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JPH07335622A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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Publication number
JPH07335622A
JPH07335622A JP12859294A JP12859294A JPH07335622A JP H07335622 A JPH07335622 A JP H07335622A JP 12859294 A JP12859294 A JP 12859294A JP 12859294 A JP12859294 A JP 12859294A JP H07335622 A JPH07335622 A JP H07335622A
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JP
Japan
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etching
sulfur
etched
layer
substrate
Prior art date
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Application number
JP12859294A
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Japanese (ja)
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JP3678771B2 (en
Inventor
Shingo Kadomura
新吾 門村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH07335622A publication Critical patent/JPH07335622A/en
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize an anisotropic etching process by a method wherein an etched is set to a specific temperature of below control, depositing sulfur on the etched substrate and using etching gas which contains sulfur fluoride com pound that emits free sulfur in plasma under conditions that ionization and discharge take place. CONSTITUTION:For instance, an insulating layer 2 of SiO2, is formed on a semiconductor substrate 1 of an Si wafer or the like by thermal oxidization, and an RuO2 lawyer 3 is formed on the layer 2, as thick as 300nm. The substrate 1 is kept at a temperature of 90 deg. or below, and the RuO2 layer 3 is etched with etching gas of S2F2. With an advance in etching, a side wall protective film 5 of sulfur is formed on the side walls of the patterned RuO2, layer 3 and a resist mask 4, so that the patterned RuO2 layer 3 is protected against side etching, and then an RuO2 layer 3a is formed. By this setup, an RuO2 layer can be anisotropically dry-etched at a practical etching rate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は酸化ルテニウム(RuO
2 )層のドライエッチング方法に関し、更に詳しくは、
半導体装置等の電極配線に用いる導電性セラミクスであ
る、酸化ルテニウム層の異方性ドライエッチング方法に
関する。
The present invention relates to ruthenium oxide (RuO).
2 ) Regarding the dry etching method for the layer,
The present invention relates to an anisotropic dry etching method for ruthenium oxide layers, which is a conductive ceramic used for electrode wiring of semiconductor devices and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、64Mビット以降のDRAM等、
次世代LSIに対する誘電体材料として、チタン酸鉛
〔PbTiO3 〕あるいはPZT〔Pb(Zr,Ti)
3 〕、PLZT〔(Pb,La)(Zr,Ti)
3 〕等のPZT系強誘電体薄膜を利用する動向があ
る。これら材料の強誘電性を利用し、DRAMのキャパ
シタ絶縁膜として、またMISトランジスタの絶縁膜に
利用したMFSトランジスタとして、さらには焦電性を
利用した赤外線センサへの利用等が考えられている。な
かでも分極反転特性を利用した大容量不揮発性メモリで
あるFRAMは、将来、動画をも1チップ上に記録しう
る固体メモリとして期待される次世代のデバイスとして
期待が大きい。しかしながら、これら強誘電体デバイス
の実用化には特性に優れた強誘電体薄膜の形成方法もさ
ることながら、強誘電体薄膜への電極のパターニング方
法についても検討の余地が大きい。
2. Description of the Related Art Recently, DRAMs of 64 Mbits or later,
As a dielectric material for next-generation LSI, lead titanate [PbTiO 3 ] or PZT [Pb (Zr, Ti)
O 3 ], PLZT [(Pb, La) (Zr, Ti)
There is a trend to utilize PZT type ferroelectric thin films such as O 3 ]. Utilizing the ferroelectricity of these materials, it is considered to be used as a capacitor insulating film of DRAM, as an MFS transistor used as an insulating film of MIS transistor, and as an infrared sensor utilizing pyroelectricity. Among them, the FRAM, which is a large-capacity non-volatile memory utilizing the polarization inversion characteristic, is highly expected as a next-generation device expected in the future as a solid-state memory capable of recording moving images on one chip. However, in order to put these ferroelectric devices into practical use, there is much room for studying not only the method for forming a ferroelectric thin film having excellent characteristics but also the method for patterning electrodes on the ferroelectric thin film.

【0003】従来より、PZT系等の強誘電体薄膜への
電極材料として、その特性の安定性からPt金属を用い
るのが一般的である。このPt金属層のパターニング
は、王水を用いたウェットエッチングか、Ar等の希ガ
スを用いたイオンミリングが主流である。
Conventionally, Pt metal is generally used as an electrode material for a ferroelectric thin film such as a PZT system because of its stable characteristics. The patterning of the Pt metal layer is mainly wet etching using aqua regia or ion milling using a rare gas such as Ar.

【0004】しかしながら、ウェットエッチングにおい
てはレジスト密着性やサイドエッチングの問題、さらに
は他のドライプロセスとの整合性の問題がある。またイ
オンミリングにおいては、下地強誘電体薄膜のダメージ
や、パターニングされたPt電極配線やレジスト側壁へ
のスパッタ再付着膜等、解決すべき問題点がある。後者
の再付着への対策として、特開平5−109668号公
報には、Arイオンビームの入射角度を変えて多段階エ
ッチングする方法が開示されている。この方法によれば
Ptの再付着は防止できるが、異方性形状を得ることが
出来ない。また特開平5−21405公報には、付着し
てしまったPtの側壁膜を、ジェットスクラバ等高圧力
噴流水と綿状のローラブラシで物理的に除去する方法が
開示されている。この方法によれば異方性形状を保った
パターニングが可能である。しかし、ミクロに見ればP
tの再付着側壁膜の破断面が新たに形成され、パターン
形状の悪化が懸念されるし、後処理ではあるがウェット
プロセスを併用するのであるから、やはりドライプロセ
スとの整合性が悪い。綿状ローラによるダメージやパー
ティクル汚染の点も未解決である。
However, wet etching has a problem of resist adhesion and side etching, and further has a problem of compatibility with other dry processes. Further, in the ion milling, there are problems to be solved, such as damage to the underlying ferroelectric thin film, and spatter redeposition film on the patterned Pt electrode wiring and resist sidewall. As a countermeasure against the latter redeposition, Japanese Patent Laid-Open No. 5-109668 discloses a method of performing multi-step etching by changing the incident angle of Ar ion beam. According to this method, redeposition of Pt can be prevented, but an anisotropic shape cannot be obtained. Further, JP-A-5-21405 discloses a method of physically removing the deposited Pt side wall film with high pressure jet water such as a jet scrubber and a cotton-like roller brush. According to this method, patterning while maintaining the anisotropic shape is possible. However, from a micro perspective, P
The fractured surface of the redeposited side wall film of t is newly formed, there is a concern that the pattern shape may be deteriorated, and the wet process is also used although it is a post-treatment, so that the compatibility with the dry process is also poor. The problem of damage and particle contamination due to the cotton-like roller is still unsolved.

