DE69628677T2

DE69628677T2 - Ätzen einer Platinelektrode und eine dielektrische oder ferroelektrische Schicht

Info

Publication number: DE69628677T2
Application number: DE69628677T
Authority: DE
Inventors: Yoshihisa Suita-shi Osaka Nagano; Eiji Ibaraki-shi Osaka Fujii
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1995-02-03
Filing date: 1996-01-27
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2016-01-28
Also published as: KR0185489B1; JP2953974B2; EP0932192A1; EP0725430B1; EP0932192B1; DE69613723D1; CN1080926C; CN1136218A; DE69628677D1; JPH08213364A; EP0725430A3; US5652171A; DE69613723T2; EP0725430A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem Kondensator, das eine dielektrische Schicht hoher Dielektrizitätskonstante oder eine ferroelektrische Schicht als dielektrische Schicht des Kondensators benutzt, und insbesondere auf ein Verfahren, das einen Schritt einschliesst, die dielektrische Schicht des Kondensators trocken zu ätzen.
In letzter Zeit konzentrieren sich Anstrengungen auf die Entwicklung eines Mikrocomputers, der einen Kondensator einschliesst, der eine dielektrische Schicht hoher Dielektrizitätskonstante oder eine ferroelektrische Schicht benutzt, die wirksame Massnahmen darstellen, um Streuemissionen zu vermindern, die ein elektromagnetisches Rauschen darstellen, sowie eines nichtflüchtigen ferroelektrischen RAM, der bei niedriger Spannung betrieben und mit hoher Geschwindigkeit geschrieben und gelesen werden kann. Das Ätzen dieser dielektrischen Kondensatorschichten wurde durch Nassätzen als isotropisches Ätzen oder nichtselektives Ionenstrahlätzen ausgeführt. In diesen Verfahren können jedoch keine hohe Verarbeitungsgenauigkeit und keine hohe Ätzselektivität erreicht werden, weshalb in der letzten Zeit die Trockenätztechnik intensiv erforscht und entwickelt wird. Das beim Trockenätzen von dielektrischen Schichten und Elektroden von Kondensatoren verwendete Ätzgas ist Halogen, vertreten durch Chlor oder eine Chlorverbindung. Zum Beispiel wurden Chlor allein, Chlorwasserstoff und Chlorkohlenstoff beschrieben.
Ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung wird unten unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. Dieses Verfahren wurde von den gegenwärtigen Erfindern entwickelt und bildet einen Teil einer hauseigenen Technologie. 3(a), 3(b), 3(c) und 3(d) sind Schnittansichten, um das Verfahren zu erklären, einen in eine herkömmliche Halbleiteranordnung einbezogenen Kondensator auszubilden.
Zuerst werden, wie in 3(a) gezeigt, ein unterer Elektrodenfilm 1 aus Platin, eine dielektrische Schicht 2 aus einer dielektrischen Schicht hoher Dielektrizitätskonstante oder einer ferroelektrischen Schicht und ein oberer Elektrodenfilm 3 aus Platin auf einem Substrat 4 gebildet, auf dem ein Silicumoxidfilm abgeschieden ist. Dann werden unter Benutzung eines Photoresists 5 als Maske der obere Elektrodenfilm 3 aus Platin und die dielektrische Schicht 2 mit chlorhaltigem Ätzgas trocken geätzt und zu einer Gestalt wie in 3(b) gezeigt verarbeitet. Schliesslich wird durch Trockenätzen des unteren Elektrodenfilms 1 aus Platin ein Kondensator gebildet.
Bei diesem herkömmlichen Herstellungsverfahren kann jedoch ein Fehler 8 in einer Seitenwand 6 der dielektrischen Schicht 2 gebildet werden, wie in 3(c) gezeigt, oder die Seitenwand 6 degeneriert oft zu einer Substanz 9, die sich vom Dielektrikum unterscheidet. Wenn ein solcher Zustand auftritt, erfolgt ein Kurzschluss des Kondensators oder ein Anwachsen des Streustromes, und im Extremfall geht die Kondensatorfunktion verloren.
