半導体装置の製造方法
【課題】 半導体装置の一部を構成する強誘電体や白金の微細加工を容易に実現できるようにする。
【解決手段】 半導体基板１の上にデバイス絶縁膜２を形成し、その上に下層白金膜３、強誘電体膜４、上層白金膜５及びチタン膜６を順次形成し、更にその上に所望のパターンのフォトレジストマスク７を形成する。この際、チタン膜６の厚さを、上層白金膜５と強誘電体膜４と下層白金膜３とからなる積層膜の厚さの合計の十分の一以上に設定する。次に、ドライエッチング法でチタン膜６をエッチングし、フォトレジストマスク７を灰化処理により除去する。このようにしてパターン化されたチタン膜６をマスクとし、かつ酸素ガスの体積濃度を４０％に設定した塩素と酸素との混合ガスのプラズマを用いたドライエッチング法により、３層の積層膜３〜５をエッチングする。更に、塩素ガスのプラズマを用いたドライエッチング法でチタン膜６を除去する。
【解決手段】 半導体基板１の上にデバイス絶縁膜２を形成し、その上に下層白金膜３、強誘電体膜４、上層白金膜５及びチタン膜６を順次形成し、更にその上に所望のパターンのフォトレジストマスク７を形成する。この際、チタン膜６の厚さを、上層白金膜５と強誘電体膜４と下層白金膜３とからなる積層膜の厚さの合計の十分の一以上に設定する。次に、ドライエッチング法でチタン膜６をエッチングし、フォトレジストマスク７を灰化処理により除去する。このようにしてパターン化されたチタン膜６をマスクとし、かつ酸素ガスの体積濃度を４０％に設定した塩素と酸素との混合ガスのプラズマを用いたドライエッチング法により、３層の積層膜３〜５をエッチングする。更に、塩素ガスのプラズマを用いたドライエッチング法でチタン膜６を除去する。
【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に関し、特に強誘電体、高誘電率材料及び白金のエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板の上に形成された強誘電体膜の自発分極を利用した不揮発性メモリが知られている。また、高誘電率材料からなるキャパシタを半導体基板上に備えたＤＲＡＭ（ダイナミックＲＡＭ）が知られている。これらの種類のメモリの製造過程では、強誘電体及び高誘電率材料や、それらの電極として使用される白金（Ｐｔ）の微細加工が必要である。
【０００３】従来、フォトレジストをマスクとし、かつ塩素（Ｃｌ2 ）ガスのプラズマを用いたドライエッチング法で強誘電体や高誘電率材料を加工する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、強誘電体や高誘電率材料は、高融点かつ高沸点の金属の複合酸化物であるためエッチング速度が遅い。つまり、上記従来のエッチング方法では十分な選択比が得られないので、フォトレジストマスクを無駄に厚くする必要があった。したがって、微細加工が困難であった。
【０００５】本発明の目的は、強誘電体、高誘電率材料及び白金の微細加工を容易に実現できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明は、強誘電体、高誘電率材料及び白金のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜の上に酸化しやすい金属膜をマスクとしてパターン形成し、ハロゲンガスと酸素ガスとの混合ガスのプラズマでエッチング対象膜を選択的にエッチングすることとしたものである。この方法によれば、マスクとして形成された金属膜はプラズマによって酸化される。この結果、マスクのエッチング速度は小さくなる。これとは対照的に、エッチング対象膜については、大きいエッチング速度が確保される。したがって、エッチングの高い選択比が実現し、エッチング対象膜の微細加工が容易になる。
【０００７】また、本発明によれば、強誘電体及び高誘電率材料のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜の上に絶縁物からなる下層マスクと酸化しやすい金属からなる上層マスクとをパターン形成し、ハロゲンガスと酸素ガスとの混合ガスのプラズマでエッチング対象膜を選択的にエッチングした後に、下層マスクを残存させながら上層マスクを除去する。この方法によれば、上層マスクとして形成された金属膜はプラズマによって酸化される。この結果、マスクのエッチング速度は小さくなる。これとは対照的に、エッチング対象膜については、大きいエッチング速度が確保される。したがって、エッチングの高い選択比が実現し、エッチング対象膜の微細加工が容易になる。しかも、上層マスクの除去の際には、エッチング対象膜が下層マスクで覆われているので、該エッチング対象膜がエッチングガスにさらされることがない。したがって、強誘電体特性や高誘電率特性のばらつきや劣化が抑制される。更に、上層マスクの残滓発生を防止するためには、還元性を有するガスのプラズマ、例えば三塩化ホウ素のガスプラズマを用いて上層マスクをエッチングする。
【０００８】また、本発明によれば、強誘電体及び高誘電率材料のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜の上に絶縁物をマスクとしてパターン形成し、ガスプラズマでエッチング対象膜を選択的にエッチングした後に、絶縁物からなるマスクのうちの上層部分のみを除去する。この方法によれば、絶縁物からなるマスクを用いたドライエッチング法の採用により、フォトレジストマスクを用いる場合に比べてエッチング対象膜の微細加工が容易になる。しかも、マスクを部分的に除去することとしたので、該マスク除去の際にエッチング対象膜が保護される結果、強誘電体特性や高誘電率特性のばらつきや劣化が抑制される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の具体例について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の工程を示している。図１（ａ）〜図１（ｅ）において、１はシリコン（Ｓｉ）単結晶からなる半導体基板、２は酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるデバイス絶縁膜、３は下層白金（Ｐｔ）膜、４はＳＢＴすなわちＳｒＢｉ2 Ｔａ3 Ｏ9 からなる強誘電体膜、５は上層白金（Ｐｔ）膜、６はチタン（Ｔｉ）膜、７はフォトレジストマスクである。
【００１１】順を追って説明すると、半導体基板１の上にデバイス絶縁膜２を形成し、その上に下層白金膜３、強誘電体膜４、上層白金膜５及びチタン膜６を順次形成し、更にその上にフォトリソグラフィを用いて所望のパターンのフォトレジストマスク７を形成する（図１（ａ））。デバイス絶縁膜２はＣＶＤ法により、下層白金膜３、上層白金膜５及びチタン膜６はスパッタ法により、強誘電体膜４はゾルゲル法（詳細には、スピン塗布法、ミスト法など）によりそれぞれ形成される。各々の膜厚は、例えばデバイス絶縁膜２が２００ｎｍ、下層白金膜３が３００ｎｍ、強誘電体膜４が２００ｎｍ、上層白金膜５が２００ｎｍ、チタン膜６が２００ｎｍ、フォトレジストマスク７が１２００ｎｍである。この際、チタン膜６の厚さは、上層白金膜５と強誘電体膜４と下層白金膜３とからなる積層膜の厚さの合計の十分の一以上に設定される。
