(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
白金族金属を含有する物質膜を所定の蝕刻ガスで乾式蝕刻する方法において、
前記物質膜上にＴｉ及びＴｉＮよりなる群から選択された何れか一つよりなるハードマスクを形成した後、Ｏ２、Ｃｌ２及びＡｒよりなる混合ガスであって、当該混合ガス全体全体の７０体積％以上のＯ２を含むものを蝕刻ガスとして用いて前記物質膜を乾式蝕刻することを特徴とする白金族金属膜の蝕刻方法。
【請求項２】
白金族金属を含有する物質膜を所定の蝕刻ガスで乾式蝕刻する方法において、
前記物質膜上にＴｉ及びＴｉＮよりなる群から選択された何れか一つよりなるハードマスクを形成した後、Ｏ２、Ｃｌ２及びＡｒよりなる混合ガスであって、当該混合ガス全体全体の３〜２０体積％のＣｌ２を含むものを蝕刻ガスとして用いて前記物質膜を乾式蝕刻することを特徴とする白金族金属膜の蝕刻方法。
【請求項３】
白金族金属を含有する物質膜を所定の蝕刻ガスで乾式蝕刻する方法において、
前記物質膜上にＴｉ及びＴｉＮよりなる群から選択された何れか一つよりなるハードマスクを形成した後、Ｏ２、Ｃｌ２及びＡｒよりなる混合ガスであって、当該混合ガス全体全体の３〜２０体積％のＡｒを含むものを蝕刻ガスとして用いて前記物質膜を乾式蝕刻することを特徴とする白金族金属膜の蝕刻方法。
【請求項４】
白金族金属を含有する物質膜を所定の蝕刻ガスで乾式蝕刻する方法において、
前記物質膜上にＴｉ及びＴｉＮよりなる群から選択された何れか一つよりなるハードマスクを形成した後、Ｏ２、ＨＢｒ及びＡｒよりなる混合ガスを蝕刻ガスとして用いて前記物質膜を乾式蝕刻することを特徴とする白金族金属膜の蝕刻方法。
【請求項５】
前記蝕刻ガスは、混合ガス全体の７０体積％以上のＯ2 を含むことを特徴とする請求項４に記載の白金族金属膜の蝕刻方法。
【請求項６】
前記蝕刻ガスは、混合ガス全体の３〜２０体積％のＨＢｒを含むことを特徴とする請求項４に記載の白金族金属膜の蝕刻方法。
【請求項７】
前記蝕刻ガスは、混合ガス全体の３〜２０体積％のＡｒを含むことを特徴とする請求項４に記載の白金族金属膜の蝕刻方法。
【請求項８】
前記物質膜は、白金族金属及び白金族金属の酸化物よりなる群から選択される何れか一つまたはその混合物よりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の白金族金属膜の蝕刻方法。
【請求項９】
前記物質膜は、Ｐｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ2 、Ｒｕ及びＲｕＯ2 よりなる群から選択される何れか一つまたはその混合物よりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の白金族金属膜の蝕刻方法。
【請求項１０】
（ａ）半導体基板上に白金族金属を含有する導電層を形成する段階と、
（ｂ）前記導電層上に、Ｔｉ及びＴｉＮよりなる群から選択された何れか一つの単一層からなり前記導電層を一部露出させるハードマスクを形成する段階と、
（ｃ）前記ハードマスクを蝕刻マスクとして前記露出された導電層を、Ｏ２、Ｃｌ２及びＡｒよりなる混合ガスであって当該ガス全体全体の７０体積％以上のＯ２を含むものを３元系蝕刻ガスとして用いて、乾式蝕刻して前記ハードマスクの下部に導電層パターンを形成する段階と、
（ｄ）前記ハードマスクを除去する段階と、を含むことを特徴とするキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項１１】
（ａ）半導体基板上に白金族金属を含有する導電層を形成する段階と、
（ｂ）前記導電層上に、Ｔｉ及びＴｉＮよりなる群から選択された何れか一つの単一層からなり前記導電層を一部露出させるハードマスクを形成する段階と、
（ｃ）前記ハードマスクを蝕刻マスクとして前記露出された導電層を、Ｏ２、Ｃｌ２及びＡｒよりなる混合ガスであって当該ガス全体全体の３〜２０体積％のＣｌ２を含むものを３元系蝕刻ガスとして用いて、乾式蝕刻して前記ハードマスクの下部に導電層パターンを形成する段階と、
（ｄ）前記ハードマスクを除去する段階と、を含むことを特徴とするキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項１２】
