaldehyde were used as reducing agents added to the pretreatment liquid. However, it is clear that other reducing agents have similar effects.

【0039】さらに、本実施例1,2および3におい
て、後処理液に添加する酸として、塩酸、酢酸、硫酸ま
たは硝酸を使用した。しかし、他の酸も同様の効果が得
られることは明らかである。
Further, in Examples 1, 2 and 3, hydrochloric acid, acetic acid, sulfuric acid or nitric acid was used as the acid added to the post-treatment liquid. However, it is clear that other acids have similar effects.

【0040】[0040]

【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、誘電体のパターニングを、フッ化水素酸と酸化
剤より構成されるエッチャントによりエッチングした
後、還元剤より構成される前処理液、続いて酸より構成
される後処理液によりエッチング残渣を除去する工程を
備えている。
As described above, according to the method of manufacturing a dielectric element of the present invention, the patterning of the dielectric is performed after etching with an etchant composed of hydrofluoric acid and an oxidant and before formation of the reducing agent. The method includes a step of removing an etching residue with a treatment liquid and then a post-treatment liquid composed of an acid.

【0041】また、前記誘電体が、チタン酸鉛系、ジル
コン酸鉛系、チタン酸ジルコン酸鉛系、チタン酸バリウ
ム系、チタン酸ストロンチウム系、チタン酸ストロンチ
ウムバリウム系のいずれかの組成を有している。
Further, the dielectric has a composition of any one of lead titanate type, lead zirconate type, lead zirconate titanate type, barium titanate type, strontium titanate type, and strontium barium titanate type. ing.

【0042】さらに、基板上に金属電極膜を形成する工
程、前記金属電極膜をエッチングしパターニングした電
極を形成する工程、前記パターニングした金属電極膜上
に前記記載の組成を有する誘電体膜を形成する工程、前
記誘電体膜を前記記載のケミカルエッチング法によりパ
ターニングする工程を備えている。
Further, a step of forming a metal electrode film on the substrate, a step of forming a patterned electrode by etching the metal electrode film, and a dielectric film having the above-described composition on the patterned metal electrode film. And a step of patterning the dielectric film by the chemical etching method described above.

【0043】さらにまた、基板上に前記記載の組成を有
する誘電体膜を形成する工程、前記誘電体膜を前記記載
のケミカルエッチング法により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。
Furthermore, the method further comprises the steps of forming a dielectric film having the above-described composition on the substrate and forming a dielectric film by patterning the dielectric film by the chemical etching method described above.

【0044】また、基板上に前記記載の組成を有する誘
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、前記誘電体膜を前
記記載のケミカルエッチング法によりパターニングする
工程を備えている。
Further, a step of forming a dielectric film having the above composition on the substrate, a step of forming a metal electrode film on the dielectric film, and a metal electrode film formed by etching and patterning the metal electrode film. And a step of patterning the dielectric film by the chemical etching method described above.

【0045】さらに、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前記記載の組成を有する誘電体
膜を形成する工程、前記誘電体膜を前記記載のケミカル
エッチング法によりパターニングする工程、前記金属電
極膜を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。
Further, a step of forming a metal electrode film on the substrate, a step of forming a dielectric film having the above-described composition on the metal electrode film, and the dielectric film is patterned by the chemical etching method described above. And a step of forming a patterned metal electrode film by etching the metal electrode film.

【0046】さらにまた、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前記記載の組成を
有する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、前記誘電体膜を前記記載のケミカルエッチング法に
よりパターニングする工程、最後に下部金属電極膜をエ
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。
Furthermore, a step of forming a lower metal electrode film on the substrate, a step of forming a dielectric film having the above composition on the lower metal electrode film, and an upper metal electrode film on the dielectric film. Forming step, forming an upper metal electrode film by etching and patterning the upper metal electrode film, patterning the dielectric film by the chemical etching method described above, and finally etching and patterning the lower metal electrode film The method includes a step of forming a lower metal electrode film.

