(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）上に貴金属含有パターン（２′）を形成する方法において、
ａ）卑金属からなり所望のパターン形状を有する準備パターン（２）を基板（１）上に形成し、
ｂ）この基板を一定の温度及び圧力下に貴金属のガス状化合物（５）を含む雰囲気中に入れ、
ｃ）該ガス状化合物（５）の分子を準備パターン（２）の表面に堆積させ、卑金属の貴金属に比べて低い酸化還元電位のために前記卑金属が分解し、卑金属の所望の分量が貴金属と置換されるまで、貴金属のガス状化合物（５）と準備パターンの卑金属とを、元素の貴金属と卑金属のガス状化合物（７）とで置換することにより準備パターンに貴金属を入れる
ことを特徴とする貴金属含有パターンの形成方法。
【請求項２】
基板（１）が半導体ウェハであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
卑金属が貴金属とほぼ完全に置換されるまで工程ｃ）を進めることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
貴金属がパターン（２′）上に所定の厚さの層を形成するまで工程ｃ）を進めることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項５】
貴金属が白金、ルテニウム又はイリジウムであることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
卑金属がアルミニウム、タングステン、チタン又はポリシリコンを含んでいることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】
貴金属が白金であり、卑金属がアルミニウムであることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項８】
貴金属及び卑金属のガス状化合物（５、７）がそれぞれ有機金属化合物であることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
【請求項９】
化合物（５、７）がアセチルアセトン酸塩であることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
工程ｃ）を３３０〜４００℃の間の温度の雰囲気で実施することを特徴とする請求項７又は９記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０の１つに記載の方法により形成された少なくとも１つの貴金属含有パターン（２′）を有することを特徴とする半導体デバイス。
【請求項１２】
パターン（２′）が基板と酸化セラミックス材（４′）から成る層間に配置され、その際酸化セラミックス材（４′）が誘電体を形成し、パターン（２′）がコンデンサの電極を形成することを特徴とする請求項１１記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
第２の貴金属含有パターンが酸化セラミックス材上に配置され、コンデンサの第２の電極を形成することを特徴とする請求項１２記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
酸化セラミックス材がストロンチウム−ビスマス−タンタル酸塩、バリウム−ストロンチウム−チタン酸塩又は鉛−ジルコン酸塩−チタン酸塩であることを特徴とする請求項１１乃至１３の１つに記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貴金属含有パターンを例えば半導体ウェハのような基板上に形成する方法、特にμｍ範囲及びそれ以下の細部寸法を有する極めて微細なパターンの形成に関する。更に本発明はこのような貴金属含有パターンを有する半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
数年来半導体工業分野においてはこの種の方法に多大の関心が寄せられている。集積回路の進展する微細化における根本問題はコンデンサの集積にある。コンデンサはその横断面とそれにより覆われる基板表面の容量が比例するので、例えばトランジスタのように微細化することはできない。
【０００３】
この問題を解決するための出発点は、コンデンサの誘電体として遮断して操作されるｐｎ接合又はＭＩＳ又はＭＯＳ技術で常に存在する絶縁層（二酸化シリコン及び／又は窒化シリコン）をもはや使用せずに、比較的高い誘電率を有する物質から成る誘電層を半導体基板上に適切に施すことにある。それには例えば鉛−ジルコン酸塩−チタン酸塩（ＰｂＺｒ1-xＴｉxＯ3、ＰＺＴ）、バリウム−ストロンチウム−チタン酸塩（（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ3）又はストロンチウム−ビスマス−タンタル酸塩（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9）のような特に酸化セラミックス材が考慮に入れられる。例えば誘電率ε＝７を有するＳｉ3Ｎ4の代わりに誘電率ε＝１４００を有するＰＺＴのような材料を使用すれば、容量が同じでも同時に誘電体の層厚を１０倍高め、その破壊挙動を改善することができ、コンデンサの面積を２０分の１に削減することができる。
