(57)【要約】【課題】ＥＣＲプラズマエッチング装置を使用して難エッチング材料のエッチングを行えるようにする。【解決手段】エッチング対象の基板２１が固定される基板ホルダ２２の上面２２Ａは、チャンバ１０の軸線Ｚに対して垂直である。したがって、基板ホルダ２２の上面２２Ａに基板２１が固定されたとき、基板２１の表面は軸線Ｚに対して垂直になる。一方、プラズマ生成室１１にマイクロ波を導入するマイクロ波導波管５２は、軸線Ｚに対して直交する方向からプラズマ生成室１１の側壁に接続される。したがって、マイクロ波導波管５２のプラズマ生成室１１への開口部に設けられた石英窓５３Ａ，５３Ｂは、軸線Ｚと平行に配置されることになる。したがって、石英窓５３Ａ，５３Ｂは基板２１と対向しない。このため、エッチングの際に生成された反応生成物２１Ａが石英窓５３Ａ，５３Ｂに到達して付着する割合は、従来よりも低くなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング対象の基板が固定される基板台と、この基板台を収容する容器と、この容器内に磁場を形成する磁場形成手段と、電磁波を発生させる発振器と、前記電磁波を前記容器に導く導波管と、この導波管の前記容器への開口部に設けられた誘電体板とを備えるＥＣＲプラズマエッチング装置において、
前記導波管は、前記基板台において前記基板が固定される面に垂直な軸線に対して交差する方向から前記容器に接続されていることを特徴とするＥＣＲプラズマエッチング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＣＲプラズマエッチング装置において、
前記導波管は、２つの分岐導波管を含み、
これらの分岐導波管は、前記容器の互いに対向する位置に接続されていることを特徴とするＥＣＲプラズマエッチング装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＥＣＲプラズマエッチング装置において、
前記磁場形成手段は、前記基板台を挟んだそれぞれの側に配置された第１の磁場形成手段と第２の磁場形成手段とからなることを特徴とするＥＣＲプラズマエッチング装置。
【請求項４】
金属膜または金属酸化膜が形成された基板が固定される基板台と、この基板台を収容する容器と、この容器内に磁場を形成する磁場形成手段と、電磁波を発生させる発振器と、前記電磁波を前記容器に導く導波管と、この導波管の前記容器への開口部に設けられた誘電体板とを備え、前記基板台において前記基板が固定される面に垂直な軸線に対して交差する方向から前記導波管が前記容器に接続されるＥＣＲプラズマエッチング装置を用いたエッチング方法であって、
前記基板を前記基板台に固定するステップと、
前記容器内に前記磁場を形成するとともに前記電磁波を導入することにより電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを生成するステップと、
前記容器内の反応性ガスを前記プラズマで活性化させるステップと、
活性化した前記反応性ガスを前記基板にあてて、前記金属膜または前記金属酸化膜をエッチングするステップと
を備えることを特徴とするエッチング方法。
【請求項５】
請求項４に記載のエッチング方法において、
前記エッチングするステップは、前記容器内の圧力を高々０．１Ｐａにした状態で行なうことを特徴とするエッチング方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載のエッチング方法において、
前記基板に形成された前記金属膜をエッチングマスクとして用いることを特徴とするエッチング方法。
【請求項７】
請求項４〜６の何れか１項に記載のエッチング方法において、
前記金属膜は、Ｃｒ、ＲｕおよびＴａのいずれかからなることを特徴とするエッチング方法。
【請求項８】
請求項４〜７の何れか１項に記載のエッチング方法において、
前記エッチングするステップは、前記基板を１００℃以上に加熱しながら行なうことを特徴とするエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子サイクロトロン共鳴を利用して生成されたプラズマを用いてエッチングを行なうエッチング装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの分野では、最小のパターン寸法がサブミクロンの領域に入り、より一層の高精度な微細加工が要求されるとともに、照射ダメージの低減化が必要になる。照射ダメージの低減化を実現するエッチング装置の一つに、ＥＣＲ（electron-cyclotron-resonance：電子サイクロトロン共鳴）プラズマエッチング装置がある。
