干法蚀刻方法及器件制造方法
【专利摘要】本发明实现了层叠在介电材料上的导电材料的蚀刻速度（蚀刻速率）的加速，并改进了与作为底的介电材料的选择比。将包括卤素气体和氧气的混合气体用作蚀刻气体。将氧气在混合气体中的混合比设定为大于等于30%且小于等于60%。在将混合气体提供到腔室中并生成等离子体时，将腔室中的气压设定为大于等于1Pa且小于5Pa。将频率大于等于800kHz且小于4MHz的偏置电压作为偏置电压施加到导电材料层叠在介电材料上的蚀刻材料，以执行蚀刻。
【专利说明】干法蚀刻方法及器件制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种干法蚀刻方法及器件制造方法。具体地，本发明涉及:一种适于层状(laminate)结构中的金属材料的构图处理的干法蚀刻技术，在层状结构中将金属材料层叠在介电材料中；以及一种器件制造技术，用以通过应用它来制造致动器、传感器及其他多种电路元件。
【背景技术】
[0002]PTLl提出了一种能够在通过使用抗蚀剂掩模(蚀刻-抗蚀掩模层)的干法蚀刻对铱(Ir)型导电膜(具体地，IrO2膜)进行构图的技术中以高尺寸精度形成微小图案的方法，而不会在图案的侧壁上留下低蒸汽压的反应产物。更具体地，当使用抗蚀剂掩模通过干法蚀刻在介电膜上对IrO2膜进行构图时，将包含作为主要成分的氯气和包含作为添加气体的氧气的蚀刻气体用于降低IrO2膜相对于抗蚀剂的选择比，并使得抗蚀剂掩模的侧壁收缩。其结果是提供了一种去除粘附在图案侧壁的侧壁粘附膜的方法。
[0003]PTL2公开了在通过使用抗蚀剂掩模对铱的金属薄膜进行构图的干法蚀刻方法中使用包含活性气体和氟型气体的蚀刻气体。
[0004]PTL3提供了一种无侧壁粘附的干法蚀刻方法，在包含贵金属的膜的干法蚀刻方法中，通过在高真空和高密度等离子体下将低频偏置功率施加到包括贵金属的膜，使用卤素气体和惰性气体的混合气体作为蚀刻处理气体。
[0005]{引用列表}
[0006]{专利文献}
[0007]{PTL1}日本专利申请特开 N0.2000-133783
[0008]{PTL2}日本专利申请特开 N0.2001-271182
[0009]{PTL3}日本专利申请特开 N0.2006-294847
【发明内容】
[0010]技术问题
[0011]例如，用于压电元件的压电体、用于其电极的贵金属等被称为硬蚀刻材料，其难以由干法蚀刻来处理。尽管如PTL2和PTL3所述的，通常使用卤素气体和惰性气体的混合气体对这种材料进行蚀刻处理，但问题在于:(I)蚀刻速度缓慢；(2)诸如抗蚀剂的掩模的选择比比较低；及(3)与底膜(ground film)的选择比比较低。
[0012]具体地，在具有其中将作为绝缘膜的二氧化硅膜、下电极、压电体和上电极按顺序在硅衬底上层叠的层状结构的压电元件的情况下，问题在于在对该层叠的上电极进行构图时，与压电体的选择比比较低，并且蚀刻速率缓慢。
[0013]然而，在PTLl中，没有关于与作为底膜的电介质的选择比的说明。在PTLl中，尽管在Ir蚀刻时由OES (光发射光谱)来执行蚀刻停止，但当与底膜的选择比比较低时，问题在于:作为底膜的电介质的修整量(trim amount)增大，并且导致有缺陷的形状。此外，当在电介质层中导致修整时，使得器件的特性降级。即使在PTL2和PTL3中，也没有关于与底膜的选择比的说明。
[0014]当本发明的发明人实际进行实验时，在高真空条件下，在使用氯和惰性气体或者使用氯和氧作为蚀刻剂，采用借助低频偏置施加的蚀刻方法来蚀刻压电体上的诸如Ir和Pt之类的电极材料的情况下，不可能获得与作为底膜的压电体的足够的选择比。根据实验的结果，尽管增加了氧，但选择比约为2。
