(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基板に下部Ｐｔ電極、ＰＺＴよりなる強誘電性薄膜及び上部Ｐｔ電極を順次に形成する段階と、
（ｂ）前記上部Ｐｔ電極上にフォトレジスト膜を形成する段階と、
（ｃ）前記フォトレジストを所定の形状にパターニングする段階と、
（ｄ）ＲＦコイルが周囲に巻き取られたプラズマエッチング装置のチャンバ内のホールダに前記基板を装着する段階と、
（ｅ）前記ホールダに所定のＤＣセルフバイアス電圧を印加する段階と、
（ｆ）前記チャンバ内に所定の組成比のＡｒガス、塩素系ガス及びフッ素系ガスの混合ガスを注入する段階と、
（ｇ）前記ＲＦコイルに所定の周波数と電圧のＲＦパワーを印加して前記チャンバ内に誘導性プラズマを発生させる段階と、
（ｈ）前記誘導性プラズマにより前記フォトレジスト膜に覆われない部分から前記上部Ｐｔ電極および前記強誘電性薄膜をエッチングする段階とを含み、
前記上部Ｐｔ電極および前記強誘電性薄膜をエッチングする段階は、
前記混合ガスが前記Ａｒガスに対して０〜１０％の組成比を有するＣｌ２，Ｃ２Ｆ６ガスを前記Ｃｌ２：前記Ｃ２Ｆ６が３：２となるように含み、前記ＲＦパワーが６００Ｗ以上、前記ＤＣセルフバイアス電圧が３００Ｖ以上、前記混合ガスが５ｍＴｏｒｒ以下の圧力となるようにして、前記上部Ｐｔ電極をエッチングし、
前記混合ガスが前記Ａｒガスに対して３０〜４０％の組成比を有するＣｌ２，Ｃ２Ｆ６ガスを前記Ｃｌ２：前記Ｃ２Ｆ６が３：２となるように含み、前記ＲＦパワーが６００Ｗ以下、前記ＤＣセルフバイアス電圧が５００Ｖ以下、前記混合ガスが５ｍＴｏｒｒ以上の圧力となるようにして、前記前記強誘電性薄膜をエッチングすることを特徴とする強誘電性キャパシタの製造方法。
【請求項２】
前記ＲＦパワーの周波数は１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の強誘電性キャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は強誘電性の薄膜を有するキャパシタの製造方法に係り、特にＦＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）にメモリセルとして用いられる強誘電性キャパシタの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強誘電性のキャパシタは電荷の伝達のために伝導性のよい上下電極とこの間の強誘電体を備える。このような強誘電体を用いたキャパシタは先ず基板上に下部電極を形成し、この上に強誘電体を被せ、そしてその上に上部電極を形成した後、所定パターンに加工するようにしている。上部電極を加工するための方法は先ずフォトリソグラフィ法により上部電極上にマスクを形成し、引き続きマスクに覆われない電極の一部位をエッチングする。エッチング法には湿式エッチング、イオンビームエッチング、反応性のイオンエッチング、反応性イオンビームエッチング法などがある。ところが、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング又は反応性イオンビームエッチング工程の場合には上部電極やこの下部の強誘電体の表面または電極と強誘電体の界面にイオンが集中されるようにコアシブ電流（Coercive Current）を増加させる充電現象を誘発させる。
【０００３】
一般に強誘電体物質を加工するのには反応性のイオンエッチング法が、電極の加工にはイオンビームエッチング法が適用されるが、電極の加工のためのイオンビームエッチング法は不活性ガスを利用して物理的に物質を加工する方法である。このようなイオンビームエッチング法はプラズマの密度が低いためにエッチング速度が遅く、物理的な衝撃と充電効果によってキャパシタに損傷を与える。反面、強誘電体物質の加工のために広く用いられる反応性のイオンエッチングもエッチングの速度が遅く、マスク物質として主に用いられているフォトレジストに対する選択度が極めて低いため、金属性のマスクを適用しなければならない欠点がある。