JPH11111695A - Method of forming platinum thin-film pattern and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method of forming platinum thin-film pattern and method of manufacturing semiconductor deviceInfo
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- JPH11111695A JPH11111695A JP9274431A JP27443197A JPH11111695A JP H11111695 A JPH11111695 A JP H11111695A JP 9274431 A JP9274431 A JP 9274431A JP 27443197 A JP27443197 A JP 27443197A JP H11111695 A JPH11111695 A JP H11111695A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は白金薄膜のパターニ
ングをマスクを用いた反応性イオンエッチングにより行
う白金薄膜パターンの形成方法及びかかる白金薄膜パタ
ーンの形成工程を有する半導体装置の製造方法に関し，
とくに低温で側壁を形成することなく白金薄膜をエッチ
ングできる反応性イオンエッチング方法に関する。The present invention relates to a method of forming a platinum thin film pattern by patterning a platinum thin film by reactive ion etching using a mask, and a method of manufacturing a semiconductor device having such a step of forming a platinum thin film pattern.
In particular, the present invention relates to a reactive ion etching method capable of etching a platinum thin film at a low temperature without forming a side wall.
【０００２】半導体装置，例えば高誘電体をキャパシタ
の誘電体として用いたダイナミック・ランダム・アクセ
スメモリ，あるいは強誘電体キャパシタを利用した強誘
電体メモリでは，キャパシタの電極材料として強誘電体
を堆積する際の高温でも安定な白金電極が使用されてい
る。In a semiconductor device, for example, a dynamic random access memory using a high dielectric as a dielectric of a capacitor or a ferroelectric memory using a ferroelectric capacitor, a ferroelectric is deposited as an electrode material of the capacitor. Platinum electrodes that are stable even at high temperatures are used.
【０００３】これらの白金電極は，白金薄膜を精密にパ
ターニングできる反応性イオンエッチングにより形成す
ることが好ましい。しかし，白金薄膜を通常の反応性イ
オンエッチングによりパターニングすると，マスクの壁
面に白金又は白金化合物からなる側壁が形成される。こ
のため，側壁の除去工程が別途必要になり半導体装置の
製造工程を複雑にする。また側壁の破片が基板上に付着
して後工程での欠陥の要因となりやすい。このため，側
壁を生じない白金薄膜の反応性イオンエッチング方法が
渇望されている。[0003] These platinum electrodes are preferably formed by reactive ion etching which can precisely pattern a platinum thin film. However, when the platinum thin film is patterned by ordinary reactive ion etching, sidewalls made of platinum or a platinum compound are formed on the wall surface of the mask. Therefore, a step of removing the side wall is required separately, which complicates the manufacturing process of the semiconductor device. In addition, the fragments of the side wall adhere to the substrate, which is likely to cause a defect in a subsequent process. For this reason, a reactive ion etching method for a platinum thin film that does not generate a side wall is desired.
【０００４】[0004]
【従来の技術】白金薄膜は化学的反応性が低く，また白
金化合物の蒸気圧も常温では低いため，反応性イオンエ
ッチングに適用できる適切なエッチングガスはあまり多
くは知られていない。このため，一般的な従来の白金薄
膜のドライエッチングは，高い運動エネルギーを有する
イオンを白金薄膜表面に衝突させて白金原子をはぎ取る
ことでエッチングを進行させるイオンミリングによりな
されている。以下，従来のイオンミリングを用いた白金
薄膜のパターニングについて説明する。2. Description of the Related Art Since a platinum thin film has low chemical reactivity and the vapor pressure of a platinum compound is low at room temperature, there are not many known suitable etching gases applicable to reactive ion etching. For this reason, the conventional dry etching of a platinum thin film is generally performed by ion milling in which ions having high kinetic energy are made to collide with the surface of the platinum thin film and peel off platinum atoms to progress the etching. Hereinafter, patterning of a platinum thin film using conventional ion milling will be described.
【０００５】図４は従来の実施例断面工程図であり，イ
オンミリングを用いた白金薄膜のパターニング工程を表
している。先ず，図４（ａ）を参照して，基板１上に被
エッチング材料である白金薄膜２を堆積する。次いで，
白金薄膜２上にレジストを塗布し，露光，現像を経て，
白金薄膜２上にレジストパターンからなるエッチング用
マスク３を形成する。FIG. 4 is a sectional view of a conventional embodiment, showing a patterning step of a platinum thin film using ion milling. First, referring to FIG. 4A, a platinum thin film 2 as a material to be etched is deposited on a substrate 1. Then,
A resist is applied on the platinum thin film 2, exposed, developed,
An etching mask 3 made of a resist pattern is formed on the platinum thin film 2.
【０００６】次いで，図４（ｂ）を参照して，アルゴン
イオンを照射して，白金薄膜のマスク３パターンに覆わ
れていない表出領域をエッチングする。このとき，エッ
チングされたＰｔ原子４の一部がマスク３の側面に付着
し，白金又は白金化合物からなる側壁６を形成する。Next, referring to FIG. 4B, an exposed area which is not covered with the mask 3 pattern of the platinum thin film is etched by irradiating with argon ions. At this time, a part of the etched Pt atoms 4 adheres to the side surface of the mask 3 to form a side wall 6 made of platinum or a platinum compound.