【０００３】
図１１は、従来のＥＣＲプラズマエッチング装置の構成を示す断面図である。
このＥＣＲプラズマエッチング装置のチャンバ（容器）１０は、プラズマが生成されるプラズマ生成室１１と、基板２１に対するエッチングが行われる処理室１２とからなる。
【０００４】
プラズマ生成室１１の周囲および上部には、主電磁コイル３１が設けられている。この主電磁コイル３１は、ＥＣＲ条件を満たす磁束密度Ｂ＝８７．５ｍＴの磁場をプラズマ生成室１１内に形成する。
プラズマ生成室１１の上端には、導波管４１を介して、マイクロ波発振器（図示せず）が接続されている。このマイクロ波発振器は、ＥＣＲ条件を満たす周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波Ｍを発生させる。また、プラズマ生成室１１の上端は、マイクロ波Ｍを透過させる石英窓４２により閉塞されている。プラズマ生成室１１の内壁と石英窓４２との間にＯリング等を介在させることにより、プラズマ生成室１１およびそれに連通する処理室１２の内部の圧力を保持できる。
【０００５】
処理室１２の内部には、エッチング対象の基板２１が固定される基板ホルダ（基板台）２２が収容されている。基板ホルダ２２は、マッチングボックス２３を介してバイアス用の高周波電源２４が接続されていてもよい。
また、プラズマ生成室１１の上部および処理室１２の上部には、それぞれガスを供給するノズル１３，１４が設けられている。さらに、処理室１２の下部には、排気口１５を介して真空ポンプ（図示せず）が接続されている。
【０００６】
次に、このＥＣＲプラズマエッチング装置の動作を説明する。
まず、エッチング対象の基板２１を基板ホルダ２２に固定する。
プラズマ生成室１１と処理室１２の内部を真空排気した後、ノズル１３からプラズマ生成室１１内へ反応性ガス（エッチングガス）を供給する。
【０００７】
処理室１２内の圧力が安定したところで、電磁コイル３１に通電して、プラズマ生成室１１内に磁束密度が８７．５ｍＴの磁場を形成する。ここで、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波Ｍをプラズマ生成室１１に供給すると、電子サイクロトロン共鳴が起こり、電子が加速される。この加速された電子によりプラズマ生成室１１内の反応性ガスが電離し、プラズマが生成される。
【０００８】
プラズマ生成室１１内で生成されたプラズマは、電磁コイル３１からの発散磁場により処理室１２内に導かれ、処理室１２内の反応性ガスを活性化しつつ基板２１に向かい、基板２１の表面に照射される。これにより、基板２１の表面の材料と反応性ガスとが化学反応を起こし、反応生成物２１Ａが基板２１の表面から離脱する。こうして基板２１の表面がエッチングされる。なお、本装置では、基板２１へのイオンの入射エネルギーが１０〜５０ｅＶと低いため、基板２１に与えられるダメージは小さい（例えば、特許文献１，２、非特許文献１を参照）。
【０００９】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開平１０−０２２２６９号公報
【特許文献２】特許第３５２６０１８号公報
【非特許文献１】（社）日本半導体製造装置協会編、「半導体製造装置用語辞典」、第４版、日本工業新聞社、１９９７年１１月２０日、ｐ．２４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のＥＣＲプラズマエッチング装置を運転し続けると、基板２１から離脱した反応生成物２１Ａが基板２１に対向する石英窓４２に付着し、膜が形成されていく。反応生成物２１Ａが、例えばＳｉ（シリコン）酸化物等のように、マイクロ波Ｍが透過する誘電体であればあまり問題は生じない。しかし、金属や金属酸化物（強誘電体を含む）等のいわゆる難エッチング材料をエッチングしたときには、マイクロ波Ｍが透過しない反応生成物２１Ａができる。このような反応生成物２１Ａが石英窓４２に付着し膜を形成すると、石英窓４２を介してマイクロ波生成室１１にマイクロ波Ｍを導入できなくなり、短時間でエッチングが止まってしまう。このため、難エッチング材料のエッチングにはＥＣＲプラズマエッチング装置を使用することができなかった。
