JP2006148052A - 半導体素子の格納電極形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ハードマスク層パターンを利用して格納電極領域の表面積を増加させ、格納電極用の酸化膜の損傷、及びコンタクト間のブリッジ現象を防止する。
【解決手段】本発明は半導体素子の格納電極形成方法に関し、特にハードマスク層パターンを利用して格納電極領域の表面積を増加させ、格納電極用は酸化膜の損傷、及びコンタクト間のブリッジ現象を防止することができる技術である。
【選択図】図3b
【解決手段】本発明は半導体素子の格納電極形成方法に関し、特にハードマスク層パターンを利用して格納電極領域の表面積を増加させ、格納電極用は酸化膜の損傷、及びコンタクト間のブリッジ現象を防止することができる技術である。
【選択図】図3b
Description
本発明は半導体素子の格納電極形成方法に関し、特にハードマスク層パターンを利用して格納電極領域の表面積を増加させ、格納電極用の酸化膜の損傷、及びコンタクト間のブリッジ現象を防止することができる技術に関するものである。
最近、半導体素子が高集積化されるに伴いセルの大きさが縮小する。従って、格納電極の表面積に比例する静電容量の確保が難しくなっている。
特に、単位セルが一つのMOSトランジスタとキャパシタで構成されたDRAM素子では、広い面積を占めるキャパシタの静電容量を増加させて大きさを縮小させるのが素子製造時の重要な要因である。
特に、単位セルが一つのMOSトランジスタとキャパシタで構成されたDRAM素子では、広い面積を占めるキャパシタの静電容量を増加させて大きさを縮小させるのが素子製造時の重要な要因である。
キャパシタの静電容量は(Eo×Er×A)/Tに示す。ここで、Eoは真空誘電率、Erは誘電体膜の誘電率、Aはキャパシタの面積、そしてTは誘電体膜の厚さを示す。
キャパシタの静電容量を増加させるため、下部格納電極の表面積を増加させるか誘電体膜の厚さを減少させてキャパシタを形成する。
キャパシタの静電容量を増加させるため、下部格納電極の表面積を増加させるか誘電体膜の厚さを減少させてキャパシタを形成する。
図1a〜図1cは、従来の技術の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図等である。
図1aに示されているように、素子分離膜(図示省略)、ゲート電極(図示省略)、ランディングプラグ(図示省略)及びビットライン(図示省略)のような下部構造物を備えた下部絶縁層11を半導体基板(図示省略)の上部に形成する。
下部絶縁層11の上部にPSG膜13とTEOS膜15の積層構造でなる格納電極用の酸化膜15、13を形成する。このとき、前記TEOS膜15はプラズマ化学気相蒸着(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:以下、PECVDと記す)法で形成したものである。
図1aに示されているように、素子分離膜(図示省略)、ゲート電極(図示省略)、ランディングプラグ(図示省略)及びビットライン(図示省略)のような下部構造物を備えた下部絶縁層11を半導体基板(図示省略)の上部に形成する。
下部絶縁層11の上部にPSG膜13とTEOS膜15の積層構造でなる格納電極用の酸化膜15、13を形成する。このとき、前記TEOS膜15はプラズマ化学気相蒸着(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:以下、PECVDと記す)法で形成したものである。
次に、平坦化されたTEOS膜15の上部にハードマスク層パターン17を形成する。
このとき、ハードマスク層パターン17は全体表面の上部にポリシリコン膜(図示省略)を蒸着し、格納電極マスク(図示省略)を利用して前記ポリシリコン膜(図示省略)をエッチングし、BOE溶液で洗浄して形成する。
図1bに示されているように、ハードマスク層パターン17をマスクとして下部絶縁層11に形成されたランディングプラグ(図示省略)が露出するまで、格納電極用の酸化膜15、13をエッチングして格納電極領域19を形成する。
このとき、ハードマスク層パターン17は全体表面の上部にポリシリコン膜(図示省略)を蒸着し、格納電極マスク(図示省略)を利用して前記ポリシリコン膜(図示省略)をエッチングし、BOE溶液で洗浄して形成する。
図1bに示されているように、ハードマスク層パターン17をマスクとして下部絶縁層11に形成されたランディングプラグ(図示省略)が露出するまで、格納電極用の酸化膜15、13をエッチングして格納電極領域19を形成する。
図1cに示されているように、ハードマスク層17を取り除き、全体表面に洗浄工程を行なって格納電極領域19を増加させる。