【０００７】次いで，表出領域の白金薄膜２をエッチン
グ除去して白金薄膜２をパターニングした後，レジスト
マスク３を除去する。レジストマスク３の除去の際に側
壁は除去されないので，その結果，図４（ｃ）を参照し
て，白金薄膜パターン２ａの周囲にフエンス状に上方に
突起する側壁６が残留する。この側壁６は，その上に形
成される薄膜パターン，例えば電極，絶縁膜，誘電体膜
又は配線等の破断又は短絡要因となり半導体装置の信頼
性を劣化させる。Next, the platinum thin film 2 in the exposed area is removed by etching to pattern the platinum thin film 2, and then the resist mask 3 is removed. When the resist mask 3 is removed, the side wall is not removed. As a result, referring to FIG. 4C, the side wall 6 protruding upward like a fence remains around the platinum thin film pattern 2a. The side wall 6 causes a break or short circuit of a thin film pattern formed thereon, for example, an electrode, an insulating film, a dielectric film or a wiring, and deteriorates the reliability of the semiconductor device.
【０００８】イオンミリングによる白金薄膜のパターニ
ングは，上述のように側壁が形成されるほか，マスク３
と白金薄膜２とのエッチング選択比が１に近く，断面矩
形の白金薄膜パターン２ａを形成し難いという欠点があ
る。そこで，マスク３と白金薄膜２とのエッチング選択
比を容易に大きくすることができる反応性イオンエッチ
ングが試みられた。In the patterning of the platinum thin film by ion milling, the side walls are formed as described above, and the mask 3
And the platinum thin film 2 have an etching selectivity close to 1, which makes it difficult to form a platinum thin film pattern 2a having a rectangular cross section. Therefore, an attempt has been made to use reactive ion etching which can easily increase the etching selectivity between the mask 3 and the platinum thin film 2.
【０００９】従来の反応性イオンエッチングでは，エッ
チングガスとして塩素又は塩素を含むガスを用いてい
る。反応性エッチングではマスク３と白金薄膜２とのエ
ッチング選択比を十分大きくすることができるので，エ
ッチング中のマスクの変形に起因する白金薄膜パターン
の形状不良は抑制される。しかし，反応性イオンエッチ
ングにおいてもイオンミリングと同様に，マスク３側面
に白金化合物からなる側壁６が形成される。その結果，
断面矩形の白金薄膜パターン２ａを精密に形成すること
ができないという問題がある。In the conventional reactive ion etching, chlorine or a gas containing chlorine is used as an etching gas. In the reactive etching, the etching selectivity between the mask 3 and the platinum thin film 2 can be made sufficiently large, so that the poor shape of the platinum thin film pattern due to the deformation of the mask during the etching is suppressed. However, in the reactive ion etching, as in the case of the ion milling, the side wall 6 made of a platinum compound is formed on the side surface of the mask 3. as a result,
There is a problem that the platinum thin film pattern 2a having a rectangular cross section cannot be precisely formed.
【００１０】かかる側壁の形成を回避する方法が，特許
公開公報平７−１３０７１２号に開示されている。この
方法では，エッチングガスとしてＣＣｌ4 を用い，基板
温度を３５０℃以上に保持して白金薄膜を反応性イオン
エッチングする。この反応ガスとの化学反応により生成
される白金化合物は蒸気圧が低く３５０℃以上で蒸発す
るため，白金化合物の側壁が形成されない。しかし，通
常の有機レジストマスクは，３５０℃以上の温度では変
形が大きいため，この方法には使用することができな
い。また，ＣＣｌ4 は発癌性があるとされ現在では使用
が制限されている。A method for avoiding the formation of the side wall is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. Hei 7-130712. In this method, reactive ion etching is performed on a platinum thin film while using CCl 4 as an etching gas and maintaining the substrate temperature at 350 ° C. or higher. The platinum compound generated by the chemical reaction with the reaction gas has a low vapor pressure and evaporates at 350 ° C. or higher, so that the side wall of the platinum compound is not formed. However, ordinary organic resist masks cannot be used in this method because the deformation is large at a temperature of 350 ° C. or higher. In addition, CCl 4 is considered to be carcinogenic and its use is currently restricted.
【００１１】また，特許公開公報昭６２−９２３２３号
には，Ａｕをマスク材料とし，ＡｒとＣＣｌ2 Ｆ2 との
混合ガスをエッチングガスとする白金薄膜の反応性イオ
ンエッチングが開示されている。この方法では, マスク
のエッチング量が少ないため, 側壁の上端がマスク上面
に突出しない。しかし，この方法はマスク材料がＡｕに
限定され, リソグラフィとして最も有用な有機レジスト
を使用することができない。また，マスクを除去すると
白金薄膜パターン周辺にフエンス状の側壁が現れるため
マスクを除去して使用する用途には適用できない。Japanese Patent Laid-Open Publication No. 62-92323 discloses reactive ion etching of a platinum thin film using Au as a mask material and a mixed gas of Ar and CCl 2 F 2 as an etching gas. In this method, since the etching amount of the mask is small , the upper end of the side wall does not project to the upper surface of the mask. However, this method is a mask material is limited to Au, it is impossible to use the most useful organic resist as lithography. In addition, when the mask is removed, fence-like side walls appear around the platinum thin film pattern, so that the method cannot be applied to uses in which the mask is removed.