Die Ursache, dass eine derartige Erscheinung auftritt, kann wie folgt gesehen werden. An den Seitenwänden 6 des oberen Elektrodenfilms 3 aus Platin und der dielektrischen Schicht 2, die trocken geätzt wurden, sowie auf der Oberfläche 7 des unteren Elektrodenfilms 1 aus Platin, die offen liegt, werden Atome, Ionen, oder Radikale von Chlor, die durch Zersetzung des Ätzgases bei der Entladung erzeugt wurden, in grosser Menge abgeschieden. Diese Chloratome, -ionen oder -radikale reagieren leicht mit Feuchtigkeit, um eine saure wässrige Lösung zu bilden, d. h. Chlorwasserstoffsäure. Die Seitenwand 6 der dielektrischen Schicht 2, die aus einem dielektrischen Oxid besteht, reagiert heftig mit dieser Chlorwasserstoffsäure, und die dielektrische Schicht 2 wird zerfressen oder degeneriert zu einer anderen Substanz 9, die sich vom Dielektrikum unterscheidet. Als Ergebnis wird betrachtet, dass dies zu Kurzschluss des Kondensators, Erhöhung des Streustroms oder Verlust der Kondensatorfunktion führt.
Diese Adsorption von Feuchtigkeit erfolgt immer bei Arbeitsgängen im Herstellungsprozess von Halbleiteranordnungen wie einem Aussetzen des Substrates zur Atmosphäre oder Waschen in Wasser und ist daher unveimeidlich. Diese Nachteile werden auch bemerkt, wenn Brom oder Iod als Ätzgas verwendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, den Angriff der dielektrischen Schicht zu verhindern sowie das Auftreten von Kondensatorkurzschluss und erhöhtem Streustrom zu unterdrücken.
Erfindungsgemäss umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung einen Schritt der Bildung eines unteren Elektrodenfilms aus Platin, einer dielektrischen Schicht und eines oberen Elektrodenfilms aus Platin auf einem Substrat, auf dem Schaltungselemente und Verdrahtung ausgebildet werden, einen Schritt, den oberen Elektrodenfilm aus Platin und die dielektrische Schicht selektiv trocken zu ätzen, indem Ätzgas verwendet wird, das zumindest eines der Elemente Chlor, Brom und Iod enthält, einen Schritt, das Substrat nach dem Trockenätzschritt zu erhitzen, sowie einen Schritt, den unteren Elektrodenfilm aus Platin zu ätzen.
Durch den Prozess des Erhitzens nach dem Trockenätzen werden die Zersetzungsprodukte des Chlor, Brom oder Iod enthaltenden Ätzgases, die sich während des Trockenätzens auf der Seitenwand der dielektrischen Schicht oder auf der Oberfläche des unteren Elektrodenfilms aus Platin abscheiden, äusserst stark vermindert. Er unterdrückt somit das Auftreten von Fehlern oder eine Degeneration der dielektrischen Schicht, die durch Reaktion der dielektrischen Schicht mit der durch Reaktion dieser Zersetzungsprodukte mit Feuchtigkeit auf dem Dielektrikum gebildeten Säure induziert werden. Daher können das Auftreten von Kurzschluss im Kondensator und die Erhöhung des Streustromes äusserst zurückgedrängt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) und 1(b) sind Schnittansichten, um ein Verfahren zur Ausbildung eines in einer Ausführungsform der Erfindung in eine Halbleitervorrichtung eingebauten Kondensators zu erklären.
2 ist ein vergleichendes Diagramm der Restmenge an Chlor auf dem Substrat in den Ausführungsformen der Erfindung und im Stande der Technik.
3(a), 3(b), 3(c) und 3(d) sind Schnittansichten, um ein herkömmliches Verfahren zur Ausbildung eines in eine Halbleitervorrichtung eingebauten Kondensators zu erklären.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf 1(a) und 1(b) beschrieben. Gleiche Teile wie in dem in 3(a), 3(b), 3(c) und 3(d) beschriebenen Stand der Technik werden durch gleiche Bezugszahlen identifiziert.
Zuerst werden wie im herkömmlichen Verfahren ein unterer Elektrodenfilm 1 aus Platin, eine aus einem dielektrischen Material hoher Dielektrizitätskonstante oder einem ferroelektrischen Material zusammengesetzte dielektrische Schicht 2 und ein oberer Elektrodenfilm 3 aus Platin auf einem Substrat 4 ausgebildet, auf dem Schaltungselemente, Verdrahtung und ein isoliertender Film ausgebildet sind.
