JP2004273600A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】微細なゲート電極を精度良く形成し、ゲート配線の信頼性を向上させる。
【解決手段】基板1上にゲート絶縁膜2を形成し、更にゲート電極を構成する電極構成膜3,4,5,6を順次形成する。金属膜6上にシリコン窒化膜7と第2のポリシリコン膜8を形成し、その上にレジストパターン9を形成する。レジストパターン9をマスクとして第2のポリシリコン膜8をパターニングし、パターニングされた第2のポリシリコン膜8をマスクとしてシリコン窒化膜7と電極構成膜をパターニングする。基板1全面に層間絶縁膜11を形成し、層間絶縁膜11内にコンタクトホール12を形成する。コンタクトホール12内にポリシリコン膜13を形成した後、シリコン窒化膜7をストッパ膜としたCMPによりポリシリコンプラグ13aを形成する。
【選択図】 図1
【解決手段】基板1上にゲート絶縁膜2を形成し、更にゲート電極を構成する電極構成膜3,4,5,6を順次形成する。金属膜6上にシリコン窒化膜7と第2のポリシリコン膜8を形成し、その上にレジストパターン9を形成する。レジストパターン9をマスクとして第2のポリシリコン膜8をパターニングし、パターニングされた第2のポリシリコン膜8をマスクとしてシリコン窒化膜7と電極構成膜をパターニングする。基板1全面に層間絶縁膜11を形成し、層間絶縁膜11内にコンタクトホール12を形成する。コンタクトホール12内にポリシリコン膜13を形成した後、シリコン窒化膜7をストッパ膜としたCMPによりポリシリコンプラグ13aを形成する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にゲート電極の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。詳細には、ゲート電極を有する半導体装置の製造方法を示す図である。
先ず、図4(a)に示すように、シリコン基板1上にゲート絶縁膜2を形成する。そして、ポリシリコン膜3、金属窒化膜(バリアメタル膜)4、金属シリサイド膜5、金属膜6およびシリコン窒化膜7を順次形成する。さらに、シリコン窒化膜7上に、フォトリソグラフィ技術によりレジストパターン9を形成する。
【0003】
次に、図4(b)に示すように、レジストパターン9をマスクとしたエッチングにより、シリコン窒化膜7をパターニングする。その後、レジストパターン9を除去する。
次に、図4(c)に示すように、シリコン窒化膜7をマスクとしたエッチングにより、金属膜6、金属シリサイド膜5、バリアメタル膜4、ポリシリコン膜3をパターニングする。
【0004】
最後に、図4(d)に示すように、シリコン基板1の全面にシリコン窒化膜を形成し、このシリコン窒化膜を異方性エッチングすることにより、ゲート電極側面にサイドウォール14を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体素子の高集積化に伴い、ゲート電極の微細化が進んでおり、その最小加工寸法は0.13μmから0.10μmへ、さらには0.10μm以下へと移行しようとしている。このゲート電極の微細化に伴って露光技術も進み、露光の光源に適したレジストの開発も進められている。
【0006】
しかしながら、例えば開発初期のレジストには、エッチング耐性が低く、解像度が悪いレジストもあった。かかるレジストを用いた場合には、シリコン窒化膜7のエッチング時に、レジストパターン9が肩削れしてしまうという問題があった。このため、シリコン窒化膜7の肩削れが生じ、エッチング後のゲート電極がラフネス形状となってしまうという問題があった。また、ゲート電極の断線が生じてしまうという問題もあった。
従って、従来の製造方法では、微細なゲート電極を精度良く形成することができず、ゲート配線の信頼性が低いという問題があった。
【0007】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、微細なゲート電極を精度良く形成し、ゲート配線の信頼性を向上させることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、ゲート電極を有する半導体装置の製造方法であって、
基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、前記ゲート電極を構成する電極構成膜を形成する工程と、
前記電極構成膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上に、マスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜の上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記マスク膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記マスク膜をマスクとしたドライエッチングにより、前記シリコン窒化膜及び前記電極構成膜をパターニングする工程と、