【００１２】側壁の形成を回避する他の方法として，テ
ーパ断面形状にエッチングする反応性イオンエッチング
がある。図５は従来の他の実施例断面工程図であり，テ
ーパ断面形状にエッチングする反応性イオンエッチング
の工程を表している。この方法では，図５（ａ）を参照
して，リソグラフィによるマスク３の形成の際に，マス
ク３のレジストパターン側面にテーパーをつけ，レジス
トマスク３の側面を斜面にする。このマスク３を用いて
白金薄膜２を反応性イオンエッチングすると，エッチン
グされた白金薄膜パターン２ａの側面が斜面状にエッチ
ングされる。この方法では，マスクの側面は斜面をなし
常にイオンに照射されているため，白金薄膜２表面から
イオン５の照射によりはじき飛ばされマスク側面に付着
したＰｔ原子４は，付着後すぐに再びイオン照射により
剥離されるためマスク３側面に側壁が形成されない。し
かし，この方法では，図５（ｂ）を参照して，白金薄膜
２が台形断面にパターニングされるため，微細なパター
ンの形成には適しないという欠点がある。As another method for avoiding the formation of the side wall, there is reactive ion etching for etching into a tapered sectional shape. FIG. 5 is a cross-sectional process diagram of another conventional example, showing a process of reactive ion etching for etching into a tapered cross-sectional shape. In this method, referring to FIG. 5A, when the mask 3 is formed by lithography, the side of the resist pattern of the mask 3 is tapered, and the side of the resist mask 3 is inclined. When the platinum thin film 2 is subjected to reactive ion etching using the mask 3, the side surface of the etched platinum thin film pattern 2a is etched in a slanted manner. In this method, since the side surface of the mask forms a slope and is constantly irradiated with ions, the Pt atoms 4 which are repelled by the irradiation of the ions 5 from the surface of the platinum thin film 2 and adhere to the mask side surface are immediately re-irradiated with the ions immediately after the deposition. No side wall is formed on the side surface of the mask 3 because it is peeled off. However, in this method, as shown in FIG. 5B, since the platinum thin film 2 is patterned into a trapezoidal cross section, there is a disadvantage that it is not suitable for forming a fine pattern.
【００１３】さらに，特許公開公報平７−１３０７０２
号には，ＡｒにＣｌ2 ，ＣＣｌ4 ，ＨＢｒ又はＢＣｌ3
を混合したエッチングガスを用いた反応性イオンエッチ
ングにより白金薄膜をパターニングした後，マスクの側
面に形成された側壁を有機溶剤で除去するパターニング
方法が開示されている。しかし，かかる方法では側壁除
去のために有機溶剤による洗浄工程を追加しなければな
らず，半導体装置の製造工程の工程数の増加を免れるこ
とはできない。Further, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 7-130702
The symbols include Cl 2 , CCl 4 , HBr or BCl 3 in Ar.
A patterning method is disclosed in which a platinum thin film is patterned by reactive ion etching using an etching gas mixed with an organic solvent, and then a sidewall formed on a side surface of the mask is removed with an organic solvent. However, in such a method, a cleaning step using an organic solvent must be added for removing the side wall, and the increase in the number of steps of the semiconductor device manufacturing process cannot be avoided.
【００１４】[0014]
【発明が解決しようとする課題】上述したように，従来
の白金薄膜パターンの形成方法では，マスク側面に付着
した側壁が，マスク除去後の白金薄膜パターンの周辺に
フエンス状に立設するため，半導体装置の信頼性を劣化
させるという問題がある。また，３５０℃以上の温度で
反応性イオンエッチングを行うことで側壁の形成を回避
する方法では，有機レジストをマスクとして使用できな
いという欠点がある。さらに，テーパを付してパターニ
ングする方法及び後に側壁を有機溶剤で除去する方法で
は，それぞれ精密な白金薄膜パターンを形成することが
できない及び製造工程数が増加するという欠点がある。As described above, in the conventional method for forming a platinum thin film pattern, the side wall attached to the side surface of the mask is erected around the platinum thin film pattern after the mask is removed. There is a problem that the reliability of the semiconductor device is deteriorated. Further, the method of avoiding the formation of the side wall by performing the reactive ion etching at a temperature of 350 ° C. or more has a disadvantage that the organic resist cannot be used as a mask. Furthermore, the method of patterning with a taper and the method of removing the side wall later with an organic solvent have the disadvantage that a precise platinum thin film pattern cannot be formed and the number of manufacturing steps increases.
【００１５】本発明は，白金薄膜の反応性イオンエッチ
ングに用いるエッチングガスを選択することで，有機レ
ジストマスクの変形が起こらない低温でもマスク側面に
側壁を形成することがない白金薄膜パターンの形成方法
及び製造工程が簡易な半導体装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。According to the present invention, there is provided a method of forming a platinum thin film pattern which does not form a sidewall on a mask side surface even at a low temperature at which an organic resist mask is not deformed by selecting an etching gas used for reactive ion etching of a platinum thin film. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a simple manufacturing process.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】図１は本発明の実施形態
例断面工程図であり，白金薄膜パターンが形成される基
板表面部分を表している。なお，図１（ａ）は白金薄膜
パターンの形成途中を，図１（ｂ）は形成された白金薄
膜パターンを表している。FIG. 1 is a sectional process view of an embodiment of the present invention, showing a substrate surface portion on which a platinum thin film pattern is formed. FIG. 1A shows the platinum thin film pattern being formed, and FIG. 1B shows the formed platinum thin film pattern.
