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JP2003264171A - Method for etching difficult-to-etch material and method and apparatus for manufacturing semiconductor using the same - Google Patents

Method for etching difficult-to-etch material and method and apparatus for manufacturing semiconductor using the same

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JP2003264171A
JP2003264171A JP2003039795A JP2003039795A JP2003264171A JP 2003264171 A JP2003264171 A JP 2003264171A JP 2003039795 A JP2003039795 A JP 2003039795A JP 2003039795 A JP2003039795 A JP 2003039795A JP 2003264171 A JP2003264171 A JP 2003264171A
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JP
Japan
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etching
mask
taper angle
film
substrate
Prior art date
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JP2003039795A
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Japanese (ja)
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JP4109135B2 (en
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Nobuyuki Mise
信行 三瀬
Takeshi Yoshioka
健 吉岡
Ryoji Nishio
良司 西尾
Taketo Usui
建人 臼井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
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Publication date
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Publication of JP2003264171A5 publication Critical patent/JP2003264171A5/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチング材のエッチング時に発生するデポ
物がマスクに付着するのを防止して、エッチング形状の
改良を図る。 【解決手段】 基板上に形成された難エッチング材の膜
とその上に形成したマスクを用いて、前記膜をプラズマ
を用いてエッチングする際に、前記マスクの側壁が前記
基板の表面に対する角度が90度未満のマスクを用いて
エッチングし、それによりエッチング後の上記膜の前記
基板の表面に対するテーパー角度を上記マスクのテーパ
ー角度以上とする。
(57) [Problem] To improve the etching shape by preventing a deposit generated during etching of an etching material from adhering to a mask. SOLUTION: When etching the film using plasma using a film of a difficult-to-etch material formed on a substrate and a mask formed thereon, an angle of a side wall of the mask with respect to a surface of the substrate is increased. Etching is performed using a mask of less than 90 degrees, whereby the taper angle of the film after etching with respect to the surface of the substrate is equal to or larger than the taper angle of the mask.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、Pt、Ru、Ir、PZ
T、HfO2等の難エッチ材のエッチング方法、難エッチ材
を含む半導体集積回路装置およびその製造方法に関し、
特に、難エッチ材の側壁を垂直に近い形状でエッチング
するのに有効な技術に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to Pt, Ru, Ir and PZ.
A method for etching a difficult-to-etch material such as T or HfO2, a semiconductor integrated circuit device including the hard-to-etch material, and a method for manufacturing the same,
In particular, the present invention relates to a technique effective for etching the side wall of a difficult-to-etch material in a shape close to vertical.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体素子の表面を処理する手段
として、テーパー形状や頭の丸いフォトレジストを用い
てエッチングする方法が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a means for treating the surface of a semiconductor element, a method of etching using a photoresist having a tapered shape or a rounded head is known.

【0003】テーパー形状のマスクを用いてエッチング
する方法はUSP5818107(JP−A−10−2
14826)及びJP−A−10−223855に開示
されている。また、丸いフォトレジストを用いてエッチ
ングする方法はUSP6057081(JP−A−10
−98162)に開示されている。
A method of etching using a tapered mask is described in US Pat. No. 5,818,107 (JP-A-10-2).
14826) and JP-A-10-223855. In addition, a method of etching using a round photoresist is described in USP6057081 (JP-A-10).
-98162).

【0004】しかし、エッチングし難い材料(以下、単
に難エッチ材と称す)である不揮発性材料のエッチング
は、300℃以上の高温で行われ、フォトレジストが使
用できない場合がある。
However, etching of a non-volatile material, which is a material that is difficult to etch (hereinafter, simply referred to as a difficult-to-etch material), is performed at a high temperature of 300 ° C. or higher, and the photoresist cannot be used in some cases.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体素子
の微細化、動作の高速化に伴い、MOS(metal-oxide-s
emiconductor)トランジスタのゲート絶縁膜、ゲート電
極、あるいはメモリー部のキャパシタ、キャパシタ電極
にはアルミナ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、ル
テニウム、白金、酸化タンタル、BST、SBT、PZ
Tなどの材料を用いることが検討されている。また、磁
気を利用したメモリ(MRAM;magneticrandom acces
s memory)などでは鉄、ニッケル、コバルト、マンガン
あるいはその合金が用いられる。
By the way, with the miniaturization of semiconductor elements and the speeding up of operation, MOS (metal-oxide-s)
Alumina, zirconium oxide, hafnium oxide, ruthenium, platinum, tantalum oxide, BST, SBT, PZ for the gate insulating film of the transistor, the gate electrode, or the capacitor of the memory part, and the capacitor electrode.
The use of materials such as T has been considered. In addition, magnetic memory (MRAM; magnetic random acces)
s memory) etc., iron, nickel, cobalt, manganese or its alloys are used.

【0006】なお、難エッチ材としては例えば、以下の
ものが挙げられる。 磁性体:(用途:磁気ディスク、MRAM等) Fe、Co、M
n、Ni等 貴金属など:(用途:各種電極等) Pt,Ru,RuO2,Ta,Ir,IrO2,Os,Pd,Au,Ti,TiOx,
SrRuO3,(La,Sr)CoO3,Cu等 高誘電体:(用途:DRAMのキャパシタ(電荷を蓄積)
等) BST:(Ba,Sr)TiO3,SRO:SrTiO3,BTO:BaTiO3,SrTa2
O6,Sr2Ta2O7,ZnO,Al2O3,ZrO2,HfO2,Ta2O5 等 強誘電体: (用途:FeRAMのキャパシタ等) PZT:Pb(Zr,Ti)O3,PZTN:Pb(Zr,Ti)Nb2O8,PLZT:(P
b,La)(Zr,Ti)O3, PTN:PbTiNbOx,SBT:SrBi2Ta2O9,SBTN:SrBi2(Ta,N
b)2O9, BTO:Bi4Ti3O12,BiSiOx,BLOT:Bi4-xLaxTi3O12 等 化合物半導体:GaAs等 ITOその他:InTiO等
Examples of difficult-to-etch materials include the following. Magnetic material: (Use: magnetic disk, MRAM, etc.) Fe, Co, M
Noble metals such as n and Ni: (Use: Various electrodes) Pt, Ru, RuO2, Ta, Ir, IrO2, Os, Pd, Au, Ti, TiOx,
High dielectric materials such as SrRuO3, (La, Sr) CoO3, Cu: (Application: DRAM capacitor (charge storage)
Etc.) BST: (Ba, Sr) TiO3, SRO: SrTiO3, BTO: BaTiO3, SrTa2
O6, Sr2Ta2O7, ZnO, Al2O3, ZrO2, HfO2, Ta2O5 etc. Ferroelectrics: (Use: FeRAM capacitors etc.) PZT: Pb (Zr, Ti) O3, PZTN: Pb (Zr, Ti) Nb2O8, PLZT: (P
b, La) (Zr, Ti) O3, PTN: PbTiNbOx, SBT: SrBi2Ta2O9, SBTN: SrBi2 (Ta, N
b) 2O9, BTO: Bi4Ti3O12, BiSiO x, BLOT: Bi 4-x La x Ti 3 O 12 etc.Compound semiconductor: GaAs etc. ITO other: InTiO etc.

【0007】これらの難エッチ材料は、アルミ、シリコ
ン、酸化シリコンなどに比べてエッチングしにくく、特
に難エッチ材料の側壁を基板に対して垂直な形状に加工
することが困難であることが問題となっている。
These difficult-to-etch materials are more difficult to etch than aluminum, silicon, silicon oxide, etc., and it is particularly difficult to process the side walls of the difficult-to-etch materials into a shape perpendicular to the substrate. Has become.

【0008】上記いずれの公知文献も難エッチ材料の側
壁を基板に対して垂直な形状に加工する点についての示
唆は無い。
[0008] None of the above-mentioned known documents suggests processing the side wall of the difficult-to-etch material into a shape perpendicular to the substrate.

【0009】次に、鉄、コバルト、マンガン、ニッケ
ル、白金、ルテニウム、タンタル、アルミナ、酸化ハフ
ニウム、酸化ジルコニウム、ガリウム砒素など、化学的
に安定な材料をプラズマを用いてエッチングすると、被
エッチング材において垂直なエッチング形状を得にくい
理由を以下に説明する。
Next, when a chemically stable material such as iron, cobalt, manganese, nickel, platinum, ruthenium, tantalum, alumina, hafnium oxide, zirconium oxide, or gallium arsenide is etched using plasma, the material to be etched becomes The reason why it is difficult to obtain a vertical etching shape will be described below.

【0010】上記の難エッチ材のようにエッチングしに
くい材料においては、エッチングにより反応生成物が生
成され、反応生成物は試料表面から気相に飛び出した
後、被エッチング材の壁に到達するとそこに付着しやす
い性質がある。そのため、被エッチング材においてエッ
チングが進行する位置のみに反応生成物が付着するので
あれば、実質的にエッチング速度が低下するだけである
が、実際には反応生成物は被エッチング材のあらゆる位
置に付着する。すなわち、被エッチング材においてエッ
チングがほとんど進行しない側壁にも反応生成物が付着
し、その結果、エッチングが進行する底面のエッチング
と、側壁のデポ物(deposition material)の堆積とが同
時に進行し、被エッチング材の側壁においては基板に垂
直な形状が得られなくなる。以上が難エッチ材のエッチ
ングにおいて、被エッチング材の側壁が基板表面に対し
て垂直なエッチング形状が得られない原因である。
In the case of a material that is difficult to be etched, such as the above-mentioned difficult-to-etch material, a reaction product is generated by etching, and the reaction product jumps out from the surface of the sample to the gas phase and then reaches the wall of the material to be etched. It has a property of easily adhering to. Therefore, if the reaction product adheres only to the position where etching progresses in the material to be etched, the etching rate will only substantially decrease, but in reality, the reaction product will be present at all positions in the material to be etched. Adhere to. That is, in the material to be etched, the reaction products adhere to the side wall where etching hardly progresses, and as a result, the etching of the bottom surface where the etching proceeds and the deposition of the deposition material on the side wall proceed at the same time. A shape perpendicular to the substrate cannot be obtained on the side wall of the etching material. The above is the reason why the etching shape in which the side wall of the material to be etched is perpendicular to the substrate surface cannot be obtained in the etching of the difficult-to-etch material.

【0011】上記の被エッチング材の側壁で基板に垂直
なエッチング形状が得られない理由を図面1Aから2G
を参照してより詳細に説明する。
The reason why the etching shape perpendicular to the substrate cannot be obtained on the side wall of the material to be etched is shown in FIGS. 1A to 2G.
Will be described in more detail with reference to.

【0012】図1A、図2Aはエッチングの初期状態で
あり、図中右方向の矢印はデポ物の堆積方向、下方の矢
印はエッチング方向を示す。ここで、マスク10の側壁
の基板上面に対する角度(テーパー角度)θは90度と
する。初期状態から微小単位時間Δt経過すると、底面
(プラズマにさらされる被エッチング材20の上面2
1)はΔeだけエッチングされ、マスク10及び被エッ
チング材20の側壁にはデポ物25がΔdだけ堆積する
(図1B、2B)。ところで、実際にはデポ物の上面部
30もエッチングされるため、該部分が基板表面に対し
てなす角度(テーパー角度)φは、単位時間当りのデポ
物の堆積量(堆積レート)Δdと単位時間当りのエッチ
ング量(エッチングレート)Δeとで決まる。
1A and 2A show the initial state of etching, in which the arrow pointing to the right indicates the deposition direction of deposits, and the arrow pointing below indicates the etching direction. Here, the angle (taper angle) θ of the side wall of the mask 10 with respect to the upper surface of the substrate is 90 degrees. When a minute unit time Δt elapses from the initial state, the bottom surface (the upper surface 2 of the etching target material 20 exposed to the plasma 2
1) is etched by Δe, and deposits 25 are deposited on the sidewalls of the mask 10 and the material to be etched 20 by Δd (FIGS. 1B and 2B). By the way, since the upper surface portion 30 of the deposited material is actually etched, the angle (taper angle) φ formed by the portion with respect to the substrate surface is the same as the deposited amount (deposition rate) Δd of the deposited material per unit time. It is determined by the etching amount (etching rate) Δe per time.