前記電極構成膜をパターニングした後、前記シリコン窒化膜をストッパ膜としたCMPにより前記マスク膜を除去する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【0009】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、ゲート電極を有する半導体装置の製造方法であって、
基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、前記ゲート電極を構成する電極構成膜を形成する工程と、
前記電極構成膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上に、前記電極構成膜と同じ材料のマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜の上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記マスク膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記マスク膜をマスクとしたドライエッチングにより、前記シリコン窒化膜及び前記電極構成膜をパターニングするとともに、前記マスク膜を除去する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【0011】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。詳細には、図1は、ゲート電極を有する半導体装置の製造方法を示す図である。
【0012】
先ず、図1(a)に示すように、基板1上にゲート絶縁膜2としてゲート酸化膜を形成する。次に、ゲート絶縁膜2上に、ゲート電極を構成する電極構成膜として、第1のポリシリコン膜3、高融点金属窒化膜4、高融点金属シリサイド膜5および高融点金属膜6を順次形成する。そして、高融点金属膜6上に、ゲート電極と上層配線(図示省略)とを絶縁するためのシリコン窒化膜7を形成する。次いで、シリコン窒化膜7上に、マスク膜8として第2のポリシリコン膜を形成する。さらに、第2のポリシリコン膜8上に、フォトリソグラフィ技術によりレジストパターン9を形成する。
【0013】
ここで、マスク膜8は、上記電極構成膜3,4,5,6の何れかの膜と同じ材料の膜が好適である。高融点金属窒化膜4は、窒化タンタル(TaN)膜、窒化チタン(TiN)膜等のバリアメタル膜である。高融点金属シリサイド膜5は、例えば、タングステンシリサイド(WSi2)膜、モリブデンシリサイド(MoSi2)膜、タンタルシリサイド(TaSi2)膜、チタンシリサイド(TiSi2)膜等である。高融点金属膜6は、例えば、タングステン(W)膜、モリブデン(Mo)膜、タンタル(Ta)膜、チタン(Ti)膜、アルミニウム(Al)等である。
【0014】
次に、図1(b)に示すように、レジストパターン9をマスクとしたエッチングにより、第2のポリシリコン膜8をパターニングする。その後、レジストパターン9を除去する。
そして、図1(c)に示すように、第2のポリシリコン膜8のパターンをマスクとしたエッチングにより、シリコン窒化膜7をパターニングする。
【0015】
次に、図1(d)に示すように、第2のポリシリコン膜8のパターンをマスクとしたエッチングにより、高融点金属膜6、高融点金属シリサイド膜5、高融点金属窒化膜4、第1のポリシリコン膜3をパターニングする。すなわち、パターニングされた第2のポリシリコン膜8をマスクとして電極構成膜6,5,4,3をパターニングする。
【0016】
次に、図1(e)に示すように、第2のポリシリコン膜8を残したままで、基板1の全面にシリコン窒化膜10を形成し、このシリコン窒化膜10を異方性エッチングすることにより、少なくとも電極構成膜(3,4,5,6)の側壁を覆うサイドウォール10を形成する。
【0017】
次に、図1(f)に示すように、基板1の全面に層間絶縁膜11としてのシリコン酸化膜を形成する。
次に、図1(g)に示すように、シリコン酸化膜11内に、SAC(Self Align Contact)法によりコンタクトホール12を形成する。
【0018】
次に、図1(h)に示すように、コンタクトホール12内を含む基板1全面に、導電膜13としてのポリシリコン膜を形成する。ここで、導電膜13としては、マスク膜8と同じ材料の膜を形成する。これにより、コンタクトホール12内にポリシリコン膜13が埋め込まれる。
【0019】