したがって、強誘電体物質と電極物質の加工のためにより速いエッチング速度と高い選択度などを与える新たなエッチング方法が求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、強誘電体物質と電極物質のエッチング速度を向上させ各物質に対する選択度を増加させて高密度の強誘電性のキャパシタを製作する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の強誘電性のキャパシタの製造方法は、（ａ）基板に下部Ｐｔ電極、ＰＺＴよりなる強誘電性薄膜及び上部Ｐｔ電極を順次に形成する段階と、（ｂ）前記上部Ｐｔ電極上にフォトレジスト膜を形成する段階と、（ｃ）前記フォトレジストを所定の形状にパターニングする段階と、（ｄ）ＲＦコイルが周囲に巻き取られたプラズマエッチング装置のチャンバ内のホールダに前記基板を装着する段階と、（ｅ）前記ホールダに所定のＤＣセルフバイアス電圧を印加する段階と、（ｆ）前記チャンバ内に所定の組成比のＡｒガス、塩素系ガス及びフッ素系ガスの混合ガスを注入する段階と、（ｇ）前記ＲＦコイルに所定の周波数と電圧のＲＦパワーを印加して前記チャンバ内に誘導性プラズマを発生させる段階と、（ｈ）前記誘導性プラズマにより前記フォトレジスト膜に覆われない部分から前記上部Ｐｔ電極および前記強誘電性薄膜をエッチングする段階とを含み、前記上部Ｐｔ電極および前記強誘電性薄膜をエッチングする段階は、前記混合ガスが前記Ａｒガスに対して０〜１０％の組成比を有するＣｌ２，Ｃ２Ｆ６ガスを前記Ｃｌ２：前記Ｃ２Ｆ６が３：２となるように含み、前記ＲＦパワーが６００Ｗ以上、前記ＤＣセルフバイアス電圧が３００Ｖ以上、前記混合ガスが５ｍＴｏｒｒ以下の圧力となるようにして、前記上部Ｐｔ電極をエッチングし、前記混合ガスが前記Ａｒガスに対して３０〜４０％の組成比を有するＣｌ２，Ｃ２Ｆ６ガスを前記Ｃｌ２：前記Ｃ２Ｆ６が３：２となるように含み、前記ＲＦパワーが６００Ｗ以下、前記ＤＣセルフバイアス電圧が５００Ｖ以下、前記混合ガスが５ｍＴｏｒｒ以上の圧力となるようにして、前記前記強誘電性薄膜をエッチングすることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施例をさらに詳細に説明する。
【０００９】
本発明の製造方法は既存の製造方法とその工程順序においては同様である。
【００１０】
図１に示したように、シリコン基板１０の上にＳｉＯ2 絶縁層２０を形成する。この絶縁層２０はＦＲＡＭから求められたその下部の素子、例えばトランジスタ（図示せず）との電気的絶縁のためのものである。
【００１１】
絶縁層２０が形成されれば、後述するＰｔ下部電極４０の接着性強化のための接着層３０を図２に示したように、Ｔｉなどの素材で形成する。
【００１２】
図３に示したように、接着層３０の上に下部電極４０をＰｔを蒸着して形成する。下部電極４０を形成する方法としては一般的なＤＣマグネトロンスパッタリング蒸着法が適用される。
【００１３】
図４に示したように前記下部電極４０の上に強誘電体層５０を形成する。この強誘電体層５０はＰＺＴ（ＰｂＺｒX Ｔｉ1-X Ｏ3 ），Ｙ１series（ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ），ＢＳＴ（Ｂａx Ｓｒ1-x ＴｉＯ3 ）などの素材が使用されることができ、積層工程はゾル・ゲル(sol−gel)法に依存する。この積層工程においてはスピンコータによる強誘電体溶液の塗布、所定温度帯でのベーキング過程を数回繰り返しながら、最終的にアニーリング工程を経て所望の強誘電層を形成する。
【００１４】
図５に示したように前記強誘電体層５０の上にＰｔ上部電極６０を形成する。この上部電極６０の形成は前記下部電極４０の形成工程と同様の蒸着法が適用される。
【００１５】
上部電極６０の形成が完了すれば、フォトリソグラフィ法によるパターニングのために先ず図６に示したようにフォトレジスト層７０を形成し、目的の形状にパターニングする。
【００１６】
そして、図７に示したように、パターニングされたフォトレジスト層７０をマスクとして適用して高密度で誘導されたプラズマを利用したエッチング法によって下部電極４０上の強誘電層５０までエッチングして目的のキャパシタを得る。
以上の構造において、前記強誘電体層５０、上下部電極４０，６０の間には導電性酸化物電極、例えばＲｕＯx 電極が介されうる。そして、反応ガスとしては塩素系ガスとフッ素系ガスの混合ガスを使用する。塩素系ガスとしてはＣＦ4 ，ＣＨＦ3 ，Ｃ2 Ｆ6 、フッ素系ガスとしてはＣＣｌ2 Ｆ2 とＣＨＣｌＦＣＦ3 などがある。しかしながら、望ましくは反応ガスをＣｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 の混合ガスを用いる。