【0013】また、マスク側壁直下の部分32において
は、マスクの側壁へのデポ物25の堆積が始まった瞬間
に、該マスクの側壁のデポ物の下部の底面部33(プラ
ズマにさらされる被エッチング材20の上面21)に対
するエッチングは停止する。しかし、該マスクの側壁の
デポ物25の側壁下部において被エッチング材20の露
出部がエッチングされて新たな被エッチング材20の側
壁が露出した瞬間に、その露出面に対してデポ物が堆積
する。従って、エッチングは斜め下方に進行する(図1
C、2C)。
Further, in the portion 32 immediately below the side wall of the mask, at the moment when the deposit 25 is deposited on the side wall of the mask, the bottom surface portion 33 (the portion to be etched exposed to the plasma) below the deposit on the side wall of the mask is started. The etching of the upper surface 21) of the material 20 is stopped. However, at the moment when the exposed portion of the material to be etched 20 is etched below the side wall of the deposited material 25 on the side wall of the mask and a new sidewall of the material to be etched 20 is exposed, the deposited material is deposited on the exposed surface. . Therefore, the etching proceeds obliquely downward (see FIG. 1).
C, 2C).

【0014】次いで、図1C、2Cの状態から更に単位
時間Δt経過すると、デポ物25の側壁で更にデポ物2
5の堆積が進行すると共に、デポ物25の側壁下部にお
ける被エッチング材20の露出部においてもエッチング
が進行する(図1D、1E、2D〜2F)。こうして、
順次、斜め下方にエッチングは進行し、図1F、2Gに
示すエッチング形状が得られる。こうして、被エッチン
グ材の側壁は基板表面に対してテーパー角度φ(φ<9
0度)を形成することとなる。
Next, when a unit time Δt elapses from the state shown in FIGS. 1C and 2C, the deposit 2 is further deposited on the side wall of the deposit 25.
As the deposition of No. 5 progresses, the etching also progresses at the exposed portion of the material to be etched 20 in the lower portion of the sidewall of the deposit 25 (FIGS. 1D, 1E, 2D to 2F). Thus
Etching progresses obliquely downward, and the etching shapes shown in FIGS. 1F and 2G are obtained. Thus, the side wall of the material to be etched has a taper angle φ (φ <9
0 degree) will be formed.

【0015】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消しうる難エッチ材のエッチング方法及びそれを用い
た半導体製造方法及び装置を提供することである。
It is an object of the present invention to provide an etching method for a difficult-to-etch material and a semiconductor manufacturing method and apparatus using the same, which can solve the above-mentioned problems of the prior art.

【0016】本発明の別の目的は、半導体素子などの微
細化の要求に応えるために、複数枚のウエハに対して安
定な処理、あるいは被エッチング材のテーパー角度を垂
直に近い角度とし得る、試料の表面処理方法および装置
を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a stable process for a plurality of wafers or to make the taper angle of the material to be etched close to vertical in order to meet the demand for miniaturization of semiconductor elements and the like. A method and an apparatus for surface treatment of a sample.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、基板に
形成した膜をプラズマを用いてエッチングする際に、テ
ーパー形状のマスクを用いてエッチングする試料の表面
処理方法にある。
A feature of the present invention resides in a surface treatment method of a sample in which a tape mask is used for etching a film formed on a substrate using plasma.

【0018】即ち、本発明の一面によれば、基板上に形
成された難エッチング材の膜とその上に形成したマスク
を用いて、前記膜をプラズマを用いてエッチングする方
法は、前記マスクの側壁が前記基板の表面に対する角度
が90度未満のマスクを用いてエッチングするステップ
を備える。
That is, according to one aspect of the present invention, a method of etching the film using plasma using a film of a difficult-to-etch material formed on a substrate and a mask formed thereon is a method of etching the mask. Etching using a mask whose sidewalls form an angle of less than 90 degrees with respect to the surface of the substrate.

【0019】従って、本発明によれば、側壁が垂直な加
工形状を得にくい材料のエッチングにおいて、テーパー
状マスク等を用いることにより、側壁が垂直に近いエッ
チング形状が得られるので、高機能な半導体デバイス、
あるいは集積度の高い半導体デバイスが作成できる。
Therefore, according to the present invention, in the etching of a material in which it is difficult to obtain a processed shape in which the side wall is vertical, by using a tapered mask or the like, an etched shape in which the side wall is nearly vertical can be obtained, so that a highly functional semiconductor is obtained. device,
Alternatively, a highly integrated semiconductor device can be created.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下に、本願発明の実施例を添付
図面を参照して詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0021】図3は本発明を適用したプラズマエッチン
グ装置の全体構成例を示す図である.高周波電源101
から自動整合器102(automatic matching unit) を介
して、コイル103に高周波電流を供給し、真空容器1
04内にプラズマ105を発生させる。真空容器104
は、絶縁材料からなる放電部104aと接地された処理
部104bからなる.この真空容器104には、ガス導
入部106を介して塩素などのエッチングガスが導入さ
れ、該ガスは排気装置107により排気される。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the overall structure of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied. High frequency power supply 101
From the automatic matching unit 102 (automatic matching unit) to supply high-frequency current to the coil 103,
Plasma 105 is generated in 04. Vacuum container 104
Comprises a discharge part 104a made of an insulating material and a processing part 104b grounded. An etching gas such as chlorine is introduced into the vacuum container 104 through the gas introduction unit 106, and the gas is exhausted by the exhaust device 107.

【0022】試料108は試料台109の上に載置され
る.試料108に入射するイオンのエネルギーを大きく
するために、試料台109には第二の高周波電源である
バイアス電源110がハイパスフィルター111を介し
て接続されている.試料台109の表面にはセラミック
などの絶縁膜112が設けられている。また、試料台1
09は、直流電源113がローパスフィルター114を
介して接続されており、試料108を試料台109に静
電気力により保持する。
The sample 108 is placed on the sample table 109. In order to increase the energy of the ions incident on the sample 108, a bias power source 110, which is a second high frequency power source, is connected to the sample stage 109 via a high pass filter 111. An insulating film 112 made of ceramic or the like is provided on the surface of the sample table 109. Also, the sample table 1
A DC power supply 113 is connected to the sample base 09 via a low-pass filter 114, and holds the sample 108 on the sample base 109 by electrostatic force.

【0023】さらに、試料108の温度を調整して処理
を制御するために、試料台109にはヒーター115お
よび冷媒流路116が設けられている。
Further, in order to control the processing by adjusting the temperature of the sample 108, the sample stage 109 is provided with a heater 115 and a coolant channel 116.

【0024】本装置を用いて、鉄、コバルト、マンガ
ン、ニッケル、白金、ルテニウム、タンタル、アルミ
ナ、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、ガリウム砒素
など、化学的に安定な材料をエッチングする場合の典型
的な条件は以下の通りである。装置の圧力は0.5P
a、導入するガスは主として塩素である.試料108の
温度は、対象とする被エッチング材によって異なるが、
200℃以上500℃以下である。これは要求するエッ
チングレートあるいは、製造する半導体デバイスによっ
て決まるが、シリコン膜、アルミニウム膜あるいは酸化
シリコン膜をエッチングする場合の典型的な温度が0℃
から100℃であるのに比べて試料108の温度は、高
い温度に保たれる。したがって、エッチングのマスク材
にフォトレジストが有効に使えないことが多く、酸化シ
リコンや金属のハードマスクを使う場合が多い。
Typical conditions for etching chemically stable materials such as iron, cobalt, manganese, nickel, platinum, ruthenium, tantalum, alumina, hafnium oxide, zirconium oxide and gallium arsenide using this apparatus. Is as follows. The device pressure is 0.5P
a. The gas to be introduced is mainly chlorine. Although the temperature of the sample 108 varies depending on the material to be etched,
It is 200 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. This depends on the required etching rate or the semiconductor device to be manufactured, but a typical temperature for etching a silicon film, an aluminum film or a silicon oxide film is 0 ° C.
The temperature of the sample 108 is maintained at a high temperature as compared with the case of 1 to 100 ° C. Therefore, a photoresist is often not effectively used as an etching mask material, and a silicon oxide or metal hard mask is often used.

【0025】難エッチ材のエッチングにおける上記の課
題、すなわち、被エッチング材のテーパー角度φを基板
表面に対して垂直に近い角度とし得るエッチング処理を
行なうためには、マスクの側壁に付着するデポ物の量を
抑えることが重要である。
In order to carry out the above-mentioned problem in etching the difficult-to-etch material, that is, to perform the etching processing in which the taper angle φ of the material to be etched can be made close to the angle perpendicular to the surface of the substrate, the deposit attached to the sidewall of the mask It is important to keep the amount of.

【0026】そのようにデポ物の堆積を抑圧する方法と
しては、反応容器内の圧力を下げること、反応容器に導
入するガスの流量を上げることが考えられる。しかし、
圧力やガスの流量は、望ましいエッチ特性を得るのため
に適当な範囲に限られる場合が多く、また、圧力、流量
は排気能力でその限界が決まっている。従って、圧力、
流量等によりデポ物の堆積を抑圧することは困難であ
る。
As a method of suppressing the deposition of the deposits, it is conceivable to lower the pressure in the reaction vessel and increase the flow rate of the gas introduced into the reaction vessel. But,
The pressure and the flow rate of the gas are often limited to an appropriate range in order to obtain the desired etching characteristics, and the limits of the pressure and the flow rate are determined by the exhaust capacity. Therefore, the pressure,
It is difficult to suppress the deposition of deposits by the flow rate.

【0027】次に、テーパー角度(マスク10の側壁の
基板上面に対する角度)θを90度未満としたマスク
(即ち、テーパー状のマスク)を用いることにより、被
エッチング材のテーパー角度(被エッチング材の側壁の
基板表面に対する角度)φが垂直に近い加工形状が得ら
れる理由を、図4A〜5Dを参照して説明する。なお、
図5Aはマスクのテーパー角度θを90度とした場合
で、図1A〜2Gで説明したようにデポ物25がマスク
10の側壁に並行に堆積する。また、図4Aはマスクの
テーパー角度θを90度とした場合のエッチング前の状
態を示す。
Next, a mask having a taper angle (an angle of the side wall of the mask 10 with respect to the upper surface of the substrate) θ of less than 90 degrees (that is, a tapered mask) is used. The reason why the processed shape in which the angle (φ) of the side wall with respect to the substrate surface is close to vertical is obtained will be described with reference to FIGS. In addition,
5A shows the case where the mask taper angle θ is 90 degrees, and the deposit 25 is deposited in parallel on the side wall of the mask 10 as described with reference to FIGS. Further, FIG. 4A shows a state before etching when the taper angle θ of the mask is 90 degrees.

【0028】まず、プロセス条件が決まると、試料の底
面(プラズマにさらされる被エッチング材の表面21)
のエッチングレートが決まる。塩素を主なエッチングガ
スとしてエッチングを行なうと、試料のうちの被エッチ
ング材の塩化物(反応生成物)が基板(資料)からエッ
チング装置(反応容器)内に飛び出す。エッチング装置
内に飛び出した反応生成物が再び基板に入射し、基板に
入射した反応生成物のうちいくらかは基板表面(マスク
の側壁及び被エッチング材の側壁)にデポ物として堆積
する(図4B)。多くの場合、このデポ物は等方的と近
似できる.このデポ物の堆積レート(以下、単にデポレ
ート(deposition rate)と称す)をrdとする。一方、
エッチングは主としてイオンの働きによるので、エッチ
ング対象位置でのイオンの入射方向がその位置でのエッ
チングレートに大きく影響する。単純にエッチレートは
イオンのフラックスで決まるとした場合、イオンがほぼ
垂直に入射する試料底面のエッチレートをreとする
と、イオンの入射角度がαのときのエッチレートはre
×sinαである。ここで、reはデポ物が堆積しない
場合の真のエッチレートである。
First, when the process conditions are determined, the bottom surface of the sample (the surface 21 of the material to be etched exposed to plasma)
Etching rate is determined. When etching is performed using chlorine as the main etching gas, chloride (reaction product) of the material to be etched in the sample jumps out of the substrate (material) into the etching device (reaction vessel). The reaction products jumping out into the etching apparatus are again incident on the substrate, and some of the reaction products incident on the substrate are deposited as deposits on the substrate surface (side wall of the mask and side wall of the material to be etched) (FIG. 4B). . In many cases, this depot object can be approximated as isotropic. The deposition rate of the deposited material (hereinafter, simply referred to as the deposition rate) is rd. on the other hand,
Since the etching mainly depends on the action of ions, the incident direction of the ions at the etching target position has a great influence on the etching rate at that position. If the etch rate is simply determined by the ion flux, and the etch rate at the sample bottom surface where the ions are incident almost vertically is re, the etch rate when the ion incident angle is α is re
× sin α. Here, re is the true etch rate when no deposit is deposited.