【０００４】
しかし酸化セラミックス材の加工の際に問題が起こる。これらの物質から成る層はスパッタリング、気相析出又はゾル−ゲル法により形成することができる。析出は酸素含有雰囲気で行われなければならず、またゾル−ゲル層は酸素含有雰囲気で熱処理しなければならない。両方法とも誘電体に接するポリシリコン又はシリサイドから成る電極材を酸化し、それによりその導電率及び全回路の信頼度に悪影響を及ぼす。この問題を解決するために誘電層の熱処理又は析出の際に酸素により腐食されないように電極材として白金を使用することが提案されている。
【０００５】
白金を電極材として使用した場合の重大な欠点は、この方法が微細パターン化に対してはまだ十分なものとはなっていないことにある。ニシカワ（Ｎｉｓｈｉｋａｗａ）その他による「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３２」（１９９３）第６１０２〜６１０８頁には白金層をマイクロ波プラズマ及びエレクトロンサイクロトロン共鳴プラズマでエッチングする方法が記載されている。この文献の著者等は白金をサブミクロメータの精度で加工する場合に生じる特別な困難についても言及している。
【０００６】
白金を高エネルギーイオンにより異方性にエッチングする研究についてはコーファ（Ａ．Ｃｏｆｅｒ）の「ＶＭＩＣコンフェレンス１９９５年」、第６３８頁及びベイル（Ｂ．Ｖａｉｌ）による「テーゲル欧州プラズマ・セミナー議事録（Ｔｅｇｅｌ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｅｍｉｎａｒ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ）１９９５年」第３３頁に記載されている。この方法では６８°までのエッジ急峻度の白金パターンをエッチングすることができる。しかしシリコン及びアルミニウムのような材料で得ることのできる値に比べてこの結果はなお満足できるものではない。
【０００７】
このエッチング方法の問題点は、エッチングされた白金が反応範囲から容易に除去できる揮発性化合物にならずに、かなりの量が再び表面に堆積することにある。この２つの作用は白金をエッチングする際に達成し得る解決方法に制約を与える。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、例えば白金パターンのような貴金属含有パターンを基板上に形成するのに簡単な方法で比較的容易に加工できる材料を得ることに匹敵する新規の方法を提供することにある。
【０００９】
更に本発明の課題はこの種の方法により製造される半導体デバイスを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明の請求項１及び１２の特徴により解決される。
【００１１】
本発明によれば第１の処理工程で基板上にその形状が所望の貴金属含有パターンのそれに相応する卑金属から成る準備パターンを形成する。この準備パターンの形成には任意の良好にコントロールできる従来法を使用することができる。準備パターンを有する基板は完成パターンを形成するか又はこのパターンに含まれるべき貴金属のガス状化合物を含む雰囲気中に入れられる。準備パターンの表面で固体−気相反応が起こり、貴金属と卑金属の異なる結合ポテンシャルにより貴金属が気相から準備パターン上に析出され、準備パターンの卑金属は適当な分量でガス状化合物を形成する。析出された貴金属は準備パターンの内部に拡散し、逆に卑金属が表面に移動し、そこで反応する。このいわば原子と原子に起こる準備パターンと反応ガス雰囲気間の物質交換の際に準備パターンの形状はそのまま保持される。
【００１２】
この交換反応は特に微細なパターンの場合ほぼ全ての卑金属原子がパターンの表面に拡散しそこで消散させられるまで進められるので、卑金属はほぼ完全に貴金属と置換される。しかし所望の酸化耐性を獲得するためには貴金属と卑金属との間に所定の合金比が達成されるだけで十分である。比較的大きなパターンの場合所定の厚さの表面層が貴金属に置換されるだけで十分である。
【００１３】
プロセス温度を介して準備パターン内の原子の拡散速度及び準備パターンの内部への貴金属原子の濃度勾配又は貴金属層の厚さを制御することができる。
【００１４】
貴金属としては例えば白金、ルテニウム及び／又はイリジウムが問題となり、卑金属はマイクロリソグラフィ法でパターン化可能の例えばアルミニウム、タングステン、チタン又はポリシリコンのような任意の金属であってもよい。交換反応のガス状反応体としては有機金属化合物、特にアセチルアセトン酸塩を使用することができる。
