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JP3337622B2 - 選択的エッチング液及びそのエッチング液を用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents
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JP3337622B2 - 選択的エッチング液及びそのエッチング液を用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

選択的エッチング液及びそのエッチング液を用いた半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の構成
材料として、最近、特に重要視されてきたチタン、チタ
ン酸化物、あるいはチタン酸化物を含む材料(以下、チ
タン系材料という)と、半導体プロセスで最も多用され
ているシリコン酸化膜に対し、それぞれを選択的又は等
速でエッチングするエッチング液、及び該エッチング液
を用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、チタンは、半導体集積回路におけ
る配線やシリサイド化などに使用される重要な金属材料
であると共に、その酸化物を含むセラミック材料は誘電
率が高く、メモリ用の高誘電率材料やGaAs高周波集積
回路のキャパシタとして用いられている。特に最近で
は、BaSrTiO3,SrTiO3をはじめとする高誘電率
キャパシタ材料を集積化した集積回路の開発が精力的に
進められている。
【0003】従来のチタン系材料に対するエッチングに
は、イオンミリングが一般に用いられている。図6は、
高誘電率キャパシタ材料をイオンミリングにより加工す
るプロセスを示したものである。図6において、1は半
導体基板、2は下部電極膜、3は高誘電率キャパシタ材
料膜、4は上部電極膜、5は上部電極形成用レジストマ
スク、6は下部電極形成用レジストマスクである。
【0004】まず最初に、半導体基板1上の全面に下部
電極膜2、高誘電率キャパシタ材料膜3、上部電極膜4
を順次積層し(a)、次に、上部電極形成用レジストマス
ク5を形成した後(b)、イオンミリング(標準的な条件は
加速電圧800V、ビーム電流200mA)により上部電極膜4
と高誘電率キャパシタ材料膜3をパターニングし、上部
電極形成用レジストマスク5を除去する(c)。次に、下
部電極形成用レジストマスク6を形成し(d)、イオンミ
リングにより下部電極膜2をパターニングする(e)。
【0005】その外には、PLZTをウェットでエッチ
ングする方法として、HClとFイオン供与物質からな
る溶液に浸した後、硝酸又は酢酸に浸す2ステップのエ
ッチングがある(US Patent No. 4759823)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】チタン系材料を加工す
るために、イオンミリングを用いると、高エネルギーの
Arイオンのために半導体デバイスにダメージを与える
ことがある。また、イオンミリングではミリングすべき
材料とその下地材料との組合せが制限されるという問題
がある。一方、従来のウェットエッチング液を用いる場
合も、エッチングすべき材料とその下地のシリコン酸化
膜などの材料との選択性が大きく制限されるという問題
があった。
【0007】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るもので、チタン系材料膜とシリコン酸化膜の一方を選
択的にエッチングし、あるいはその両方を等速でエッチ
ングするエッチング液及びそのエッチング液を用いた半
導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の選択的エッチング液は、Srを含むチタン
酸化膜とシリコン酸化膜とを選択的にエッチングする選
択的エッチング液であって、HCl,NHF及びH
Oの混合液からなることを特徴する。また本発明の半
導体装置の製造方法は、HCl,NHF及びHOの
混合液からなり、Srを含むチタン酸化膜とシリコン酸
化膜とを選択的にエッチングする選択的エッチング液を
用いた半導体装置の製造方法であって、NHFのHC
lに対するモル比が1以下となるように調製した選択的
エッチング液を用いて、シリコン酸化膜上に堆積された
Srを含むチタン酸化膜をエッチングすることを特徴と
する。また、NHFのHClに対するモル比が1以上
となるように調製した選択的エッチング液を用いて、S
rを含むチタン酸化膜上に堆積されたシリコン酸化膜を
エッチングすることを特徴とする。また、NHFとH
Clのモル濃度が等しくなるように調製した選択的エッ