[0015]上述问题不局限于压电元件，而在具有层叠在介电材料上的金属材料的结构中是普遍的。
[0016]在考虑到这种环境的情况下做出了本发明，其目的是提供:一种干法蚀刻方法，该方法能够增大在金属材料与作为其底膜的电介质之间的选择比，并改进蚀刻速度(蚀刻速率)；及应用该方法的一种器件制造方法。
[0017](问题的解决)
[0018]本发明的一个方案涉及一种蚀刻层叠在介电材料上的导电材料的干法蚀刻方法，其特征在于包括:使用包括卤素气体和氧气的混合气体作为蚀刻气体，混合气体中氧气的混合比大于等于30%，且小于等于60% ;在将混合气体提供到腔室中并生成等离子体时，将腔室中的气压设定在大于等于IPa且小于5Pa的范围内；及作为偏置电压，将频率大于等于800kHz且小于4MHz的偏置电压施加到其中导电材料层叠在介电材料上的蚀刻材料，并执行蚀刻。
[0019]本发明的另一个方案涉及一种器件制造方法，通过使用上述的干法蚀刻方法进行蚀刻来对导电材料进行构图，并制造具有由导电材料制成的电极与介电材料层叠的结构的器件。
[0020]本发明的另一个方案涉及一种器件制造方法，包括:在衬底上以第一导电材料形成第一电极的第一电极形成步骤；在所述第一电极上形成介电材料的层的介电层形成步骤；在所述介电材料上以第二导电材料形成第二电极的第二电极形成步骤；及使用上述的干法蚀刻方法蚀刻形成第二电极的第二导电材料并对第二电极进行构图的构图步骤。
[0021]借助本说明书和附图的描述来阐明本发明的其他方案。
[0022](发明的有利效果)
[0023]根据本发明，其中蚀刻速率较高并且确保了与作为底层的介电材料的选择比的蚀刻处理成为可能。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是示出压电元件的制造过程的说明图。
[0025]图2是干法蚀刻装置的结构图。
[0026]图3是总结了比较例I至3和实例的结果的表格。
[0027]图4是借助比较例I示出在氧气的混合比与蚀刻速率之间的关系的曲线图。
[0028]图5是借助比较例I示出在氧气的混合比与选择比(Ir/PZT)之间的关系的曲线图。
[0029]图6是借助比较例2示出在氧气的混合比与蚀刻速率之间的关系的曲线图。
[0030]图7是借助比较例2示出在氧气的混合比与选择比(Ir/PZT)之间的关系的曲线图。
[0031]图8是借助比较例3示出在氧气的混合比与蚀刻速率之间的关系的曲线图。
[0032]图9是借助比较例3示出在氧气的混合比与选择比(Ir/PZT)之间的关系的曲线图。
[0033]图10是借助实例示出在氧气的混合比与蚀刻速率之间的关系的曲线图。
[0034]图11是借助实例示出在氧气的混合比与选择比(Ir/PZT)之间的关系的曲线图。
【具体实施方式】
[0035]以下根据附图来详细说明本发明的实施例。
[0036][压电元件的制造过程实例]
[0037]在此，举例说明压电元件的制造过程，并解释了根据本发明实施例的干法蚀刻方法和使用该方法的上电极构图步骤。
[0038]图1是示出压电元件的制造过程的说明图。
[0039](步骤I):衬底制备步骤
[0040]首先，如图1(a)所示的那样制备硅(Si)衬底10。
[0041](步骤2):绝缘膜形成步骤
[0042]接下来，在这个硅衬底10上形成绝缘膜(例如，诸如SiO2的氧化物膜)12(图1 (b))。示例性地，借助CVD (化学汽相沉积)、溅射法、汽相沉积或热氧化法来形成二氧化硅膜。
[0043](步骤3):下电极形成步骤