（ａ）半導体基板上に白金族金属を含有する導電層を形成する段階と、
（ｂ）前記導電層上に、Ｔｉ及びＴｉＮよりなる群から選択された何れか一つの単一層からなり前記導電層を一部露出させるハードマスクを形成する段階と、
（ｃ）前記ハードマスクを蝕刻マスクとして前記露出された導電層を、Ｏ２、Ｃｌ２及びＡｒよりなる混合ガスであって当該ガス全体全体の３〜２０体積％のＡｒを含むものを３元系蝕刻ガスとして用いて、乾式蝕刻して前記ハードマスクの下部に導電層パターンを形成する段階と、
（ｄ）前記ハードマスクを除去する段階と、を含むことを特徴とするキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項１３】
（ａ）半導体基板上に白金族金属を含有する導電層を形成する段階と、
（ｂ）前記導電層上に、Ｔｉ及びＴｉＮよりなる群から選択された何れか一つの単一層からなり前記導電層を一部露出させるハードマスクを形成する段階と、
（ｃ）前記ハードマスクを蝕刻マスクとして前記露出された導電層を、Ｏ２、ＨＢｒ及びＡｒよりなる混合ガスを３元系蝕刻ガスとして用いて、乾式蝕刻して前記ハードマスクの下部に導電層パターンを形成する段階と、
（ｄ）前記ハードマスクを除去する段階と、を含むことを特徴とするキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項１４】
前記蝕刻ガスは、混合ガス全体の７０体積％以上のＯ2 を含むことを特徴とする請求項１３に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項１５】
前記蝕刻ガスは、混合ガス全体の３〜２０体積％のＨＢｒを含むことを特徴とする請求項１３に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項１６】
前記蝕刻ガスは、混合ガス全体の３〜２０体積％のＡｒを含むことを特徴とする請求項１３に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項１７】
前記段階（ｃ）で、前記蝕刻は、ＭＥＲＩＥ法によって行うことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一つに記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項１８】
前記蝕刻は、デュアルＲＦ電源ソースを使用して行うことを特徴とする請求項１７に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項１９】
前記デュアルＲＦ電源ソースの一方から１３.５６ＭＨｚ、他方から１００〜９００ＭＨｚの周波数が印加されることを特徴とする請求項１８に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項２０】
前記段階（ｄ）で、前記ハードマスクは、酸素及びフッ素を含有する２元系混合ガスを蝕刻ガスとして使用する乾式蝕刻法によって除去されることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一つに記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項２１】
前記蝕刻ガスは、Ｏ２及びＣＦ４よりなることを特徴とする請求項２０に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項２２】
前記蝕刻ガスは、Ｏ２及びＳＦ６よりなることを特徴とする請求項２０に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項２３】
前記蝕刻ガスは、Ｏ２及びＣＨＦ３よりなることを特徴とする請求項２０に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項２４】
前記Ｏ２の含量が混合ガス全体の６０〜９５体積％であることを特徴とする請求項２１〜２３の何れか一つに記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項２５】