【0005】一方、側壁保護膜の利用による異方性ドラ
イエッチングの試みも提案されている。例えば、199
3年春季第30回応用物理学関係連合講演会講演予稿集
講演番号30a−ZE−3には、HBr/CH4 混合ガ
ス系によるマグネトロンRIEを用いたプロセスの報告
がある。また同様のガス系によりECRプラズマエッチ
ング装置を用いた例が、Micro Process Conference予稿
集 B-7-5, 146 (1993)に掲載されている。いずれの例
も、対レジストマスク選択比と異方性形状確保のため、
カーボン系ポリマを堆積するCH4 ガスを添加してお
り、パーティクル汚染や再現性低下の虞れが残る。ま
た、エッチングレートも20nm/分程度と小さい。
On the other hand, an attempt of anisotropic dry etching using a side wall protective film has also been proposed. For example, 199
Proceedings of the 30th Joint Lecture Meeting on Applied Physics in 3rd Spring Lecture No. 30a-ZE-3 is a report of a process using magnetron RIE with a HBr / CH 4 mixed gas system. An example of using an ECR plasma etching system with the same gas system is published in Micro Process Conference Proceedings B-7-5, 146 (1993). In both cases, to ensure the resist mask selectivity and anisotropic shape,
Since CH 4 gas that deposits the carbon-based polymer is added, there is a risk of particle contamination and deterioration of reproducibility. Moreover, the etching rate is as small as about 20 nm / min.

【0006】このようにPtによる電極は、その特性の
安定性にもかかわらず、加工性に難点があることから、
最近は他の電極材料として、ITOやRuO2 等の導電
性セラミクスの採用を検討する動向がある。中でもRu
2 は、ITOより強誘電体薄膜との相互拡散が少ない
こと、またPtと比べても優れたオーミック性と、ブレ
ークダウン特性の時間依存性(TDDB)を示すことが
報告されている(J.Electrochem.Soc.,140-9,2640(199
3)) 。
As described above, the Pt electrode has a problem in workability despite the stability of its characteristics.
Recently, there is a trend to consider the use of conductive ceramics such as ITO and RuO 2 as other electrode materials. Above all, Ru
It has been reported that O 2 has less mutual diffusion with a ferroelectric thin film than ITO, exhibits excellent ohmic properties even compared with Pt, and exhibits time dependence (TDDB) of breakdown characteristics (J .Electrochem.Soc., 140- 9,2640 (199
3)).

【0007】RuO2 はRuのハロゲン化物の蒸気圧が
小さいことから、やはりドライエッチングの困難な材料
であるが、そのフッ化物RuF5 は沸点が250℃であ
るので、被エッチング基板を加熱すれば、F系ガスによ
る減圧下でのエッチングは可能である。例えば、J.Elec
trochem.Soc., 140-9, 2635 (1993)にはCCl2
2(フロン12)を用いたRIEの例が報告されてい
る。しかしながら、このエッチング方法はエッチングレ
ートが高々数nm〜十数nm/分と低く、しかもフロン
12に限らず、特定フロンは地球環境保全の観点から使
用を規制されつつあるのが現状である。
RuO 2 is also a material which is difficult to dry-etch due to the small vapor pressure of Ru halide, but its fluoride RuF 5 has a boiling point of 250 ° C., so if the substrate to be etched is heated. Etching under reduced pressure with a F-based gas is possible. For example, J. Elec
trochem.Soc., 140- 9, 2635 (1993) has CCl 2 F.
An example of RIE using 2 (CFC12) has been reported. However, in this etching method, the etching rate is as low as several nm to several tens of nm / min at most, and not only the CFC 12 but the specific CFC is being regulated from the viewpoint of global environmental protection under the present circumstances.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、PZT系等の強誘電体薄膜等への電極材料として有
望なRuO2 の異方性ドライエッチング方法を提供する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an anisotropic dry etching method of RuO 2 which is promising as an electrode material for a PZT-based ferroelectric thin film or the like.

【0009】また本発明の課題は、実用的なエッチング
レートを確保した上で、クリーンな脱フロンプロセスに
よる上記ドライエッチング方法を提供することである。
本発明の上記以外の課題は、本願明細書中での説明によ
り明らかにされる。
Another object of the present invention is to provide the above dry etching method by a clean dechlorofluorocarbon process while ensuring a practical etching rate.
Other problems of the present invention will be made clear by the description in the present specification.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のRuO2 のドラ
イエッチング方法は、上記課題を解決するために提案す
るものであり、被エッチング基板を90℃以下に制御
し、かつこの被エッチング基板上にイオウを堆積させな
がら、放電電離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放
出しうるフッ化イオウ系化合物を含むエッチングガスを
用いてエッチングするものである。
The dry etching method of RuO 2 according to the present invention is proposed to solve the above-mentioned problems, and the substrate to be etched is controlled to 90 ° C. or lower, and Etching is performed by using an etching gas containing a fluorinated sulfur compound capable of releasing free sulfur into plasma under discharge ionization conditions while depositing sulfur on the substrate.

【0011】また本発明のRuO2 のドライエッチング
方法は、被エッチング基板を150℃以下に制御し、か
つこの被エッチング基板上に窒化イオウ系化合物を堆積
させながら、放電電離条件下でプラズマ中に遊離のイオ
ウを放出しうるフッ化イオウ系化合物を含むエッチング
ガスと、チッ素系ガスを含むエッチングガスを用いてエ
ッチングするものである。
Further, according to the dry etching method of RuO 2 of the present invention, the substrate to be etched is controlled at 150 ° C. or lower, and the sulfur nitride compound is deposited on the substrate to be etched, while it is exposed to the plasma under discharge ionization conditions. Etching is performed using an etching gas containing a fluorinated sulfur compound capable of releasing free sulfur and an etching gas containing a nitrogen gas.

【0012】さらにまた本発明のRuO2 のドライエッ
チング方法は、被エッチング基板を400℃以下に制御
し、かつこの被エッチング基板上に硫化アンモニウム系
化合物を堆積させながら、放電電離条件下でプラズマ中
に遊離のイオウを放出しうるフッ化イオウ系化合物と、
NH3 を含むエッチングガスによりエッチングするもの
である。
Further, according to the dry etching method of RuO 2 of the present invention, the substrate to be etched is controlled to 400 ° C. or lower, and the ammonium sulfide compound is deposited on the substrate to be etched while plasma is formed under discharge ionization conditions. A fluorinated sulfur compound capable of releasing free sulfur to
Etching is performed with an etching gas containing NH 3 .

【0013】本発明で用いるところの、放電電離条件下
でプラズマ中に遊離のイオウを放出しうるフッ化イオウ
系化合物は、S2 2 、SF2 、SF4 およびS2 10
を単独または組み合わせて使用できる。フッ化イオウ系
化合物としてよく知られているSF6 ガスは、F/S比
が6であり、放電電離条件下でプラズマ中に遊離のイオ
ウを放出することはなく、本発明の趣旨には適合しな
い。
The fluorinated sulfur compounds capable of releasing free sulfur into plasma under the conditions of discharge ionization used in the present invention are S 2 F 2 , SF 2 , SF 4 and S 2 F 10
Can be used alone or in combination. SF 6 gas, which is well known as a fluorinated sulfur compound, has an F / S ratio of 6, does not release free sulfur into plasma under discharge ionization conditions, and is suitable for the purpose of the present invention. do not do.

【0014】また本発明で用いるところのチッ素系ガス
は、N2 、NF3 およびN2 4 を単独または組み合わ
せて使用できる。
As the nitrogen-based gas used in the present invention, N 2 , NF 3 and N 2 H 4 can be used alone or in combination.

