JP2972506B2 - Ptを主成分とする合金のエッチング方法 - Google Patents

Ptを主成分とする合金のエッチング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Ptを主成分とする合
金のエッチング方法に関し、特に半導体デバイス,薄膜
キャパシタデバイス,薄膜磁気ヘッドなどの薄膜デバイ
スにおいて、バリアメタルや電極として用いられている
Ptを主成分とする合金のエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、Ptを主成分とする合金をエッチ
ング処理するには、主にアルゴンイオンビーム照射によ
るスパッタエッチングが行われてきた。これは、プラズ
マによりイオン化したアルゴンガスを電界下で加速し、
固体試料に照射するときに試料表面で起こるスパッタリ
ング現象をエッチングとして利用するものであって物理
的エッチングといえる。通常、アルゴンイオンミリング
の条件は、アルゴンガス圧4×10-4Torr,イオン
加速電圧500V,イオン電流密度0.6mA/cm
2 ,イオンビーム入射角は0〜45度の範囲内に設定さ
れ、そのエッチングレートとしては、40〜50nm/
分程度である。また、特開昭62−92323号公報に
開示されているように、塩素系ガスを主成分とするガス
を用いたドライエッチング方法も提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したアルゴンイオ
ンによるPtを主成分とする合金のエッチング技術にお
いては、物理的なエッチングであることから、フォトレ
ジスト(以下、PRという)も同時にエッチングされる
ため、PRとPtとを主成分とする合金のエッチングの
選択比が問題である。Ptを主成分とする合金とPRの
エッチングレート比が約1:2であり、充分ではない。
例えば、500nm厚のPtを主成分とする合金をエッ
チングする際には、最低でも約1μm厚の、実質的には
プロセスマージンを考慮して2μm以上の厚みの垂直な
PRパターンを形成する必要があり、微細幅のマスクを
形成するプロセス上に問題がある。また、エッチングレ
ートも50nm/分程度であるため、例えば、500n
mの厚みをエッチングするのに約10分間ほど要するた
め、上述の従来技術を応用した製品は、スループットが
上らず製品価格が高くなるという欠点がある。
【0004】さらに、最も問題となるのは、加工された
Ptを主成分とする合金の断面形状である。ここで、図
2(a)に示すような、直径0.3μmから5μm程度
の円形断面を持ったPRパターンで、この従来技術のエ
ッチング方法を適用すると、基板に対して垂直方向から
イオンを照射した際には、エッチングされたPtがマス
ク側壁に再付着するため、加工を継続するに従ってマス
ク側壁へ王冠状に再付着物が堆積し、最終的にマスクを
剥離した後では、図2(b)に示すように、円錐台形の
電極に王冠を載せたような形状にエッチングされる。す
なわち、Ptの断面形状としては台形に角が生えたよう
な形状となる。このため、狭いパターンでは基板面まで
エッチングすることができない。
【0005】この再付着を防ぐために、基板垂直方向に
対して角度を持たせてイオンビームを照射した場合は、
マスク側壁への再付着は防げるものの、マスク材によっ
てはイオンビームの照射方向から影になる部分が発生
し、加工後の断面が同様に円錐台状になったり、また、
加工深さが深い場合には、イオンビームが底にまで到達
せず、エッチングができない場合がある。
【0006】このように、アルゴン・イオンビームを用
いた従来技術によると、断面形状が台形となるため、半
導体デバイスの薄膜キャパシタ用電極の作製プロセスに
適用した場合、幅を小さくして集積度を上げていくと電
極上部面積が小さくなるため、充分な電極面積が取れ
ず、しかも、最終的には円錐形状となるため、幅1μm
以下の微細化に限界があるなどの問題が発生している。
【0007】また、塩素系ガスを主成分とするガスを用
いるドライエッチング方法では、反応生成物である白金
塩化物がエッチング後のマスク側壁に再付着し、Ptが
再付着した上述のアルゴン・イオンエッチングを行った
場合と同様に、加工後の断面が円錐台状になる。さら
に、マスク側壁に再付着した白金塩化物は、マスク剥離
