JPH1012836A - 容量素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
容量素子形成のための容量絶縁膜及び電極材料のドライ
エッチングにおいて、側壁残さのないエッチング形状を
実現し、信頼性に優れた容量素子を歩留まりよく製造す
る方法を提供する。 【解決手段】 支持基板1上に容量素子用電極または容
量絶縁膜2及びマスク3を形成し、容量素子用電極また
は容量絶縁膜2をドライエッチングする。次に、エッチ
ング後大気に曝すことなく洗浄し、マスク3の側壁に付
着した反応生成物4を除去する。次に、マスク3を除去
する。洗浄を行う雰囲気が、窒素、アルゴン、ヘリウム
等の不活性ガスであり、洗浄に用いる溶液が、水、塩
酸、硝酸、弗酸及び有機溶剤から選ばれる少なくとも一
つを含む溶液であることが好ましい。
Description
誘電体または強誘電体を容量絶縁膜とする電気的容量素
子の製造方法に関する。
低消費電力化の傾向が推進される中で民生用電子機器が
一段と高度化し、使用される半導体装置もその半導体素
子の微細化が急速に進んできている。それに伴って電子
機器から発生される電磁波雑音である不要輻射が大きな
問題になっており、この不要輻射低減対策として高誘電
率を有する誘電体(以下単に高誘電体という)を容量絶
縁膜とする大容量の容量素子を半導体集積回路装置等に
内蔵する技術が注目をあびている。また、ダイナミック
RAM(DRAM)の高集積化に伴い、従来の珪素酸化
物または窒化物の代わりに高誘電体を容量絶縁膜として
用いる技術が広く研究されている。さらに従来にない低
動作電圧かつ高速書き込み読み出し可能な不揮発性RA
Mの実用化を目指し、自発分極特性を有する強誘電体膜
に関する研究開発が盛んに行われている。
て、図面を参照しながら説明する。図6(a)〜(c)
は従来の容量素子の製造方法を示す工程断面図であり、
1は半導体等の支持基板、2は容量素子用電極または高
誘電体や強誘電体で構成された容量絶縁膜、3は光硬化
性樹脂等のマスク、4はドライエッチングした結果マス
ク3の側壁に付着する反応生成物である。まず、支持基
板1上に容量素子用電極または容量絶縁膜2をスパッタ
法や有機金属堆積法で形成し、所望の形状に加工するた
めにマスク3を形成し図6(a)のような構成にする。
次に図6(b)のように容量素子用電極または容量絶縁
膜2をドライエッチングする。最後に図6(c)のよう
にマスクを除去する。
の製造方法では、容量素子用電極または容量絶縁膜2を
ドライエッチングする際にマスク3の側壁に付着する反
応生成物4が、マスク除去後にも残るために、ドライエ
ッチング後に容量素子上に形成される薄膜のカバレッジ
不良が発生し、正常な特性が得られないという課題を有
していた。
あり、マスク側壁に付着する反応生成物がないため、正
常な容量素子の特性が得られる容量素子の製造方法を提
供することを目的とする。
め、本発明の第1番目の容量素子の製造方法は、高誘電
率を有する誘電体または強誘電体を容量絶縁膜とする容
量素子の形成において、マスク材料をパターニングする
工程と、前記容量素子を構成する電極材料または誘電体
材料をドライエッチングする工程と、前記ドライエッチ
ング後に大気に暴露することなく洗浄を行う工程と、前
記マスク材料を除去する工程とを有することを特徴とす
る。この構成により、容量素子用電極または容量絶縁膜
のドライエッチング後にも反応生成物の付着がないエッ
チング形状を実現できるため、容量素子の正常な特性を
得ることができる。
は、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3),チタン
酸ストロンチウムバリウム(BaxSr1-xTiO3、た
だし、0<x<1)、酸化タンタル(Ta2O5)等をい
う。また、強誘電体とは、チタン酸鉛ジルコニウム(P
bZr1-xTixO3、ただし、0<x<1)、タンタル
酸ビスマスストロンチウム(SrBi2Ta2O9)等を
いう。
法は、高誘電率を有する誘電体または強誘電体を容量絶
縁膜とする容量素子の形成において、マスク材料を5°
以上80゜以下のテーパー角度を持つようにパターニン
グする工程と、前記容量素子を構成する電極材料または
誘電体材料をドライエッチングする工程と、前記マスク
材料を除去する工程とを有することを特徴とする。この
構成により、容量素子用電極または容量絶縁膜のドライ
エッチング時にマスク側壁に付着する反応生成物を、ド
ライエッチング時のイオン衝突により物理的に除去で
き、反応生成物の付着がないエッチング形状を実現でき
るため、容量素子の正常な特性を得ることができる。
法は、高誘電率を有する誘電体または強誘電体を容量絶
縁膜とする容量素子の形成において、マスク材料をパタ
ーニングする工程と、前記容量素子を構成する電極材料