【0047】本発明は上記構成により、誘電体のエッチ
ャントに、過マンガン酸カリウム、二クロム酸カリウ
ム、二酸化マンガン、塩酸、硫酸、硝酸の中の少なくと
も1種以上の酸化剤を添加することにより、誘電体のエ
ッチングレートが大幅に向上した。従って、エッチング
プロセスの短縮化が可能である。その結果、エッチャン
トによるフォトレジストのダメージの低減が図れる点で
有効である。さらに、サイドエッチング量が減少するた
めに、パターンの再現性の向上が図れる点で有効であ
る。
According to the present invention, by adding at least one oxidizing agent selected from potassium permanganate, potassium dichromate, manganese dioxide, hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid to the dielectric etchant, The etching rate of the dielectric has been greatly improved. Therefore, the etching process can be shortened. As a result, it is effective in reducing the damage of the photoresist due to the etchant. Further, since the side etching amount is reduced, it is effective in improving the reproducibility of the pattern.

【0048】また、前処理液を構成する還元剤に、過酸
化水素、シュウ酸、ヨウ化カリウム、亜硫酸、塩化スズ
(II)、ホルムアルデヒドの中の少なくとも1つを使用す
ることにより、残渣が発生することなく誘電体をパター
ニングできた。さらに、後処理液を構成する酸に、塩
酸、酢酸または硝酸の中の少なくとも1種を使用するこ
とにより、残渣が発生することなく誘電体をパターニン
グできた。この結果、誘電体素子のパターンの微細化が
可能である点で有効である。さらに、パターニング形成
後の誘電体膜上に絶縁層や電極膜を形成する場合、断線
やクラックの発生を防止できる点で有効である。
Further, as a reducing agent constituting the pretreatment liquid, hydrogen peroxide, oxalic acid, potassium iodide, sulfurous acid, tin chloride are used.
By using at least one of (II) and formaldehyde, the dielectric could be patterned without generating a residue. Furthermore, by using at least one of hydrochloric acid, acetic acid, and nitric acid as the acid that constitutes the post-treatment liquid, the dielectric could be patterned without generating a residue. As a result, it is effective in that the pattern of the dielectric element can be miniaturized. Furthermore, when an insulating layer or an electrode film is formed on the dielectric film after patterning, it is effective in that it is possible to prevent the occurrence of disconnection and cracks.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1の誘電体素子の断面図FIG. 1 is a cross-sectional view of a dielectric element of Example 1.

【図2】実施例1の誘電体素子の製造プロセスの断面図FIG. 2 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the dielectric element of Example 1.

【図3】実施例1および3に用いたエッチング装置の断
面図
FIG. 3 is a sectional view of an etching apparatus used in Examples 1 and 3.

【図4】誘電体膜パターンのテーパー角度を示した断面
FIG. 4 is a sectional view showing a taper angle of a dielectric film pattern.

【図5】実施例1におけるエッチャント中のフッ化水素
酸のモル濃度とパターンのテーパー角度の関係を表した
グラフ
5 is a graph showing the relationship between the molar concentration of hydrofluoric acid in the etchant and the taper angle of the pattern in Example 1. FIG.

【図6】実施例2の誘電体素子の断面図FIG. 6 is a cross-sectional view of a dielectric element of Example 2.

【図7】実施例2の誘電体素子の製造プロセスの断面図FIG. 7 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the dielectric element of Example 2.

【図8】実施例3の誘電体素子の断面図FIG. 8 is a cross-sectional view of a dielectric element of Example 3

【図9】実施例3の誘電体素子の製造プロセスの断面図FIG. 9 is a sectional view of the manufacturing process of the dielectric element of Example 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 対向電極 305 排気系 306 高周波電源 307 ガス供給源 601 基板 602 誘電体膜 603 フォトレジスト 801 基板 802 接着層 803 下部電極 804 誘電体膜 805 フォトレジスト 101 substrate 102 lower metal electrode film 103 dielectric film 104 upper metal electrode film 105 photoresist 301 etching sample 302 reaction chamber 303 high frequency applying electrode 304 counter electrode 305 exhaust system 306 high frequency power supply 307 gas supply source 601 substrate 602 dielectric film 603 photo Resist 801 Substrate 802 Adhesive layer 803 Lower electrode 804 Dielectric film 805 Photoresist