チング液を用いて、Srを含むチタン酸化膜とシリコン
酸化膜の積層膜をエッチングすることを特徴とする。
【0009】図1は、NH4F/HClモル比に対する、
チタン酸化物を含む代表的な材料であるSrTiO3及び
シリコン酸化膜の各エッチング速度の関係を示したもの
である。NH4F/HClモル比が1の点で、シリコン酸
化膜のエッチング速度とSrTiO3のエッチング速度は
交差する。この関係は、BaXSr(1-X)TiO3(Xは混晶
比)の場合でも単純なチタン、チタン酸化物の場合でも
略同じとなる。このことから、NH4F/HClモル比が
1を境にして、チタン系材料膜とシリコン酸化膜のエッ
チングの選択性を制御することができる。
【0010】図2は、本発明のHCl,NH4F及びH2
Oの混合液からなるエッチング液中でのSrTiO3とシ
リコン酸化膜の反応モデル図である。(1)はHClの電離
式、(2)はNH4Fの電離式、(3)はHイオンとFイオン
の反応式、(4)はSrTiO3のエッチングモデル、(5)は
SiO2のエッチングモデルである。
【0011】HCl,NH4Fは電離式(1),(2)のように
電離する。また、生成したHイオンとFイオンは反応式
(3)のように反応し、HF2イオンを生成する。SrTiO
3は反応式(4)のようにHF2イオンとHイオンに反応し
てエッチングされる。一方、シリコン酸化膜は反応式
(5)のように反応してエッチングされる。
【0012】なお、図2では、SrTiO3のエッチング
を例として説明したが、チタンあるいはチタン酸化物に
対しても同様にエッチングすることができる。さらに、
チタン酸化物には多くの価数のものが存在するが、いず
れの価数のチタン酸化物に対してもエッチングが可能で
ある。
【0013】そして、上記エッチング液の特性を、半導
体装置の製造に有効に利用し、工程の簡略化、加工精度
の向上を図ることが可能になる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。 (実施の形態1)図3は、本発明の実施の形態1における
半導体装置の製造方法を示したものである。なお、図6
と同一符号のものは同一のものを表しており、また7は
シリコン酸化膜、8はレジストマスクである。
【0015】製造方法は、まず、図3(a)に示したよう
に、半導体基板1上にシリコン酸化膜7を堆積し、パタ
ーニングする。続いて、図3(b)に示したように、下部
電極膜2を蒸着、リフトオフした後、高誘電率キャパシ
タ材料膜3を全面に形成する。次に、図3(c)に示した
ように、上部電極膜4を蒸着、リフトオフし、続いて高
誘電率キャパシタ材料膜3のエッチング用レジストマス
ク8を形成する。
【0016】そこで、NH4FのHClに対するモル比が
1以下となるように調製されたエッチング液を用いて、
図3(d)に示したように、高誘電率キャパシタ材料膜3
のみを選択的にエッチングし、次にレジストマスク8を
除去する。このとき、エッチング液のシリコン酸化膜7
に対するエッチング速度が遅いため、シリコン酸化膜7
のパターン寸法及び膜厚に影響を与えず、所期の加工が
完了する。
【0017】(実施の形態2)図4は、本発明の実施の
形態2における半導体装置の製造方法を示したもので、
図3と同一のものには同一符号を付してあり、また9は
配線材料膜である。
【0018】製造方法は、図4(a)に示したように、
半導体基板1上にシリコン酸化膜7aを堆積し、続いて
下部電極膜2と高誘電率キャパシタ材料膜3を順次形成
する。次に、図4(b)に示したように、シリコン酸化膜
7bを全面に堆積し、図4(c)に示したように、シリコン
酸化膜7bに配線接続用の窓を開けるためのレジストマ
スク8を形成する。
【0019】ここで、NH4FのHClに対するモル比が
1以上となるように調製されたエッチング液を用いて、
図4(d)に示したように、シリコン酸化膜7bのみを選択
的にエッチングして窓を開ける。レジストマスク8を除
去した後、配線材料膜9を形成する。エッチング液は高
誘電率キャパシタ材料膜3に対するエッチング速度が遅
いため、シリコン酸化膜7bを選択的にエッチングする
際、高誘電率キャパシタ材料膜3はエッチングされな
い。高誘電率キャパシタ材料膜3上の窓の部分に形成さ
れた配線材料膜9は、上部電極としての機能を有するこ
とになる。
【0020】(実施の形態3)図5は、本発明の実施の形
態3における半導体装置の製造方法を示したものであ
り、図4と同一のものには同一符号を付している。製造
方法は、まず、図5(a)に示したように、半導体基板1
上にシリコン酸化膜7aを堆積し、下部電極膜2と高誘
電率キャパシタ材料膜3を順次形成する。次に、図5
(b)に示したように、上部電極膜4を蒸着、リフトオフ
し、続いてシリコン酸化膜7bを全面に堆積する。さら
