(57)【要約】【課題】    上部電極／強誘電体積層膜のエッチング方法を提供する。【解決手段】  上部電極／強誘電体積層膜のエッチング方法は、基板上に第１誘電体材料の第１層を形成する工程と、前記第１誘電体材料の第１層に下部電極を形成する工程と、前記第１誘電体材料の第１層と前記下部電極上にエッチストップ層を堆積させ、そこに開口部を形成する工程と、強誘電体材料層を堆積させる工程と、前記強誘電体材料層上に上部電極材料を堆積させ、前記上部電極／強誘電体材料積層膜を形成し、前記上部電極及び前記強誘電体材料層をスタックエッチングする工程と、前記第２誘電体材料の第２層を堆積させ、前記上部電極及び前記強誘電体材料を封止する工程と、前記第２誘電体材料の第２層をエッチングし、前記上部電極及び前記強誘電体材料の周囲にサイドウォールを形成する工程と、前記第１誘電体材料の第２層を堆積させる工程と、前記第１誘電体材料の第２、第３層を堆積させる工程とを有する。【選択図】        図１
2007067404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極／強誘電体積層膜のエッチング方法であって、
基板を準備する工程と、
前記基板上に第１誘電体材料の第１層を形成する工程と、
前記第１誘電体材料の第１層に下部電極を形成する工程と、
前記第１誘電体材料の第１層と前記下部電極上に約３０ｎｍから５０ｎｍの膜厚で第２誘電体材料の第１層を堆積させ、前記第２誘電体材料の第１層に開口部を形成して前記下部電極の一部を露出させる工程と、
前記第２誘電体材料の第１層上に強誘電体材料層を堆積させ、前記開口部の内部に前記下部電極に達するまで充填する工程と、
前記強誘電体材料層上に上部電極材料を堆積させ、前記上部電極／強誘電体積層膜を形成する工程と、
前記上部電極及び前記強誘電体材料層をスタックエッチングする工程と、
前記第２誘電体材料の第１層上に第２誘電体材料の第２層を堆積させ、前記上部電極及び前記強誘電体材料を封止する工程と、
前記第２誘電体材料の第２層をエッチングし、前記上部電極及び前記強誘電体材料の周囲にサイドウォールを形成する工程と、
前記第１誘電体材料の第２層を堆積させる工程と、
化学機械研磨法によって前記第１誘電体材料の第２層を平坦化する工程と、
前記第１誘電体材料の第３層を堆積させる工程と、
前記第１誘電体材料及び前記第２誘電体材料の各層を通じて前記下部電極及び前記上部電極に達するまでコンタクトホールをエッチング加工する工程と、
前記コンタクトホールの形成された積層膜に対して金属配線処理を施す工程と
を有することを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記第１誘電体材料がＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯｘ、ＴｉＯ、ＺｒＯ２、及びＴａＯ２から成る誘電体材料のグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記第２誘電体材料がＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、及びＴａＯ２から成る誘電体材料のグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記強誘電体材料層を堆積させる工程において、Ｐｒ０．７Ｃａ０．３ＭｎＯ３の膜を堆積させることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項５】
上部電極／強誘電体積層膜のエッチング方法であって、
基板を準備する工程と、
前記基板上に第１誘電体材料の第１層を形成する工程と、
前記第１誘電体材料の第１層に下部電極を形成する工程と、
前記第１誘電体材料の第１層と前記下部電極上に約３０ｎｍから５０ｎｍの膜厚で第２誘電体材料の第１層を堆積させ、前記第２誘電体材料の第１層に開口部を形成して前記下部電極の一部を露出させる工程と、
前記第２誘電体材料の第１層上にＰＣＭＯ（ＰｒＣａＭｎＯ）材料層を堆積させ、前記開口部の内部に前記下部電極に達するまで充填する工程と、
前記ＰＣＭＯ材料層上に上部電極材料を堆積させ、前記上部電極／ＰＣＭＯ積層膜を形成する工程と、
前記上部電極及び前記ＰＣＭＯ材料層をスタックエッチングする工程と、
前記第２誘電体材料の第１層上に第２誘電体材料の第２層を堆積させ、前記上部電極及び前記ＰＣＭＯ材料層を封止する工程と、
前記第２誘電体材料の第２層をエッチングし、前記上部電極及び前記ＰＣＭＯ材料層の周囲にサイドウォールを形成する工程と、
