JPH11126882A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH11126882A
JPH11126882A JP9292106A JP29210697A JPH11126882A JP H11126882 A JPH11126882 A JP H11126882A JP 9292106 A JP9292106 A JP 9292106A JP 29210697 A JP29210697 A JP 29210697A JP H11126882 A JPH11126882 A JP H11126882A
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etching
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ferroelectric film
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強誘電体をエッチングする際のオーバーエッ
チングによる残渣の発生を防ぐことが困難であった。 【解決手段】 下部電極4及び強誘電体膜5を順次形成
した後、強誘電体膜5上に所定の形状のレジストパター
ン6を形成する。次に、レジストパターン6をマスクに
ドライエッチングにより、強誘電体膜5をエッチングす
る。次に、純水に浸すことにより、強誘電体膜5のエッ
チングの際に生じた生成物を除去する。次に、ヒドロキ
シルアミンを含む有機剥離剤に浸すことにより、ドライ
エッチングの際のオーバーエッチングによるPt膜のス
パッタエッチによる堆積物14を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法、特に詳しくは、不揮発性メモリ素子やDRAM用
キャパシタ等に用いられる、下地金属膜を有する強誘電
体膜のエッチング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自発分極を有する強誘電体薄膜をキャパ
シタに用いたメモリデバイスの研究開発が活発である。
強誘電体材料としては、PZT(Pb(Zr,Ti)O
3/チタン酸ジルコン酸鉛)、PLZT((Pb,L
a)(Zr,Ti)O3/チタン酸ジルコン酸ランタン
鉛)、BTO(Bi4Ti312/チタン酸ビスマス)
や、Y1と呼ばれるビスマス系ペロブスカイト化合物等
の酸化物が多く用いられている。中でもY1材料の1
つ、SBT(Bi−Sr−Ta−O系)は有望視されて
いる。強誘電体薄膜を不揮発性メモリに応用する場合、
微細加工が重要である。強誘電体薄膜のドライエッチン
グ方法として、Arを用いたイオンミリングやHCl/
CF4混合ガスを用いたプラズマエッチングCCl4を用
いた反応性イオンエッチング、Ar/Cnm/CH4
合ガスを用いたECRエッチング等の方法が用いられて
いる。
【0003】以下、図3を用いて、従来の半導体装置の
製造方法について説明する。
【0004】まず、シリコン基板21上にシリコン酸化
膜22を1000Å乃至10000Å程度形成する。こ
のシリコン酸化膜は熱酸化膜でも、CVD法による酸化
膜でも、これらの組み合わせの積層膜でもよい。
【0005】次に、シリコン酸化膜22上にシリコン酸
化膜と下部電極となるPtとの密着性を向上させるため
にTi/TiN膜からなる密着層23を形成する。ここ
では、Ti膜を250Å程度、TiN膜を2000Å程
度形成する。
【0006】次に、密着層23上に下部電極24となる
金属膜を形成する。この金属膜には、強誘電体膜の結晶
化のためのアニール時に密着層23が酸化されるのを防
ぐため、Pt膜を用いる。尚、このPt膜はスパッタ法
を用いて形成する。また、本発明においては、白金を含
む合金、例えばPtRh等を用いても同様の効果を得ら
れる。
【0007】次に、下部電極24上にMOD法を用いて
SrBi2Ta29(以下、「SBT」とする。)から
なる強誘電体膜25を形成する。すなわち、Sr、B
i、Taを含む塩若しくはアルコキシド化合物を含んだ
有機溶媒の混合溶液、例えば、2−エチルヘキサン酸ス
トロンチウムと2−エチルヘキサン酸ビスマスと2−エ
チルヘキサン酸タンタルと酢酸ブチルとからなる混合溶
液やこの混合液に安定剤を含んだ混合溶液を基板上に塗
布し、約200℃でベークして乾燥させた後、RTA装
置を用いて600℃で5分間アニールを行う。この塗布
からアニール間での工程を4回繰り返し、2000Åの
強誘電体膜25を得る(図3(a))。
【0008】次に、この強誘電体膜25上にレジストパ
ターン26を形成し、このレジストパターン26をマス
クにドライエッチングにより、強誘電体膜25のパター
ニングを行う。このドライエッチングの方法として、E
CRエッチングを用いる。エッチングガスには、Arと
Cl2とCH4とをそれぞれ流量が42.5SCCM、4
2.5SCCM、5.0SCCMとなるように導入し、
トータル圧力を0.18〜0.27Paとする。また、
マイクロ波パワーは1000W、RFパワーは1000
Wでエッチング時間を約4分30秒程度とする(図3
(b))。
【0009】次に、シリコン基板21を純水中に温度2
5℃程度として20分間浸した後、スピンドライする。
これにより、強誘電体膜のエッチングにより生じる不純