または誘電体材料を100℃以上400℃以下の基板温
度でドライエッチングする工程と、前記マスク材料を除
去する工程とを有することを特徴とする。この構成によ
り、容量素子用電極または容量絶縁膜のドライエッチン
グ時の反応生成物を揮発性の高い状態のまま排気でき、
反応生成物の付着がないエッチング形状を実現できるた
め、容量素子の正常な特性を得ることができる。
造方法においては、容量素子を構成する電極材料が、白
金、パラジウム、ルテニウム、酸化ルテニウム、イリジ
ウム、酸化イリジウム、チタン、酸化チタン及び窒化チ
タンから選ばれる少なくとも一つを含む材料であること
が好ましい。
の製造方法においては、マスク材料が、フォトレジス
ト、酸化珪素、チタン、酸化チタン、窒化チタン、タン
タルおよびタングステンから選ばれる少なくとも一つを
含む材料であることが好ましい。
造方法においては、洗浄を行う雰囲気が、窒素、アルゴ
ン及びヘリウムから選ばれる少なくとも一つの不活性ガ
ス雰囲気であることが好ましい。これにより、反応生成
物の酸化により除去が困難な安定な物質になることを防
止することができる。
造方法においては、洗浄に用いる溶液が、水、塩酸、硝
酸、弗酸及び有機溶剤から選ばれる少なくとも一つを含
む溶液であることが好ましい。これにより、反応生成物
を化学的に除去することができる。
て、図を参照しながら説明する。
の形態における容量素子の製造方法の工程断面図であ
る。まず図1(a)に示すように、Si,GaAs等の
化合物半導体、ガラス基板などの支持基板1上に容量素
子用電極または容量絶縁膜2をスパッタ法や有機金属堆
積法で形成し、続いて所望の形状に加工するためのマス
ク3を形成した。次に、図1(b)に示すように、容量
素子用電極または容量絶縁膜2をドライエッチングし
た。この際、マスク3の側壁には反応生成物4が付着し
た。次に、図1(c)に示すように、エッチング後の支
持基板1を大気に曝すことなく窒素雰囲気下で洗浄し、
マスク3の側壁に付着した反応生成物4を除去した。最
後に、図1(d)に示すように、マスク3を除去した。
素子用電極または容量絶縁膜2をドライエッチング後に
酸素に触れることなく洗浄を行うことにより、反応生成
物4が酸化され除去が困難な物質になることなく容易に
マスク3の側壁に付着した反応生成物4を除去すること
ができた。
た場合、ドライエッチングで用いるガスはおもに塩素を
含んでいるため、反応生成物は2塩化白金または4塩化
白金となる。2塩化白金は、塩酸に溶解する。また、4
塩化白金は、水、エタノールまたはアセトンに溶解す
る。以上から、洗浄剤として塩酸と水の混合液を用いれ
ばマスク3の側壁に付着した反応生成物4を完全に除去
できる。なお、2塩化白金または4塩化白金が酸化した
場合には、塩化酸化白金が形成される。これは化学的に
非常に安定であり、除去困難となるため、大気にさらす
ことなく洗浄することが不可欠となる。
Ta2O9を用いた場合、ドライエッチングで用いるガス
はおもに塩素または弗素を含んでいるため、反応生成物
4はBiClxおよびSrClx、TaClx、またはB
iFxおよびSrFx、TaFxとなる。これらは、弗酸
と硝酸の混合液に溶解する。以上から弗酸と硝酸の混合
液を用いればマスク3の側壁に付着した反応生成物4を
完全に除去できる。
または容量絶縁膜2の厚さは0.2〜0.4μmであっ
た。なお、本実施の形態では、容量素子用電極として、
白金を用いたが、パラジウム、ルテニウム、酸化ルテニ
ウム、イリジウム、酸化イリジウム、チタン、酸化チタ
ン、または窒化チタンを少なくとも含む材料でも同様の
効果が得られる。
酸と水の混合液および弗酸と硝酸の混合液を用いたが、
容量素子用電極材料または容量絶縁膜に応じて種々の選
択が可能である。例えば、80℃以上の水、または有機
溶剤を少なくとも含む材料を用いることができる。
として窒素を用いたが、アルゴンまたはヘリウム等の不
活性ガスであれば同等の効果が得られる。 (実施の形態2)次に、本発明の第2の実施の形態につ
いて、図を参照しながら説明する。
の形態における容量素子の製造方法の工程断面図であ
る。まず図2(a)に示すように、支持基板1上に容量
素子用電極または容量絶縁膜2を第1の実施形態と同様
の方法で形成し、続いて所望の形状に加工するためのマ
スク3として75°のテーパー角度θを有するフォトレ
ジストを形成した。次に、図2(b)に示すように、容
量素子用電極または容量絶縁膜2をドライエッチングし
た。この際、マスク3の側壁に付着する反応生成物4は
ドライエッチング時のイオン5の衝突によりスパッタエ
ッチングされた。最後に、図2(c)に示すように、マ
スク3を除去した。
°のテーパー角度を有するマスク形状を有しているた
め、マスク側壁部はドライエッチング時に常にイオン衝