【0029】すなわち、マスクの側壁が基板表面に対し
て垂直な場合、デポ物のマスクの側壁へのデポレートは
rdであり、試料底面21の見かけのエッチレートはr
e−rdである(図4D参照)。このとき、被エッチ材
のテーパー角度φは tanφ=(re−rd)/rd である。
That is, when the side wall of the mask is perpendicular to the surface of the substrate, the deposition rate of the deposited material on the side wall of the mask is rd, and the apparent etch rate of the sample bottom surface 21 is r.
e-rd (see FIG. 4D). At this time, the taper angle φ of the material to be etched is tan φ = (re-rd) / rd.

【0030】一方、図4B、5Bに示すように、マスク
の側壁が基板表面に垂直な方向からわずかに傾いている
(マスクのテーパー角度θが90度未満)場合、マスク
の側壁へのデポレートは等方的であるからrdであり、
マスクの側壁のエッチレートはre×cosθである。
従って、rd−re×cosθがマスクのテーパー角度
がθである場合の側壁へのデポレートである。従って、
被エッチ材のテーパー角度φは図4Dに示すように tanφ=(re−rd)/((rd−re×cos
θ)×sinθ) である。
On the other hand, as shown in FIGS. 4B and 5B, when the side wall of the mask is slightly inclined from the direction perpendicular to the substrate surface (the taper angle θ of the mask is less than 90 degrees), the deposition rate to the side wall of the mask is small. Rd because it is isotropic,
The etching rate of the side wall of the mask is re × cos θ.
Therefore, rd−re × cos θ is the deposition rate on the side wall when the taper angle of the mask is θ. Therefore,
The taper angle φ of the material to be etched is tan φ = (re-rd) / ((rd-re × cos) as shown in FIG. 4D.
θ) × sin θ).

【0031】このようにマスクの側壁にデポ物の堆積が
進行する条件下では、マスクのテーパー角度θが小さく
なるほど、エッチング後の被エッチ材のテーパー角度φ
は大きくなる。なお、図4Cは図4Bに示すようなエッ
チング処理後、デポ物を除去した状態を示す。
Under such a condition that deposition of deposits on the side wall of the mask proceeds, the smaller the taper angle θ of the mask, the smaller the taper angle φ of the material to be etched after etching.
Grows. Note that FIG. 4C shows a state in which deposits have been removed after the etching treatment as shown in FIG. 4B.

【0032】マスクのテーパー角度θを90度より小さ
くしていった場合で、テーパー角度θを図5Bより更に
小さくしてゆくと、図5Cに示す様に、テーパー角度θ
と被エッチ材のテーパー角度φが一致する(θ=φ)。
この状態は、マスクにデポ物の付着が進行しない条件と
なる。即ち、マスクにデポ物が付着しても瞬時にデポ物
はエッチング除去されるため、結果的にマスクにデポ物
は付着しない。この時のマスクのテーパー角度をθ0、
被エッチ材のテーパー角度をφmとすると、図5Dに示
すにように、これ以上マスクのテーパー角度θを小さく
(即ちθ<θ0)しても、被エッチ材のテーパー角度は
φmより大きくならない。即ち、図5Dに示すによう
に、θ<θ0とした場合には、θ<φmとなってしま
い、従って、マスクのテーパー角度θ0が被エッチ材の
テーパー角度φを最大(φm)とする限界値となる。な
お、図5Dの状態ではマスク又は下地(被エッチング
材)が露出した状態となる。
When the taper angle θ of the mask is made smaller than 90 degrees and the taper angle θ is further made smaller than that of FIG. 5B, the taper angle θ is as shown in FIG. 5C.
And the taper angle φ of the material to be etched match (θ = φ).
This state is a condition under which deposition matter does not adhere to the mask. That is, even if the deposited matter adheres to the mask, the deposited matter is instantly removed by etching, and as a result, the deposited matter does not adhere to the mask. The taper angle of the mask at this time is θ0,
Assuming that the taper angle of the material to be etched is φm, as shown in FIG. 5D, even if the taper angle θ of the mask is further reduced (that is, θ <θ0), the taper angle of the material to be etched does not become larger than φm. That is, as shown in FIG. 5D, when θ <θ0, θ <φm, and therefore, the taper angle θ0 of the mask is the maximum (φm) of the taper angle φ of the material to be etched. It becomes a value. In the state of FIG. 5D, the mask or the base (material to be etched) is exposed.

【0033】なお、このようなマスクのテーパー角度θ
と被エッチ材のテーパー角度φとの関係は、図6に示す
ようになる。ここでrd/reはマスク、被エッチング
材の材質、エッチング条件(反応容器内の圧力、反応容
器に導入するガスの流量等)により一義的に決定され
る。一般に、反応容器内の圧力が高くなる程rd/re
は小さくなり、また反応容器に導入するガスの流量が大
きくなる程rd/reは小さくなる。
The taper angle θ of such a mask
The relationship between and the taper angle φ of the material to be etched is as shown in FIG. Here, rd / re is uniquely determined by the mask, the material of the material to be etched, and the etching conditions (pressure in the reaction container, flow rate of gas introduced into the reaction container, etc.). Generally, the higher the pressure in the reaction vessel, the rd / re
Becomes smaller, and rd / re becomes smaller as the flow rate of the gas introduced into the reaction vessel increases.

【0034】図6に示されるように、例えば、rd/r
e=0.5の場合には、マスクのテーパー角度θを90
度から減少させると、マスクのテーパー角度θにほぼ比
例して被エッチ材のテーパー角度φが増加する。マスク
のテーパー角度θを約72度まで減少させると、被エッ
チ材のテーパー角度φも約72度まで増加し(θ=
φ)、図5Cの状態になる。即ち、θ=θ0=φ=φm
となる。従って、マスクのテーパー角度θをこれ以上減
少しても(θ<θ0)、被エッチ材のテーパー角度はφ
mのままとなる。
As shown in FIG. 6, for example, rd / r
When e = 0.5, the mask taper angle θ is 90
When the taper angle φ is decreased, the taper angle φ of the material to be etched increases substantially in proportion to the taper angle θ of the mask. When the taper angle θ of the mask is reduced to about 72 degrees, the taper angle φ of the material to be etched also increases to about 72 degrees (θ =
φ), the state shown in FIG. 5C is obtained. That is, θ = θ0 = φ = φm
Becomes Therefore, even if the taper angle θ of the mask is further reduced (θ <θ0), the taper angle of the material to be etched is φ.
It remains m.

【0035】従って、図6において、線Lはマスクのテ
ーパー角度の限界値θ0を示すものでる。従って、領域
Aはθ>θ0の領域で、マスクにデポ物が付着し、被エ
ッチ材のテーパー角度φはマスクのテーパー角度θで決
まる。他方、領域Bはθ≦θ0の領域で、マスクにデポ
物が付着せず、被エッチ材のテーパー角度φはマスクの
テーパー角度θに無関係に一定値φmとなる。従って、
例えば、rd/re=0.4の場合には、被エッチ材の
テーパー角度φを70度に設定したい場合には、マスク
のテーパー角度θを約82度に設定すれば良い。
Therefore, in FIG. 6, the line L indicates the limit value θ0 of the taper angle of the mask. Therefore, the region A is a region where θ> θ0, and the deposits adhere to the mask, and the taper angle φ of the material to be etched is determined by the taper angle θ of the mask. On the other hand, the region B is a region of θ ≦ θ0, in which no deposits are attached to the mask, and the taper angle φ of the material to be etched becomes a constant value φm regardless of the taper angle θ of the mask. Therefore,
For example, in the case of rd / re = 0.4, when it is desired to set the taper angle φ of the material to be etched to 70 degrees, the taper angle θ of the mask may be set to about 82 degrees.

【0036】次ぎに、側壁のテーパー角度が90度未満
のマスクの形成方法について説明する。
Next, a method of forming a mask having a side wall taper angle of less than 90 degrees will be described.

【0037】ここでは、一例として、Ptを酸化シリコ
ンのハードマスクを用いてエッチングする場合について
説明する。
Here, as an example, a case where Pt is etched using a silicon oxide hard mask will be described.

【0038】(a)先ず、エッチングガスの成分やエッ
チング圧力によりマスクとしての酸化シリコン膜の側壁
のテーパー角度を制御する方法について図8A−8Eを
参照して説明する。Pt50上に酸化シリコン膜あるい
は金属膜などのハードマスク材51を形成し、その上に
フォトレジスト52を所定のパターンにパターニングす
る(図8A)。次に主としてフロロカーボン系のガスお
よび酸素などの添加ガスを用いて、酸化シリコンをテー
パー形状にエッチングする(図8B)。このときエッチ
ングチャンバーに導入するガスの組成を切り替えたり、
エッチング圧力を変えたりすることで、酸化シリコンを
テーパー形状にエッチングすることが実現できる。
(A) First, a method of controlling the taper angle of the side wall of the silicon oxide film as a mask by the composition of the etching gas and the etching pressure will be described with reference to FIGS. 8A-8E. A hard mask material 51 such as a silicon oxide film or a metal film is formed on Pt 50, and a photoresist 52 is patterned in a predetermined pattern on the hard mask material 51 (FIG. 8A). Next, silicon oxide is etched into a tapered shape mainly using a fluorocarbon-based gas and an additive gas such as oxygen (FIG. 8B). At this time, switching the composition of the gas introduced into the etching chamber,
By changing the etching pressure, it is possible to etch the silicon oxide into a tapered shape.

【0039】このようなテーパー形状へのエッチング
は、例えば、J. Vac. Sci. Technol.A 14、 1832 (199
6)に記載されている。該文献によれば、エッチングガス
の成分やエッチング圧力により酸化シリコン膜のテーパ
ー角度をコントロールする方法が記載されている。具体
的には、テーパ角度が86°のホトレジストを用い、C
F4の流量が20sccm、バイアスパワーが100W
というエッチング条件において、圧力を40mTorr
から300mTorrに変化させることで、形成される
酸化シリコン膜のテーパー角度が80°から51°に変
化する。また、圧力が40mTorr、CHF3とCF
4の総流量が20sccmというエッチング条件におい
てその成分比(CHF3 in CF4(%))を0%から50
%に変化させることで、酸化シリコン膜のテーパー角度
が66°から84°になる。
Etching into such a tapered shape is performed, for example, by J. Vac. Sci. Technol. A 14, 1832 (199
It is described in 6). This document describes a method of controlling the taper angle of a silicon oxide film by the composition of etching gas and etching pressure. Specifically, using a photoresist with a taper angle of 86 °, C
F4 flow rate is 20 sccm, bias power is 100W
Under the etching conditions of 40 mTorr
To 300 mTorr changes the taper angle of the formed silicon oxide film from 80 ° to 51 °. Also, the pressure is 40 mTorr, CHF3 and CF
Under the etching condition that the total flow rate of No. 4 is 20 sccm, its composition ratio (CHF3 in CF4 (%)) is changed from 0% to 50.
%, The taper angle of the silicon oxide film is changed from 66 ° to 84 °.

【0040】このように、酸化シリコン膜の横方法のエ
ッチング速度は圧力にほぼ無関係なのに対し、圧力が増
加するほど縦方向のエッチング速度が減少することを利
用して、酸化膜のテーパー角度が制御できることがわか
る。
As described above, while the etching rate in the lateral method of the silicon oxide film is almost independent of the pressure, the taper angle of the oxide film is controlled by utilizing the fact that the etching rate in the vertical direction decreases as the pressure increases. I know that I can do it.

【0041】酸化シリコン膜のテーパー角度が90度未
満に形成できたら(図8B)、フォトレジスト52を除
去する(図8C)。次に本基板をエッチング装置内の所
定の位置に搬送し、エッチングが行なわれ(図8D)、
その後、マスク51の除去が行なわれる(図8E)。
When the taper angle of the silicon oxide film can be formed to less than 90 degrees (FIG. 8B), the photoresist 52 is removed (FIG. 8C). Next, this substrate is conveyed to a predetermined position in the etching apparatus and is etched (FIG. 8D).
After that, the mask 51 is removed (FIG. 8E).

