(57)【要約】【課題】貴金属膜とチタンまたはチタン化合物の積層構造のドライエッチング方法において、チタンまたはチタン化合物の表面酸化膜を除去する方法を提供するものである。【解決手段】第１層が貴金属、第１層の下の第２層がチタンまたはチタン化合物である積層物をドライエッチングするドライエッチング方法において、パターニングされたマスク下の上記第１層を、塩素原子と酸素原子を含む混合ガスを用いて除去した後、上記第２層の表面に酸化膜を生成する第１工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、上記第２層の表面に生成された酸化膜を除去する第２工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、上記第２層を除去する第３工程とを有することで解決できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１層が貴金属、第１層の下の第２層がチタンまたはチタン化合物である積層物をドライエッチングするドライエッチング方法において、パターニングされたマスク下の上記第１層を、塩素原子と酸素原子を含む混合ガスを用いて除去した後、上記第２層の表面に酸化膜を生成する第１工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、上記第２層の表面に生成された酸化膜を除去する第２工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、上記第２層を除去する第３工程とを有することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
第１層がチタンまたはチタン化合物、第２層が貴金属である積層構造物のドライエッチング方法において、パターニングされたフォトレジストをマスクとして塩素原子を主成分とした混合ガスを用いて上記第１層を除去する第１工程と、上記フォトレジストを灰化処理する第２工程と、第１工程においてパターニングされた上記第１層をマスクとし、塩素原子と酸素原子を含む混合ガスを用いて上記第１層の表面に酸化物を形成しつつ上記第２層を除去する第３工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、上記第１層の表面の前記酸化膜を除去する第４工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、第１層を除去する第５工程とを有することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項３】
貴金属は、白金，金，イリジウム，酸化イリジウムのいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
チタンまたはチタン化合物は、チタン，窒化チタン，窒化チタンアルミのいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載のドライエッチング方法。
【請求項５】
チタンまたはチタン化合物表面に形成された酸化膜を除去する工程において、下部電極に投入する電力は、チタンまたはチタン化合物を除去する工程において下部電極に投入する電力の１２０％から３００％であることを特徴とする請求項１または２記載のドライエッチング方法。
【請求項６】
圧力は１．５Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のドライエッチング方法。
【請求項７】
プラズマを発生させる手段は、誘導結合方式プラズマ、容量結合方式プラズマ、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ、ヘリコン波方式プラズマ、表面波方式プラズマのいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造分野などにおいて適用されるドライエッチング方法に関し、特に貴金属膜とチタンまたはチタン化合物の積層構造におけるチタンまたはチタン化合物の除去方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、不揮発性メモリである強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）の容量部分の電極材料として、ＰｔやＩｒなどの貴金属が用いられるようになってきた。これらの貴金属は、下地との密着性を確保するため、また、マスク選択比を高くするために、チタンまたはチタン化合物との積層構造を取ることがほとんどである。
【０００３】
以下に、貴金属膜とチタンまたはチタン化合物の積層構造における貴金属膜のドライエッチング方法及びチタンまたはチタン化合物のドライエッチング方法の従来例を説明する。
【０００４】
図２はチタンまたはチタン化合物と貴金属膜の積層構造を示す。
【０００５】
下地と貴金属膜の密着性を確保するために貴金属膜の下層にチタンまたはチタン化合物を形成する。貴金属膜のドライエッチング方法については、特許文献１において、塩素と酸素の混合ガスを用いるが示されている。塩素原子に酸素ガスを混合することで、貴金属を除去した後にチタンまたはチタン化合物の表面に酸化膜を形成する。この酸化膜は、化学的に安定あるので、貴金属膜とチタンまたはチタン化合物との選択比を高くすることができる。選択比を高くすることで、貴金属の形状の制御が容易になる。
【０００６】
また、選択比が高ければ、オーバーエッチングを十分行うことができることから、膜残りを防ぐことができるので、歩留まりを向上できる。貴金属膜を十分なオーバーエッチング時間を加え除去した後に、下層のチタンまたはチタン化合物をドライエッチングするのが一般的である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２６６２００号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、貴金属膜をエッチングする際に酸素ガスを用いることで、チタンまたはチタン化合物の表面には、酸化膜ＴｉＯｘが形成される。この表面酸化膜は、化学的に安定しており、反応性が低いため、チタンまたはチタン化合物を除去する際にエッチングレートの低下やエッチングストップといった問題を引き起こす場合がある。