物33が除去される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術によるエッチングでは、残渣が発生するために
キャパシタ電極間でリークが発生したり、要求通りの加
工ができないなどの問題点があった。この残渣には、下
部電極のPtがオーバーエッチングされるため、スパッ
タされて生じる堆積物が含まれる。Ptのエッチングで
残渣の発生を防ぐ方法として、PtとTiとを積層し、
Tiをレジストマスクでパターニングした後、Tiをマ
スクに用いてPtをエッチングする方法や、S22ガス
を用いてエッチングする方法があるが、これらはいずれ
も白金をエッチングすることを主たる目的としており、
強誘電体をエッチングする際のオーバーエッチングによ
る残渣の発生を防ぐ方法への適用は難しい。すなわち、
これら、現状の技術においては、下部電極(Pt等)上
に形成された強誘電体材料をエッチングする際には、プ
ロセスや設計上のマージンを確保するために、オーバー
エッチングはどうしても必要となる。したがって、オー
バーエッチングをすることが前提となっており、残渣発
生は必然的に生じてしまうものである。
【0011】また、図3(c)に示すように、強誘電体
膜のパターニングによってパターン側壁に不純物が付着
するが、シリコン基板を純水中に浸しただけでは、不純
物は完全には除去されていない可能性がある。これは、
強誘電体膜のパターニング時に、下部電極となる金属膜
Ptもエッチングされることで、純水中に浸しただけで
は除去されないPtを含む不純物34がパターン側壁に
付着する不純物33中に含まれているためである。
【0012】本発明は、強誘電体材料のエッチングによ
り生じる反応生成物と、下部電極のスパッタによる堆積
物との両方を効果的に除去する手段を提供することを目
的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体装
置の製造方法において、金属膜上に形成された強誘電体
膜をパターニングする工程を有する半導体装置の製造方
法において、上記金属膜及び上記強誘電体膜を順次形成
した後、該強誘電体膜上に所定の形状のレジストパター
ンを形成する工程と、上記レジストパターンをマスクに
ドライエッチングにより、上記強誘電体膜をエッチング
する工程と、少なくとも上記金属膜及び上記強誘電体膜
を純水に浸すことにより、上記強誘電体膜のエッチング
の際に生じる上記強誘電体膜とエッチングガスとの反応
生成物を除去する工程と、少なくとも上記金属膜及び上
記強誘電体膜をヒドロキシルアミンを含む有機剥離剤に
浸すことにより、上記ドライエッチングの際のオーバー
エッチングにより生じる上記金属膜とエッチングガスと
の反応生成物を除去する工程とを有することを特徴とす
るものである。
【0014】また、請求項2記載の半導体装置の製造方
法は、上記純水に浸した後、アッシングにより上記レジ
ストパターンを除去し、その後、上記有機剥離剤に浸す
ことを行う工程を有することを特徴とする、請求項1に
記載の半導体装置の製造方法である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて本発
明について詳細に説明する。
【0016】図1は本発明の一実施の形態の半導体装置
の製造工程図、図2はエッチング装置の構成図である。
図1及び図2において、1はシリコン基板、2はシリコ
ン酸化膜、3はTi/TiN密着層、4はPtからなる
下部電極(金属膜)、5はSBT膜からなる強誘電体
膜、6はレジスト、7はマイクロ波、8は高周波電源、
9はソレノイドコイル、10は試料ウエハ、11は電
極、12はガス導入口、13は強誘電体膜のエッチング
による反応生成物、14はPt膜のスパッタエッチによ
る堆積物を示す。
【0017】以下、図1及び図2を用いて、本発明の一
実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【0018】まず、シリコン基板1上にシリコン酸化膜
2を1000Å乃至10000Å程度形成する。このシ
リコン酸化膜は熱酸化膜でも、CVD法による酸化膜で
も、これらの組み合わせの積層膜でもよい。
【0019】次に、シリコン酸化膜2上にシリコン酸化
膜と下部電極となるPtとの密着性を向上させるために
Ti/TiN膜からなる密着層3を形成する。ここで
は、Ti膜を250Å程度、TiN膜を2000Å程度
形成する。
【0020】次に、密着層3上に下部電極4となる金属
膜を形成する。この金属膜には、強誘電体膜の結晶化の
ためのアニール時に密着層3が酸化されるのを防ぐた
め、Pt膜を用いる。尚、このPt膜はスパッタ法を用
いて形成する。また、本発明においては、白金を含む合
金、例えばPtRh等を用いても同様の効果を得られ
る。
【0021】次に、下部電極4上にMOD法を用いてS
rBi2Ta29(以下、「SBT」とする。)からな
る強誘電体膜5を形成する。すなわち、Sr、Bi、T
aを含む塩若しくはアルコキシド化合物を含んだ有機溶
媒の混合溶液、例えば、2−エチルヘキサン酸ストロン
チウムと2−エチルヘキサン酸ビスマスと2−エチルヘ
キサン酸タンタルと酢酸ブチルとからなる混合溶液やこ
の混合液に安定剤を含んだ混合液を基板上に塗布し、約
200℃でベークして乾燥させた後、RTA装置を用い
て600℃で5分間アニールを行う。この塗布からアニ
ール間での工程を4回繰り返し、2000Åの強誘電体
