(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体回路や層間絶縁膜などが形成されているＳｉ基板上に、下部電極膜、強誘電体膜および上部電極膜を形成し、上部電極膜および強誘電体膜を同一のフォトレジストマスクにより一括にドライエッチングするプロセスであって、フォトレジストマスク側壁への反応生成物の付着が発生する条件を用いて前記記載の上部電極膜のドライエッチングを行なう工程と、強誘電体膜単層のドライエッチング時にフォトレジストマスク側壁に反応生成物の付着が発生しない条件により前記記載の強誘電体膜のドライエッチングを行なう工程とを有することを特徴としたドライエッチングプロセス。
【請求項２】
前記記載の上部電極膜として、Ｐｔ、Ｉｒの各単層膜またはこれらの金属とＩｒＯ２との積層膜を用い、前記記載の強誘電体膜としてチタン酸ジルコン酸鉛系膜を用いることを特徴とした請求項１記載のドライエッチングプロセス。
【請求項３】
前記記載の上部電極膜のドライエッチング時にエッチングガスとして塩素とアルゴンの混合ガスを、前記記載の強誘電体膜のドライエッチング時にＣＦ４とアルゴンの混合ガスを、それぞれ用いることを特徴とした請求項２記載のドライエッチングプロセス。
【請求項４】
前記記載の上部電極膜のドライエッチングにおいて塩素流量比を４０％〜６０％にし、前記記載の強誘電体膜のドライエッチングにおいてＣＦ４流量比を５０％以上にすることを特徴とした請求項３記載のドライエッチングプロセス。
【請求項５】
請求項１〜４記載のいずれかのドライエッチングプロセスを用いた半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライエッチングプロセス、さらに詳しくは、Ｉｒ等の高融点材料膜よりなる上部および下部電極膜とチタン酸ジルコン酸鉛（以下「ＰＺＴ」とする）系膜からなる強誘電体材料膜で構成された強誘電体キャパシタの製造方法であって、上部電極膜と強誘電体膜を同一のフォトレジストマスクを用いて一括にドライエッチングするプロセスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＦｅＲＡＭに用いられる強誘電体キャパシタの電極材料であるＩｒやＰｔ等の高融点材料のドライエッチングは、マスク側壁に反応生成物の付着（以下「サイドデポ」とする）の発生や、フォトレジストとのエッチング速度の比（以下「レジスト選択比」とする）が小さいために、フォトレジストを厚くしなければならないという問題点があった。この問題を解決するため、例えば、特開平７−２３５５２７では、エッチングガスとして硫黄を含むガスを用いている。一方、強誘電体材料のドライエッチングでも同様に、エッチング速度が遅いことやレジスト選択比が低いという問題点があり、これを解決するために、特開平９−２５１９８０や特開平９−２５１９８３では、エッチングガスとしてＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスやＣＦ４を用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、  図１（ａ）に示すように半導体回路や層間絶縁膜などが形成されたＳｉ基板１上に下部電極膜２を形成し、さらにその上に強誘電体膜３、上部電極膜４を形成し、その上にフォトレジスト５によりパターニングした基板を、上部電極膜４と強誘電体膜３を同一のフォトレジスト５によって一括にドライエッチングするプロセスにおいて、従来のような上部電極材料乃至強誘電体材料の各単層膜のドライエッチングにおいて、サイドデポのない良好なパターニングが行える条件を組み合わせることによりドライエッチングを行うと、図１（ｂ）のように上部電極膜４の形状がラウンド化するという問題点があった。
【０００４】
これは、図２（ａ）のように、上部電極膜４をエッチングした段階では、サイドデポもなく、レジスト選択比も十分なエッチングが行えているが、その後、強誘電体膜３のエッチングを行うと、上部電極膜４のエッチング時にある程度フォトレジスト５が後退しているため、図２（ｂ）のように、強誘電体膜３がエッチングされている間にフォトレジスト５がさらに後退し、初期のフォトレジストサイズよりも縮小していくため、図２（ｃ）のように上部電極膜４もエッチングされることによる。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、Ｉｒ、Ｐｔまたは前記材料とＩｒＯ２の積層膜を上部電極膜とし、強誘電体膜としてＰＺＴ系膜を用いたＦｅＲＡＭキャパシタの製造工程であり、前記上部電極膜と強誘電体膜を同一のフォトレジストマスクによって一括にパターニングするプロセスにおいて、良好なドライエッチング方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明のドライエッチングプロセスによれば、半導体回路や層間絶縁膜などが形成されているＳｉ基板上に、下部電極膜、強誘電体膜および上部電極膜を形成し、上部電極膜および強誘電体膜を同一のフォトレジストマスクにより一括にドライエッチングするプロセスであって、フォトレジストマスク側壁への反応生成物の付着が発生する条件を用いて前記記載の上部電極膜のドライエッチングを行なう工程と、強誘電体膜単層のドライエッチング時にフォトレジストマスク側壁に反応生成物の付着が発生しない条件により前記記載の強誘電体膜のドライエッチングを行なう工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
