JP2001313282A

JP2001313282A - Method of dry etching

Info

Publication number: JP2001313282A
Application number: JP2000128792A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Maejima; 幸彦前島
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-09

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To surely remove non-volatile reaction products re-adhering on the side wall of an etching mask layer after etching a material that is hard to etch such as a noble metal or the like. SOLUTION: An organic substance film 13 and a TiN layer 14 to be a hard mask are stacked in this order on an Ir layer 12 (c). The stacked layers are dry etched using a photoresist film 15 for the mask (e). The photoresist film 15 is removed (f). Dry etching of the Ir layer 12 is carried out using an oxygen- containing gas (h). Since the organic substance film 13 is side-etched by this dry etching, the side-wall re-adhering layer composed of the reaction products is not generated on the side wall of the organic-substance film layer. By subsequently carrying out an ashing process, only the organic-substance film layer is etched off, and the TiN layer which has served for the mask is easily removed. As a result, only the patterned material that has been subjected to the etching remains (j).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ドライエッチング
方法に関し、特に、Ｉｒ等からなる貴金属材料膜やＰｂ
（Ｚｒ_1-x Ｔｉ_x ）Ｏ₃ 等の強誘電体膜、フェライト系
強磁性体膜のようにドライエッチングが困難な材料の膜
のドライエッチング方法に関する関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method and, more particularly, to a noble metal material film made of Ir or the like and Pb.
The present invention relates to a method for dry-etching a film of a material which is difficult to dry-etch, such as a ferroelectric film such as (Zr _1-x Ti _x ) O ₃ and a ferrite-based ferromagnetic film.

【０００２】[0002]

【従来の技術】強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）のメモリ
セル・キャパシタの誘電体にはＰｂ（Ｚｒ_1-x Ｔｉ_X ）
Ｏ₃ 等が用いられ、また、４ギガビット以上の集積度を
有するＤＲＡＭには、その誘電体として（Ｂａ_x Ｓｒ
_1-x ）ＴｉО₃ 等が用いられているが、それらキャパシ
タの電極材料として、前者についてはＰｔやＩｒ等の貴
金属が、後者についてもＰｔ等が用いられている。高集
積化のためには、これら電極材料や誘電体材料の微細加
工が必要であるが、これらの電極材料や誘電体材料は反
応性が低いため反応性のドライエッチングで加工するこ
とが困難である。ドライエッチングは通常Ｃｌ、Ｂｒ、
Ｆを含むガスを用いたプラズマ中で行われるが、例え
ば、Ｉｒの反応生成物であるＩｒＣｌは常温での蒸気圧
が１．３Ｐａ（１０^-2Ｔｏｒｒ）以下と低いため、これ
らが気化してエッチングがスムーズに進行する状況には
ならないからである。これは、例えばＡｌの反応生成物
であるＡｌＣｌの蒸気圧が常温で１３０００Ｐａ（１０
² Ｔｏｒｒ）以上あるためドライエッチングが容易であ
ることと対照的である。また、ＩｒやＰｔはそれら自体
の反応性が低いため、反応性ガス中のイオンによってス
パッタエッチされるという効果が大きい。そのため、こ
れらの貴金属のエッチングには、実用的なエッチレート
が得られるガスであるＣｌ₂等と、スパッタエッチ効果
を利用できるＡｒとの混合ガスを用いた反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ＝ｒｅａｃｔｉｖｅｉｏｎｅｔｃ
ｈｉｎｇ）が一般的に採用されている。この際、エッチ
ングマスクとしてやフォトレジストやＴｉＮ等を用いた
ハードマスクが用いられる。2. Description of the Related Art Pb (Zr _{1 -x} Ti _x ) is used as a dielectric of a memory cell capacitor of a ferroelectric memory (FeRAM).
O ₃ or the like is used, also, the DRAM having 4 gigabits degree of integration, as its dielectric (Ba _x Sr
_1-x) is TiO ₃ or the like is used as an electrode material thereof capacitors, noble metals such as Pt and Ir for the former is, Pt or the like is used also for the latter. For high integration, fine processing of these electrode materials and dielectric materials is necessary. However, these electrode materials and dielectric materials have low reactivity and are difficult to process by reactive dry etching. is there. Dry etching is usually Cl, Br,
The reaction is performed in a plasma using a gas containing F. For example, IrCl, which is a reaction product of Ir, has a low vapor pressure at room temperature of 1.3 Pa (10 ^-2 Torr) or less. This is because the etching does not proceed smoothly. This is because, for example, the vapor pressure of AlCl, a reaction product of Al, is 13,000 Pa (10
² Torr) or more, which is in contrast to easy dry etching. In addition, Ir and Pt have low reactivity, and therefore have a great effect of being sputter-etched by ions in the reactive gas. For this reason, reactive ion etching (RIE = reactive ion etc) using a mixed gas of Cl ₂ or the like, which is a gas capable of obtaining a practical etch rate, and Ar capable of utilizing a sputter etch effect is used for etching these noble metals.
hing) is generally adopted. At this time, a hard mask using a photoresist, TiN, or the like is used as an etching mask.

【０００３】図３は、レジストマスクを用いた従来のエ
ッチング方法を示す工程順の断面図である。まず、図３
（ａ）に示すように、下地となるシリコン酸化膜等から
なる層間絶縁膜１１上に、被エッチング層であるＩｒ層
１２を堆積し、次いで、図３（ｂ）に示すように、Ｉｒ
層１２上にフォトレジスト膜１５を形成する。次に、図
３（ｃ）に示すように、Ｃｌ₂とＡｒの混合ガスを用い
て反応性イオンエッチングを行う。この場合のレジスト
膜の厚さは１μｍ程度である。そして、図３（ｄ）に示
すように、Ｉｒ層１２のエッチングが終了した後に、図
３（ｅ）に示されるように、酸素プラズマ中でアッシン
グ処理を行ってフォトレジスト膜１５を除去する。FIG. 3 is a sectional view showing a conventional etching method using a resist mask in the order of steps. First, FIG.
As shown in FIG. 3A, an Ir layer 12 to be etched is deposited on an interlayer insulating film 11 made of a silicon oxide film or the like serving as a base, and then, as shown in FIG.
A photoresist film 15 is formed on the layer 12. Next, as shown in FIG. 3C, reactive ion etching is performed using a mixed gas of Cl ₂ and Ar. In this case, the thickness of the resist film is about 1 μm. Then, as shown in FIG. 3D, after the etching of the Ir layer 12 is completed, as shown in FIG. 3E, the photoresist film 15 is removed by performing an ashing process in oxygen plasma.