[0044]接下来，在绝缘膜12上形成接触层(例如，Ti层等)14，在接触层14之上形成对应于下电极16的贵金属膜(图1 (c))。以作为贵金属材料的Pt (钼)、Ir (铱)或Ru (钌)或其氧化物膜形成下电极16。可以通过溅射法和CVD法等等来形成下电极16。
[0045](步骤4):压电体形成步骤
[0046]接下来，如图1(d)所示的那样在下电极16上形成压电体18。可以用作为铁电材料的锆钛酸铅(PZT)等，并可以借助溅射法、CVD法和溶胶凝胶法等来形成压电体18。在此，不仅是PZT，还有锆钛酸铅镧(PLZT)和以Nb代替PZT的Ti部分的“PZTN”也可以用作压电体18的材料。
[0047](步骤5):上电极形成步骤
[0048]接下来，在压电体18之上形成对应于上电极20的贵金属膜(图1(e))。可以用Pt、Ir、Ru或其氧化物膜(PtOx、IrOx、RuOx),并可以借助派射法、CVD法等来形成上电极20。在此，PtOx是钼的氧化产物的统称，“X”指代显示Pt与O的比率的正数。这同样适用于IrOx和RuOx,就是说，IrOx是铱的氧化产物的统称，RuOx是钌的氧化产物的统称。
[0049](步骤6):硬掩模形成步骤
[0050]接下来，形成覆盖上电极20的硬掩模22 (图1(f))。可以使用二氧化硅膜、氮化硅膜、有机SOG (旋涂玻璃)膜、无机SOG膜、或诸如T1、Cr、Al和Ni的金属形成硬掩模22。在此，作为硬掩模22，借助TEOS (正硅酸乙酯)-CVD法来形成二氧化硅膜。
[0051](步骤7):抗蚀剂掩模形成步骤
[0052]接下来，在借助旋压覆盖法等在硬掩模22的层上形成抗蚀剂24之后执行软烘(soft bake)，且在曝光和显影后执行后烘。在此，代替后烘，可以执行借助超紫外光照射的硬化处理(UV固化)。这样，形成用于上电极构图的抗蚀剂24的图案(图1(g))。
[0053](步骤8):硬掩模构图步骤
[0054]在硬掩模22是二氧化硅膜的情况下，借助干法蚀刻方法对硬掩模22进行构图(图1 (h))。
[0055](步骤9):抗蚀剂去除步骤
[0056]此后，通过使用灰化法或专用剥离液执行去除在上述硬掩模22的构图步骤中使用的抗蚀剂24的处理(图?α))。
[0057](步骤10):上电极构图步骤
[0058]借助应用本发明的方案的干法蚀刻方法执行上电极20的构图(图1 (j))。上电极20的干法蚀刻的重点在于蚀刻速率是高速的，掩模选择比和与作为底膜的电介质(在该实例中是PZT)的选择比高，并且蚀刻形状良好。尤其是存在当使蚀刻速率为高速时底膜选择比降低的问题。
[0059]以下更详细说明的根据本实施例的干法蚀刻方法是蚀刻速率为高速并且可以充分确保与底膜的选择比的干法蚀刻方法。
[0060]<干法蚀刻装置的结构实例>
[0061]图2是使用根据本实施例的干法蚀刻方法的干法蚀刻装置的结构图。例如，就干法蚀刻装置110而言，使用了感应耦合等离子体(ICP)方案的装置。另外，使用诸如螺旋波等离子体(HWP)、电子回旋共振(ECR)等离子体和表面波等离子体(SWP)之类的等离子体源的方案也可以应用于干法蚀刻装置110。
[0062]干法蚀刻装置110包括:处理气体供应单元114，其将处理气体(蚀刻气体)提供到腔室112中(真空箱);排放单元116，其排放腔室112中的气体；及压力调整单元(未示出)，其执行腔室112中的压力调整。通过将处理气体从处理气体供应单元114提供到腔室112中，同时从排放单元116执行排气，执行腔室112中的压力调整。当实施根据本发明的方案时，将氯气与氧气的混合气体用作处理气体(蚀刻气体)。