突に曝されており、その結果側壁に付着する反応生成物
4がスパッタエッチングされ、マスク3の側壁に付着し
て残る反応生成部(以下、残さという)のないエッチン
グ形状を実現できた。
きのテーパーの角度θと、マスク3の側壁に反応生成物
4が付着する割合(側壁付着発生率)との関係は図3に
示すようになり、テーパー角度θが80°以下であれば
残さのない形状を実現できることが確認できた。また、
テーパー角度θが5°未満であると、マスクの両端でマ
スクとして機能しなくなる。したがって、テーパー角度
θは5°以上80°以下が好ましい。
材料としてフォトレジストを用いたが、酸化珪素、タン
タル、チタン、酸化チタン、窒化チタンまたはタングス
テンを少なくとも含む材料でも同様の効果が得られる。
施の形態について、図を参照しながら説明する。図4
(a)〜(c)は本発明の第3の実施の形態における容
量素子の製造方法の工程断面図である。まず図4(a)
に示すように、支持基板1上に容量素子用電極または容
量絶縁膜2を第1の実施形態と同様の方法で形成し、続
いて所望の形状に加工するためのマスク3を形成した。
次に、図4(b)に示すように、容量素子用電極または
容量絶縁膜2を、支持基板1の温度(以下、基板温度と
いう)を120℃に保ちながらドライエッチングした。
この際、基板温度を120℃に保っているため、反応生
成物4は揮発性に富んでおり、その結果マスク3の側壁
に付着することなく排気された。最後に、図4(c)に
示すように、マスク3を除去した。
温度を120℃に保ちながらドライエッチングを行うた
め、室温では揮発性に乏しい材料でも容易に揮発させる
ことが可能となる。その結果、反応生成物4はマスク3
の側壁に付着することなく排気され、残さのないエッチ
ング形状を実現できる。
5に示すようになり、基板温度が100℃以上であれば
残さのない形状を実現できることを確認した。また、基
板温度が400℃を越えると、容量素子の特性が劣化し
やすい。したがって、基板温度は100℃以上400℃
以下が好ましい。
グ直後に空気に曝されることなく洗浄する、またはマス
ク材料に5°以上80°以下のテーパー角度を付ける、
または基板温度を100℃以上400℃以下に保ちなが
らドライエッチングをすることにより、マスク側壁に残
さのない高精度のエッチング形状を実現する優れた信頼
性を有する容量素子の製造方法を提供することが可能と
なる。
容量素子の製造方法における工程図。
容量素子の製造方法における工程図。
テーパー角度と側壁付着発生率との関係を示す図。
容量素子の製造方法における工程図。
着発生率との関係を示す図。
における工程図。
Claims (7)
- 【請求項1】 高誘電率を有する誘電体または強誘電体
を容量絶縁膜とする容量素子の形成において、マスク材
料をパターニングする工程と、前記容量素子を構成する
電極材料または誘電体材料をドライエッチングする工程
と、前記ドライエッチング後に大気に暴露することなく
洗浄を行う工程と、前記マスク材料を除去する工程とを
有することを特徴とする容量素子の製造方法。 - 【請求項2】 高誘電率を有する誘電体または強誘電体
を容量絶縁膜とする容量素子の形成において、マスク材
料を5゜以上80゜以下のテーパー角度を持つようにパ
ターニングする工程と、前記容量素子を構成する電極材
料または誘電体材料をドライエッチングする工程と、前
記マスク材料を除去する工程とを有することを特徴とす
る容量素子の製造方法。 - 【請求項3】 高誘電率を有する誘電体または強誘電体
を容量絶縁膜とする容量素子の形成において、マスク材
料をパターニングする工程と、前記容量素子を構成する
電極材料または誘電体材料を100℃以上400℃以下
の基板温度でドライエッチングする工程と、前記マスク
材料を除去する工程とを有することを特徴とする容量素
子の製造方法。 - 【請求項4】 容量素子を構成する電極材料が、白金、
パラジウム、ルテニウム、酸化ルテニウム、イリジウ
ム、酸化イリジウム、チタン、酸化チタン及び窒化チタ
ンから選ばれる少なくとも一つを含む材料である請求項
1〜3のいずれかに記載の容量素子の製造方法。 - 【請求項5】 マスク材料が、フォトレジスト、酸化珪
素、チタン、酸化チタン、窒化チタン、タンタルおよび
タングステンから選ばれる少なくとも一つを含む材料で
ある請求項1〜3のいずれかに記載の容量素子の製造方
法。 - 【請求項6】 洗浄を行う雰囲気が、窒素、アルゴン及
びヘリウムから選ばれる少なくとも一つの不活性ガス雰
囲気である請求項1に記載の容量素子の製造方法。 - 【請求項7】 洗浄に用いる溶液が、水、塩酸、硝酸、
弗酸及び有機溶剤から選ばれる少なくとも一つを含む溶
液である請求項1に記載の容量素子の製造方法。
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