【０００４】図４は、ＴｉＮハードマスクを用いた従来
のエッチング方法を示す工程順の断面図である。図４
（ａ）は図３（ａ）と同じである。図４（ｂ）に示すよ
うに、Ｉｒ層１２上にハードマスクとなるＴｉＮ層１４
を成膜した後、図４（ｃ）に示すように、ＴｉＮ層１４
上にフォトレジスト膜１５を形成する。次に、図４
（ｄ）に示すように、例えばＣＦ₄ ガス等を用いた反応
性イオンエッチングにより、ＴｉＮ層１４をパターニン
グする。次いで、図４（ｅ）に示すように、レジスト膜
１５をアッシング除去する。その後、図４（ｆ）、
（ｇ）に示すように、例えば、Ｃｌ₂ とＡｒとＯ₂ の混
合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、Ｉｒ層
１２をパターニングする。この場合のＴｉＮマスクの厚
さは２００ｎｍ程度である。FIG. 4 is a sectional view showing a conventional etching method using a TiN hard mask in the order of steps. FIG.
(A) is the same as FIG. 3 (a). As shown in FIG. 4B, a TiN layer 14 serving as a hard mask is formed on the Ir layer 12.
After the film is formed, as shown in FIG.
A photoresist film 15 is formed thereon. Next, FIG.
As shown in (d), the TiN layer 14 is patterned by, for example, reactive ion etching using CF ₄ gas or the like. Next, as shown in FIG. 4E, the resist film 15 is removed by ashing. Then, FIG.
As shown in (g), for example, the Ir layer 12 is patterned by reactive ion etching using a mixed gas of Cl ₂ , Ar, and O ₂ . In this case, the thickness of the TiN mask is about 200 nm.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のエッチ
ング方法では、図３（ｃ）〜（ｅ）にその断面形状を示
したように、エッチングにおける反応生成物やスパッタ
エッチされた貴金属の混合物が、レジストマスクの側壁
に再付着して、いわゆる側壁再付着層１６が形成され
る。その要因は、貴金属Ｉｒやそれとの反応生成物であ
るＩｒＣｌ等の蒸気圧が極めて低く揮発しにくいことで
ある。更にこの付着層は、図３（ｅ）に示すように、フ
ォトレジストのアッシング処理によっても除去されな
い。この付着層を除去するために、図５（ａ）〜（ｃ）
に示すように、例えば、ブラシスクラブ等の機械的除去
方法が行なわれている。しかし、図５（ｃ）に示される
ように、部分的に除去することは可能であるが、完全に
除去することは不可能である。その結果、以降の工程で
ある貴金属層を下部電極として誘電体層を成膜した際
に、形状不良となり、キャパシタにショートを発生さ
せ、デバイスの歩留低下の原因となる。In the above-mentioned conventional etching method, as shown in FIGS. 3 (c) to 3 (e), the reaction products in the etching and the mixture of sputter-etched noble metals are shown in FIG. Is re-attached to the side wall of the resist mask to form a so-called side wall re-adhesion layer 16. The reason is that the vapor pressure of the noble metal Ir and the reaction product thereof, such as IrCl, is extremely low and is difficult to volatilize. Further, as shown in FIG. 3E, the adhesion layer is not removed by ashing of the photoresist. In order to remove this adhesion layer, FIGS.
As shown in FIG. 1, for example, a mechanical removal method such as a brush scrub is performed. However, as shown in FIG. 5C, partial removal is possible, but complete removal is not possible. As a result, when the dielectric layer is formed using the noble metal layer as the lower electrode in the subsequent steps, the shape becomes defective, a short circuit occurs in the capacitor, and the device yield is reduced.

【０００６】レジストマスクに側壁再付着層を生じさせ
ないために、例えば、Ｃｌ₂とＡｒの混合ガスにおいて
Ｃｌ₂ガスの流量を増やすことも有効である。この場
合、図６に示すように、レジストとＣｌ₂ガスとの化学
反応が促進されるため、エッチング中にレジストマスク
５も横方向にエッチされ、テーパー形状になって側壁に
は再付着層ができにくいか、あるいは再付着層が再エッ
チングされ易い形状になる。この時、再付着層を生じな
いテーパー角は約６０°以下である。この際、Ｉｒ層１
２も同様にテーパー化される。しかし、例えば、Ｉｒ層
の厚さが２００ｎｍの場合には、テーパー化した部分の
寸法が１００ｎｍ以上なり、これ以下の微細加工には、
この方法は不適である。In order not to cause sidewall redeposition layer with the resist mask, for example, it is effective to increase the flow rate of the Cl ₂ gas in the mixed gas of Cl ₂ and Ar. In this case, as shown in FIG. 6, since the chemical reaction between the resist and the Cl ₂ gas is promoted, the resist mask 5 is also etched in the lateral direction during the etching, and becomes tapered to form a redeposition layer on the side wall. It is difficult to form, or the re-adhesion layer has a shape that is easily etched again. At this time, the taper angle at which no re-adhesion layer is formed is about 60 ° or less. At this time, the Ir layer 1
2 is likewise tapered. However, for example, when the thickness of the Ir layer is 200 nm, the dimension of the tapered portion is 100 nm or more, and for fine processing below this,
This method is not suitable.