【０００９】
そこで本発明は、上記従来の課題を鑑み、貴金属膜とチタンまたはチタン化合物の積層構造のドライエッチング方法において、チタンまたはチタン化合物の表面酸化膜を除去する方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明のドライエッチング方法は、第１層が貴金属、第１層の下の第２層がチタンまたはチタン化合物である積層物をドライエッチングするドライエッチング方法において、パターニングされたマスク下の上記第１層を、塩素原子と酸素原子を含む混合ガスを用いて除去した後、上記第２層の表面に酸化膜を生成する第１工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、上記第２層の表面に生成された酸化膜を除去する第２工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、上記第２層を除去する第３工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本願の第２発明のドライエッチング方法は、第１層がチタンまたはチタン化合物、第２層が貴金属である積層構造物のドライエッチング方法において、パターニングされたフォトレジストをマスクとして塩素原子を主成分とした混合ガスを用いて上記第１層を除去する第１工程と、上記フォトレジストを灰化処理する第２工程と、第１工程においてパターニングされた上記第１層をマスクとし、塩素原子と酸素原子を含む混合ガスを用いて上記第１層の表面に酸化物を形成しつつ上記第２層を除去する第３工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、上記第１層の表面の前記酸化膜を除去する第４工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、第１層を除去する第５工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本願の第１及び第２発明のドライエッチング方法において、好適には、貴金属は、白金，金，イリジウム，酸化イリジウムのいずれかであることが望ましい。
【００１３】
また、本願の第１及び第２発明のドライエッチング方法において、好適には、チタンまたはチタン化合物は、チタン，窒化チタン，窒化チタンアルミのいずれかであることが望ましい。
【００１４】
また、本願の第１及び第２発明のドライエッチング方法において、好適には、ブレイクスルー工程において、下部電極に投入する電力は、チタンまたはチタン化合物を除去する工程に投入する電力の１２０％から３００％であることが望ましい。
【００１５】
また、本願の第１及び第２発明のドライエッチング方法において、好適には、圧力は、１．５Ｐａ以下であることが望ましい。
【００１６】
更に、本願の第１及び第２発明のドライエッチング方法において、プラズマを発生させる手段は、誘導結合方式プラズマ、容量結合方式プラズマ、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ、ヘリコン波方式プラズマ、表面波方式プラズマのいずれかであることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１から図１２を参照してしながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態において用いたドライエッチング装置の構成図を示す。図１において、真空容器１の上部に誘電体板５を介して誘導結合コイル４が設置されており、真空容器１内の電極７上に基板６を載置し、ガス導入口１４から真空容器１内にガスを導入しつつ、圧力コントローラー１０で所定の圧力に制御し、真空容器１内にプラズマを発生させ、電極７上に載置された基板６、または基板６上の膜がエッチングされる。
【００１９】
このとき、高周波電源によって誘導結合コイル４に高周波電力を印加することでプラズマを発生させる。また、下部電極７にも高周波電力を印加することで、基板６上に到達するイオンエネルギーを制御することができる。
【００２０】
図２は、本発明の第１の実施形態において用いた白金膜とチタン膜の積層構造の断面図を示す。図２において、フォトレジストマスクの下の第１層は、白金１６で、第２層は、チタン１７、その下地の第３層は、酸化シリコン１８となっている。図２において、白金１６とチタン１７をドライエッチングする際、第１に図３に示すように塩素と酸素の混合ガスを用いて、１．０Ｐａ以下の圧力条件で、白金１６を除去しつつ、チタン１７表面にチタン１７の１０％程度の膜厚のチタン酸化膜１９を形成し、時間管理にてエッチングを停止する。このとき、白金１６の除去確認には、プラズマ発光分光法を用いることもできる。
【００２１】
次に、図４のように、塩素とアルゴンの混合ガスを用いて、１．０Ｐａ以下の圧力で、チタン１７表面に形成された酸化膜１９を除去する。このとき、下部電極７に投入する電力は、チタン１７を除去する工程において下部電極７に投入する電力の１５０％である。そして、最後に図５に示すように塩素とアルゴンの混合ガスを用いて、１．０Ｐａ以下の圧力で、チタン１７を除去し、時間管理にてエッチングを停止させる。チタン１７の除去については、プラズマ発光分光法にて除去を確認することも可能である。
【００２２】
図６は、白金とチタンのエッチングレートの酸素流量依存性を示すものである。同図から酸素流量が３ｓｃｃｍ以上では、レートが極端に低下し、エッチングストップを引き起こしていることがわかる。
【００２３】
以下、本発明の第２の実施形態を、図７から図１２を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
図７は、本発明の第２の実施形態において用いた白金１６と窒化チタンアルミ２０の積層構造の断面図を示す。
【００２５】
図７において、白金１６の上に窒化チタンアルミ２０が形成されており、窒化チタンアルミ２０をマスクとして用いる。白金１６をドライエッチングする際、第１に図８に示すように、塩素とアルゴンの混合ガスを用いて、１．０Ｐａ以下の圧力で、窒化チタンアルミ２０を除去し、時間管理にてエッチングをストップさせる。また、窒化チタンアルミ２０の除去に関しては、プラズマ発光分光法を用いて確認することもできる。
