JP2005101604A

JP2005101604A - 半導体素子を製造するためのエッチング方法

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Publication number: JP2005101604A
Application number: JP2004268269A
Authority: JP
Inventors: Won-Jun Lee; 源俊李; In-Seak Hwang; 寅 ▲せき▼ 黄; Yosen Ko; ▲よう▼ ▲せん▼ 高; Byoung-Moon Yoon; 炳文尹
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: US20080102595A1; JP4908748B2; DE102004045492A1; DE102004045492B4

Abstract

【課題】半導体素子を製造するためのエッチング方法を提供する。
【解決手段】誘電体層１４，１６とこの誘電体層１４，１６の上面から部分的に突出している電極１５’を備えるウェーハを提供する。そして、ＬＡＬのような化学溶液を使用してこの誘電体層１４，１６をエッチングする。このエッチング工程を行う前に、化学溶液に含まれている気泡２７の電極への付着を防止するために電極１５’の突出部分を除去するか減少させる。したがって、本発明によれば、化学溶液に含まれている気泡２７によって妨害を受けずに化学溶液で誘電体層１４，１６をエッチングすることができる。
【選択図】図１Ｆ

Description

本発明は、半導体素子の製造方法に係り、特にキャパシタ下部電極のような半導体素子を製造するためのエッチング方法に関する。

ＤＲＡＭ素子のような半導体素子の製造時、半導体製造工程のいろいろな段階でＨＦとＮＨ_４Ｆとを含む化学溶液（“ＬＡＬ”）や希釈化された酸化膜エッチング液（“ＢＯＥ”）のような化学溶液が誘電体層のエッチングに一般的に使われる。

不幸にも、前記化学溶液に含まれている様々な大きさの気泡が半導体基板の表面に付着して、酸化膜の未エッチングまたは未開口のような深刻な問題を引き起こす。デザインルールの減少につれてこのような問題は一層深刻になり、収率を非常に落とす要因として作用する。

したがって、前記化学溶液に含まれている気泡によって引き起こされる問題点を克服できる新しいエッチング方法の開発が至急に要求されている。

本発明の目的は、ＬＡＬのような化学溶液を使用して誘電体層をエッチングするとき、その化学溶液に含まれている気泡によって引き起こされる未エッチングまたは未開口現象などの問題のない、改善された誘電体膜のエッチング方法を提供することである。

本発明の実施の形態によれば、まず誘電体層及び前記誘電体層の上面から部分的に突出している突出部を有する電極を含むウェーハを提供する。そして、前記誘電体層を化学溶液でエッチングする。前記エッチング工程前に、前記電極の突出部を除去するか窪ませる。望ましくは、前記化学溶液に含まれている気泡の前記電極への付着を十分に防止できるほどに前記電極の突出部を除去するか窪ませる。

本発明の他の実施の形態によるエッチング方法は、半導体基板上に第１誘電体層を形成する段階と、前記第１誘電層に開口を形成する段階と、前記開口を含む前記第１誘電体層に導電体膜を蒸着する段階と、前記開口内の前記導電体膜を覆う第２誘電体層を蒸着する段階と、前記第１誘電体層及び前記第２誘電体層の上面が露出されるまで前記導電体膜を含む前記段階により生じた結果物を平坦化してキャパシタ下部電極を形成する段階と、化学溶液を使用して前記第１誘電体層及び第２誘電体層をエッチングする段階と、を含む。そして、前記エッチング段階前に、前記電極の上端部を減少させる。

本発明の技術的思想によれば、誘電体膜のエッチング工程が進行する間に、化学溶液に含まれている気泡がキャパシタ下部電極のような構造物に付着することを防止できる。したがって、化学溶液に含まれている気泡によって妨害を受けずに、ＬＡＬのような化学溶液を使用して誘電体膜をエッチングできる。

したがって、本発明の実施の形態を使用すれば、未エッチング現象によって引き起こされる１ビット不良のような素子の不良が防止できるので、収率を向上させることができる。

以下に、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。ところが、本発明はここで説明する実施の形態により限定されることなく、他の形態で具体化できる。本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想が徹底して完全に開示できるように、また当業者に本発明の思想を十分に伝えるために例示的に提供されるものである。図面において、構成要素の形態は明確性のために誇張されている。そして、明細書全体にわたって同じ参照番号は同じ構成要素を示す。