【０００７】一方、ハードマスクとしてＴｉＮ層１４を
用いた場合、Ｉｒ層をキャパシタの下部電極として用い
るために、マスクであるＴｉＮ層を除去する必要がある
が、これを下地層である酸化膜と選択性よくエッチング
することは困難である。ＴｉＮ層の除去にウェットエッ
チングを用いることも可能であるが、ＴｉＮ層を除去で
きたとしても、ＴｉＮ層１４の側面には側壁再付着層１
６が形成されており、この側壁再付着層１６はＴｉＮ層
除去後にも残るため、歩留り低下の原因となることには
変わりがない。以上のように、従来のエッチング方法で
は、貴金属等の難エッチング性の材料の微細加工を歩留
りよく行うことは極めて困難である。よって、本発明の
解決すべき課題は、第１に、難エッチング材料のパター
ニング後に突起した側壁再付着層が形成されないように
することであり、第２に、ハードマスクを簡易に除去で
きるようにすることである。On the other hand, when the TiN layer 14 is used as a hard mask, it is necessary to remove the TiN layer as a mask in order to use the Ir layer as a lower electrode of the capacitor. It is difficult to etch with good selectivity. Although it is possible to use wet etching to remove the TiN layer, even if the TiN layer can be removed, the side wall re-adhesion layer 1
6 is formed, and the sidewall re-adhesion layer 16 remains after the removal of the TiN layer, so that it still causes a decrease in yield. As described above, in the conventional etching method, it is extremely difficult to perform fine processing of a difficult-to-etch material such as a noble metal with a high yield. Therefore, the problem to be solved by the present invention is firstly to prevent the formation of the projected side wall re-adhesion layer after patterning of the hard-to-etch material, and secondly, to make it possible to easily remove the hard mask. It is to be.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、（１）下地層上に被エッチング材
料層、パッド材料層、ハードマスク層を順次堆積する工
程と、（２）所定のパターンのレジスト膜を形成し、こ
れをマスクとして前記ハードマスク層と前記パッド材料
層をパターニングする工程と、（３）前記ハードマスク
層をマスクとして、前記パッド材料層の側面がエッチン
グされる条件にて、前記被エッチング材料層を異方性の
あるドライ法でエッチングする工程と、（４）前記パッ
ド材料層を除去する工程と、を有することを特徴とする
ドライエッチング方法、が提供される。According to the present invention, there is provided, according to the present invention, (1) a step of sequentially depositing a material layer to be etched, a pad material layer, and a hard mask layer on an underlayer; 2) forming a resist film having a predetermined pattern and patterning the hard mask layer and the pad material layer using the resist film as a mask; and (3) etching the side surface of the pad material layer using the hard mask layer as a mask. And (4) removing the pad material layer under the conditions to be etched by an anisotropic dry method. Provided.

【０００９】［作用］本発明のエッチング方法によれ
ば、まず、被エッチング材料層上に、パッド材料層、ハ
ードマスク層を成膜した〔第（１）工程〕後に、これら
ハードマスク層、パッド材料層をパターニングする〔第
（２）工程〕。その後、パッド材料層をサイドエッチで
きるガス種を含むガスを用いて、被エッチング材料層を
ドライエッチングする〔第（３）工程〕。この被エッチ
ング材料層のエッチングを行う第（３）工程において
は、パッド材料層はサイドエッチされるため、再付着物
はハードマスク層の側面には成長するが、パッド材料層
側面には成長しない。被エッチング材料層のパターニン
グの終了後に、残余のパッド材料層を除去する〔第
（４）工程〕。このとき、ハードマスク層はその側面に
形成された側面再付着物ごとリフトオフされ、基板上に
はパターニングされた被エッチング材料層のみが残され
る。すなわち、この本発明によるエッチング方法によれ
ば、突起した側壁再付着物の発生を防止して歩留りの低
下を招くことを回避できる、難エッチング性の被エッチ
ング材料層のパターニングが可能になる。According to the etching method of the present invention, first, a pad material layer and a hard mask layer are formed on the material layer to be etched [Step (1)]. The material layer is patterned [step (2)]. Thereafter, the material layer to be etched is dry-etched by using a gas containing a gas species capable of side-etching the pad material layer [step (3)]. In the third step of etching the material layer to be etched, the pad material layer is side-etched, so that the re-deposit grows on the side surface of the hard mask layer but does not grow on the side surface of the pad material layer. . After the patterning of the material layer to be etched is completed, the remaining pad material layer is removed [step (4)]. At this time, the hard mask layer is lifted off together with the side surface re-deposits formed on the side surface, leaving only the patterned material layer to be etched on the substrate. That is, according to the etching method of the present invention, it becomes possible to pattern the hardly-etched material layer to be etched, which can prevent the occurrence of the projected side wall reattachment and prevent the yield from being lowered.

【００１０】[0010]

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態を説
明するための工程順の断面図である。まず、下地層１上
に、難エッチング材料からなる被エッチング材料層を形
成する。ここで、下地層１は、絶縁層、導電膜あるいは
その複合体である。また、被エッチング材料層２の材料
としては、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属材料、Ｐ
ｂ（Ｚｒ_1-x Ｔｉ_x ）Ｏ₃ 、ＳｒＢｉ₂ Ｔａ₂Ｏ₉等の強
誘電体材料、（Ｂａ_xＳｒ_1-x）ＴｉＯ₃等の高融電率材
料、または、フェライト系ないしＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏを含
むメタル系強磁性体材料の中の何れかが想定されてい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a sectional view in the order of steps for explaining an embodiment of the present invention. First, an etching target material layer made of a difficult-to-etch material is formed on the underlayer 1. Here, the underlayer 1 is an insulating layer, a conductive film, or a composite thereof. Examples of the material of the material layer 2 to be etched include noble metal materials such as Pt, Ir, Au, Ag, and the like.
_{_{b (Zr 1-x Ti x}} ) O 3, SrBi 2 Ta 2 O 9 ferroelectric material such _{_{as, (Ba x Sr 1-x}} ) KoToru conductivities material ₃ such as TiO or ferritic or Fe, Any of metal-based ferromagnetic materials including Ni and Co is assumed.