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/8247 H01L 29/78 371 29/788 29/792 (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Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical indication location H01L 21/8247 H01L 29/78 371 29/788 29/792 (72) Inventor Atsushi Tomozawa Kadoma, Osaka Prefecture 1006 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】誘電体のパターニングを、フッ化水素酸と
酸化剤より構成されるエッチャントによりエッチングし
た後、還元剤より構成される前処理液、続いて酸より構
成される後処理液によりエッチング残渣を除去すること
を特徴とする誘電体素子の製造方法。
1. A patterning of a dielectric material is carried out by etching with an etchant composed of hydrofluoric acid and an oxidant, followed by etching with a pretreatment liquid composed of a reducing agent and subsequently a post-treatment liquid composed of an acid. A method of manufacturing a dielectric element, which comprises removing a residue.
【請求項2】誘電体がチタン酸鉛系、ジルコン酸鉛系、
チタン酸ジルコン酸鉛系、チタン酸バリウム系、チタン
酸ストロンチウム系、チタン酸ストロンチウムバリウム
系のいずれかの組成を有する誘電体材料であることを特
徴とする請求項1に記載の誘電体素子の製造方法。
2. The dielectric material is lead titanate type, lead zirconate type,
2. The dielectric material according to claim 1, wherein the dielectric material is a lead zirconate titanate-based, barium titanate-based, strontium titanate-based, or strontium barium titanate-based dielectric material. Method.
【請求項3】基板上に金属電極膜を形成する工程、前記
金属電極膜をエッチングしパターニングした電極を形成
する工程を具備し、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ことを特徴とする請求項1又は2
に記載の誘電体素子の製造方法。
3. A step of forming a metal electrode film on a substrate, a step of etching the metal electrode film to form a patterned electrode, wherein a dielectric film is formed on the patterned metal electrode film. Claim 1 or 2 characterized
A method for manufacturing the dielectric element according to 1.
【請求項4】金属電極膜のエッチングを誘電体のエッチ
ングよりも後に行う事を特徴とする請求項3に記載の誘
電体素子の製造方法。
4. The method for manufacturing a dielectric element according to claim 3, wherein the etching of the metal electrode film is performed after the etching of the dielectric.
【請求項5】基板上に、チタン酸鉛系、ジルコン酸鉛
系、チタン酸ジルコン酸鉛系、チタン酸バリウム系、チ
タン酸ストロンチウム系、チタン酸ストロンチウムバリ
ウム系のいずれかの組成を有する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、前記誘電体膜を、フッ化水素酸と酸化
剤より構成されるエッチャントによりエッチングした
後、還元剤より構成される前処理液、続いて酸より構成
される後処理液によりエッチング残渣を除去することに
よりパターニング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。
5. A dielectric having a lead titanate-based, lead zirconate-based, lead zirconate titanate-based, barium titanate-based, strontium titanate-based, or strontium barium titanate-based composition on a substrate. A step of forming a film, a step of forming a metal electrode film on the dielectric film, a step of forming a metal electrode film by etching and patterning the metal electrode film, and a step of forming the dielectric film with hydrofluoric acid and an oxidizing agent. After etching with an etchant composed of the above, a step of patterning is performed by removing an etching residue with a pretreatment liquid composed of a reducing agent and then a posttreatment liquid composed of an acid. Method of manufacturing dielectric element.
【請求項6】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チタン酸鉛系、ジルコン酸鉛
系、チタン酸ジルコン酸鉛系、チタン酸バリウム系、チ
タン酸ストロンチウム系、チタン酸ストロンチウムバリ
ウム系のいずれかの組成を有する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、前記誘電体膜を、フッ化
水素酸と酸化剤より構成されるエッチャントによりエッ
チングした後、還元剤より構成される前処理液、続いて
酸より構成される後処理液によりエッチング残渣を除去
することによりパターニングする工程、最後に下部金属
電極膜を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。
6. A step of forming a lower metal electrode film on a substrate,
A dielectric film having any of lead titanate-based, lead zirconate-based, lead zirconate titanate-based, barium titanate-based, strontium titanate-based, and strontium barium titanate-based compositions on the lower metal electrode film. Forming step, forming an upper metal electrode film on the dielectric film,
Forming a patterned upper metal electrode film by etching the upper metal electrode film, etching the dielectric film with an etchant composed of hydrofluoric acid and an oxidizing agent, and then performing a pretreatment composed of a reducing agent And a step of patterning by removing an etching residue with a post-treatment solution composed of an acid, and a step of finally etching and patterning the lower metal electrode film. And a method for manufacturing a dielectric element.
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