このとき、前記洗浄工程は格納電極用の酸化膜のボーイング(bowing)現象を誘発し、洗浄溶液による不規則な損失(loss)により「B」のように損傷を誘発する。ここで、「A」は洗浄工程前の格納電極用の酸化膜13、15を示ものである。
次に、後続工程として格納電極用の導電層(図示省略)を蒸着する場合、「B」部分を介し隣接した格納電極領域19の格納電極とブリッジされる。
このとき、前記洗浄工程は格納電極用の酸化膜のボーイング(bowing)現象を誘発し、洗浄溶液による不規則な損失(loss)により「B」のように損傷を誘発する。ここで、「A」は洗浄工程前の格納電極用の酸化膜13、15を示ものである。
次に、後続工程として格納電極用の導電層(図示省略)を蒸着する場合、「B」部分を介し隣接した格納電極領域19の格納電極とブリッジされる。
図2a〜図2cは、従来の技術の他の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図等である。
図2aに示されているように、素子分離膜(図示省略)、ゲート電極(図示省略)、ランディングプラグ(図示省略)及びビットライン(図示省略)のような下部構造物を備えた下部絶縁層21を半導体基板(図示省略)の上部に形成する。
下部絶縁層21の上部にPSG膜23及びTEOS膜25の積層構造でなる格納電極用の酸化膜を形成する。このとき、TEOS膜25はPECVD法で形成する。
図2aに示されているように、素子分離膜(図示省略)、ゲート電極(図示省略)、ランディングプラグ(図示省略)及びビットライン(図示省略)のような下部構造物を備えた下部絶縁層21を半導体基板(図示省略)の上部に形成する。
下部絶縁層21の上部にPSG膜23及びTEOS膜25の積層構造でなる格納電極用の酸化膜を形成する。このとき、TEOS膜25はPECVD法で形成する。
次に、平坦化エッチングされたTEOS膜25の上部にハードマスク層パターン27を形成する。
このとき、ハードマスク層パターン27は全体表面の上部にポリシリコン膜を蒸着し、格納電極マスク(図示省略)を利用して前記ポリシリコン膜をエッチングして形成する。ここで、前記エッチング工程はHBr/Cl2/O2の混合ガスを利用して行なわれる。
このとき、ハードマスク層パターン27は全体表面の上部にポリシリコン膜を蒸着し、格納電極マスク(図示省略)を利用して前記ポリシリコン膜をエッチングして形成する。ここで、前記エッチング工程はHBr/Cl2/O2の混合ガスを利用して行なわれる。
一方、ハードマスク層パターン27はエッチング工程時に損傷され予定された「X」より小さい大きさに形成される。
図2bに示されているように、ハードマスク層パターン27をマスクとして下部絶縁層21に形成されたランディングプラグ(図示省略)が露出するまで、格納電極用の酸化膜25、23をエッチングして格納電極領域29を形成する。このとき、ハードマスク層パターン27は「X」部分より小さい「C」の大きさに形成される。
図2bに示されているように、ハードマスク層パターン27をマスクとして下部絶縁層21に形成されたランディングプラグ(図示省略)が露出するまで、格納電極用の酸化膜25、23をエッチングして格納電極領域29を形成する。このとき、ハードマスク層パターン27は「X」部分より小さい「C」の大きさに形成される。
図2cに示されているように、ハードマスク層パターン27を取り除いて格納電極領域29の表面積を増加させるための洗浄工程を行なう。
このとき、ハードマスク層パターン27は除去工程の時その下部のTEOS膜パターン25aの表面がエッチングされ、上部の尖った構造に形成される。
このとき、ハードマスク層パターン27は除去工程の時その下部のTEOS膜パターン25aの表面がエッチングされ、上部の尖った構造に形成される。
次に、全体表面の上部に格納電極用の導電層(図示省略)を蒸着し、これを平坦化エッチングして格納電極31を形成する。
このとき、「C」のハードマスク層パターン27の部分で隣接した格納電極31と互いに連結されたブリッジ現象が発生する(「D」参照)。
このとき、「C」のハードマスク層パターン27の部分で隣接した格納電極31と互いに連結されたブリッジ現象が発生する(「D」参照)。
前述のように、従来の技術に係る半導体素子の格納電極形成方法は隣接する格納電極とのブリッジ現象を誘発し、半導体素子の特性及び信頼性を低下させて半導体素子の高集積化を難しくするという問題点がある。
本発明は前記の従来の技術に係る問題点を解決するため、特にハードマスク層パターンを利用して格納電極領域の表面積を増加させ、格納電極用の酸化膜の損傷、及びコンタクト間のブリッジ現象を防止することができる半導体素子の格納電極形成方法を提供することにその目的がある。