【００１１】被エッチング材料層２上に、パッド材料層
３を被着する。パッド材料層３の材料条件は、被エッチ
ング材料層２のドライエッチング時にサイドエッチング
が可能であり、かつ、このとき下地層および上層のハー
ドマスク層との間に選択性を確保できることである。こ
の条件を満たせば、ＳＯＧ（ｓｐｉｎｏｎｇｌａｓ
ｓ）等の無機膜を用いることもできる。しかし、エッチ
ングガスに酸素を添加することにより簡単にサイドエッ
チを行うことのでき、かつエッチングの選択性を確保で
きる有機材料膜が有利に利用される。有機材料として
は、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド、フォ
トレジスト等を用いることができる。これらの前駆体を
例えばスピン法を用いて塗布し、硬化させる。その上
に、ハードマスク層４を形成する。ハードマスク層４
は、スパッタ法やＣＶＤ法を用いてＴｉＮ、Ｔｉ、Ｓｉ
Ｏ₂、ＳｉＮ等を堆積することにより形成することがで
きる。次に、図１（ｂ）に示すように、ハードマスク層
４上にフォトリソグラフィ法等を用いて所定のパターン
のレジスト膜５を形成する。A pad material layer 3 is deposited on the material layer 2 to be etched. The material condition of the pad material layer 3 is that side etching can be performed at the time of dry etching of the material layer 2 to be etched, and at this time, selectivity between the underlying layer and the upper hard mask layer can be ensured. If this condition is satisfied, SOG (spin on glass)
An inorganic film such as s) can also be used. However, an organic material film that can easily perform side etching by adding oxygen to an etching gas and that ensures etching selectivity is advantageously used. Benzocyclobutene (BCB), polyimide, photoresist, or the like can be used as the organic material. These precursors are applied by using, for example, a spin method and are cured. The hard mask layer 4 is formed thereon. Hard mask layer 4
Are made of TiN, Ti, Si using a sputtering method or a CVD method.
It can be formed by depositing O ₂ , SiN or the like. Next, as shown in FIG. 1B, a resist film 5 having a predetermined pattern is formed on the hard mask layer 4 by using a photolithography method or the like.

【００１２】続いて、図１（ｃ）に示すように、レジス
ト膜５をマスクとして、異方性のエッチング方法により
ハードマスク層４とパッド材料層３とをパターニングす
る。このエッチング方法としては反応性イオンエッチン
グ法を用いることができる。そして、ハードマスク層４
とパッド材料層３とをそれぞれ異なる条件でエッチング
することができるが、同一ガスを用いて同一条件にてエ
ッチングするようにすることもできる。そのエッチング
ガスには、ＣＦ₄ 、ＣＨＦ₃ を用いることができる。次
に、図１（ｄ）に示すように、レジスト膜５を酸素プラ
ズマまたは剥離液を用いて除去する。なお、この工程は
必須のものではない。次いで、図１（ｅ）、（ｅ′）に
示すように、レジスト膜５を除去した後若しくはレジス
ト膜５を除去することなく、ハードマスク層４をマスク
として、異方性のドライエッチングにより被エッチング
材料層２をパターニングする。このとき、パッド材料層
３がサイドエッチされる条件が選択される。この条件で
エッチングを行うとき、ハードマスク層４（またはハー
ドマスク層４およびレジスト膜５）の側面には側壁再付
着層６が堆積するが、パッド材料層３の側面には再付着
物は付着しない。パッド材料層が有機膜であるとき、こ
のエッチングは酸素を含むエッチングガスを用いた反応
性イオンエッチングにて行うことができる。Subsequently, as shown in FIG. 1C, the hard mask layer 4 and the pad material layer 3 are patterned by the anisotropic etching method using the resist film 5 as a mask. As this etching method, a reactive ion etching method can be used. Then, the hard mask layer 4
Although the pad and the pad material layer 3 can be etched under different conditions, they can be etched under the same conditions using the same gas. CF ₄ and CHF ₃ can be used as the etching gas. Next, as shown in FIG. 1D, the resist film 5 is removed using oxygen plasma or a stripper. This step is not essential. Then, as shown in FIGS. 1E and 1E, after the resist film 5 is removed or without removing the resist film 5, the hard mask layer 4 is used as a mask to perform anisotropic dry etching. The etching material layer 2 is patterned. At this time, a condition under which the pad material layer 3 is side-etched is selected. When etching is performed under these conditions, the side wall re-deposition layer 6 is deposited on the side surfaces of the hard mask layer 4 (or the hard mask layer 4 and the resist film 5), but the re-deposit is deposited on the side surfaces of the pad material layer 3. do not do. When the pad material layer is an organic film, this etching can be performed by reactive ion etching using an etching gas containing oxygen.

【００１３】続いて、図１（ｆ）に示すように、パッド
材料層３を化学的な手段によって除去することにより、
ハードマスク層４（またはハードマスク層４およびレジ
スト膜５）をその側面に堆積した側壁再付着層６ごとリ
フトオフする。このパッド材料層の除去には、パッド材
料層が有機膜であるとき、酸素プラズマエッチングを用
いることができる。あるいは剥離液、ヒドラジン溶液等
を用いるウェット法を採用することもできる。さらに
は、膨潤させて除去することもできる。その後、必要に
応じて、ブラシスクラブや高圧水の噴射等の処理を行う
ことができる。また、これらの処理を併用することもで
きる。Subsequently, as shown in FIG. 1F, the pad material layer 3 is removed by chemical means,
The hard mask layer 4 (or the hard mask layer 4 and the resist film 5) is lifted off together with the side wall redeposition layer 6 deposited on the side surface. When removing the pad material layer, when the pad material layer is an organic film, oxygen plasma etching can be used. Alternatively, a wet method using a stripper, a hydrazine solution, or the like can be employed. Furthermore, it can be removed by swelling. Thereafter, if necessary, a process such as brush scrub or injection of high-pressure water can be performed. Further, these treatments can be used in combination.

