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技術 半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法

出願人 エスケーハイニックス株式会社
発明者 崔益壽黄昌淵李洪求
出願日 2005年6月9日 (15年6ヶ月経過) 出願番号 2005-169815
公開日 2006年7月20日 (14年5ヶ月経過) 公開番号 2006-190945
状態 特許登録済
技術分野 半導体の電極 半導体のドライエッチング 半導体集積回路装置の内部配線 半導体メモリ
主要キーワード H方式 バイアススパッタリング ハードマスク窒化膜 エッチングバリア エッチングバリア層 部分エッチング 内部側壁 研磨停止膜
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この項目の情報は公開日時点(2006年7月20日)のものです。
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図面 (8)

課題

解決手段

本発明では、ランディングプラグコンタクト(LPC)の分離のためのポリシリコンリセス(Recess)のために、既存のCMP工程を用いず、2ステップエッチバック工程を用いる。すなわち、第1エッチバック工程では、等方性ドライエッチング(部分エッチング)を通してゲート電極パターンの間の空間(コンタクトホール上部)に発生したポリシリコン膜のシーム(Seam)を除去し、第2エッチバック工程では、ポリシリコン膜とハードマスク窒化膜とのエッチング速度が類似したレシピ(Recipe)を適用して、非等方性ドライエッチングを行う。

概要

背景

一般に、半導体素子は、その内部に複数の単位素子を含む。半導体素子が高集積化され、一定したレイアウト面積上に高密度素子を形成しなければならず、これによって単位素子、例えば、トランジスタキャパシタなどの大きさは徐々に小さくなっている。特に、DRAM(Dynamic Random Access Memory)のような半導体メモリ素子において、デザインルール(Design rule)が減少し、すなわちセルの内部に形成される回路線幅が、0.1μm以下に縮小されて、70nm以下までも要求されている。

図1は、従来の技術に係るランディングプラグコンタクトLPC)マスクレイアウトを示す図であり、図2A及び図2Bは、図1のランディングプラグコンタクトマスクを用いたランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図であり、図2A及び図2Bは、図1のA−A′線に沿った工程断面図である。

図1、図2A及び図2Bに示されているように、従来の技術に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を簡単に説明すると、シリコン基板11上に複数個ゲート電極パターンを形成した後、ゲート電極パターンを含む全面にエッチング停止窒化膜16と層間絶縁膜17とを順に形成する。

この時、ゲート電極パターンは、ゲート酸化膜12、ゲートポリシリコン13、ゲートタングステンシリサイド14及びゲートハードマスク窒化膜15の順に積層されたものである。

次いで、窒化膜に高選択比を有するスラリー(High Selectivity Slurry)を用いてゲートハードマスク窒化膜15が露出するまで層間絶縁膜17に対する化学的機械的研磨(CMP)を行う。

次いで、平坦化された層間絶縁膜17上にハードマスクポリシリコン18を蒸着する。
次いで、図1に示されているように、ランディングプラグコンタクトマスク19を用いた写真及びエッチング工程を実施してハードマスクポリシリコン膜18をパターニングし、これをエッチングバリアとして用いて、ランディングプラグコンタクト形成領域の層間絶縁膜18を選択的にエッチングし、ランディングプラグコンタクトのためのコンタクトホール20を形成する。

次いで、ランディングプラグコンタクトマスク19をストリップした後、エッチング停止窒化膜16のエッチングの際、ゲート電極パターン上部のゲートハードマスク窒化膜15が損傷されることを防止するために、バッファ酸化膜としてUSG(ケイ酸塩ガラス)膜21を全体構造の表面に沿って蒸着し、エッチバック工程を実施してコンタクトホール20の内部に残留させる。

次いで、図2Bに示されているように、コンタクトホール20を満たすまで全体構造の上部にポリシリコン膜を蒸着した後、ゲートハードマスク窒化膜15を研磨停止膜として用いるCMP工程を行い、ランディングプラグコンタクト22を形成する。

