CN1080926C - 半导体器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种半导体器件制造方法，该制造方法包括：在已形成电路元件的基片上，形成下电极用白金膜、由大介电常数介质膜或者强介质膜组成的介质膜和上电极用白金膜，使用含氯的蚀刻气体有选择地对所述上电极用白金膜和所述介质膜进行干式蚀刻后，照射含氟气体放电所产生的等离子体。利用这种半导体器件制造方法，因几乎没有氯残留，所以能防止由于残留氯而侵蚀介质膜。

Description

半导体器件制造方法
本发明涉及在具有以大介电常数电介质膜或强电介质膜为电容绝缘膜的电容元件的半导体器件制造方法中，包含干式蚀刻电容绝缘膜工序的制造方法。
近几年，在半导体元件微细化向前进展的过程中，盛行开发内装以在电磁波噪声(杂散辐射)降低措施方面有效的大介电常数电介质膜或强电绝缘膜为电容绝缘膜的电容元件的微型计算机和能低电压工作并能高速读写的强电介质不挥发性RAM。以往，一直利用各向同性的湿式蚀刻和无选择性的离子蚀刻，进行这种大介电常数电介质膜或强电介质膜的蚀刻。但是，在这些方法中，因不能实现高加工精度和高蚀刻选择比，所以近几年盛行干式蚀刻技术的研究。大介电常数电介质膜或强电介质膜干式蚀刻中用的蚀刻气体主要是以氯为代表的卤素气体或者其化合物已公布了氯气或者氯化氢、氯化碳。
下面，参照附图对以往的半导体器件制造方法进行说明。
图4(a)、4(b)、4(c)、4(d)表示用于说明以往的半导体器件中所含电容元件的形成方法的剖视图。首先，如图4(a)所示，在堆积了氧化硅膜的基片上形成白金膜下电极1、大介电常数介质膜或者强介质膜(以下简称介质膜)2，以及白金膜上电极3。接着，以光刻胶膜5为掩模、使用含氯的蚀刻气体干式蚀刻白金膜上电极3和介质膜2，加工成如图4(b)所示的形状。最后，干式蚀刻白金膜下电极1，并形成电容元件(未图示)。
然而，在前述以往的制造方法中，常常可见时而如图4(c)所示，在介质膜2的侧壁部6上形成缺损部8，或者时而如图4(d)所示，侧壁部6变质成与介质不同的其它物质9的状态。一出现这种状态，就会产生电容元件短路和漏电流增加，在严重的场合，甚至会失去作为电容元件的功能。
出现这种现象的原因，可认为如下。由于放电，蚀刻气体分解生成的氯原子、离子和游离基等大量地附着在干式蚀刻后的白金膜上电极3和介质膜2的侧壁部6以及因干式蚀刻而露出的白金膜下电极1的表面7上。这些氯原子、离子和游离基等容易与水反应成为酸性的水溶液即盐酸。然后，由氧化物组成的介质膜2的侧壁部6与盐酸激烈地反应，时而侵蚀介质膜2，时而变质成与介质膜不同的其它物质9。其结果，就会产生电容元件短路和漏电流增加，或者丧失作为电容的功能。
在半导体器件制造工序中，时而在大气中暴露基片，时而进行水洗等的作业中，必然不可避免发生这种水分的吸附。在蚀刻气体中使用溴和碘场合也发现这种不便。
本发明的目的是提供能防止侵蚀介质膜并能抑制产生电容元件的短路和漏电流增加的半导体器件制造方法。
本发明半导体器件制造方法的一个形态是该制造方法包括下述工序：在已形成电路元件和布线的基片上，形成白金膜下电极、介质膜和白金膜上电极的工序；使用包含氯、溴和碘中至少一种的蚀刻气体，有选择地对白金膜上电极和介质膜进行干式蚀刻的工序；在干式蚀刻后，含氟气体放电所产生等离子体照射的工序和对白金膜下电极进行蚀刻的工序。
本发明半导体器件制造方法的另一个形态是该制造方法在干式蚀刻后，用加热基片的工序代替前述制造方法中照射等离子体的工序。