【0042】マスクのテーパー角度を90度未満に形成
するための他のエッチング方法としては、U.S. Patent
No. 5、856、239に示されている。
As another etching method for forming a mask taper angle of less than 90 degrees, US Patent
No. 5, 856, 239.

【0043】(b)次に、ウェットエッチによりマスク
としての酸化シリコンのテーパー角度を90度未満に形
成する方法を説明する。そのような方法は、例えば、Jp
n. J. Appl. Phys., Vol. 34 (1995), pp.2132-2136
に開示されている。即ち、図9Aに示すように、Pt5
0をエッチングする際のマスクとしての酸化シリコン膜
51の上に所定のパターンのポリシリコン膜52を形成
し、これを一定の条件で、HF水溶液に浸す。ポリシリ
コン膜52はHF水溶液でエッチングされないが、酸化
シリコン膜51はHF水溶液で等方的にエッチングさ
れ、図9Bのようなテーパー形状に形成される。その
後、塩素Cl2あるいは弗素F2や六弗化水素SF6な
どを用いて、ポリシリコン膜をエッチングすると、最終
的に図9Cのような形状を有する酸化シリコンのマスク
51が形成される。従って、このようなテーパー形状の
マスクを用いてエッチングが行なわれ(図9D)、その
後、マスク51の除去が行なわれる(図9E)。
(B) Next, a method of forming the taper angle of silicon oxide as a mask to less than 90 degrees by wet etching will be described. Such methods are described, for example, in Jp
n. J. Appl. Phys., Vol. 34 (1995), pp.2132-2136
Is disclosed in. That is, as shown in FIG. 9A, Pt5
A polysilicon film 52 having a predetermined pattern is formed on the silicon oxide film 51 as a mask for etching 0, and this is immersed in an HF aqueous solution under constant conditions. Although the polysilicon film 52 is not etched with the HF aqueous solution, the silicon oxide film 51 is isotropically etched with the HF aqueous solution to form a tapered shape as shown in FIG. 9B. Then, the polysilicon film is etched by using chlorine Cl2, fluorine F2, hydrogen hexafluoride SF6, or the like, so that finally a silicon oxide mask 51 having a shape as shown in FIG. 9C is formed. Therefore, etching is performed using such a tapered mask (FIG. 9D), and then the mask 51 is removed (FIG. 9E).

【0044】図10A−13Dは、同じ幅(サイズ)で
テーパー角度の異なる酸化シリコン膜のマスクを形成す
る幾つかの方法を示す図である。
10A to 13D are views showing several methods of forming masks of silicon oxide films having the same width (size) and different taper angles.

【0045】先ず、図10A−10Iに示す方法は、マ
スクとしての酸化シリコン膜51の膜厚と、それに応じ
たウェットエッチ時間とで、同じ幅(サイズ)で異なる
テーパー角度のマスクを形成するものである。例えば、
図10A、10D、10Gにそれぞれ示す様に異なる厚
さT1、T2、T3の酸化シリコン膜51を形成してお
き、その後、HFによるウェットエッチングを酸化シリ
コン膜の厚さに応じた時間だけ行なうと、図10B、1
0E、10Hにそれぞれ示す様に異なるテーパー角度の
マスクが形成できる。従って、その後、ポリシリコン膜
52の除去を行うと、図10C、10F、10Iに示す
様にそれぞれ同じ幅(サイズ)でテーパー角度θ1、θ
2、θ3(ここで、θ1>θ2>θ3)のマスクが形成
できる。即ち、マスクとしての酸化シリコン膜51の膜
厚が大きいほどマスクのテーパー角度を小さく設定でき
る。
First, in the method shown in FIGS. 10A-10I, masks having the same width (size) and different taper angles are formed by the film thickness of the silicon oxide film 51 as a mask and the wet etching time corresponding thereto. Is. For example,
As shown in FIGS. 10A, 10D, and 10G, silicon oxide films 51 having different thicknesses T1, T2, and T3 are formed, and then wet etching with HF is performed for a time corresponding to the thickness of the silicon oxide film. , 10B, 1
Masks having different taper angles can be formed as shown in 0E and 10H, respectively. Therefore, when the polysilicon film 52 is removed thereafter, as shown in FIGS. 10C, 10F, and 10I, the taper angles θ1 and θ are the same width (size), respectively.
2, a mask of θ3 (here, θ1>θ2> θ3) can be formed. That is, the larger the film thickness of the silicon oxide film 51 as the mask, the smaller the taper angle of the mask can be set.

【0046】図11A−図11Iに示す方法は、マスク
であるポリシリコン膜の幅(サイズ)と、それに応じた
ウェットエッチ時間とで、同じ幅(サイズ)で異なるテ
ーパー角度のマスクを形成するものである。例えば、図
11A、11D、11Gにそれぞれ示す様に異なる幅
(サイズ)W1、W2、W3のフォームとレジストであ
るポリシリコン膜52を形成しておき、その後、HFによ
るウェットエッチングをポリシリコン膜の幅(サイズ)
に応じた時間だけ行なうと、図11B、11E、11H
にそれぞれ示す様に異なるテーパー角度のマスクが形成
できる。従って、その後、ポリシリコン膜52の除去を
行うと、図11C、11F、11Iに示す様にそれぞれ
同じ幅(サイズ)でテーパー角度θ4、θ5、θ6(こ
こで、θ4>θ5>θ6)のマスクが形成できる。即
ち、ポリシリコン膜52の幅(サイズ)が小さいほどマ
スクのテーパー角度を小さく設定できる。
The methods shown in FIGS. 11A to 11I form masks having the same width (size) and different taper angles by the width (size) of the polysilicon film as the mask and the wet etching time corresponding to the width. Is. For example, as shown in FIGS. 11A, 11D, and 11G, foams having different widths (sizes) W1, W2, and W3 and a polysilicon film 52 as a resist are formed in advance, and then wet etching with HF is performed to remove the polysilicon film. Width (size)
11B, 11E, 11H
Masks having different taper angles can be formed as shown in FIGS. Therefore, after that, when the polysilicon film 52 is removed, as shown in FIGS. 11C, 11F, and 11I, masks having the same width (size) and taper angles θ4, θ5, and θ6 (here, θ4>θ5> θ6) are formed. Can be formed. That is, the smaller the width (size) of the polysilicon film 52, the smaller the taper angle of the mask can be set.

【0047】図12A−13Dはドライエッチとウェッ
トエッチによりマスクのテーパー角度を制御する方法で
ある。
12A to 13D show a method of controlling the mask taper angle by dry etching and wet etching.

【0048】図12A−12Cに示す方法においては、
先ず、ポリシリコン膜52を所定の幅(サイズ)W4に
パターニングし(図12A)、その後、ドライエッチに
より酸化シリコン膜51の一部をほぼ垂直にある厚さT
h1だけ削り(図12B)、その後、ウェットエッチを
行なって酸化シリコン膜51にテーパーを設けたもので
ある(図12C)。
In the method shown in FIGS. 12A-12C,
First, the polysilicon film 52 is patterned to have a predetermined width (size) W4 (FIG. 12A), and then a part of the silicon oxide film 51 is dry-etched to a substantially vertical thickness T.
Only h1 is shaved (FIG. 12B), and then wet etching is performed to taper the silicon oxide film 51 (FIG. 12C).

【0049】図13A−13Dに示す方法においては、
先ず、ポリシリコン膜52を上記幅(サイズ)W4とは
異なる所定の幅(サイズ)W5にパターニングし(図1
3A)、その後、ドライエッチにより酸化シリコン膜5
1の一部をほぼ垂直に上記厚さTh1とは異なる厚さT
h2だけ削り(図13B)、その後、ウェットエッチを
行なって酸化シリコン膜51にテーパーを設けたもので
ある(図13C)。
In the method shown in FIGS. 13A-13D,
First, the polysilicon film 52 is patterned into a predetermined width (size) W5 different from the width (size) W4 (see FIG. 1).
3A), and then a silicon oxide film 5 is formed by dry etching.
1 has a thickness T that is different from the above-mentioned thickness Th1 in a substantially vertical direction.
Only h2 is removed (FIG. 13B), and then wet etching is performed to taper the silicon oxide film 51 (FIG. 13C).

【0050】このように、図12A、13Aで用いたポ
リシリコン膜52の厚さは同じThであるとすると、ポ
リシリコン膜52の幅(サイズ)が小さいほどマスクの
テーパー角度を小さく設定でき、酸化シリコン膜51の
削った厚さが薄いほどマスクのテーパー角度を小さく設
定できる。
As described above, assuming that the polysilicon films 52 used in FIGS. 12A and 13A have the same thickness Th, the smaller the width (size) of the polysilicon film 52, the smaller the taper angle of the mask can be set. The thinner the silicon oxide film 51 is shaved, the smaller the taper angle of the mask can be set.

【0051】上記のこれらのテーパーマスク形成方法を
組み合わせることでマスクのテーパー角度を制御するこ
とも可能である。
It is also possible to control the taper angle of the mask by combining these taper mask forming methods.

【0052】ここで具体的にSiO2のマスクを用いて厚さ
が0.5μmのPt膜を図3のエッチング装置を用いて
エッチングする場合を図18を参照して説明する。
Here, a case where a Pt film having a thickness of 0.5 μm is specifically etched using the etching apparatus of FIG. 3 using a mask of SiO 2 will be described with reference to FIG.

【0053】前述のように、エッチングの際に用いるガ
スは主として塩素であり、ウエハにバイアス電圧を印加
してエッチングするが、このとき、SiO2のエッチング速
度とPtのエッチング速度は同程度なので、SiO2マスク
の厚さはPtの厚さと同程度以上必要で、ここでは0.
5μmとする。
As described above, the gas used for etching is mainly chlorine, and a bias voltage is applied to the wafer for etching. At this time, since the etching rate of SiO2 and the etching rate of Pt are about the same, SiO2 is used. The thickness of the mask needs to be equal to or larger than the thickness of Pt, and here, it is 0.
5 μm.

【0054】図1の装置において、プラズマが安定に維
持できる条件では、rd/reはある一定値以上とな
り、ここではその最小値が0.4とする.このとき、図
6によればSiO2マスクのテーパー角度が90°のとき、
PtをエッチングすることによってPt膜のテーパー角
度は57°となる。
In the apparatus of FIG. 1, rd / re is a certain value or more under the condition that the plasma can be stably maintained, and its minimum value is 0.4 here. At this time, according to FIG. 6, when the taper angle of the SiO2 mask is 90 °,
By etching Pt, the taper angle of the Pt film becomes 57 °.

【0055】即ち、Ptの底面の幅yは、SiO2マスクの
幅より、片側x1、x2のそれぞれで約0.3μmだけ
大きくなる。これはx1=x2=0.5μm÷tanφ
=0.5μm÷tan57°から求まる。従って、マス
クの全幅を0.5μmとすると、Pt膜を0.5μmだ
けエッチングすると、Ptの底面の幅yはy=0.5μ
m+x1+x2=1.1μmになる。
That is, the width y of the bottom surface of Pt is larger than the width of the SiO 2 mask by about 0.3 μm on each side x1 and x2. This is x1 = x2 = 0.5 μm ÷ tan φ
= 0.5 μm ÷ tan 57 ° Therefore, if the total width of the mask is 0.5 μm and the Pt film is etched by 0.5 μm, the width y of the bottom surface of Pt is y = 0.5 μm.
It becomes m + x1 + x2 = 1.1 μm.

【0056】ところが、前述のいずれかの方法でSiO2の
マスクに80°のテーパー角度をつけておき、同じ条件
でエッチングすると、エッチング後のPt膜のテーパー
角度は70°で、Pt膜の底面の幅yは、マスクの幅よ
り、片側で約0.2μmだけ大きくなる。従って、Pt
膜の底面の全幅yは約0.9μm(y=0.5μm+
0.2μm+0.2μm)となる。
However, if the SiO 2 mask is made to have a taper angle of 80 ° by any of the above-mentioned methods and etching is performed under the same conditions, the taper angle of the Pt film after etching is 70 °, and the bottom surface of the Pt film is The width y is larger than the width of the mask by about 0.2 μm on one side. Therefore, Pt
The total width y of the bottom surface of the film is about 0.9 μm (y = 0.5 μm +
0.2 μm + 0.2 μm).