【００１２】次に、塩素（Ｃｌ2 ）ガスのプラズマを用いたドライエッチング法でチタン膜６をエッチングし（図１（ｂ））、フォトレジストマスク７を酸素（Ｏ2 ）プラズマによる灰化処理で除去する（図１（ｃ））。
【００１３】続いて、パターン化されたチタン膜６をマスクとし、かつ塩素（Ｃｌ2 ）と酸素（Ｏ2 ）との混合ガスのプラズマを用いたドライエッチング法により、上層白金膜５と強誘電体膜４と下層白金膜３とからなる積層膜をエッチングする（図１（ｄ））。この際、ドライエッチングのためのチャンバーを用いて、例えば、塩素ガスの流量を１２ｃｃ／分に、酸素ガスの流量を８ｃｃ／分にそれぞれ設定し、チャンバー内の圧力を２Ｐａに保持し、かつ１３．５６ＭＨｚの高周波電力を５Ｗ／ｃｍ2 の密度で印加することにより、塩素と酸素との混合ガスのプラズマを発生させる。この場合の塩素と酸素との混合ガス中に占める酸素ガスの体積濃度は４０％である。
【００１４】更に、塩素ガスのプラズマを用いたドライエッチング法でチタン膜６をエッチングすることにより、該チタン膜６を除去する（図１（ｅ））。この際、例えば、塩素ガスの流量を３０ｃｃ／分に設定し、チャンバー内の圧力を２０Ｐａに保持し、かつ１３．５６ＭＨｚの高周波電力を０．７Ｗ／ｃｍ2 の密度で印加することにより、塩素ガスのプラズマを発生させる。以上の工程により、半導体基板１の上にデバイス絶縁膜２を介して強誘電体キャパシタが形成される。そして、図１（ｅ）の工程の後に不図示の配線工程が実施される。
【００１５】図２は、塩素と酸素との混合ガスのプラズマによるドライエッチングを実施した場合の、該混合ガス中の酸素ガスの体積濃度と、白金、強誘電体及びチタンの各々のエッチング速度との関係を示している。図２において、横軸は塩素と酸素との混合ガス中に占める酸素ガスの体積濃度を示し、縦軸は白金、強誘電体及びチタンの各々のエッチング速度の相対値を示している。この相対値は、酸素ガス０％（塩素ガス１００％）の場合の白金のエッチング速度を１としたものである。エッチングのためのプラズマは、チャンバー内の圧力を２Ｐａに保持し、かつ１３．５６ＭＨｚの高周波電力を５Ｗ／ｃｍ2 の密度で印加することにより生成した。
【００１６】図２によれば、酸素ガスの体積濃度が２７％以上になるとチタンのエッチング速度が急激に減少する。これは、チタンがプラズマによって酸化され、エッチングされにくくなったことを意味している。酸素ガスの体積濃度を３０％以上に設定すると、チタンのエッチング速度は、白金や強誘電体のエッチング速度の十分の一以下になる。つまり、前記のようにチタン膜６の厚さを上層白金膜５と強誘電体膜４と下層白金膜３とからなる積層膜の厚さの合計の十分の一以上に設定しておけば、図１（ｄ）に示すように、パターン化されたチタン膜６とその下に位置する積層膜３〜５の所要部分とを残しながら、該積層膜３〜５の不要部分をエッチングにより除去できる。
【００１７】以上のとおり、本方法によれば、白金と強誘電体との積層膜３〜５の上にチタン膜６をマスクとしてパターン形成し、塩素と酸素との混合ガスのプラズマで積層膜３〜５を選択的にエッチングすることとしたので、該積層膜３〜５の加工精度が向上する。また、チタン膜６のパターン化のためにのみフォトレジストマスク７を用いることとしたので、フォトレジストマスク７の厚さを低減できる結果、フォトリソグラフィの解像度や光学系の焦点深度余裕の向上に寄与できる。これらの利点を活かすと、従来加工性が悪いために採用が見送られてきた種々の強誘電体材料が使用可能となり、半導体装置の特性や、信頼性、歩留まりを向上させることができる。デバイス絶縁膜２と下層白金膜３との間に、接着層としてチタン層、窒化チタン層、酸化チタン層のいずれかを介在させてもよい。また、上層白金膜５とチタン膜６との間に同様の接着層を介在させておき、チタン膜６の除去後に残る該接着層を、上層白金膜５と図１（ｅ）の工程後に形成される酸化シリコン膜との密着性の確保に利用することとしてもよい。
【００１８】なお、図２から明らかなように、上記ＰｔとＳＢＴとの積層膜に限らず、Ｐｔの単層膜や、ＳＢＴの単層膜でも高い選択比が得られる。ゾルゲル法又はスパッタ法により形成された、強誘電体膜の一種であるＰＺＴ膜すなわちＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3 膜や、高誘電率膜の一種であるＢＳＴ膜すなわちＢａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜のエッチングに本方法を適用することも可能である。上記の例ではマスクとしてチタン（Ｔｉ）膜を採用したが、チタン化合物、あるいはチタンを含む合金からなるマスクを採用してもよい。あるいは、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）などの酸化しやすい他の金属からなるマスクを採用してもよい。エッチングガスとして、Ｃｌ2 とＯ2 との混合ガスに代えて、ＨＢｒ、ＳＦ6 、ＨＣｌなどの他のハロゲンガスとＯ2 との混合ガスを選定してもよい。ただし、白金（Ｐｔ）の塩化物はそのフッ化物に比べて蒸気圧が高いので、Ｐｔのエッチングにはフッ素系ガスよりも塩素系ガスが好ましい。
【００１９】さて、上記のとおり、強誘電体キャパシタは、強誘電体膜を上層白金膜と下層白金膜とで挟んだ構造を持っている。半導体装置の使用時における強誘電体膜の側面での表層リークを防ぐため、上層白金膜の面積を強誘電体膜の面積より小さくすることが好ましい。以下、上層白金膜とは別に強誘電体膜と下層白金膜とをエッチングする方法について説明する。
【００２０】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の他の工程を示している。図３（ａ）〜図３（ｄ）において、１１はシリコン（Ｓｉ）単結晶からなる半導体基板、１２は酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるデバイス絶縁膜、１３は下層白金（Ｐｔ）膜、１４はＳＢＴすなわちＳｒＢｉ2 Ｔａ3 Ｏ9 からなる強誘電体膜、１５は上層白金（Ｐｔ）膜、１６は酸化シリコンの一種であるＮＳＧ（non-doped silicate glass）からなるマスク絶縁膜、１７はチタン（Ｔｉ）膜である。
【００２１】順を追って説明すると、半導体基板１１の上にデバイス絶縁膜１２を形成し、その上に下層白金膜１３、強誘電体膜１４及び上層白金膜１５を順次形成した後、上層白金膜１５を所望のパターンにエッチングする（図３（ａ））。デバイス絶縁膜１２はＣＶＤ法により、下層白金膜１３及び上層白金膜１５はスパッタ法により、強誘電体膜１４はゾルゲル法（詳細には、スピン塗布法、ミスト法など）によりそれぞれ形成される。各々の膜厚は、例えばデバイス絶縁膜１２が１００ｎｍ、下層白金膜１３が２００ｎｍ、強誘電体膜１４が２００ｎｍ、上層白金膜１５が２００ｎｍである。ここでは上層白金膜１５のみをエッチングするので、そのエッチングにはフォトレジストマスクを用いたドライエッチング法を適用できる。エッチングガスは、例えば塩素（Ｃｌ2 ）ガスである。フォトレジストマスクは、酸素（Ｏ2 ）プラズマによる灰化処理で除去される。