しかし、従来の技術は、ランディングプラグコンタクト22を形成するためのCMP工程時に、窒化膜で形成したゲートハードマスク窒化膜15とポリシリコン膜との間のエッチング速度及び研磨速度の差によって、段差が発生するという問題がある。すなわち、ランディングプラグコンタクト22であるポリシリコン膜は、窒化膜に比べてCMP工程によって化学的にまた機械的にエッチング速度と研磨速度とが速く、研磨が多く発生するようになり、ゲートハードマスク窒化膜15とランディングプラグコンタクト22との間に300Å程度の段差23が形成される。このような段差は、通常ディッシング(dish−ing)という。

この時、CMP工程によるランディングプラグコンタクトとゲートハードマスク窒化膜との間の段差よりゲートハードマスク窒化膜の露出部分が増加するため、後続ビットラインコンタクトホール形成のための自己整列エッチング(SAC)工程時に、SACマージンを低下させる要因となっている。
特開平9−135007

概要

ランディングプラグコンタクト形成のためのCMP工程時、ポリシリコン膜とゲートハードマスク窒化膜との間の段差を防止できる半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法を提供すること。 本発明では、ランディングプラグコンタクト(LPC)の分離のためのポリシリコンリセス(Recess)のために、既存のCMP工程を用いず、2ステップのエッチバック工程を用いる。すなわち、第1エッチバック工程では、等方性ドライエッチング(部分エッチング)を通してゲート電極パターンの間の空間(コンタクトホール上部)に発生したポリシリコン膜のシーム(Seam)を除去し、第2エッチバック工程では、ポリシリコン膜とハードマスク窒化膜とのエッチング速度が類似したレシピ(Recipe)を適用して、非等方性ドライエッチングを行う。 D

目的

本発明は、上述した従来の技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ランディングプラグコンタクト形成のためのCMP工程時に、ポリシリコン膜とゲートハードマスク窒化膜との間の段差を防止できる半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

半導体基板上に少なくとも最上部にハードマスク窒化膜を備える複数個ゲート電極パターンを形成するステップと、該複数個のゲート電極パターンの間を満たす層間絶縁膜を形成するステップと、前記ハードマスク窒化膜が露出するまで前記層間絶縁膜を平坦化させるステップと、該層間絶縁膜上にエッチングバリア層を形成するステップと、該エッチングバリア層をエッチングバリアとしてランディングプラグコンタクトが形成される領域の前記層間絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホールを満たすまで全面にランディングプラグコンタクト物質である導電膜を形成するステップと、該導電膜に対して第1エッチバック工程を行い、前記導電膜蒸着時に発生した表面の屈曲を除去するステップと、前記ゲート電極パターンのハードマスク窒化膜が露出するまで前記第1エッチバック工程が行われた導電膜に対して第2エッチバック工程を行って、前記コンタクトホールに埋め込まれるランディングプラグコンタクトを形成するステップとを含むことを特徴とする半導体素子ランディングプラグコンタクト形成方法

請求項2

前記第1エッチバック工程において、前記導電膜の等方性ドライエッチングがなされるようにレシピを選択することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項3

前記第2エッチバック工程において、前記導電膜の非等方性ドライエッチングがなされるようにレシピを選択することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項4

前記ランディングプラグコンタクトが、ポリシリコン膜またはタングステン膜から形成されることを特徴とする請求項1ないし請求項3のうち何れか一項に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項5

半導体基板上に少なくとも最上部にハードマスク窒化膜を備える複数個のゲート電極パターンを形成するステップと、前記複数個のゲート電極パターンの間を満たす層間絶縁膜を形成するステップと、前記ハードマスク窒化膜が露出するまで前記層間絶縁膜を平坦化させるステップと、前記層間絶縁膜上にエッチングバリア層を形成するステップと、該エッチングバリア層をエッチングバリアでランディングプラグコンタクトに予定された領域の前記層間絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホールを満たすまで全面にランディングプラグコンタクト物質であるポリシリコン膜を形成するステップと、該ポリシリコン膜に対して第1エッチバック工程を行い、前記ポリシリコン膜蒸着時に発生した表面の屈曲を除去するステップと、前記ゲート電極パターンのハードマスク窒化膜が露出するまで前記第1エッチバック工程が行われたポリシリコン膜に対して第2エッチバック工程を行って、前記コンタクトホールに埋め込まれるランディングプラグコンタクトを形成するステップとを含むことを特徴とする半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項6