【0057】このようにマスクのテーパー角度を小さく
することで、エッチングの後のPt膜のテーパー角度が
大きくなる.言い換えれば、マスクのテーパー角度によ
りエッチング形状が制御できる。
By making the taper angle of the mask small in this way, the taper angle of the Pt film after etching becomes large. In other words, the etching shape can be controlled by the taper angle of the mask.

【0058】さらに、マスクのテーパー角度を小さくす
ると(たとえば60°)、エッチングのテーパー角度は
大きくなるが、マスクにデポ物が付着しない条件になる
ので、マスクが削れることが問題になる。
Further, if the taper angle of the mask is made small (for example, 60 °), the taper angle of the etching becomes large, but it becomes a condition that deposits do not adhere to the mask, so that the problem of scraping the mask becomes a problem.

【0059】したがって、テーパー角度が大きくなり、
しかもマスクの底面がエッチング前の大きさを保つ条件
は、マスクのテーパー角度をθ0にすることである。
Therefore, the taper angle becomes large,
Moreover, the condition for keeping the size of the bottom surface of the mask before etching is to set the taper angle of the mask to θ0.

【0060】このマスクのテーパー角度θ0は、垂直な
マスクを用いたエッチング結果から予想できる。すなわ
ち、垂直なマスクを用いてエッチングした結果として、
φ(たとえば60°)が得られたとする。このとき図6
により、その条件でのrd/reの値(0.37)が推
定できる。前述のエッチングのテーパー角度を予測する
The taper angle θ0 of this mask can be predicted from the results of etching using a vertical mask. That is, as a result of etching using a vertical mask,
It is assumed that φ (for example, 60 °) is obtained. At this time
Thus, the value of rd / re (0.37) under that condition can be estimated. Formula to predict the taper angle of the above etching

【0061】tanφ=(re−rd)/((rd−r
e×cosθ)×sinθ) に、rd/deに推定した値(この場合0.37)を代
入し、φ=θを満たすθ(77°)を求めればよい。
Tan φ = (re-rd) / ((rd-r
The estimated value (0.37 in this case) for rd / de may be substituted for e × cos θ) × sin θ) to obtain θ (77 °) satisfying φ = θ.

【0062】(c)次に、側壁がほぼ垂直な(即ち、テ
ーパー角度がほぼ90度の)酸化シリコンのマスクを用
いるが、実質的にテーパーマスクの効果が得られる方法
について図14A−14Fを参照して説明する。まず、
側壁がほぼ垂直な酸化シリコン51のマスクを用いて被
エッチング材であるPt50の所望のエッチング量のう
ち所定量、例えば、半分だけエッチングする(図14
B)。上記したように、この状態では酸化シリコン51
のマスクの側壁にデポ物55が付着している(図14
B)。次にデポ物の除去を行う(図14C)。このデポ
物の除去方法としては、純水、アンモニア水、硫酸、塩
酸、アルコールあるいはこの混合物などを用いたウェッ
ト処理が代表的である。デポ物55の除去後において
は、被エッチング材であるPt50の凸部50aのテー
パー角度はφ1となる。デポ物の除去後に、Pt50に
ついて再び残りの量だけエッチングを行ない、上記所望
の量のエッチングを行う(図14D)。このとき酸化シ
リコン51のマスク及びPt50の凸部50aの側壁に
はデポ膜56が堆積しており、そのデポ膜は最初のデポ
膜55とほぼ同じように堆積する。2回目のエッチング
で削られたPt50の凸部50bの側壁はPtが露出す
る。こうして得られた、Pt50の凸部50bのテーパ
ー角度はφ2となる(ここで、φ1<φ2)。このよう
に、1回目のエッチングおよびその直後のデポ物除去に
よって、図14Cに示すように、酸化シリコン51及び
Pt50の凸部50aから成る、テーパー角度がφ1
の、実質的なテーパーマスクが得られる。このような実
質的なテーパーマスクを用いることにより被エッチング
材のテーパー角度を垂直に近い角度とし得ることにな
る。
(C) Next, a silicon oxide mask whose sidewalls are almost vertical (that is, the taper angle is about 90 degrees) is used, and FIGS. 14A to 14F show a method in which the effect of the taper mask is substantially obtained. It will be described with reference to FIG. First,
Using a mask of silicon oxide 51 whose side walls are substantially vertical, a predetermined amount, for example, half, of the desired etching amount of Pt50 as the material to be etched is etched (FIG. 14).
B). As described above, in this state, the silicon oxide 51
Deposits 55 are attached to the side wall of the mask of FIG.
B). Next, the deposits are removed (FIG. 14C). As a method for removing the deposit, a wet treatment using pure water, ammonia water, sulfuric acid, hydrochloric acid, alcohol, or a mixture thereof is typical. After removing the deposit 55, the taper angle of the protrusion 50a of the Pt 50, which is the material to be etched, is φ1. After removing the deposit, the remaining amount of Pt50 is etched again to perform the desired amount of etching (FIG. 14D). At this time, the deposition film 56 is deposited on the mask of the silicon oxide 51 and the side wall of the convex portion 50a of the Pt 50, and the deposition film is deposited almost in the same manner as the first deposition film 55. Pt is exposed on the side wall of the convex portion 50b of the Pt 50 that is cut by the second etching. The taper angle of the protrusion 50b of the Pt 50 thus obtained is φ2 (here, φ1 <φ2). Thus, by the first etching and the removal of deposits immediately after that, as shown in FIG. 14C, the taper angle formed by the silicon oxide 51 and the protrusion 50a of the Pt 50 is φ1.
, A substantially tapered mask can be obtained. By using such a substantial taper mask, the taper angle of the material to be etched can be made close to vertical.

【0063】なお、このようなエッチングとデポ物除去
とを複数回繰り返すことで、被エッチング材のテーパー
角度をさらに垂直に近い角度とすることができる。エッ
チング直後に得られる形状で、側壁にデポではなく被エ
ッチング材であるPtが露出していると、オーバーエッ
チ時にすぐにPtがエッチングされるというメリットが
ある。デポ膜が露出している場合には、オーバーエッチ
時にまずデポ膜をエッチングしてから、被エッチング材
であるPtをエッチングすることになる。したがって、
オーバーエッチ時間を短くできるというメリットもあ
る。
By repeating such etching and removal of deposits a plurality of times, the taper angle of the material to be etched can be made closer to a vertical angle. If Pt, which is the material to be etched, is exposed on the side wall instead of the deposit in the shape obtained immediately after etching, there is an advantage that Pt is immediately etched during overetching. When the deposition film is exposed, the deposition film is first etched during overetching, and then Pt, which is the material to be etched, is etched. Therefore,
There is also an advantage that the overetch time can be shortened.

【0064】次ぎにデポ物の除去方法について説明す
る。
Next, a method for removing deposits will be described.

【0065】デポ物の除去方法としてはウェット処理の
他に、超臨界状態の水やCO2を用いた処理や、適切な
ガス系によるドライ処理も考えられる。このドライ処理
は、Ptのエッチング処理と同一の処理装置(同一の反
応容器)を用いて行ってもよい。さらに、ある回数目の
エッチングと他の回数目のエッチングは同一のエッチン
グ装置(同一の反応容器)を用いても他のエッチング装
置(他の反応容器)を用いてもよい。
As a method of removing the deposits, in addition to wet treatment, treatment using water or CO 2 in a supercritical state, or dry treatment using an appropriate gas system can be considered. This dry treatment may be performed using the same processing apparatus (same reaction container) as the Pt etching treatment. Further, the etching of a certain number of times and the etching of another number of times may use the same etching apparatus (the same reaction container) or another etching apparatus (another reaction container).

【0066】ドライ処理としては、例えば、酸素、水
素、アンモニア、塩素、塩化水素、アルコールを導入し
てプラズマを発生させ、試料のプラズマ処理をするよう
にして良い。
As the dry treatment, for example, oxygen, hydrogen, ammonia, chlorine, hydrogen chloride or alcohol may be introduced to generate plasma, and the sample may be subjected to plasma treatment.

【0067】ウェット処理の別の方法としては、例え
ば、超臨界状態の二酸化炭素にアンモニア、アルコー
ル、塩酸、過酸化水素水などを添加したものにさらす方
法があり、これにより側壁に付着した塩化物を除去でき
る。
As another method of wet treatment, for example, there is a method of exposing carbon dioxide in a supercritical state to a material to which ammonia, alcohol, hydrochloric acid, hydrogen peroxide solution or the like is added. Can be removed.

【0068】また、必要に応じて、デポ物の除去工程の
前あるいは後にリンス、乾燥工程を入れても良い。例え
ば、デポ物の除去方法として薬液を用いたウェット処理
を行った場合、そのあとに純水を用いた洗浄処理を行
い、その後乾燥処理を行なうようにして良い。このよう
にエッチングを行なうと、マスクまたは被エッチング材
の側壁の途中でテーパー角度が(急激に)変化する点が
存在することになる。あるいは、マスクまたは被エッチ
ング材の側壁の途中でテーパー角度が明らかに異なる部
分を設けることが可能となる。なお、ほとんどの金属の
塩化物は水溶性である。
If necessary, a rinsing and drying step may be added before or after the deposit removal step. For example, when a wet process using a chemical solution is performed as a method for removing deposits, a cleaning process using pure water may be performed, and then a drying process may be performed. When the etching is performed in this manner, there is a point where the taper angle changes (abruptly) in the middle of the side wall of the mask or the material to be etched. Alternatively, it is possible to provide a portion having a clearly different taper angle in the middle of the side wall of the mask or the material to be etched. It should be noted that most metal chlorides are water-soluble.

【0069】次に本願発明を半導体デバイス製造装置に
適用した場合について図15A、15Bを参照して説明
する。
Next, a case where the present invention is applied to a semiconductor device manufacturing apparatus will be described with reference to FIGS. 15A and 15B.

【0070】図15Aに示す半導体製造装置は、マルチ
チャンバーの半導体デバイス製造装置であり、エッチン
グ処理室901、ウエハ搬送用ロボット903、ロード
ロック室904、アンロードロック室905、ローダー
906、ストッカー907を有する。ストッカー907
にはカセット908が置かれる。ウエハを処理室901
で処理するときには、ほぼ大気圧条件にあるカセット9
08に入れられたウエハ105をローダー906でほぼ
大気圧条件にあるロードロック室904に運び、ロード
ロック室を閉じる。ロードロック室904の圧力を適当
な圧力に減圧したのちに、ウエハ搬送用ロボット903
でウエハ105を処理室901に搬送し、途中までエッ
チングする。そののち、ウエハ105をウエハ搬送用ロ
ボット903でデポ除去処理室902に搬送し、側壁に
ついたデポを除去する。次に再び、ウエハ105をウエ
ハ搬送用ロボット903でエッチング処理室901’に
搬送し、所望の量だけエッチングする。そののち、ウエ
ハ105をデポ除去処理室902’に搬送して、側壁に
ついたデポを除去する。それから、ウエハ105をウエ
ハ搬送用ロボット903でアンロードロック室905に
搬送する。アンロードロック室905の圧力をほぼ大気
圧まで上昇させたのち、ローダー906でカセット90
8に挿入する。
The semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 15A is a multi-chamber semiconductor device manufacturing apparatus, and includes an etching processing chamber 901, a wafer transfer robot 903, a load lock chamber 904, an unload lock chamber 905, a loader 906, and a stocker 907. Have. Stocker 907
A cassette 908 is placed in. Wafer processing chamber 901
Cassette 9 under almost atmospheric conditions
The wafer 105 placed in 08 is carried by the loader 906 to the load lock chamber 904 under almost atmospheric pressure, and the load lock chamber is closed. After the pressure in the load lock chamber 904 is reduced to an appropriate pressure, the wafer transfer robot 903
Then, the wafer 105 is transferred to the processing chamber 901 and etched halfway. After that, the wafer 105 is transferred to the deposit removal processing chamber 902 by the wafer transfer robot 903, and the deposit on the side wall is removed. Then, again, the wafer 105 is transferred to the etching processing chamber 901 ′ by the wafer transfer robot 903, and is etched by a desired amount. After that, the wafer 105 is transferred to the deposition removal processing chamber 902 ′ to remove the deposition on the side wall. Then, the wafer 105 is transferred to the unload lock chamber 905 by the wafer transfer robot 903. After raising the pressure of the unload lock chamber 905 to almost atmospheric pressure, the cassette 90 is loaded by the loader 906.
Insert in 8.

