JP3259000B2 - 高融点金属含有膜のエッチング方法及び薄膜キャパシタの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高融点金属含有膜の
エッチング方法、及び高融点金属含有膜を用いた、半導
体装置の薄膜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】この発明の背景を、高誘電率を有する多
元系酸化物膜（以下、多元系酸化物高誘電率膜と称す
る）を薄膜キャパシタ素子の誘電体として用いた半導体
装置を例にとり説明する。

【０００３】上記半導体装置においては、薄膜キャパシ
タの電極材料として、高融点金属含有膜の一つである白
金が用いられているが、ＤＲＡＭなどの微細構造を有す
る半導体装置の場合には、少なくともキャパシタの片側
の白金電極（以下、この微細加工される側の電極を下部
電極と称する）を微細加工する必要があり、このため反
応性ガスプラズマを用いたドライエッチング（反応性イ
オンエッチング等の異方性エッチング）により白金膜の
エッチングが行われる。この場合、白金のエッチングの
反応生成物の蒸気圧が低いため、イオンによるスパッタ
リングの効果を利用する必要があり、結果として白金膜
のエッチング形状は垂直となる。

【０００４】上記白金電極のエッチングの後、その上部
にキャパシタの誘電体である多元系酸化物高誘電率膜が
形成される。この多元系酸化物高誘電率膜は、現状では
スパッタ堆積法により形成されるため、エッチングによ
り生じた白金電極端の段差部でのカバレッジが悪く、白
金電極上面に比べ電極側面での多元系酸化物高誘電率膜
の膜厚が極端に薄くなる。この状態を、図１６の断面図
に示す。同図において、３Ｐは白金電極の下部電極、７
Ｐは多元系酸化物高誘電率膜、８Ｐは白金電極の上部電
極である。

【０００５】上記スパッタ堆積法に代わる新しい堆積方
法としては、ＣＶＤによる多元系酸化物高誘電率膜の堆
積法も考えられるが、この場合でも、白金電極３Ｐの電
極側面で薄くなる傾向がある（図１７参照）。

【０００６】上記多元系酸化物高誘電率膜７Ｐの堆積の
後、キャパシタのもう一方の電極である上部白金電極８
Ｐとして、白金膜が多元系酸化物高誘電率膜７Ｐの上に
形成される（図１６参照）。

【０００７】以上のようにして形成された微細薄膜キャ
パシタにおいては、微細であるためキャパシタの容量が
小さくなるが、誘電体である多元系酸化物高誘電率膜を
薄くすることによりキャパシタの容量が確保される。し
かしながら、この多元系酸化物高誘電率膜の膜厚が薄く
なると、当該膜中を流れるリーク電流が増大するために
その膜厚を極端に薄くすることはできず、結果として、
必要最小限のキャパシタの容量が得られる膜厚で多元系
酸化物高誘電率膜の薄膜化をとどめることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上に説明した従来の多
元系酸化物高誘電率膜及び白金膜を用いた微細薄膜キャ
パシタの形成方法においては、次のような問題点があっ
た。

【０００９】所望のキャパシタの容量を得るように決定
された膜厚の多元系酸化物高誘電率膜が、電極端を垂直
にエッチング加工された白金電極（下部電極）上に形成
されるが、電極端の段差部での多元系酸化物高誘電率膜
のカバレッジの悪さに起因して、電極側面側では決定さ
れた膜厚より薄くなる。この膜厚の薄くなった部分で電
流のリークが発生し、キャパシタ全体としては、予め決
定した多元系酸化物高誘電率膜の膜厚から予想される電
流のリーク量以上のリークが発生することになる。そこ
で、これを防止するために多元系酸化物高誘電率膜の膜
厚を増大させる必要が生じ、結果として、所望のキャパ
シタの容量が得られないという問題が生じる。

【００１０】上記問題を回避する方法として、下部の白
金電極の形成後、シリコン酸化膜等の絶縁膜を全面に形
成し、これを異方性のエッチングにより全面をエッチン
グすることにより、下部の白金電極の側面に絶縁膜でで
きたスペーサーを形成し、電極側面での局所的な薄膜化
による電流のリークを防止する方法が提案されている。

【００１１】しかしながら、この方法においても、次の
様な問題が発生する。つまり、スペーサーの形成時の制
御性の問題で白金電極端よりもスペーサーの上端が下が
ってしまい、この部分に白金電極の垂直な加工に起因す
る急峻な段差、かつ、白金膜と絶縁膜という材質の不連
続面が生じる。この状態を、図１８の断面図に示す。同
図において、６Ｐはスペーサである。このような段差部
分の上に多元系酸化物高誘電率膜７Ｐを形成すると、こ
の部分で膜質の異常が生じ、電流のリークが発生する。
従って、この方法においても同様に、所望の性能を有す
る薄膜キャパシタが得られないという問題がある。

【００１２】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、薄膜キャパシタの下部電極としての高融点
金属含有膜の側面で発生する電流のリークを防止して、
高性能な薄膜キャパシタを実現することを目的としてお
り、そのための高融点金属含有膜の新たなエッチング方
法及びそのエッチング方法を用いた薄膜キャパシタの製
造方法を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
下地に形成された白金、パラジウム、イリジウム、金、
ルテニウム、レニウム、オスミウム、ロジウム、並びに
これらの化合物の何れかを含む高融点金属含有膜を当該
高融点金属含有膜上に形成したフォトレジストパターン
をマスクとしてエッチングする方法であって、前記エッ
チングの反応ガスとして塩素ガスのみを導入し、前記フ
ォトレジストパターンの側壁への側壁付着膜形成を利用
して前記塩素ガスによって前記高融点金属含有膜をテー
パー形状にエッチングする。