次に、図1(i)に示すように、シリコン窒化膜7をストッパ膜としてCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化する。これにより、不要なポリシリコン膜13及びシリコン酸化膜11が除去されるとともに、第2のポリシリコン膜8が除去され、ゲート配線間にコンタクトプラグ13aとしてのポリシリコンプラグが形成される。
その後、図示しないが、シリコン窒化膜7上に配線を形成する。
【0020】
以上説明したように、本実施の形態1では、電極構成膜(3,4,5,6)上にシリコン窒化膜7とポリシリコン膜8とを形成し、レジストパターン9をマスクとしたエッチングによりポリシリコン膜8をパターニングし、ポリシリコン膜8のパターンをマスクとしたエッチングによりシリコン窒化膜7と電極構成膜(3,4,5,6)をパターニングした。そして、シリコン窒化膜7をストッパ膜とするCMPによりポリシリコン膜8を除去した。
本実施の形態1によれば、レジストパターン9のエッチング耐性が低い場合でも、シリコン窒化膜7上にマスク膜8としてポリシリコン膜を形成することにより、シリコン窒化膜7の肩落ちを防止することができ、ラフネスの少ないゲート電極構造が得られる。また、ゲート電極の断線を防止することができる。また、シリコン窒化膜7上の配線と、ゲート電極との絶縁を確保することができる。従って、微細なゲート電極を精度良く形成することができ、ゲート配線の信頼性を向上させることができる。
【0021】
また、本実施の形態1では、マスク膜8の材料に、コンタクトプラグ13aの材料と同じものを用いた。すなわち、マスク膜8とコンタクトプラグ13aの材料は、ともにポリシリコンである。これにより、導電膜13の不要部分及びマスク膜8をCMPにより除去する際に、選択比をより高めることができる。
なお、本実施の形態1では、コンタクトプラグ13aとしてポリシリコンプラグを形成しているが、タングステンプラグを形成してもよい。この場合、マスク膜8としてタングステン膜を形成することにより、CMPにおける十分な選択比が得られる。
【0022】
なお、本実施の形態1では、マスク膜8として第2のポリシリコン膜を形成したが、これに限られず、高融点金属窒化膜、高融点金属シリサイド膜または高融点金属膜を形成してもよい。
【0023】
また、本実施の形態1では、第1のポリシリコン膜3、高融点金属窒化膜4、高融点金属シリサイド膜5および高融点金属膜6を積層してなるゲート電極について説明したが、これに限らず、ゲート電極の構造を適宜変更してもよい。例えば、ゲート電極の特性に応じて、高融点金属窒化膜4や高融点金属シリサイド膜5を形成しなくてもよい(後述する実施の形態2,3についても同様)。
【0024】
実施の形態2.
図2は、本発明の実施の形態2による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。詳細には、図2は、ゲート電極を有する半導体装置の製造方法を示す図である。
【0025】
図2(a)〜(c)に示すように、実施の形態1で説明した図1(a)〜(c)に示す工程と同様の工程を行う。
【0026】
続いて、図2(d)に示すように、第2のポリシリコン膜8のパターンをマスクとしたエッチングにより、電極構成膜である高融点金属膜6、高融点金属シリサイド膜5、高融点金属窒化膜4および第1のポリシリコン膜3をパターニングする。ここで、エッチング時間を制御することにより、上記電極構成膜(6,5,4,3)をパターニングするとともに、第2のポリシリコン膜8が除去される。
その後、図示しないが、シリコン窒化膜7上に配線を形成する。
【0027】
以上説明したように、本実施の形態2では、電極構成膜(3,4,5,6)上にシリコン窒化膜7とポリシリコン膜8とを形成し、レジストパターンをマスクとしたエッチングによりポリシリコン膜8をパターニングし、ポリシリコン膜8のパターンをマスクとしたエッチングによりシリコン窒化膜7と電極構成膜(3,4,5,6)をパターニングした。また、電極構成膜(3,4,5,6)のパターニング時に、エッチング時間を制御することにより、ポリシリコン膜8を除去した。
従って、レジストパターン9のエッチング耐性が低い場合でも、シリコン窒化膜7上にマスク膜8としてポリシリコン膜を形成することにより、従来の製造方法を用いた場合のようなシリコン窒化膜7の肩落ちを防止することができ、ラフネスの少ないゲート電極構造が得られる。また、ゲート電極の断線を防止することができる。また、シリコン窒化膜7上の配線と、ゲート電極との絶縁を確保することができる。従って、微細なゲート電極を精度良く形成することができ、ゲート配線の信頼性を向上させることができる。
【0028】
なお、本実施の形態2では、マスク膜8として第2のポリシリコン膜を形成したが、これに限られず、高融点金属窒化膜、高融点金属シリサイド膜または高融点金属膜を形成してもよい。この場合も、シリコン窒化膜7と電極構成膜(3,4,5,6)のパターニングと、マスク膜8の除去と、を同時に行うことができる。
【0029】
実施の形態3.