【００１７】上記課題を解決するため，図１を参照し
て，本発明の第一の構成は，基板１上に形成された白金
又は白金合金からなる白金薄膜２上にエッチング用マス
ク３を形成する工程と，該マスク３を用いたイオンエッ
チングにより，該白金薄膜２を選択的にエッチングして
白金薄膜パターン２ａを形成する工程とを有する白金薄
膜パターンの形成方法において，該イオンエッチング
は，塩素ガス又は塩化ホウ素と不活性ガスとの混合ガス
をエッチングガスとして使用する反応性イオンエッチン
グであり，該反応性イオンエッチングの際に該基板１温
度を，該白金薄膜２のエッチング速度が該基板１温度の
上昇とともに急激に増加し始める温度より高温に保持す
ることを特徴として構成し，及び，第二の構成は，基板
１上に形成された白金又は白金合金からなる白金薄膜２
上にエッチング用マスク３を形成する工程と，該マスク
３を用いたイオンエッチングにより該白金薄膜２を選択
的にエッチングして白金薄膜パターン２ａを形成する工
程とを有する白金薄膜パターンの形成方法において，該
イオンエッチングは，塩素ガス又は塩化ホウ素と不活性
ガスとの混合ガスをエッチングガスとして使用し，２２
０℃以上の該基板１温度でなされる反応性イオンエッチ
ングであることを特徴として構成し，及び，第三の構成
は，請求項１又は２記載の白金薄膜パターンの形成方法
において，該マスク３は有機フォトレジストパターンか
らなり，該基板１温度は，該有機フォトレジストパター
ンが変形する温度より低いことを特徴として構成し，及
び，第四の構成は，基板１上に形成された白金又は白金
合金からなる白金薄膜２をエッチング用マスク３を用い
たイオンエッチングによりエッチングして白金薄膜パタ
ーン２ａを形成する工程を含む半導体装置の製造方法に
おいて，該イオンエッチングは，２２０℃以上の該基板
１温度の下で，塩素ガス又は塩化ホウ素と不活性ガスと
の混合ガスをエッチングガスとして使用してなされる反
応性イオンエッチングであることを特徴として構成す
る。In order to solve the above problem, referring to FIG. 1, a first configuration of the present invention is to form an etching mask 3 on a platinum thin film 2 made of platinum or a platinum alloy formed on a substrate 1. Forming a platinum thin film pattern by selectively etching the platinum thin film 2 by ion etching using the mask 3 to form a platinum thin film pattern 2a. A reactive ion etching using a gas or a mixed gas of boron chloride and an inert gas as an etching gas. In the reactive ion etching, the temperature of the substrate 1 is set, and the etching rate of the platinum thin film 2 is set to the substrate 1 It is characterized in that it is maintained at a temperature higher than the temperature at which the temperature starts to increase sharply with increasing temperature, and the second configuration is that the platinum formed on the substrate 1 is Platinum thin film 2 made of platinum alloy
A method of forming a platinum thin film pattern, comprising the steps of forming an etching mask 3 thereon and selectively etching the platinum thin film 2 by ion etching using the mask 3 to form a platinum thin film pattern 2a. The ion etching uses chlorine gas or a mixed gas of boron chloride and an inert gas as an etching gas.
3. A method of forming a platinum thin film pattern according to claim 1, wherein reactive ion etching is performed at a temperature of said substrate 1 of 0 ° C. or more. Comprises an organic photoresist pattern, wherein the temperature of the substrate 1 is lower than a temperature at which the organic photoresist pattern is deformed, and a fourth configuration comprises platinum or platinum formed on the substrate 1. In a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a platinum thin film pattern 2a by etching a platinum thin film 2 made of an alloy by ion etching using an etching mask 3, the ion etching is performed at a temperature of the substrate 1 of 220 ° C. or more. Reactive ion etching using a mixture of chlorine gas or boron chloride and an inert gas as an etching gas Configured as being a grayed.
【００１８】本発明では，図１を参照して，白金薄膜２
を，塩素ガス又は塩化ホウ素と不活性ガスとの混合ガス
をエッチングガスとする反応性イオンエッチングにより
エッチングしパターニングする。本発明の発明者は，か
かるエッチングガスを用いた白金薄膜２の反応性イオン
エッチングでは，比較的低いエッチング温度でもエッチ
ングマスクの側面に側壁が形成されないことを実験によ
り明らかにした。以下，その実験について説明する。な
お以下の説明は塩素ガスとＡｒガスとの混合ガスをエッ
チングガスとする反応性イオンエッチングについて述べ
るが，塩素ガスに代えて塩化ホウ素，例えは三塩化ホウ
素をＡｒガスに混合したエッチングガスについても同様
の実験結果が得られた。In the present invention, referring to FIG.
Is patterned by reactive ion etching using chlorine gas or a mixed gas of boron chloride and an inert gas as an etching gas. The inventors of the present invention have clarified through experiments that reactive ion etching of the platinum thin film 2 using such an etching gas does not form sidewalls on the side surfaces of the etching mask even at a relatively low etching temperature. Hereinafter, the experiment will be described. In the following description, reactive ion etching using a mixed gas of chlorine gas and Ar gas as an etching gas will be described. However, an etching gas in which boron chloride, for example, boron trichloride is mixed with Ar gas in place of chlorine gas, is also described. Similar experimental results were obtained.
