(57)【要約】【課題】電極としてＲｕ膜を用いた半導体装置において、レジスト除去を行なうに際して、Ｒｕ膜の侵食を防止してＲｕ膜の加工形状を維持することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に半導体装置の製造方法によれば、電極としてＲｕ膜を用いた半導体装置の製造方法において、前記Ｒｕ膜上にレジストを塗布する工程と、当該レジストをパターン形成する工程と、該パターンに基づいて前記Ｒｕ膜をエッチングする工程と、酸素単体ガスを用いてレジストを除去する工程とを包含することを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極としてＲｕ膜を用いた半導体装置の製造方法において、前記Ｒｕ膜上にレジストを塗布する工程と、当該レジストをパターン形成する工程と、該パターンに基づいて前記Ｒｕ膜をエッチングする工程と、酸素単体ガスを用いてレジストを除去する工程とを包含することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング工程において、反応ガスとしての塩素ガスの流量割合が、酸素ガスと塩素ガスとの総流量に対して１０％〜５０％であることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記レジストを除去する工程において、発光分光法を用いて、レジストのジャストエッチをとることを特徴とする、請求項１または２に記載の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、キャパシタの誘電体としてＴａ２Ｏ５などの高誘電率材料を用い、上部電極としてＲｕ膜を用いた半導体装置の製造方法に関し、具体的には、Ｒｕ膜を、レジストを用いてエッチング加工した後、当該レジストを除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＲＡＭやＬＳＩなどのキャパシタの誘電体として、高誘電率材料を用いた半導体装置が開発されている。また、当該キャパシタの電極材料としてルテニウム（Ｒｕ）またはＲｕ酸化物を用いた半導体装置が盛んに研究されている。ＲｕおよびＲｕ酸化物は、反応性エッチングによって加工が容易であるので、容量を微調整することができる点で好ましい。
【０００３】
上記の如く半導体装置の製造方法において、レジストの剥離および除去工程は頻繁に実行される工程である。たとえば、下記特許文献１には、キャパシタの誘電体としてＴａ２Ｏ５等の誘電体を用い、キャパシタの上部電極としてＲｕ膜を用いた半導体装置の製造方法が開示されている。当該半導体装置において、Ｓｉ基板上に形成されたＲｕ膜上のＳｉＯ２膜上にフォトレジストを塗布し、露光装置を用いて当該レジストをパターニングし、次いで、ＳｉＯ２膜をエッチングし、その後、Ｏ２を用いたプラズマアッシングによりレジストパターンを灰化することにより、加工される。この際、Ｏ２の反応をアシストするガスとしてＮ２ガスが用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２８０３６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記Ｏ２を用いたプラズマ灰化工程においては、ＲｕとＯ２とが反応して揮発性のＲｕＯ３およびＲｕＯ４が形成されることによりＲｕ膜が侵食されて、Ｒｕ膜の加工形状が変形してしまうので問題であった。
【０００６】
本発明は上記従来の技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、キャパシタの誘電体として高誘電率材料を用い、上部電極としてＲｕ膜を用いた半導体装置において、レジスト除去を行なうに際して、Ｒｕ膜の侵食を防止してＲｕ膜の加工形状を維持することができる、半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、キ電極としてＲｕ膜を用いた半導体装置の製造方法において、前記Ｒｕ膜上にレジストを塗布する工程と、当該レジストをパターン形成する工程と、該パターンに基づいて前記Ｒｕ膜をエッチングする工程と、酸素単体ガスを用いてレジストを除去する工程とを包含することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。ここで、高誘電率材料とは、２２以上の誘電率を有する材料をいい、具体的には、Ｔａ２Ｏ５、ＢＳＴおよびＰＺＴなどが挙げられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の半導体装置の製造方法において、レジスト除去を行なう前の半導体装置の一部構造を表わす概略断面図である。図１にしたがう半導体装置の構造は、基板上に形成されたＳｉＯ２膜１上にＳｉＮ膜２が形成され、当該ＳｉＮ膜２上にＳｉＯ２膜３が形成され、当該ＳｉＯ２膜３上にキャパシタの誘電体として高誘電率材料であるＴａ２Ｏ５膜４が形成され、当該Ｔａ２Ｏ５膜４上に上部電極Ｒｕ膜５が形成された構造である。さらに、上部電極Ｒｕ膜５上にはレジスト６が塗布されている。ここで、上記Ｔａ２Ｏ３膜４およびＲｕ膜５は、それぞれキャパシタの誘電体および上部電極となるものであり、これらは、図中には示していないが下部電極とともにキャパシタを形成するものである。