【００１１】
同様の理由から、従来のＥＣＲプラズマエッチング装置では、選択比を高くとれるメタルマスクを用いることができなかった。
このように、従来のＥＣＲプラズマエッチング装置には、エッチング対象の材料およびマスクの材料に制限があるという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＥＣＲプラズマエッチング装置を使用して難エッチング材料のエッチングや、メタルマスクを用いたエッチングを行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明に係るＥＣＲプラズマエッチング装置は、基板台を収容する容器に電磁波を導く導波管が、基板台において基板が固定される面に垂直な軸線に対して交差する方向から容器に接続されていることを特徴とする。
ここで、上記導波管は、２つの分岐導波管を含み、これらの分岐導波管は、容器の互いに対向する位置に接続されるものであってもよい。
また、基板台を挟んだそれぞれの側に配置された第１の磁場形成手段と第２の磁場形成手段とを備えるものであってもよい。
【００１４】
また、本発明に係るエッチング方法は、上述したＥＣＲプラズマエッチング装置を用いたエッチング方法であって、金属膜または金属酸化膜が形成された基板を基板台に固定するステップと、容器内に磁場を形成するとともに電磁波を導入することにより電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを生成するステップと、容器内の反応性ガスをプラズマで活性化させるステップと、活性化した反応性ガスを基板にあてて、金属膜または金属酸化膜をエッチングするステップとを備えることを特徴とする。
ここで、容器内の圧力を高々０．１Ｐａにした状態でエッチングを行ってもよい。また、基板を１００℃以上に加熱しながらエッチングを行なってもよい。
また、基板に形成された金属膜をエッチングマスクとして用いてもよい。この金属膜としては、例えばＣｒ、ＲｕおよびＴａのいずれかからなるものを用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述したように、本発明では、基板台において基板が固定される面に垂直な軸線に対して交差する方向から導波管を容器に接続し、導波管の容器への開口部に誘電体板を設ける。これにより、エッチングの際に生成された反応生成物が誘電体板に付着しにくくなる。このため、難エッチング材料のエッチングを行うＥＣＲプラズマエッチング装置のランニングタイムを、従来よりも伸ばすことができる。
また、ＥＣＲプラズマエッチング装置において、メタルマスクを用いたエッチングが可能となる。このため、選択比を高くとれるので、厚い膜のエッチングも可能となる。
【００１６】
また、基板台を挟んだそれぞれの側に第１の磁場形成手段と第２の磁場形成手段とを配置し、容器内で生成されたプラズマの流れを補正することにより、基板の表面に対して垂直にプラズマを照射し、基板をその表面に対して垂直にエッチングすることが可能となる。
また、高々０．１Ｐａの低圧下でエッチングを行うことにより、基板から離脱した反応生成物の容器内での衝突が減り、反応生成物は運動方向を変えることなく容器の壁に到着、または排気される。その結果、反応生成物の誘電体板への付着と基板への再付着を抑制でき、基板上に所望の特性のデバイスを安定に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るＥＣＲプラズマエッチング装置の一構成例を示す図である。この図では、図１１に示した部材と同一部材に図１１と同一符号を付している。
図１に示すＥＣＲプラズマエッチング装置は、プラズマ生成室１１にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部５０の構成が従来と異なっている。
【００１８】
本実施の形態に係るＥＣＲプラズマエッチング装置におけるマイクロ波供給部５０は、ＥＣＲ条件を満たす周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波（電磁波）を発生させるマイクロ波発振器５１と、マイクロ波発振器５１からのマイクロ波をプラズマ生成室１１に導くマイクロ波導波管５２と、マイクロ波導波管５２のプラズマ生成室１１への開口部に配置された石英窓（誘電体板）５３Ａ，５３Ｂとから構成される。