[0063]将电介质窗口 118以气密方式安装在腔室112的上表面中，另外，将环形线圈形的天线120安装在电介质窗口 118上方(空气侧)。用于等离子体生成的高频电源(RF电源)124通过匹配电路(匹配箱)122连接到天线120。高频电源124的频率可以使用大于等于13.56MHz，且小于等于60MHz的频段，例如使用13.56MHz。此外，高频电源124可以是脉冲驱动的。
[0064]将台级126安装在腔室112中。包括静电夹头或夹具的衬底冷却机构(未示出)安装在台级126中，是蚀刻材料的衬底128放置在台级126上。用于偏置施加的低频电源132通过匹配电路130连接到台级126。将大于等于800kHz且小于等于4MHz用作低频电源132的频率。优选地，低频电源132的频率必须设定为大于等于900kHz且小于等于2MHz。尤其是，IMHz前后的频率优选地用作低频电源132的频率。
[0065]此外，在偏置源是脉冲驱动的情况下，脉冲驱动模块仅需安装在偏置源中。另外，在由脉冲驱动使用偏置源的情况下，其仅需使用用于将天线120的电源(高频电源124)(用于等离子体生成)与偏置源(低频电源132)的脉冲周期同步的模块。
[0066]使用图2中的干法蚀刻装置110蚀刻图1 (j)中解释的上电极20。具体地，它如下执行。即，将作为蚀刻材料的衬底(图l(i)中所示的层状结构)放置在图2所示的干法蚀刻装置110的腔室112中的台级126上。接下来，在保持腔室112的真空状态后，从处理气体供应单元114提供氯气与氧气的混合气体作为蚀刻气体，同时由排放单元116执行排气，并执行压力调整，以使得在腔室112中保持预定气压(例如，在大于等于IPa且小于等于5Pa的范围内的预定值，该实例假定为3Pa)。接下来，从高频电源124向天线120提供所需功率(例如，500W的功率)，在腔室112中生成高密度等离子体。此时，从低频电源132向保持有蚀刻材料的台级126施加指定功率(例如，200W的功率)。
[0067]其结果是，在图1⑴中所示的上电极20的电极膜中，通过蚀刻去除了没有由硬掩模22覆盖的部分，对上电极20进行构图，同时留下由硬掩模22覆盖的部分(图1 (j))。此后，去除硬掩模22允许在硅衬底10上形成压电元件，其具有下电极16、压电体18和上电极20的层状结构。
[0068]<蚀刻条件>
[0069]为了理解蚀刻上电极20时的优选条件，借助改变蚀刻气体中氧气的混合比(氧分压)、气压(真空度)和偏置源(低频电源132)的频率的条件来进行实验。
[0070]在比较例I至3及以下所示的实例中，假定用于天线的RF电源(高频电源124)的功率是500W，用于偏置的电源(低频电源132)的功率是200W，且功率条件是普通的。随后，在改变气压和偏置频率的组合的条件下，假定氧气相对于蚀刻气体的氯气的添加量(氧气对整体的混合比)可变，由Ir的蚀刻速率和作为底膜的PZT的蚀刻速率来计算选择比。
[0071]图3总结了比较例I至3和实例的结果。
[0072]<比较例1>
[0073]比较例I使用600kHz作为用于偏置的电源(低频电源132)的频率的条件。假定腔室112中的真空度(气压)为0.5Pa，改变蚀刻气体(氯与氧的混合气体)中氧的流量比，并蚀刻PZT膜上的Ir。比较例I中的偏置频率和气压的条件是通常用作诸如Ir和Pt之类的贵金属材料的蚀刻条件的条件。
[0074]图4和5是示出在比较例I的条件下蚀刻Ir时的结果的曲线图。图4是示出在混合气体中氧气的混合比与Ir和PZT各自的蚀刻速率之间的关系的曲线图。在图4中，水平轴示出氯气与氧气的混合气体中氧气的混合比，垂直轴示出蚀刻速率。
[0075]图5是示出在混合气体中氧气的混合比与选择比(Ir/PZT)之间的关系的曲线图。在图5中，水平轴示出氯气与氧气的混合气体中氧气的混合比，垂直轴示出选择比。
