铱－钽－氧化物电极的等离子体腐蚀方法及腐蚀后的清洗方法

专利名称：铱－钽－氧化物电极的等离子体腐蚀方法及腐蚀后的清洗方法
技术领域：
本发明涉及集成电路中电极的腐蚀，特别涉及在铁电集成电路中等离子体腐蚀铱-钽-氧化物电极的方法以及清洗腐蚀残留物的方法。
背景技术：
在铁电器件中使用的电极经常由铂或铱形成，通常使用离子铣削或基于氯的化学物质(chemistry)腐蚀。腐蚀时经常先进行物理溅射，但偶尔先进行等离子体辅助化学腐蚀。这种工艺导致低腐蚀速率和低选择性，是由于腐蚀除去了没有打算除去的材料，并且重新淀积了已腐蚀除去的材料。侧壁轮廓差的情况也频繁发生。
发明概述在集成电路中形成电极的方法包括制备基于硅的衬底，包括在衬底上形成半导体结构以形成集成衬底结构；在衬底结构上淀积一层电极材料；构图电极材料层形成电极部件，其中所述构图包括在含有氟成分的腐蚀气体气氛中的等离子体反应室中等离子体腐蚀电极材料层；以及在蒸馏水槽中清洗衬底结构和电极部件。
本发明的一个目的是精确构图Ir-Ta-O电极。
本发明的另一目的是提供一种快速腐蚀铁电器件中电极的方法。
本发明的再一目的是提供一种和铁电器件一起使用时Ir-Ta-O电极的可靠的制造工艺。
本发明的还一目的是提供一种从结构上除去腐蚀残留物的方法。
提供这些本发明的概述和目的以便能快速地理解本发明的实质。通过参考下面结合附图本发明优选实施例的详细说明，可以更彻底地理解本发明。
附图简介

图1为在本发明的方法中使用的化学腐蚀气体的图表。
图2-4为根据本发明的方法构成的铁电器件剖面的显微照片。
优选实施例的详细说明使用本发明方法的腐蚀可以使用现有技术的任何高密度等离子体反应室。一种所述的反应室是电子回旋共振(ECR)等离子体反应室。在ECR反应室中，通过分别调节ECR微波功率和RF偏置功率可以分别控制离子密度和离子能量。腐蚀参数列举在表1中，示出了参数范围和这里介绍的例子使用的具体参数。
表1
本发明的方法可以用于集成电路制造中，特别是铁电器件的制造中的电极腐蚀。制造工艺包括常规步骤由体硅或SIMOX硅衬底制备衬底，通过在衬底中形成有源区和在衬底上形成各材料层构成半导体器件。一种所述层可以是用做电极的金属层，例如Ir-Ta-O。
如上所述，在Ir-Ta-O电极的腐蚀工艺中通常使用氯气化学物质。使用不同的腐蚀气体得到显著不同的腐蚀速率，如图1所示，通常为10。使用Cl2/O2/Ar化学气体流速为30/5/25sccm的腐蚀，得到腐蚀速率12，小于掺氟的化学气体的一半。中间的结果14，由流速为30/5/25sccm的CF4/O2/Ar化学气体得到。使用含有氟成分的气体，例如流速为55sccm/5sccm混有O2的CF4的气体得到最高的腐蚀速率16。其它合适的含氟化学气体包括CHF3、C2F6、SF6和NF3，结合氧气和惰性气体成分例如氩气。要得到图1所示的结果不需要物理溅射，腐蚀工艺可以先进行等离子体辅助化学腐蚀工艺。
图2-4示出了等离子体腐蚀和腐蚀后清洗的Ir-Ta-O电极结构或电极部件的SEM照片。在约80℃的热去离子(DI)水中漂洗，彻底溶解腐蚀引入的侧壁残留物，也称做“围栏”(fences)。要得到图2和3的结果，使用的腐蚀气体为CF4/O2/Ar，流速为30sccm/5sccm/25sccm，或总的气体流速为60sccm。腐蚀后清洗在80℃的DI水中20分钟。对于图4，使用的腐蚀气体为CF4/O2/Ar，流速为30sccm/5sccm/5sccm。腐蚀后在80℃的DI水中清洗100分钟。
总而言之，等离子体腐蚀用于构图铁电器件中的Ir-Ta-O电极。使用含氟腐蚀气体以增加Ir-Ta-O材料的腐蚀速率。最后，使用热DI水作为清洗剂溶解任何腐蚀后引入的侧壁残留物。由此，公开了等离子体腐蚀Ir-Ta-O电极和腐蚀后清洗的方法。应该理解可以在附带的权利要求书限定的范围内进行进一步的变形和修改。
权利要求
1.一种在集成电路中形成电极的方法，包括制备基于硅的衬底，包括衬底上形成半导体结构以形成集成衬底结构；在衬底结构上淀积一层电极材料；以及构图电极材料层形成电极部件，其中所述构图包括在含有氟成分的腐蚀气体气氛中的等离子体反应室中等离子体腐蚀电极材料层。
2.根据权利要求1的方法，其中所述淀积包括淀积一层Ir-Ta-O电极材料层。
3.根据权利要求1的方法，其中所述制备包括形成铁电半导体结构。
4.根据权利要求1的方法，其中所述构图包括制备具有氟成分、氧气成分和惰性气体成分的腐蚀气体。