【００１４】請求項２に係る発明は、下地に形成された
白金、パラジウム、イリジウム、金、ルテニウム、レニ
ウム、オスミウム、ロジウム、並びにこれらの化合物の
何れかを含む高融点金属含有膜を当該高融点金属含有膜
上に垂直に形成したフォトレジストパターンをマスクと
してエッチングする方法であって、希ガスと塩素ガスと
の混合ガスを前記エッチングの反応ガスとして導入し、
前記塩素ガスによって前記フォトレジストパターンの上
端の角部分より前記フォトレジストパターンをテーパー
形状にエッチングしつつ、前記フォトレジストパターン
の側壁への側壁付着膜形成を利用して前記混合ガスによ
って前記高融点金属含有膜を前記混合ガス中の塩素ガス
の濃度に基づくテーパー形状にエッチングする。

【００１５】請求項３に係る発明は、請求項２記載の高
融点金属含有膜のエッチング方法において、Ａｒガス、
Ｋｒガス及びＸｅガスの内で少なくとも一種を含むガス
を前記希ガスとして用いている。

【００１６】請求項４に係る発明は、下地に形成された
白金、パラジウム、イリジウム、金、ルテニウム、レニ
ウム、オスミウム、ロジウム、並びにこれらの化合物の
何れかを含む高融点金属含有膜を当該高融点金属含有膜
上に垂直に形成したフォトレジストパターンをマスクと
してエッチングする方法であって、Ｋｒガス及びＸｅガ
スの内で少なくとも一種を含む希ガスとハロゲン化合物
ガスとの混合ガス若しくはＡｒガスとＣＦ４ガス、ＳＦ
６ガス、ＣＨＦ３ガス及びＮＦ３ガスの内で少なくとも
一種を含むハロゲン化合物ガスとの混合ガスを前記エッ
チングの反応ガスとして導入し、前記ハロゲン化合物ガ
スによって前記フォトレジストパターンの上端の角部分
より前記フォトレジストパターンをテーパー形状にエッ
チングしつつ、前記フォトレジストパターンの側壁への
側壁付着膜形成を利用して前記混合ガスによって前記高
融点金属含有膜を前記混合ガス中のハロゲン化合物ガス
の種類とその濃度に基づくテーパー形状にエッチングす
る。

【００１７】請求項５に係る発明は、下地に形成された
高融点金属含有膜を当該高融点金属含有膜上に形成した
フォトレジストパターンをマスクとしてエッチングする
方法であって、前記高融点金属含有膜を垂直形状にエッ
チングし、前記エッチング後に前記フォトレジストパタ
ーンを除去し、前記除去後にエッチングガスとして希ガ
スを用いて前記高融点金属含有膜を再度エッチングす
る。

【００１８】請求項６に係る発明は、請求項５記載の高
融点金属含有膜のエッチング方法において、Ａｒガス、
Ｋｒガス及びＸｅガスの内で少なくとも一種を含むガス
を前記希ガスとして用いている。

【００１９】請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求
項４の何れかに記載の高融点金属含有膜のエッチング方
法であって、前記エッチング後に、前記フォトレジスト
パターンの側壁に前記エッチング時に付着した側壁付着
膜と共に前記フォトレジストパターンを除去する。

【００２０】請求項８に係る発明は、請求項５又は請求
項７記載のエッチング方法を用いた薄膜キャパシタの製
造方法であって、前記請求項５又は請求項７記載のエッ
チング方法により前記高融点金属含有膜をテーパー形状
にエッチングする工程と、前記テーパー形状にエッチン
グされた高融点金属含有膜上に多元系酸化物高誘電率膜
を形成し、更に前記多元系酸化物高誘電率膜上に別の高
融点金属含有膜を形成する工程とを備えている。

【００２１】請求項９に係る発明は、請求項８記載の薄
膜キャパシタの製造方法であって、前記高融点金属含有
膜のエッチング後に、前記高融点金属含有膜の前記テー
パー形状の側面に絶縁膜から成るスペーサーを形成した
上で、前記多元系酸化物高誘電率膜を形成する。

【００２２】

【作用】（請求項１に係る発明） 塩素ガスによってエ
ッチングを行うと、エッチングの反応生成物はフォトレ
ジストパターンの側壁に付着し、傾斜状の側壁付着膜を
形成する。しかも、フォトレジストパターンは、その上
端の角部分よりテーパー形状にエッチングされていく。
このフォトレジストパターンの形状変化に伴い、側壁付
着膜の形成位置はフォトレジストパターンの下部へと移
っていき、その下部において、エッチングにより更に側
壁付着膜はその厚みを増大させる。その結果、側壁付着
膜は、フォトレジストパターンの側壁に対して滑らかな
角度で傾いたエッチングマスクとして機能する。

【００２３】（請求項２に係る発明） 希ガスによるエ
ッチング中に除去された高融点金属含有膜の一部は、フ
ォトレジストパターンの垂直な側壁に付着し、側壁付着
膜を形成する。加えて、塩素ガスによるエッチングの反
応生成物もまたフォトレジストパターンの側壁に付着
し、この反応生成物の付着膜も上記側壁付着膜を構成す
る。同時に、塩素ガスによるエッチングによって、フォ
トレジストパターンが、その上端の角部分よりテーパー
形状にエッチングされる。これにより、側壁付着膜の形
成位置はフォトレジストパターンの下部へと移ってい
き、その下部において、更なるエッチングによって側壁
付着膜はその厚みを増大させ、その傾斜角度も増大す
る。その結果、側壁付着膜は、フォトレジストパターン
の側壁に対して滑らかな角度で傾いたエッチングマスク
として機能する。その際、塩素ガスの混合量によって、
フォトレジストパターンの形状変化も変わり、それに応
じて側壁付着膜の傾きも変わる。