【0015】[0015]

【作用】本発明のポイントは、放電電離条件下でプラズ
マ中に遊離のイオウを放出しうる特定のフッ化イオウ系
化合物を用いるとともに、被エッチング基板の特定の温
度制御を行う点にある。すなわち、反応性エッチングの
形で揮発性生成物ないしは昇華性生成物としてRuのフ
ッ化物を形成して、これを反応系外に除去しながらエッ
チングするのである。先述してように、Ruのフッ化物
のうち、RuF5はmp=250℃であるので、減圧下
で被エッチング基板を加熱すれば実用的なエッチングレ
ートでのパターニングが可能となる。なお、上記RuF
5 の融点のデータは、CRC Press社刊行による
Handbook of Chemistry and Phy sics, 71st.Edition
(1990-1991)によるものであるが、227℃とする文献
もある。
The point of the present invention is to use a specific sulfur fluoride compound capable of releasing free sulfur into plasma under discharge ionization conditions and to control a specific temperature of the substrate to be etched. That is, Ru fluoride is formed as a volatile product or a sublimable product in the form of reactive etching, and etching is performed while removing this fluoride out of the reaction system. As described above, since RuF 5 of Ru fluoride has an mp of 250 ° C., if the substrate to be etched is heated under reduced pressure, patterning at a practical etching rate becomes possible. The above RuF
5 Melting point data published by CRC Press
Handbook of Chemistry and Physics, 71st.Edition
(1990-1991), but there is also a document that the temperature is 227 ° C.

【0016】本発明の2番目のポイントは、被エッチン
グ基板上にイオウ、窒化イオウ系化合物あるいは硫化ア
ンモニウム系化合物等のイオウ系化合物を堆積しつつ、
すなわちRuO2 層のエッチングと、イオウないしはイ
オウ化合物の堆積との競合反応を利用しつつエッチング
する点にある。このプロセスにおいては、RuO2 層の
表面に堆積したイオウないしイオウ系化合物は、入射イ
オンにより速やかにスパッタされるのでRuO2 層のエ
ッチングが進行する。しかし、イオン入射が原理的に発
生しないレジストマスクやエッチングが進行しつつある
RuO2 層の側壁には堆積膜が形成され、ラジカル反応
によるサイドエッチを防止する。
The second point of the present invention is to deposit a sulfur compound such as sulfur, a sulfur nitride compound or an ammonium sulfide compound on a substrate to be etched,
That is, the etching is performed by utilizing the competitive reaction between the etching of the RuO 2 layer and the deposition of the sulfur or the sulfur compound. In this process, the sulfur or sulfur-based compound deposited on the surface of the RuO 2 layer is rapidly sputtered by the incident ions, so that the RuO 2 layer is etched. However, a deposited film is formed on the side wall of the resist mask in which ion incidence does not occur in principle and the RuO 2 layer where etching is progressing, and prevents side etching due to radical reaction.

【0017】ところで、昇華性であるイオウないしイオ
ウ系化合物を被エッチング基板上に堆積するには、被エ
ッチング基板の特定の温度制御が必要となる。具体的に
は、イオウは90℃以下、窒化イオウ系化合物では15
0℃以下、そして硫化アンモニウム系化合物にあっては
400℃以下である。これら被エッチング基板の加熱温
度制御により、RuO2 層の実用的なエッチング速度が
実現される。制御温度の下限は、特に制限を設けるもの
ではないが、エッチングレートとの兼ね合いを考慮する
と、上限制御温度に近い温度設定が好ましい。
By the way, in order to deposit the sublimable sulfur or sulfur-based compound on the substrate to be etched, it is necessary to control the temperature of the substrate to be etched. Specifically, sulfur is 90 ° C or lower, and sulfur nitride compounds are 15
It is 0 ° C or lower, and 400 ° C or lower in the case of ammonium sulfide compounds. By controlling the heating temperature of the substrate to be etched, a practical etching rate of the RuO 2 layer can be realized. The lower limit of the control temperature is not particularly limited, but considering the balance with the etching rate, it is preferable to set the temperature close to the upper control temperature.

【0018】ところで、上記窒化イオウ系化合物として
は、一般式(SN)x で表されるポリチアジルが代表的
なものである。ポリチアジルの生成機構としては、フッ
化イオウ系化合物の放電解離によりプラズマ中に生じる
Sと、窒素系ガスの放電解離によりプラズマ中に生成す
るNとが結合し、まずチアジル(N≡S)が形成され
る。このものは、分子中に不対電子を持っているので容
易に重合し、(SN)2を、さらにこの(SN)2 は2
0℃程度でも重合を繰り返して(SN)4 、(SN)x
となる。(SN)x すなわちポリチアジルは安定な物質
であり、150℃程度迄は分解しない。本発明では被エ
ッチング基板を150℃以下に制御しているので(S
N)x を側壁保護膜として利用できるのである。
Incidentally, polythiazyl represented by the general formula (SN) x is a typical example of the sulfur nitride compound. As a mechanism of forming polythiazyl, S generated in plasma by discharge dissociation of a sulfur fluoride compound and N generated in plasma by discharge dissociation of nitrogen gas are combined to first form thiazyl (N≡S). To be done. This compound has an unpaired electron in the molecule, so it is easily polymerized to give (SN) 2 and further (SN) 2 is 2
Polymerization is repeated even at about 0 ° C (SN) 4 , (SN) x
Becomes (SN) x, that is, polythiazyl is a stable substance and does not decompose up to about 150 ° C. In the present invention, the substrate to be etched is controlled at 150 ° C. or lower (S
N) x can be used as a side wall protective film.

【0019】また、もう一つのイオウ系化合物である硫
化アンモニウム系化合物は、フッ化化イオウ系化合物の
放電解離によりプラズマ中に生じるSと、NH3 とが反
応して形成され、一硫化アンモニウム(NH4 2 Sが
代表的な化合物であるが、他にポリ硫化アンモニウム
(NH4 2 x 等が混在する。 これら硫化アンモニ
ウム系化合物は、400℃迄は分解昇華しないので、側
壁保護膜としての利用が可能である。
Another sulfur-based compound, an ammonium sulfide-based compound, is formed by reacting S 3 and NH 3 generated in plasma by discharge dissociation of a fluorinated sulfur-based compound with ammonium monosulfide ( NH 4 ) 2 S is a typical compound, but polyammonium sulfide (NH 4 ) 2 S x and the like are also mixed. Since these ammonium sulfide compounds do not decompose and sublimate up to 400 ° C., they can be used as a side wall protective film.