【００２２】次に、パターン化された上層白金膜１５を覆うようにマスク絶縁膜１６をＣＶＤ法により形成し、その上にチタン膜１７をスパッタ法により形成した後、チタン膜１７及びマスク絶縁膜１６を上層白金膜１５より大きいパターンにエッチングする（図３（ｂ））。各々の膜厚は、例えばマスク絶縁膜１６が１００ｎｍ、チタン膜１７が２００ｎｍである。このエッチングにも、フォトレジストマスクを用いたドライエッチング法を適用できる。エッチングガスは、例えばチタン膜１７に対しＣｌ2 ガス、マスク絶縁膜１６に対しＣＦ4 ガスである。フォトレジストマスクは、酸素（Ｏ2 ）プラズマによる灰化処理で除去される。
【００２３】続いて、パターン化されたチタン膜１７及び絶縁膜１６をマスクとし、かつ塩素（Ｃｌ2 ）と酸素（Ｏ2 ）との混合ガスのプラズマを用いたドライエッチング法により、強誘電体膜１４をエッチングする（図３（ｃ））。この際、チタン膜１７は、部分的に酸化チタン（ＴｉＯ2 ）に変化する。
【００２４】更に、還元性を有する三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）ガスのプラズマを用いたドライエッチング法でチタン膜１７をエッチングすることにより、絶縁膜１６を残しながらチタン膜１７を除去する（図３（ｄ））。この際、例えば、三塩化ホウ素ガスの流量を８０ｃｃ／分に設定し、チャンバー内の圧力を１３．３Ｐａ（＝１００ｍＴｏｒｒ）に保持し、かつ１１５Ｗの高周波電力を印加することにより、三塩化ホウ素ガスのプラズマを発生させる。そして、図３（ｄ）の工程の後に、絶縁膜１６の穿孔を含む不図示の配線工程が実施される。
【００２５】以上のとおり、本方法によれば、強誘電体膜１４の上にチタン膜１７をマスクとしてパターン形成し、塩素と酸素との混合ガスのプラズマで強誘電体膜１４を選択的にエッチングすることとしたので、該強誘電体膜１４の加工精度が向上する。しかも、マスクとして使用されたチタン膜１７は完全に除去され得る。
【００２６】図４は、三塩化ホウ素ガスのプラズマによるドライエッチングを実施した場合の、チャンバー内の圧力と、チタン及び酸化チタンの各々のエッチング速度との関係を示している。圧力１３．３Ｐａのときにチタンと酸化チタンとのエッチング速度がほぼ等しくなることが分る。つまり、上記条件でチタン膜１７をエッチングすると、チタン及び酸化チタンの残滓の発生がない。したがって、配線工程に支障が生じることはない。しかも、チタン膜１７の除去の際に強誘電体膜１４がマスク絶縁膜１６で覆われているので、該強誘電体膜１４がエッチングガスにさらされることがない。したがって、強誘電体特性のばらつきや劣化が抑制される。実験によれば、強誘電体膜１４の残留分極として１５μＣ／ｃｍ2 が、その耐圧として３０Ｖがそれぞれ得られた。デバイス絶縁膜１２と下層白金膜１３との間及び上層白金膜１５とマスク絶縁膜１６との間に、それぞれ接着層としてチタン層、窒化チタン層、酸化チタン層のいずれかを介在させてもよい。
【００２７】なお、強誘電体膜の一種であるＰＺＴ膜や、高誘電率膜の一種であるＢＳＴ膜のエッチングに本方法を適用することも可能である。マスク絶縁膜１６は、窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜でもよい。ただし、窒化シリコンの成膜時にアンモニア（ＮＨ3 ）ガス等の水素を含むガスを用いると強誘電体膜１４に劣化が生じるので、成膜方法の選定が重要である。チタン膜１７に代えて、チタン化合物、あるいはチタンを含む合金からなるマスクを採用してもよい。あるいは、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）などの酸化しやすい他の金属からなるマスクを採用してもよい。チタン膜１７のエッチングガスとして、Ｃｌ2 、ＣＨＣｌ3 、ＨＣｌなどの塩素系ガスを使用してもよい。ただし、残滓の発生防止の観点から三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）ガスが最適である。上層白金膜１５のエッチングの際にも、ＮＳＧとチタンとの積層膜をマスクとしたドライエッチング法が適用可能である。チタン膜のみ又はＮＳＧ膜のみをマスクとして上層白金膜１５をエッチングしてもよい。ただし、選択比は、チタン、ＮＳＧ、フォトレジストの順に低くなる。つまり、単層マスクを使用する場合には、チタン膜からなるマスクを採用することによって、この中では最大の選択比が得られる。また、強誘電体膜１４と下層白金膜１３とを同時にエッチングしてもよい。
【００２８】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の更に他の工程を示している。図５R>５（ａ）〜図５（ｄ）において、２１はシリコン（Ｓｉ）単結晶からなる半導体基板、２２は酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるデバイス絶縁膜、２３は下層白金（Ｐｔ）膜、２４はＳＢＴすなわちＳｒＢｉ2 Ｔａ3 Ｏ9からなる強誘電体膜、２５は上層白金（Ｐｔ）膜、２６はＮＳＧからなるマスク絶縁膜である。
【００２９】順を追って説明すると、半導体基板２１の上にデバイス絶縁膜２２を形成し、その上に下層白金膜２３、強誘電体膜２４及び上層白金膜２５を順次形成した後、上層白金膜２５を所望のパターンにエッチングする（図５（ａ））。この工程は、図３（ａ）の工程と同様である。
【００３０】次に、パターン化された上層白金膜２５を覆うようにマスク絶縁膜２６をＣＶＤ法により形成した後、該マスク絶縁膜２６を上層白金膜２５より大きいパターンにエッチングする（図５（ｂ））。マスク絶縁膜２６の厚さは、例えば５００ｎｍである。このエッチングには、フォトレジストマスクを用いたドライエッチング法を適用できる。エッチングガスは、例えばＣＦ4 、ＣＨＦ3 などのフッ素系ガスである。フォトレジストマスクは、酸素（Ｏ2 ）プラズマによる灰化処理で除去される。
【００３１】続いて、パターン化された絶縁膜２６をマスクとし、かつ塩素（Ｃｌ2 ）と酸素（Ｏ2 ）との混合ガスのプラズマを用いたドライエッチング法により、強誘電体膜２４をエッチングする（図５（ｃ））。
【００３２】更に、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 などのフッ素系ガスのプラズマを用いたドライエッチング法でマスク絶縁膜２６をエッチングすることにより、該マスク絶縁膜２６を一部除去する（図５（ｄ））。この際、例えば、マスク絶縁膜２６の厚さが１００ｎｍになるようにエッチング時間を調整する。そして、図５（ｄ）の工程の後に、絶縁膜２６の穿孔を含む不図示の配線工程が実施される。
【００３３】本方法によれば、ＮＳＧからなるマスク絶縁膜２６を用いたドライエッチング法の採用により強誘電体膜２４の微細加工が容易になる。しかも、図５（ｄ）の工程において強誘電体膜２４がマスク絶縁膜２６で覆われているので、該強誘電体膜２４がエッチングガスにさらされることがない。したがって、強誘電体特性のばらつきや劣化が抑制される。実験によれば、強誘電体膜２４の残留分極として１３〜１５μＣ／ｃｍ2 が、その耐圧として２５〜３０Ｖがそれぞれ得られた。デバイス絶縁膜２２と下層白金膜２３との間及び上層白金膜２５とマスク絶縁膜２６との間に、それぞれ接着層としてチタン層、窒化チタン層、酸化チタン層のいずれかを介在させてもよい。