【００１９】
マイクロ波導波管５２は更に、マイクロ波発振器５１に接続される導波管５２−１と、導波管５２−１から二分岐する分岐導波管５２−２Ａ，５２−２Ｂと、分岐導波管５２−２Ａ，５２−２Ｂにそれぞれ接続されるとともにプラズマ生成室１１の側壁上部に開口する真空導波管５２−３Ａ，５２−３Ｂとから構成される。
石英窓５３Ａ，５３Ｂは、石英を板状に形成したものであり、分岐導波管５２−２Ａ，５２−２Ｂと真空導波管５２−３Ａ，５２−３Ｂとのそれぞれの接続部に配置される。石英窓５３Ａ，５３Ｂと真空導波管５２−３Ａ，５２−３Ｂとの間には、Ｏリング等のシール部材（図示せず）が介在している。これにより、真空排気したときのチャンバ１０内の圧力を保持できる。
【００２０】
本実施の形態において、エッチング対象の基板２１が固定される基板ホルダ２２の上面２２Ａは、チャンバ１０の軸線Ｚに対して垂直である。したがって、基板ホルダ２２の上面２２Ａに基板２１が固定されたとき、基板２１の表面はチャンバ１０の軸線Ｚに対して垂直になる。
一方、真空導波管５２−３Ａ，５２−３Ｂは、チャンバ１０の中心軸線Ｚに対して直交する方向から、プラズマ生成室１１の側壁に接続される。したがって、真空導波管５２−３Ａ，５２−３Ｂを閉塞する石英窓５３Ａ，５３Ｂは、チャンバ１０の中心軸線Ｚと平行に配置されることになる。
【００２１】
したがって、石英窓５３Ａ，５３Ｂは基板２１と対向しない。このため、図１に示すように、金属や金属酸化物等の難エッチング材料のエッチングの際に生成された反応生成物２１Ａが石英窓５３Ａ，５３Ｂに到達して付着する割合は、従来よりも低くなる。したがって、本実施の形態に係るＥＣＲプラズマエッチング装置によれば、難エッチング材料のエッチングを行っても、石英窓５３Ａ，５３Ｂを介してマイクロ波を導入し続けることができ、装置のランニングタイムを改善できる。
【００２２】
なお、石英窓５３Ａ，５３Ｂは、プラズマ生成室１１の側壁と同一面上に配置されてもよいし、本実施の形態のようにそこからマイクロ波導波管５２のやや奥の位置に配置されてもよい。したがって、上述した石英窓５３Ａ，５３Ｂが配置されるマイクロ波導波管５２の開口部とは、ある程度の奥行きをもった領域である。
【００２３】
また、ここでは真空導波管５２−３Ａ，５２−３Ｂが軸線Ｚに対して直交する方向からプラズマ生成室１１の側壁に接続される例を説明したが、石英窓５３Ａ，５３Ｂの配置により石英窓５３Ａ，５３Ｂが基板ホルダ２２の上面２２Ａと対向しなければ、必ずしも真空導波管５２−３Ａ，５２−３Ｂが直交する方向から接続されなていなくてもよい。したがって、真空導波管５２−３Ａ，５２−３Ｂは、少なくとも軸線Ｚに対して交差する方向からプラズマ生成室１１の側壁に接続されればよい。
【００２４】
また、ここでは分岐を有するマイクロ波導波管５２を用いる例を示したが、分岐を有しない１本のマイクロ波導波管を上述したようにプラズマ生成室１１の側壁に接続しても、このマイクロ波導波管の開口部に配置された石英窓への反応生成物２１Ａの付着を抑制する効果は得られる。しかし、マイクロ波導波管５２を二分岐させ、その先端（真空導波管５２−３Ａ，５２−３Ｂの先端）をプラズマ生成室１１の互いに対向する位置に接続することで、より安定したプラズマを生成することが可能となる。
【００２５】
エッチングの場合には、石英窓５３Ａ，５３Ｂが基板２１から隠れた位置であっても、基板２１からエッチングにより揮発しプラズマ生成室１１方向へ飛行した反応生成物２１Ａが、真空導波管５２−３Ａ，５２−３Ｂの近傍で反応性ガスと衝突して運動方向を変え、石英窓５３Ａ，５３Ｂの表面に入射し付着する可能性がある。したがって、さらに装置を安定に運用するためには、真空導波管５２−３Ａ，５２−３Ｂの近傍でガス同士の衝突が起こらないことが望ましい。
【００２６】
図２は、ＡｒガスおよびＣｌ2ガスのガス圧力と平均自由工程との関係を示すグラフである。石英窓５３Ａ，５３Ｂの大きさが５ｃｍ角程度であることを考慮すると、平均自由工程が数ｃｍのオーダーよりも長ければ、石英窓５３Ａ，５３Ｂ近傍でのガス同士の衝突は無視できる。したがって、ガス圧力を０．１Ｐａ以下にすれば、反応生成物２１Ａが石英窓５３Ａ，５３Ｂに入射することはないと考えてよい。０．０１〜０．１ＰａはＥＣＲプラズマ生成に最適な圧力領域であり、図１に示した構成と圧力を高々０．１Ｐａとするエッチング条件により、難エッチング材料のエッチングにも安定に対応できる。