【００１７】
以下、高密度で誘導されたプラズマエッチング法による実験結果は次の通りである。
【００１８】
先ず、プラズマエッチング装置内のホールダにエッチング対象であるウェーハを装着する。この際にホールダの温度を１０℃程度に保たせる。そして、プラズマエッチングのためのチャンバを先ず真空状態に維持させた状態で反応ガスであるＡｒ，Ｃ2 Ｆ6 ，Ｃｌ2 ガスを注入しながらプラズマを発生させてエッチングする。この際、チャンバの周囲を取り囲んでいる磁気場形成装置、即ちＲＦコイルには１３．５６ＭＨｚのパルスを６００Ｗ程度のパワーで印加し、ホールダのバイアス電圧は−３００Ｖとする。よく知られたようにホールダのバイアスのため、ホールダに直接的に直流電圧が加えられ、第２のＲＦパワーを印加することもできる。一方、チャンバは電気的に浮遊状態とすることが望ましい。かつ、プラズマの密度は１０11／ｃｍ3 とする。
【００１９】
図８は反応ガス含量比の変化による各層別のエッチング速度を示す。
【００２０】
ここで、トータルガスが２５ｓｃｃｍであって、Ａｒガスに対するＣｌ2 ガスとＣ2 Ｆ6 ガスの含量を変化させ、Ｃｌ2 ガスとＣ2 Ｆ6 ガスの比は３：２とした場合である。図８において、（ａ）はフォトレジストのエッチング速度の変化、（ｂ）はＰＺＴ、そして（ｃ）はＰｔ下部電極のエッチング速度の変化を示す（以下の図面においても同様）。示したように、純粋アルゴンガスのみが使用された場合にＰｔ電極のエッチング速度が最も速く、ＰＺＴのエッチング速度は約６０％程度で最も速く、Ｐｔに対するＰＺＴの選択度は約４０％で最も高い。かつ、Ｃｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 混合ガスの濃度が１０％以下のとき、Ｐｔのエッチング速度はＰＺＴに比して高くなる。
【００２１】
図９はＡｒガスに対して１０％のＣｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 混合ガスが混合された状態で、ＲＦコイルに印加されるパワーの変化によるエッチング速度の変化を示す。示したように、コイルのパワーの増加によりＰｔとＰＺＴ薄膜のエッチング速度は速くなり、ＰＺＴよりＰｔ薄膜のエッチング速度がさらに速くなることによりＰｔに対するＰＺＴの選択度は徐々に減少する。そして、６００Ｗ以上のＲＦパワーでＰｔのエッチング速度はＰＺＴに比して高くなる。
【００２２】
図１０はＡｒガスに１０％のＣｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 混合ガスが混合された状態で、ホールダのバイアス電圧の変化によるエッチング率の変化を示す。示したように、バイアス電圧が３００Ｖの付近でＰｔとＰＺＴのエッチング率は類似であり、ＤＣバイアス電圧が３００Ｖ以上に増加することによりＰｔ薄膜のエッチング速度が速くなり、Ｐｔに対するＰＺＴの選択度は減少した。
【００２３】
一方、図１１はガス圧力変化によるエッチング速度の変化を示す。この際にガス分布はＡｒ：Ｃｌ2 ：Ｃ2 Ｆ6 が２２．５：１．５：１（ｓｃｃｍ）であり、ＲＦコイルには６００Ｗの電力を供給し、そしてホールダのバイアス電圧は−３００Ｖとした。示したように、圧力が増えるほどＰｔ薄膜のエッチング速度は急激に落ちるが、ＰＺＴのエッチング速度はあまり変わらない。したがって、以上のような第１実施例の実験結果から分るように、Ｐｔ／ＰＺＴ／Ｐｔ強誘電体キャパシタの製造においてＰｔ上部電極のエッチングのためにＰＺＴに対するＰｔの選択度を高めるための条件は、０乃至１０％のＣｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 混合ガスが含まれたアルゴンガス雰囲気下でコイルのパワーを６００Ｗ以上に調節し、ＤＣバイアス電圧は３００Ｖ以上、ガス圧力は５ｍｔｏｒｒ以下を保つことである。
【００２４】
図１２乃至図１４はＣｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 混合ガスをＡｒガスに対して３０％を混合した場合のエッチング速度を示す。図１２はコイルに対するＲＦパワーの変化によるエッチング速度の変化を示す。図１２に示したように、ＲＦパワーの増加によりＰＺＴ、Ｐｔのエッシング速度が速くなり、反面にＰｔに対するＰＺＴの選択度は減少する。