【００２４】（請求項３に係る発明） Ａｒガス、Ｋｒ
ガス及びＸｅガスの内で少なくとも一種を含むガスが、
エッチングスの反応ガスとして機能する。

【００２５】（請求項４に係る発明） 希ガスによるエ
ッチング中に除去された高融点金属含有膜の一部は、フ
ォトレジストパターンの垂直な側壁に付着し、側壁付着
膜を形成する。と同時に、フォトレジストパターンの上
端の角部分から、フォトレジストパターンもまたエッチ
ングされる。しかも、フォトレジストパターンのエッチ
ング速度はハロゲン化合物ガスの影響を受けて増大し、
このエッチングによって生じた生成物は、希ガスによっ
て既に生じている上記側壁付着膜に取り込まれる。この
ため、側壁付着膜は、エッチングの進行に伴って、その
厚みを増大させつつフォトレジストパターンの下部へと
移動し、その下部において厚みを更に増大させる。その
結果、側壁付着膜は、フォトレジストパターンの側壁に
対して傾いた形状のエッチングマスクとして機能する。

【００２６】また、Ａｒガス、Ｋｒガス及びＸｅガスの
内で少なくとも一種を含むガスは希ガスとして機能する
一方、ＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガス、ＳＦ６ガス、ＮＦ３
ガス、ＨＣｌガス及びＨＢｒガスの内で少なくとも一種
を含むガスは、ハロゲン化合物ガスとして機能する。

【００２７】（請求項５に係る発明） フォトレジスト
パターンの除去後の高融点金属含有膜は下地に対して垂
直形状に形成されている。この状態で更に希ガスによる
高融点金属含有膜のエッチングを行うと、高融点金属含
有膜の角部分でのエッチング速度が他の部分よりも特に
速くなるため、高融点金属含有膜の上端の角部分が選択
的にエッチングされる。これにより、高融点金属含有膜
の端部がテーパー形状となる。

【００２８】（請求項６に係る発明） Ａｒガス、Ｋｒ
ガス及びＸｅガスの内で少なくとも一種を含むガスが、
希ガスとして機能する。

【００２９】また、高融点金属及び高融点金属化合物の
何れか一方を含んだ高融点金属含有膜が、テーパーエッ
チングされる。

【００３０】また、白金、パラジウム、イリジウム、
金、ルテニウム、レニウム、オスミウム及びロジウムの
中の少なくとも一種を含む高融点金属又は、高融点金属
のシリサイド及び酸化物の内の何れか一方である高融点
金属化合物が、テーパーエッチングされる。

【００３１】（請求項７に係る発明） フォトレジスト
パターンの除去により、滑らかに傾斜した高融点金属含
有膜が下地上に形成される。

【００３２】（請求項８に係る発明） テーパー形状に
エッチング加工された高融点金属含有膜上に多元系酸化
物高誘電率膜が均一な膜厚に形成され、更にその多元系
酸化物高誘電率膜上に別の高融点金属含有膜が均一な膜
厚に形成される。

【００３３】（請求項９に係る発明） テーパー形状に
エッチング加工された高融点金属含有膜の端部にスペー
サーが形成され、更に高融点金属含有膜とスペーサーと
の上に均一な膜厚の多元系酸化物高誘電率膜が形成さ
れ、更にその多元系酸化物高誘電率膜上に均一な膜厚の
別の高融点金属含有膜が形成される。

【００３４】

【実施例】従来技術で発生している問題の本質は、下部
の白金電極端が垂直にエッチング加工されることにより
生じる急峻な段差の発生にある。そこで、この発明で
は、下部の高融点金属含有膜（白金膜）の電極端を、垂
直形状ではなく、なだらかなテーパー形状にエッチング
加工するためのエッチング方法を提供する。高融点金属
含有膜から成る下部電極をテーパー形状にエッチング加
工することによる作用は、以下のとおりである。

【００３５】テーパー形状にエッチング加工された高融
点金属含有膜の下部電極上に多元系酸化物高誘電率膜を
スパッタ堆積またはＣＶＤ法により堆積する場合には、
垂直形状にエッチング加工された下部電極上に堆積する
従来技術の場合と比較して、高融点金属含有膜の下部電
極上と当該下部電極の側面とでの膜厚の差が軽減され
る。これにより、薄膜キャパシタ全体としてより薄い多
元系酸化物高誘電率膜の使用が可能となり、結果とし
て、従来法に比較してリーク電流が少なく、しかも、よ
り大きな容量を有する薄膜キャパシタの形成が可能とな
る。

【００３６】この発明により形成される薄膜キャパシタ
の断面図を、図１に示す。同図中、３及び８は、それぞ
れ高融点金属含有膜の下部電極及び上部電極であり、白
金膜が以下の各実施例では用いられている。従って、以
後の実施例では、３を下部白金電極膜（又は単に白金
膜）、８を上部白金電極膜と呼ぶ。又、７は、多元系酸
化物高誘電率膜であり、例えば、バリウム・ストロンチ
ウム・チタンの酸化物膜（いわゆるＢＳＴ膜）やストロ
ンチウム・チタンの酸化物膜（ＳＴＯ膜）等がある。