前記第１誘電体材料の第２層を堆積させる工程と、
化学機械研磨法によって前記第１誘電体材料の第２層を平坦化する工程と、
前記第１誘電体材料の第３層を堆積させる工程と、
前記第１誘電体材料及び前記第２誘電体材料の各層を通じて前記下部電極及び前記上部電極に達するまでコンタクトホールをエッチング加工する工程と、
前記コンタクトホールの形成された積層膜に対して金属配線処理を施す工程と
を有することを特徴とするエッチング方法。
【請求項６】
前記第１誘電体材料がＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯｘ、ＴｉＯ、ＺｒＯ２、及びＴａＯ２から成る誘電体材料のグループから選択されることを特徴とする請求項５に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記第２誘電体材料がＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、及びＴａＯ２から成る誘電体材料のグループから選択されることを特徴とする請求項５に記載のエッチング方法。
【請求項８】
エッチストップ層を用いた上部電極／強誘電体積層膜のエッチング方法であって、
基板を準備する工程と、
前記基板上に第１誘電体材料の第１層を形成する工程と、
前記第１誘電体材料の第１層に下部電極を形成する工程と、
前記第１誘電体材料の第１層と前記下部電極上にエッチストップ層を堆積させ、前記エッチストップ層の第１層に開口部を形成して前記下部電極の一部を露出させる工程と、
前記エッチストップ層上にＰＣＭＯ（ＰｒＣａＭｎＯ）材料層を堆積させ、前記開口部の内部に前記下部電極に達するまで充填する工程と、
前記ＰＣＭＯ材料層上に上部電極材料を堆積させ、前記上部電極／強誘電体積層膜を形成する工程と、
前記上部電極及び前記ＰＣＭＯ材料層を前記エッチストップ層の位置までスタックエッチングする工程と、
前記エッチストップ層上に第２誘電体材料層を堆積させ、前記上部電極及び前記ＰＣＭＯ材料層を封止する工程と、
前記第２誘電体材料層をエッチングし、前記上部電極及び前記ＰＣＭＯ材料層の周囲にサイドウォールを形成する工程と、
前記第１誘電体材料の第２層を堆積させる工程と、
化学機械研磨法によって前記第１誘電体材料の第２層を平坦化する工程と、
前記第１誘電体材料の第３層を堆積させる工程と、
前記第１誘電体材料及び前記第２誘電体材料の層を通じて前記下部電極及び前記上部電極に達するまでコンタクトホールをエッチング加工する工程と、
前記コンタクトホールの形成された積層膜に対して金属配線処理を施す工程と
を有することを特徴とするエッチング方法。
【請求項９】
前記第１誘電体材料がＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯｘ、ＴｉＯ、ＺｒＯ２、及びＴａＯ２から成る誘電体材料のグループから選択されることを特徴とする請求項８に記載のエッチング方法。
【請求項１０】
前記第２誘電体材料がＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、及びＴａＯ２から成る誘電体材料のグループから選択されることを特徴とする請求項８に記載のエッチング方法。
【請求項１１】
前記エッチストップ層がＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、チタン、及びＴｉＮから成る材料のグループから選択される材料から成ることを特徴とする請求項８に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属電極に形成された強誘電体材料のエッチングに関し、特に、エッチングされた電極材料を再堆積させることなく、上部電極／強誘電体積層膜をエッチングする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣＭＯ（ＰｒＣａＭｎＯ）膜及び、ＰＣＭＯ膜に接した白金電極のエッチング（一般的にはスパッタエッチング処理）の間には白金の再堆積が頻繁に生じる。例えば、下部電極が白金から成る場合、ＰＣＭＯ膜は直接白金層に接しているため、ＰＣＭＯ膜に開口部をエッチング加工する間に、白金はＰＣＭＯサイドウォールに再堆積することになる。このことは、下部電極がイリジウム、ルビジウム、酸化イリジウム、及びＹｘＢａ２Ｃｕ３Ｏ７―ｘ（ＹＢＣＯ）等の他の金属から成る場合も同様である。金属が再堆積することによって上部電極と下部電極の間に導電パス、すなわち短絡が生じるため好ましくなく、メモリに適切な動作をさせる為には避けなければならない。