【００３４】なお、強誘電体膜の一種であるＰＺＴ膜や、高誘電率膜の一種であるＢＳＴ膜のエッチングに本方法を適用することも可能である。マスク絶縁膜２６は、窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜でもよい。また、強誘電体膜２４と下層白金膜２３とを同時にエッチングしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】以上説明してきたとおり、本発明によれば、強誘電体、高誘電率材料及び白金のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜の上に酸化しやすい金属膜をマスクとしてパターン形成し、ハロゲンガスと酸素ガスとの混合ガスのプラズマでエッチング対象膜を選択的にエッチングすることとしたので、半導体装置の一部を構成する強誘電体、高誘電率材料及び白金の微細加工を容易に実現できる効果が得られる。
【００３６】また、本発明によれば、強誘電体及び高誘電率材料のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜の上に絶縁物からなる下層マスクと酸化しやすい金属からなる上層マスクとをパターン形成し、ハロゲンガスと酸素ガスとの混合ガスのプラズマでエッチング対象膜を選択的にエッチングした後に、下層マスクを残存させながら上層マスクを除去することとしたので、強誘電体及び高誘電率材料の微細加工を容易に実現できるだけでなく、強誘電体特性や高誘電率特性のばらつきや劣化が抑制される。更に、還元性を有するガスのプラズマ、例えば三塩化ホウ素のガスプラズマを用いて上層マスクをエッチングすることとすれば、上層マスクの残滓発生を防止できる。
【００３７】また、本発明によれば、強誘電体及び高誘電率材料のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜の上に絶縁物をマスクとしてパターン形成し、ガスプラズマでエッチング対象膜を選択的にエッチングした後に、絶縁物からなるマスクのうちの上層部分のみを除去することとしたので、フォトレジストマスクを用いる場合に比べてエッチング対象膜の微細加工が容易になるだけでなく、強誘電体特性や高誘電率特性のばらつきや劣化が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【図２】塩素と酸素との混合ガスのプラズマによるドライエッチングを実施した場合の、混合ガス中の酸素ガスの体積濃度と、白金、強誘電体及びチタンの各々のエッチング速度との関係を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の他の工程を示す断面図である。
【図４】三塩化ホウ素ガスのプラズマによるドライエッチングを実施した場合の、チャンバー内の圧力と、チタン及び酸化チタンの各々のエッチング速度との関係を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の更に他の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ デバイス絶縁膜
３ 下層白金膜
４ 強誘電体膜
５ 上層白金膜
６ チタン膜
７ フォトレジストマスク
１１，２１ 半導体基板
１２，２２ デバイス絶縁膜
１３，２３ 下層白金膜
１４，２４ 強誘電体膜
１５，２５ 上層白金膜
１６，２６ マスク絶縁膜
１７ チタン膜
【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に関し、特に強誘電体、高誘電率材料及び白金のエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板の上に形成された強誘電体膜の自発分極を利用した不揮発性メモリが知られている。また、高誘電率材料からなるキャパシタを半導体基板上に備えたＤＲＡＭ（ダイナミックＲＡＭ）が知られている。これらの種類のメモリの製造過程では、強誘電体及び高誘電率材料や、それらの電極として使用される白金（Ｐｔ）の微細加工が必要である。
【０００３】従来、フォトレジストをマスクとし、かつ塩素（Ｃｌ2 ）ガスのプラズマを用いたドライエッチング法で強誘電体や高誘電率材料を加工する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、強誘電体や高誘電率材料は、高融点かつ高沸点の金属の複合酸化物であるためエッチング速度が遅い。つまり、上記従来のエッチング方法では十分な選択比が得られないので、フォトレジストマスクを無駄に厚くする必要があった。したがって、微細加工が困難であった。
【０００５】本発明の目的は、強誘電体、高誘電率材料及び白金の微細加工を容易に実現できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明は、強誘電体、高誘電率材料及び白金のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜の上に酸化しやすい金属膜をマスクとしてパターン形成し、ハロゲンガスと酸素ガスとの混合ガスのプラズマでエッチング対象膜を選択的にエッチングすることとしたものである。この方法によれば、マスクとして形成された金属膜はプラズマによって酸化される。この結果、マスクのエッチング速度は小さくなる。これとは対照的に、エッチング対象膜については、大きいエッチング速度が確保される。したがって、エッチングの高い選択比が実現し、エッチング対象膜の微細加工が容易になる。
【０００７】また、本発明によれば、強誘電体及び高誘電率材料のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜の上に絶縁物からなる下層マスクと酸化しやすい金属からなる上層マスクとをパターン形成し、ハロゲンガスと酸素ガスとの混合ガスのプラズマでエッチング対象膜を選択的にエッチングした後に、下層マスクを残存させながら上層マスクを除去する。この方法によれば、上層マスクとして形成された金属膜はプラズマによって酸化される。この結果、マスクのエッチング速度は小さくなる。これとは対照的に、エッチング対象膜については、大きいエッチング速度が確保される。したがって、エッチングの高い選択比が実現し、エッチング対象膜の微細加工が容易になる。しかも、上層マスクの除去の際には、エッチング対象膜が下層マスクで覆われているので、該エッチング対象膜がエッチングガスにさらされることがない。したがって、強誘電体特性や高誘電率特性のばらつきや劣化が抑制される。更に、上層マスクの残滓発生を防止するためには、還元性を有するガスのプラズマ、例えば三塩化ホウ素のガスプラズマを用いて上層マスクをエッチングする。