【００１９】図２は，エッチング速度の温度依存性を表
す図であり，塩素ガスとＡｒガスとの混合ガスをエッチ
ングガスとする反応性イオンエッチングにおける白金薄
膜のエッチング速度を表している。なお，横軸は，基板
温度をエッチング温度として採用した温度である。ま
た，図２中の（イ），（ロ）及び（ハ）は，それぞれ基
板温度が１８０℃〜２１０℃，２２０℃〜２４０℃及び
３４０℃でパターニングされた白金薄膜パターンのレジ
スト除去後の断面形状を表している。FIG. 2 is a diagram showing the temperature dependence of the etching rate, and shows the etching rate of a platinum thin film in reactive ion etching using a mixed gas of chlorine gas and Ar gas as an etching gas. Note that the horizontal axis is the temperature that employs the substrate temperature as the etching temperature. (A), (b), and (c) in FIG. 2 are cross sections of the platinum thin film patterns patterned at substrate temperatures of 180 ° C. to 210 ° C., 220 ° C. to 240 ° C., and 340 ° C. after the resist is removed, respectively. Represents the shape.
【００２０】図２を参照して，基板温度が２１０℃以下
では，白金薄膜のエッチング速度は１０nm／分以下であ
る。これに対して，基板温度が２２０℃以上ではエッチ
ング速度は５０nm／分程度の高い速度で一定になる。基
板温度が２１０℃と２２０℃の間では基板温度の上昇と
ともにエッチング速度は急激に増加する。Referring to FIG. 2, when the substrate temperature is 210 ° C. or less, the etching rate of the platinum thin film is 10 nm / min or less. On the other hand, when the substrate temperature is 220 ° C. or higher, the etching rate becomes constant at a high rate of about 50 nm / min. When the substrate temperature is between 210 ° C. and 220 ° C., the etching rate sharply increases as the substrate temperature increases.
【００２１】他方，図２の（イ）を参照して，基板温度
が２１０℃以下では，マスクの側面に形成された側壁が
白金薄膜パターンの周辺にフエンス状に立設する。これ
に対して，基板温度が２２０℃以上では，図２の（ロ）
及び（ハ）を参照して，側壁は形成されない。On the other hand, referring to FIG. 2A, when the substrate temperature is 210 ° C. or lower, the side wall formed on the side surface of the mask stands up around the platinum thin film pattern in a fence shape. On the other hand, when the substrate temperature is 220 ° C. or higher, (b) of FIG.
Referring to (c) and (c), no side wall is formed.
【００２２】上述した実験結果は，塩素ガスとＡｒガス
との混合ガスをエッチングガスとする白金薄膜の反応性
イオンエッチングでは，それ以上の温度ではエッチング
速度が急激に増加すると同時に側壁が形成されなくなる
臨界的な基板温度が存在することを明確に示している。
この塩素ガスとＡｒガスとの混合ガスをエッチングガス
とする反応性イオンエッチングでの臨界温度は，２１０
℃と２２０℃との間にあり，既述したＣｌ4 をエッチン
グガスとする従来の反応性イオンエッチングの場合の３
５０℃と比較すると略１３０℃以上も低温である。本発
明はかかる事実に基づき発明された。The above experimental results show that in the case of reactive ion etching of a platinum thin film using a mixed gas of chlorine gas and Ar gas as an etching gas, at a temperature higher than that, the etching rate rapidly increases and at the same time, no sidewall is formed. This clearly shows that a critical substrate temperature exists.
The critical temperature in reactive ion etching using this mixed gas of chlorine gas and Ar gas as an etching gas is 210
C. and 220 ° C., which is 3% in the case of the conventional reactive ion etching using Cl 4 as an etching gas as described above.
Compared with 50 ° C., the temperature is as low as about 130 ° C. or more. The present invention has been made based on such a fact.
【００２３】本発明の第一の構成では，反応性イオンエ
ッチングのエッチングガスとして塩素ガス又は塩化ホウ
素と不活性ガスとの混合ガスを使用し，基板温度を該白
金薄膜のエッチング速度が該基板温度の上昇とともに急
激に増加し始める臨界温度より高温に保持する。本構成
では，塩化ホウ素として三塩化ホウ素を使用することが
できる。上述したように，かかるエッチングガスを使用
した白金薄膜の反応性イオンエッチングでは，例えは２
１０℃〜２２０℃に臨界温度が存在し，その臨界温度以
上の基板温度で白金薄膜の反応性イオンエッチングを行
ってもマスク側面に側壁が形成されない。従って，マス
ク除去後に白金薄膜パターンの周辺に側壁が立設するこ
とがなく，信頼性の高い半導体装置を製造することがで
きる。また，側壁を除去する工程が不要となり製造工程
が簡易になる。さらに，塩素ガス及び塩化ホウ素は発癌
性がＣＣｌ4 より少なく使用に便宜である。In the first configuration of the present invention, a chlorine gas or a mixed gas of boron chloride and an inert gas is used as an etching gas for the reactive ion etching, and the substrate temperature is controlled by the etching rate of the platinum thin film. Is maintained at a temperature higher than the critical temperature at which the temperature begins to increase sharply as the temperature rises. In this configuration, boron trichloride can be used as boron chloride. As described above, in the reactive ion etching of a platinum thin film using such an etching gas, for example, 2
A critical temperature exists between 10 ° C. and 220 ° C., and no side wall is formed on the side surface of the mask even when the reactive ion etching of the platinum thin film is performed at a substrate temperature higher than the critical temperature. Therefore, the sidewall is not erected around the platinum thin film pattern after removing the mask, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured. Further, the step of removing the side wall is not required, and the manufacturing process is simplified. Further, chlorine gas and boron chloride are less carcinogenic than CCl 4 and are convenient to use.