図１Ａに示すように、ＤＲＡＭのような半導体素子のキャパシタを製造するために、層間絶縁層または予備−金属誘電体層（ｐｒｅ−ｍｅｔａｌｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌａｙｅｒ）１１をウェーハまたは半導体基板１０上に形成する。層間絶縁層１１はシリコン酸化物などの誘電物質で形成できる。

図示されていないが、トランジスタまたはメモリセルを形成するために、ソース／ドレーン領域及びゲート電極のような下部構造物を半導体基板１０上に形成する。次に、通常の一般的な技術を用いて、ストレージノードコンタクトパッド１２を層間絶縁層１１に形成して、その上部に形成されるキャパシタ下部電極と電気的に接続させる。ストレージノードコンタクトパッド１２は、また半導体基板１０の活性領域と電気的に接続される。

次に、層間絶縁層１１を平坦化する。次に、層間絶縁層１１上にエッチング停止層１３を形成する。エッチング停止層１３は、第１誘電体層１４に対して高いエッチング選択比を有する。このような層は従来の一般的な製造方法によって形成しうる。エッチング停止層１３は、例えば、シリコン窒化物を使用して約５００ないし１０００Åの厚さに形成しうる。

第１誘電体層１４をエッチング停止層１３上に形成する。エッチング停止層１３は、第１誘電体層１４のみならずその上部に形成される第２誘電体層１６を除去するための後続エッチングリフトオフ（ｅｔｃｈｉｎｇｌｉｆｔ−ｏｆｆ）工程でエッチング停止点としての役割を果たす。

第１誘電体層１４は低温化学気相蒸着（ＬＰＣＶＤ）工程のような従来の方法を利用して約３０００ないし２００００Åの厚さを有するシリコン酸化物で形成することが望ましい。第１誘電体層１４は、プラズマ−強化テトラエチルオルソシリケート（ＰＥ−ＴＥＯＳ）の単一膜やＰＥ−ＴＥＯＳ層を含む複合膜でありうる。

図１Ｂに示すように、エッチング停止層１３をエッチング停止点として使用して第１誘電体層１４をエッチングまたはパターニングすることによって、コンタクトパッド１２の一部を露出させるストレージノード開口１８を第１誘電体層１４に形成する。第１誘電体層１４に対するエッチングまたはパターニングには、従来技術によるフォトリソグラフィ及びエッチング工程を使用する。そして、ストレージノード開口１８の中に露出されるエッチング停止膜１３を除去する。

図１Ｃに示すように、キャパシタ下部電極１５’（図１Ｄ参照）を形成するために、ドーピングされたポリシリコン、Ｐｔ、ＲｕまたはＴｉＮなどの物質で形成された導電体膜１５を、ストレージノード開口１８を含む第１誘電体層１４とストレージノードコンタクトパッド１２上に形成する。次に、前記ストレージノードコンタクトパッド１２に接続され、かつ前記開口１８内にある導電体膜１５上に、第２誘電体層１６を形成する。第２誘電体層１６は、シリコン酸化物で約１０、０００ないし３０、０００Åの厚さに形成することが望ましい。第１誘電体層１４及び第２誘電体層１６を形成するために、当業者にとって自明なものであって、シリコン酸化物でない他の適切な誘電物質が使用可能である。

図１Ｄに示すように、第１誘電体層１４と第２誘電体層１６の上面が露出されるまで、前記導電体膜１５を含む第１誘電体層１４及び第２誘電体層１６を平坦化して、ノード分離されたキャパシタ下部電極１５’を形成する。

前記平坦化工程は化学機械研磨（ＣＭＰ）またはエッチバック工程のような通常の工程を使用して行える。ＣＭＰ工程を使用する場合には、キャパシタ下部電極１５’と第１誘電体層及び第２誘電体層１４、１６に対してエッチング選択比のあるスラリーを使用することが望ましい。エッチバック工程を使用する場合には、キャパシタ下部電極１５’と、第１誘電体層及び第２誘電体層１４、１６の間で、エッチング選択比のあるエッチング液を使用することが望ましい。

図１Ｅに示すように、平坦化工程時に発生するエッチバック残留物またはＣＭＰ残留物を除去する洗浄工程において、望ましくはＨＦを使用する。例えば、円形状または楕円形状のキャパシタ下部電極１５’の上部はＨＦを使用する湿式洗浄工程のため、誘電体層１４、１６の表面から突出されることがある。これは、ＨＦはポリシリコンなどで形成されたキャパシタ下部電極は実質的にほとんどエッチングしないが、一方で、シリコン酸化膜のような誘電体層は選択的にエッチングするためである。残留物を除去するための洗浄工程では、当業界で公知技術である他の適切な洗浄液を使用しても良い。