に、図5(c)に示したように、シリコン酸化膜7b及び高
誘電率キャパシタ材料膜3のエッチング用レジストマス
ク8を形成する。
【0021】ここで、NH4FとHClのモル濃度が等し
くなるように調製されたエッチング液を用いて、図5
(d)に示したように、露出されたシリコン酸化膜7b及び
その下の高誘電率キャパシタ材料膜3の両方を同時にエ
ッチングして窓を開け、次にレジストマスク8を除去す
る。このとき、エッチング液のシリコン酸化膜7bに対
するエッチング速度と高誘電率キャパシタ材料膜3に対
するエッチング速度が同一であるため、上部電極膜4と
下部電極膜2に対するコンタクト窓を同時に開けること
ができる。なお、NH4F/HClモル比の製造工程上の
許容差は±20%程度であり、その範囲で略問題なく、等
速エッチングとみなすことが可能である。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のエッチン
グ液によれば、NH4F/HClモル比を適宜設定するこ
とにより、チタン系材料膜とシリコン酸化膜のいずれか
一方を選択的にエッチングし、あるいはその両方を同時
にエッチングすることが可能になり、そして、このエッ
チング液の特性を半導体装置の製造に有効に利用するこ
とによって、工程の簡略化、加工精度の向上を図ること
ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエッチング液におけるNH4F/HCl
モル比と、SrTiO3及びシリコン酸化膜の各エッチン
グ速度との関係を示す図である。
【図2】本発明のエッチング液における反応モデル図で
ある。
【図3】本発明の実施の形態1における半導体装置の製
造方法を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態2における半導体装置の製
造方法を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態3における半導体装置の製
造方法を示す図である。
【図6】従来例における半導体装置の製造方法を示す図
である。
【符号の説明】
1…半導体基板、 2…下部電極膜、 3…高誘電率キ
ャパシタ材料膜、 4…上部電極膜、 7,7a,7b…シ
リコン酸化膜、 8…レジストマスク、 9…配線材料
膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−310887(JP,A) 特開 平3−19373(JP,A) 米国特許4759823(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/306,21/308

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Srを含むチタン酸化膜とシリコン酸化
    膜とを選択的にエッチングする選択的エッチング液であ
    って、HCl,NHF及びHOの混合液からなるこ
    とを特徴とする選択的エッチング液。
  2. 【請求項2】 HCl,NHF及びHOの混合液か
    らなり、Srを含むチタン酸化膜とシリコン酸化膜とを
    選択的にエッチングする選択的エッチング液を用いた半
    導体装置の製造方法であって、NHFのHClに対す
    るモル比が1以下となるように調製した選択的エッチン
    グ液を用いて、シリコン酸化膜上に堆積されたSrを含
    むチタン酸化膜をエッチングすることを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 HCl,NHF及びHOの混合液か
    らなり、Srを含むチタン酸化膜とシリコン酸化膜とを
    選択的にエッチングする選択的エッチング液を用いた半
    導体装置の製造方法であって、NHFのHClに対す
    るモル比が1以上となるように調製した選択的エッチン
    グ液を用いて、Srを含むチタン酸化膜上に堆積された
    シリコン酸化膜をエッチングすることを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 HCl,NHF及びHOの混合液か
    らなり、Srを含むチタン酸化膜とシリコン酸化膜とを
    選択的にエッチングする選択的エッチング液を用いた半
    導体装置の製造方法であって、NHFとHClのモル
    濃度が等しくなるように調製した選択的エッチング液を
    用いて、Srを含むチタン酸化膜とシリコン酸化膜の積
    層膜をエッチングすることを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
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