[0076]如图4和5所示，在比较例I的情况下，蚀刻速率为相对高速，70到105nm/min。然而，与作为底膜的PZT的选择比比较低，约为0.2到1.8，最高为1.88，此时的蚀刻速率为75nm/min。就是说,根据比较例I的条件，蚀刻速率为高速，75nm/min,但选择比比较低，为2或者更低。
[0077]<比较例2>
[0078]在比较例2中，在假定真空度为3.0Pa，其它条件与比较例I相同的情况下蚀刻Ir。图6和7是示出在比较例2的条件下蚀刻Ir时的结果的曲线图。图6是示出在混合气体中氧气的混合比与Ir和PZT各自的蚀刻速率之间的关系的曲线图，图7是示出在混合气体中氧气的混合比与选择比(Ir/PZT)之间的关系的曲线图。
[0079]如图6和7所示，在比较例2的情况下，蚀刻速率为相对高速，70到95nm/min。然而，与作为底膜的PZT的选择比比较低，约为0.2到1.8，最高为1.88，此时的蚀刻速率为75nm/min。就是说,根据比较例2的条件,蚀刻速率为高速,75nm/min,但选择比比较低，为2或者更低。
[0080]<比较例3>
[0081]在比较例3中，在假定用于偏置的电源的频率设定为IMHz且其它条件与比较例I相同的情况下蚀刻Ir。图8和9是示出在比较例3的条件下蚀刻Ir时的结果的曲线图。图8是示出在混合气体中氧气的混合比与Ir和PZT各自的蚀刻速率之间的关系的曲线图，图9是示出在混合气体中氧气的混合比与选择比(Ir/PZT)之间的关系的曲线图。
[0082]如图8和9所示，在比较例3的情况下，蚀刻速率为相对高速，60到80nm/min。然而，与作为底膜的PZT的选择比比较低，约为0.2到1.6，最高为1.6，此时的蚀刻速率为82nm/min。就是说,根据比较例3的条件,蚀刻速率为高速,75nm/min,但选择比比较低，为2或者更低。
[0083]< 实例 >
[0084]作为实例，在用于偏置的电源的频率设定为1MHz，真空度为3.0Pa，使用氯与氧的混合气体，流量比可变，高频(RF)电源为500W，且用于偏置的电源(低频)为200W的条件下蚀刻Ir。图10和11是示出在该实例的条件下蚀刻Ir时的结果的曲线图。图10是示出在混合气体中氧气的混合比与Ir和PZT各自的蚀刻速率之间的关系的曲线图，图11是示出在混合气体中氧气的混合比与选择比(Ir/PZT)之间的关系的曲线图。如图10和11所示，蚀刻速率为相对高速，55到85nm/min。此外，与作为底膜的PZT的选择比包含较高值，约为0.2到4.25。最高值为4.25，此时的蚀刻速率为85nm/min。
[0085]在图11中，可以在氧气的混合比为30%到60%的范围内实现大于等于2的高选择比，并且Ir的蚀刻速率为高速(参见图10)。最佳条件是在氧气的混合比为40%时，并且根据这个实例的条件，蚀刻速率为高速，85nm/min,但选择比为高，4或者更高。
[0086]按照通过比较比较例I至3和实例所理解的，通过单独地调整偏置频率、气压和氧气的混合比的条件难以找到良好的条件，但它们适当的组合实现良好的蚀刻。
[0087]<优选蚀刻条件的考虑>
[0088][I]关于偏置频率，通常，用于偏置的电源的频率(偏置频率)影响离子的能量的量。当如比较例I那样偏置频率小于800kHz时，离子能量为高，作为底膜的铁电体(PZT)的蚀刻进行，不可能获得足够的选择比。相反，当偏置频率大于等于4MHz时，离子能量为低，不可能以高速蚀刻贵金属材料。