本発明に係る半導体素子の格納電極形成方法は、
(a)下部絶縁層が備えられた半導体基板上に格納電極用の酸化膜を形成する段階と、
(b)前記格納電極用の酸化膜上に格納電極領域を定義するハードマスクシリサイド層パターンを形成する段階と、
(c)全体表面の上部に洗浄工程を行ない、前記ハードマスクシリサイド層パターンの表面をエッチングする段階と、
(d)前記エッチングされたハードマスクシリサイド層パターンをマスクとしてランディングプラグが露出するまで、前記格納電極用の酸化膜をエッチングし、格納電極を形成する段階とを含むことを特徴とする。
なお、本発明に係る半導体素子の格納電極形成方法は、
(a)下部絶縁層が備えられた半導体基板上に格納電極用の酸化膜を形成する段階と、
(b)前記格納電極用の酸化膜上にハードマスク層パターンを形成する段階と、
(c)前記ハードマスク層パターンをマスクとしてランディングプラグを露出するまで、前記格納電極用の酸化膜をエッチングして格納電極領域を形成する段階と、
(d)前記ハードマスク層パターンを含む格納電極領域の表面を洗浄し、前記ハードマスク層パターンを取り除く段階とを含むことを特徴とする。
(a)下部絶縁層が備えられた半導体基板上に格納電極用の酸化膜を形成する段階と、
(b)前記格納電極用の酸化膜上に格納電極領域を定義するハードマスクシリサイド層パターンを形成する段階と、
(c)全体表面の上部に洗浄工程を行ない、前記ハードマスクシリサイド層パターンの表面をエッチングする段階と、
(d)前記エッチングされたハードマスクシリサイド層パターンをマスクとしてランディングプラグが露出するまで、前記格納電極用の酸化膜をエッチングし、格納電極を形成する段階とを含むことを特徴とする。
なお、本発明に係る半導体素子の格納電極形成方法は、
(a)下部絶縁層が備えられた半導体基板上に格納電極用の酸化膜を形成する段階と、
(b)前記格納電極用の酸化膜上にハードマスク層パターンを形成する段階と、
(c)前記ハードマスク層パターンをマスクとしてランディングプラグを露出するまで、前記格納電極用の酸化膜をエッチングして格納電極領域を形成する段階と、
(d)前記ハードマスク層パターンを含む格納電極領域の表面を洗浄し、前記ハードマスク層パターンを取り除く段階とを含むことを特徴とする。
本発明に係る半導体素子の格納電極形成方法は、隣接する格納電極間のブリッジ現象を防止して半導体素子の製造時に充分な静電容量を確保することができるという効果が得られる。
以下、本発明の好ましい実施の形態を図を参照して詳しく説明する。
図3a〜図3cは、本発明の好ましい第1の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図等である。
図3a〜図3cは、本発明の好ましい第1の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図等である。
図3aに示されているように、素子分離膜(図示省略)、ゲート電極(図示省略)、ランディングプラグ(図示省略)及びビットライン(図示省略)のような下部構造物を備えた下部絶縁層41を半導体基板(図示省略)の上部に形成する。
下部絶縁層41の上部にPSG膜43とTEOS膜45を含む積層構造の格納電極用の酸化膜を形成する。このとき、TEOS膜45はPECVD法で形成する。
次に、平坦化されたTEOS膜45の上部に格納電極領域を定義するハードマスク層パターン47を形成する。
このとき、ハードマスク層パターン47は全体表面の上部にシリサイド膜(図示省略)を蒸着し、格納電極マスク(図示省略)を利用した前記シリサイド膜(図示省略)をエッチングして形成する。
次に、平坦化されたTEOS膜45の上部に格納電極領域を定義するハードマスク層パターン47を形成する。
このとき、ハードマスク層パターン47は全体表面の上部にシリサイド膜(図示省略)を蒸着し、格納電極マスク(図示省略)を利用した前記シリサイド膜(図示省略)をエッチングして形成する。
図3bに示されているように、ハードマスク層パターン47を含む全体表面の上部に洗浄工程を行ない、前記ハードマスク層パターン47の表面をエッチングする。従って、前記洗浄工程でハードマスク層パターン47の大きさが縮小され格納電極予定領域が増加する。ここで、「E」部分は前記洗浄工程前のハードマスク層パターン47の大きさを示したものである。
このとき、前記洗浄工程はNH4OH、H2O2及びH2Oの混合溶液、HCl、H2O2及びH2Oの混合溶液、又はこれらの組合せのうち選択されたいずれか一つで行なわれるのが好ましい。
さらに、NH4OH、H2O2及びH2Oの混合溶液は25℃以上の温度で、NH4OH:H2O2:H2Oの比率が(1:2:15)〜(1:5:25)であるのが好ましく、HCl、H2O2及びH2Oの混合溶液は70℃以上の温度で、HCl:H2O2:H2Oの比率が(1:3:300)〜(1:6:700)であるのが好ましい。