【００２７】
また、Ｃｒ（クロム）、Ｔａ（タンタル）、Ｒｕ（ルテニウム）等からなるメタルマスクを用いたエッチングも可能となる。このため、マスクとエッチング対象の膜との選択比を高くとれるので、厚い膜のエッチングも可能となる。
さらに、０．１Ｐａ以下の圧力では、基板２１近傍のガス同士の衝突はほとんど起きないので、反応生成物２１Ａが衝突により運動方向を変え基板２１に再入射することはない。このため、エッチング表面やパターン側壁に反応生成物２１Ａが再付着することなく、良好なエッチングが可能となる。
【００２８】
さらに、図１に示すＥＣＲプラズマエッチング装置は、基板ホルダ２２に、例えば１００℃〜８００℃に基板２１を加熱するヒータ（基板加熱機構）２２Ｂが内蔵されている。難エッチング材料のエッチングの際に生成される反応生成物２１Ａの多くは、その融点が１００℃〜８００℃の範囲内にある。このため、ヒータ２２Ｂで基板２１を１００℃〜８００℃に加熱しながらエッチングを行うことにより、反応生成物２１Ａを気化しやすくし、エッチレートを高めることができる。
【００２９】
図３は、本実施の形態に係るＥＣＲプラズマエッチング装置の他の構成例を示す図である。この図では、図１および図１１に示した部材と同一部材に、図１および図１１と同一符号を付している。
図３に示すＥＣＲプラズマエッチング装置は、第１の磁場形成手段としての主電磁コイル３２，３３の他に、第２の磁場形成手段としての補助電磁コイル３４が設けられている。主電磁コイル３２，３３はプラズマ生成室１１の周囲および上部、すなわち基板ホルダ２２の上側に配置されるのに対し、補助電磁コイル３４は処理室１２の下部、すなわち基板ホルダ２２の下側に配置される。
【００３０】
主電磁コイル３２，３３および補助電磁コイル３４に同じ方向の電流を流すと、プラズマ生成室１１内に形成される磁場の磁力線は、コイル近くで漏斗状に収束しコイル間で膨らんだ紡錘形になる。プラズマは磁力線に沿って流れ、プラズマ流３５ができる。したがって、基板ホルダ２２の上面２２Ａ付近に磁力線の腹がくるように調整することにより、図４に示すようにプラズマ流３５を基板ホルダ２２上の基板３２の表面に対して垂直に照射できる。これにより、基板３２の表面に形成された難エッチング材料を、その表面に対してほぼ垂直にエッチングすることが可能となる。
【００３１】
次に、本実施の形態に係るＥＣＲプラズマエッチング装置を用いた難エッチング材料のエッチング方法について説明する。難エッチング材料の例としては、金属や金属酸化物を挙げることができる。さらに金属酸化物には、第１金属と第２金属と酸素とからなる金属酸化物があり、例えばＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12やＬｉＮｂＯ3からなる強誘電体等が含まれる。もちろん、強誘電体特性を示さないものであってもよい。以下、例としてＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12からなる強誘電体膜のエッチング方法について説明する。
【実施例１】
【００３２】
［金属膜上の強誘電体膜に対するエッチング方法であって、レジストマスクを用いた方法］
図５は、エッチング方法の実施例１に係る主要な工程を示す断面図である。
まず、図５（ａ）に示すような基板２１を、図３に示したＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ホルダ２２に固定する。この基板２１は、Ｓｉ基板７１の上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2からなる絶縁膜７２、厚さ１０〜２０ｎｍのＲｕからなる金属膜７３、厚さ４０ｎｍのＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12からなる強誘電体膜７４を順次積層し、さらに強誘電体膜７４の上にレジストマスク７５を形成したものである。
【００３３】