[0089]鉴于以上情况，优选地，偏置频率大于等于800kHz，且小于4MHz，更优选地，接近于1MHz。至于在接近于IMHz情况下的“接近于”的范围，可以在有可能获得适合的功能和效果的范围内设定适当的可允许范围。例如，当将±15%(± 150kHz)设定为可允许范围时，接近于IMHz就是从850kHz到1.15MHz的范围。当± 10%(± IOOkHz)设定为可允许范围时，接近于IMHz就是从900kHz到1.1MHz的范围。当±5%(±50kHz)设定为可允许范围时，接近于IMHz就是从950kHz到1.05MHz的范围。
[0090][2]关于气压(蚀刻压力)，在蚀刻压力小于IPa的情况下，离子能量为高，作为底膜的铁电体(PZT)的蚀刻速率快，不可能获得足够的选择比。相反，在5Pa或更大的情况下，由于产生了大量自由基，离子含量很少，离子能量为低，不可能充分蚀刻贵金属材料。鉴于以上情况，优选地，蚀刻压力(其可以称为“处理压力”)大于等于IPa且小于5Pa，更优选地，接近于3Pa。至于在接近于3Pa情况下的“接近于”的范围，可以在有可能获得适合的功能和效果的范围内设定适当的可允许范围。例如，当将±0.5Pa设定为可允许范围时，接近于3Pa就是在3Pa±0.5Pa的范围中，而当将土 10%设定为可允许范围时，它就在3Pa±0.3Pa的范围中。
[0091][3]关于蚀刻气体，将氯和氧的混合气体用作蚀刻气体。在仅有氯的情况下，作为底膜的铁电体(例如PZT)的蚀刻速率快，不可能获得选择比。通过增加氧气，执行蚀刻剂的氧化反应。就是说，氧化作为贵金属的Ir,生成氧化产物IrOx,蚀刻速率改善。在此，IrOx是铱的氧化产物的统称，“X”指代显示Ir与O的比率的正数。同时，至于诸如铁电体之类的氧化产物，通过增加氧气降低了蚀刻速率。具体地，在氧的添加比(氧分压)大于等于30%的情况下，显著地显示了效果(参见图11)。然而，当氧添加量超过60%时，作为主要蚀刻剂的氯的量降低，Ir的蚀刻速率降低。
[0092]鉴于以上情况，希望在将氧添加到氯的情况下，添加量(氧分压)为30到60%。更优选地，从实现3或更大的底选择比的观点来看，希望氧添加量(氧分压)为35%到50%，并且尤其希望接近于40%。至于在接近于40%情况下的“接近于”的范围，可以在有可能获得适合的功能和效果的范围内设定适当的可允许范围。例如，当将±5%设定为可允许范围时，接近于40%就是在35%到45%的范围中。可替换地，也可以根据图11的曲线图从选择比借以大于等于4的氧的添加量的观点来定义“接近于”的范围。
[0093]通过组合在上述[I]至[3]中解释的偏置频率、气压和蚀刻气体的条件，获得了预期的良好蚀刻结果。
[0094]特别地，将接近于IMHz用作偏置频率，将氧添加到作为蚀刻气体的氯，并且在氧分压为40%，且真空度约3Pa的条件下，以下的蚀刻处理是可能的:Ir的蚀刻速率为高速，并且确保了足够的选择比，就是说，相对于作为底膜的PZT的大于等于4的选择比。
[0095]<关于除氯气以外的其他气体类型的可用性>
[0096]在上述实施例中，尽管使用了氯气与氧气的混合气体，但在实施本发明时，也可以使用另一种卤素气体来代替氯气。
[0097]〈关于高频电源的电功率(功率)>
[0098]尽管将500W举例说明为从高频电源124提供给天线120的功率，但可以任意改变功率的条件。取决于功率的增大或减小，在4、6、8和10各图中所示的蚀刻速率的曲线图中，Ir和PZT仅仅在垂直方向上作为整体偏移(蚀刻速率的值增大或减小)，功率条件对选择比的影响很小。
[0099]〈压电元件的使用〉
[0100]在图l(i)中所述的过程中制造的压电元件可以用于多种用途，例如致动器和传感器。例如，在将其用作产生喷墨头中的墨滴喷射压力的压电致动器的情况下，可以通过处理图l(i)中的硅衬底10的层来形成压力室(墨水室)。部分硅衬底10起到振动板的作用，由下电极16、压电体18和上电极20在振动板中层叠的结构来形成单压电晶片(unimorph)压电致动器。就是说，图1可以理解为致动器的制造过程。此外，本发明不仅可适用于单压电晶片型的致动器的生产，还适用于诸如双压电晶片(bimorph)致动器之类的多种方案的致动器的生产。