図3は、本発明の実施の形態3による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。詳細には、図3は、ゲート電極を有する半導体装置の製造方法を示す図である。
図3(a)〜(e)に示すように、実施の形態1で説明した図1(a)〜(e)に示す工程と同様の工程を行う。
【0030】
次に、図3(f)に示すように、シリコン窒化膜7をストッパ膜としたCMPにより、シリコン窒化膜7上に形成された第2のポリシリコン膜8を除去する。このCMPにより、サイドウォール形成時(図3(e)参照)に第2のポリシリコン膜8上に形成されたシリコン窒化膜10も除去される。
その後、図示しないが、シリコン窒化膜7上に配線を形成する。
【0031】
以上説明したように、本実施の形態3では、電極構成膜(3,4,5,6)上にシリコン窒化膜7とポリシリコン膜8とを形成し、レジストパターンをマスクとしたエッチングによりシリコン窒化膜7と電極構成膜(3,4,5,6)をパターニングした。そして、電極構成膜の側壁にサイドウォール10を形成し、シリコン窒化膜7をストッパ膜とするCMPによりポリシリコン膜8を除去した。
従って、レジストパターン9のエッチング耐性が低い場合でも、シリコン窒化膜7上にマスク膜8としてポリシリコン膜を形成することにより、従来の製造方法を用いた場合のようなシリコン窒化膜7の肩落ちを防止することができ、ラフネスの少ないゲート電極構造が得られる。また、ゲート電極の断線を防止することができる。また、シリコン窒化膜7上の配線と、ゲート電極との絶縁を確保することができる。従って、微細なゲート電極を精度良く形成することができ、ゲート配線の信頼性を向上させることができる。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、微細なゲート電極を精度良く形成し、ゲート配線の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図2】本発明の実施の形態2による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図3】本発明の実施の形態3による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図4】従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
1 基板、 2 ゲート絶縁膜(ゲート酸化膜)、 3 第1のポリシリコン膜、 4 高融点金属窒化膜、 5 高融点金属シリサイド膜、 6 高融点金属シリサイド膜、 7 シリコン窒化膜、 8 マスク膜(第2のポリシリコン膜)、 9 レジストパターン、 10 サイドウォール、 11 層間絶縁膜(シリコン酸化膜)、 12 コンタクトホール、 13 導電膜(ポリシリコン膜)、 13a コンタクトプラグ(ポリシリコンプラグ)。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にゲート電極の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。詳細には、ゲート電極を有する半導体装置の製造方法を示す図である。
先ず、図4(a)に示すように、シリコン基板1上にゲート絶縁膜2を形成する。そして、ポリシリコン膜3、金属窒化膜(バリアメタル膜)4、金属シリサイド膜5、金属膜6およびシリコン窒化膜7を順次形成する。さらに、シリコン窒化膜7上に、フォトリソグラフィ技術によりレジストパターン9を形成する。
【0003】
次に、図4(b)に示すように、レジストパターン9をマスクとしたエッチングにより、シリコン窒化膜7をパターニングする。その後、レジストパターン9を除去する。
次に、図4(c)に示すように、シリコン窒化膜7をマスクとしたエッチングにより、金属膜6、金属シリサイド膜5、バリアメタル膜4、ポリシリコン膜3をパターニングする。
【0004】
最後に、図4(d)に示すように、シリコン基板1の全面にシリコン窒化膜を形成し、このシリコン窒化膜を異方性エッチングすることにより、ゲート電極側面にサイドウォール14を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体素子の高集積化に伴い、ゲート電極の微細化が進んでおり、その最小加工寸法は0.13μmから0.10μmへ、さらには0.10μm以下へと移行しようとしている。このゲート電極の微細化に伴って露光技術も進み、露光の光源に適したレジストの開発も進められている。
【0006】
しかしながら、例えば開発初期のレジストには、エッチング耐性が低く、解像度が悪いレジストもあった。かかるレジストを用いた場合には、シリコン窒化膜7のエッチング時に、レジストパターン9が肩削れしてしまうという問題があった。このため、シリコン窒化膜7の肩削れが生じ、エッチング後のゲート電極がラフネス形状となってしまうという問題があった。また、ゲート電極の断線が生じてしまうという問題もあった。
従って、従来の製造方法では、微細なゲート電極を精度良く形成することができず、ゲート配線の信頼性が低いという問題があった。