前記第1エッチバック工程が、前記ポリシリコン膜の等方性ドライエッチングがなされるようにレシピを選択することを特徴とする請求項5に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項7

前記第1エッチバック工程のレシピが、CF4とO2ガスとの混合ガスを用いることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項8

前記第1エッチバック工程のレシピが、500mTorr〜2000mTorr範囲のチャンバー圧力をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項9

前記第2エッチバック工程において、前記ポリシリコン膜の非等方性ドライエッチングがなされるようにレシピを選択することを特徴とする請求項5に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項10

前記第2エッチバック工程のレシピが、C2F6、CF4、C4F8、C5F8、C4F6、CH2F2、C3F8またはCHF3の中から選択される第1ガスとHBr、Cl2、BCl3、SF6またはNF3の中から選択される第2ガスとの混合ガスを用いることを特徴とする請求項9に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項11

前記第2エッチバック工程において、前記ハードマスク窒化膜とポリシリコン膜とのエッチング選択比が0.5:1〜10:1の範囲になるようにレシピを調節することを特徴とする請求項5または請求項9に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項12

前記第2エッチバック工程において、C2F6、CF4、C4F8、C5F8、C4F6、CH2F2、C3F8またはCHF3の中から選択される第1ガスとHBr、Cl2、BCl3、SF6またはNF3の中から選択される第2ガスとの混合ガスを用いることを特徴とする請求項11に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項13

前記層間絶縁膜上にエッチングバリア層を形成するステップが、前記層間絶縁膜上にハードマスクポリシリコン膜を形成するステップと、前記ハードマスクポリシリコン膜上に感光膜を塗布して露光及び現像によってパターニングして、ランディングプラグコンタクトマスクを形成するステップと、該ランディングプラグコンタクトマスクを、エッチングバリアで前記ハードマスクポリシリコン膜をパターニングするステップと、前記ランディングプラグコンタクトマスクをストリップするステップとを含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項14

前記第1エッチバック工程は、反応性ガスエッチング工程又は/及び、バイアススパッタリング工程である請求項1に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項15

前記導電膜の非等方性ドライエッチングは、不活性ガスを利用した物理的エッチングであることを特徴とする請求項3に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

請求項16

前記第1エッチバック工程及び第2エッチバック工程は、前記半導体素子を同一チャンバー内あるいは外気遮断した状態で隣り合うチャンバー間を移動して行なわれることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。

技術分野

0001

本発明は、半導体製造技術、特に、半導体素子ランディングプラグコンタクト(Landing Plug Contact,LPC)形成方法に関する。

背景技術

0002

一般に、半導体素子は、その内部に複数の単位素子を含む。半導体素子が高集積化され、一定したレイアウト面積上に高密度素子を形成しなければならず、これによって単位素子、例えば、トランジスタキャパシタなどの大きさは徐々に小さくなっている。特に、DRAM(Dynamic Random Access Memory)のような半導体メモリ素子において、デザインルール(Design rule)が減少し、すなわちセルの内部に形成される回路線幅が、0.1μm以下に縮小されて、70nm以下までも要求されている。

0003

図1は、従来の技術に係るランディングプラグコンタクト(LPC)マスクレイアウトを示す図であり、図2A及び図2Bは、図1ランディングプラグコンタクトマスクを用いたランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図であり、図2A及び図2Bは、図1のA−A′線に沿った工程断面図である。

0004

図1図2A及び図2Bに示されているように、従来の技術に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を簡単に説明すると、シリコン基板11上に複数個ゲート電極パターンを形成した後、ゲート電極パターンを含む全面にエッチング停止窒化膜16と層間絶縁膜17とを順に形成する。

0005

この時、ゲート電極パターンは、ゲート酸化膜12、ゲートポリシリコン13、ゲートタングステンシリサイド14及びゲートハードマスク窒化膜15の順に積層されたものである。

0006

次いで、窒化膜に高選択比を有するスラリー(High Selectivity Slurry)を用いてゲートハードマスク窒化膜15が露出するまで層間絶縁膜17に対する化学的機械的研磨(CMP)を行う。