前記半導体基板は、その活性領域と連結される導電性プラグを含み、前記段階（ａ）の前に、前記導電性プラグ上にバリヤー層を形成する段階をさらに含み、
前記段階（ａ）で、前記導電層は、前記バリヤー層の上に形成されることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一つに記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項２６】
前記バリヤー層は、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＡｌＮ及びＴａＳｉＮよりなる群から選択される何れか一つよりなることを特徴とする請求項２５に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項２７】
前記段階（ｃ）で、前記導電層パターンの形成時、前記導電層パターンの間から前記バリヤー層が一部露出され、
前記段階（ｄ）で、前記ハードマスクの除去と同時に前記バリヤー層の露出された部分が除去されることを特徴とする請求項２５に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項２８】
前記ハードマスク及びバリヤー層の露出された部分は、酸素及びフッ素を含有する２元系混合ガスを蝕刻ガスとして使用する乾式蝕刻法によって除去されることを特徴とする請求項２７に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項２９】
前記蝕刻ガスは、Ｏ２及びＣＦ４よりなることを特徴とする請求項２８に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項３０】
前記蝕刻ガスは、Ｏ２及びＳＦ６よりなることを特徴とする請求項２８に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項３１】
前記蝕刻ガスは、Ｏ２及びＣＨＦ６よりなることを特徴とする請求項２８に記載のキャパシタの下部電極の形成方法。
【請求項３２】
前記Ｏ２の含量が混合ガス全体の６０〜９５体積％であることを特徴とする請求項２９〜３１の何れか一つに記載のキャパシタの下部電極
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体メモリ装置の製造方法に係り、特に白金族金属膜の蝕刻方法及びこれを用いたキャパシタの下部電極の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＲＡＭの集積度が増加するにつれて、制限されたセル面積内でキャパシタンスを増加させるためにキャパシタの誘電膜を薄膜化する方法、またはキャパシタの下部電極の構造を立体化させる方法が提案されている。
【０００３】
しかし、前記のような方法を採用しても、既存の誘電体としては１ギガＤＲＡＭ以上のメモリ素子では素子の動作に必要なキャパシタンス値を得難い。従って、このような問題を解決するために、キャパシタの誘電膜として、（Ｂａ、Ｓｒ)ＴｉＯ3 （ＢＳＴ）、ＰｂＺｒＴｉＯ3 （ＰＺＴ）、（Ｐｂ、Ｌａ)(Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3 （ＰＬＺＴ）のような高誘電率を有する薄膜に代える研究が活発に進行されている。
【０００４】
ＢＳＴのような高誘電物質をＤＲＡＭに適用する場合には、キャパシタを形成するために、まずドーピングされたポリシリコンのような導電性プラグを使用してＢＣ（Ｂuried Contact）つまり埋込コンタクトを形成した後、その上に下部電極を形成して誘電物質を蒸着する。
【０００５】
前記のような高誘電膜を使用するキャパシタでは、電極の形成物質として白金族金属またはその酸化物、例えばＰｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ2 、Ｒｕ、ＲｕＯ2 などを使用する。このような白金族金属またはその酸化物よりなる導電層をパターニングするために、従来は主にスパッタリング法を利用した。しかし、スパッタリング法によって前記のような導電層を蝕刻するとポリマー残留物が形成され、それによって電極の側壁が傾くので、微細パターンを形成することが難しかった。
【０００６】