【００３７】また、高融点金属含有膜の下部電極の側面
に絶縁膜からなるスペーサーを形成する方法において
は、上記下部電極をテーパー形状にエッチング加工する
ことにより、下部電極端とスペーサー上端の間の段差及
びその急峻さを、下部電極を垂直にエッチング加工する
従来技術の場合と比較して軽減することが可能となる。
このため、その部分での多元系酸化物高誘電率膜の膜質
異常を防止することができ、薄膜キャパシタ全体の電流
のリークを低減することが可能となる。この場合の薄膜
キャパシタの構造を、図２の断面図に示す。同図におい
て、６はスペーサーである。

【００３８】以下に、この発明における高融点金属含有
膜のエッチング方法及びそれを用いた薄膜キャパシタの
製造方法の実施例について、高融点金属含有膜として白
金膜を用いた場合を例として説明する。

【００３９】先ず、この発明の各実施例で用いるエッチ
ング装置の一例を、図３の縦断面図に示す。エッチング
処理室１０には、反応ガスの導入口１１、反応ガスをエ
ッチング処理室１０より排気するための真空ポンプに接
続された排気口１２、放電させるためにＲＦ電力を印加
するカソード電極１３、および電気的に接地されたアノ
ード電極１４が設けられている。また、エッチング処理
室１０の外には、放電を増強させるために放電領域に磁
場を印加することができる電磁コイル１５が設けられて
いる。

【００４０】まず、カソード電極１３上にエッチングす
べき試料１６が置かれ、エッチング処理室１０が排気口
１２より真空に排気される。この排気を継続しつつガス
導入口１１よりエッチングガスが導入され、エッチング
処理室１０は所定の圧力に維持される。そこで、カソー
ド電極１３にＲＦ電力および電磁コイルより磁場が印加
されてエッチング処理室１０内で放電が開始され、試料
６がエッチングされる。

【００４１】尚、上記のエッチング装置はこの発明の各
実施例で用いるエッチング装置の一例であり、他の方式
のエッチング装置でも、この発明の実施は可能である。

【００４２】この発明の各実施例で用いるエッチングの
試料１６の一例を、図４の断面図に示す。同図におい
て、シリコン基板１の表面を酸化してシリコン酸化膜２
を形成した上に、スパッタ堆積法による白金膜３を形成
する。エッチング加工用のマスクとしては、有機系のフ
ォトレジスト膜にパターンを転写して形成する。同図に
は、白金膜３に対して垂直に形成された、パターン転写
後のフォトレジストパターン５を図示している。上記の
試料１６は、このエッチングで用いる試料の一例であ
り、白金膜３の下地がシリコン酸化膜２以外の場合であ
っても、この発明の実施は可能である。例えば、シリコ
ン窒化膜等の絶縁膜を下地としても良く、更には、これ
らの絶縁膜の上にバリアメタル（バリア層）を形成した
ものを下地とすることもできる。

【００４３】以下、本発明の各実施例を、順次に説明す
る。尚、各実施例の説明中に参照される各図面におい
て、同一符号のもの、または同一符号にアルファベット
を付したものは同一のものを示している。

【００４４】（実施例１） エッチングの反応ガスとし
て塩素ガスを用いてエッチングを行うと、白金膜はテー
パー形状にエッチングされる。このエッチングの進行
を、図５〜図８に示す。

【００４５】塩素ガスで白金膜３をエッチングする場合
には（図５）、エッチングの反応生成物の蒸気圧が極め
て低いため、反応生成物はエッチングのマスクであるフ
ォトレジストパターン５の側壁に再付着し、側壁付着膜
９を形成する（図６）。この側壁付着膜９の厚みは、エ
ッチングの進行と共に増大していく（図７）。

【００４６】一方、エッチングガスが塩素の場合におい
ては、フォトレジストパターン５は、その上端の角部分
よりテーパー形状にエッチングされていく（図６，図
７）。そして、このフォトレジストパターン５のエッチ
ング中の形状変化により、側壁付着膜９の形成位置はフ
ォトレジストパターン５の下部へと移っていく（図
７）。このフォトレジストパターン５の下部において
は、エッチングの進行と共に側壁付着膜９の厚みが増大
していくが、この側壁付着膜９は白金膜３のエッチング
マスクとしても作用するため（図６〜図７）、結果とし
て、白金膜３はテーパー角度４を有するテーパー形状に
エッチングされる（図８）。

【００４７】白金膜３のエッチング終了後は、フォトレ
ジストパターン５を灰化処理により除去すると共に、側
壁付着膜９を除去する。側壁付着膜９の除去方法として
は、メカニカルな処理を用いることができる。例えば、
ブラシを回転させて上記の膜９を除去する、いわゆるブ
ラシスクラバー方法を用いることができる。これによ
り、テーパー形状にエッチングされた白金電極３（下部
電極）が得られる。このテーパーエッチングが得られる
際の放電条件及びテーパー角度４の一例を示せば、次の
表１の通りである。

【００４８】

【表１】

【００４９】その後、多元系酸化物高誘電率膜７及び白
金膜の上部電極８をスパッタ法により形成して、薄膜キ
ャパシタを形成する。両膜７，８共、下部電極３のテー
パー形状に沿って、その両端がテーパー形状に滑らかに
形成される。