これによれば、上部電極膜と強誘電体膜を同一のフォトレジストマスクにより一括にパターニングする際に、上部電極膜がラウンド化することを防ぐことができ、良好な形状を持つパターニングが行える。
【０００８】
請求項２記載のドライエッチングプロセスでは、上部電極膜として、Ｐｔ、Ｉｒの各単層膜またはこれらの金属とＩｒＯ２との積層膜を用い、強誘電体膜としてＰＺＴ系膜を用いることを特徴とする。
【０００９】
これによれば、前記の材料からなる強誘電体キャパシタを請求項１記載の方法でドライエッチングすることにより、良好なパターニングを行うことができる。
【００１０】
請求項３記載のドライエッチングプロセスでは、上部電極膜のドライエッチング時にエッチングガスとして塩素とアルゴンの混合ガスを、強誘電体膜のドライエッチング時にＣＦ４とアルゴンの混合ガスを、それぞれ用いることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、半導体プロセスに汎用のガスのみを用いて良好なドライエッチングを行うことができる。
【００１２】
請求項４記載のドライエッチングプロセスによれば、請求項３記載の上部電極膜のドライエッチングにおいて、塩素流量比を４０％〜６０％にし、請求項３記載の強誘電体膜のドライエッチングにおいて、ＣＦ４流量比を５０％以上にすることを特徴とする。
【００１３】
これによれば、請求項３による効果を最適化できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１５】
本発明の実施例に用いたエッチング装置を図３に示す。プラズマソース６、バイアス電極７が図のように配置され、エッチングガスはプラズマソース６直下のガス吹き出し口（図示せず）から供給され、真空ポンプ（図示せず）により排気される。プラズマソース電力は、プラズマソース６に供給される電力であり、バイアス電力は、バイアス電極７に供給される電力である。試料８は、バイアス電極７の上に静電チャックにより保持される。エッチング装置は、ＩＣＰドライエッチャーのように高密度プラズマであり高速排気できる装置であればよい。
【００１６】
（実験１）
まず、図４に示すようにＳｉ基板１上にＴｉ膜９を形成し、Ｐｔ／ＩｒＯ２膜１０、あるいはＰＺＴ膜１１を形成し、その上にフォトレジスト５をスピンコートによりパターニングした試料を用い、それぞれの膜のエッチング特性のデータを取得した。  Ｐｔ／ＩｒＯ２膜１０のエッチングには、塩素とアルゴンの混合ガスを用いた。ここで、塩素流量比が３０％以下になるとＰｔ／ＩｒＯ２膜のエッチングレートが急激に下がるため、本実施例では、塩素流量比を３０％以上とした。ＰＺＴ膜１１のドライエッチングには、ＣＦ４とアルゴンの混合ガスを使用した。  ＰＺＴ膜は、塩素とアルゴンの混合ガスでもエッチングが可能であるが、ＣＦ４とアルゴンの混合ガスの方がレジスト選択比を大きくすることができる。
【００１７】
エッチング圧力が高真空になるほど異方性の高いエッチングが行えるため、エッチング圧力はできるだけ高真空にし、バイアス電力はエッチング速度に大きく寄与するためできるだけ高くする。エッチング条件の一例として、  Ｐｔ／ＩｒＯ２膜のエッチングの場合、プラズマソース電力＝９００Ｗ、バイアス電力＝５５０Ｗ、塩素流量比＝６０％、ガス流量＝５０ｓｃｃｍ、圧力＝０．６Ｐａとする。
【００１８】
この結果、Ｐｔ／ＩｒＯ２膜では、塩素流量比の増加に従いサイドデポの量は減少した。一方、ＰＺＴ膜も同様に、ＣＦ４流量比の増加に従いサイドデポは減少した。このように、どちらの膜もサイドデポの発生を抑えるためには、エッチャントの流量比をある値以上にしなければならない。Ｐｔ／ＩｒＯ２膜では、塩素流量比が７０％以上、ＰＺＴ膜ではＣＦ４流量比が５０％以上で完全にサイドデポを除去することができる。
【００１９】
（実験２）
次に、図５のように、半導体回路や層間絶縁膜が形成されたＳｉ基板１上に、スパッタにより下部電極膜２を形成し、その上にＰＺＴ膜１１をゾルゲル法により形成し、さらにスパッタによりＩｒＯ２膜１２、Ｐｔ膜１３を堆積させることでＰｒ／ＩｒＯ２膜１０を形成する。その後、スピンコートによりフォトレジスト５をコートし、露光及び現像によりパターンを形成する。ここで、下部電極膜２としては、Ｐｔ、Ｉｒの単層またはＩｒＯ２と前記の材料を組み合わせた積層膜で形成されていれば良い。この図５記載の試料のＰｔ／ＩｒＯ２膜１０およびＰＺＴ膜１１を図３記載のエッチング装置でエッチングを行う。  Ｐｔ／ＩｒＯ２膜のエッチング時とＰＺＴ膜のエッチング時とでは異なったエッチング条件を用い、それぞれの膜のエッチング終点は、光学式エンドポイントモニターにより検出する。その後、レジストマスク５をＯ２プラズマで除去する。
【００２０】