0007

次いで、平坦化された層間絶縁膜17上にハードマスクポリシリコン18を蒸着する。
次いで、図1に示されているように、ランディングプラグコンタクトマスク19を用いた写真及びエッチング工程を実施してハードマスクポリシリコン膜18をパターニングし、これをエッチングバリアとして用いて、ランディングプラグコンタクト形成領域の層間絶縁膜18を選択的にエッチングし、ランディングプラグコンタクトのためのコンタクトホール20を形成する。

0008

次いで、ランディングプラグコンタクトマスク19をストリップした後、エッチング停止窒化膜16のエッチングの際、ゲート電極パターン上部のゲートハードマスク窒化膜15が損傷されることを防止するために、バッファ酸化膜としてUSG(ケイ酸塩ガラス)膜21を全体構造の表面に沿って蒸着し、エッチバック工程を実施してコンタクトホール20の内部に残留させる。

0009

次いで、図2Bに示されているように、コンタクトホール20を満たすまで全体構造の上部にポリシリコン膜を蒸着した後、ゲートハードマスク窒化膜15を研磨停止膜として用いるCMP工程を行い、ランディングプラグコンタクト22を形成する。

0010

しかし、従来の技術は、ランディングプラグコンタクト22を形成するためのCMP工程時に、窒化膜で形成したゲートハードマスク窒化膜15とポリシリコン膜との間のエッチング速度及び研磨速度の差によって、段差が発生するという問題がある。すなわち、ランディングプラグコンタクト22であるポリシリコン膜は、窒化膜に比べてCMP工程によって化学的にまた機械的にエッチング速度と研磨速度とが速く、研磨が多く発生するようになり、ゲートハードマスク窒化膜15とランディングプラグコンタクト22との間に300Å程度の段差23が形成される。このような段差は、通常ディッシング(dish−ing)という。

0011

この時、CMP工程によるランディングプラグコンタクトとゲートハードマスク窒化膜との間の段差よりゲートハードマスク窒化膜の露出部分が増加するため、後続ビットラインコンタクトホール形成のための自己整列エッチング(SAC)工程時に、SACマージンを低下させる要因となっている。
特開平9−135007

発明が解決しようとする課題

0012

本発明は、上述した従来の技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ランディングプラグコンタクト形成のためのCMP工程時に、ポリシリコン膜とゲートハードマスク窒化膜との間の段差を防止できる半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0013

上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板上に少なくとも最上部にハードマスク窒化膜を備える複数個のゲート電極パターンを形成するステップと、該複数個のゲート電極パターンの間を満たす層間絶縁膜を形成するステップと、前記ハードマスク窒化膜が露出するまで前記層間絶縁膜を平坦化させるステップと、該層間絶縁膜上にエッチングバリア層を形成するステップと、該エッチングバリア層をエッチングバリアでランディングプラグコンタクトが形成される領域の前記層間絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホールが満たされるまで全面にランディングプラグコンタクト物質である導電膜を形成するステップと、該導電膜に対して第1エッチバック工程を行い、前記導電膜蒸着時に発生した表面の屈曲を除去するステップと、前記ゲート電極パターンのハードマスク窒化膜が露出するまで前記第1エッチバック工程が行われた導電膜に対して第2エッチバック工程を行って、前記コンタクトホールに埋め込まれるランディングプラグコンタクトを形成するステップとを含むことを特徴とする。