【００５０】（実施例２） ここでは、エッチングの反
応ガスとして、希ガスと塩素ガスの混合ガスを用いてエ
ッチングを行う場合を説明する。この場合にも、白金膜
はテーパー形状にエッチングされ、混合する塩素の濃度
によって、エッチングされる白金膜のテーパー形状の角
度を変化させることができる。本実施例２において、混
合率の相違により生じるエッチングの進行を、図９，図
１０の断面図に示す。

【００５１】エッチングガスとして希ガスのみを用いた
場合には、白金膜３Ａはスパッタリングによりエッチン
グされるため、スパッタ除去された白金膜３Ａは、エッ
チングマスクであるフォトレジストパターン５Ａの垂直
な側面に再付着し、再付着膜９Ａを形成する。この再付
着膜９Ａは白金膜３Ａのエッチングの進行と共にその厚
みを増大させるため、エッチングされた白金膜３Ａのエ
ッチング形状は、完全な垂直形状ではなく、わずかにテ
ーパー角度を有する形状となる。

【００５２】この希ガスによるエッチングに塩素ガスを
混合すると、上記の実施例１で説明したメカニズムによ
り、塩素ガスによるエッチング中のフォトレジストパタ
ーン５Ａのテーパー形状への形状変化が生じ、フォトレ
ジストパターン５Ａの側壁付着物９Ａの付着位置がフォ
トレジストパターン５Ａの側壁下部へと移り、白金膜３
Ａがテーパー形状にエッチングされる。

【００５３】ここで、混合する塩素ガスの量を変化させ
ると、エッチング中のフォトレジストパターン５Ａの形
状変化の度合が変化し、結果として、エッチングされる
白金膜３Ａのテーパー形状の角度４Ａが変化する。つま
り、希ガスと混合する塩素ガスの量を変化させることに
より、エッチングされる白金膜３Ａのテーパー形状の角
度４Ａを変化させることができるのである。この点が、
本実施例２におけるエッチング方法の特徴である。

【００５４】具体的には、混合する塩素ガスが少ない場
合にはテーパー角度４Ａが大きく（図９）、逆に、混合
する塩素ガスが多い場合にはテーパー角度４Ａが小さく
なる（図１０）。

【００５５】上記エッチングを実現できる条件の一例
を、希ガスとしてＡｒを用いた場合を例に取り、その放
電条件および得られるエッチングのテーパー角度４Ａと
共に示せば、次の表２、表３の通りとなる。

【００５６】

【表２】

【００５７】

【表３】

【００５８】ここで、表３は、塩素ガスの混合量と白金
膜３Ａのテーパー角度４Ａとの関係を示している。

【００５９】下部白金電極膜３Ａのテーパーエッチング
が終了すると、その後、フォトレジストパターン５Ａ及
び側壁付着物９Ａを除去した上で、下部白金電極膜３Ａ
上に、多元系酸化物高誘電率膜７，上部白金電極膜８の
順で両膜７，８を堆積し、薄膜キャパシタを形成する。

【００６０】（実施例３） 実施例３は、エッチングの
反応ガスとして、希ガスとハロゲン化合物ガスの混合ガ
スを用いてエッチングを行う場合である。この場合に
も、白金膜はテーパー形状にエッチングされ、混合する
ハロゲン化合物ガスの種類とその濃度により、エッチン
グされる白金膜のテーパー形状の角度を変化させること
ができる。本実施例３における、エッチングの進行を、
図１１，図１２の断面図に示す。

【００６１】ここで、エッチングガスとして希ガスのみ
を用いた場合には、上記の実施例２において説明したメ
カニズムにより、エッチングされた白金膜３Ｂのエッチ
ング形状は完全な垂直形状ではなく、わずかにテーパー
角度４Ｂを有する形状となる（図１１）。

【００６２】そこで、この希ガスによるエッチングにハ
ロゲン化合物ガスを混合すると、このハロゲン化合物ガ
スの影響により、エッチングマスクであるフォトレジス
トパターン５Ｂのエッチング速度が増大し、そのエッチ
ングの生成物が白金膜３Ｂのエッチングで生じるフォト
レジストパターン５Ｂの側壁の付着膜９Ｂに取り込ま
れ、側壁付着膜９Ｂの膜厚を増大させる。その結果、ハ
ロゲン化合物ガスを混合した場合には、希ガスのみでエ
ッチングを行った場合に比べてエッチングされる白金膜
３Ｂのテーパー形状が強くなり、テーパー角度４Ｂが小
さくなる（図１２）。また、混合するハロゲン化合物ガ
スの種類によってフォトレジストパターン５Ｂのエッチ
ング速度も変化するため、エッチングされる白金膜３Ｂ
のテーパー形状の角度４Ｂも変化する。

【００６３】上記エッチングが実現できる条件の一例
を、希ガスとしてＡｒを用い、ハロゲン化合物ガスとし
てそれぞれＨＢｒ、ＣＦ４及びＳＦ６を用いた場合を例
にとって、その放電条件及びそのときに得られるエッチ
ングのテーパー角度４Ｂと共に、次の表４，表５（混合
するハロゲン化合物ガスの種類と白金膜のテーパー角度
との関係）に示す。