【００１４】[0014]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図２（ａ）〜（ｇ）は、本発明
の一実施例のエッチング方法を工程順に示した断面図で
ある。まず、図２（ａ）に示すように、下地層である膜
厚約５００ｎｍの酸化シリコンからなる層間絶縁膜１１
上に、被エッチング層であるＩｒ層１２をスパッタ法に
より１００ｎｍの膜厚に堆積する。次に、図２（ｂ）に
示すように、Ｉｒ層１２上に、ＢＣＢを含む有機材溶液
をスピナを用いて塗布した後、３００℃程度の熱処理を
行って、厚さ１００ｎｍのＢＣＢ膜１３を成膜する。次
いで、図２（ｃ）に示すように、ＢＣＢ膜１３の上にハ
ードマスクとなるＴｉＮ層１４を、例えばＤＣスパッタ
法により２００ｎｍの膜厚に成膜する。そして、図２
（ｄ）に示すように、ＴｉＮ層１４の上に通常のフォト
リソグラフィ法を用いて所定のパターンの厚さ１．２μ
ｍのフォトレジスト膜１５を形成する。Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 2A to 2G are sectional views showing an etching method according to an embodiment of the present invention in the order of steps. First, as shown in FIG. 2A, an interlayer insulating film 11 made of silicon oxide having a thickness of about 500 nm as a base layer.
On top, an Ir layer 12 to be etched is deposited to a thickness of 100 nm by a sputtering method. Next, as shown in FIG. 2B, an organic material solution containing BCB is applied on the Ir layer 12 by using a spinner, and then a heat treatment at about 300 ° C. is performed to form a BCB film 13 having a thickness of 100 nm. Is formed. Next, as shown in FIG. 2C, a TiN layer 14 serving as a hard mask is formed on the BCB film 13 to a thickness of 200 nm by, for example, DC sputtering. And FIG.
As shown in (d), a predetermined pattern thickness of 1.2 μm is formed on the TiN layer 14 by using a normal photolithography method.
Then, a m-th photoresist film 15 is formed.

【００１５】次に、図２（ｅ）に示すように、フォトレ
ジスト膜１５をマスクとしてＴｉＮ層１４とＢＣＢ膜１
３をエッチングする。このエッチングは、例えばＣＦ₄
ガスによる反応性イオンエッチングで可能である。この
反応性イオンエッチングにおいては、プラズマソースに
印加するＲＦパワーと、基板側に印加するＲＦパワーと
を独立して制御できるが、この際、例えば基板に印加す
るＲＦパワーを０Ｗ近くに設定すれば、Ｉｒ層１２は殆
どスパッタエッチされないため、下層のＩｒ層１２に対
するエッチング選択比を１０以上と大きく取ることが可
能にになる。すなわち、ＢＣＢのエッチングを、Ｉｒ層
１２上で制御性よく停止させることが可能になる。さら
に、反応性イオンエッチングの特徴であるエッチングの
異方性により、そのエッチング形状はフォトレジスト膜
１５のパターンが忠実に転写され、ＴｉＮ、ＢＣＢ共ほ
ぼ垂直にエッチングされる。しかし、この時、ＢＣＢは
横方向にもエッチングされる可能性があるが、エッチン
グパターンのサイズと比べて無視できる程度の大きさで
あれば問題はない。ＢＣＢの厚さは１００ｎｍであるの
で、サイドエッチ量はこの１／２以下であり、例えば、
エッチングパターンのサイズが０．２μｍ以上である場
合はこの量は問題にならない。Next, as shown in FIG. 2E, using the photoresist film 15 as a mask, the TiN layer 14 and the BCB film 1 are used.
3 is etched. This etching is performed, for example, using CF ₄
This is possible by reactive ion etching with a gas. In this reactive ion etching, the RF power applied to the plasma source and the RF power applied to the substrate side can be controlled independently. In this case, for example, if the RF power applied to the substrate is set near 0 W, Since the Ir layer 12 is hardly sputter-etched, the etching selectivity with respect to the lower Ir layer 12 can be made as large as 10 or more. That is, BCB etching can be stopped on the Ir layer 12 with good controllability. Further, due to the anisotropy of etching which is a characteristic of reactive ion etching, the pattern of the photoresist film 15 is faithfully transferred in the etching shape, and both TiN and BCB are etched almost vertically. However, at this time, there is a possibility that the BCB is also etched in the lateral direction, but there is no problem as long as it is negligible compared to the size of the etching pattern. Since the thickness of BCB is 100 nm, the amount of side etching is less than 1/2 of this, for example,
This amount does not matter if the size of the etching pattern is 0.2 μm or more.

【００１６】次に、図２（ｆ）に示すように、フォトレ
ジスト膜１５をアッシング処理にて除去する。この時、
ウエハを酸素プラズマ中に曝すことにより有機高分子材
料からなるレジスト膜１５を分解除去するが、レジスト
とよく似た化学構造を持つＢＣＢ膜１３もレジスト膜１
５に近い速度で化学的にエッチングされる。一方、Ｔｉ
Ｎ層１４やＩｒ層１２は酸素プラズマ処理で分解されエ
ッチングされることはない。この結果、図示のように、
フォトレジスト膜１５が完全に除去された後は、ＴｉＮ
層１４４の下のＢＣＢ膜１３はサイドエッチされた形状
になる。Next, as shown in FIG. 2F, the photoresist film 15 is removed by ashing. At this time,
The resist film 15 made of an organic polymer material is decomposed and removed by exposing the wafer to oxygen plasma. The BCB film 13 having a chemical structure very similar to that of the resist is also used as the resist film 1.
It is chemically etched at a rate close to 5. On the other hand, Ti
The N layer 14 and the Ir layer 12 are decomposed by the oxygen plasma treatment and are not etched. As a result, as shown in the figure,
After the photoresist film 15 is completely removed, TiN
The BCB film 13 under the layer 144 has a side-etched shape.