【０００８】また、本発明によれば、強誘電体及び高誘電率材料のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜の上に絶縁物をマスクとしてパターン形成し、ガスプラズマでエッチング対象膜を選択的にエッチングした後に、絶縁物からなるマスクのうちの上層部分のみを除去する。この方法によれば、絶縁物からなるマスクを用いたドライエッチング法の採用により、フォトレジストマスクを用いる場合に比べてエッチング対象膜の微細加工が容易になる。しかも、マスクを部分的に除去することとしたので、該マスク除去の際にエッチング対象膜が保護される結果、強誘電体特性や高誘電率特性のばらつきや劣化が抑制される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の具体例について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の工程を示している。図１（ａ）〜図１（ｅ）において、１はシリコン（Ｓｉ）単結晶からなる半導体基板、２は酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるデバイス絶縁膜、３は下層白金（Ｐｔ）膜、４はＳＢＴすなわちＳｒＢｉ2 Ｔａ3 Ｏ9 からなる強誘電体膜、５は上層白金（Ｐｔ）膜、６はチタン（Ｔｉ）膜、７はフォトレジストマスクである。
【００１１】順を追って説明すると、半導体基板１の上にデバイス絶縁膜２を形成し、その上に下層白金膜３、強誘電体膜４、上層白金膜５及びチタン膜６を順次形成し、更にその上にフォトリソグラフィを用いて所望のパターンのフォトレジストマスク７を形成する（図１（ａ））。デバイス絶縁膜２はＣＶＤ法により、下層白金膜３、上層白金膜５及びチタン膜６はスパッタ法により、強誘電体膜４はゾルゲル法（詳細には、スピン塗布法、ミスト法など）によりそれぞれ形成される。各々の膜厚は、例えばデバイス絶縁膜２が２００ｎｍ、下層白金膜３が３００ｎｍ、強誘電体膜４が２００ｎｍ、上層白金膜５が２００ｎｍ、チタン膜６が２００ｎｍ、フォトレジストマスク７が１２００ｎｍである。この際、チタン膜６の厚さは、上層白金膜５と強誘電体膜４と下層白金膜３とからなる積層膜の厚さの合計の十分の一以上に設定される。
【００１２】次に、塩素（Ｃｌ2 ）ガスのプラズマを用いたドライエッチング法でチタン膜６をエッチングし（図１（ｂ））、フォトレジストマスク７を酸素（Ｏ2 ）プラズマによる灰化処理で除去する（図１（ｃ））。
【００１３】続いて、パターン化されたチタン膜６をマスクとし、かつ塩素（Ｃｌ2 ）と酸素（Ｏ2 ）との混合ガスのプラズマを用いたドライエッチング法により、上層白金膜５と強誘電体膜４と下層白金膜３とからなる積層膜をエッチングする（図１（ｄ））。この際、ドライエッチングのためのチャンバーを用いて、例えば、塩素ガスの流量を１２ｃｃ／分に、酸素ガスの流量を８ｃｃ／分にそれぞれ設定し、チャンバー内の圧力を２Ｐａに保持し、かつ１３．５６ＭＨｚの高周波電力を５Ｗ／ｃｍ2 の密度で印加することにより、塩素と酸素との混合ガスのプラズマを発生させる。この場合の塩素と酸素との混合ガス中に占める酸素ガスの体積濃度は４０％である。
【００１４】更に、塩素ガスのプラズマを用いたドライエッチング法でチタン膜６をエッチングすることにより、該チタン膜６を除去する（図１（ｅ））。この際、例えば、塩素ガスの流量を３０ｃｃ／分に設定し、チャンバー内の圧力を２０Ｐａに保持し、かつ１３．５６ＭＨｚの高周波電力を０．７Ｗ／ｃｍ2 の密度で印加することにより、塩素ガスのプラズマを発生させる。以上の工程により、半導体基板１の上にデバイス絶縁膜２を介して強誘電体キャパシタが形成される。そして、図１（ｅ）の工程の後に不図示の配線工程が実施される。
【００１５】図２は、塩素と酸素との混合ガスのプラズマによるドライエッチングを実施した場合の、該混合ガス中の酸素ガスの体積濃度と、白金、強誘電体及びチタンの各々のエッチング速度との関係を示している。図２において、横軸は塩素と酸素との混合ガス中に占める酸素ガスの体積濃度を示し、縦軸は白金、強誘電体及びチタンの各々のエッチング速度の相対値を示している。この相対値は、酸素ガス０％（塩素ガス１００％）の場合の白金のエッチング速度を１としたものである。エッチングのためのプラズマは、チャンバー内の圧力を２Ｐａに保持し、かつ１３．５６ＭＨｚの高周波電力を５Ｗ／ｃｍ2 の密度で印加することにより生成した。
【００１６】図２によれば、酸素ガスの体積濃度が２７％以上になるとチタンのエッチング速度が急激に減少する。これは、チタンがプラズマによって酸化され、エッチングされにくくなったことを意味している。酸素ガスの体積濃度を３０％以上に設定すると、チタンのエッチング速度は、白金や強誘電体のエッチング速度の十分の一以下になる。つまり、前記のようにチタン膜６の厚さを上層白金膜５と強誘電体膜４と下層白金膜３とからなる積層膜の厚さの合計の十分の一以上に設定しておけば、図１（ｄ）に示すように、パターン化されたチタン膜６とその下に位置する積層膜３〜５の所要部分とを残しながら、該積層膜３〜５の不要部分をエッチングにより除去できる。
【００１７】以上のとおり、本方法によれば、白金と強誘電体との積層膜３〜５の上にチタン膜６をマスクとしてパターン形成し、塩素と酸素との混合ガスのプラズマで積層膜３〜５を選択的にエッチングすることとしたので、該積層膜３〜５の加工精度が向上する。また、チタン膜６のパターン化のためにのみフォトレジストマスク７を用いることとしたので、フォトレジストマスク７の厚さを低減できる結果、フォトリソグラフィの解像度や光学系の焦点深度余裕の向上に寄与できる。これらの利点を活かすと、従来加工性が悪いために採用が見送られてきた種々の強誘電体材料が使用可能となり、半導体装置の特性や、信頼性、歩留まりを向上させることができる。デバイス絶縁膜２と下層白金膜３との間に、接着層としてチタン層、窒化チタン層、酸化チタン層のいずれかを介在させてもよい。また、上層白金膜５とチタン膜６との間に同様の接着層を介在させておき、チタン膜６の除去後に残る該接着層を、上層白金膜５と図１（ｅ）の工程後に形成される酸化シリコン膜との密着性の確保に利用することとしてもよい。
【００１８】なお、図２から明らかなように、上記ＰｔとＳＢＴとの積層膜に限らず、Ｐｔの単層膜や、ＳＢＴの単層膜でも高い選択比が得られる。ゾルゲル法又はスパッタ法により形成された、強誘電体膜の一種であるＰＺＴ膜すなわちＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3 膜や、高誘電率膜の一種であるＢＳＴ膜すなわちＢａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜のエッチングに本方法を適用することも可能である。上記の例ではマスクとしてチタン（Ｔｉ）膜を採用したが、チタン化合物、あるいはチタンを含む合金からなるマスクを採用してもよい。あるいは、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）などの酸化しやすい他の金属からなるマスクを採用してもよい。エッチングガスとして、Ｃｌ2 とＯ2 との混合ガスに代えて、ＨＢｒ、ＳＦ6 、ＨＣｌなどの他のハロゲンガスとＯ2 との混合ガスを選定してもよい。ただし、白金（Ｐｔ）の塩化物はそのフッ化物に比べて蒸気圧が高いので、Ｐｔのエッチングにはフッ素系ガスよりも塩素系ガスが好ましい。