この状態で、プラズマ生成室１１と処理室１２の内部を真空排気した後、ノズル１３からプラズマ生成室１１内へ不活性ガスであるＡｒを５ｓｃｃｍ程度の流量で供給し、反応性ガスとしてＣｌ2およびＣＦ4をそれぞれ１２ｓｃｃｍおよび５ｓｃｃｍ程度の流量で供給する。この際、処理室１２内の圧力を０．０５Ｐａ程度に制御する。なお、「ｓｃｃｍ」は流量の単位であり、０℃・１気圧の気体が１分間に１ｃｍ3流れることを表す。
【００３４】
処理室１２内の圧力が安定したところで、電磁コイル３２〜３４に通電して、プラズマ生成室１１内に磁束密度が８７．５ｍＴの磁場を形成する。また、マイクロ波供給部５０からプラズマ生成室１１に、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波（例えば５００Ｗ）を供給する。これにより電子サイクロトロン共鳴が起こって電子が加速され、加速された電子によりプラズマ生成室１１内のＣｌ2およびＣＦ4が電離し、プラズマが生成される。
【００３５】
プラズマ生成室１１内で生成されたプラズマは発散磁場により処理室１２内に導かれる。処理室１２内に導かれたプラズマは、高周波電源２４によって基板２１に１０Ｗ程度のＲＦバイアスを印加することにより、処理室１２内のＣｌ2およびＣＦ4を活性化しつつ基板２１に向かい、基板２１の表面に照射される。このとき、レジストマスク７５によって覆われていない強誘電体膜７４の露出部分では、強誘電体膜７４のＢｉ（ビスマス）およびＴｉ（チタン）と活性化したＣｌ2およびＣＦ4とが化学反応を起こし、ＢｉＣｌ3，ＴｉＣｌ4，ＢｉＦ5，ＴｉＦ4が生成される。これらの反応生成物は、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12に比べて蒸気圧が格段に高い。例えば、ＴｉＣｌ4の蒸気圧は２１．３℃で１．３３×１０3Ｐａであり、常温でも気化する。その他の反応生成物は、融点が１５０℃〜３００℃の間にあるので、ヒータ２２Ｂで基板２１を加熱し２００℃程度にすることで気化しやすくなり、エッチレートを高めることができる。
【００３６】
図３に示したＥＣＲプラズマエッチング装置において、マイクロ波供給部５０の石英窓５３Ａ，５３Ｂは基板２１と対向しておらず、また処理室１２内の圧力を０．１Ｐａ以下に制御しているので、基板２１から離脱した反応生成物のうち石英窓５３Ａ，５３Ｂに到達して付着するものは少ない。
また、圧力を０．１Ｐａ以下に制御しているので、強誘電体膜７４のパターン側面への反応生成物の再付着が抑制される。その結果、図５（ｂ）に示すような強誘電体膜７４Ａのパターンが得られる。
その後、図５（ｃ）に示すようにレジストマスク７５を除去し、強誘電体膜７４に対する一連のエッチング処理を終了する。
【００３７】
なお、図６（ａ）に示すように強誘電体膜７４に引き続き金属膜７３をエッチングして強誘電体膜７４Ａおよび金属膜７３Ａを形成し、その後に図６（ｂ）に示すようにレジストマスク７５を除去してもよい。
また、反応性ガスとしてＣｌ2およびＣＦ4を使用する例を示したが、同じ条件の下でＣＦ4の代わりにＣ2Ｆ6，Ｃ4Ｆ8，ＳＦ6のいずれかを使用して、強誘電体膜７４をエッチングすることもできる。
また、レジストの代わりにＳｉＯ2を用いることもできる。
【実施例２】
【００３８】
［金属膜上の強誘電体膜に対するエッチング方法であって、メタルマスクを用いた方法］
図７は、エッチング方法の実施例２に係る主要な工程を示す断面図である。
まず、図７（ａ）に示すような基板２１Ａを、図３に示したＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ホルダ２２に固定する。この基板２１Ａは、Ｓｉ基板７１の上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2からなる絶縁膜７２、厚さ１０〜２０ｎｍのＲｕからなる金属膜７３、厚さ４０ｎｍのＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12からなる強誘電体膜７４、メタルマスクとなる厚さ２０ｎｍのＣｒからなる金属膜８１を順次積層し、さらに金属膜８１の上にレジストマスク７５を形成したものである。
【００３９】
この状態で、プラズマ生成室１１と処理室１２の内部を真空排気した後、プラズマ生成室１１内へＣｌ2およびＯ2をそれぞれ２ｓｃｃｍおよび８ｓｃｃｍ程度の流量で導入する。この際、処理室１２内の圧力を０．１Ｐａ以下に制御する。