5.根据权利要求1的方法，其中所述腐蚀包括从由CF4、CHF3、C2F6、SF6和NF3组成的族中选择氟腐蚀气体成分。
6.根据权利要求1的方法，其中所述腐蚀包括制备CF4/O2/Ar的腐蚀气体混合物，并以包括CF4为约30sccm、O2为约5sccm、Ar为约25sccm的约60sccm的流速输送混合物，室温下，工艺压力约6mTorr，微波功率约600W，衬底的RF偏置功率约200W。
7.根据权利要求1的方法，还包括在约80℃的去离子水槽中清洗衬底结构和电极部件在约20分钟和100分钟之间。
8.根据权利要求1的方法，其中所述腐蚀包括制备含有氟成分的腐蚀气体，并以约20sccm到100sccm范围内的流速输送混合物，工艺压力在约5mTorr到50mTorr的范围内，微波功率在约300W到1000W的范围内，衬底的RF偏置功率在约50W到1000W的范围内，温度在约-50℃到200℃的范围内。
9.一种在集成电路中形成电极的方法，包括制备基于硅的衬底，包括衬底上形成半导体结构以形成集成衬底结构；在衬底结构上淀积一层电极材料；构图电极材料层形成电极部件，其中所述构图包括在含有氟成分的腐蚀气体气氛中的等离子体反应室中等离子体腐蚀电极材料层；以及在约80℃的去离子水槽中清洗衬底结构和电极部件在约20分钟和100分钟之间。
10.根据权利要求9的方法，其中所述淀积包括淀积一层Ir-Ta-O电极材料层。
11.根据权利要求9的方法，其中所述制备包括形成铁电半导体结构。
12.根据权利要求9的方法，其中所述构图包括制备具有氟成分、氧气成分和惰性气体成分的腐蚀气体。
13.根据权利要求9的方法，其中所述腐蚀包括从由CF4、CHF3、C2F6、SF6和NF3组成的族中选择氟腐蚀气体成分。
14.根据权利要求9的方法，其中所述腐蚀包括制备CF4/O2/Ar的腐蚀气体混合物，并以包括CF4为约30sccm、O2为约5sccm、Ar为约25sccm的约60sccm的流速输送混合物，室温下，工艺压力约6mTorr，微波功率约600W，衬底的RF偏置功率约200W。
15.根据权利要求9的方法，其中所述腐蚀包括制备含有氟成分的腐蚀气体，并以约20sccm到100sccm范围内的流速输送混合物，工艺压力在约5mTorr到50mTorr的范围内，微波功率在约300W到1000W的范围内，衬底的RF偏置功率在约50W到1000W的范围内，温度在约-50℃到200℃的范围内。
16.一种在集成电路中形成电极的方法，包括制备基于硅的衬底，包括衬底上形成半导体结构以形成集成衬底结构；在衬底结构上淀积一层电极材料；构图电极材料层形成电极部件，其中所述构图包括在含有氟成分的腐蚀气体气氛中的等离子体反应室中腐蚀电极材料层，包括氟的腐蚀气体成分选自由CF4、CHF3、C2F6、SF6和NF3组成的族中；其中所述腐蚀还包括以约20sccm到100sccm范围内的流速输送混合物，工艺压力在约5mTorr到50mTorr的范围内，微波功率在约300W到1000W的范围内，衬底的RF偏置功率在约50W到1000W的范围内，温度在约-50℃到200℃的范围内；以及在约80℃的去离子水槽中消洗衬底结构和电极部件在约20分钟和100分钟之间。
17.根据权利要求16的方法，其中所述淀积包括淀积一层Ir-Ta-O电极材料层。
18.根据权利要求16的方法，其中所述制备包括形成铁电半导体结构。
19.根据权利要求16的方法，其中所述构图包括制备具有氟成分、氧气成分和惰性气体成分的腐蚀气体。
20.根据权利要求16的方法，其中所述腐蚀包括制备CF4/O2/Ar的腐蚀气体混合物，并以包括CF4为约30sccm、O2为约5sccm、Ar为约25sccm的约60sccm的流速输送混合物，室温下，工艺压力约6mTorr，微波功率约600W，衬底的RF偏置功率约200W。
全文摘要
一种在集成电路中形成电极的方法,包括制备基于硅的衬底,包括衬底上形成半导体结构以形成集成衬底结构;在衬底结构上淀积一层电极材料;构图电极材料层形成电极部件,其中所述构图包括在含有氟成分的腐蚀气体气氛中的等离子体反应室中等离子体腐蚀电极材料层;以及在去离子水槽中清洗衬底结构和电极部件。
文档编号H01L21/8246GK1387234SQ02121860
公开日2002年12月25日 申请日期2002年5月14日 优先权日2001年5月14日
发明者H·嬴, F·张, J·－S·马, S·T·许 申请人:夏普公司