【００１９】さて、上記のとおり、強誘電体キャパシタは、強誘電体膜を上層白金膜と下層白金膜とで挟んだ構造を持っている。半導体装置の使用時における強誘電体膜の側面での表層リークを防ぐため、上層白金膜の面積を強誘電体膜の面積より小さくすることが好ましい。以下、上層白金膜とは別に強誘電体膜と下層白金膜とをエッチングする方法について説明する。
【００２０】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の他の工程を示している。図３（ａ）〜図３（ｄ）において、１１はシリコン（Ｓｉ）単結晶からなる半導体基板、１２は酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるデバイス絶縁膜、１３は下層白金（Ｐｔ）膜、１４はＳＢＴすなわちＳｒＢｉ2 Ｔａ3 Ｏ9 からなる強誘電体膜、１５は上層白金（Ｐｔ）膜、１６は酸化シリコンの一種であるＮＳＧ（non-doped silicate glass）からなるマスク絶縁膜、１７はチタン（Ｔｉ）膜である。
【００２１】順を追って説明すると、半導体基板１１の上にデバイス絶縁膜１２を形成し、その上に下層白金膜１３、強誘電体膜１４及び上層白金膜１５を順次形成した後、上層白金膜１５を所望のパターンにエッチングする（図３（ａ））。デバイス絶縁膜１２はＣＶＤ法により、下層白金膜１３及び上層白金膜１５はスパッタ法により、強誘電体膜１４はゾルゲル法（詳細には、スピン塗布法、ミスト法など）によりそれぞれ形成される。各々の膜厚は、例えばデバイス絶縁膜１２が１００ｎｍ、下層白金膜１３が２００ｎｍ、強誘電体膜１４が２００ｎｍ、上層白金膜１５が２００ｎｍである。ここでは上層白金膜１５のみをエッチングするので、そのエッチングにはフォトレジストマスクを用いたドライエッチング法を適用できる。エッチングガスは、例えば塩素（Ｃｌ2 ）ガスである。フォトレジストマスクは、酸素（Ｏ2 ）プラズマによる灰化処理で除去される。
【００２２】次に、パターン化された上層白金膜１５を覆うようにマスク絶縁膜１６をＣＶＤ法により形成し、その上にチタン膜１７をスパッタ法により形成した後、チタン膜１７及びマスク絶縁膜１６を上層白金膜１５より大きいパターンにエッチングする（図３（ｂ））。各々の膜厚は、例えばマスク絶縁膜１６が１００ｎｍ、チタン膜１７が２００ｎｍである。このエッチングにも、フォトレジストマスクを用いたドライエッチング法を適用できる。エッチングガスは、例えばチタン膜１７に対しＣｌ2 ガス、マスク絶縁膜１６に対しＣＦ4 ガスである。フォトレジストマスクは、酸素（Ｏ2 ）プラズマによる灰化処理で除去される。
【００２３】続いて、パターン化されたチタン膜１７及び絶縁膜１６をマスクとし、かつ塩素（Ｃｌ2 ）と酸素（Ｏ2 ）との混合ガスのプラズマを用いたドライエッチング法により、強誘電体膜１４をエッチングする（図３（ｃ））。この際、チタン膜１７は、部分的に酸化チタン（ＴｉＯ2 ）に変化する。
【００２４】更に、還元性を有する三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）ガスのプラズマを用いたドライエッチング法でチタン膜１７をエッチングすることにより、絶縁膜１６を残しながらチタン膜１７を除去する（図３（ｄ））。この際、例えば、三塩化ホウ素ガスの流量を８０ｃｃ／分に設定し、チャンバー内の圧力を１３．３Ｐａ（＝１００ｍＴｏｒｒ）に保持し、かつ１１５Ｗの高周波電力を印加することにより、三塩化ホウ素ガスのプラズマを発生させる。そして、図３（ｄ）の工程の後に、絶縁膜１６の穿孔を含む不図示の配線工程が実施される。
【００２５】以上のとおり、本方法によれば、強誘電体膜１４の上にチタン膜１７をマスクとしてパターン形成し、塩素と酸素との混合ガスのプラズマで強誘電体膜１４を選択的にエッチングすることとしたので、該強誘電体膜１４の加工精度が向上する。しかも、マスクとして使用されたチタン膜１７は完全に除去され得る。
【００２６】図４は、三塩化ホウ素ガスのプラズマによるドライエッチングを実施した場合の、チャンバー内の圧力と、チタン及び酸化チタンの各々のエッチング速度との関係を示している。圧力１３．３Ｐａのときにチタンと酸化チタンとのエッチング速度がほぼ等しくなることが分る。つまり、上記条件でチタン膜１７をエッチングすると、チタン及び酸化チタンの残滓の発生がない。したがって、配線工程に支障が生じることはない。しかも、チタン膜１７の除去の際に強誘電体膜１４がマスク絶縁膜１６で覆われているので、該強誘電体膜１４がエッチングガスにさらされることがない。したがって、強誘電体特性のばらつきや劣化が抑制される。実験によれば、強誘電体膜１４の残留分極として１５μＣ／ｃｍ2 が、その耐圧として３０Ｖがそれぞれ得られた。デバイス絶縁膜１２と下層白金膜１３との間及び上層白金膜１５とマスク絶縁膜１６との間に、それぞれ接着層としてチタン層、窒化チタン層、酸化チタン層のいずれかを介在させてもよい。
【００２７】なお、強誘電体膜の一種であるＰＺＴ膜や、高誘電率膜の一種であるＢＳＴ膜のエッチングに本方法を適用することも可能である。マスク絶縁膜１６は、窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜でもよい。ただし、窒化シリコンの成膜時にアンモニア（ＮＨ3 ）ガス等の水素を含むガスを用いると強誘電体膜１４に劣化が生じるので、成膜方法の選定が重要である。チタン膜１７に代えて、チタン化合物、あるいはチタンを含む合金からなるマスクを採用してもよい。あるいは、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）などの酸化しやすい他の金属からなるマスクを採用してもよい。チタン膜１７のエッチングガスとして、Ｃｌ2 、ＣＨＣｌ3 、ＨＣｌなどの塩素系ガスを使用してもよい。ただし、残滓の発生防止の観点から三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）ガスが最適である。上層白金膜１５のエッチングの際にも、ＮＳＧとチタンとの積層膜をマスクとしたドライエッチング法が適用可能である。チタン膜のみ又はＮＳＧ膜のみをマスクとして上層白金膜１５をエッチングしてもよい。ただし、選択比は、チタン、ＮＳＧ、フォトレジストの順に低くなる。つまり、単層マスクを使用する場合には、チタン膜からなるマスクを採用することによって、この中では最大の選択比が得られる。また、強誘電体膜１４と下層白金膜１３とを同時にエッチングしてもよい。
【００２８】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の更に他の工程を示している。図５R>５（ａ）〜図５（ｄ）において、２１はシリコン（Ｓｉ）単結晶からなる半導体基板、２２は酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるデバイス絶縁膜、２３は下層白金（Ｐｔ）膜、２４はＳＢＴすなわちＳｒＢｉ2 Ｔａ3 Ｏ9からなる強誘電体膜、２５は上層白金（Ｐｔ）膜、２６はＮＳＧからなるマスク絶縁膜である。