【００２４】上述した本構成における臨界温度は２２０
℃程度であるから，有機レジストパターンの変形が起こ
る温度（通常は３５０℃程度）より十分低い温度で白金
薄膜の反応性イオンエッチングを行っても側壁が形成さ
れない。従って，本構成ではリソグラフィに適した有機
レジストをエッチングマスクとして利用することができ
る。もちろん，必要により他のマスク材料を用いてもよ
い。なお，他のマスク材料を用いる場合は，基板温度を
３５０℃以上にすることもできる。The critical temperature in this configuration described above is 220
Since the temperature is about ℃, even if the reactive ion etching of the platinum thin film is performed at a temperature sufficiently lower than the temperature at which the deformation of the organic resist pattern occurs (usually about 350 ℃), no side wall is formed. Therefore, in this configuration, an organic resist suitable for lithography can be used as an etching mask. Of course, another mask material may be used if necessary. If another mask material is used, the substrate temperature can be set to 350 ° C. or higher.
【００２５】第二の構成では，第一の構成の基板温度を
２２０℃以上とする。上述したように，かかる温度では
側壁が形成されず，半導体装置の信頼性が向上し，また
製造工程が簡素化される。従って，第二の構成を含む工
程により製造された半導体装置は，製造が容易であり，
かつ信頼性に優れる。In the second configuration, the substrate temperature of the first configuration is set to 220 ° C. or higher. As described above, the sidewall is not formed at such a temperature, so that the reliability of the semiconductor device is improved and the manufacturing process is simplified. Therefore, the semiconductor device manufactured by the process including the second configuration is easy to manufacture,
And excellent in reliability.
【００２６】第三の構成では，第一又は第二の構成にお
けるエッチング用マスクを有機レジストマスクとし，か
つ第一又は第二の構成の基板温度の上限を，有機レジス
トの変形が起こらない温度とする。なお，下限の温度は
第一又は第二の構成の基板温度の下限に一致する。かか
る構成では，白金薄膜のエッチング中に有機レジストマ
スクパターンは変形しないので，リソグラフィ材料とし
て優れた特性を有する有機レジストをエッチング用マス
クとして利用することができる。従って，精密なパター
ニングが容易である。In the third configuration, the etching mask in the first or second configuration is an organic resist mask, and the upper limit of the substrate temperature in the first or second configuration is set to a temperature at which the deformation of the organic resist does not occur. I do. Note that the lower limit temperature matches the lower limit of the substrate temperature of the first or second configuration. In such a configuration, the organic resist mask pattern does not deform during the etching of the platinum thin film, so that an organic resist having excellent characteristics as a lithography material can be used as an etching mask. Therefore, precise patterning is easy.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】以下，シリコン基板上に堆積され
た白金薄膜のパターニングを参照して，本発明を説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the patterning of a platinum thin film deposited on a silicon substrate.
【００２８】先ず，図１を参照して，シリコン基板１表
面に厚さ２００nmのＳｉＯ2 膜１ａを形成し，そのＳｉ
Ｏ2 膜１ａ上に厚さ３０nmのＴｉ薄膜１ｂ及び厚さ２０
０nmの白金薄膜２を順次スパッタ法により堆積した。次
いで，白金薄膜２上に厚さ７００nmのフォトレジストを
スピン塗布し，露光，現像してフォトレジストパターニ
ングからなるエッチング用マスク３を形成した。次い
で，２２０℃に加熱しつつエッチング用マスク３に紫外
線を照射するＵＶキュア処理を行った。次いで，基板１
をエッチング装置内に収容し，白金薄膜２及びＴｉ薄膜
１ｂを続けてエッチングして白金薄膜パターンを形成し
た。First, referring to FIG. 1, a 200 nm thick SiO 2 film 1a is formed on the surface of a silicon substrate 1, and the Si 2
30 nm thick Ti thin film 1b on O 2 film 1a and thickness 20
A platinum thin film 2 having a thickness of 0 nm was sequentially deposited by a sputtering method. Next, a 700 nm-thick photoresist was spin-coated on the platinum thin film 2 and exposed and developed to form an etching mask 3 made of photoresist patterning. Next, a UV curing process was performed in which the etching mask 3 was irradiated with ultraviolet rays while being heated to 220 ° C. Next, the substrate 1
Was placed in an etching apparatus, and the platinum thin film 2 and the Ti thin film 1b were successively etched to form a platinum thin film pattern.
【００２９】図３は本発明の実施形態例エッチング装置
断面図であり，反応性イオンエッチング装置の主要構成
を表している。本エッチング装置は，上部電極１５，下
部電極１３及び真空チャンバ１０の壁面を加熱するヒー
タ１５ａ，１３ａ，１４を具備する他は通常の平行平板
型の反応性イオンエッチング装置と同様である。ヒータ
１５ａ，１４は，上部電極１５及び真空チャンバ１０の
壁面を基板温度以上に，例えば２２０℃に保持するため
のもので，このように高温に保持することにより白金薄
膜のエッチングの際に白金化合物がチャンバ内の電極及
び壁面に付着することを防止することができる。FIG. 3 is a sectional view of an etching apparatus according to an embodiment of the present invention, showing a main configuration of a reactive ion etching apparatus. The present etching apparatus is the same as a normal parallel plate type reactive ion etching apparatus except that heaters 15a, 13a and 14 for heating the upper electrode 15, the lower electrode 13 and the wall surface of the vacuum chamber 10 are provided. The heaters 15a and 14 are used to maintain the upper electrode 15 and the wall surface of the vacuum chamber 10 at a substrate temperature or higher, for example, at 220 ° C. By maintaining such a high temperature, the platinum compound is etched when the platinum thin film is etched. Can be prevented from adhering to electrodes and wall surfaces in the chamber.