[0101]<关于对各种器件的应用>[0102]本发明的应用范围不限于以上举例说明的压电器件，而是可广泛应用于具有其中电介质和导电材料(电极)层叠的结构的多种器件。这些器件包括诸如电容器、加速度传感器、温度传感器、存储器件和热电器件的多种器件。
[0103]此外，本发明不限于上述的实施例，本发明【技术领域】的普通技术人员可以做出许
多改变。
[0104]<附录:关于公开的发明的方案>
[0105]按照由以上详细解释的本发明的实施例的说明的理解，本说明书至少包含包括以下发明的多个技术理念的公开内容。
[0106](方案I)
[0107]一种蚀刻层叠在介电材料上的导电材料的干法蚀刻方法，特征在于包括:使用包括卤素气体和氧气的混合气体作为蚀刻气体；将混合气体中氧气的混合比设定为大于等于30%，且小于等于60%;在将混合气体提供到腔室中并生成等离子体时，将腔室中的气压设定在大于等于IPa且小于5Pa的范围内；及作为偏置电压，将频率大于等于800kHz且小于4MHz的偏置电压施加到其中导电材料层叠在介电材料上的蚀刻材料，并执行蚀刻。
[0108]根据这个方案，可以确保与作为底的介电材料的选择比，并使得导电材料的蚀刻速度为高速。
[0109](方案2)
[0110]根据方案I所述的干法蚀刻方法，特征在于所述卤素气体是氯气。
[0111]将氯气和氧气的混合气体用作蚀刻气体的方案是优选的。
[0112](方案3)
[0113]根据方案I或2所述的干法蚀刻方法，特征在于介电材料是铁电体材料，导电材料是贵金属材料。
[0114]这个方案的干法蚀刻方法是能够在贵金属材料层叠在铁电体材料上的结构中极佳地蚀刻贵金属材料的手段。
[0115](方案4)
[0116]提供了根据方案I至3中任意一项所述的干法蚀刻方法，特征在于介电材料包括PZT、PLZT 或PZTN。
[0117]作为介电材料，可以使用PZT、PLZT或PZTN。
[0118](方案5)
[0119]根据方案I至4中任意一项所述的干法蚀刻方法，特征在于导电材料包括Ru、Ir和Pt的任意金属材料,或者RuOx、IrOx和PtOx的任意金属氧化物,或者这些材料的组合，所述金属氧化物是金属材料的氧化产物(在此，X指代正数)。
[0120]这个方案的干法蚀刻方法是极佳地蚀刻诸如Ru、Ir和Pt之类的贵金属或其金属氧化物的手段。
[0121](方案6)
[0122]根据方案I至5中任意一项所述的干法蚀刻方法，特征在于:氧气在混合气体中的混合比在40%± 5%的范围中；气压在3Pa ± 0.5Pa的范围中；及偏置电压的频率在IMHzilOOkHz的范围中。
[0123]这个方案是特别有效的条件，因为确立了蚀刻速率的加速和足够的选择比。[0124](方案7)
[0125]一种器件制造方法，特征在于包括:通过使用根据方案I至6中任意一项所述的干法蚀刻方法进行蚀刻来对导电材料进行构图；及制造具有由导电材料制成的电极与介电材料层叠的结构的器件。
[0126]根据这个方案，在对电极(导电材料)进行构图时，抑制了有缺陷形状等的出现。结果，可以实现产量提高并生产出具有稳定特性的器件。
[0127](方案8)
[0128]根据方案7所述的器件制造方法，特征在于所述器件是致动器，其具有介电材料位于第一电极与第二电极之间的结构。
[0129]这个方案提供了作为致动器的制造方法的有效手段。
[0130](方案9)