【００２９】順を追って説明すると、半導体基板２１の上にデバイス絶縁膜２２を形成し、その上に下層白金膜２３、強誘電体膜２４及び上層白金膜２５を順次形成した後、上層白金膜２５を所望のパターンにエッチングする（図５（ａ））。この工程は、図３（ａ）の工程と同様である。
【００３０】次に、パターン化された上層白金膜２５を覆うようにマスク絶縁膜２６をＣＶＤ法により形成した後、該マスク絶縁膜２６を上層白金膜２５より大きいパターンにエッチングする（図５（ｂ））。マスク絶縁膜２６の厚さは、例えば５００ｎｍである。このエッチングには、フォトレジストマスクを用いたドライエッチング法を適用できる。エッチングガスは、例えばＣＦ4 、ＣＨＦ3 などのフッ素系ガスである。フォトレジストマスクは、酸素（Ｏ2 ）プラズマによる灰化処理で除去される。
【００３１】続いて、パターン化された絶縁膜２６をマスクとし、かつ塩素（Ｃｌ2 ）と酸素（Ｏ2 ）との混合ガスのプラズマを用いたドライエッチング法により、強誘電体膜２４をエッチングする（図５（ｃ））。
【００３２】更に、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 などのフッ素系ガスのプラズマを用いたドライエッチング法でマスク絶縁膜２６をエッチングすることにより、該マスク絶縁膜２６を一部除去する（図５（ｄ））。この際、例えば、マスク絶縁膜２６の厚さが１００ｎｍになるようにエッチング時間を調整する。そして、図５（ｄ）の工程の後に、絶縁膜２６の穿孔を含む不図示の配線工程が実施される。
【００３３】本方法によれば、ＮＳＧからなるマスク絶縁膜２６を用いたドライエッチング法の採用により強誘電体膜２４の微細加工が容易になる。しかも、図５（ｄ）の工程において強誘電体膜２４がマスク絶縁膜２６で覆われているので、該強誘電体膜２４がエッチングガスにさらされることがない。したがって、強誘電体特性のばらつきや劣化が抑制される。実験によれば、強誘電体膜２４の残留分極として１３〜１５μＣ／ｃｍ2 が、その耐圧として２５〜３０Ｖがそれぞれ得られた。デバイス絶縁膜２２と下層白金膜２３との間及び上層白金膜２５とマスク絶縁膜２６との間に、それぞれ接着層としてチタン層、窒化チタン層、酸化チタン層のいずれかを介在させてもよい。
【００３４】なお、強誘電体膜の一種であるＰＺＴ膜や、高誘電率膜の一種であるＢＳＴ膜のエッチングに本方法を適用することも可能である。マスク絶縁膜２６は、窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜でもよい。また、強誘電体膜２４と下層白金膜２３とを同時にエッチングしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】以上説明してきたとおり、本発明によれば、強誘電体、高誘電率材料及び白金のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜の上に酸化しやすい金属膜をマスクとしてパターン形成し、ハロゲンガスと酸素ガスとの混合ガスのプラズマでエッチング対象膜を選択的にエッチングすることとしたので、半導体装置の一部を構成する強誘電体、高誘電率材料及び白金の微細加工を容易に実現できる効果が得られる。
【００３６】また、本発明によれば、強誘電体及び高誘電率材料のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜の上に絶縁物からなる下層マスクと酸化しやすい金属からなる上層マスクとをパターン形成し、ハロゲンガスと酸素ガスとの混合ガスのプラズマでエッチング対象膜を選択的にエッチングした後に、下層マスクを残存させながら上層マスクを除去することとしたので、強誘電体及び高誘電率材料の微細加工を容易に実現できるだけでなく、強誘電体特性や高誘電率特性のばらつきや劣化が抑制される。更に、還元性を有するガスのプラズマ、例えば三塩化ホウ素のガスプラズマを用いて上層マスクをエッチングすることとすれば、上層マスクの残滓発生を防止できる。
【００３７】また、本発明によれば、強誘電体及び高誘電率材料のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜の上に絶縁物をマスクとしてパターン形成し、ガスプラズマでエッチング対象膜を選択的にエッチングした後に、絶縁物からなるマスクのうちの上層部分のみを除去することとしたので、フォトレジストマスクを用いる場合に比べてエッチング対象膜の微細加工が容易になるだけでなく、強誘電体特性や高誘電率特性のばらつきや劣化が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【図２】塩素と酸素との混合ガスのプラズマによるドライエッチングを実施した場合の、混合ガス中の酸素ガスの体積濃度と、白金、強誘電体及びチタンの各々のエッチング速度との関係を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の他の工程を示す断面図である。
【図４】三塩化ホウ素ガスのプラズマによるドライエッチングを実施した場合の、チャンバー内の圧力と、チタン及び酸化チタンの各々のエッチング速度との関係を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の更に他の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ デバイス絶縁膜
３ 下層白金膜
４ 強誘電体膜
５ 上層白金膜
６ チタン膜
７ フォトレジストマスク
１１，２１ 半導体基板
１２，２２ デバイス絶縁膜
１３，２３ 下層白金膜
１４，２４ 強誘電体膜
１５，２５ 上層白金膜
１６，２６ マスク絶縁膜
１７ チタン膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】 半導体基板の上に、強誘電体、高誘電率材料及び白金のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜を形成する工程と、前記エッチング対象膜の上に、酸化しやすい金属からなるパターン化されたマスクを形成する工程と、酸化性とハロゲン化性とを有するガスプラズマで前記エッチング対象膜を選択的にエッチングする工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記マスクを形成する工程は、チタンとチタン化合物とチタンを含む合金とのうちの少なくとも１つからなる膜を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記エッチング対象膜を選択的にエッチングする工程は、塩素と酸素との混合ガスのプラズマを選定する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】 請求項３記載の半導体装置の製造方法において、前記塩素と酸素との混合ガスのプラズマを選定する工程は、該混合ガス中の酸素ガスの体積濃度を３０％以上に設定する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】 