【００１７】次いで、図２（ｇ）に示すように、Ｉｒ層
１２に対するドライエッチングを行う。この時の実質的
なマスクは、既に加工されたＴｉＮ層１４とＢＣＢ膜１
３であり、エッチング方法は塩素、アルゴン、酸素の混
合ガスを用いた反応性イオンエッチングである。Ｉｒ層
１２をエッチングするには、基板バイアスを、ＴｉＮ層
１４とＢＣＢ膜１３のエッチングの時に比べて十分に大
きくする必要がある。このエッチング条件としては、例
えば酸素、塩素、アルゴンの比率を１０：１０：８０程
度とし、酸素を１０％程度あるいはそれ以上にすること
により、Ｉｒ層１２とＴｉＮ層１４との選択比を１０以
上にすることができる。この時、図２（ｅ）の工程と同
様に、反応性イオンエッチングの特徴としてＩｒ層１２
のエッチングは基板の垂直な方向のみに進行する。Next, as shown in FIG. 2 (g), dry etching is performed on the Ir layer 12. The substantial mask at this time is the TiN layer 14 already processed and the BCB film 1.
3 and the etching method is reactive ion etching using a mixed gas of chlorine, argon and oxygen. In order to etch the Ir layer 12, the substrate bias needs to be sufficiently larger than when etching the TiN layer 14 and the BCB film 13. The etching conditions include, for example, a ratio of oxygen, chlorine, and argon of about 10:10:80 and an oxygen content of about 10% or more, so that the selectivity between the Ir layer 12 and the TiN layer 14 is 10 or more. Can be At this time, similarly to the step of FIG.
Etching proceeds only in the direction perpendicular to the substrate.

【００１８】一方、ＢＣＢ膜１３に対する酸素の効果
は、前記アッシングの場合と同様であり、化学的にエッ
チングされる。この場合、Ｉｒ層１２については、エッ
チングの異方性が高いため、実質的なエッチングマスク
はＴｉＮ層１４になる。その結果、図２（ｇ）に示すよ
うに、ＴｉＮ層１４は元の形状を留めたままで、Ｉｒ層
１２はほぼ垂直に近い角度でエッチされ、ＢＣＢ膜１３
だけは図２（ｆ）の段階で既にサイドエッチされている
ことに加えて、このエッチングで更にサイドエッチの深
い形状になる。この状態でも、Ｉｒはその反応生成物の
蒸気圧が低いこと、およびスパッタエッチされる効果が
大きいことは従来例の場合と同じなので、やはり側壁再
付着層１６は形成される。しかし、この構造ではＢＣＢ
膜１３は横方向に後退するので、その側壁には再付着層
は形成されず、ＴｉＮ層１４の側壁のみに形成される。
なお、このエッチング工程において、基板温度を２００
℃以上に保てば、ＢＣＢ膜はよりエッチングされ易くな
り、サイドエッチ量が大きくなる。更に、この場合Ｉｒ
の反応生成物であるＩｒＣｌ等が、通常のエッチング温
度である１００℃以下の場合に比べて、より蒸発し易く
なる。従って、側壁再付着物の抑制にもより効果的であ
る。On the other hand, the effect of oxygen on the BCB film 13 is the same as in the case of the ashing, and is chemically etched. In this case, since the Ir layer 12 has a high etching anisotropy, the substantial etching mask is the TiN layer 14. As a result, as shown in FIG. 2G, the Ir layer 12 is etched at an almost vertical angle while the TiN layer 14 keeps its original shape, and the BCB film 13 is etched.
In addition to the above, in addition to the fact that side etching has already been performed at the stage of FIG. Even in this state, Ir has a low vapor pressure of the reaction product and a large sputter-etching effect as in the conventional example, so that the sidewall re-adhesion layer 16 is formed. However, in this structure, BCB
Since the film 13 recedes in the lateral direction, no redeposition layer is formed on the side wall thereof, and is formed only on the side wall of the TiN layer 14.
In this etching step, the substrate temperature was set to 200.
If the temperature is kept at not less than ° C., the BCB film is more easily etched, and the amount of side etching is increased. Further, in this case Ir
IrCl etc., which is a reaction product of the above, is more likely to evaporate than in the case where the temperature is 100 ° C. or less, which is a normal etching temperature. Therefore, it is more effective in suppressing the reattachment of the side wall.

【００１９】Ｉｒ層１２のエッチング終了時には、図２
（ｈ）に示されるように、側壁再付着層１６とＴｉＮ層
１４はオーバーハングした形状になり、エッチされたＩ
ｒ層１２の形状はＴｉＮ層１４の形状をほぼ転写したも
のになる。次に、図２（ｉ）に示すように、酸素プラズ
マで再び図２（ｆ）の工程と同様のアッシング処理を行
うと、ＢＣＢ膜１３だけが化学的にエッチングされる。
その結果、ＴｉＮ層１４は、側壁再付着層１６と共に完
全にＩｒ層１２のパターンから分離される。その後、図
２（ｊ）に示すように、ブラシやジェット水によるスク
ラブ処理や洗浄処理を行えば、微細加工されたＩｒ層１
２のパターンのみが残る。At the end of the etching of the Ir layer 12, FIG.
As shown in (h), the sidewall redeposition layer 16 and the TiN layer 14 have an overhanging shape, and the etched I
The shape of the r layer 12 is substantially a transfer of the shape of the TiN layer 14. Next, as shown in FIG. 2I, when the ashing process similar to the process of FIG. 2F is performed again with oxygen plasma, only the BCB film 13 is chemically etched.
As a result, the TiN layer 14 is completely separated from the pattern of the Ir layer 12 together with the sidewall redeposition layer 16. Thereafter, as shown in FIG. 2 (j), if a scrubbing process or a cleaning process is performed by using a brush or jet water, the finely processed Ir layer 1 is formed.
Only pattern 2 remains.