従って、電極の形成のために導電層を蝕刻する場合、蝕刻マスクとして用いられる物質が酸素含量の豊富なプラズマによってはあまり蝕刻されないという性質を利用して、酸素含量の豊富なプラズマによって前記のような導電層の蝕刻を行っていた。
【０００７】
一方、キャパシタの下部電極、即ちストレージノードにおいて、その上面から見ると長軸方向の各ノード間のスペースの幅と、短軸方向の各ノード間のスペースの幅とは差がある。また、各ノードの長軸方向及び短軸方向の長さの差が大きいと、長軸方向での蝕刻率が短軸方向でより一層大きくなる。１ギガ以上のメモリ素子では各ノードのサイズが過度に小さく、各ノード間のピッチもとても小さいので、前記のような蝕刻率の差は１ギガ以上のメモリ素子では深刻な結果をもたらす。即ち、前記導電層の蝕刻時電極の長軸方向では各々の電極パターンを分離させることが比較的容易であるが、短軸方向では各々の電極パターンが完全に分離しないという問題が発生する。
【０００８】
また、１ギガ以上のメモリ素子では電極パターニング時に用いられる蝕刻マスクのサイズが小さすぎるため、導電層の蝕刻が完了する前に蝕刻マスクが劣化してしまうという問題が発生する。このように劣化した蝕刻マスクを使用して導電層を蝕刻し続けると、得られる導電層パターンの側壁の傾度が許容範囲を外れ、その結果隣接した導電層パターンを分離し難くなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電極層を構成する白金族金属膜を効率よく蝕刻できる方法を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、形成しようとする電極の長軸方向と短軸方向でのスペース幅による蝕刻率の差を縮めて、かなり小さなピッチを有するノードでも、各々のノードを完全に分離させうる高集積半導体メモリ装置のキャパシタの下部電極を形成する方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、白金族金属を含有する物質膜をＡｒ、Ｏ2 及びハロゲンガスの混合ガスで乾式蝕刻する方法を提供する。
【００１２】
前記物質膜は、白金族金属及び白金族金属の酸化物よりなる群から選択される何れか一つまたはその混合物よりなる。例えば、前記物質膜は、Ｐｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ2 、Ｒｕ及びＲｕＯ2 よりなる群から選択される何れか一つまたはその混合物よりなる。
【００１３】
前記物質膜は、前記物質膜上にＴｉを含有するマスクパターンを形成した後蝕刻される。前記マスクパターンは、Ｔｉ及びＴｉＮよりなる群から選択される何れか一つよりなる。
【００１４】
前記蝕刻ガスとして、Ｏ2 、Ｃｌ2 及びＡｒよりなる混合ガスまたはＯ2 、ＨＢｒ及びＡｒよりなる混合ガスが使用できる。
【００１５】
前記蝕刻ガスは、混合ガス全体の７０体積％以上のＯ2 を含む。
【００１６】
前記蝕刻ガスは、混合ガス全体の３〜２０体積％のＣｌ2 またはＨＢｒを含む。
【００１７】
前記蝕刻ガスは、混合ガス全体の３〜２０体積％のＡｒを含む。
【００１８】
前記他の目的を達成するために、本発明では、（ａ）半導体基板上に白金族金属を含有する導電層を形成し、（ｂ）前記導電層上に前記導電層を一部露出させるハードマスクを形成し、（ｃ）前記ハードマスクを蝕刻マスクとして前記露出された導電層をＡｒ及びＯ2 を含む３元系蝕刻ガスで乾式蝕刻して前記ハードマスクの下部に導電層パターンを形成し、（ｄ）前記ハードマスクを除去する。
【００１９】
前記段階（ａ）で、前記導電層は、白金族金属及び白金族金属の酸化物よりなる群から選択される何れか一つまたはその混合物で形成される。例えば、前記導電層は、Ｐｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ2 、Ｒｕ及びＲｕＯ2 よりなる群から選択される何れか一つまたはその混合物よりなる。
【００２０】
前記段階（ｂ）で、前記ハードマスクは、Ｔｉ及びＴｉＮよりなる群から選択される何れか一つよりなる単一層で形成される。あるいは、前記ハードマスクは、Ｔｉ及びＴｉＮよりなる群から選択される何れか一つよりなる第１パターンと、シリコン酸化膜及びフォトレジスト膜よりなる群から選択される何れか一つよりなる第２パターンが順次積層した二重層よりなる場合もある。