Ｐｔ／ＩｒＯ２膜ならびにＰＺＴ膜それぞれのエッチング条件について、実験１におけるサイドデポが発生する条件を用いるか、発生しない条件を用いるかによる、エッチング形状への影響をまとめたものを表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１より、サイドデポが発生しないように積層膜をエッチングするためには、Ｐｔ／ＩｒＯ２膜のエッチング条件よりもＰＺＴ膜のエッチング条件をサイドデポが残らないように制御する必要がある。これは、ＰＺＴ膜のエッチング中に、ある程度フォトレジストにテーパーがつくため、  Ｐｔ／ＩｒＯ２膜のエッチング後にサイドデポが発生しても、ＰＺＴ膜のエッチング中にアルゴンプラズマによりこのサイドデポが物理的に削られるためである。よって、積層膜を同一のフォトレジストマスクで一括してドライエッチングするには、各層においてサイドデポの発生しない条件を組み合わせる必要はない。
【００２３】
このことから、  ＰＺＴ膜のエッチングには、サイドデポの発生しない条件のうち最も選択比が取れるＣＦ４流量比が５０％の条件でエッチングすることにし、  Ｐｔ／ＩｒＯ２膜のエッチング条件を塩素流量比を調整することにより変化させ、積層膜における最適なエッチング条件を見出す実験を行った。この結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
フォトレジストサイズの縮小が少ない条件は、  Ｐｔ／ＩｒＯ２膜のエッチング時に塩素流量比を６０％以下にした場合であり、この条件では、  Ｐｔ／ＩｒＯ２膜のエッチング終了時にサイドデポが発生している。この時、フォトレジスト５は図６（ａ）に示すように、  Ｐｔ／ＩｒＯ２膜１０のエッチング終了時にテーパーがついていないため、ＰＺＴ膜１１のエッチング時にレジスト後退が起こりにくい。また、  Ｐｔ／ＩｒＯ２膜をサイドデポ１４の発生なくエッチングできる条件は、実験１より塩素流量比が７０％以上の条件であるから、サイドデポが発生しても、その量が微量である場合（塩素流量比６０％〜７０％）には、フォトレジストサイズの縮小が起こる。一方、塩素流量比を下げていくと、実験１で述べたようにサイドデポの量が増加する。このサイドデポは、図６（ａ）に示すように、ＰＺＴ膜１１のエッチング時のマスクとなるため、積層膜エッチング後には、図６（ｂ）に示すように、サイドデポの量が多くなるほど、サイズシフトが大きくなる。このため、フォトレジストサイズの縮小なく、かつエッチング後のサイズシフトを小さくするためには、  Ｐｔ／ＩｒＯ２膜１０のエッチング時に形成されるサイドデポの量をコントロールする必要がある。このことから、Ｐｔ／ＩｒＯ２で構成される上部電極膜は、塩素流量比４０％〜６０％の条件でエッチングすることが望ましい。
【００２６】
このように、上部電極膜と強誘電体膜からなる積層膜を同一のフォトレジストマスクにより一括にドライエッチングする工程において、上部電極膜のドライエッチングは適度にサイドデポの発生する条件とし、強誘電体膜は、その単層膜を最適にドライエッチングできる条件を用いることにより、前記の積層膜の良好なパターニングが行える。
【００２７】
ここでは、図５に示されている構造の積層膜の場合についてのみ述べたが、Ｐｔ，Ｉｒの各単層、または、前記の材料とＩｒＯ２を組み合わせた積層膜から構成される上部電極膜と、ＰＺＴ膜またはそれにＬａなどを添加した材料を強誘電体膜とした積層膜においても同様のドライエッチングプロセスが行える。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のドライエッチングプロセスによれば、上部電極膜と強誘電体膜を同一のフォトレジストマスクにより一括にドライエッチングを行いパターンを形成する工程において、上部電極膜のパターニングは、適度にサイドデポの発生する条件とし、強誘電体膜は、その単層膜を最適にドライエッチングできる条件で各層をドライエッチングすることにより、上部電極膜のラウンド化がなく、サイズシフトの小さい積層膜のパターニングが行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】ドライエッチング前の試料の断面図と従来の技術によりドライエッチングを行なった後の試料の断面図。
【図２】従来の技術によりドライエッチングを行なった場合に、レジスト後退により上部電極膜がラウンド化する過程を示した断面図。
【図３】本発明の実施の形態における実験１および実験２に用いたドライエッチング装置の断面図。
【図４】本発明の実施の形態における実験１に用いた試料の断面図。
【図５】本発明の実施の形態における実験２に用いた試料の断面図。
【図６】本発明のドライエッチングプロセスによりパターニングされた試料の断面図。
【符号の説明】
１．Ｓｉ基板
２．下部電極膜
３．強誘電体膜
４．上部電極膜
５．フォトレジスト
６．プラズマソース
７．バイアス電極
８．試料
９．Ｔｉ膜
１０．Ｐｔ／ＩｒＯ２膜
１１．ＰＺＴ膜
１２．ＩｒＯ２膜
１３．Ｐｔ膜
１４．サイドデポ
【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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【図６】
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