【００６４】

【表４】

【００６５】

【表５】

【００６６】その後は、実施例１，２と同様のプロセス
を経て、薄膜キャパシタが形成される。

【００６７】（実施例４） 本実施例４におけるエッチ
ングの進行を、図１３〜図１５に示す。

【００６８】先ず、白金膜３Ｃを従来技術と同様の方法
により垂直形状にエッチングする（図１３）。即ち、Ａ
ｒ等の不活性ガスによるエッチング等の異方性エッチン
グによって、白金膜３Ｃを垂直方向にエッチングする。
その後、エッチングマスクであるフォトレジストパター
ン５Ｃを除去した上で（図１４）、希ガスを用いてエッ
チングを行う。これにより、白金膜３Ｃのエッチング形
状を垂直形状からテーパー形状に変化させることができ
る（図１５）。

【００６９】希ガスを用いたエッチングにおいては、ス
パッタリングにより白金膜がエッチングされるが、この
スパッタリングによるエッチングの速度は、エッチング
される面の角の部分で特に速くなる。このような性質を
有するエッチングを、フォトレジストパターン５Ｃを除
去した後の垂直形状にエッチングされた白金膜３Ｃに適
用すると、垂直形状の上端の角の部分が選択的にエッチ
ングされ、４５度ないし６０度の角度を有するテーパー
形状へと変化する（図１４→図１５）。

【００７０】このようなエッチングが得られる際の放電
条件及びテーパーの角度の一例を、希ガスとしてＡｒを
用いた場合を例として、次の表６に示す。

【００７１】

【表６】

【００７２】その後、テーパー形状を有する白金膜３Ｃ
上に多元系酸化物高誘電率膜７を堆積させ、更に多元系
酸化物高誘電率膜７上に上部白金電極膜８を堆積させ
る。これにより、両膜７，８が均一な膜厚に堆積され
（図１）、リーク電流の発生を抑圧可能な薄膜キャパシ
タが形成される。

【００７３】（変形例１） 実施例２〜実施例４では、
希ガスとしてＡｒガスを用いていたが、この発明はこれ
に限定されるものではない。即ち、これらの実施例の変
形として、Ａｒガスに代えてＫｒガス又はＸｅガスを希
ガスとして適用することも可能であり、更には、Ａｒガ
ス、Ｋｒガス及びＸｅガスの内で少なくとも二種を含む
混合ガスを希ガスとして適用することも可能である。こ
の場合にも、同様な効果が得られる。

【００７４】（変形例２） 又、実施例３では、ハロゲ
ン化合物ガスとしてＨＢｒガス、ＣＦ４ガス、又はＳＦ
６ガスの何れかのガスを用いていたが、この発明はこれ
らのガスに限定されるものではない。即ち、これらのガ
スの適用に代えて、ＣＨＦ３ガスやＮＦ３ガスやＨＣｌ
ガスをもハロゲン化合物ガスとして適用することが可能
である。更には、上記のＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガス、Ｓ
Ｆ６ガス、ＮＦ３ガス、ＨＣｌガス及びＨＢｒガスの内
で少なくとも二種を含む混合ガスを前記ハロゲン化合物
ガスとして用いることもできる。これらの場合にも、同
様な効果が得られる。

【００７５】（変形例３） 実施例１〜実施例４の各実
施例では、高融点金属含有膜として白金膜を用いていた
が、この発明は白金膜に限定されるものではない。即
ち、白金膜に代えて、パラジウム、イリジウム、金、ル
テニウム、レニウム、オスミウム又はロジウムの何れか
一つの高融点金属を含む膜を高融点金属含有膜として用
いることもできる。更には、白金、パラジウム、イリジ
ウム、金、ルテニウム、レニウム、オスミウム及びロジ
ウムの中の少なくとも二種を含む高融点金属膜をも用い
ることもできる。これらの変形例においても、実施例１
〜実施例４で得られた効果を奏することができる。

【００７６】（変形例４） 実施例１〜実施例４及び変
形例３の各例においては高融点金属含有膜として高融点
金属を含む膜を用いていたが、これに代えて、上記高融
点金属のシリサイド又は酸化物の内の何れか一方からな
る高融点金属化合物を、高融点金属含有膜として用いる
こともできる。これらの場合にも、同様な効果が得られ
る。

【００７７】（変形例５） 実施例１〜実施例４及び変
形例１〜変形例４の各例においては、テーパーエッチン
グ後に図１に示した薄膜キャパシタを製造していた。し
かし、実施例１〜実施例４及び変形例１〜変形例４の各
例に開示されたテーパーエッチング方法を図２に示した
薄膜キャパシタの製造にも適用可能ある。

【００７８】以上の各実施例及び各変形例で示したエッ
チング方法及びそれを用いた薄膜キャパシタの形成方法
により、従来のエッチング方法と比べてより大きなキャ
パシタの容量を有し、かつリーク電流の少ない薄膜キャ
パシタの形成が可能となる。これにより、薄膜キャパシ
タの薄膜化を一層推進させることができ、半導体装置の
縮小化ないし高性能化に貢献することができる。

【００７９】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、下地に形
成された高融点金属含有膜の端部をテーパー形状にエッ
チングすることが出来る。これにより、高融点金属含有
膜端部での段差の急俊さを軽減することができ、当該高
融点金属含有膜を薄膜キャパシタの下部電極として用い
るときには、当該高融点金属含有膜上に形成すべき高誘
電率膜の、高融点金属含有膜の上部と端部側面での膜厚
差を軽減することができ、従って膜厚がより薄い高誘電
率膜を使用することができる。

【００８０】請求項２に係る発明によれば、高融点金属
含有膜の端部をテーパー形状にエッチング出来るのみな
らず、希ガスと混合する塩素ガスの量を変えることによ
ってエッチングされる高融点金属含有膜のテーパー角度
を変化させることができる。即ち、塩素ガスの混合量に
よって高融点金属含有膜の端部のテーパー角度を制御で
きる効果がある。