【００３０】基板１は下部電極１３上に載置され，チャ
ンバ１０内が真空排気された後，ヒータ１３ａにより２
２０℃に加熱昇温されその温度に保持される。エッチン
グガスとして, 流量５０sccmのＡｒガスと流量５０sccm
のＣｌ2 ガスとの混合ガスをガス入口１１からチャンバ
内に導入し, チャンバ１０内圧力が２５mTorr 保持され
るように真空排気口１２から真空排気する。上部及び下
部電極１５，１３間に９００Ｗの高周波電力を供給し，
基板１上面の白金薄膜を反応性イオンエッチングした結
果，白金薄膜は約５０nm／分のエッチング速度でエッチ
ングされ，白金薄膜パターンが形成された。次いで，図
１を参照して，エッチングマスク３を灰化処理して除去
した後，基板１を破断し，破断面を走査型電子顕微鏡下
で観察した。その結果，図１（ｂ）を参照して，マスク
３パターンと同一幅の垂直な壁面を有する断面矩形の白
金薄膜パターン２ａが観測された。また，フエンス状に
立設する側壁は，白金薄膜パターン２ａの周辺にも観測
されなかった。The substrate 1 is placed on the lower electrode 13 and the inside of the chamber 10 is evacuated to vacuum.
The temperature is raised to 20 ° C. and maintained at that temperature. As an etching gas , an Ar gas having a flow rate of 50 sccm and a flow rate of 50 sccm are used.
The Cl 2 gas and mixed gas is introduced into the chamber through the gas inlet 11, the pressure in the chamber 10 is evacuated from the evacuation port 12 to be held 25 mTorr. A high-frequency power of 900 W is supplied between the upper and lower electrodes 15 and 13,
As a result of reactive ion etching of the platinum thin film on the upper surface of the substrate 1, the platinum thin film was etched at an etching rate of about 50 nm / min, and a platinum thin film pattern was formed. Next, referring to FIG. 1, after the etching mask 3 was removed by ashing treatment, the substrate 1 was broken, and the fractured surface was observed under a scanning electron microscope. As a result, referring to FIG. 1B, a platinum thin film pattern 2a having a rectangular cross section and a vertical wall surface having the same width as the three mask patterns was observed. Further, no fence-shaped side wall was observed around the platinum thin film pattern 2a.
【００３１】さらに，基板温度を２２０℃から４００℃
まで２０℃刻みに変えて，白金薄膜２をパターニング
し，白金薄膜パターン２ａの断面形状を観察した。エッ
チング条件は，基板温度を除き上述した実施形態例と同
一である。白金薄膜パターン２ａ断面形状は，基板温度
が２２０℃〜３４０℃の範囲では差異が観察されなかっ
た。他方，基板温度が３６０℃〜４００℃の範囲では，
白金薄膜パターン２ａの形状はなだらかな丘状を呈し，
断面形状は極端に劣悪になる。基板温度を３６０℃に加
熱した状態でマスク形状を観察した結果，レジストパタ
ーンが溶融してパターン形状が悪化していた。従って，
有機レジストをエッチングマスクとする場合は，基板温
度をレジストパターンが高温のため劣化する温度，例え
ば３４０℃以下としなければならない。なお，３６０℃
以上の基板温度でパターニングするために，より高温で
使用できるエッチング用マスク，例えばＡｕマスクを使
用することができる。Further, the substrate temperature is set from 220 ° C. to 400 ° C.
The platinum thin film 2 was patterned at 20 ° C. intervals, and the cross-sectional shape of the platinum thin film pattern 2a was observed. The etching conditions are the same as in the above-described embodiment except for the substrate temperature. No difference was observed in the cross-sectional shape of the platinum thin film pattern 2a when the substrate temperature was in the range of 220 ° C to 340 ° C. On the other hand, when the substrate temperature is in the range of 360 ° C to 400 ° C,
The shape of the platinum thin film pattern 2a has a gentle hill shape,
The cross-sectional shape becomes extremely poor. As a result of observing the mask shape while the substrate temperature was heated to 360 ° C., it was found that the resist pattern had melted and the pattern shape had deteriorated. Therefore,
When an organic resist is used as an etching mask, the substrate temperature must be set to a temperature at which the resist pattern deteriorates due to a high temperature, for example, 340 ° C. or less. In addition, 360 ° C
To perform patterning at the above substrate temperature, an etching mask that can be used at a higher temperature, for example, an Au mask can be used.
【００３２】[0032]
【発明の効果】上述したように，本発明によれば白金薄
膜を反応性イオンエッチングによりエッチングしても，
エッチングマスクの側面に側壁が形成されないから，反
応性イオンエッチングにより形成された精密なパターン
を有しかつパターン周辺にフエンス状に形成される側壁
を有しない白金薄膜パターンの形成方法及びかかる白金
薄膜パターンを備えた半導体装置の製造方法を提供する
ことができるから，半導体装置の性能向上に寄与すると
ころが大きい。As described above, according to the present invention, even if a platinum thin film is etched by reactive ion etching,
A method of forming a platinum thin film pattern having a precise pattern formed by reactive ion etching and having no fence-shaped side walls around the pattern, since no side wall is formed on the side surface of the etching mask, and such a platinum thin film pattern Can provide a method of manufacturing a semiconductor device having the above feature, which greatly contributes to improving the performance of the semiconductor device.