0014

また、本発明の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法は、半導体基板上に少なくとも最上部にハードマスク窒化膜を備える複数個のゲート電極パターンを形成するステップと、前記複数個のゲート電極パターンの間を満たす層間絶縁膜を形成するステップと、前記ハードマスク窒化膜が露出するまで前記層間絶縁膜を平坦化させるステップと、前記層間絶縁膜上にエッチングバリア層を形成するステップと、該エッチングバリア層をエッチングバリアでランディングプラグコンタクトに予定された領域の前記層間絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホールが満たされるまで全面にランディングプラグコンタクト物質であるポリシリコン膜を形成するステップと、該ポリシリコン膜に対して第1エッチバック工程を行い、前記ポリシリコン膜蒸着時に発生した表面の屈曲を除去するステップと、前記ゲート電極パターンのハードマスク窒化膜が露出するまで前記第1エッチバック工程が行われたポリシリコン膜に対して第2エッチバック工程を行って、前記コンタクトホールに埋め込まれるランディングプラグコンタクトを形成するステップとを含むことを特徴とし、前記第1エッチバック工程において、前記ポリシリコン膜の等方性ドライエッチングがなされるようにレシピを選択することを特徴とし、前記第1エッチバック工程のレシピが、CF4とO2ガスとの混合ガスを用いることを特徴とし、前記第2エッチバック工程が、前記ポリシリコン膜の非等方性ドライエッチングがなされるようにレシピを選択することを特徴とし、前記第2エッチバック工程のレシピが、C2F6、CF4、C4F8、C5F8、C4F6、CH2F2、C3F8またはCHF3の中から選択される第1ガスとHBr、Cl2、BCl3、SF6またはNF3の中から選択される第2ガスとの混合ガスを用いることを特徴とし、前記第2エッチバック工程において、前記ハードマスク窒化膜とポリシリコン膜とのエッチング選択比が0.5:1〜10:1の範囲になるようにレシピを調節することを特徴とする。

発明の効果

0015

本発明によれば、ランディングプラグコンタクト形成のために段差を発生させるCMP工程を用いず、2ステップのエッチバック工程を用いて、ゲートハードマスク窒化膜とランディングプラグコンタクトとの間に段差を発生させないことによって、後続のビットラインコンタクトホール形成のための自己整列コンタクトエッチング(SAC)工程の工程マージンを十分に確保することができるという効果があり、これによって半導体素子の信頼度及び収率を向上させることができるという効果を得ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下、本発明のもっとも好ましい実施の形態を、添付する図面を参照して説明する。

0017

根本的に、CMP工程は、ディッシングのような段差誘発の問題から自由にはなり得ない。本発明では、ランディングプラグコンタクト(LPC)の分離のためのポリシリコンリセス(Recess)のために、既存のCMP工程を用いず、2工程からなるエッチバック工程を用いる。すなわち、第1エッチバック工程では、等方性ドライエッチング(部分エッチング)を通してゲート電極パターンの間の空間(コンタクトホール上部)に発生したポリシリコン膜のシーム(Seam)を除去し、第2エッチバック工程では、ポリシリコン膜とハードマスク窒化膜とのエッチング速度が類似したレシピ(Recipe)を適用して、非等方性ドライエッチングを行う。この場合、ランディングプラグコンタクト形成後、段差を最小化して後続のビットラインコンタクトホール形成のためのSACエッチング工程時において、SACマージンを確保することができる。

0018

図3Aないし図3Dは、本発明の実施の形態に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。

0019

図3Aに示されているように、シリコン基板31上に、複数個のゲート電極パターンを形成する。この時、ゲート電極パターンは、シリコン基板31上にゲート酸化膜32、ゲートポリシリコン33、ゲートタングステンシリサイド34及びゲートハードマスク窒化膜35の順に積層した後、これをゲートパターニング工程を通してエッチングすることによって形成する。

0020

次いで、ゲート電極パターンを含む全面に、エッチング停止窒化膜36と層間絶縁膜37とを順に形成した後、窒化膜に高選択比を有するスラリーを用いて、ゲートハードマスク窒化膜35が露出するまで層間絶縁膜37に対する化学的機械的研磨(CMP)を行う。このようなCMP工程を「ILD CMP」工程という。なお、層間絶縁膜の材質は、一例として、SiO2、Al2O3、Si3N4、Ta2O5、La2O3、HfO2、ZrO2、シリケイト(ZrAlxOy)、アルミネート(HfAlxOy)のいずれか一又は二以上の組み合わせなどが挙げられる。

0021

次いで、平坦化された層間絶縁膜37上にハードマスクポリシリコン38を蒸着する。
次いで、ランディングプラグコンタクトマスク39(図1のような形状を有するランディングプラグコンタクトマスクを使用)を用いた写真及びエッチング工程を実施し、ハードマスクポリシリコン膜38をランディングプラグコンタクトマスクの形状にパターニングし、ランディングプラグコンタクトマスクの形状でパターニングし、ハードマスクポリシリコン膜38をエッチングバリアとして用いて、ランディングプラグコンタクトで予定された領域の層間絶縁膜37を選択的にエッチングし、ランディングプラグコンタクトのためのコンタクトホール40を形成する。ここで、ハードマスクポリシリコン膜38をエッチングバリアとして用いる場合、ランディングプラグコンタクトマスク39をストリップした後に行ってもよい。