膜5を得る。尚、本発明において、強誘電体膜5はSB
T膜に限定されるものではなく、PZT膜、PLZT膜
等を用いてもよい。また、強誘電体膜の成膜法には、M
OD法の他、ゾル−ゲル法、MOCVD法、スパッタ法
などがあるが、いずれの成膜法を用いても、エッチング
残渣の除去は可能である。
【0022】次に、この強誘電体膜5上にレジストパタ
ーン6を形成し、このレジストパターン6をマスクにド
ライエッチングにより、強誘電体膜5のパターニングを
行う。このドライエッチングの方法として、ECRエッ
チングを用いる。図2に示すエッチング装置を用い、エ
ッチングガスには、ArとCl2とCH4とをそれぞれ流
量が42.5SCCM、42.5SCCM、5.0SC
CMとなるように導入し、トータル圧力を0.18〜
0.27Paとする。また、マイクロ波パワーは100
0W、RFパワーは1000Wでエッチング時間を約4
分30秒程度とする。尚、本発明は上記条件に限定され
るものではない。
【0023】次に、シリコン基板1を純水中に温度25
℃程度として20分間浸した後、スピンドライする。そ
して、レジストパターンを以下の条件でアッシングす
る。
【0024】アッシング条件として、チャンバー温度を
300℃、O3のガス流量を10(l/分)、プリヒー
ト時間を10秒、アッシング時間を120秒、バージ時
間を20秒とする。
【0025】次に、シリコン基板1を有機剥離剤に温度
70℃として20分間浸す。この有機剥離剤には、ヒド
ロキシルアミンを有するものが好ましく、本実施の形態
では、ヒドロキシルアミンと緩衝アルカリ溶剤とを配合
した、米イーケーシー テクノロジー社の商品名「EK
C265」を用いる。ここで、Ptとヒドロキシルアミ
ンとが反応して、堆積物14が除去される。そして、最
後にレジスト剥離液により、レジストパターン6を完全
に除去する。
【0026】この有機剥離剤は、レジストの除去作用も
有する溶剤であるが、レジストを予めアッシングしてお
く方が、良好な残渣除去効果が得られる。最後にOMR
剥離液により、レジストパターン6を完全に除去する。
尚、水洗を省略した場合、アッシングによりSBT残渣
が固着し、その後の有機剥離剤による処理のみでは完全
に除去することができない。
【0027】また、本発明において、有機剥離剤とし
て、EKC265の代わりに、モノエタノールアミンと
ヒドロキシルアミンとを主成分とする、米アシュランド
ケミカル社の有機剥離剤である商品名「ACT−93
5」を用いてもよい。
【0028】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いることにより、レジストマスク除去後の強誘電体膜
側壁に残渣がなく、高精度な強誘電体薄膜の微細加工が
可能となり、例えば、白金からなる下部電極と上部電極
との間に強誘電体膜を有するキャパシタを備えた不揮発
性半導体記憶素子を形成することができる。
【0029】更に、請求項2記載の本発明を用いること
により、より良好な残渣除去効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の半導体装置の製造工程図
である。
【図2】エッチング装置の構成図である。
【図3】従来技術における半導体装置の製造工程図であ
る。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3 Ti/TiN密着層 4 Ptからなる下部電極 5 強誘電体膜 6 レジストパターン 7 マイクロ波 8 高周波電源 9 ソレノイドコイル 10 試料ウエハ 11 電極 12 ガス導入口 13 強誘電体膜のエッチングによる反応生成物 14 Pt膜のスパッタエッチによる堆積物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/8247 29/788 29/792

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属膜上に形成された強誘電体膜をパタ
    ーニングする工程を有する半導体装置の製造方法におい
    て、 上記金属膜及び上記強誘電体膜を順次形成した後、該強
    誘電体膜上に所定の形状のレジストパターンを形成する
    工程と、 上記レジストパターンをマスクにドライエッチングによ
    り、上記強誘電体膜をエッチングする工程と、 少なくとも上記金属膜及び上記強誘電体膜を純水に浸す
    ことにより、上記強誘電体膜のエッチングの際に生じる
    上記強誘電体膜とエッチングガスとの反応生成物を除去
    する工程と、 少なくとも上記金属膜及び上記強誘電体膜をヒドロキシ
    ルアミンを含む有機剥離剤に浸すことにより、上記ドラ
    イエッチングの際のオーバーエッチングにより生じる上
    記金属膜とエッチングガスとの反応生成物を除去する工
    程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記純水に浸した後、アッシングにより
    上記レジストパターンを除去し、その後、上記有機剥離
    剤に浸すことを行う工程を有することを特徴とする、請
    求項1に記載の半導体装置の製造方法。
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