【0007】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、微細なゲート電極を精度良く形成し、ゲート配線の信頼性を向上させることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、ゲート電極を有する半導体装置の製造方法であって、
基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、前記ゲート電極を構成する電極構成膜を形成する工程と、
前記電極構成膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上に、マスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜の上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記マスク膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記マスク膜をマスクとしたドライエッチングにより、前記シリコン窒化膜及び前記電極構成膜をパターニングする工程と、
前記電極構成膜をパターニングした後、前記シリコン窒化膜をストッパ膜としたCMPにより前記マスク膜を除去する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【0009】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、ゲート電極を有する半導体装置の製造方法であって、
基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、前記ゲート電極を構成する電極構成膜を形成する工程と、
前記電極構成膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上に、前記電極構成膜と同じ材料のマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜の上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記マスク膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記マスク膜をマスクとしたドライエッチングにより、前記シリコン窒化膜及び前記電極構成膜をパターニングするとともに、前記マスク膜を除去する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【0011】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。詳細には、図1は、ゲート電極を有する半導体装置の製造方法を示す図である。
【0012】
先ず、図1(a)に示すように、基板1上にゲート絶縁膜2としてゲート酸化膜を形成する。次に、ゲート絶縁膜2上に、ゲート電極を構成する電極構成膜として、第1のポリシリコン膜3、高融点金属窒化膜4、高融点金属シリサイド膜5および高融点金属膜6を順次形成する。そして、高融点金属膜6上に、ゲート電極と上層配線(図示省略)とを絶縁するためのシリコン窒化膜7を形成する。次いで、シリコン窒化膜7上に、マスク膜8として第2のポリシリコン膜を形成する。さらに、第2のポリシリコン膜8上に、フォトリソグラフィ技術によりレジストパターン9を形成する。
【0013】
ここで、マスク膜8は、上記電極構成膜3,4,5,6の何れかの膜と同じ材料の膜が好適である。高融点金属窒化膜4は、窒化タンタル(TaN)膜、窒化チタン(TiN)膜等のバリアメタル膜である。高融点金属シリサイド膜5は、例えば、タングステンシリサイド(WSi2)膜、モリブデンシリサイド(MoSi2)膜、タンタルシリサイド(TaSi2)膜、チタンシリサイド(TiSi2)膜等である。高融点金属膜6は、例えば、タングステン(W)膜、モリブデン(Mo)膜、タンタル(Ta)膜、チタン(Ti)膜、アルミニウム(Al)等である。
【0014】
次に、図1(b)に示すように、レジストパターン9をマスクとしたエッチングにより、第2のポリシリコン膜8をパターニングする。その後、レジストパターン9を除去する。
そして、図1(c)に示すように、第2のポリシリコン膜8のパターンをマスクとしたエッチングにより、シリコン窒化膜7をパターニングする。
【0015】
次に、図1(d)に示すように、第2のポリシリコン膜8のパターンをマスクとしたエッチングにより、高融点金属膜6、高融点金属シリサイド膜5、高融点金属窒化膜4、第1のポリシリコン膜3をパターニングする。すなわち、パターニングされた第2のポリシリコン膜8をマスクとして電極構成膜6,5,4,3をパターニングする。
【0016】
次に、図1(e)に示すように、第2のポリシリコン膜8を残したままで、基板1の全面にシリコン窒化膜10を形成し、このシリコン窒化膜10を異方性エッチングすることにより、少なくとも電極構成膜(3,4,5,6)の側壁を覆うサイドウォール10を形成する。
【0017】
次に、図1(f)に示すように、基板1の全面に層間絶縁膜11としてのシリコン酸化膜を形成する。
次に、図1(g)に示すように、シリコン酸化膜11内に、SAC(Self Align Contact)法によりコンタクトホール12を形成する。
【0018】