0022

したがって、コンタクトホール40を形成するためのエッチング工程時、エッチングバリア層は、ハードマスクポリシリコン膜38となる。

0023

上述のランディングプラグコンタクトのためのコンタクトホール40を形成する際に、ハードマスクポリシリコン膜38を適用したDPH(Direct HM Polysilicon)方式を用いたが、コンタクトホール40形成のためにDNH(Direct HM nitride)またはDP(Direct Photoresist)方式を代わりに適用できる。ここで、DNH方式は、ハードマスクポリシリコン膜の代わりにハードマスク窒化膜をエッチングバリア層として適用する工程であり、DP方式は、ハードマスクの導入なしに感光膜にだけエッチング工程を行うものである。

0024

次いで、後続のエッチング停止窒化膜36エッチングの際、ゲート電極パターン上部のゲートハードマスク窒化膜35が損傷されることを防止するために、バッファ酸化膜としてUSG膜41を全体構造の表面に沿って蒸着し、エッチバック工程を実施する。このようなエッチバックを介してUSG膜41は、コンタクトホール40の内部側壁に残留し、ゲートハードマスク窒化膜35の側壁上部を覆う構造を有する。

0025

次いで、USG膜41のエッチバック後、露出するコンタクトホール40の底のエッチング停止窒化膜36をエッチングし、ランディングプラグコンタクトのためのコンタクトホール40を完全に開放させる。

0026

図3Bに示されているように、コンタクトホール40が満たされるまで、全面にポリシリコン膜42を蒸着する。この時、ポリシリコン膜42の蒸着の際、下部構造物のトポロジー(Topology)によって、表面の屈曲すなわち、非常に深いシーム(seam、S1)が発生する。

0027

前記ポリシリコン膜42の蒸着後、所定の工程を行って、ランディングプラグコンタクトを形成するが、本発明は、ランディングプラグコンタクトのためにポリシリコン膜42をCMP工程で除去するのではなく、エッチバック工程を用いる。すなわち、ゲートハードマスク窒化膜とランディングプラグコンタクトとの間に段差を発生させるCMP工程を用いず、エッチバック工程を用いることによって、ゲートハードマスク窒化膜35とランディングプラグコンタクトとの間に段差が発生することを防止する。参考に、エッチバック工程は、CMP工程とは異なり、エッチバックされる物質間のエッチング選択比の調節が比較的自由であると知られている。

0028

好ましくは、本発明は、段差を発生させずにランディングプラグコンタクト形成のために2工程からなるエッチバック工程を用いる。

0029

まず、図3Cに示されているように、ポリシリコン膜42に対して第1エッチバック工程を行い、ハードマスクポリシリコン38上部でポリシリコン膜42Aを数十Åの厚さ(50Å〜90Å)で残留させる。ここで、第1エッチバック工程後、残留するポリシリコン膜42Aの厚さは、シームの程度によって異なるが、第1エッチバック工程がシームと同じ表面の屈曲を除去するためのものであるため、ハードマスクポリシリコン38上部で残留しないこともある。

0030

このような第1エッチバック工程は、コンタクトホール40を満たすように蒸着したポリシリコン膜42が有するシームS1を、図3Cに示す「S2」程度に除去するためにレシピを選択する。図3Bにおいて、コンタクトホール40が満たされるまでポリシリコン膜42を蒸着する時、コンタクトホール40が形成された下部構造物が有する凹凸トポロジーによって蒸着されるポリシリコン膜42の表面にシームS1のような比較的大きな屈曲が発生する。

0031

前記第1エッチバック工程は、シームS1を除去するためにレシピとしてCF4とO2ガスの混合ガスを用いて、等方性ドライエッチングが行われるようにするが、このように、CF4とO2ガスとを混合して行うと、等方性ドライエッチング特性が発生し、蒸着の際に発生したポリシリコン膜42のシームを、図3Bに示す「S1」から図3Cに示す「S2」程度に除去できる。この時、第1エッチバック工程時、チャンバー圧力を500mTorr〜2000mTorr範囲にすると、シームを除去する効果が増大する。