処理室１２内の圧力が安定したところで、プラズマ生成室１１内に磁束密度が８７．５ｍＴの磁場を形成するとともに、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波（例えば４００Ｗ）を導入する。
【００４０】
これにより、プラズマ生成室１１内でプラズマが生成され、基板２１Ａの表面に照射されると、レジストマスク７５によって覆われていない金属膜８１の露出部分では、金属膜８１のＣｒと活性化した酸素とが化学反応を起こし、主な反応生成物であるＣｒＯ2が金属膜８１から離脱する。これにより金属膜８１がエッチングされ、図７（ｂ）に示すように、強誘電体膜７４の上にメタルマスク８１Ａが形成される。ＥＣＲプラズマエッチングは、イオンエネルギーが低いので、強誘電体膜７４にダメージを与えることなく、メタルマスク８１Ａを形成できる。
【００４１】
図３に示したＥＣＲプラズマエッチング装置では、マイクロ波供給部５０の石英窓５３Ａ，５３Ｂは基板２１と対向しておらず、また処理室１２内の圧力を０．１Ｐａ以下に制御しているので、金属膜８１から離脱した反応生成物のうち、石英窓５３Ａ，５３Ｂに到達して付着するものは少ない。
【００４２】
次に、実施例１と同様に各パラメータを制御し、強誘電体膜７４をエッチングして、図７（ｃ）に示すような強誘電体膜７４Ａのパターンを形成する。
Ｃｒからなるメタルマスク８１Ａに対するエッチレートは、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12からなる強誘電体膜７４に対するエッチレートに比べてずっと遅い。このため、本実施例のようにメタルマスク８１Ａを用いることにより、厚い強誘電体膜７４のエッチングも可能となる。
【００４３】
その後、基板２１ＡをＥＣＲプラズマエッチング装置から取り出し、ウエットエッチングにより図７（ｄ）に示すようにメタルマスク８１Ａを除去し、強誘電体膜７４に対する一連のエッチング処理を終了する。
なお、メタルマスク８１Ａには、Ｃｒ以外にＴａ等を用いることができる。Ｔａを用いる場合には、反応性ガスとしてＣｌ2を用いたプラズマエッチングによりメタルマスク８１Ａを除去できる。
【実施例３】
【００４４】
［２つの金属膜に挟まれたの強誘電体膜に対するエッチング方法であって、レジストマスクを用いた方法］
図８は、エッチング方法の実施例３に係る主要な工程を示す断面図である。
まず、図８（ａ）に示すような基板２１Ｂを、図３に示したＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ホルダ２２に固定する。この基板２１Ｂは、Ｓｉ基板７１の上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2からなる絶縁膜７２、厚さ１０〜２０ｎｍのＲｕからなる金属膜７３、厚さ４０ｎｍのＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12からなる強誘電体膜７４、厚さ５０〜１００ｎｍのＴｉまたはＴａからなる金属膜８２を順次積層し、さらに金属膜８２の上にレジストマスク７５を形成したものである。
【００４５】
以下、実施例１と同様に各パラメータを制御し、金属膜８２および強誘電体膜７４を順次エッチングして、図８（ｂ）に示すような上部電極８２Ａおよび強誘電体膜７４Ａのパターンを形成する。
その後、レジストパターン４５を除去する。そして、例えばＥＣＲスパッタ装置を用いて基板表面にＳｉＯ2を堆積させ、図８（ｃ）に示すような素子間絶縁膜７６を形成する。
以上により、下部電極として作用する金属膜７３と強誘電体膜７４Ａと上部電極８２Ａとからなる強誘電体メモリのキャパシタを、基板上に多数形成できる。
【００４６】
なお、図９（ａ）に示すように金属膜８２および強誘電体膜７４に引き続き金属膜７３をエッチングして上部電極８２Ａ、強誘電体膜７４Ａおよび下部電極７３Ａを形成し、その後にレジストマスク７５を除去し、図９（ｂ）に示すように素子間絶縁膜７７を形成するようにしてもよい。
【実施例４】
【００４７】
［２つの金属膜に挟まれたの強誘電体膜に対するエッチング方法であって、上部電極をマスクとして利用する方法］
図１０は、エッチング方法の実施例４に係る主要な工程を示す断面図である。