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，５３４，８７１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，７２０，２５８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上部電極／強誘電体積層膜、特に上部電極／ＰＣＭＯ積層膜上でのエッチング処理の後に電極材料の金属が再堆積することを防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るエッチストップ層を用いた上部電極／強誘電体積層膜のエッチング方法は、基板を準備する工程と、前記基板上に第１誘電体材料の第１層を形成する工程と、前記第１誘電体材料の第１層に下部電極を形成する工程と、前記第１誘電体材料の第１層と前記下部電極上に第２誘電体材料の第１エッチストップ層を堆積させ、前記第２誘電体材料の第１層に開口部を形成して前記下部電極の一部を露出させる工程と、前記第２誘電体材料の第１層上に強誘電体材料であるＰＣＭＯ材料層を堆積させ、前記開口部の内部に前記下部電極に達するまで充填する工程と、前記ＰＣＭＯ材料層上に上部電極材料を堆積させ、前記上部電極及び前記ＰＣＭＯ材料層をエッチストップ層の位置までスタックエッチングする工程と、前記第２誘電体材料の第１層上に第２誘電体材料の第２層を堆積させ、前記上部電極及び前記ＰＣＭＯ材料層を封止する工程と、前記第２誘電体材料の第２層をエッチングし、前記上部電極及び前記ＰＣＭＯ材料層の周囲にサイドウォールを形成する工程と、前記第１誘電体材料の第２層を堆積させる工程と、化学機械研磨法（ＣＭＰ）によって前記第１誘電体材料の第２層を平坦化する工程と、前記第１誘電体材料の第３層を堆積させる工程と、前記第１誘電体材料及び前記第２誘電体材料の各層を通じて前記下部電極及び前記上部電極に達するまでコンタクトホールをエッチング加工する工程と、前記コンタクトホールの形成された積層膜に対して金属配線処理を施す工程とを有する。
【０００６】
課題を解決するための手段の欄で示した記載によって、本発明の特徴の可及的速やかな理解が提供される。更に、本発明の十分な理解は、下記に詳述された図面と発明を実施するための最良の形態を参照することによって得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、スタックエッチング（Ｓｔａｃｋ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術及びダマシンエッチング（Ｄａｍａｓｃｅｎｅ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術で発達した技術を更に進歩させたものである。先行技術のスタックエッチングでは、エッチングが下部電極上で完了する。本発明では、エッチングは窒化シリコンといった誘電体上で完了する。この誘電体は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、あるいはＴａＯ２といった材料である。また、チタンあるいはＴｉＮを前記誘電体上に堆積させ、エッチストップとして使用することもできる。誘電体、誘電体上に形成されたチタンあるいはＴｉＮのパターニングは、ＰＣＭＯ膜を堆積させる前に行う。
【０００８】
先行技術のダマシンエッチングでは、誘電体の膜厚は、ＣＭＰストップとして機能させる為に十分に厚くなければならない（例えば、約２３０ｎｍ）。しかし、この膜厚ではディッシング（Ｄｉｓｈｉｎｇ）現象（皿状に研磨されること）が発生し、活性領域中央部のＰＣＭＯ膜の膜厚が減少してしまう。このようなＣＭＰストップを用いること、及び、ディッシング現象が発生することを考えると、先行技術における誘電体の膜厚は、本発明の実施に必要なＰＣＭＯ膜の膜厚よりも厚くなければならない。また、スパッタされたＰＣＭＯ膜には、誘電体の開口部、あるいは加工窓（Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｗｉｎｄｏｗ）の端部によって遮蔽されることで、カスプ（Ｃｕｓｐｉｎｇ）が生じている。このスパッタされた材料が、堆積工程中に加工窓に侵食し、その結果、加工窓のサイドウォールに沿ってスパッタされた材料に割れ目が生じる。本発明では、約３０ｎｍ〜５０ｎｍの比較的薄い膜厚の誘電体を堆積させ、その誘電体に加工窓、あるいは開口部を形成する。このように開口部を形成する材料を薄くすることによって、カスプの発生、及び、エッチングされた電極材料の再堆積を最小限に抑えることができる。先に述べたように、従来技術では２００ｎｍを超える膜厚のＣＭＰストップ膜が必要であるが、本発明で必要なＣＭＰストップ膜の膜厚は約３０ｎｍ〜５０ｎｍである。従って、本発明におけるＣＭＰストップ膜の臨界的な膜厚は約３０ｎｍ〜５０ｎｍである。