根据本发明的制造方法，利用干式蚀刻后的等离子体照射工序，在干式蚀刻时能显著降低含有附着在介质膜的侧壁的氯、溴或者碘的蚀刻气体的分解生成物。因此，能抑制由于这些分解生成物和水反应生成的酸与介质反应产生介质膜的缺损和变质。所以，能显著地抑制产生电容元件短路和漏电流增加。
图1(a)、1(b)、1(c)表示用于说明本发明第1实施例的半导体器件制造方法中，电容元件形成方法的剖视图。
图2(a)、2(b)表示用于说明本发明第2实施例的半导体器件制造方法中，电容元件形成方法的剖视图。
图3表示本发明第1和第2实施例与以往技术例的基片上残留氯数量的比较图。
图4(a)、4(b)、4(c)、4(d)用于说明表示以往的半导体器件制造方法中，电容元件形成方法的剖视图。
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。
实施例1
下面，参照图1(a)、1(b)、1(c)对本发明的第一实施例进行说明。但是，与前述图4(a)、4(b)、4(c)、4(d)表示的以往技术例中相同的部分附以相同的符号。
首先，用与以往相同的方法，在已形成电路元件、布线和介质膜的基片4上，形成白金膜下电极1、由大介电常数介质膜或者强介质膜组成的介质膜2和白金膜上电极3。接着，如图1(a)所示，用含氯的蚀刻气体，以光刻胶膜(未图示)为掩模，有选择地干式蚀刻白金膜上电极3和介质膜2。然后，如图1(b)所示，利用使四氟化碳气体放电，将产生的等离子体照射到基片4上。这时的照射条件是使在四氟化碳50标准立方厘米(sccm)、压力1乇(Torr)、RF功率100瓦(W)负载的条件下放电而得的氟等离子体照射30秒。接着，有选择地干式蚀刻白金膜下电极1，使电容元件的电极形成规定的形状。
在这样制造的半导体器件中，几乎看不到在以往技术例中看到的电容元件侧壁部6的缺损和变质。调查这种半导体器件产生短路的比例的结果表明，50个器件中产生短路的不超过1个，与以往的情况相比产生短路显著地减少到以往的约十分之一以下。此外，也没有发现漏电流增加。
又，在前述的四氟化碳(CF4)上增加使用三氟化甲烷(CHF3)、三氟化氮(NF3)、氟化氙(XeF2)和六氟化硫(SF6)等气体以及它们中至少两种的混合气体，作为在等离子体照射中使用的气体，是令人满意的。其中，特别是CF4和NF3气体防止短路和抑制漏电流增加的效果显著，是令人满意的。
利用这种等离子体照射，能抑制产生短路和漏电流增加的原因不一定清楚。但是，从图3所示的残留氯浓度的测定结果，可述说如下。又，用以利用含氯的蚀刻气体进行干式蚀刻后的残留氯浓度值作为基准的比较值，表示图3所示的等离子体照射后的残留氯浓度值。等离子体照射后的残留氯浓度值与前述第一实施例所示的照射条件的情况相对应。等离子体照射后的残留氯浓度值比干式蚀刻后的残留氯浓度值减少约三分之二。
使用含氯的蚀刻气体进行干式蚀刻时，如图1(a)所示，由于放电，蚀刻气体分解生成的氯原子、离子和游离基等大量地附着在干式蚀刻的白金膜上电极3和介质膜2的侧壁部6以及因干式蚀刻而露出的白金膜下电极1的表面7上。接着，当使含氟气体放电，对产生的等离子体进行照射时，如图1(b)所示，用氟替换附着的氯原子的分解生成物。这种场合，因没有氯与侧壁部6的白金和介质膜强结合的状态，所以利用照射活性的氟等离子体能容易地去除氯。然后，如图1(c)所示，利用氟覆盖侧壁部6和白金膜下电极1的表面。
还不清楚这种氟起什么作用。可考虑这种氟或许不易与水反应并且不易生成氟酸，或许不易与氧化物介质反应，或许即使与氧化物介质反应也仅在表面形成钝态，不与介质内部反应。总之，可认为等离子体照射后的氟起到防止产生介质膜侧壁部的缺损和变质的作用。
实施例2
下面，参照图2(a)、2(b)对本发明的第二实施例进行说明。