次に、図1(h)に示すように、コンタクトホール12内を含む基板1全面に、導電膜13としてのポリシリコン膜を形成する。ここで、導電膜13としては、マスク膜8と同じ材料の膜を形成する。これにより、コンタクトホール12内にポリシリコン膜13が埋め込まれる。
【0019】
次に、図1(i)に示すように、シリコン窒化膜7をストッパ膜としてCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化する。これにより、不要なポリシリコン膜13及びシリコン酸化膜11が除去されるとともに、第2のポリシリコン膜8が除去され、ゲート配線間にコンタクトプラグ13aとしてのポリシリコンプラグが形成される。
その後、図示しないが、シリコン窒化膜7上に配線を形成する。
【0020】
以上説明したように、本実施の形態1では、電極構成膜(3,4,5,6)上にシリコン窒化膜7とポリシリコン膜8とを形成し、レジストパターン9をマスクとしたエッチングによりポリシリコン膜8をパターニングし、ポリシリコン膜8のパターンをマスクとしたエッチングによりシリコン窒化膜7と電極構成膜(3,4,5,6)をパターニングした。そして、シリコン窒化膜7をストッパ膜とするCMPによりポリシリコン膜8を除去した。
本実施の形態1によれば、レジストパターン9のエッチング耐性が低い場合でも、シリコン窒化膜7上にマスク膜8としてポリシリコン膜を形成することにより、シリコン窒化膜7の肩落ちを防止することができ、ラフネスの少ないゲート電極構造が得られる。また、ゲート電極の断線を防止することができる。また、シリコン窒化膜7上の配線と、ゲート電極との絶縁を確保することができる。従って、微細なゲート電極を精度良く形成することができ、ゲート配線の信頼性を向上させることができる。
【0021】
また、本実施の形態1では、マスク膜8の材料に、コンタクトプラグ13aの材料と同じものを用いた。すなわち、マスク膜8とコンタクトプラグ13aの材料は、ともにポリシリコンである。これにより、導電膜13の不要部分及びマスク膜8をCMPにより除去する際に、選択比をより高めることができる。
なお、本実施の形態1では、コンタクトプラグ13aとしてポリシリコンプラグを形成しているが、タングステンプラグを形成してもよい。この場合、マスク膜8としてタングステン膜を形成することにより、CMPにおける十分な選択比が得られる。
【0022】
なお、本実施の形態1では、マスク膜8として第2のポリシリコン膜を形成したが、これに限られず、高融点金属窒化膜、高融点金属シリサイド膜または高融点金属膜を形成してもよい。
【0023】
また、本実施の形態1では、第1のポリシリコン膜3、高融点金属窒化膜4、高融点金属シリサイド膜5および高融点金属膜6を積層してなるゲート電極について説明したが、これに限らず、ゲート電極の構造を適宜変更してもよい。例えば、ゲート電極の特性に応じて、高融点金属窒化膜4や高融点金属シリサイド膜5を形成しなくてもよい(後述する実施の形態2,3についても同様)。
【0024】
実施の形態2.
図2は、本発明の実施の形態2による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。詳細には、図2は、ゲート電極を有する半導体装置の製造方法を示す図である。
【0025】
図2(a)〜(c)に示すように、実施の形態1で説明した図1(a)〜(c)に示す工程と同様の工程を行う。
【0026】
続いて、図2(d)に示すように、第2のポリシリコン膜8のパターンをマスクとしたエッチングにより、電極構成膜である高融点金属膜6、高融点金属シリサイド膜5、高融点金属窒化膜4および第1のポリシリコン膜3をパターニングする。ここで、エッチング時間を制御することにより、上記電極構成膜(6,5,4,3)をパターニングするとともに、第2のポリシリコン膜8が除去される。
その後、図示しないが、シリコン窒化膜7上に配線を形成する。
【0027】
以上説明したように、本実施の形態2では、電極構成膜(3,4,5,6)上にシリコン窒化膜7とポリシリコン膜8とを形成し、レジストパターンをマスクとしたエッチングによりポリシリコン膜8をパターニングし、ポリシリコン膜8のパターンをマスクとしたエッチングによりシリコン窒化膜7と電極構成膜(3,4,5,6)をパターニングした。また、電極構成膜(3,4,5,6)のパターニング時に、エッチング時間を制御することにより、ポリシリコン膜8を除去した。
従って、レジストパターン9のエッチング耐性が低い場合でも、シリコン窒化膜7上にマスク膜8としてポリシリコン膜を形成することにより、従来の製造方法を用いた場合のようなシリコン窒化膜7の肩落ちを防止することができ、ラフネスの少ないゲート電極構造が得られる。また、ゲート電極の断線を防止することができる。また、シリコン窒化膜7上の配線と、ゲート電極との絶縁を確保することができる。従って、微細なゲート電極を精度良く形成することができ、ゲート配線の信頼性を向上させることができる。
【0028】
なお、本実施の形態2では、マスク膜8として第2のポリシリコン膜を形成したが、これに限られず、高融点金属窒化膜、高融点金属シリサイド膜または高融点金属膜を形成してもよい。この場合も、シリコン窒化膜7と電極構成膜(3,4,5,6)のパターニングと、マスク膜8の除去と、を同時に行うことができる。
【0029】
実施の形態3.