【００２０】上記のように、本エッチング方法によって
Ｉｒ層１２は選択的にエッチングされ、かつフォトレジ
スト膜１５のパターンを忠実に転写した形状を持ちなが
ら、側壁再付着層１６は完全に除去され、最終的に微細
加工されたＩｒ層パターンのみが残る。従って、このＩ
ｒ層を下部電極としてその上に各種誘電体層の所望通り
の成膜が後の工程で可能である。As described above, the Ir layer 12 is selectively etched by the present etching method, and while the pattern of the photoresist film 15 is faithfully transferred, the sidewall redeposition layer 16 is completely removed. Finally, only the finely processed Ir layer pattern remains. Therefore, this I
Using the r layer as a lower electrode, various dielectric layers can be formed as desired on the lower electrode in a later step.

【００２１】[0021]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
被エッチング材料層を、パッド材料層を挟んで形成され
たハードマスク層をマスクとして、パッド材料層をサイ
ドエッチしつつドライエッチングするものであるので、
ドライエッチングが困難であった材料層であっても、側
面再付着層をハードマスク層とともにリフトオフするこ
とができ、パターニングされた被エッチング材料層に突
起した再付着層が形成されないようにすることができ
る。したがって、本発明によれば、パターニングされた
難エッチング性の材料層を利用するデバイスを、歩留り
よく形成することが可能になる。また、本発明によれ
ば、ハードマスク層を容易にかつ完全に除去することが
可能になる。As described in detail above, the present invention provides
Since the material layer to be etched is dry-etched while the pad material layer is side-etched using the hard mask layer formed with the pad material layer interposed therebetween as a mask,
Even for a material layer that has been difficult to dry-etch, the side surface redeposition layer can be lifted off together with the hard mask layer, so that a projected redeposition layer is not formed on the patterned material layer to be etched. it can. Therefore, according to the present invention, it is possible to form a device using a patterned hard-to-etch material layer with a high yield. Further, according to the present invention, the hard mask layer can be easily and completely removed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施の形態の工程順の断面図。FIG. 1 is a sectional view in the order of steps of an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の一実施例の工程順の断面図。FIG. 2 is a sectional view of an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図３】第１の従来例の工程順の断面図。FIG. 3 is a sectional view of a first conventional example in the order of steps.

【図４】第２の従来例の工程順の断面図。FIG. 4 is a sectional view of a second conventional example in the order of steps.

【図５】従来例の問題点を説明するための工程順の断
面図。FIG. 5 is a sectional view in the order of steps for explaining a problem of the conventional example.

【図６】従来例の問題点を説明するための断面図。FIG. 6 is a sectional view for explaining a problem of the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１下地層２被エッチング材料層３パッド材料層４ハードマスク層５レジスト膜６、１６側壁再付着層１１層間絶縁膜１２Ｉｒ層１３ベンゾシクロブテン膜（ＢＣＢ膜）１４ＴｉＮ層１５フォトレジスト膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Underlayer 2 Material layer to be etched 3 Pad material layer 4 Hard mask layer 5 Resist film 6, 16 Side wall reattachment layer 11 Interlayer insulating film 12 Ir layer 13 Benzocyclobutene film (BCB film) 14 TiN layer 15 Photoresist film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/788 29/792 Ｆターム(参考） 5F001 AA17 AD33 AG10 5F004 AA09 BA03 BA04 BB26 BD01 CA04 DA01 DA04 DA16 DA23 DA26 DB00 DB12 DB23 EA05 EA06 EA07 EA13 EA29 EB02 5F038 AC05 AC15 DF05 EZ14 EZ15 EZ20 5F083 AD21 FR01 GA27 JA14 JA15 JA17 JA38 JA56 JA60 PR03 PR06 PR07 PR21 PR22 PR23 5F101 BA62 BD20 BH14 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 29/788 29/792 F-term (Reference) 5F001 AA17 AD33 AG10 5F004 AA09 BA03 BA04 BB26 BD01 CA04 DA01 DA04 DA16 DA23 DA26 DB00 DB12 DB23 EA05 EA06 EA07 EA13 EA29 EB02 5F038 AC05 AC15 DF05 EZ14 EZ15 EZ20 5F083 AD21 FR01 GA27 JA14 JA15 JA17 JA38 JA56 JA60 PR03 PR06 PR07 PR21 PR22 PR23 5F101 BA62 BD20 BH14

Claims

【特許請求の範囲】[Claims]

【請求項１】（１）下地層上に被エッチング材料層、
パッド材料層、ハードマスク層を順次堆積する工程と、（２）所定のパターンのレジスト膜を形成し、これをマ
スクとして前記ハードマスク層と前記パッド材料層をパ
ターニングする工程と、（３）前記ハードマスク層をマスクとして、前記パッド
材料層の側面がエッチングされる条件にて、前記被エッ
チング材料層を異方性のあるドライ法でエッチングする
工程と、（４）前記パッド材料層を除去する工程と、を有するこ
とを特徴とするドライエッチング方法。(1) a material layer to be etched on an underlayer;
A step of sequentially depositing a pad material layer and a hard mask layer; (2) forming a resist film having a predetermined pattern, and patterning the hard mask layer and the pad material layer using the resist film as a mask; Using the hard mask layer as a mask, etching the material layer to be etched by an anisotropic dry method under the condition that the side surface of the pad material layer is etched; and (4) removing the pad material layer And a dry etching method.