【００８１】請求項３に係る発明によれば、様々な種類
の希ガス又はそれらの混合ガスを利用して高融点金属含
有膜の端部をテーパー形状にエッチングすることができ
る効果がある。

【００８２】請求項４に係る発明によれば、高融点金属
含有膜の端部を小さなテーパー角度をもったテーパー形
状にエッチングすることができると共に、希ガスと混合
するハロゲン化合物ガスの種類とその濃度とを変えるこ
とによって、エッチングされる高融点金属含有膜のテー
パー角度を変化させることができる。即ち、ハロゲン化
合物ガスの種類とその濃度とによって、高融点金属含有
膜の端部のテーパー角度を制御できる効果がある。

【００８３】また、様々な種類の希ガス又はそれらの混
合ガスと、様々な種類のハロゲン化合物ガス又はそれら
の混合ガスとの組み合わせを利用して、高融点金属含有
膜の端部をテーパー形状にエッチングすることができ、
しかも、そのテーパー角度を様々な角度に変えることが
できる効果がある。

【００８４】請求項５に係る発明によれば、従来技術に
よって垂直形状に形成された高融点金属含有膜に対し
て、更にその端部をテーパー形状にエッチングすること
ができる効果がある。しかも、この発明では希ガスのみ
を用いてテーパーエッチングを実現しており、従来技術
を効果的に活かすことができる、汎用性に富んだテーパ
ーエッチング技術を提供できる。

【００８５】請求項６に係る発明によれば、様々な種類
の希ガス又はそれらの混合ガスを利用して高融点金属含
有膜の端部をテーパー形状にエッチングすることができ
る効果がある。

【００８６】また、高融点金属及び高融点金属化合物の
何れか一方を含んだ高融点金属含有膜に対してテーパー
エッチングを実現することができる。

【００８７】また、様々な高融点金属含有膜に対するテ
ーパーエッチングを実現することができる。

【００８８】請求項７に係る発明によれば、端部が滑ら
かにテーパー形状でエッチングされた高融点金属含有膜
を得ることができ、これをリーク電流の発生を防止する
ための薄膜キャパシタ用下部電極として用いることがで
きる効果を奏する。

【００８９】請求項８に係る発明によれば、高融点金属
含有膜からなる電極の側面部分に於いて発生するリーク
電流を格段に低減することができ、このため、決定した
高融点金属含有膜の膜厚から予想される通りの容量を有
する薄膜キャパシタを実現できる。これにより、薄膜キ
ャパシタのリーク特性及び容量特性を向上させることが
できる。

【００９０】加えて、リーク電流の抑止により、従来技
術と比較してより薄い多元系酸化物高誘電率膜の使用を
可能することができ、より大きな容量値の薄膜キャパシ
タを実現できる。しかも、多元系酸化物高誘電率膜の膜
厚をより薄くすることができるということは、各膜の面
積を小さくしても所望の容量値を実現できるいう利点を
もたらす。従って、本発明により、薄膜キャパシタの縮
少化及び高性能化を実現することができる。

【００９１】請求項９に係る発明によれば、高融点金属
含有膜から成る電極端とスペーサー上端間の段差及び急
峻度を軽減することができると共に、当該部分に於ける
多元系酸化物高誘電率膜の膜質異常を防止することがで
き、この結果、薄膜キャパシタ全体の電流リークを格段
に低減することができる。このため、薄膜キャパシタの
リーク特性及び容量特性を向上させることができると共
に、薄膜キャパシタの縮少化及び高性能化を達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のテーパーエッチングを実施した場合
の絶縁膜のスペーサーを用いない場合における、薄膜キ
ャパシタの構造を示す断面図である。

【図２】 本発明のテーパーエッチングを実施した場合
の絶縁膜のスペーサーを用いる場合における、薄膜キャ
パシタの構造を示す断面図である。

【図３】 本発明の各実施例で用いるエッチング装置の
一例を示す断面図である。

【図４】 本発明の各実施例で用いるエッチング試料の
一例を示す断面図である。

【図５】 実施例１におけるエッチングの進行を示す断
面図である。

【図６】 実施例１におけるエッチングの進行を示す断
面図である。

【図７】 実施例１におけるエッチングの進行を示す断
面図である。

【図８】 実施例１におけるエッチングの進行を示す断
面図である。

【図９】 実施例２における、混合する塩素ガスが少な
い場合のエッチングを示す断面図である。

【図１０】 実施例２における、混合する塩素ガスが多
い場合のエッチングを示す断面図である。

【図１１】 実施例３における、希ガスのみによりエッ
チングした場合のエッチングを示す断面図である。

【図１２】 実施例３における、希ガスにハロゲン化合
物ガスを混合した場合のエッチングを示す断面図であ
る。

【図１３】 実施例４におけるエッチングのフローを示
す工程図である。

【図１４】 実施例４におけるエッチングのフローを示
す工程図である。

【図１５】 実施例４におけるエッチングのフローを示
す工程図である。

【図１６】 従来の方法により形成された薄膜キャパシ
タの構造を示す断面図である。

【図１７】 他の従来の方法により形成された薄膜キャ
パシタの構造を示す断面図である。

【図１８】 他の従来の方法により形成された薄膜キャ
パシタの構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板、２ シリコン酸化膜、３，３Ａ，３
Ｂ，３Ｃ 下部白金電極膜、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ テ
ーパー角度、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ フォトレジストパ
ターン、６ スペーサー、７ 多元系酸化物高誘電率
膜、８ 上部白金電極膜、９，９Ａ，９Ｂ 側壁付着
膜、１０ エッチング処理室、１１ 反応ガス導入口、
１２ ガス排気口、１３ カソード電極、１４ アノー
ド電極、１５電磁コイル、１６ エッチング試料。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−45289（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−132257（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−92323（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−21405（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−130702（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/822