首先，如图2(a)所示，与第一实施例相同，干式蚀刻白金膜上电极3和介质膜2。接着，如图2(a)所示，保持在与大气压相同的氮气中，用180℃温度加热60秒。然后，有选择地干式蚀刻白金膜下电极1，使电容元件的电极形成规定的形状。利用这种干式蚀刻后加热的方法，也能得到与实施例一的场合下几乎相同的防止产生短路和抑制漏电流增加的效果。
又，为得到这种显著的效果，在150℃以上并且半导体器件的特性不发生实质变化的温度范围内进行加热，是令人满意的。具体地说，在惰性气体中在150℃到450℃温度范围内进行加热，是令人满意的。此外，作为加热气体除了前述的氮气外，也可以用氩气和氦气等惰性气体。此外，也可以在真空中进行加热。
产生加热效果的原因，从图3所示的残留氯浓度的测定结果，可认为如下。表示图3所示的加热处理后的残留氯浓度值，与前述第二实施例所示的加热条件的情况相对应。加热处理后的残留氯浓度值比干式蚀刻后的残留氯浓度值减少约三分之二。
如图2(b)所示，因没有氯与侧壁部6的白金和介质强结合的状态，所以利用将热能给与基片4，就能容易地使大量地附着在侧壁部6和白金膜下电极1的表面7上的氯原子、离子和游离基等脱离。因此，与水反应生成盐酸的残留氯显著地减少。所以，几乎不会产生介质膜2的缺损和变质，能抑制产生短路和漏电流增加。
本发明，不限于前述实施例，当然可是种种的变形例子。例如，在前述实施例中，虽然用含氯的气体作为蚀刻气体，但用含溴或者碘的蚀刻气体代替氯或者用含氯、溴和碘中两种以上的蚀刻气体，也能得到与前述实施例相同的效果。
因此，存在于本发明真正的精神和范围内的变形例子，全部包含在权利要求的范围之中。

Claims (6)

1.一种半导体器件制造方法，其特征在于，该制造方法包括下述工序：在已形成电路元件的基片上，形成白金膜下电极、由大介电常数介质膜或者强介质膜组成的介质膜和白金膜上电极的工序；使用包含氯、溴和碘中至少一种的蚀刻气体，有选择地对所述白金膜上电极和所述介质膜进行干式蚀刻的工序；在所述干式蚀刻后，含氟气体放电所产生等离子体照射的工序和对所述白金膜下电极进行蚀刻的工序。
2.如权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于，该制造方法还包括：所述含氟气体放电所产生等离子体照射的工序，包括用氟替换附着在所述白金膜上电极和所述介质膜的侧壁以及附着在因所述干式蚀刻而露出的所述白金膜下电极的表面的蚀刻气体分解生成物的工序。
3.如权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于，该制造方法还包括：所述含氟气体至少包括四氟化碳、三氟化甲烷、三氟化氮、氟化氙和六氟化硫中的一种。
4.一种半导体器件制造方法，其特征在于，该制造方法包括下述工序：在已形成电路元件的基片上，形成白金膜下电极、由大介电常数介质膜或者强介质膜组成的介质膜和白金膜上电极的工序；使用包含氯、溴和碘中至少一种的蚀刻气体，有选择地对所述白金膜上电极和所述介质膜进行干式蚀刻的工序；在所述干式蚀刻后，加热所述基片的工序、并且所述加热工序在惰性气体或者真空中进行，和对所述白金膜下电极进行蚀刻的工序。
5.如权利要求4所述的半导体器件制造方法，其特征在于，该制造方法还包括：所述加热工序在150℃开始到所述半导体器件的特性不产生实质变化的温度范围内进行。
6.如权利要求4所述的半导体器件制造方法，其特征在于，该制造方法还包括：所述加热工序在150℃开始到450℃的温度范围内进行。
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