【0020】本発明のもう一つのポイントは、RuO2
層のエッチングが終了後、被エッチング基板を加熱し
て、被エッチング基板上に堆積したイオウまたはイオウ
系化合物を昇華または分解昇華することにより、被エッ
チング基板上から除去する点にある。加熱温度は、エッ
チング時の基板制御温度の上限を越えた温度に設定すれ
ばよい。またRuO2 層のエッチング終了後、アッシン
グによりレジストマスクを除去するプロセスを用いる場
合には、アッシングにより、あるいはアッシング時の基
板加熱により、イオウまたはイオウ系化合物を除去する
ことも可能である。これにより、パーティクルレベルの
悪化による基板汚染の懸念のない清浄なプロセスが実現
できる。
Another point of the present invention is RuO 2
After the etching of the layer is completed, the substrate to be etched is heated so that the sulfur or the sulfur-based compound deposited on the substrate to be etched is sublimated or decomposed and sublimated to be removed from the substrate to be etched. The heating temperature may be set to a temperature exceeding the upper limit of the substrate control temperature during etching. Further, when the process of removing the resist mask by ashing is used after the completion of the etching of the RuO 2 layer, it is possible to remove the sulfur or the sulfur-based compound by ashing or by heating the substrate during the ashing. As a result, a clean process can be realized in which there is no concern of substrate contamination due to deterioration of the particle level.

【0021】イオウの堆積を側壁保護膜として利用し、
多結晶シリコン層等の異方性エッチングを行う提案を、
本発明者らは例えば月刊セミコンダクターワールド誌1
993年1月号、140〜144ページ(プレスジャー
ナル社刊)に発表している。本発明は、このプロセスを
特定の温度制御と組み合わせてRuO2 層のエッチング
に応用して好結果を収めたことに発想を得たものであ
る。
Utilizing the deposition of sulfur as a side wall protective film,
Proposals for anisotropic etching of polycrystalline silicon layers,
The present inventors, for example, monthly Semiconductor World magazine 1
It was published in the January 993 issue, pages 140-144 (published by Press Journal). The present invention was inspired by the successful application of this process in combination with specific temperature control for etching RuO 2 layers.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照して説明する。以下の実施例1ないし3では、す
べて基板バイアス印加型ECRプラズマエッチング装置
を用いたが、他のエッチング装置を適宜使用可能なこと
は言うまでもない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In all of the following Examples 1 to 3, the substrate bias application type ECR plasma etching apparatus was used, but it goes without saying that other etching apparatuses can be used as appropriate.

【0023】実施例1 本実施例は、絶縁膜上のRuO2 層をS2 2 ガスでエ
ッチングした例であり、これを図1(a)〜(c)を参
照しながら説明する。まず、図1(a)に示すように、
Siウェハ等の半導体基板1上に例えばSiO2 からな
る絶縁層2を熱酸化等により形成し、この上にRuO2
層3を300nm形成する。RuO2 層3は、Ru金属
をターゲットとし、Ar/O2 混合ガスを用いた反応性
スパッタリング等により形成する。次に一例として化学
増幅系3成分ネガ型レジストであるSAL−601を1
μm塗布し、KrFエキシマレーザリソグラフィにより
0.35μm幅のレジストマスク4をパターニングす
る。
Example 1 This example is an example in which the RuO 2 layer on the insulating film was etched with S 2 F 2 gas, and this will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (c). First, as shown in FIG.
An insulating layer 2 made of, for example, SiO 2 is formed on a semiconductor substrate 1 such as a Si wafer by thermal oxidation or the like, and RuO 2 is formed thereon.
The layer 3 is formed to a thickness of 300 nm. The RuO 2 layer 3 is formed by reactive sputtering using a Ru metal as a target and using an Ar / O 2 mixed gas. Next, as an example, a chemically amplified three-component negative resist SAL-601
Then, the resist mask 4 having a width of 0.35 μm is patterned by KrF excimer laser lithography.

【0024】次に、一例として下記条件によりRuO2
層3のエッチングを行う。 S2 2 流量 30 sccm H2 流量 5 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 1500 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 50 W(2MHz) 基板温度 80 ℃ 上記ガスのうち、H2 は直接エッチングに寄与するもの
ではないが、水素ラジカル(H* )を生成し、S2 2
から生じるF* を補足しHFの形でエッチング系外に除
去する役割を担う。つまり、反応系内のラジカル性を低
下することにより、イオウの堆積を促進する。もちろ
ん、S2 2 単独でエッチングを進めてもよい。
Next, as an example, RuO 2 is used under the following conditions.
The layer 3 is etched. S 2 F 2 flow rate 30 sccm H 2 flow rate 5 sccm Gas pressure 0.13 Pa Microwave power 1500 W (2.45 GHz) RF bias power 50 W (2 MHz) Substrate temperature 80 ° C. Of the above gases, H 2 is directly etched However, hydrogen radicals (H * ) are generated and S 2 F 2
It plays the role of supplementing F * generated from the above and removing it in the form of HF outside the etching system. That is, the deposition of sulfur is promoted by reducing the radical property in the reaction system. Of course, the etching may proceed with S 2 F 2 alone.

【0025】上記エッチング条件により、RuO2 層3
のエッチングが進行する。エッチングが進むとパターニ
ングされたRuO2 層3とレジストマスク4の側壁に
は、イオウの側壁保護膜5が付着形成され、サイドエッ
チが防止される結果、図1(b)に示されるようにRu
2 層パターン3aが形成される。エッチングレートは
200nm/分であった。その後、被エッチング基板に
90℃を超える加熱処理を施すと側壁保護膜5は昇華
し、被エッチング基板上にはイオウの痕跡は残らなかっ
た。レジストパターン4をレジスト剥離液で除去し、図
1(c)に示すように寸法変換差のない0.35μmの
幅を有するRuO2 層パターン3aが異方性よく形成さ
れた。なお、イオウの側壁保護膜5は、O2 プラズマ等
によりアッシング除去することも可能である。この場合
には、レジストマスク4のアッシングを兼用することが
できる。
Under the above etching conditions, the RuO 2 layer 3
Etching progresses. As the etching progresses, a sidewall protecting film 5 of sulfur is adhered and formed on the sidewalls of the patterned RuO 2 layer 3 and the resist mask 4 to prevent the side etching. As a result, as shown in FIG.
The O 2 layer pattern 3a is formed. The etching rate was 200 nm / min. After that, when the substrate to be etched was subjected to a heat treatment at a temperature higher than 90 ° C., the side wall protective film 5 sublimated, and no trace of sulfur remained on the substrate to be etched. The resist pattern 4 was removed with a resist stripping solution, and as shown in FIG. 1C, a RuO 2 layer pattern 3a having a width of 0.35 μm with no dimension conversion difference was formed with good anisotropy. The sulfur side wall protective film 5 can be removed by ashing with O 2 plasma or the like. In this case, the ashing of the resist mask 4 can also be used.

【0026】実施例2 本実施例は、同じくSiO2 等からなる絶縁層2上のR
uO2 層3aを、S22 とN2 の混合ガスでエッチン
グした例であり、これも図1(a)〜(c)を参照しな
がら説明する。
Example 2 In this example, R on the insulating layer 2 also made of SiO 2 or the like was used.
This is an example of etching the uO 2 layer 3a with a mixed gas of S 2 F 2 and N 2 , which will also be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (c).