【００２１】
前記段階（ｃ）で、前記蝕刻ガスとして、Ｏ2 、Ｃｌ2 及びＡｒよりなる混合ガスまたはＯ2 、ＨＢｒ及びＡｒよりなる混合ガスを使う。
【００２２】
前記蝕刻ガスは、混合ガス全体の７０体積％以上のＯ2 を含む。
【００２３】
前記蝕刻ガスは、混合ガス全体の３〜２０体積％のＣｌ2 またはＨＢｒを含む。
【００２４】
前記蝕刻ガスは、混合ガス全体の３〜２０体積％のＡｒを含む。
【００２５】
前記段階（ｃ）で、前記蝕刻は、ＭＥＲＩＥ（Magnetically-enhanced Reactive Ion Etching）法によって行い、好ましくは、このとき、デュアルＲＦ電源ソース（dual RF power source）を使用する。例えば、前記デュアルＲＦ電源ソースの一方から１３.５６ＭＨｚ、他方から１００〜９００ＭＨｚの周波数が印加される。
【００２６】
前記段階（ｄ）で、前記ハードマスクは、酸素及びフッ素を含有する２元系混合ガスを蝕刻ガスとして使用する乾式蝕刻法によって除去される。
【００２７】
前記蝕刻ガスとして、Ｏ2 及びＣＦ4 の混合ガス、Ｏ2 及びＳＦ6 の混合ガス、またはＯ2 及びＣＨＦ3 の混合ガスが使用できる。前記各混合ガスは各々Ｏ2 の含量が混合ガス全体の６０〜９５体積％である。
【００２８】
前記半導体基板は、その活性領域と連結される導電性プラグを含み、前記段階（ａ）の前に、前記導電性プラグ上にバリヤー層を形成する段階をさらに含む。このとき、前記段階（ａ）で、前記導電層は、前記バリヤー層の上に形成される。
【００２９】
前記バリヤー層は、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＡｌＮ及びＴａＳｉＮよりなる群から選択される何れか一つよりなる。
【００３０】
また、前記段階（ｃ）で、前記導電層パターンの形成時、前記導電層パターン間の前記バリヤー層が一部露出され、前記段階（ｄ）で、前記ハードマスクの除去と同時に前記バリヤー層の露出された部分が除去される。
【００３１】
前記ハードマスク及びバリヤー層の露出された部分は、前記定義したような酸素及びフッ素を含有する２元系混合ガスを蝕刻ガスとして使用する乾式蝕刻法によって除去される。つまり、前記蝕刻ガスとして、Ｏ2 及びＣＦ4 の混合ガス、Ｏ2 及びＳＦ6 の混合ガス、またはＯ2 及びＣＨＦ3 の混合ガスが使用でき、前記各混合ガスは各々Ｏ2 の含量が混合ガス全体の６０〜９５体積％である。
【００３２】
本発明によると、下部電極の長軸及び短軸方向におけるスペース幅の差による蝕刻率の差が縮み、よって下部電極の形成のための導電層の蝕刻時、長軸方向はもちろん短軸方向でも下部電極を分離しやすい。また、導電層パターンが形成される前に蝕刻マスクが劣化する現象を最小化することによって、側壁の傾度が許容範囲内の下部電極が形成できる。また、下部電極の形成後接着層パターン及びバリヤー膜を下部電極の損傷なく蝕刻できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
【００３４】
図１を参照すると、半導体基板１０上に形成された層間絶縁膜２０を部分的に蝕刻してコンタクトホールを形成した後、その中に、例えばドーピングされたポリシリコンのような導電物質を充填して、前記半導体基板１０の活性領域と電気的に接続される導電性プラグ２２を形成する。その後、前記層間絶縁膜２０及び導電性プラグ２２の表面にバリヤー層３０を形成する。前記バリヤー層３０は前記導電性プラグ２２と後続工程で形成される下部電極物質との相互拡散を防止するために形成するものであって、例えばＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＡｌＮまたはＴａＳｉＮで形成する。その後、アニーリングによって前記導電性プラグ２２と前記バリヤー層３０との間に金属シリサイド層（図示せず）を形成する。
【００３５】
次いで、前記バリヤー層３０上に白金族金属及び白金族金属酸化物よりなる群から選択される何れか一つまたはその混合物を蒸着して導電層４０を形成する。前記導電層４０はＰｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ2 、ＲｕまたはＲｕＯ2 よりなる。