まず、図１０（ａ）に示すような基板２１Ｂを、図３に示したＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ホルダ２２に固定する。この基板２１Ｂは図８（ａ）に示した基板２１Ｂと同じ層構成を有する。
以下、実施例２においてメタルマスク８１Ａを形成する工程と同様に各パラメータを制御し、金属膜８２をエッチングして、図１０（ｂ）に示すような上部電極８２Ａを形成する。ただし、金属膜８２はＴｉまたはＴａからなるので、プラズマ生成室１１内にはＯ2を導入せず、Ｃｌ2を１０ｓｃｃｍ程度の流量で導入する。
【００４８】
次に、実施例１と同様に各パラメータを制御し、上部電極８２Ａをマスクとして強誘電体膜７４をエッチングして、図１０（ｃ）に示すような強誘電体膜７４Ａのパターンを形成する。
ＴｉまたはＴａからなる上部電極８２Ａに対するエッチレートは、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12からなる強誘電体膜７４に対するエッチレートに比べてずっと遅い。このため、本実施例のように上部電極８２をマスクとして利用することにより、厚い強誘電体膜７４のエッチングも可能となる。
【００４９】
その後、例えばＥＣＲスパッタ装置を用いて基板表面にＳｉＯ2を堆積させ、図１０（ｄ）に示すような素子間絶縁膜７６を形成する。
以上により、下部電極として作用する金属膜７３と強誘電体膜７４Ａと上部電極８２Ａとからなる強誘電体メモリのキャパシタを、基板上に多数形成できる。
【００５０】
なお、上述した実施例において難エッチング材料の種類および膜厚は単なる一例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、金属や金属酸化物等、従来からドライエッチングが難しいとされていた難エッチング材料のエッチングに特に有効である。難エッチング材料は、例えば強誘電体メモリ等のメモリ素子に用いられる。したがって、本発明は、これらのメモリ素子の製造にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＥＣＲプラズマエッチング装置の一構成例を示す図である。
【図２】ＡｒガスおよびＣｌ2ガスのガス圧力と平均自由工程との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施の形態に係るＥＣＲプラズマエッチング装置の他の構成例を示す図である。
【図４】図３に示すＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ホルダに基板が固定された状態を拡大して示す部分断面図である。
【図５】本発明のエッチング方法の実施例１に係る主要な工程を示す断面図である。
【図６】本発明のエッチング方法の実施例１に係る主要な工程を示す断面図である。
【図７】本発明のエッチング方法の実施例２に係る主要な工程を示す断面図である。
【図８】本発明のエッチング方法の実施例３に係る主要な工程を示す断面図である。
【図９】本発明のエッチング方法の実施例３に係る主要な工程を示す断面図である。
【図１０】本発明のエッチング方法の実施例４に係る主要な工程を示す断面図である。
【図１１】従来のＥＣＲプラズマエッチング装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０…チャンバ、１１…プラズマ生成室、１２…処理室、１３，１４…ノズル、１５…排気口、２１，２１Ａ，２１Ｂ…基板、２２…基板ホルダ、２２Ｂ…ヒータ、２３…マッチングボックス、２４…高周波電源、３２，３３…主電磁コイル、３４…補助電磁コイル、３５…プラズマ流、５０…マイクロ波供給部、５１…マイクロ波発振器、５２…マイクロ波導波管、５２−１…導波管、５２−２Ａ，５２−２Ｂ…分岐導波管、５２−３Ａ，５２−３Ｂ…真空導波管、５３Ａ，５３Ｂ…石英窓、７１…Ｓｉ基板、７２…絶縁膜、７３…金属膜、７３Ａ…下部電極、７４，７４Ａ…強誘電体膜、７５…レジストマスク、７６，７７…素子間絶縁膜、８１，８２…金属膜、８１Ａ…メタルマスク、８２Ａ…上部電極、Ｚ…チャンバの中心軸線。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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