半導体基板の上に、強誘電体及び高誘電率材料のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜を形成する工程と、前記エッチング対象膜の上に、絶縁物からなる下層マスクと、該下層マスクの上の酸化しやすい金属からなる上層マスクとを備えかつパターン化された積層マスクを形成する工程と、酸化性とハロゲン化性とを有するガスプラズマで前記エッチング対象膜を選択的にエッチングする工程と、前記下層マスクを残存させながら前記上層マスクを除去する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】 請求項５記載の半導体装置の製造方法において、前記下層マスクを形成する工程は、酸化シリコンからなる膜を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】 請求項５記載の半導体装置の製造方法において、前記上層マスクを形成する工程は、チタンとチタン化合物とチタンを含む合金とのうちの少なくとも１つからなる膜を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】 請求項７記載の半導体装置の製造方法において、前記上層マスクを除去する工程は、還元性を有するガスプラズマを用い、かつチタンと酸化チタンとのエッチング速度が等しくなる条件で前記上層マスクをエッチングする工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】 請求項８記載の半導体装置の製造方法において、前記上層マスクを除去する工程は、還元性を有する三塩化ホウ素のガスプラズマを選定する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】 半導体基板の上に、強誘電体及び高誘電率材料のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜を形成する工程と、前記エッチング対象膜の上に、絶縁物からなるパターン化されたマスクを形成する工程と、ガスプラズマで前記エッチング対象膜を選択的にエッチングする工程と、前記マスクのうちの上層部分のみを除去する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】 請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、前記マスクを形成する工程は、酸化シリコンからなる膜を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】 半導体基板の上に、強誘電体、高誘電率材料及び白金のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜を形成する工程と、前記エッチング対象膜の上に、酸化しやすい金属からなるパターン化されたマスクを形成する工程と、酸化性とハロゲン化性とを有するガスプラズマで前記エッチング対象膜を選択的にエッチングする工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記マスクを形成する工程は、チタンとチタン化合物とチタンを含む合金とのうちの少なくとも１つからなる膜を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記エッチング対象膜を選択的にエッチングする工程は、塩素と酸素との混合ガスのプラズマを選定する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】 請求項３記載の半導体装置の製造方法において、前記塩素と酸素との混合ガスのプラズマを選定する工程は、該混合ガス中の酸素ガスの体積濃度を３０％以上に設定する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】 半導体基板の上に、強誘電体及び高誘電率材料のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜を形成する工程と、前記エッチング対象膜の上に、絶縁物からなる下層マスクと、該下層マスクの上の酸化しやすい金属からなる上層マスクとを備えかつパターン化された積層マスクを形成する工程と、酸化性とハロゲン化性とを有するガスプラズマで前記エッチング対象膜を選択的にエッチングする工程と、前記下層マスクを残存させながら前記上層マスクを除去する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】 請求項５記載の半導体装置の製造方法において、前記下層マスクを形成する工程は、酸化シリコンからなる膜を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】 請求項５記載の半導体装置の製造方法において、前記上層マスクを形成する工程は、チタンとチタン化合物とチタンを含む合金とのうちの少なくとも１つからなる膜を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】 請求項７記載の半導体装置の製造方法において、前記上層マスクを除去する工程は、還元性を有するガスプラズマを用い、かつチタンと酸化チタンとのエッチング速度が等しくなる条件で前記上層マスクをエッチングする工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】 請求項８記載の半導体装置の製造方法において、前記上層マスクを除去する工程は、還元性を有する三塩化ホウ素のガスプラズマを選定する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】 半導体基板の上に、強誘電体及び高誘電率材料のうちの少なくとも１つからなるエッチング対象膜を形成する工程と、前記エッチング対象膜の上に、絶縁物からなるパターン化されたマスクを形成する工程と、ガスプラズマで前記エッチング対象膜を選択的にエッチングする工程と、前記マスクのうちの上層部分のみを除去する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】 請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、前記マスクを形成する工程は、酸化シリコンからなる膜を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開平９−２６６２００
【公開日】平成９年（１９９７）１０月７日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平９−２８３５
【出願日】平成９年（１９９７）１月１０日
【出願人】（０００００５８４３）松下電子工業株式会社 (43)
【公開日】平成９年（１９９７）１０月７日
【国際特許分類】
【出願日】平成９年（１９９７）１月１０日
【出願人】（０００００５８４３）松下電子工業株式会社 (43)
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