【００３６】
図２を参照すると、前記導電層４０上に接着層５０を形成する。前記接着層５０は前記導電層４０と後続工程で形成される酸化膜よりなるマスク層との接着力を増進させる役割をするものであって、ＴｉまたはＴｉを含む化合物、例えばＴｉＮで形成する。次いで、前記接着層５０上にシリコン酸化膜を形成した後、これをフォトリソグラフィー工程によってパターニングして前記接着層５０を一部露出させるマスクパターン６０を形成する。
【００３７】
図３を参照すると、前記マスクパターン６０を蝕刻マスクとしてＡｒ及びＣｌ2 ガスを使用する乾式蝕刻法によって、前記接着層５０を蝕刻して前記導電層４０を一部露出させる接着層パターン５０ａを形成する。
【００３８】
前記接着層パターン５０ａを形成するための蝕刻工程中に前記マスクパターン６０の一部が図３のように消耗されうる。よって、前記接着層パターン５０ａ及びマスクパターン６０よりなるハードマスク７０が形成される。
【００３９】
本例では、前記接着層パターン５０ａと前記マスクパターン６０とが順次積層された２重層構造によって前記ハードマスク７０を形成すると説明したが、本発明はこれに限らず、前記接着層パターン５０ａのみの単一層、または前記接着層パターン５０ａとフォトレジスト膜とが順次積層された二重層によってハードマスクを形成することも可能である。
【００４０】
図４を参照すると、前記ハードマスク７０を蝕刻マスクとして前記導電層４０の露出された部分をＭＥＲＩＥ法によって乾式蝕刻して、前記ハードマスク７０の下部に導電層パターン４０ａを形成する。その結果、前記導電層パターン４０ａの間で前記バリヤー層３０が一部露出される。
【００４１】
この際、蝕刻ガスとしてＡｒ、Ｏ2 及びハロゲンガスの混合ガス、即ちＯ2 ＋Ｃｌ2 ＋ＡｒまたはＯ2 ＋ＨＢｒ＋Ａｒを使用する。前記各混合ガスにおける酸素の含量は混合ガス全体の７０体積％以上、望ましくは８０体積％以上にする。即ち、混合ガス全体中Ｃｌ2 ＋ＡｒまたはＨＢｒ＋Ａｒの含量を３０体積％以下、望ましくは２０体積％以下にする。ここで、前記３元系混合ガスの中で望ましいＨＢｒガスまたはＣｌ2 ガスの含量は蝕刻ガス全体の３〜２０体積％であり、望ましいＡｒガスの含量は蝕刻ガス全体の３〜２０体積％である。
【００４２】
前記蝕刻段階では２個のＲＦ電源を合成して供給するデュアルＲＦ電源ソースを使用する。その中で一方のＲＦ電源から１３.５６ＭＨｚ/４００〜７００Ｗ、望ましくは１３.５６ＭＨｚ/５００Ｗが印加され、他方のＲＦ電源から４５０ＫＨｚ/１００〜５００Ｗ、望ましくは４５０ＫＨｚ/３００Ｗが印加される。この他方のＲＦ電源からは１００〜９００ＫＨｚ領域の周波数を印加することが可能である。
【００４３】
前記蝕刻段階で反応チャンバ内の圧力は２〜１０ｍtorrの範囲であれば可能であり、電極の温度は３０〜３００℃の範囲であれば可能である。望ましくは、反応チャンバ内の圧力は６ｍtorr、電極の温度は８０℃である。
【００４４】
このように、白金族金属または白金族金属酸化物よりなる前記導電層４０を前記のような３元系ガスで蝕刻すると、蝕刻ガス中に含まれる酸素によって前記接着層パターン５０ａを構成するＴｉが酸化して、前記接着層パターン５０ａは前記導電層４０の蝕刻時にあまり蝕刻されない膜になる。従って、前記接着層パターン５０ａをマスクとして、残留物の形成なく前記導電層４０を蝕刻することが可能であり、前記ハードマスク７０を薄くしても前記導電層４０を損傷させなく効率よく蝕刻できる。
【００４５】
また、前記３元系ガスに含まれたＡｒはスパッタ性向が大きな元素である。従って、高集積素子で小さなピッチを有するパターンを形成するための蝕刻工程でＡｒが有利に作用するので、前記導電層パターン４０ａの長軸方向はもちろん短軸方向でも前記導電層パターン４０ａ間の分離がはっきりとなされ、前記導電層パターン４０ａの形成前に前記接着層パターン５０ａの劣化を最小化することによって、前記導電層パターン４０ａをその側壁の傾度が許容範囲以内になるように形成できる。
【００４６】