【図１】 本発明の実施形態例断面工程図FIG. 1 is a sectional process view of an embodiment of the present invention.
【図２】 エッチング速度の温度依存性を表す図FIG. 2 is a diagram showing the temperature dependence of an etching rate.
【図３】 本発明の実施形態例エッチング装置断面図FIG. 3 is a sectional view of an etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図４】 従来の実施例断面工程図FIG. 4 is a sectional process view of a conventional example.
【図５】 従来の他の実施例断面工程図FIG. 5 is a sectional process view of another conventional example.
１ 基板 １ａ ＳｉＯ2 膜 １ｂ Ｔｉ薄膜 ２ 白金薄膜 ２ａ 白金薄膜パターン ３ マスク ４ Ｐｔ原子 ５ イオン ６ 側壁 ７ Ｃｌ原子 １０ チャンバ １１ ガス入口 １２ 真空排気口 １３ 下部電極 １３ａ，１４，１５ａ ヒータ １５ 上部電極 １６ 高周波電源1 substrate 1a SiO 2 film 1b Ti film 2 platinum film 2a platinum film pattern 3 mask 4 Pt atoms 5 Ion 6 sidewalls 7 Cl atoms 10 chamber 11 gas inlet 12 vacuum exhaust port 13 the lower electrode 13a, 14, 15a heater 15 upper electrode 16 High frequency power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/788 29/792 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 29/788 29/792
Claims (4)
らなる白金薄膜上にエッチング用マスクを形成する工程
と，該マスクを用いたドライエッチングにより，該白金
薄膜を選択的にエッチングして白金薄膜パターンを形成
する工程とを有する白金薄膜パターンの形成方法におい
て，該ドライエッチングは，塩素ガス又は塩化ホウ素と
不活性ガスとの混合ガスをエッチングガスとして使用す
る反応性イオンエッチングであり，該反応性イオンエッ
チングの際に該基板温度を，該白金薄膜のエッチング速
度が該基板温度の上昇とともに急激に増加し始める温度
より高温に保持することを特徴とする白金薄膜パターン
の形成方法。1. A step of forming an etching mask on a platinum thin film made of platinum or a platinum alloy formed on a substrate, and selectively etching the platinum thin film by dry etching using the mask. Forming a thin film pattern, wherein the dry etching is a reactive ion etching using chlorine gas or a mixed gas of boron chloride and an inert gas as an etching gas. A method for forming a platinum thin film pattern, comprising: maintaining a substrate temperature at a temperature higher than a temperature at which an etching rate of the platinum thin film starts to increase sharply with an increase in the substrate temperature during ionic ion etching.
らなる白金薄膜上にエッチング用マスクを形成する工程
と，該マスクを用いたドライエッチングにより該白金薄
膜を選択的にエッチングして白金薄膜パターンを形成す
る工程とを有する白金薄膜パターンの形成方法におい
て，該ドライエッチングは，塩素ガス又は塩化ホウ素と
不活性ガスとの混合ガスをエッチングガスとして使用
し，２２０℃以上の該基板温度でなされる反応性イオン
エッチングであることを特徴とする白金薄膜パターンの
形成方法。2. A step of forming an etching mask on a platinum thin film made of platinum or a platinum alloy formed on a substrate, and selectively etching the platinum thin film by dry etching using the mask. The dry etching is performed at a substrate temperature of 220 ° C. or more using chlorine gas or a mixed gas of boron chloride and an inert gas as an etching gas. Forming a platinum thin film pattern by reactive ion etching.
の形成方法において，該マスクは有機フォトレジストパ
ターンからなり，該基板温度は，該有機フォトレジスト
パターンが変形する温度より低いことを特徴とする白金
薄膜パターンの形成方法。3. The method for forming a platinum thin film pattern according to claim 1, wherein said mask is made of an organic photoresist pattern, and said substrate temperature is lower than a temperature at which said organic photoresist pattern is deformed. Method of forming a platinum thin film pattern.
らなる白金薄膜をエッチング用マスクを用いたドライエ
ッチングによりエッチングして白金薄膜パターンを形成
する工程を含む半導体装置の製造方法において，該ドラ
イエッチングは，２２０℃以上の該基板温度の下で，塩
素ガス又は塩化ホウ素と不活性ガスとの混合ガスをエッ
チングガスとして使用してなされる反応性イオンエッチ
ングであることを特徴とする半導体装置の製造方法。4. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a platinum thin film pattern by etching a platinum thin film made of platinum or a platinum alloy formed on a substrate by dry etching using an etching mask. The etching of the semiconductor device is characterized in that the etching is reactive ion etching performed at a substrate temperature of 220 ° C. or more using a mixed gas of chlorine gas or boron chloride and an inert gas as an etching gas. Production method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9274431A JPH11111695A (en) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | Method of forming platinum thin-film pattern and method of manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP9274431A JPH11111695A (en) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | Method of forming platinum thin-film pattern and method of manufacturing semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11111695A true JPH11111695A (en) | 1999-04-23 |
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|---|---|---|---|
| JP9274431A Withdrawn JPH11111695A (en) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | Method of forming platinum thin-film pattern and method of manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JPH11111695A (en) |
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-
1997
- 1997-10-07 JP JP9274431A patent/JPH11111695A/en not_active Withdrawn
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