0032

前記のように、シームを除去せずに後続の第2エッチバック工程を行うと、ゲートハードマスク窒化膜とランディングプラグコンタクトとの間の段差が発生することは避けられない。したがって、本発明は、等方性ドライエッチングの特性を示すレシピで第1エッチバック工程を行うものである。

0033

上述のような第1エッチバック工程を行った後に、隣接するランディングプラグコンタクト間の相互を分離させるために、第2エッチバック工程を行う。

0034

図3Dに示されているように、第1エッチバック工程後、残留するポリシリコン膜42Aを第2エッチバック工程でエッチングし、コンタクトホール40に埋め込まれ、隣接するランディングプラグコンタクトが相互に完全に分離するランディングプラグコンタクト42Bを形成する。ここで、第2エッチバック工程時に、ハードマスクポリシリコン38も同時にエッチングされて除去される。

0035

前記第2エッチバック工程は、C2F6、CF4、C4F8、C5F8、C4F6、CH2F2、C3F8またはCHF3の中から選択される第1ガスとHBr、Cl2、BCl3、SF6またはNF3の中から選択される第2ガスとの混合ガスを用いて行う。ここで、第1ガスと第2ガスとを混合すると、等方性エッチング特性を示す第1エッチバック工程とは異なり、第2エッチバック工程は、非等方性ドライエッチング特性を示す。

0036

上述のように、第2エッチバック工程は、第1ガスと第2ガスとを混合して行うことによって、ゲートハードマスク窒化膜35とポリシリコン膜42Aとのエッチング選択比が0.5:1〜10:1の範囲とできる。すなわち、ゲートハードマスク窒化膜35とポリシリコン膜42Aとのエッチング選択比が0.5:1〜10:1範囲となるようにレシピを調節すれば、ゲートハードマスク窒化膜35とポリシリコン膜42Aとの間に段差が発生しないようにできる。すなわち、前記のようなエッチング選択比を得るために、第2エッチバック工程は、C2F6、CF4、C4F8、C5F8、C4F6、CH2F2、C3F8またはCHF3の中から選択される第1ガスとHBr、Cl2、BCl3、SF6またはNF3の中から選択される第2ガスとの混合ガスを用いて行う。

0037

第1エッチバック工程のように、等方性エッチング特性を示すレシピで第2エッチバック工程を行うと、ゲートハードマスク窒化膜35とポリシリコン膜42Aとのエッチング選択比を十分に得られず、ゲートハードマスク窒化膜35とランディングプラグコンタクト42Bとの間に段差が発生する。すなわち、ポリシリコン膜42Aがさらに多くエッチングされる。

0038

しかし、第2エッチバック工程時、非等方性エッチング特性を示すレシピ(第1ガスと第2ガスとの混合)でポリシリコン膜42Aをエッチバックすると、ゲートハードマスク窒化膜35対ポリシリコン膜42Aのエッチング選択比を0.5:1〜10:1範囲で得ることができ、ゲートハードマスク窒化膜35とランディングプラグコンタクト42Bとの間に段差が発生しないようにできる。すなわち、エッチングされる物質間のエッチング選択比を容易に調節できるエッチバック工程を用いて、ランディングプラグコンタクト42Bを形成することによって、段差を発生させずにランディングプラグコンタクト42Bの間の分離を行うことができる。また、第1エッチバック工程を通してシームを除去した状態であるため、ランディングプラグコンタクト42Bとゲートハードマスク窒化膜35との間に段差が発生することがさらに一層防止できる。

0039

従来の技術と比較して見ると、ゲートハードマスク窒化膜とランディングプラグコンタクトとの間の段差が顕著に減少する。

0040

上述の実施の形態では、ランディングプラグコンタクトがポリシリコン膜である場合に対して説明したが、本発明はランディングプラグコンタクトとして用いられる全ての導電膜に対しても適用可能である。すなわち、ランディングプラグコンタクト形成のために2工程からなるエッチバック工程を用いて、第1エッチバック工程時には、等方性ドライエッチングをしてシームを除去し、第2エッチバック工程時には、非等方性ドライエッチングを行ってランディングプラグコンタクトを完全に分離させる。ここで、ランディングプラグコンタクトとして用いられる導電膜は、ポリシリコン膜以外にタングステン膜が主に用いられる。さらに、ランディングプラグコンタクトは、Al膜、Cu膜などであってもよい。