【0071】このように、図15Aは、ウエハ搬送装置
(903)と、該ウエハ搬送装置に接続する複数の処理
室(901、901’)および複数の後処理室(90
2、902’)と、複数のロックチャンバー(904、
905)と、該ロックチャンバーに隣接した大気搬送装
置(906)とを備え、該大気搬送装置は前記複数のロ
ックチャンバーと該大気搬送装置に隣接したウエハカセ
ット(908)とに接続可能な半導体製造装置であり、
被処理材を前記複数の処理室のいずれか一つでエッチン
グしたのち、前記複数の後処理室のいずれか一つで後処
理を行ない、その後、前記複数の処理室のいずれか一つ
でエッチングし、さらに前記複数の後処理室のいずれか
一つで後処理行なうようにしたものである。
Thus, FIG. 15A shows a wafer transfer device (903), a plurality of processing chambers (901, 901 ') connected to the wafer transfer device, and a plurality of post-processing chambers (90).
2, 902 ') and a plurality of lock chambers (904,
905) and an atmospheric transfer device (906) adjacent to the lock chamber, the atmospheric transfer device being connectable to the plurality of lock chambers and a wafer cassette (908) adjacent to the atmospheric transfer device. A device,
After etching a material to be processed in any one of the plurality of processing chambers, post-processing is performed in any one of the plurality of post-processing chambers, and then etched in any one of the plurality of processing chambers. In addition, the post-treatment is performed in any one of the plurality of post-treatment chambers.

【0072】また、図15Aの例では大気カセットを用
いたが、図15Bのように真空カセットを用いてもよ
い。即ち、図15Bは、ウエハ搬送装置(903)と、
該ウエハ搬送装置に接続する複数の処理室(901、9
01’)と、複数のロックチャンバー(904、90
5)と、該ロックチャンバーに隣接した大気搬送装置
(906)とを備え、該大気搬送装置は前記複数のロッ
クチャンバーと該大気搬送装置に隣接した後処理室(9
02)とウエハカセット(908)とに接続可能な半導
体製造装置であり、被処理材を前記複数の処理室のいず
れか一つでエッチングしたのち、前記後処理室で後処理
を行ない、その後、前記複数の処理室のいずれか一つで
エッチングし、さらに前記後処理室で後処理行なうよう
にして良い。
Although the atmospheric cassette is used in the example of FIG. 15A, a vacuum cassette may be used as shown in FIG. 15B. That is, FIG. 15B shows a wafer transfer device (903),
A plurality of processing chambers (901, 9) connected to the wafer transfer apparatus.
01 ') and a plurality of lock chambers (904, 90
5) and an atmospheric transfer device (906) adjacent to the lock chamber, the atmospheric transfer device including the plurality of lock chambers and a post-treatment chamber (9) adjacent to the atmospheric transfer device.
02) and a wafer cassette (908), which is a semiconductor manufacturing apparatus, in which a material to be processed is etched in any one of the plurality of processing chambers, and post-processing is performed in the post-processing chamber. Etching may be performed in any one of the plurality of processing chambers, and post-processing may be performed in the post-processing chamber.

【0073】さらに、説明上、デポ除去処理は真空条件
で行っているが、大気圧条件で行ってもよい。
Furthermore, for the sake of explanation, the deposit removal process is performed under vacuum conditions, but it may be performed under atmospheric pressure conditions.

【0074】また、上記の例では、2回のエッチング処
理を別のエッチング処理室901と901’を用いて行
なったが、同じ処理室901のみを複数回を用いてもよ
い。エッチング処理室として別な処理室を使うメリット
は、積層膜をエッチングする場合、膜種毎に異なる条件
で安定にエッチングできることである。エッチングもデ
ポ物の除去処理も同一のチャンバーで行うことも可能で
ある。
In the above example, the etching process is performed twice using the different etching process chambers 901 and 901 ', but only the same process chamber 901 may be performed multiple times. The advantage of using another processing chamber as the etching processing chamber is that when the laminated film is etched, it can be stably etched under different conditions for each film type. It is also possible to perform the etching and the removal treatment of the deposits in the same chamber.

【0075】次ぎに、上記の図14A−14Fに示す方
法(c)を用いて、強誘電体メモリのメモリー部である
Pt/PZT/Ptなどの積層膜を実質的にテーパー状
のマスクを用いてエッチングする方法について図16A
−16Dを参照して説明する。この場合、図16Aに示
すPt/PZT/Pt膜61−63を一回のエッチング
で加工すると、必然的にこれらの層61−63の側壁に
おいてデポ物の堆積が進行し、図16Dに示す形状とな
る。即ち、マスク64の寸法と得られる被エッチング材
の寸法との差が大きくなる。この寸法差は微細化の妨げ
となる。
Next, using the method (c) shown in FIGS. 14A to 14F, the laminated film of Pt / PZT / Pt, which is the memory portion of the ferroelectric memory, is formed using a substantially tapered mask. 16A
This will be described with reference to -16D. In this case, if the Pt / PZT / Pt films 61-63 shown in FIG. 16A are processed by one-time etching, deposition of deposits inevitably progresses on the sidewalls of these layers 61-63, and the shape shown in FIG. 16D is formed. Becomes That is, the difference between the size of the mask 64 and the size of the material to be etched obtained becomes large. This dimensional difference hinders miniaturization.

【0076】そこで、絶縁膜(PZT)62の下に位置
する導体(例えばPt)膜61をエッチングする直前
に、エッチングを中断してデポ除去を行う(図16
B)。すると、PZT/Pt膜62−63のテーパー角
度はφ3となる。その後、再びエッチングを行なうと、
図16Cに示すような形状が得られる。この場合の、P
t膜61のテーパー角度はφ4となる(ここで、φ3<
φ4)。特徴的なのは、絶縁膜(PZT)62の上下に
は同じ材質の導体(例えばPt膜61、63)が形成さ
れているが、それらのテーパー角度φ3、φ4が異なる
ことである。また、勿論、図16Dに示すテーパー角度
φ5よりテーパー角度φ4は大きく設定できる。
Therefore, immediately before etching the conductor (for example, Pt) film 61 located under the insulating film (PZT) 62, the etching is interrupted to remove the deposit (FIG. 16).
B). Then, the taper angle of the PZT / Pt films 62-63 becomes φ3. After that, when etching is performed again,
A shape as shown in FIG. 16C is obtained. In this case, P
The taper angle of the t film 61 is φ4 (here, φ3 <
φ4). A characteristic is that conductors (for example, Pt films 61 and 63) of the same material are formed above and below the insulating film (PZT) 62, but the taper angles φ3 and φ4 thereof are different. Of course, the taper angle φ4 can be set larger than the taper angle φ5 shown in FIG. 16D.

【0077】このように、1回目のエッチングおよびそ
の直後のデポ物除去によって、図16Cに示すように、
絶縁膜(PZT)62及び導体(例えばPt)膜63か
ら成る、テーパー角度がφ3の、実質的なテーパーマス
クが得られる。このような実質的なテーパーマスクを用
いることにより、積層膜において、被エッチング材のテ
ーパー角度を垂直に近い角度とし得ることになる。
As shown in FIG. 16C, the first etching and the removal of deposits immediately after the first etching, as shown in FIG.
A substantial taper mask having a taper angle of φ3, which is composed of the insulating film (PZT) 62 and the conductor (for example, Pt) film 63, can be obtained. By using such a substantial taper mask, the taper angle of the material to be etched can be made close to vertical in the laminated film.

【0078】また、上記の図14A−14Fに示す方法
(c)、又は上記の図16A−16Cに示す方法を用い
て、次世代のメモリーデバイスとして期待されるMRA
M(magnetic random access memory)の積層膜を実質
的にテーパー状のマスクを用いてエッチングする方法に
ついて図17A−17Dを参照して説明する。
Further, by using the method (c) shown in FIGS. 14A-14F or the method shown in FIGS. 16A-16C, MRA expected as a next-generation memory device.
A method of etching a laminated film of M (magnetic random access memory) using a substantially tapered mask will be described with reference to FIGS. 17A to 17D.

【0079】MRAMでは、図17Aに示すような積層
膜を有する。すなわち、上から強磁性材(例えばCo)
76、絶縁膜(例えばAl2O3)75、強磁性材(例
えばCo)74、反強磁性材(例えばFeMn)73、
下地材(例えばCoとSi)72、71である。なお、
70は例えば酸化シリコン膜70である。MRAMで
は、これらの膜71−76をひとつのマスクを用いてエ
ッチングすることが要求されている。
The MRAM has a laminated film as shown in FIG. 17A. That is, a ferromagnetic material (for example, Co) from above
76, an insulating film (for example, Al2O3) 75, a ferromagnetic material (for example, Co) 74, an antiferromagnetic material (for example, FeMn) 73,
Base materials (for example, Co and Si) 72 and 71. In addition,
70 is, for example, a silicon oxide film 70. In MRAM, it is required to etch these films 71-76 using one mask.

【0080】この場合、たとえばFeMn膜73の反応
生成物の付着が他の材料の付着に比べて激しいとき、F
eMn膜73のエッチングを開始する直前に、エッチン
グを中断してデポ除去を行う(図17B)。すると、膜
74−76のテーパー角度はφ6となる。その後、再び
エッチングを再開すれば、FeMn膜73も垂直に近い
形状にエッチングできる(図17C)。このときのFe
Mn膜73のテーパー角度はφ7はφ6<φ7である。
このように、1回目のエッチングおよびその直後のデポ
物除去、及び2回目のエッチングおよびその直後のデポ
物除去によって、図17Cに示すように、膜73−76
から成る、ト中でテーパー角度が変化した、実質的なテ
ーパーマスクが得られる。このような実質的なテーパー
マスク73−77を用いることにより、MRAM等の積
層膜において、被エッチング材71、72のテーパー角
度φ8を垂直に近い角度とし得ることになる(ここで、
φ6<φ7<φ8)。
In this case, for example, when the adhesion of the reaction product of the FeMn film 73 is stronger than the adhesion of other materials, F
Immediately before starting the etching of the eMn film 73, the etching is interrupted to remove the deposit (FIG. 17B). Then, the taper angle of the films 74-76 becomes φ6. After that, when the etching is restarted, the FeMn film 73 can also be etched into a nearly vertical shape (FIG. 17C). Fe at this time
As for the taper angle of the Mn film 73, φ7 is φ6 <φ7.
Thus, by the first etching and the removal of the deposits immediately thereafter, and the second etching and the removal of the deposits immediately thereafter, as shown in FIG. 17C, films 73-76 are formed.
A substantially tapered mask having the taper angle changed in the above is obtained. By using such a substantial taper mask 73-77, the taper angle φ8 of the material to be etched 71, 72 can be made close to vertical in the laminated film such as MRAM (here,
φ6 <φ7 <φ8).

【0081】なお、強磁性材料として考えられるのは、
主としてFe、Co、Ni、Mnあるいはその化合物で
あり、それらはいずれも難エッチ材として知られてい
る。なお、図中、77はマスクである。
The ferromagnetic material is considered to be
Mainly Fe, Co, Ni, Mn or their compounds, all of which are known as difficult-to-etch materials. In the figure, reference numeral 77 is a mask.

【0082】以上の例は、被エッチング材の側壁をほぼ
垂直形状とするために、マスク形状又は実質的なテーパ
ーマスク形状を工夫する方法を説明してきたが、以下に
説明する本願発明は、エッチング条件の変更により被エ
ッチング材の側壁を垂直形状とし得る方法である。
In the above example, the method of devising the mask shape or the substantial taper mask shape in order to make the side wall of the material to be etched substantially vertical has been described. This is a method in which the sidewall of the material to be etched can be formed into a vertical shape by changing the conditions.

【0083】前述のように、マスクあるいは、被エッチ
ング材の側壁へのデポレートrdと底面のエッチングレ
ートreとの比rd/reで、エッチングのテーパー角
度が決まり、rd/reが小さいほど被エッチング材の
側壁のテーパー角度を垂直に近づけることができる。
As described above, the etching taper angle is determined by the ratio rd / re of the mask or the deposition rate rd to the side wall of the material to be etched and the etching rate re of the bottom surface. The smaller the rd / re, the material to be etched. The side wall taper angle can be made close to vertical.