【0027】図1(a)に示す被エッチング基板は、実
施例1と同じであり、ここ迄のプロセスは説明を省略す
る。つぎに、この被エッチング基板に、一例として下記
条件でエッチングを施す。 S2 2 流量 40 sccm N2 流量 20 sccm ガス圧力 1.3 Pa マイクロ波パワー 1500 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 50 W(2MHz) 基板温度 140 ℃ 上記ガスのうち、N2 は直接エッチングに寄与するもの
ではないが、N* を生成し、S2 2 から生じるSと結
合して、ポリチアジル(SN)x 等の窒化イオウ系化合
物を形成する。
The substrate to be etched shown in FIG. 1A is the same as that of the first embodiment, and the description of the processes up to this point will be omitted. Next, the substrate to be etched is etched under the following conditions as an example. S 2 F 2 flow rate 40 sccm N 2 flow rate 20 sccm Gas pressure 1.3 Pa Microwave power 1500 W (2.45 GHz) RF bias power 50 W (2 MHz) Substrate temperature 140 ° C. Of the above gases, N 2 is directly etched However, it does not contribute to the formation of N * and combines with S generated from S 2 F 2 to form a sulfur nitride compound such as polythiazyl (SN) x .

【0028】上記エッチング条件の採用により、RuO
2 層3のエッチングが進行する。エッチングが進むRu
2 層3とレジストマスク4の側壁にはポリチアジルを
始めとする窒化イオウ系化合物の側壁保護膜5が付着形
成され、サイドエッチが防止される結果、図1(b)に
示されるようにRuO2 層パターン3aが形成される。
エッチングレートは300nm/分であった。その後、
被エッチング基板を150℃を超える加熱処理を施すと
側壁保護膜5は昇華し、被エッチング基板上には窒化イ
オウ系化合物の痕跡は残らなかった。レジストパターン
4をレジスト剥離液で除去し、図1(c)に示すように
寸法変換差のない0.35μmの幅を有するRuO2
パターン3aが異方性よく形成された。
By adopting the above etching conditions, RuO
Etching of the second layer 3 proceeds. Ru progressing etching
A side wall protective film 5 of a sulfur nitride based compound such as polythiazyl is adhered and formed on the side walls of the O 2 layer 3 and the resist mask 4 to prevent side etching. As a result, as shown in FIG. A two- layer pattern 3a is formed.
The etching rate was 300 nm / min. afterwards,
When the substrate to be etched was subjected to a heat treatment at above 150 ° C., the side wall protective film 5 sublimated, and no trace of the sulfur nitride compound was left on the substrate to be etched. The resist pattern 4 was removed with a resist stripping solution, and as shown in FIG. 1C, a RuO 2 layer pattern 3a having a width of 0.35 μm with no dimension conversion difference was formed with good anisotropy.

【0029】本実施例によれば、被エッチング基板温度
を140℃に設定したので、先の実施例1よりもエッチ
ングレートが上昇し、また側壁保護膜として強固なポリ
チアジルを使用するので、異方性形状にはいささかの劣
化も見られなかった。
According to this embodiment, since the temperature of the substrate to be etched is set to 140 ° C., the etching rate is higher than that of the first embodiment, and since strong polythiazil is used as the side wall protective film, it is anisotropic. No slight deterioration was observed in the elastic shape.

【0030】実施例3 本実施例は、SiO2 等からなる絶縁層2上のRuO2
層3を無機マスクを用いてS2 2 とNH3 の混合ガス
でエッチングした例であり、これを図2(a)〜(c)
を参照しながら説明する。
Example 3 In this example, RuO 2 on the insulating layer 2 made of SiO 2 or the like was used.
This is an example of etching the layer 3 with a mixed gas of S 2 F 2 and NH 3 using an inorganic mask, which is shown in FIGS.
Will be described with reference to.

【0031】まず、図2(a)に示すように、Siウェ
ハ等の基板1上に例えばSiO2 等からなる絶縁層2と
RuO2 層3を順次形成する。形成方法は実施例1の場
合と同じである。次に一例として0.2μmの厚さのS
iO2 膜をスパッタリングにより形成した後、レジスト
マスク(図示せず)を用いて0.35μm幅の所望の形
状にパターニングして無機マスク6を形成する。
First, as shown in FIG. 2 (a), sequentially forming an insulating layer 2 and RuO 2 layer 3 on the substrate 1 such as a Si wafer made of, for example, SiO 2. The forming method is the same as in the first embodiment. Next, as an example, S with a thickness of 0.2 μm is used.
After forming an iO 2 film by sputtering, a resist mask (not shown) is used to perform patterning into a desired shape having a width of 0.35 μm to form the inorganic mask 6.

【0032】次に、一例として下記条件によりRuO2
層3のエッチングを行う。 S2 2 流量 40 sccm NH3 流量 20 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 1500 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 50 W(2MHz) 基板温度 350 ℃ 上記ガスのうち、NH3 は直接エッチングに寄与するも
のではないが、S2 2から生じる遊離のイオウと反応
し、硫化アンモニウム系化合物を被エッチング基板上に
形成する。
Next, as an example, RuO 2 is used under the following conditions.
The layer 3 is etched. S 2 F 2 flow rate 40 sccm NH 3 flow rate 20 sccm Gas pressure 0.13 Pa Microwave power 1500 W (2.45 GHz) RF bias power 50 W (2 MHz) Substrate temperature 350 ° C Of the above gases, NH 3 is directly etched However, it reacts with free sulfur generated from S 2 F 2 to form an ammonium sulfide-based compound on the substrate to be etched.

【0033】上記エッチング条件により、RuO2 層3
のエッチングが進行する。エッチングが進むRuO2
3と無機マスク5の側壁には、強固な硫化アンモニウム
系化合物の側壁保護膜5が付着形成される結果、350
℃の高温エッチング条件にもかかわらずサイドエッチが
防止され、図2(b)に示されるようにRuO2 層パタ
ーン3aが形成される。エッチングレートは700nm
/分以上の値が得られた。その後、被エッチング基板に
減圧雰囲気下で400℃を超える加熱処理を施すと側壁
保護膜5は昇華し、被エッチング基板上には硫化アンモ
ニウム系化合物の痕跡は残らなかった。無機マスク5を
公知のウェットエッチングやプラズマエッチングで除去
すると、図2(c)に示すように、パターンシフトのな
い0.35μmの幅を有するPt系金属層パターン3a
が異方性よく形成された。
Under the above etching conditions, the RuO 2 layer 3
Etching progresses. The side wall protective film 5 made of a strong ammonium sulfide-based compound is adhered and formed on the side walls of the RuO 2 layer 3 and the inorganic mask 5 which are being etched.
Side etching is prevented despite the high temperature etching condition of ℃, and the RuO 2 layer pattern 3a is formed as shown in FIG. 2 (b). Etching rate is 700 nm
A value of / min or more was obtained. After that, when the substrate to be etched was subjected to a heat treatment at a temperature higher than 400 ° C. under a reduced pressure atmosphere, the side wall protective film 5 sublimated, and no trace of the ammonium sulfide-based compound remained on the substrate to be etched. When the inorganic mask 5 is removed by known wet etching or plasma etching, as shown in FIG. 2C, the Pt-based metal layer pattern 3a having a width of 0.35 μm without pattern shift.
Was formed with good anisotropy.