Wie in 1(a) gezeigt, werden der obere Elektrodenfilm 3 aus Platin und die dielektrische Schicht 2 trocken geätzt. Als Nächstes wird, wie in 1(b) gezeigt, in einer bei Atmosphärendruck befindlichen Stickstoffatmosphäre das Substrat während 60 Sekunden auf eine Temperatur von 180°C erhitzt. Danach wird der untere Elektrodenfilm 1 aus Platin selektiv trocken geätzt, und der Kondensator wird zu einer definierten Gestalt ausgebildet. Durch dieses Verfahren des Erhitzens nach dem Trockenätzen wurden eine Verhinderung des Auftretens von Kurzschluss und eine Unterdrückung der Zunahme von Streustrom erzielt.
Um derartige herausragende Wirkungen zu erzielen, wird bevorzugt, auf einen Temperaturbereich zwischen 150°C und einer Temperatur, die keine wesentliche Veränderung in den Eigenschaften der Halbleiteranordnung bewirkt, zu erhitzen. Insbesondere wird bevorzugt, in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 150 und 450 °C zu erhitzen. Neben Stickstoff können Argon, Helium oder andere inerte Gase als Heizatmosphäre verwendet werden, oder das Erhitzen kann auch im Vakuum erfolgen.
Die Grunde für die durch Erhitzen verursachte Wirkung werden aus den Ergeb nissen der Messung der restlichen Chlorkonzentration, die in 2 gezeigt werden, wie folgt abgeschätzt. Die in 2 nach dem Aufheizprozess gezeigte restliche Chlorkonzentration entspricht den in der zweiten Ausführungsform angeführten Aufheizbedingungen. Die restliche Chlorkonzentration ist nach dem Aufheizprozess im Vergleich zur restlichen Chlorkonzentration direkt nach dem Trockenätzen auf etwa ein Drittel vermindert.
Wie in 1(b) gezeigt, werden starke Abscheidungen von Chloratomen, -ionen oder Radikalen auf der Seitenwand 6 oder Oberfläche 7 des unteren Elektrodenfilms 1 aus Platin leicht heruntergelöst, indem dem Substrat 4 thermische Energie zugeführt wird, da Chlor an das Platin oder an das Dielektrikum der Seitenwand 6 nicht stark gebunden ist. Entsprechend wird das restliche Chlor, das mit Feuchtigkeit zu Chlorwasserstoffsäure reagiert, äusserst stark verringert. Daher treten kaum ein Defekt oder eine Degeneration der dielektrischen Schicht 2 auf, wodurch die Ausbildung von Kurzschluss und das Anwachsen des Streustromes unterdruckt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die veranschaulichte Ausführungsform beschränkt, sondern kann in verschiedenen Formen abgewandelt werden. Zum Beispiel wird in der vorstehenden Ausführungsform chlorhaltiges Gas als Ätzgas verwendet, aber die gleichen Wirkungen wie in der Ausführungsform werden erhalten, wenn Ätzgas verwendet wird, das anstelle von Chlor Brom oder Iod enthält, oder Ätzgas, das zwei oder mehr von den Gasen Chlor, Brom und Iod enthält.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, umfassend einen Schritt, einen unteren Elektrodenfilm (1) aus Platin, eine aus einem dielektrischen Material hoher Dielektrizitätskonstante oder einem ferroelektrischen Material zusammengesetzte dielektrische Schicht (2) und einen oberen Elektrodenfilm (3) aus Platin auf einem Substrat (4) auszubilden, auf dem Schaltungselemente und Verdrahtung ausgebildet werden; einen Schritt, selektiv diese obere Elektrodenschicht (3) aus Platin und diese dielektrische Schicht (2) unter Verwendtung der gleichen Maske und unter Verwendtung eines Ätzgases trocken zu ätzen, das zumindest eines der Elemente Chlor, Brom und Iod enthält; einen Schritt, diese Struktur nach diesem Trockenätzschritt zu erhitzen; und einen Schritt, diese untere Elektrodenschicht (1) aus Platin zu ätzen.
Verfahren des Anspruchs 1, worin dieser Erhitzungsschritt in einem Temperaturbereich zwischen 150°C und einer Temperatur ausgeführt wird, die keine wesentliche Veränderung in den Eigenschaften dieser Halbleiteranordnung verursacht.
Verfahren des Anspruchs 1, worin dieser Erhitzungsschritt in einem Temperaturbereich zwischen 150°C und 450°C ausgeführt wird.
Verfahren des Anspruchs 1, worin dieser Erhitzungsschritt in einer Atmosphäre von Inertgas oder im Vakuum ausgeführt wird.