【0084】これまでは真空容器(図3の104)の壁
にデポ物が付着しにくい条件の下で、エッチングを行っ
てきたが、デポ物の付着を減らすには真空容器内の反応
生成物の濃度を下げることが有効である。真空容器の壁
にデポが付着しない条件の下では、気相中の反応生成物
の濃度を減少させるには、気相中の反応生成物を真空容
器外に排気させるか、マスクや被エッチング材の側壁に
付着させるかしか方法がない。従って、実際には、真空
容器の壁にデポが付着しない条件の下では、気相中の反
応生成物の濃度は高く保たれてしまう。
Up to now, the etching has been performed under the condition that the deposits are less likely to adhere to the wall of the vacuum container (104 in FIG. 3). However, in order to reduce the deposits of the deposits, the reaction product in the vacuum container is reduced. It is effective to reduce the concentration of. Under conditions where the depot does not adhere to the walls of the vacuum container, in order to reduce the concentration of the reaction products in the gas phase, exhaust the reaction products in the gas phase to the outside of the vacuum container or use a mask or a material to be etched. There is no way but to attach it to the side wall. Therefore, in reality, the concentration of the reaction product in the gas phase is kept high under the condition that the depot does not adhere to the wall of the vacuum container.

【0085】しかし、図3において負荷115のインピ
ーダンスを下げて、静電結合アンテナ118に流れる電
流を小さくすることで、真空容器104の壁に反応生成
物を付着し易くすることができる。このとき、気相中の
反応生成物は真空容器の壁に付着することによってその
濃度が減少するので、気相からウエハに入射する反応生
成物の量は減少する。その結果、マスク及び被エッチン
グ材の側壁へのデポ物の堆積が減少し、従って、側壁が
ほぼ90度のマスクを用いたとしても、被エッチング材
の側壁が垂直に近い形状が得られる。
However, in FIG. 3, by lowering the impedance of the load 115 and decreasing the current flowing through the electrostatic coupling antenna 118, the reaction product can be easily attached to the wall of the vacuum container 104. At this time, the concentration of the reaction product in the vapor phase is reduced by adhering to the wall of the vacuum container, so that the amount of the reaction product entering the wafer from the vapor phase is reduced. As a result, deposition of deposits on the sidewalls of the mask and the material to be etched is reduced, and therefore, even if a mask having sidewalls of about 90 degrees is used, the sidewalls of the material to be etched are almost vertical.

【0086】ただし、真空容器の壁にデポ物が付着する
と、プラズマの状態が変化したり、パーティクルの発生
原因になったりするので、デポ物は定期的に除去する必
要がある。従って、例えば、1枚あるいは複数枚のウエ
ハ処理が終わる毎にデポ物除去処理(即ち、静電結合ア
ンテナ118に流れる電流を大きくする等の処理)を行
なうようにする。
However, if deposits adhere to the wall of the vacuum container, the state of plasma may change or particles may be generated, so it is necessary to remove deposits regularly. Therefore, for example, the deposit removal process (that is, the process of increasing the current flowing through the electrostatic coupling antenna 118) is performed every time one or a plurality of wafers are processed.

【0087】このとき、ウエハ支持台(試料台)109
の温度をエッチングのときよりも高くすることで、ウエ
ハ支持台109にはデポ物を付着させないようにして、
デポ物をすばやく真空容器104の外に排気させるよう
にして良い。または、逆に、ウエハ支持台109の温度
を低くして、積極的に支持台あるいは支持台の上に載せ
たウエハにデポ物を付着させて、デポ物が支持台あるい
は支持台の上に載せたウエハから反射しないようにし
て、デポ物が再び真空容器の壁に付着するのを防止して
デポ物の排気を促進させるようにしてもよい。
At this time, the wafer support table (sample table) 109
The temperature of the wafer is set higher than that at the time of etching so that the deposits are not attached to the wafer support base 109.
The deposit may be quickly evacuated to the outside of the vacuum container 104. Alternatively, conversely, the temperature of the wafer support base 109 is lowered, and the deposit is positively attached to the support or the wafer placed on the support so that the deposit is placed on the support or the support. It is also possible to prevent the deposits from adhering to the wall of the vacuum container again by promoting the evacuation of the deposits by preventing the deposits from being reflected from the wafer.

【0088】[0088]

【発明の効果】本発明によれば、側壁が垂直な加工形状
を得にくい材料のエッチングにおいて、テーパー状マス
ク等を用いることにより、側壁が垂直に近いエッチング
形状が得られるので、高機能な半導体デバイス、あるい
は集積度の高い半導体デバイスが作成できる。
According to the present invention, in the etching of a material in which it is difficult to obtain a processed shape in which the side wall is vertical, the etching shape in which the side wall is almost vertical can be obtained by using a tapered mask or the like. A device or a highly integrated semiconductor device can be produced.

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

【図1】側壁が垂直なマスクを用いたエッチング処理を
説明するための断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining an etching process using a mask whose sidewalls are vertical.

【図2】側壁が垂直なマスクを用いたエッチング処理を
説明するための断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining an etching process using a mask whose sidewalls are vertical.

【図3】本発明を適用したプラズマエッチング装置の全
体構成例を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the overall configuration of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied.

【図4】マスクのテーパー角度θを90度未満とした場
合のエッチング処理を説明するための断面図。
FIG. 4 is a sectional view for explaining an etching process when the taper angle θ of the mask is less than 90 degrees.

【図5】マスクのテーパー角度θを90度から徐々に減
少した場合の、マスク側壁へのデポ物の堆積状態及び被
エッチング材のテーパー角度φとの関係を説明するため
の断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the relationship between the deposition state of deposits on the sidewall of the mask and the taper angle φ of the material to be etched when the taper angle θ of the mask is gradually decreased from 90 degrees.

【図6】マスクのテーパー角度と被エッチ材のテーパー
角度との関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a taper angle of a mask and a taper angle of a material to be etched.

【図7】マスクのテーパー角度が限界値未満の領域と限
界値以上の領域での、マスクのテーパー角度と被エッチ
材のテーパー角度との関係を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the taper angle of the mask and the taper angle of the material to be etched in the region where the taper angle of the mask is less than the limit value and the region where the mask taper angle is greater than the limit value.

【図8】エッチングガスの成分やエッチング圧力により
マスクのテーパー角度を制御する方法を説明するための
図。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of controlling the taper angle of a mask by the composition of etching gas and etching pressure.

【図9】ウェットエッチによりマスクのテーパー角度を
制御する方法を説明するための図。
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of controlling the mask taper angle by wet etching.

【図10】ウェットエッチによりマスクのテーパー角度
を制御する方法を説明するための図。
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of controlling the taper angle of the mask by wet etching.

【図11】ウェットエッチによりマスクのテーパー角度
を制御する別の方法を説明するための図。
FIG. 11 is a view for explaining another method of controlling the taper angle of the mask by wet etching.

【図12】ドライエッチとウェットエッチによりマスク
のテーパー角度を制御する方法を説明するための図。
FIG. 12 is a diagram for explaining a method of controlling the taper angle of a mask by dry etching and wet etching.

【図13】ドライエッチとウェットエッチによりマスク
のテーパー角度を制御する別の方法を説明するための
図。
FIG. 13 is a diagram for explaining another method of controlling the taper angle of the mask by dry etching and wet etching.

【図14】テーパー角度がほぼ90度のマスクを用い
て、実質的にテーパー状のマスクの効果が得られる方法
を説明するための図。
FIG. 14 is a diagram for explaining a method in which the effect of a substantially tapered mask is obtained by using a mask having a taper angle of about 90 degrees.

【図15】図15Aは本願発明を適用した半導体デバイ
ス製造装置の構成例を示すブロック図、図15Bは本願
発明を適用した半導体デバイス製造装置の別の構成例を
示すブロック図。
FIG. 15A is a block diagram showing a configuration example of a semiconductor device manufacturing apparatus to which the present invention is applied, and FIG. 15B is a block diagram showing another configuration example of a semiconductor device manufacturing apparatus to which the present invention is applied.

【図16】強誘電体メモリにおいて、テーパー角度がほ
ぼ90度のマスクを用いて、実質的にテーパー状のマス
クの効果が得られる方法を説明するための図。
FIG. 16 is a diagram for explaining a method of obtaining the effect of a substantially tapered mask by using a mask having a taper angle of about 90 degrees in a ferroelectric memory.

【図17】MRAMにおいて、テーパー角度がほぼ90度の
マスクを用いて、実質的にテーパー状のマスクの効果が
得られる方法を説明するための図。
FIG. 17 is a diagram for explaining a method in which the effect of a substantially tapered mask is obtained by using a mask having a taper angle of about 90 degrees in MRAM.

【図18】側壁が垂直なマスクを用いたエッチング処理
を説明するための断面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view for explaining an etching process using a mask whose sidewalls are vertical.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 マスク 20 被エッチング材 21 被エッチング材の上面 25 デポ物 30 デポ物の上面部 10 masks 20 Etching material 21 Upper surface of material to be etched 25 Depot 30 Top surface of deposit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 良司 山口県下松市東豊井794番地 株式会社日 立ハイテクノロジーズ設計・製造統括本部 笠戸事業所内 (72)発明者 臼井 建人 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 5F004 AA04 AA12 BD07 CA02 CA06 CA08 DA01 DA16 DB08 DB12 DB13 EA10 EA28 EA40 EB01 FA07    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Ryoji Nishio             Higashi-Toyoi 794, Kudamatsu City, Yamaguchi Prefecture             Standing High Technologies Design & Manufacturing Division             Kasado Office (72) Inventor Taketo Usui             502 Kintatemachi, Tsuchiura City, Ibaraki Japan             Tate Seisakusho Mechanical Research Center F-term (reference) 5F004 AA04 AA12 BD07 CA02 CA06                       CA08 DA01 DA16 DB08 DB12                       DB13 EA10 EA28 EA40 EB01                       FA07