【0034】本実施例によれば、被エッチング基板温度
を350℃に設定したので、先の実施例2よりも更にエ
ッチングレートが上昇し、また側壁保護膜として強固な
硫化アンモニウム系化合物を使用するので、異方性形状
にはいささかの劣化も見られなかった。
According to this embodiment, since the temperature of the substrate to be etched is set to 350 ° C., the etching rate is further increased as compared with the previous embodiment 2, and a strong ammonium sulfide compound is used as the side wall protection film. Therefore, no slight deterioration was observed in the anisotropic shape.

【0035】実施例4 本実施例は、PZT等からなる強誘電体層上のRuO2
層を、S2 2 とN2の混合ガスでエッチングした例で
あり、上記実施例1ないし3に続く工程である。まず、
本実施例で採用したハロゲンランプによる基板加熱機構
を有するヘリコン波プラズマエッチング装置の構成例に
つき、図4に示す概略断面図を参照して説明する。
Example 4 In this example, RuO 2 on a ferroelectric layer made of PZT or the like was used.
This is an example in which the layer is etched with a mixed gas of S 2 F 2 and N 2 , which is a step following Examples 1 to 3 above. First,
A configuration example of a helicon wave plasma etching apparatus having a substrate heating mechanism using a halogen lamp adopted in this embodiment will be described with reference to the schematic sectional view shown in FIG.

【0036】このエッチング装置は、ヘリコン波プラズ
マ発生源と、Wハロゲンランプによる被エッチング基板
加熱手段を具備した構成を有する。このヘリコン波プラ
ズマ発生源は、石英またはアルミナ等の誘電体材料から
なるベルジャ16周回するヘリコン波アンテナ17、ヘ
リコン波プラズマ電源18、マッチングネットワーク1
9および内周コイルと外周コイルとからなるソレノイド
コイルアッセンブリ20等から構成する。このうち、内
周コイルはヘリコン波の伝播に寄与し、外周コイルは生
成したプラズマの輸送に寄与する。被エッチング基板1
1を載置する基板ステージ12は、抵抗加熱ヒータ等に
よる基板ステージ加熱手段13を内蔵し、一方Wハロゲ
ンランプと反射鏡等からなる赤外線照射加熱手段14に
より発生する赤外線ビームは、石英ガラス等の光照射窓
15を透過して被エッチング基板1を表面から加熱す
る。赤外線照射加熱手段14は、被エッチング基板11
の中心軸に対し、軸対象に複数個、例えば4個設けるこ
とが望ましい。21はエッチングチャンバ23内の発散
磁界を制御するマルチポール磁石、22は基板バイアス
電源であり、被エッチング基板11への入射イオンエネ
ルギを制御するものである。この図では、エッチングガ
ス導入孔、真空ポンプ、ゲートバルブ等の装置細部は図
示を省略する。本エッチング装置によれば、ヘリコン波
アンテナの構造特性により、1013/cm3 オーダの高
密度プラズマによるプラズマエッチングが可能である。
This etching apparatus has a construction in which a helicon wave plasma generation source and a means for heating a substrate to be etched by a W halogen lamp are provided. The helicon wave plasma generation source is a helicon wave antenna 17 that circulates around a bell jar 16 made of a dielectric material such as quartz or alumina, a helicon wave plasma power source 18, a matching network 1.
9 and a solenoid coil assembly 20 including an inner peripheral coil and an outer peripheral coil. Of these, the inner coil contributes to the propagation of the helicon wave, and the outer coil contributes to the transport of the generated plasma. Substrate to be etched 1
The substrate stage 12 on which 1 is mounted has a built-in substrate stage heating means 13 such as a resistance heater, while the infrared beam generated by the infrared irradiation and heating means 14 including a W halogen lamp and a reflecting mirror is made of quartz glass or the like. The substrate 1 to be etched is heated from the surface through the light irradiation window 15. The infrared irradiation heating means 14 is used for the substrate 11 to be etched.
It is desirable to provide a plurality of, for example, four, axially symmetrically with respect to the central axis. Reference numeral 21 is a multi-pole magnet that controls the divergent magnetic field in the etching chamber 23, and 22 is a substrate bias power supply that controls the ion energy incident on the substrate 11 to be etched. In this figure, details of the apparatus such as the etching gas introduction hole, the vacuum pump, the gate valve, etc. are omitted. According to the etching apparatus of the present invention, plasma etching with high density plasma of the order of 10 13 / cm 3 is possible due to the structural characteristics of the helicon wave antenna.

【0037】本実施例は、実施例1ないし3で形成した
RuO2 層パターン3a上に強誘電体層を形成し、さら
にこの上に上層RuO2 層を形成しこれをパターニング
した例であり、このプロセスを図3(a)〜(c)を参
照しながら説明する。
The present embodiment is an example in which a ferroelectric layer is formed on the RuO 2 layer pattern 3a formed in Examples 1 to 3, and an upper RuO 2 layer is further formed on the ferroelectric layer and patterned. This process will be described with reference to FIGS.

【0038】上記実施例で形成したRuO2 層パターン
3a上に、PZT等からなる強誘電体層7を、例えば2
00nmスパッタリングにより形成した後、必要に応じ
て500〜700℃でアニールし、ペロブスカイト構造
とする。強誘電体層7上には、上層電極となる上層Ru
2 層8を300nm反応性スパッタリングにより形成
し、さらに0.35nm幅のレジストマスク4を形成す
る。図3(a)に示すこのサンプルを被エッチング基板
とする。
On the RuO 2 layer pattern 3a formed in the above embodiment, a ferroelectric layer 7 made of PZT or the like is formed, for example, 2
After being formed by sputtering with a thickness of 00 nm, it is annealed at 500 to 700 ° C. if necessary to form a perovskite structure. On the ferroelectric layer 7, an upper layer Ru that becomes an upper layer electrode is formed.
An O 2 layer 8 is formed by 300 nm reactive sputtering, and a resist mask 4 having a width of 0.35 nm is formed. This sample shown in FIG. 3A is used as a substrate to be etched.

【0039】この被エッチング基板11を図4に示すヘ
リコン波プラズマエッチング装置の基板ステージ12上
にセッティングし、一例として下記条件でエッチングを
施す。 S2 2 流量 40 sccm N2 流量 20 sccm ガス圧力 0.13 Pa ヘリコン波プラズマ電源パワー1500 W(13.5
6GHz) 基板バイアスパワー 50 W(2MHz) 赤外線照射電源パワー 500 W 基板温度 140 ℃ なお赤外線照射電源パワーは4個のWハロゲンランプの
合計である。上記ガスのうち、N2 は直接エッチングに
寄与するものではないが、N* を生成し、S22 から
生じるSと結合して、ポリチアジル(SN)x 等の窒化
イオウ系化合物を形成する。
The substrate 11 to be etched is set on the substrate stage 12 of the helicon wave plasma etching apparatus shown in FIG. 4, and etching is performed under the following conditions as an example. S 2 F 2 flow rate 40 sccm N 2 flow rate 20 sccm Gas pressure 0.13 Pa Helicon wave plasma power source power 1500 W (13.5
6 GHz) Substrate bias power 50 W (2 MHz) Infrared irradiation power source power 500 W Substrate temperature 140 ° C. The infrared irradiation power source power is the total of four W halogen lamps. Of the above gases, N 2 does not directly contribute to etching, but it forms N * and combines with S generated from S 2 F 2 to form a sulfur nitride compound such as polythiazyl (SN) x. .