後やはり王冠状に残留し、白金電極上部に次の工程で別
の薄膜を堆積する際に、王冠状に残留した白金塩化物に
より薄膜の連続性が損なわれる(破れる)という欠点が
ある。
【0008】王冠状の再付着物の除去には、例えば、青
木他、91年秋季応用物理学会学術講演会講演予稿集、
516ページ、9p−ZF−17、1991年に開示さ
れているように、ウォータージェットの照射や綿棒など
による物理的な剥離が必要であり、デバイス量産性の低
下、プロセス信頼性の低下が問題となっている。また、
塩素を含む物質が基板表面にエッチング後も多量に残留
するため、デバイス信頼性確保の観点から後処理などの
工程を実施する必要があり、スループットの低下が問題
である。加えて、ドライエッチング時のマスク材料とし
ては、PRが一般に用いられているが、エッチング時の
温度が350℃を超えるような場合にはPRが軟化した
り、炭化しやすく、微細パターンを高精度に製造するこ
とが不可能なため、マスク材料として用いることはでき
ない。
【0009】本発明の目的は、これらの課題をを解決し
たPtを主成分とする合金のエッチング方法を提供する
ことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のPtを主成分と
する合金のエッチング方法は、Ptを主成分とする合金
を形成した試料を350℃以上に加熱し、かつ減圧し
がら、塩素系ガスプラズマを用いてでエッチングするこ
とにより、Ptを主成分とする合金を加工することを特
徴としている。また、試料の温度を350℃以上に昇温
してエッチングする際に、このエッチング温度域におい
て安定な断面形状の保持が可能な無機物,有機物(例え
ば、SiO2 ,Si34 ,ポリイミドなど)をマ
スク材料として用いてもよい。
【0011】
【作用】上述したように、イオンミリング法では、Pt
を主成分とする合金の加工後の断面が台形状となること
から、本発明者は異方性加工の可能な反応性イオンエッ
チング法によりPtを主成分とする合金の加工を検討し
た。しかしながら、単なる反応性イオンエッチング法の
適用では前述のように白金の塩化物が再付着し、良好な
エッチング断面形状が得られない。この問題点の原因と
しては、Ptを主成分とする合金のエッチング反応での
反応生成物であるPtの塩化物が、塩素系ガスプラズマ
によるエッチング中に試料表面から効果的に取り去られ
ず、マスク側壁に堆積してしまうということが考えられ
る。一般に、物質の試料表面からの脱離のしやすさは蒸
気圧で示され、Ptの塩化物の室温付近での蒸気圧が、
室温でエッチングが進行するSiの塩化物などと比べる
とかなり低いことが予想される。この蒸気圧Pは次の式
で示される。
【0012】 log(P)=−0.2185(a/T)+b この式は、ハンドブック・オブ・ケミストリー・アンド
・フィズィクス・フィフティーフォース・エディショ
ン、シー・アール・シー・プレス、1973年、D−1
82頁に開示されている。この経験式からPtの塩化物
においても、室温からの昇温によって蒸気圧が徐々に増
大するはずである。従って、塩化物が生成した状況下で
昇温を行えば、塩化物が蒸発することによりエッチング
が進行することが期待される。
【0013】そこで、反応性エッチング装置の基板内部
にヒータを組み込み、試料の温度を種々に昇温してエッ
チングを行った。その結果、図3に示すように、Ptを
主成分とする合金試料の温度を350℃以上にすること
により、エッチングレートとして50nm/分を超える
値が得られた。また、同一の装置で昇温しなかった場合
は、約30nm/分であり、350℃よりさらに昇温す
ることにより、従来技術のイオンビームエッチングの場
合よりも高いエッチングレートが得られることが判っ
た。
【0014】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は、本発明の一実施例を実現するためのエッチ
ング装置を示す断面図である。図1(a)において、エ
ッチング装置のエッチングチャンバ1内の基板2内部に
ヒータ3を装着するとともに、真空ポンプ(図示せず)
により1×10-6Torr程度まで排気し、基板2全体
の温度を約400℃に保持されている。そして、基板2
上には、図1(b)に示すように、Ptを主成分とする
合金4(今回は純Ptを利用)に厚さ1μm,直径0.