0041

なお、第1エッチバック工程においては、エッチングに限定されず成膜が行われてもよい。例えば、前記第1エッチバック工程は、反応性ガスエッチング工程又は/及び、バイアススパッタリング工程であってもよい。ここで「バイアススパッタリング」とは、ターゲット側とワーク側の両方に電圧をかけて行うスパッタリングのことをいう。ここで「ターゲット」とは、スパッタリングに用いる不活性ガスが成膜する材料をたたき出す部分をいい、原則的には、成膜する材料からなるバルク材である。「ワーク」とは、成膜される対象となる半導体素子のことをいう。バイアススパッタリングにおいては、通常のスパッタリングにおいてかけるワーク側の電圧(以下ワーク側にかける電圧をバイアス電圧という)よりも高めのバイアス電圧を、ワーク側にかけることが特徴的である。バイアス電圧をかけることにより、イオン化された不活性ガスがワーク表面衝突し、ワーク表面をエッチングすることができる(不活性ガスによるエッチングを物理的エッチングという)。このときの物理的エッチングは不活性ガスがランダムな方向からワーク表面に衝突するので、ワーク表面の屈曲をなだらかにする効果がある。このようにバイアススパッタリングにおいては、ターゲットにかけられた電圧による成膜と同時にワークにかけられたバイアス電圧によるワーク表面の物理的エッチングが行われる。ここで一例として、前記コンタクトホールを満たすまで全面にランディングプラグコンタクト物質である導電膜を形成するステップの後に、前記第1エッチバック工程としてバイアススパッタリング工程を用いる場合を考えてみる。この場合には、前記導電膜の表面の屈曲を、バイアススパッタリングによる成膜とバイアススパッタリングによる物理的エッチングを同時に行うことによって除去することができる。ここでバイアススパッタリングによる成膜に使用するターゲットは、ランディングプラグコンタクト物質と同一の物質を使用するのが便利であるが、本発明は同一の物質に限定されるものではない。次に、前記第1エッチバック工程が、前記反応性エッチング工程とバイアススパッタリング工程である場合には、成膜と物理的エッチングに加えて、反応性エッチングがなされるので、さらに効率的に前記導電膜の表面の屈曲を除去することも可能である。ここで「反応性エッチング」とは、ワーク表面と化学反応を起こす反応性物質を利用して行うエッチングのことをいう。

0042

また、前記第2エッチバック工程における導電膜の非等方性ドライエッチングは、不活性ガスを利用した物理的エッチングであってもよい。

0043

さらに前記第1エッチバック工程、第2エッチバック工程は、前記半導体素子を同一チャンバー内あるいは外気遮断した状態で隣り合うチャンバー間を移動して行ってもよい。この場合には、従来のCMPを使用する方法で必須であった半導体素子を一旦チャンバー内から取り出すプロセスを省略することができる。

0044

尚、本発明は、上記した本実施の形態に限られるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。

0045

本発明は、半導体製造技術、特に、半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法に利用可能である。

図面の簡単な説明

0046

従来の技術に係るランディングプラグコンタクト(LPC)マスクのレイアウトを示す図である。
図1のランディングプラグコンタクトマスクを用いたランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。
図1のランディングプラグコンタクトマスクを用いたランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。
本発明の実施の形態に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。
本発明の実施の形態に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。
本発明の実施の形態に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。
本発明の実施の形態に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。

符号の説明

0047

31シリコン基板
32ゲート酸化膜
33ゲートポリシリコン
34ゲートタングステンシリサイド
35ゲートハードマスク窒化膜
36エッチング停止窒化膜
37層間絶縁膜
38ハードマスクポリシリコン
39ランディングプラグコンタクトマスク
40コンタクトホール
41USG膜
42Aポリシリコン膜
42B ランディングプラグコンタクト

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