【００２５】
図１３はホールダのＤＣバイアス電圧の変化によるエッチング速度の変化を示す。図１３に示したように、ＤＣバイアス電圧の増加によりＰＺＴ、Ｐｔのエッチング速度は速くなり、Ｐｔに対するＰＺＴの選択度は減少する。
【００２６】
図１４はガス圧力の変化によるエッチング速度の変化を示す。図１４に示したように、ガス圧力の増加によりＰＺＴのエッチング速度が徐々に落ち、反面にＰｔのエッチング速度は急激に落ち、Ｐｔに対するＰＺＴの選択度は増加する。
【００２７】
以上のような第２実施例の実験結果から分るように、３０乃至４０％のＣｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 混合ガスの含まれたアルゴンガス雰囲気中でコイルのパワーを６００Ｗ以下に調節し、ＤＣセルフバイアス電圧は５００Ｖ以下、そしてガス圧力は５ｍＴｏｒｒ以上に保つことが最適のエッチング条件である。
【００２８】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明の製造方法によると、強誘電体物質と電極物質のエッチング速度を著しく増加させ、特にフォトレジストによる強誘電体物質と電極物質の選択度を向上させ得ることにより、フォトレジストをマスク物質として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による一実施の形態の製造工程を工程順に説明するための図面である。
【図２】  図１に続く製造工程の図面である。
【図３】  図２に続く製造工程の図面である。
【図４】  図３に続く製造工程の図面である。
【図５】  図４に続く製造工程の図面である。
【図６】  図５に続く製造工程の図面である。
【図７】  図６に続く製造工程の図面である。
【図８】  反応ガス含量比の変化による各層別のエッチング率を示す。
【図９】  ３：２の混合比のＣｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 混合ガスをアルゴンガスに対して１０％を混合した状態でＲＦコイルに印加されるパワーの変化によるエッチング率の変化を示す。
【図１０】  ３：２の混合比のＣｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 混合ガスをアルゴンガスに対して１０％を混合した状態でホールダのバイアス電圧の変化によるエッチング率の変化を示す。
【図１１】  ３：２の混合比のＣｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 混合ガスをアルゴンガスに対して１０％を混合した状態でガス圧力の変化によるエッチング率の変化を示す。
【図１２】  ３：２の混合比のＣｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 混合ガスをアルゴンガスに対して３０％を混合した状態でＲＦコイルに印加されるパワーの変化によるエッチング率の変化を示す。
【図１３】  ３：２の混合比のＣｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 混合ガスをアルゴンガスに対して３０％を混合した状態でホールダのバイアス電圧の変化によるエッチング率の変化を示す。
【図１４】  ３：２の混合比のＣｌ2 ＋Ｃ2 Ｆ6 混合ガスをアルゴンガスに対して３０％を混合した状態でガス圧力の変化によるエッチング率の変化を示す。
【符号の説明】
１０  シリコンウェーハ
２０  絶縁層
３０  接着層
４０  下部電極
５０  強誘電体層
６０  上部電極
７０  フォトレジスト層
【図１】
0003954667.tif 000002
【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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【図１３】
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【図１４】
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