3から5μmのSiO2 パターン5を形成した試料6が
装着され、陽極板7との間に高周波が印加される。さら
に、基板2の周囲には試料表面にガス供給用のガス導入
管8が設けられ、このガス導入管8介して外部からチャ
ンバ1内に必要量の塩素系ガスが供給されるように構成
されている。
【0015】このように構成されたエッチング装置を準
備し、塩素系ガスとしてCCl4 を流した状態で所定の
高周波を印加してプラズマを発生させ、反応性イオンエ
ッチングを行った。ここで、代表的なエッチング条件を
次の表に示す。
【0016】
【表1】
【0017】表1に示したエッチング後、試料6をエッ
チングチャンバ1から取り出し、SiO2 パターン5を
剥離した後、触針式段差計を用いてPtを主成分とする
合金4のエッチング量を測定した。この結果、エッチン
グレートとして約80nm/分が得られた。これは、従
来技術のアルゴン・イオンビームエッチングの約1.5
倍のエッチングレートであり、また、試料温度を25℃
に設定した以外は、表1と全く同様の条件で反応性イオ
ンエッチングを行った場合に比べて約2.5倍であっ
た。
【0018】また、エッチング前後のパターン変換差の
問題についても、走査型電子顕微鏡による観察による
と、例えば、図2(a)示すように、直径約0.3μm
のSiO2 マスクパターンに対し、本実施例の方法を適
用した場合、図2(c)に示すように、ほぼ垂直(約8
5度)の側壁角度を有するパターンが得られ、パターン
変換差がほとんどないことが確認された。さらに、反応
生成物の再付着も認められず、従来よりも大きな上面積
を有するPt電極パターンを形成することができた。
【0019】なお、本実施例に用いたPtを主成分とす
る合金の組成およびエッチング条件はその一例である。
また、本実施例では塩素系ガスとしてCCl4 のみを用
いた例のみについて言及したが、他の塩素系ガスを用い
てもよく、塩素系ガスにアルゴンなどの不活性ガスや水
素などの還元性ガス、さらには、ClO化合物形成を狙
って酸素を混合したものを用いてもよい。
【0020】また、エッチング方法として反応性イオン
エッチング法を用いた例を示したが、電子サイクロトロ
ン共鳴(ECR),ヘリコン波,マイクロ波,マグネト
ロンなどの高密度プラズマ生成手法を用いた場合には、
さらに高いエッチングレートが得られる。本実施例で
は、マスク材料としてSiO2 を用いた場合について説
明したが、図3に示すように、350℃以上の温度域に
おいて安定機能するマスク材料として、他の無機物(例
えば、Si34 ,Al23 など)や、有機物(例え
ば、ポリイミドなど)を用いてもよい。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のエッチン
グ方法を用いることにより、Ptを主成分とする合金の
反応性イオンエッチングが可能となる。その結果、エッ
チングレートが小さいという従来の方法の問題点を解決
し、デバイス製造時のスループットの大幅な向上が可能
となる。さらに、従来のエッチング方法では困難であっ
たPtを主成分とする合金を矩形断面を持つ、再付着物
の無いパターンに加工することが可能となり、幅1μm
以下の微細加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を実現するためのエッチング
装置を示す断面図である。
【図2】本発明の方法と従来の方法によるパターン変換
差を示す図である。
【図3】Ptを主成分とする材料を昇温してエッチング
を行った際のエッチングレートと試料温度との関係を示
す図である。
【符号の説明】
1 エッチングチャンバ 2 基板 3 ヒータ 4 Ptを主成分とする合金 5 SiO2 パターン 6 試料 7 陽極板 8 ガス導入管

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Ptを主成分とする合金を形成した試料の
    温度を少なくとも350℃以上に加熱し、かつ減圧し
    がら塩素を成分として含むガス雰囲気中でエッチングす
    ることを特徴とするPtを主成分とする合金のエッチン
    グ方法。
  2. 【請求項2】前記試料の温度を350℃以上に昇温して
    エッチングする際に、前記温度域において安定な断面形
    状を保ち得る無機物もしくは有機物をマスク材料として
    用いることを特徴とする請求項1記載のPtを主成分と
    する合金のエッチング方法。
  3. 【請求項3】前記無機物もしくは有機物がSiO2また
    はSi34またはAl23またはポリイミドであること
    を特徴とする請求項2記載のPtを主成分とする合金の
    エッチング方法。
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