図１Ｇに示すように、従来のリフトオフ工程を使用して第１誘電体層１４及び第２誘電体層１６を同時に除去することによって、キャパシタ下部電極１５’を完成する。特に、第１誘電体層１４と第２誘電体層１６はＬＡＬのような化学溶液を使用してエッチングする。この湿式エッチング工程では、一般的にＬＡＬというエッチング液を使用するが、ＬＡＬ以外の他の適切な湿式エッチング液も使用可能である。

しかし、図２Ａに示されているように、ＬＡＬのような化学溶液にある気泡２７はキャパシタ下部電極１５’の突出部に容易に付着する。このような気泡２７の付着は、キャパシタ下部電極１５’の平面形状が円形や楕円形の場合に特によく発生する。これは、前記形状の場合に気泡２７が容易に閉じ込められるためである。

デザインルールの減少によって前記の問題はより重要なものになるが、これは、キャパシタ下部電極１５’に閉じ込められている望ましくない気泡２７によって、ＬＡＬのような化学溶液の誘電体膜１６との接触が遮断されることがあり、その結果、図２Ｂ及び図２Ｃに示されているように未エッチングまたは未開口現象が発生するためである。換言すれば、化学溶液が第２誘電体膜１６と接触することを妨げることにより、誘電体膜１６の一部がエッチングされていない状態で残留するようになる。

図１Ｆにおいて、前記の問題点を解決するために、本発明の実施の形態では、従来のリフトオフ工程、すなわち、第１誘電体層１４と第２誘電体層１６を除去するための湿式エッチング工程の前に、前記化学溶液に含まれている気泡２７の前記電極１５’または半導体基板１０への付着を十分に防止できるように、キャパシタ下部電極１５’の上端部を除去するか減少させる。

望ましくは、前記化学溶液に含まれている気泡２７の前記電極１５’または前記半導体基板１０への付着を防止するように、前記電極１５’の上面が前記誘電体膜１４、１６の上面の下方に十分な深さだけ窪むように前記突出部を減少させる。その結果、前記電極１５’の上面が第１誘電体膜１４と第２誘電体膜１６の上面より低くなる。さらに望ましくは、前記電極１５’の上面を前記第１誘電体層１４より少なくとも５００Å程度は低くする。

前記方法の代りに、前記キャパシタ下部電極１５’の上面が前記第１誘電体膜１４の上面と実質的に同じ高さになるように前記キャパシタ下部電極１５’の上部を減少させても良い。

しかし、当業者ならば前述した実施の形態に限定されるものではないという点を理解しうる。例えば、前記キャパシタ下部電極１５’の上端部を除去して、前記化学溶液に含まれている如何なる気泡も前記電極１５’または半導体基板１０に接着することを防止できるならば、前記下部電極１５’の上面が前記第１絶縁体層１４の上面から若干突出していても良い。

本発明の他の実施の形態によれば、前記突出部は乾式エッチング工程で減少させる。望ましくは、前記乾式エッチング工程ではＨＢ_４、Ｃｌ_２、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、ＳＦ_６、Ｏ_２、及びこれらの組合わせよりなる群から選択された一つのエッチング液を使用する。代りに、前記突出部は湿式エッチング工程で減少させることもできる。望ましくは、前記湿式エッチング工程ではポリシリコンエッチング液２４を使用する。

本発明の他の側面によれば、図１Ｄを参照して説明したように、前記第１及び第２絶縁体層１４、１６を平坦化するためのエッチバック工程の間に、前記電極１５’の上端部は自然に減少させうる。これは、例えば、ポリシリコンエッチング液の比率を高めることによって達成できる。

前記方法の代りに、図１Ｄを参照して説明したように、前記第１及び第２絶縁体層１４、１６を平坦化するためのＣＭＰ工程の間に、前記電極１５’の上端部は自然に減少させうる。例えば、前記ＣＭＰ工程は２段階工程で行える。すなわち、まず被研磨対象が平坦化されるまで従来のようなＣＭＰ工程を行う。次に、ＣＭＰスラリーのうちポリシリコンエッチング液の比率を増加させて前記電極１５’の上端部を減少させる。

しかし、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではない。当業者ならば前記電極１５’の上端部を減少させるための他の適切な方法が同等に本発明に適用可能なことを理解しうる。