【００１５】
本発明による半導体デバイスは本発明方法により形成された単数又は複数の貴金属パターンを有することができる。半導体デバイスが例えばストロンチウム−ビスマス−タンタル酸塩、バリウム−ストロンチウム−チタン酸塩又は鉛−ジルコン酸塩−チタン酸塩から成るコンデンサの誘電体を形成する酸化セラミックス層を有している場合、従来の電極は酸化セラミックス層を形成する際に酸化されることから、コンデンサの電極として貴金属パターンを基板と酸化セラミックス層との間に備える必要がある。
【００１６】
【実施例】
以下に極めて概略的な図１〜７を参照して本発明方法を使用した半導体デバイスの製造工程について記載する。
【００１７】
図１は準備パターン２、例えば蒸着されたアルミニウム層及びフォトレジスト層３を有する半導体ウェハ１の表面の一部の断面を示している。フォトレジスト層３は露光される。露光部分は現像剤により溶解され、フォトレジスト層の露光されていない部分３′はそのまま残っている（図２）。
【００１８】
引続き準備パターン２（この場合もアルミニウム層である）の覆われていない部分が半導体ウェハ１までエッチングされ、残されたフォトレジスト層３′も除去される。半導体ウェハ１上には完成準備パターン２′（この場合アルミニウムから成る）が残っている（図３）。
【００１９】
完成準備パターン２′を有する半導体ウェハ１は約約３５０℃の温度で白金−アセチルアセトン酸塩を含む雰囲気に曝される。図４はその経過プロセスを示している。白金−アセチルアセトン酸塩は１７０℃で昇華し、４２０℃で分解し、即ち選択されたプロセス温度で安定である。このガス状化合物５の分子は準備パターン２′の表面に堆積し、アルミニウムの白金に比べて低い酸化還元電位のために分解する。その際アセチルアセトン酸塩基６はアルミニウム上に移行し、アルミニウムアセチルアセトン酸塩７が形成される。その沸点は３１５℃であり、従って選択されたプロセス温度では同様に気体となり、表面を離れる。
【００２０】
このようにして準備パターン２′の表面は時間の経過と共にアルミニウムが少なくなり、白金が豊富になる。こうして準備パターン２′の表面とその中心部とに濃度勾配が生じる。拡散により白金は準備パターン２′の内部に侵入し、一方アルミニウムはその表面に進みそこで交換される。
【００２１】
層厚数１０ナノメータの微細パターンでは準備パターン２′の形を変えることなくこのようにしてアルミニウムは実質上完全に白金に交換され、又はこの系のアルミニウムと白金の多数の金属間相の１つに適合す合金比が調整される。
【００２２】
比較的層厚が厚く又は比較的低いプロセス温度では拡散プロセスの効率は比較的低い。即ち厚い層では表面層の十分な交換は残存するアルミニウムの中心部が酸化されるのを保護するのに十分であるので、アルミニウムを完全に交換する必要はない。
【００２３】
このようにして予め準備されたウェハ上に酸化セラミックス層４を析出することができ（図５）、これを必要に応じて公知方法でマスキングしエッチングしてコンデンサの誘電体４′を形成する（図６）。
【００２４】
アルミニウムを蒸着し、マスキングし、エッチングする第２の工程サイクルを誘電体４′上に第２の準備パターン２を形成するために行ってもよい（図７）。この準備パターンに白金電極を有する完成集積コンデンサを得るために本発明方法を繰り返し実施する。
【００２５】
或は対電極も全面的に析出し、リフトオフ法でパターン化してもよい。これは特に対電極に比較的細部の少ないパターンが必要な場合に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による準備パターン及びフォトレジスト層を有する半導体ウェハの一部断面図。
【図２】露光されていないフォトレジスト層が残っている半導体ウェハの断面図。
【図３】完成準備パターンを有する半導体ウェハの断面図。
【図４】完成準備パターンを白金アセチルアセトン酸塩を含む雰囲気に曝した工程の説明図。
【図５】完成準備パターンを有する半導体ウェハ上に酸化セラミックス層を析出した断面図。
【図６】更にエッチングした工程の断面図。
【図７】第２の準備パターンを形成するために第２の工程サイクルを実施した半導体ウェハの断面図。
【符号の説明】
１  基板（半導体ウェハ）
２  準備パターン
２′完成準備パターン
３  フォトレジスト層
３′フォトレジスト層の露光されていない部分
４  酸化セラミックス層
４′コンデンサの誘電体
５  貴金属のガス状化合物
６  アセチルアセトン酸塩基
７  アルミニウムアセチルアセトン酸塩
【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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