【０００９】
本発明方法の概要は、図１の矢符１０で示され、図２〜４では本発明の各工程が示されている。工程１４で基板１２を準備し、工程１６で第１誘電体層１８（第１誘電体材料の第１層）を約４００ｎｍ〜１０００ｎｍの膜厚で堆積させる。第１誘電体層１８は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯｘ、ＴｉＯ、ＺｒＯ２、ＴａＯ２等から成る誘電体のグループから選択される。工程２２では、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ａｌ、Ｃｕ等から成る下部電極２０を第１誘電体層１８に形成する。工程２６にて、第２誘電体層２４（第２誘電体材料の第１層）を堆積させ、パターニングした後、第２誘電体層２４に加工窓あるいは開口部２７を形成し、下部電極２０の一部を露出させる。第２誘電体層２４は、窒化シリコン、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＴａＯ２から成る誘電体のグループから選択される。また、チタンあるいはＴｉＮをエッチストップ層として、第２誘電体層２４の代わりに用いても良い。図２に示すように、工程３０で、Ｐｒ０．７Ｃａ０．３ＭｎＯ３（ＰＣＭＯ）等の強誘電体層２８を堆積させ、工程３４で上部電極（ＴＥ）層３２を強誘電体層２８上に堆積させ、上部電極／強誘電体（ＴＥ／ＦＥ）積層膜を形成する。
【００１０】
図３に示すように、工程３６でＴＥ／ＦＥ積層膜３２、３８をスタックエッチングする。ここで第２誘電体層２４は、エッチストップ層として機能する。工程３７で、第２誘電体層２４と同じ第２誘電体材料の他の層（第２層）を堆積させ、ＴＥ／ＦＥ積層膜を封止し、更にエッチングすることでＴＥ／ＦＥ積層膜の周囲にサイドウォール３８を設ける。工程４２で、第１誘電体層１８と同じ第１誘電体材料の他の層４０（第２層）を堆積させる。次の工程４６で、誘電体層４０のＣＭＰによって、上部電極３２の上面位置まで平坦化される。
【００１１】
図４に示すように、工程５０で更に第１誘電体１８と同じ第１誘電体材料の他の層４８（第３層）を、上部電極３２を覆うように堆積させる。次に工程５４で、コンタクトホール５２を上部電極３２及び下部電極２０と接するようにエッチング加工する。次に工程５６で、金属配線処理を施し、電極にコンタクト５８を設ける。本発明を実施する上での最良の形態の全ての工程は、図及び本明細書に示したとおりである。上述の各層が順番に形成、堆積される間に新たな工程や膜が追加されることはない。
【００１２】
以上、エッチストップ層を用いた上部電極／強誘電体積層膜のエッチング方法につき詳細に説明した。第２誘電体層２４のエッチストップ層の膜厚は、従来のスタックエッチング、あるいは、ダマシンエッチングに必要な膜厚よりもずっと薄いものである。本発明方法は、特許請求の範囲で示される本発明の技術的範囲内において適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るエッチング方法の工程図
【図２】本発明に係るエッチング方法の一実施形態におけるＰＣＭＯ積層膜の形成工程の処理手順を示す工程断面図
【図３】本発明に係るエッチング方法の一実施形態におけるＰＣＭＯ積層膜の形成工程の処理手順を示す工程断面図
【図４】本発明に係るエッチング方法の一実施形態におけるＰＣＭＯ積層膜の形成工程の処理手順を示す工程断面図
【符号の説明】
【００１４】
１０：  本発明に係るエッチストップ層を用いた上部電極／強誘電体積層膜のエッチング方法の処理手順全体
１２：  基板
１８：  第１誘電体層（第１誘電体材料の第１層）
２０：  下部電極
２４：  第２誘電体層（第２誘電体材料の第１層）
２７：  加工窓（開口部）
２８：  強誘電体層（ＰＣＭＯ材料層）
３２：  上部電極
３８：  サイドウォール（第２誘電体材料の第２層）
４０：  第１誘電体層（第１誘電体材料の第２層）
４８：  第１誘電体層（第１誘電体材料の第３層）
５２：  コンタクトホール
５８：  コンタクト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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