本発明はキャパシタの製造方法に対して示し、記述したが、本発明がこれに限定されるものと解釈されてはならない。特許請求の範囲によって決まる本発明の思想及び範囲を逸脱せずに、本発明は、電極や他の導電層が誘電体構造物の上面から突出している誘電体構造物をエッチングするために、その内部に気泡を含んでいる化学溶液を使用する如何なる湿式エッチング工程に対しても適用可能である。

本発明は半導体素子の製造産業に適用できる。特に、湿式エッチング工程を含む半導体製造分野で適用可能である。本発明によれば、化学溶液を使用する湿式エッチング工程において、その化学溶液に含まれている気泡によって誘電体膜の未エッチング現象を防止することによって、半導体素子の不良が防止でき、その結果収率を向上させうる。

本発明の実施の形態によるエッチング方法を示す断面図である。本発明の実施の形態によるエッチング方法を示す断面図である。本発明の実施の形態によるエッチング方法を示す断面図である。本発明の実施の形態によるエッチング方法を示す断面図である。本発明の実施の形態によるエッチング方法を示す断面図である。本発明の実施の形態によるエッチング方法を示す断面図である。本発明の実施の形態によるエッチング方法を示す断面図である。ＬＡＬのような化学溶液に含まれている気泡が円形のキャパシタ下部電極に付着されることを示す断面図である。化学溶液に存在する気泡によって引き起こされるキャパシタ下部電極内部の未エッチング部分を示す断面図である。図２Ｂに示されているキャパシタ下部電極を含む半導体素子の未エッチング部分を示す平面図である。

符号の説明

１０半導体基板、
１１層間絶縁層、
１２ストレージノードコンタクトパッド、
１３エッチング停止層、
１４第１誘電体層、
１５’ キャパシタ下部電極、
１６第２誘電体層、
２４ポリシリコンエッチング液。