【0040】上記エッチング条件の採用により、上層R
uO2 層8のエッチングが進行する。エッチングの機構
は実施例2と略同一であるが、本実施例では高密度プラ
ズマと赤外線照射による表面からの基板加熱の効果によ
り、実施例2より高い500nm/分のエッチングレー
トが得られた。エッチング終了後の様子を図3(b)に
示す。同図における側壁保護膜5の主成分は、言うまで
もなくポリチアジル(SN)x 等の窒化イオウ系化合物
である。
By adopting the above etching conditions, the upper layer R
Etching of the uO 2 layer 8 proceeds. The etching mechanism is almost the same as in Example 2, but in this example, an etching rate of 500 nm / min, which is higher than that in Example 2, was obtained due to the effect of heating the substrate from the surface by high-density plasma and infrared irradiation. The state after the etching is shown in FIG. Needless to say, the main component of the side wall protective film 5 in the figure is a sulfur nitride-based compound such as polythiazyl (SN) x .

【0041】エッチング終了後、実施例2と同様にして
側壁保護膜5およびレジストマスク5を除去し、図3
(c)に示す構造を得る。本実施例によれば、窒化イオ
ウ系化合物による側壁保護膜の効果により、パターンシ
フトのない0.35μm幅の上層RuO2 パターンが異
方性よく形成された。
After the etching is completed, the side wall protective film 5 and the resist mask 5 are removed in the same manner as in Example 2, and the process shown in FIG.
The structure shown in (c) is obtained. According to this example, due to the effect of the side wall protective film of the sulfur nitride based compound, the upper RuO 2 pattern having a width of 0.35 μm without pattern shift was formed with good anisotropy.

【0042】以上、本発明を4種の実施例により説明し
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。
Although the present invention has been described with reference to four embodiments, the present invention is not limited to these embodiments.

【0043】例えば、フッ化イオウ系ガスとしてS2
2 を例示したが、SF2 、SF4 、S2 10等、SF6
以外のフッ化イオウ系ガスを適宜使用できる。また、H
2 Sガスもプラズマ中に遊離のイオウを放出するので、
2 Sと汎用フッ素系ガスの混合ガスであっても、プロ
セス条件の選択によりこれらフッ化イオウ系ガスと同様
の効果を期待できる。
For example, as a sulfur fluoride-based gas, S 2 F
Although 2 is illustrated, SF 2 , SF 4 , S 2 F 10, etc., SF 6
Other sulfur fluoride-based gases can be used as appropriate. Also, H
Since 2 S gas also releases free sulfur in the plasma,
Even with a mixed gas of H 2 S and a general-purpose fluorine-based gas, the same effects as those of these sulfur fluoride-based gases can be expected by selecting the process conditions.

【0044】窒素系ガスとしてN2 を代表にとりあげた
が、他にN2 4 、NF3 の使用も可能である。同じ窒
素系ガスであっても、NH3 は硫化アンモニウム系化合
物を生成することは前述の説明の通りである。
Although N 2 was taken as a representative nitrogen-based gas, N 2 H 4 and NF 3 can also be used. As described above, NH 3 produces an ammonium sulfide-based compound even with the same nitrogen-based gas.

【0045】フッ化イオウ系ガスから生成するハロゲン
ラジカルを補足し、イオウの堆積を促進する目的で、実
施例1ではH2 を添加したが、他にH2 S、SiH4
Si 2 6 等のH系ガスを添加してもよい。もちろん添
加しなくてもエッチングクの進行には支障ない。
Halogen produced from sulfur fluoride gas
For the purpose of capturing radicals and promoting sulfur deposition,
In Example 1, H2Was added, but in addition to H2S, SiHFour,
Si 2H6H-based gas such as H may be added. Of course
Even if it is not added, it does not hinder the progress of etching.

【0046】その他、被処理基板の冷却効果を得る目的
や、希釈効果あるいは放電の安定化等のために、He、
Ar等の希ガスを添加してもよい。
In addition, for the purpose of obtaining the cooling effect of the substrate to be processed, the dilution effect, the stabilization of the discharge, etc., He,
A rare gas such as Ar may be added.

【0047】エッチング装置として、ECRプラズマエ
ッチング装置とヘリコン波プラズマエッチング装置を用
いたが、これは基板ステージの温度制御機構を有する平
行平板型RIE装置、マグネトロンRIE装置等、IC
P(Inductively Coupled Plasma)エッチング装置そして
TCP(Transformer Coupled Plasma)エッチング装置
等、他の方式のエッチング装置の使用も可能である。
As the etching apparatus, an ECR plasma etching apparatus and a helicon wave plasma etching apparatus were used. This is an IC such as a parallel plate type RIE apparatus having a substrate stage temperature control mechanism, a magnetron RIE apparatus, or the like.
It is also possible to use another type of etching apparatus such as a P (Inductively Coupled Plasma) etching apparatus and a TCP (Transformer Coupled Plasma) etching apparatus.

【0048】強誘電体薄膜として、PZTを例示した
が、PLZT、SrTiO3 等各種強誘電体材料ないし
Ta2 5 等他の高誘電体材料を使用できる。また、R
uO2層を、化合物半導体装置の電極、酸化物高温超電
導デバイス等の電極・配線として使用する場合にも本発
明を適用出来ることは言うまでもない。
Although PZT is exemplified as the ferroelectric thin film, various ferroelectric materials such as PLZT and SrTiO 3 or other high dielectric materials such as Ta 2 O 5 can be used. Also, R
It goes without saying that the present invention can be applied to the case where the uO 2 layer is used as an electrode of a compound semiconductor device, an electrode / wiring of an oxide high temperature superconducting device, or the like.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のドライエッチング方法によれば、実用的なエッチング
レートを確保しつつ、RuO2 層の異方性ドライエッチ
ングを達成できる。
As is apparent from the above description, according to the dry etching method of the present invention, anisotropic dry etching of the RuO 2 layer can be achieved while ensuring a practical etching rate.

【0050】側壁保護膜として異方性エッチングに寄与
したイオウないしイオウ系化合物は、エッチング終了後
の加熱により簡単に昇華除去でき、あるいはアッシング
を用いても完全に除去できるので、パーティクルレベル
の悪化の懸念はない。
Sulfur or a sulfur-based compound that has contributed to anisotropic etching as a side wall protective film can be easily removed by sublimation by heating after completion of etching, or can be completely removed by ashing. There is no concern.

【0051】本発明は基本的にドライプロセスであるの
で、前後の工程との整合性についても優れる。また環境
保全の観点からも特定フロンガスを使用しないクリーン
なプロセスである。以上、本発明のドライエッチング方
法は、強誘電体薄膜を用いる半導体デバイスのみなら
ず、各種電子デバイスの電極配線材料としてのRuO2
層の実用化に極めて有用な加工方法を提供するものであ
る。
Since the present invention is basically a dry process, it is excellent in compatibility with the preceding and subsequent steps. Also, from the viewpoint of environmental protection, it is a clean process that does not use specific CFC gas. As described above, according to the dry etching method of the present invention, RuO 2 as an electrode wiring material for various electronic devices as well as a semiconductor device using a ferroelectric thin film is used.
It is intended to provide a processing method which is extremely useful for practical application of layers.