[0131]—种器件制造方法,特征在于包括:在衬底上以第一导电材料形成第一电极的第一电极形成步骤；在所述第一电极上形成介电材料的层的介电层形成步骤；在所述介电材料上以第二导电材料形成 第二电极的第二电极形成步骤；及使用根据方案I至6中任意一项所述的干法蚀刻方法蚀刻形成第二电极的第二导电材料，并对第二电极进行构图的构图步骤。
[0132]根据这个方案，在对第二电极(第二导电材料)进行构图时，抑制了有缺陷形状等的出现。结果，可以实现产量提高并生产出具有稳定特性的器件。
[0133](参考标记列表)
[0134]
10 IfIi
16 —F电极(笫-电极和笫一导电_料)
18.FR电体
20 上电機(笫二电极和笫:导电材料)
HO 千法蚀刻装H
112 腔室
114 处理气体彳共应单元
116 緋放单儿
[0135]118 电介质窗口
120 天线
124 W频电源
126 台级
128 衬底
132 低频电源
【权利要求】
1.一种对层叠在介电材料上的导电材料进行蚀刻的干法蚀刻方法，其特征在于包括: 使用包括卤素气体和氧气的混合气体作为蚀刻气体，所述混合气体中所述氧气的混合比大于等于30%，且小于等于60% ； 在将所述混合气体提供到腔室中并生成等离子体时，将所述腔室中的气压设定在大于等于IPa且小于5Pa的范围内；以及 将频率大于等于800kHz且小于4MHz的偏置电压作为偏置电压施加到蚀刻材料并执行蚀刻，其中在所述蚀刻材料中，所述导电材料层叠在所述介电材料上。
2.根据权利要求1所述的干法蚀刻方法，其特征在于所述卤素气体是氯气。
3.根据权利要求1或2所述的干法蚀刻方法，其特征在于所述介电材料是铁电体材料，并且所述导电材料是贵金属材料。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的干法蚀刻方法，其特征在于所述介电材料包括 PZT、PLZT 或 PZTN。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的干法蚀刻方法，其特征在于所述导电材料包括Ru、Ir和Pt中的任意金属材料,或者RuOx、IrOx和PtOx中的任意金属氧化物,或者这些材料的组合，所述金属氧化物是所述金属材料的氧化产物，其中，X指代正数。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的干法蚀刻方法，其特征在于: 所述氧气在所述混合气体中的混合比在40%±5%的范围中； 所述气压在3Pa±0.5Pa的范围中；并且 所述偏置电压的频率在IMHzilOOkHz的范围中。
7.一种器件制造方法，其特征在于包括:通过使用根据权利要求1至6中的任意一项所述的干法蚀刻方法进行蚀刻来对所述导电材料进行构图；以及制造具有所述导电材料制成的电极与所述介电材料层叠的结构的器件。
8.根据权利要求7所述的器件制造方法，其特征在于所述器件是致动器，该致动器具有所述介电材料位于第一电极与第二电极之间的结构。
9.一种器件制造方法，其特征在于包括: 在衬底上以第一导电材料形成第一电极的第一电极形成步骤； 在所述第一电极上层叠介电材料的介电层形成步骤； 在所述介电材料上以第二导电材料形成第二电极的第二电极形成步骤；以及使用根据权利要求1至6中的任意一项所述的干法蚀刻方法对形成所述第二电极的第二导电材料进行蚀刻并对所述第二电极进行构图的构图步骤。
【文档编号】H01L41/277GK103548122SQ201280024495
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年5月15日 优先权日:2011年5月20日
【发明者】高桥秀治 申请人:富士胶片株式会社