一方、前記洗浄工程ではハードマスク層パターン47のシリサイド膜とTEOS膜45の酸化膜のエッチング速度比は16:1であるのが好ましく、格納電極領域の大きさに応じて洗浄時間を調節することができる。
さらに、NH4OH、H2O2及びH2Oの混合溶液は25℃以上の温度で、NH4OH:H2O2:H2Oの比率が(1:2:15)〜(1:5:25)であるのが好ましく、HCl、H2O2及びH2Oの混合溶液は70℃以上の温度で、HCl:H2O2:H2Oの比率が(1:3:300)〜(1:6:700)であるのが好ましい。
一方、前記洗浄工程ではハードマスク層パターン47のシリサイド膜とTEOS膜45の酸化膜のエッチング速度比は16:1であるのが好ましく、格納電極領域の大きさに応じて洗浄時間を調節することができる。
図3cに示されているように、ハードマスク層パターン47をマスクとして前記下部絶縁層41に形成されたランディングプラグ(図示省略)が露出するまで、前記格納電極用の酸化膜45、43をエッチングして格納電極領域49を形成する。
図4a〜図4dは、本発明の好ましい第2の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図等である。
図4aに示されているように、素子分離膜(図示省略)、ゲート電極(図示省略)、ランディングプラグ(図示省略)及びビットライン(図示省略)のような下部構造物を備えた下部絶縁層61を半導体基板(図示省略)の上部に形成する。
図4aに示されているように、素子分離膜(図示省略)、ゲート電極(図示省略)、ランディングプラグ(図示省略)及びビットライン(図示省略)のような下部構造物を備えた下部絶縁層61を半導体基板(図示省略)の上部に形成する。
下部絶縁層61の上部にPSG膜63とTEOS膜65を含む積層構造の格納電極用の酸化膜を形成する。このとき、TEOS膜65はPECVD法で形成する。
次に、平坦化されたTEOS膜65の上部に格納電極領域を定義するハードマスク層パターン67を形成する。
このとき、ハードマスク層パターン67はチタニウム、タングステン、タングステン窒化膜又はこれらの組合せのうち選択されたいずれか一つであるのが好ましい。
一方、ハードマスク層パターン67を含む全体表面にBOE溶液を利用した洗浄工程を行なってハードマスク層パターン67をリセスすることができる。
次に、平坦化されたTEOS膜65の上部に格納電極領域を定義するハードマスク層パターン67を形成する。
このとき、ハードマスク層パターン67はチタニウム、タングステン、タングステン窒化膜又はこれらの組合せのうち選択されたいずれか一つであるのが好ましい。
一方、ハードマスク層パターン67を含む全体表面にBOE溶液を利用した洗浄工程を行なってハードマスク層パターン67をリセスすることができる。
図4bに示されているように、ハードマスク層パターン67をマスクとして下部絶縁層61に形成されたランディングプラグ(図示省略)が露出するまで、格納電極用の酸化膜65、63をエッチングして格納電極領域69を形成する。このとき、格納電極領域69は「G」ほどの幅に形成される。
図4cに示されているように、ハードマスク層パターン67を含む格納電極領域69の表面に洗浄工程を行ない、ハードマスク層パターン67を取り除く。このとき、前記洗浄工程時に格納電極領域69の幅は「H」に増加し、同時にハードマスク層パターン67は取り除かれる。
ここで、前記洗浄工程はNH4OH、H2O2及びH2Oの混合溶液を利用した洗浄工程で格納電極領域69の断面積を増加させる。
このとき、前記洗浄工程は40〜90℃の温度でNH4OH:H2O2:H2Oが(1:2:15)〜(1:6:3)の比率であるNH4OH、H2O2及びH2Oの混合溶液を利用して行なわれるのが好ましい。
ここで、前記洗浄工程はNH4OH、H2O2及びH2Oの混合溶液を利用した洗浄工程で格納電極領域69の断面積を増加させる。
このとき、前記洗浄工程は40〜90℃の温度でNH4OH:H2O2:H2Oが(1:2:15)〜(1:6:3)の比率であるNH4OH、H2O2及びH2Oの混合溶液を利用して行なわれるのが好ましい。
さらに、前記洗浄工程において格納電極用の酸化膜63、65とハードマスク層パターン67のエッチング速度比は(1:1300)〜(4:8100)であるのが好ましい。特に、シリコン酸化膜、TEOS膜、BPSG、チタニウム膜、タングステン膜及びタングステン窒化膜のエッチング速度比はそれぞれ1:4:135:1308:1961:8087であるのがさらに好ましい。