【０００９】
本発明において、上記の一部構造を有する半導体装置の各層の具体的な厚さとしては、たとえば、Ｔａ２Ｏ５膜４を１２ｎｍ、および上部電極であるＲｕ膜５を１００ｎｍにすることができるが、これに限定されるわけではない。
【００１０】
本発明は、上記の一部構造を有する半導体装置の製造方法において、レジスト除去の工程に特徴を有する。本発明の半導体装置の製造方法において、Ｔａ２Ｏ５膜４およびＲｕ膜５をプラズマエッチングにより加工した後、レジスト６を除去する。当該エッチングにおいて、反応ガスとしてＯ２およびＣｌ２を用いることができる。Ｏ２およびＣｌ２の混合ガスを用いることにより、エッチング速度が増大するからである。また、当該エッチングには、プラズマエッチャーを用いて加工することが好ましい。ここで、当該エッチングには、チャンバ上のコイルから発生される高周波誘導磁場により、生成された高密度プラズマによるプラズマエッチング装置を用いた誘導結合プラズマエッチング手法を用いることができる。当該エッチング装置の条件として、たとえば、圧力４Ｐａ，Ｐｓ／ｐｒｆ＝１５００／２００Ｗ、塩素ガス／酸素ガス＝２０／１６０ｓｃｃｍ、ステージ温度４０℃に設定することができる。
【００１１】
Ｔａ２Ｏ３膜４およびＲｕ膜５のエッチング加工の後、レジスト６を除去する。本発明においては、当該レジスト除去工程の際に、Ｏ２単体ガスを用いることを特徴とする。Ｏ２単体ガスを用いることで、Ｒｕ膜５のエッチング速度が低下することにより当該Ｒｕ膜の侵食を抑え、エッチング加工により形成された上記Ｒｕ膜５の加工形状を維持することができるからである。上記レジスト除去工程の条件としては、たとえば、基板温度２００℃、圧力２６６Ｐａおよび印加電圧１４００Ｗとすることができる。
【００１２】
また、本発明においては、レジスト除去工程の際に、発光分光法ＥＰＤを用いて、レジストのジャストエッチをとることが好ましい。ここで、ジャストエッチとは、レジスト除去時のチャンバ内のプラズマ発光でのカーボンの発光強度（波長）を検知し、レジストが完全に除去される最短の時間でエッチングを終了する手法である。この際、カーボンの発光が変化する場合に、エッチングエンドとする。
【００１３】
図２は、上述したＯ２単体ガスを用いたレジスト除去後における、図１に示される一部構造の要部の拡大断面を表わす概略図である。図２において、点線で示すレジスト２６は、レジストが除去される前に存在した形状を意味する。図２に示されるように、Ｒｕ膜２５およびＴａ２Ｏ５膜２４のエッチングの後のレジスト除去にＯ２単体ガスを用いることで、Ｒｕ膜２５のエッチングが抑制されＲｕ膜２５の加工形状の変形が非常に低減されることがわかる。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法における、Ｒｕ膜のエッチング工程において、Ｏ２ガスおよびＣｌ２ガスの総流量に対するＣｌ２ガスの流量割合が、１０％以上であることが好ましい。図３は、本発明の半導体装置の製造方法におけるＲｕ膜のエッチング工程に用いるＯ２ガスとＣｌ２ガスとの混合比と、エッチング速度との関係を、グラフを用いて表わす図である。図３からわかるように、Ｃｌ２ガスの流量割合を、Ｏ２ガスとＣｌ２ガスとをあわせた流量全体に対して１０％〜５０％にすることにより、高速のエッチングが実行され、エッチング効率が飛躍的に向上される。なお、当該Ｃｌ２ガスの流量割合は１０％〜５０％において、Ｒｕ膜のエッチングレートは一定であるので、当該割合は１０％〜５０％であれば特に限定されないが、一例を挙げると１０％にすることができる。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法により、Ｒｕ膜の加工形状が維持されることを確認することを容易にするために、レジスト除去工程における反応ガスとしてＯ２を用い、当該Ｏ２とレジストとの反応をアシストするガスとしてＮ２を添加してレジスト除去を行なった以外はすべて上記と同様に実行した、図２に対応する半導体装置の一部拡大断面図を、図６に示す。
【００１６】
図６からわかるように、レジスト除去の際、アシストガスとしてのＮ２ガスおよびＯ２ガスを反応ガスとして用いた場合には、Ｒｕ膜６５と反応ガスとの反応が促進され、Ｒｕ膜６５の加工形状が侵食され、本来あるべき位置よりも後退していることがわかる。
【００１７】
次に、上述した本発明の半導体装置の製造方法を、キャパシタコンタクトホール加工に適用した実施形態を示す。図４は、本発明の半導体装置の製造方法において、キャパシタコンタクトホール加工の際の、レジスト除去を行なう直前の半導体装置の一部構造を表わす概略断面図である。図４において、基板上に形成されたＳｉＯ２膜４１上にＳｉＮ膜４２が形成され、当該ＳｉＮ膜４２上にＳｉＯ２膜４３が形成され、当該ＳｉＯ２膜４３上にキャパシタの誘電体としてＴａ２Ｏ５膜４４が形成され、当該Ｔａ２Ｏ５膜４４上に上部電極Ｒｕ膜４５が形成され、当該Ｒｕ膜４５上にＳｉＯ２膜４７が形成され、当該ＳｉＯ２膜４７上に反射防止膜であるＢＡＲＣ４８を介してレジスト４６が塗布された構造である。ただし、コンタクトホール４９形成部分においてはレジスト４６は存在しない。ここで、Ｔａ２Ｏ５膜４４およびＲｕ膜４５は、それぞれキャパシタの誘電体および上部電極を構成するものであり、これらは図中には示していないが下部電極とともにキャパシタを形成するものである。