前記導電層４０の蝕刻工程で蝕刻終了点まで蝕刻を進行して前記導電層パターン４０ａが得られると、一定時間さらにオーバーエッチングを行って前記マスクパターン６０を完全に除去する。この際のオーバーエッチング時間は前記蝕刻終了点までの蝕刻時間の５０〜４００％の範囲で選択される。実際に、前記蝕刻条件で前記導電層４０を蝕刻するとき、シリコン酸化膜よりなる前記マスクパターン６０は前記導電層４０と共に蝕刻されて除去され、最終的に前記接着層パターン５０ａが酸化した状態で蝕刻されずに残っていながらマスクの役割をする。
【００４７】
図５を参照すると、ＭＥＲＩＥ法によって前記導電層パターン４０ａ上の接着層パターン５０ａを除去すると同時に、前記導電層パターン４０ａ間に露出された前記バリヤー層３０を蝕刻して前記導電層パターン４０ａの下にバリヤー層パターン３０ａを形成する。
【００４８】
この際、蝕刻ガスとして酸素及びフッ素を含有する２元系混合ガス、例えば、Ｏ2 ＋ＣＦ4 、Ｏ2 ＋ＳＦ6 またはＯ2 ＋ＣＨＦ3 を使用し、前記各混合ガスの中で酸素の含量を混合ガス全体の６０〜９５体積％にする。前記蝕刻ガスで前記接着層パターン５０ａを蝕刻すると、蝕刻反応中に前記接着層パターン５０ａ及び前記バリヤー層３０を構成するＴｉと蝕刻ガス中の酸素及びフッ素との反応によって、ＴｉＯxＦy 形態の化合物が形成されて気化する。従って、ＭＥＲＩＥ法による蝕刻工程中に低いイオンエネルギーを適用しても、前記導電層パターン４０ａを損傷させなく前記接着層パターン５０ａ及びバリヤー膜３０を効率よく蝕刻できる。
【００４９】
前記蝕刻段階ではＲＦ電源で１３.５６ＭＨｚ/４００Ｗを印加し、反応チャンバ内の圧力は２０〜４０ｍtorr、望ましくは３５ｍtorrとし、電極の温度は３０〜１２０℃、望ましくは８０℃とする。
【００５０】
前記のような工程によってバリヤーパターン３０ａ上に導電層パターン４０ａが積層した形態の本発明によるキャパシタの下部電極が得られる。
【００５１】
【発明の効果】
前記のように、本発明によると、白金族金属またはその酸化物よりなる下部電極を形成する導電層パターンを形成するための蝕刻工程時、前記白金族金属などの上にＴｉ及びＴｉＮよりなる群から選択された何れか一つよりなるハードマスクを形成した後、Ｏ２、Ｃｌ２及びＡｒよりなる混合ガスであって、当該混合ガス全体全体の７０体積％以上のＯ２を含むものを蝕刻ガスとして用いて乾式蝕刻するので、下部電極の長軸方向及び短軸方向でのスペース幅の差に応じる蝕刻率の差が縮む。従って、下部電極の形成のための導電層の蝕刻時、長軸方向はもちろん短軸方向でも下部電極の分離がよくなされる。
【００５２】
また、本発明の方法によって白金族金属またはその酸化物よりなる導電層を３元系ガスで蝕刻すると、前記３元系ガスはスパッタ性向の強いＡｒガスを含むので、導電層パターンの形成前に蝕刻マスクが劣化する現象を最小化できる。よって側壁の傾度が許容範囲以内の下部電極が形成できる。
【００５３】
また、上記のように導電層を蝕刻した後に、マスクとして使われた接着層パターン及びバリヤー膜を蝕刻するために酸素及びフッ素を含有する２元系混合ガスを使用するので、前記導電層蝕刻時酸化した接着層パターン及びバリヤー膜のＴｉ成分が酸素及びフッ素と反応してＴｉＯxＦy の形態に気化する。従って、接着層パターン及びバリヤー膜を導電層パターン４０ａの損傷なしに蝕刻できる。
【００５４】
以上、本発明を望ましい実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限らず、本発明の技術的思想の範囲内で当分野で通常の知識を有する者によって色々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の望ましい実施例による半導体メモリ装置のキャパシタの下部電極の形成方法を説明するための工程別断面図である。
【図２】  図１に続く工程別断面図である。
【図３】  図２に続く工程別断面図である。
【図４】  図３に続く工程別断面図である。
【図５】  図４に続く工程別断面図である。
【符号の説明】
１０…半導体基板
２０…層間絶縁膜
２２…導電性プラグ
３０…バリヤー層
３０ａ…バリヤー層パターン
４０…導電層
４０ａ…導電層パターン
５０…接着層
５０ａ…接着層パターン
６０…マスクパターン
７０…ハードマスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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