図4dに示されているように、全体表面の上部に格納電極用の導電層(図示省略)を蒸着し、これを平坦化エッチングして格納電極71を形成する。
このとき、図4bのように損傷したハードマスク層パターン67の下部に位置するTEOS膜パターン65aは、後続工程においてそれ以上の損傷がないので格納電極71間のブリッジ現象を防止することができる。
このとき、図4bのように損傷したハードマスク層パターン67の下部に位置するTEOS膜パターン65aは、後続工程においてそれ以上の損傷がないので格納電極71間のブリッジ現象を防止することができる。
なお、本発明について、好ましい実施の形態を基に説明したが、これらの実施の形態は、例を示すことを目的として開示したものであり、当業者であれば、本発明に係る技術思想の範囲内で、多様な改良、変更、付加等が可能である。このような改良、変更等も、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
41、61 下部絶縁層
43、63 PSG膜
45、65 TEOS膜
47、67 ハードマスク層パターン
49、69 格納電極領域
65a TEOS膜パターン
71 格納電極
43、63 PSG膜
45、65 TEOS膜
47、67 ハードマスク層パターン
49、69 格納電極領域
65a TEOS膜パターン
71 格納電極
Claims (10)
- (a)下部絶縁層が備えられた半導体基板上に格納電極用の酸化膜を形成する段階と、
(b)前記格納電極用の酸化膜上に格納電極領域を定義するハードマスクシリサイド層パターンを形成する段階と、
(c)全体表面の上部に洗浄工程を行ない、前記ハードマスクシリサイド層パターンの表面をエッチングする段階と、
(d)前記エッチングされたハードマスクシリサイド層パターンをマスクとしてランディングプラグが露出するまで、前記格納電極用の酸化膜をエッチングし、格納電極を形成する段階とを含むことを特徴とする半導体素子の格納電極形成方法。 - 前記洗浄工程はNH4OH:H2O2:H2Oの混合溶液、HCl:H2O2:H2Oの混合溶液、及びこれらの組合せでなるグループから選択されたいずれか一つで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格納電極形成方法。
- 前記NH4OH:H2O2:H2Oの混合溶液は、25℃以上の温度で1:(2〜5):(15〜25)の比率でなることを特徴とする請求項2に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
- 前記HCl:H2O2:H2Oの混合溶液は、70℃以上の温度で1:(3〜6):(300〜700)の比率でなることを特徴とする請求項2に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
- 前記洗浄工程の時ハードマスクシリサイド層パターンと酸化膜のエッチング速度比は16:1であることを特徴とする請求項2に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
- (a)下部絶縁層が備えられた半導体基板上に格納電極用の酸化膜を形成する段階と、
(b)前記格納電極用の酸化膜上にハードマスク層パターンを形成する段階と、
(c)前記ハードマスク層パターンをマスクとしてランディングプラグを露出するまで、前記格納電極用の酸化膜をエッチングして格納電極領域を形成する段階と、
(d)前記ハードマスク層パターンを含む格納電極領域の表面を洗浄し、前記ハードマスク層パターンを取り除く段階とを含むことを特徴とする半導体素子の格納電極形成方法。 - 前記ハードマスク層は金属層であることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
- 前記ハードマスク層パターンは、チタニウム、タングステン、タングステン窒化膜及びこれらの組合せでなるグループから選択されたいずれか一つでなることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
- 前記洗浄工程は、40℃〜90℃の温度と(1:2:15)〜(1:6:30)の比率を有するNH4OH:H2O2:H2Oの混合溶液を利用して行われることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
- 前記洗浄工程の時、酸化膜とハードマスク層のエッチング速度比は(1:1300)〜(4:8100)でなることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
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