【請求項２】前記パッド材料層が有機材料により形成
されることを特徴とする請求項１記載のドライエッチン
グ方法。2. The dry etching method according to claim 1, wherein said pad material layer is formed of an organic material.

【請求項３】前記パッド材料層が、ベンゾシクロブテ
ン、ポリイミド、フォトレジストの中の何れかによって
形成されることを特徴とする請求項１記載のドライエッ
チング方法。3. The dry etching method according to claim 1, wherein said pad material layer is formed of any one of benzocyclobutene, polyimide, and photoresist.

【請求項４】前記ハードマスク層が、無機材料によっ
て形成されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに
記載のドライエッチング方法。4. The dry etching method according to claim 1, wherein the hard mask layer is formed of an inorganic material.

【請求項５】前記ハードマスク層は、ＴｉＮ、Ｔｉ、
ＳｉＯ₂ 、ＳｉＮの中の何れかによって形成されること
を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のドライエッ
チング方法。5. The hard mask layer comprises TiN, Ti,
The dry etching method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is formed by either in the SiO _2, SiN.

【請求項６】前記第（２）の工程のパターニングが、
反応性イオンエッチング法により行われることを特徴と
する請求項１〜５の何れかに記載のドライエッチング方
法。6. The patterning in the (2) step is as follows:
The dry etching method according to claim 1, wherein the dry etching method is performed by a reactive ion etching method.

【請求項７】前記反応性イオンエッチング法が、ＣＦ
₄、ＣＨＦ₃の何れかを含むガスを用いて行われることを
特徴とする請求項６記載のドライエッチング方法。7. The reactive ion etching method according to claim
_4, the dry etching method according to claim 6, wherein a is performed using a gas containing either CHF _3.

【請求項８】前記第（３）の工程のエッチングが、反
応性イオンエッチング法により行われることを特徴とす
る請求項１〜７の何れかに記載のドライエッチング方
法。8. The dry etching method according to claim 1, wherein the etching in the step (3) is performed by a reactive ion etching method.

【請求項９】前記第（３）の工程の反応性イオンエッ
チング法が、酸素を含むガスを用いて行われることを特
徴とする請求項８記載のドライエッチング方法。9. The dry etching method according to claim 8, wherein the reactive ion etching in the step (3) is performed using a gas containing oxygen.

【請求項１０】前記第（４）の工程の除去が、化学的
エッチングにより行なわれることを特徴とする請求項１
〜９の何れかに記載のドライエッチング方法。10. The method according to claim 1, wherein the removing in the step (4) is performed by chemical etching.
10. The dry etching method according to any one of claims 9 to 9.

【請求項１１】前記化学的エッチングが、酸素を含む
エッチングガスを用いたプラズマエッチングであること
を特徴とする請求項１０記載のドライエッチング方法。11. The dry etching method according to claim 10, wherein said chemical etching is plasma etching using an etching gas containing oxygen.

【請求項１２】前記第（４）の工程の除去が、２００
℃以上の温度で行なわれることを特徴とする請求項１０
または１１記載のドライエッチング方法。12. The method according to claim 1, wherein the removing in the step (4) is performed for 200 times.
11. The method according to claim 10, wherein the heat treatment is performed at a temperature of not less than C.
Or the dry etching method according to 11.

【請求項１３】前記第（４）の工程の除去が、湿式法
により行なわれることを特徴とする請求項１〜９の何れ
かに記載のドライエッチング方法。13. The dry etching method according to claim 1, wherein the removal in the step (4) is performed by a wet method.

【請求項１４】前記第（２）の工程の後前記第（３）
の工程に先立って、前記フォトレジスト膜を除去する工
程が付加されることを特徴とする請求項１〜１３の何れ
かに記載のドライエッチング方法。14. The method according to claim 3, further comprising:
14. The dry etching method according to claim 1, wherein a step of removing the photoresist film is added prior to the step of.

【請求項１５】前記第（２）の工程の後前記第（３）
の工程に先立って、前記パッド材料層をサイドエッチす
る工程が付加されることを特徴とする請求項１〜１３の
何れかに記載のドライエッチング方法。15. The method according to claim 3, wherein the step (3) is performed after the step (2).
14. The dry etching method according to claim 1, wherein a step of side-etching the pad material layer is added prior to the step.

【請求項１６】前記第（４）の工程の後に、スクラブ
処理、および／または、洗浄処理の工程が付加されるこ
とを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載のドライ
エッチング方法。16. The dry etching method according to claim 1, wherein a step of scrubbing and / or a step of cleaning is added after the step (4).

【請求項１７】前記スクラブ処理がブラシスクラブ処
理であり、前記洗浄処理が高圧水の噴射処理であること
を特徴とする請求項１６記載のドライエッチング方法。17. The dry etching method according to claim 16, wherein the scrubbing process is a brush scrubbing process, and the cleaning process is a high pressure water injection process.

【請求項１８】前記被エッチング材料層は、Ｐｔ、Ｉ
ｒ、Ａｕ、Ａｇを含む導電材料群、Ｐｂ（Ｚｒ_1-x Ｔｉ
_x ）Ｏ₃ 、ＳｒＢｉ₂ Ｔａ₂Ｏ₉、（Ｂａ_xＳｒ_1-x）Ｔｉ
Ｏ₃を含む誘電体材料群、または、フェライト系若しく
はＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの中の何れかを含むメタル系の強磁
性体群の中の何れかの群に属する材料の膜であることを
特徴とする請求項１〜１７の何れかに記載のドライエッ
チング方法。18. The material layer to be etched is made of Pt, I
a conductive material group containing r, Au, and Ag, and Pb (Zr _1-x Ti
_{_{_{x) O 3, SrBi 2 Ta}}} 2 O 9, (Ba x Sr 1-x) Ti
It is a film of a material belonging to any one of a dielectric material group including O ₃ and a ferromagnetic group or a ferromagnetic group including a metal including any of Fe, Ni, and Co. The dry etching method according to claim 1.