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

【図1】本発明を適用した実施例1および2を、その工
程順に説明するための概略断面図であり、(a)は半導
体基板上に絶縁層とRuO2 層を順次形成し、この上に
所望の形状のレジストマスクを形成した状態であり、
(b)は側壁保護膜を堆積しつつRuO2 層のエッチン
グが終了した状態、(c)は側壁保護膜とレジストマス
クを除去してRuO2 層パターンを完成した状態であ
る。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining Examples 1 and 2 to which the present invention is applied, in the order of steps, in which (a) shows an insulating layer and a RuO 2 layer sequentially formed on a semiconductor substrate, and In the state where a resist mask having a desired shape is formed,
(B) is a state in which the etching of the RuO 2 layer is completed while depositing the sidewall protection film, and (c) is a state in which the sidewall protection film and the resist mask are removed to complete the RuO 2 layer pattern.

【図2】本発明を適用した実施例3を、その工程順に説
明するための概略断面図であり、(a)は半導体基板上
に絶縁層とRuO2 層を順次形成し、この上に所望の形
状の無機マスクを形成した状態であり、(b)は側壁保
護膜を堆積しつつRuO 2 層のエッチングが終了した状
態、(c)は側壁保護膜と無機マスクを除去してRuO
2 層パターンを完成した状態である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a third embodiment to which the present invention is applied in the order of steps thereof.
It is a schematic sectional drawing for clarity, (a) is on a semiconductor substrate
Insulating layer and RuO2Layers are sequentially formed on which the desired shape is formed.
(B) shows the side wall protection.
RuO while depositing a protective film 2The state that the layer etching is completed
State, (c) is RuO after removing the side wall protective film and the inorganic mask.
2The layer pattern is in a completed state.

【図3】本発明を適用した実施例4を、その工程順に説
明するための概略断面図であり、(a)はRuO2 パタ
ーン上に強誘電体層と上層RuO2 層を順次形成し、こ
の上に所望の形状のレジストマスクを形成した状態であ
り、(b)は側壁保護膜を堆積しつつ上層RuO2 層の
エッチングが終了した状態、(c)は側壁保護膜とレジ
ストマスクを除去して上層RuO2 層パターンが完成し
た状態である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining Example 4 to which the present invention is applied in the order of steps, in which (a) sequentially forms a ferroelectric layer and an upper RuO 2 layer on a RuO 2 pattern, A state where a resist mask having a desired shape is formed thereon, (b) a state in which the upper side RuO 2 layer has been etched while depositing the side wall protective film, and (c) shows a state in which the side wall protective film and the resist mask are removed. Then, the upper RuO 2 layer pattern is completed.

【図4】本発明を適用した実施例4で使用したヘリコン
波プラズマエッチング装置の概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a helicon wave plasma etching apparatus used in Example 4 to which the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 絶縁層 3 RuO2 層 3a RuO2 層パターン 4 レジストマスク 5 側壁保護膜 6 無機マスク 7 強誘電体層 8 上層RuO2 層 8a 上層RuO2 層パターン 11 被エッチング基板 14 赤外線照射加熱手段 15 光照射窓 17 ヘリコン波アンテナDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 semiconductor substrate 2 insulating layer 3 RuO 2 layer 3a RuO 2 layer pattern 4 resist mask 5 sidewall protective film 6 inorganic mask 7 ferroelectric layer 8 upper layer RuO 2 layer 8a upper layer RuO 2 layer pattern 11 etched substrate 14 infrared irradiation heating means 15 Light irradiation window 17 Helicon wave antenna

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/88 D ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/88 D

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被エッチング基板を90℃以下に制御
し、かつ該被エッチング基板上にイオウを堆積させなが
ら、放電電離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出
しうるフッ化イオウ系化合物を含むエッチングガスを用
いて、酸化ルテニウム層をエッチングすることを特徴と
する、酸化ルテニウム層のドライエッチング方法。
1. A fluorinated sulfur compound capable of releasing free sulfur into plasma under discharge ionization conditions while controlling the substrate to be etched to 90 ° C. or lower and depositing sulfur on the substrate to be etched. A method for dry-etching a ruthenium oxide layer, which comprises etching the ruthenium oxide layer using an etching gas containing the same.
【請求項2】 被エッチング基板を150℃以下に制御
し、かつ該被エッチング基板上に窒化イオウ系化合物を
堆積させながら、放電電離条件下でプラズマ中に遊離の
イオウを放出しうるフッ化イオウ系化合物を含むエッチ
ングガスと、チッ素系ガスを含むエッチングガスを用い
て、酸化ルテニウム層をエッチングすることを特徴とす
る、酸化ルテニウム層のドライエッチング方法。
2. Fluorine sulfur capable of releasing free sulfur into plasma under discharge ionization conditions while controlling the substrate to be etched to 150 ° C. or lower and depositing a sulfur nitride compound on the substrate to be etched. A method of dry etching a ruthenium oxide layer, which comprises etching the ruthenium oxide layer using an etching gas containing a nitrogen-based compound and an etching gas containing a nitrogen-based gas.
【請求項3】 被エッチング基板を400℃以下に制御
し、かつ該被エッチング基板上に硫化アンモニウム系化
合物を堆積させながら、放電電離条件下でプラズマ中に
遊離のイオウを放出しうるフッ化イオウ系化合物と、N
3 を含むエッチングガスにより、酸化ルテニウム層を
エッチングすることを特徴とする、酸化ルテニウム層の
ドライエッチング方法。
3. Fluorine sulfur capable of releasing free sulfur into plasma under discharge ionization conditions while controlling the substrate to be etched to 400 ° C. or lower and depositing an ammonium sulfide compound on the substrate to be etched. System compounds and N
A method of dry etching a ruthenium oxide layer, which comprises etching the ruthenium oxide layer with an etching gas containing H 3 .
【請求項4】 放電電離条件下でプラズマ中に遊離のイ
オウを放出しうるフッ化イオウ系化合物は、S2 2
SF2 、SF4 およびS2 10からなる群のうちから選
択される少なくとも一種であることを特徴とする、請求
項1、2および3記載のドライエッチング方法。
4. A fluorinated sulfur compound capable of releasing free sulfur into plasma under discharge ionization conditions is S 2 F 2 ,
The dry etching method according to claim 1, 2 or 3, wherein the dry etching method is at least one selected from the group consisting of SF 2 , SF 4 and S 2 F 10 .
【請求項5】 チッ素系ガスは、N2 、NF3 およびN
2 4 からなる群のうちから選択される少なくとも一種
であることを特徴とする、請求項2記載のドライエッチ
ング方法。
5. A nitrogen-based gas is N 2 , NF 3 or N 2 .
The dry etching method according to claim 2, wherein the dry etching method is at least one selected from the group consisting of 2 H 4 .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023234214A1 (en) * 2022-06-01 2023-12-07 東京エレクトロン株式会社 Etching method and plasma processing device
WO2024171325A1 (en) * 2023-02-15 2024-08-22 株式会社日立ハイテク Plasma processing method

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