Claims

誘電体層及び前記誘電体層の上面から部分的に突出している電極を備えたウェーハを提供する段階と、
化学溶液で前記誘電体層をエッチングする段階と、
前記エッチング段階の前に前記電極の突出部を減少させる段階と、を含むエッチング方法。
前記電極の突出部は、前記化学溶液に含まれている気泡の前記電極への付着を十分に防止できるほどに減少させることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
前記突出部を減少させる段階は、前記誘電体層の上面の下方に前記電極の上面を窪ませることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
前記窪まされた上面は、前記誘電体層の上面より少なくとも５００Å窪まされていることを特徴とする請求項３に記載のエッチング方法。
前記突出部を減少させる段階は、前記電極の上面を前記誘電体層の上面と実質的に同じ高さにすることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
前記化学溶液に含まれている如何なる気泡も前記電極に付着されることを防止できる程度に、前記下部電極の上面は前記誘電体層の上面より若干高いことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
前記突出部を減少させる段階は、乾式エッチング工程で行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
前記乾式エッチングは、ＨＢ_４、Ｃｌ_２、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、ＳＦ_６、Ｏ_２、及びこれらの組合わせよりなる群から選択された一つのエッチング液を使用することを特徴とする請求項７に記載のエッチング方法。
前記突出部を減少させる段階は、湿式エッチング工程で行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
前記湿式エッチング工程は、ポリシリコンエッチング液を使用することを特徴とする請求項９に記載のエッチング方法。
半導体基板上に第１誘電体層を形成する段階と、
前記第１誘電体層に開口を形成する段階と、
前記開口を含む前記第１誘電体層上に導電層を形成する段階と、
前記開口内の前記導電体膜上に第２誘電体層を形成する段階と、
上端部を有するキャパシタ下部電極を形成するために、前記第１誘電体層の上面が露出されるまで前記導電体膜を含む前記結果物を平坦化する段階と、
前記電極の上端部を減少させる段階と、
その後、化学溶液を使用して前記第１誘電体層及び第２誘電体層をエッチングする段階と、を含むエッチング方法。
前記電極の上端部は、前記化学溶液に含まれている如何なる気泡も前記電極に付着されないように減少されていることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
前記上端部を減少させる段階は、前記第１誘電体層の上面の下方に前記電極の上面を窪ませることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
前記窪まされた上面は、前記誘電体層の上面より少なくとも５００Å窪まされていることを特徴とする請求項１３に記載のエッチング方法。
前記電極の上端部を減少させる段階は、前記電極の上面を前記誘電体層の上面と実質的に同じ高さにすることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
前記化学溶液に含まれている如何なる気泡も前記電極に付着されることを防止できる程度に、前記電極の上端部は前記第１誘電体層の上面より若干高いことを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
前記平坦化段階は、ＣＭＰ工程で行うことを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
前記ＣＭＰ工程は、前記下部電極と前記誘電体層との間にエッチング選択比のあるスラリーを使用して行うことを含むことを特徴とする請求項１７に記載のエッチング方法。
前記上端部を減少させる段階は、前記ＣＭＰ工程中に行うことを特徴とする請求項１７に記載のエッチング方法。
前記平坦化段階は、エッチバック工程で行うことを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
前記上端部を減少させる段階は、前記エッチバック工程中に行うことを特徴とする請求項２０に記載のエッチング方法。
前記エッチバック工程は、前記下部電極と前記誘電体層との間にエッチング選択比のあるエッチング液を使用して行うことを含むことを特徴とする請求項２０に記載のエッチング方法。
前記上端部を減少させる段階は、乾式エッチング工程で行うことを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
前記乾式エッチングは、ＨＢ_４、Ｃｌ_２、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、ＳＦ_６、Ｏ_２、及びこれらの組合わせよりなる群から選択された一つのエッチング液を使用することを特徴とする請求項２３に記載のエッチング方法。
前記上端部を減少させる段階は、湿式エッチング工程で行うことを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
前記湿式エッチング工程は、ポリシリコンエッチング液を使用することを特徴とする請求項２５に記載のエッチング方法。
前記結果物を平坦化する段階の後で、前記電極の上端部を減少させる段階の前に、エッチング残留物を減少させるために、前記電極を含む前記第１誘電体層及び第２誘電体層を洗浄する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
前記洗浄段階は、ＨＦを使用する工程を含むことを特徴とする請求項２７に記載のエッチング方法。
前記キャパシタ下部電極は、平面形状が円形または楕円形であることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
半導体基板上に第１誘電体層を形成する段階と、
前記第１誘電体層に開口を形成する段階と、
前記開口を有する前記第１誘電体層上に導電体膜を形成する段階と、
前記開口内の前記導電体膜上に第２誘電体層を形成する段階と、
上端部を有するキャパシタ下部電極を形成するために、前記第１誘電体層の上面が露出されるまで前記導電体膜を含む前記段階により生じた結果物を平坦化する段階と、
前記結果物を平坦化する段階の後に、化学溶液に含まれている如何なる気泡も前記電極に付着されないように前記電極の上端部を減少させる段階と、
その後、前記化学溶液を使用して前記第１誘電体層及び第２誘電体層をエッチングする段階と、を含むエッチング方法。
前記上端部を減少させる段階は、乾式エッチング工程で行うことを特徴とする請求項３０に記載のエッチング方法。
前記乾式エッチングは、ＨＢ_４、Ｃｌ_２、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、ＳＦ_６、Ｏ_２、及びびこれらの組合わせよりなる群から選択された一つのエッチング液を使用することを特徴とする請求項３１に記載のエッチング方法。
前記上端部を減少させる段階は、湿式エッチング工程で行うことを特徴とする請求項３０に記載のエッチング方法。
前記湿式エッチング工程は、ポリシリコンエッチング液を使用することを特徴とする請求項３３に記載のエッチング方法。
前記結果物を平坦化する段階後で、前記電極の上端部を減少させる段階前に、エッチング残留物を減少させるために、前記電極を含む前記第１誘電体層及び第２誘電体層を洗浄する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載のエッチング方法。
前記洗浄段階は、ＨＦを使用する工程を含むことを特徴とする請求項３５に記載のエッチング方法。
前記キャパシタ下部電極は、平面形状が円形または楕円形であることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
前記上端部を減少させる段階は、前記第１誘電体層の上面の下方に前記電極の上面を窪ませることを特徴とする請求項３０に記載のエッチング方法。
前記窪まされた上面は、前記誘電体層の上面より少なくとも５００Å窪まされていることを特徴とする請求項３８に記載のエッチング方法。
前記電極の上端部を減少させる段階は、前記電極の上面を前記誘電体層の上面と実質的に同じ高さにすることを特徴とする請求項３０に記載のエッチング方法。
前記化学溶液に含まれている如何なる気泡も前記電極に付着されることを防止できる程度に、前記電極の上端部は前記第１誘電体層の上面より若干高いことを特徴とする請求項３０に記載のエッチング方法。