【００２６】
次に、図９に示すように、フォトレジストを灰化処理する。そして、図１０に示すように、パターニングされた窒化チタンアルミ２０をマスクとして、塩素と酸素の混合ガスを用いて、１．０Ｐａ以下の圧力で、白金１６を除去し、時間管理にてエッチングをストップする。また、白金１６の除去に関しては、プラズマ発光分光法を用いて確認することもできる。
【００２７】
更に、図１１に示すように塩素とアルゴンの混合ガスを用いて、１．０Ｐａ以下の圧力で、窒化チタンアルミ２０の表面に形成された酸化膜を除去する。このとき、下部電極７に投入する電力は、窒化チタンアルミ２０を除去する工程において下部電極７に投入する電力の１５０％である。そして最後に図１２に示すように塩素とアルゴンの混合ガスを用いて、１．０Ｐａ以下の圧力で、窒化チタンアルミ２０を除去し、時間管理にてエッチングをストップさせる。窒化チタンアルミ２０の除去については、プラズマ発光分光法にて除去を確認することもできる。
【００２８】
ここで、貴金属については、白金を用いて説明したが、金，イリジウム，酸化イリジウムについても同様の性能が得られる。
【００２９】
また、チタンまたはチタン化合物については、チタンと窒化チタンアルミについて説明したが、窒化チタンについても同様の性能が得られる。
【００３０】
チタンまたはチタン化合物表面に形成された酸化膜を除去する工程において、下部電極に投入する電力については、ここでは、チタンまたはチタン化合物を除去する工程において下部電極に投入する電力の１５０％について説明したが、１２０％から３００％についても同様の性能が得られる。１２０％よりも小さい電力では、チタンまたはチタン化合物表面の酸化膜が除去できずエッチングストップが起こる。一方、３００％より大きな電力では、エッチング速度が速いため下地の酸化シリコン１８の削れ量を制御することが困難になる。
【００３１】
圧力については、１．５Ｐａ以下において同様の性能が得られる。１．５Ｐａ以上の圧力では、白金，チタンまたはチタン化合物のレートについて十分な値が得られない。
【００３２】
なお、プラズマを発生させる手段については、誘導結合方式プラズマについて説明したが、容量結合方式プラズマ、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ、ヘリコン波方式プラズマ、表面波方式プラズマ等のプラズマ源についても同様の性能が得られる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願の第１発明のドライエッチング方法によれば、第１層が貴金属、第１層の下の第２層がチタンまたはチタン化合物である積層物をドライエッチングするドライエッチング方法において、パターニングされたマスク下の上記第１層を、塩素原子と酸素原子を含む混合ガスを用いて除去した後、上記第２層の表面に酸化膜を生成する第１工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、上記第２層の表面に生成された酸化膜を除去する第２工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、上記第２層を除去する第３工程とを有することから、チタンまたはチタン化合物の表面酸化膜を効果的に除去することが可能となり、高品質のチタンまたはチタン化合物を提供することができる。
【００３４】
また、本願の第２発明のドライエッチング方法によれば、第１層がチタンまたはチタン化合物、第２層が貴金属である積層構造物のドライエッチング方法において、パターニングされたフォトレジストをマスクとして塩素原子を主成分とした混合ガスを用いて上記第１層を除去する第１工程と、上記フォトレジストを灰化処理する第２工程と、第１工程においてパターニングされた上記第１層をマスクとし、塩素原子と酸素原子を含む混合ガスを用いて上記第１層の表面に酸化物を形成しつつ上記第２層を除去する第３工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、上記第１層の表面の前記酸化膜を除去する第４工程と、塩素原子が主成分である混合ガスを用いて、第１層を除去する第５工程とを有することから、チタンまたはチタン化合物の表面酸化膜を効果的に除去することが可能となり、高品質のチタンまたはチタン化合物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るドライエッチング装置の模式図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る貴金属とチタンの積層構造を示す断面図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る貴金属除去後の積層構造を示す断面図
【図４】本発明の第１の実施形態に係るチタン表面酸化膜除去後の積層構造を示す断面図
【図５】本発明の第１の実施形態に係るチタン除去後の積層構造を示す断面図
【図６】チタンと白金のエッチングレートの酸素流量の依存性を示す図
【図７】本発明の第２の実施形態に係る窒化チタンアルミと貴金属の積層構造を示す断面図
【図８】本発明の第２の実施形態に係る窒化チタンアルミ除去後の積層構造を示す断面図
【図９】本発明の第２の実施形態で用いたレジスト灰化処理後の積層構造を示す断面図
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る貴金属除去後の積層構造を示す断面図
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る窒化チタンアルミ表面酸化膜除去後の積層構造を示す断面図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る窒化チタンアルミ除去後の積層構造を示す断面図
【符号の説明】
１５  フォトレジスト
１６  白金
１７  チタン
１８  酸化シリコン
【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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【図１２】
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