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下地に形成された白金、パラジウム、イ
   リジウム、金、ルテニウム、レニウム、オスミウム、ロ
   ジウム、並びにこれらの化合物の何れかを含む高融点金
   属含有膜を当該高融点金属含有膜上に垂直に形成したフ
   ォトレジストパターンをマスクとしてエッチングする方
   法であって、 エッチングの反応ガスとして塩素ガスのみを導入し、前
   記フォトレジストパターンの側壁への側壁付着膜形成を
   利用して前記塩素ガスによって前記高融点金属含有膜を
   テーパー形状にエッチングすることを特徴とする高融点
   金属含有膜のエッチング方法。
2. 【請求項２】 下地に形成された白金、パラジウム、イ
   リジウム、金、ルテニウム、レニウム、オスミウム、ロ
   ジウム、並びにこれらの化合物の何れかを含む高融点金
   属含有膜を当該高融点金属含有膜上に垂直に形成したフ
   ォトレジストパターンをマスクとしてエッチングする方
   法であって、 希ガスと塩素ガスとの混合ガスを前記エッチングの反応
   ガスとして導入し、 前記塩素ガスによって前記フォトレジストパターンの上
   端の角部分より前記フォトレジストパターンをテーパー
   形状にエッチングしつつ、前記フォトレジストパターン
   の側壁への側壁付着膜形成を利用して前記混合ガスによ
   って前記高融点金属含有膜を前記混合ガス中の塩素ガス
   の濃度に基づくテーパー形状にエッチングすることを特
   徴とする高融点金属含有膜のエッチング方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の高融点金属含有膜のエッ
   チング方法において、 Ａｒガス、Ｋｒガス及びＸｅガスの内で少なくとも一種
   を含むガスを前記希ガスとして用いることを特徴とする
   高融点金属含有膜のエッチング方法。
4. 【請求項４】 下地に形成された白金、パラジウム、イ
   リジウム、金、ルテニウム、レニウム、オスミウム、ロ
   ジウム、並びにこれらの化合物の何れかを含む高融点金
   属含有膜を当該高融点金属含有膜上に垂直に形成したフ
   ォトレジストパターンをマスクとしてエッチングする方
   法であって、 Ｋｒガス及びＸｅガスの内で少なくとも一種を含む希ガ
   スとハロゲン化合物ガスとの混合ガス若しくはＡｒガス
   とＣＦ４ガス、ＳＦ６ガス、ＣＨＦ３ガス及びＮＦ３ガ
   スの内で少なくとも一種を含むハロゲン化合物ガスとの
   混合ガスを前記エッチングの反応ガスとして導入し、 前記ハロゲン化合物ガスによって前記フォトレジストパ
   ターンの上端の角部分より前記フォトレジストパターン
   をテーパー形状にエッチングしつつ、前記フォトレジス
   トパターンの側壁への側壁付着膜形成を利用して前記混
   合ガスによって前記高融点金属含有膜を前記混合ガス中
   のハロゲン化合物ガスの種類とその濃度に基づくテーパ
   ー形状にエッチングすることを特徴とする高融点金属含
   有膜のエッチング方法。
5. 【請求項５】 下地に形成された高融点金属含有膜を当
   該高融点金属含有膜上に垂直に形成したフォトレジスト
   パターンをマスクとしてエッチングする方法であって、 前記高融点金属含有膜を垂直形状にエッチングし、 前記エッチング後に前記フォトレジストパターンを除去
   し、 前記除去後にエッチングガスとして希ガスを用いて前記
   高融点金属含有膜を再度エッチングすることを特徴とす
   る高融点金属含有膜のエッチング方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の高融点金属含有膜のエッ
   チング方法において、 Ａｒガス、Ｋｒガス及びＸｅガスの内で少なくとも一種
   を含むガスを前記希ガスとして用いることを特徴とする
   高融点金属含有膜のエッチング方法。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の
   高融点金属含有膜のエッチング方法であって、 前記エッチング後に、前記フォトレジストパターンの側
   壁に前記エッチング時に付着した側壁付着膜と共に前記
   フォトレジストパターンを除去することを特徴とする高
   融点金属含有膜のエッチング方法。
8. 【請求項８】 請求項５又は請求項７記載のエッチング
   方法を用いた薄膜キャパシタの製造方法であって、 前記請求項５又は請求項７記載のエッチング方法により
   前記高融点金属含有膜をテーパー形状にエッチングする
   工程と、 前記テーパー形状にエッチングされた高融点金属含有膜
   上に多元系酸化物高誘電率膜を形成し、更に前記多元系
   酸化物高誘電率膜上に別の高融点金属含有膜を形成する
   工程とを、 備えたことを特徴とする薄膜キャパシタの製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載の薄膜キャパシタの製造方
   法であって、 前記高融点金属含有膜のエッチング後に、前記高融点金
   属含有膜の前記テーパー形状の側面に絶縁膜から成るス
   ペーサーを形成した上で、前記多元系酸化物高誘電率膜
   を形成することを特徴とする薄膜キャパシタの製造方
   法。