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された難エッチング材の膜
とその上に形成したマスクを用いて、前記膜をプラズマ
を用いてエッチング方法において、 前記マスクの側壁が前記基板の表面に対する角度が90
度未満のマスクを用いてエッチングするステップを備え
ることを特徴とするエッチング方法。
1. In a method of etching the film using plasma, using a film of a difficult-to-etch material formed on a substrate and a mask formed on the film, wherein a sidewall of the mask has an angle with respect to a surface of the substrate. 90
An etching method comprising the step of etching using a mask having a degree of less than 100 degrees.
【請求項2】 請求項1記載のエッチング方法におい
て、 前記膜はFe、Co、Mn、Ni、Pt、Ru、RuO2、Ta、Ir、IrO
2、Os、Pd、Au、Ta2O5、PZT、BST、SBT、Al2O3、HfO2、
ZrO2、GaAs、ITOのいずれかであることを特徴とするエ
ッチング方法。
2. The etching method according to claim 1, wherein the film is Fe, Co, Mn, Ni, Pt, Ru, RuO2, Ta, Ir, IrO.
2, Os, Pd, Au, Ta2O5, PZT, BST, SBT, Al2O3, HfO2,
An etching method characterized by being one of ZrO2, GaAs, and ITO.
【請求項3】 基板上に形成された難エッチング材の膜
とその上に形成したマスクを用いて、前記膜をプラズマ
を用いてエッチング方法において、 前記マスクの側壁の前記基板の表面に対するテーパー角
度(θ)が90度未満のマスクを用いてエッチングし、
それによりエッチング後の上記膜の前記基板の表面に対
するテーパー角度(φ)を上記マスクのテーパー角度
(θ)以上とするステップを備えることを特徴とするエ
ッチング方法。
3. A method of etching a film using plasma using a film of a difficult-to-etch material formed on a substrate and a mask formed on the film, wherein a taper angle of a sidewall of the mask with respect to a surface of the substrate. Etching using a mask with (θ) less than 90 degrees,
Thereby, the etching method is characterized by including a step of setting the taper angle (φ) of the film after etching with respect to the surface of the substrate to be equal to or larger than the taper angle (θ) of the mask.
【請求項4】 基板上に形成された難エッチング材の膜
とその上に形成したマスクを用いて、前記膜をプラズマ
を用いてエッチング方法において、 前記マスクの側壁が前記基板の表面に対してなすテーパ
ー角度を90度未満になるよう該マスクを成形するステ
ップと、 該マスクを用いてエッチングするステップとを備えるこ
とを特徴とするエッチング方法。
4. A method of etching the film using plasma using a film of a difficult-to-etch material formed on a substrate and a mask formed on the film, wherein the side wall of the mask is relative to the surface of the substrate. An etching method comprising: a step of shaping the mask so that a taper angle formed is less than 90 degrees; and a step of etching using the mask.
【請求項5】 請求項4記載の難エッチング材のエッチ
ング方法において、 上記マスクを成形するステップは、上記マスクをエッチ
ングするステップを有することを特徴とするエッチング
方法。
5. The etching method according to claim 4, wherein the step of forming the mask includes a step of etching the mask.
【請求項6】 請求項5記載の難エッチング材のエッチ
ング方法において、 上記マスクをエッチングするステップは、該マスクのエ
ッチング条件を調整することで上記マスクのテーパー角
度を調整するステップを有することを特徴とするエッチ
ング方法。
6. The method of etching a difficult-to-etch material according to claim 5, wherein the step of etching the mask includes a step of adjusting a taper angle of the mask by adjusting etching conditions of the mask. Etching method.
【請求項7】 請求項6記載の難エッチング材のエッチ
ング方法において、 上記エッチング条件は、エッチングチャンバーに導入す
るガスの組成、エッチング圧力の少なくとも一方である
ことを特徴とするエッチング方法。
7. The etching method for a difficult-to-etch material according to claim 6, wherein the etching condition is at least one of a composition of a gas introduced into the etching chamber and an etching pressure.
【請求項8】 請求項5記載の難エッチング材のエッチ
ング方法において、 上記マスクをエッチングするステップは、上記膜の厚さ
と上記マスクのエッチング時間の少なくとも一方を調整
することで上記マスクのテーパー角度を調整するステッ
プを有することを特徴とするエッチング方法。
8. The method of etching a difficult-to-etch material according to claim 5, wherein the step of etching the mask adjusts the taper angle of the mask by adjusting at least one of the thickness of the film and the etching time of the mask. An etching method comprising the step of adjusting.
【請求項9】 請求項5記載の難エッチング材のエッチ
ング方法において、 上記マスクをエッチングするステップは、上記マスクの
上に形成したフォトレジスト膜のサイズと上記マスクの
エッチング時間の少なくとも一方を調整することで上記
マスクのテーパー角度を調整するステップを有すること
を特徴とするエッチング方法。
9. The method of etching a difficult-to-etch material according to claim 5, wherein in the step of etching the mask, at least one of a size of a photoresist film formed on the mask and an etching time of the mask is adjusted. Thus, the etching method comprising the step of adjusting the taper angle of the mask.
【請求項10】 請求項5記載の難エッチング材のエッ
チング方法において、 上記マスクをエッチングするステップは、上記マスクの
エッチングの途中で洗浄を行ない、その後、再び上記マ
スクのエッチングを行なうステップを有することを特徴
とするエッチング方法。
10. The method of etching a difficult-to-etch material according to claim 5, wherein the step of etching the mask includes a step of performing cleaning during the etching of the mask, and then performing the etching of the mask again. Etching method characterized by.
【請求項11】 請求項10記載の難エッチング材のエ
ッチング方法において、 上記マスクをエッチングするステップは、上記マスクの
上に形成したフォトレジスト膜のサイズと上記洗浄前の
上記マスクのエッチングの時間の少なくとも一方を調整
することで上記マスクのテーパー角度を調整するステッ
プを有することを特徴とするエッチング方法。
11. The method for etching a difficult-to-etch material according to claim 10, wherein the step of etching the mask comprises the size of the photoresist film formed on the mask and the etching time of the mask before the cleaning. An etching method comprising the step of adjusting the taper angle of the mask by adjusting at least one of them.
【請求項12】 請求項4記載のエッチング方法におい
て、 前記膜は Fe、Co、Mn、Ni、 Pt、Ru、RuO2、Ta、Ir、IrO2、Os、Pd、Au、Ti、TiOx、SrRuO3、(La、Sr)Co O3、 Cu (Ba、Sr)TiO3、SRO:SrTiO3、BTO:BaTiO3、SrTa2O6、Sr2Ta2O7、 ZnO、Al2O3、ZrO2、HfO2、Ta2O5 Pb(Zr、Ti)O3、Pb(Zr、Ti)Nb2O8、(Pb、La)(Zr、Ti)O3、 PbTiNbOx、SrBi2Ta2O9、SrBi2(Ta、Nb)2O9、 Bi4Ti3O12、BiSiOx、Bi4-xLaxTi3O12 InTiO のいずれかであることを特徴とするエッチング方法。
12. The etching method according to claim 4, wherein the film comprises Fe, Co, Mn, Ni, Pt, Ru, RuO2, Ta, Ir, IrO2, Os, Pd, Au, Ti, TiOx, SrRuO3, ( La, Sr) Co O3, Cu (Ba, Sr) TiO3, SRO: SrTiO3, BTO: BaTiO3, SrTa2O6, Sr2Ta2O7, ZnO, Al2O3, ZrO2, HfO2, Ta2O5 Pb (Zr, Ti) O3, Pb (Zr, Ti) Characterized by being any one of Nb2O8, (Pb, La) (Zr, Ti) O3, PbTiNbOx, SrBi2Ta2O9, SrBi2 (Ta, Nb) 2O9, Bi4Ti3O12, BiSiO x , Bi 4-x La x Ti 3 O 12 InTiO Etching method.
【請求項13】 基板上に形成された少なくとも1層の
難エッチング材とその上に形成したマスクを用いて、半
導体を製造する方法において、 上記マスクを用いて上記難エッチング材のエッチングを
行ない、該エッチングの途中で洗浄を行ない、その後、
上記マスクを用いて再び上記難エッチング材のエッチン
グを行なうステップを有することを特徴とする半導体製
造方法。
13. A method of manufacturing a semiconductor using at least one layer of a hard-to-etch material formed on a substrate and a mask formed thereon, wherein the hard-to-etch material is etched using the mask, Cleaning is performed during the etching, and then
A method for manufacturing a semiconductor, comprising a step of etching the difficult-to-etch material again using the mask.
【請求項14】 請求項13記載の半導体製造方法によ
り製造された半導体装置は、 基板と、該基板の上に形成された少なくとも1層の難エ
ッチング材とを備え、該難エッチング材の側壁のテーパ
ー角度は該側壁の途中で変化していることを特徴とする
半導体装置。
14. A semiconductor device manufactured by the semiconductor manufacturing method according to claim 13, comprising a substrate and at least one layer of a difficult-to-etch material formed on the substrate, and a sidewall of the hard-to-etch material. A semiconductor device characterized in that a taper angle changes in the middle of the side wall.
【請求項15】 請求項13記載の半導体製造方法によ
り製造された半導体装置は、 基板と、該基板の上に形成された少なくとも2層の難エ
ッチング材とを備え、該難エッチング材のある層の側壁
のテーパー角度は該難エッチング材の別の層の側壁のテ
ーパー角度と異なることを特徴とする半導体装置。
15. A semiconductor device manufactured by the semiconductor manufacturing method according to claim 13, comprising a substrate and at least two layers of a difficult-to-etch material formed on the substrate, and a layer having the hard-to-etch material. The taper angle of the side wall of the semiconductor device is different from the taper angle of the side wall of another layer of the difficult-to-etch material.
【請求項16】 エッチング装置の壁へ反応生成物を付
着させるエッチング方法において、 少なくとも1枚のウエハの処理が終了する迄は上記反応
生成物を前記エッチング装置の壁へ付着させ続け、それ
により基板の上に形成された被エッチング材の側壁が前
記基板の表面に対する角度を実質的に90度とするステ
ップを備えることを特徴とするエッチング方法。
16. An etching method for depositing a reaction product on a wall of an etching apparatus, wherein the reaction product is continuously deposited on the wall of the etching apparatus until the processing of at least one wafer is completed, whereby a substrate is formed. An etching method comprising the step of forming an angle of the sidewall of the material to be etched formed on the substrate with respect to the surface of the substrate to be substantially 90 degrees.
【請求項17】 請求項16記載のエッチング方法にお
いて、 更に、定期的に前記エッチング装置の壁に付着した上記
反応生成物を除去するステップを備えることを特徴とす
るエッチング方法。
17. The etching method according to claim 16, further comprising the step of periodically removing the reaction product adhering to the wall of the etching apparatus.
【請求項18】 請求項16記載のエッチング方法にお
いて、 更に、前記マスクの側壁が前記基板の表面に対する角度
が90度未満のマスクを用いてエッチングするステップ
を備えることを特徴とするエッチング方法。
18. The etching method according to claim 16, further comprising the step of etching using a mask in which a sidewall of the mask forms an angle of less than 90 degrees with respect to the surface of the substrate.
【請求項19】 ウエハ搬送装置と、該ウエハ搬送装置
に接続する複数の処理室および複数の後処理室と、複数
のロックチャンバーと、該ロックチャンバーに隣接した
大気搬送装置とを備え、該大気搬送装置は前記複数のロ
ックチャンバーと該大気搬送装置に隣接したウエハカセ
ットとに接続可能な半導体製造装置を用いて、エッチン
グを行なう方法において、該方法は、 被処理材を前記複数の処理室のいずれか一つでエッチン
グしたのち、前記複数の後処理室のいずれか一つで後処
理を行ない、その後、前記複数の処理室のいずれか一つ
でエッチングし、さらに前記複数の後処理室のいずれか
一つで後処理行なうステップを備えることを特徴とする
エッチング方法。
19. A wafer transfer device, a plurality of processing chambers and a plurality of post-processing chambers connected to the wafer transfer device, a plurality of lock chambers, and an atmosphere transfer device adjacent to the lock chambers, the atmosphere being provided. In a method of performing etching using a semiconductor manufacturing apparatus in which a transfer device is connectable to the plurality of lock chambers and a wafer cassette adjacent to the atmospheric transfer device, the method comprises: After etching in any one, after-treatment is performed in any one of the plurality of post-treatment chambers, then etched in any one of the plurality of treatment chambers, further An etching method comprising a step of performing a post-treatment with any one of them.
【請求項20】 ウエハ搬送装置と、該ウエハ搬送装置
に接続する複数の処理室と、複数のロックチャンバー
と、該ロックチャンバーに隣接した大気搬送装置とを備
え、該大気搬送装置は前記複数のロックチャンバーと該
大気搬送装置に隣接した後処理室とウエハカセットとに
接続可能な半導体製造装置を用いて、エッチングを行な
う方法において、該方法は、 被処理材を前記複数の処理室のいずれか一つでエッチン
グしたのち、前記後処理室で後処理を行ない、その後、
前記複数の処理室のいずれか一つでエッチングし、さら
に前記後処理室で後処理行なうステップを備えることを
特徴とするエッチング方法。
20. A wafer transfer device, a plurality of processing chambers connected to the wafer transfer device, a plurality of lock chambers, and an atmospheric transfer device adjacent to the lock chamber, wherein the atmospheric transfer device includes the plurality of processing chambers. In a method of performing etching using a semiconductor manufacturing apparatus connectable to a wafer chamber and a post-processing chamber adjacent to the lock chamber and the atmospheric transfer device, the method comprises: After etching with one, post-treatment is performed in the post-treatment chamber, then,
An etching method comprising a step of performing etching in any one of the plurality of processing chambers and further performing post-processing in the post-processing chamber.
【請求項21】 基板上に形成されたPt、Ru、Ir、PZ
T、SBT、Co、Mn、Feのいずれかから形成された膜とその
上に形成したマスクとを用いて、前記膜をプラズマを用
いてエッチングする方法において、 前記マスクの側壁が前記基板の表面に対する角度が80
度未満のハードマスクを用いてエッチングするステップ
を備えることを特徴とするエッチング方法。
21. Pt, Ru, Ir, PZ formed on a substrate
T, SBT, Co, Mn, using a film formed of any one of Fe and a mask formed thereon, in the method of etching the film using plasma, the sidewall of the mask is the surface of the substrate Angle to 80
An etching method comprising the step of etching using a hard mask of less than 100 degrees.
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