図3は、本発明の実施の形態3による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。詳細には、図3は、ゲート電極を有する半導体装置の製造方法を示す図である。
図3(a)〜(e)に示すように、実施の形態1で説明した図1(a)〜(e)に示す工程と同様の工程を行う。
【0030】
次に、図3(f)に示すように、シリコン窒化膜7をストッパ膜としたCMPにより、シリコン窒化膜7上に形成された第2のポリシリコン膜8を除去する。このCMPにより、サイドウォール形成時(図3(e)参照)に第2のポリシリコン膜8上に形成されたシリコン窒化膜10も除去される。
その後、図示しないが、シリコン窒化膜7上に配線を形成する。
【0031】
以上説明したように、本実施の形態3では、電極構成膜(3,4,5,6)上にシリコン窒化膜7とポリシリコン膜8とを形成し、レジストパターンをマスクとしたエッチングによりシリコン窒化膜7と電極構成膜(3,4,5,6)をパターニングした。そして、電極構成膜の側壁にサイドウォール10を形成し、シリコン窒化膜7をストッパ膜とするCMPによりポリシリコン膜8を除去した。
従って、レジストパターン9のエッチング耐性が低い場合でも、シリコン窒化膜7上にマスク膜8としてポリシリコン膜を形成することにより、従来の製造方法を用いた場合のようなシリコン窒化膜7の肩落ちを防止することができ、ラフネスの少ないゲート電極構造が得られる。また、ゲート電極の断線を防止することができる。また、シリコン窒化膜7上の配線と、ゲート電極との絶縁を確保することができる。従って、微細なゲート電極を精度良く形成することができ、ゲート配線の信頼性を向上させることができる。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、微細なゲート電極を精度良く形成し、ゲート配線の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図2】本発明の実施の形態2による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図3】本発明の実施の形態3による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図4】従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
1 基板、 2 ゲート絶縁膜(ゲート酸化膜)、 3 第1のポリシリコン膜、 4 高融点金属窒化膜、 5 高融点金属シリサイド膜、 6 高融点金属シリサイド膜、 7 シリコン窒化膜、 8 マスク膜(第2のポリシリコン膜)、 9 レジストパターン、 10 サイドウォール、 11 層間絶縁膜(シリコン酸化膜)、 12 コンタクトホール、 13 導電膜(ポリシリコン膜)、 13a コンタクトプラグ(ポリシリコンプラグ)。
Claims (6)
- ゲート電極を有する半導体装置の製造方法であって、
基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、前記ゲート電極を構成する電極構成膜を形成する工程と、
前記電極構成膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上に、マスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜の上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記マスク膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記マスク膜をマスクとしたドライエッチングにより、前記シリコン窒化膜及び前記電極構成膜をパターニングする工程と、
前記電極構成膜をパターニングした後、前記シリコン窒化膜をストッパ膜としたCMPにより前記マスク膜を除去する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記電極構成膜をパターニングした後、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内にコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内を含む前記基板全面に導電膜を形成する工程と、を更に含み、
前記シリコン窒化膜をストッパ膜としたCMPにより、前記層間絶縁膜内にコンタクトプラグを形成するとともに、前記マスク膜を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項2に記載の製造方法において、
前記マスク膜の材料が、前記コンタクトプラグの材料と同じであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1から3の何れかに記載の製造方法において、
前記マスク材を除去した後、前記シリコン窒化膜上に配線を形成する工程を更に含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - ゲート電極を有する半導体装置の製造方法であって、
基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、前記ゲート電極を構成する電極構成膜を形成する工程と、
前記電極構成膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上に、前記電極構成膜と同じ材料のマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜の上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記マスク膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記マスク膜をマスクとしたドライエッチングにより、前記シリコン窒化膜及び前記電極構成膜をパターニングするとともに、前記マスク膜を除去する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項5に記載の製造方法において、
パターニングされた前記シリコン窒化膜上に配線を形成する工程を更に含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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