【００１８】
上記コンタクトホール４９は、反応ガスとしてＣ４Ｆ８ガス、Ｏ２ガスおよびＡｒガスを用い、ＢＡＲＣ４８を通してＳｉＯ２膜４７をＲｕ膜４５上までエッチングにより加工することによって形成することができる。当該エッチングには、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）プラズマエッチング手法により行なうことができ、当該コンタクトホール４９の直径は、たとえば、０．１８μｍにすることが好ましい。ＲＩＥプラズマエッチング手法は、反応性ガスプラズマを利用したドライエッチング装置を用い、たとえば、圧力２６６Ｐａ、印加電圧１４００Ｗ、Ｏ２流量１０００ｓｃｃｍ、ステージ温度２００℃の条件で行なうことができる。
【００１９】
その後、ＢＡＲＣ４８上のレジスト４６の除去を行なう。レジスト除去工程は、上述したとおりであるが、Ｏ２単体ガスのみを反応ガスとして用いることにより、Ｒｕ膜４５のエッチング速度を低減することができ、Ｒｕ膜４５の加工形状が維持される。また、レジスト４６の除去の際の基板温度、圧力および印加電圧の条件は上述したとおりである。
【００２０】
また、レジスト除去工程の際に、発光分光法ＥＰＤを用いて、レジストのジャストエッチをとることが好ましい。これにより、レジスト除去の時間を大幅に短縮することができる。
【００２１】
図５は、レジスト除去後における、図４のコンタクトホール加工部分の要部の拡大断面を表わす概略図である。上述したように、コンタクトホール５９形成のために、ＳｉＯ２膜５７をＣ４Ｆ８ガス、Ｏ２ガスおよびＡｒガスを用いてＲｕ膜５５上までエッチングし、その後のレジスト除去にＯ２単体ガスを用いてエッチングすることにより、Ｒｕ膜５５の加工形状が維持される。これは、Ｏ２ガスのみではＲｕ膜５５をエッチングする速度が非常に遅いため、Ｒｕ膜５５がエッチングされる前にレジスト除去を完了させることができるからである。
【００２２】
上記コンタクトホール５９の加工に際して、本発明の半導体装置の製造方法により、Ｒｕ膜５５の加工形状が維持されることを確認することを容易にするために、レジスト除去工程における反応ガスとしてＯ２を用い、Ｏ２の反応をアシストするガスとしてＮ２を添加してレジスト除去を行なった後の、図５に対応する半導体装置のコンタクトホール部分について図７に概略的に示す。
【００２３】
図７からわかるように、レジスト除去の際、アシストガスとしてのＮ２ガスおよびＯ２ガスを反応ガスとして用いた場合には、Ｒｕ膜７５と反応ガスとの反応が促進され、Ｒｕ膜７５の加工形状が侵食され、本来あるべき位置よりも後退していることがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、キャパシタの上部電極Ｒｕ膜ｐのエッチングによる加工の後のレジスト除去工程において、反応ガスとしてＯ２単体ガスを用いることで、エッチングにより加工されたＲｕ膜の加工形状が維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法において、エッチング加工後でレジスト除去を行なう前の半導体装置の一部構造を表わす概略断面図である。
【図２】レジスト除去後における、図１の一部構造の端部の拡大断面を表わす概略図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法におけるＲｕ膜のエッチング工程に用いるＯ２ガスとＣｌ２ガスとの流量比と、エッチング速度との関係を、グラフを用いて表わす図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法において、キャパシタコンタクトホール加工の際の、エッチング後でレジスト除去を行なう前の半導体装置の一部構造を表わす概略断面図である。
【図５】レジスト除去後における、図４のコンタクトホール加工部分の拡大断面を表わす概略図である。
【図６】Ｏ２ガス単体に替えて、Ｏ２ガスおよびＮ２ガスを用いてレジスト除去工程を行なった後の、図２に対応する半導体装置の一部拡大断面の概略図である。
【図７】Ｏ２ガス単体に替えて、Ｏ２ガスおよびＮ２ガスを用いてレジスト除去工程を行なった後の、図５に対応する半導体装置の一部拡大断面の概略図である。
【符号の説明】
１，４１  ＳｉＯ２膜、２，４２  ＳｉＮ膜、３，２３，３３，４３，５３  ＳｉＯ２膜、４，２４，４４，５４，６４，７４  Ｔａ２Ｏ５膜、５，２５，４５，５５，６５，７５  Ｒｕ膜、６，２６，４６，５６，６６，７６  レジスト、４７，５７，７７  ＳｉＯ２膜、４８  ＢＡＲＣ、４９，５９，７９  コンタクトホール。
【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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