JP2010097992A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電膜のドライエッチングに際して、その最中に前記凹部内の開口部近傍にデポジション膜が形成されるようにエッチング条件を選択して行う。
【選択図】図4
Description
a)半導体基板上に、メモリセルトランジスタ、ビット線のコンタクト、ビット線、キャパシタのコンタクトプラグを形成する。この上にキャパシタを形成するためのキャパシタ酸化膜を1〜3μm形成する。
b)このキャパシタ酸化膜に、リソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いてキャパシタのコンタクトプラグの上部が露出するようなキャパシタ孔を形成する。
c)キャパシタ孔内とキャパシタ層間絶縁膜表面を被覆する蓄積電極の下部電極となる導電膜を形成する。
d)導電膜の、層間絶縁膜上の導電膜を除去し、孔の側壁及び底部には導電膜を残す。
層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に選択的に凹部を開口する工程と、
前記凹部の底部及び側壁から層間絶縁膜上面にかけて導電膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上面の導電膜を、前記凹部の底部及び側壁部に存在する導電膜の部分を残したままで、ドライエッチングにより選択的に除去する工程を有し、
前記ドライエッチングは、その最中に前記凹部内の開口部近傍にデポジション膜が形成されるように行われることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
図1は凹部が孔の場合であり、孔内に形成される導電膜は、例えば、キャパシタの下部電極である。図1(a)は平面図、図1(b)は断面図である。例えば、図1の楕円形の孔を形成した場合は長径Lと短径Wとがあるが、本発明で言う開口幅とは、短径Wを意味する。
図2は凹部が溝の場合であり、溝内に形成される導電膜は、例えば、素子領域のウエットエッチングの際に他の領域を保護するガードリングである。図2(a)は平面図、図2(b)は断面図である。
図3〜図5は本発明の製造工程を説明する図である。
図3〜図6を用いて説明する。
図6に示すように、p型の半導体基板101上にセルトランジスタ102、メモリセルコンタクトプラグ103、ビットコンタクト104、第1の層間絶縁膜106、ビット線105を形成する。
このビット線上(図示せず)に、例えばCVD法により、酸化シリコン膜を堆積した後、CMP法による平坦化処理を施して第2の層間絶縁膜111を形成する。
前記ビット線間における前記第2の層間絶縁膜111を貫通して、前記メモリセルコンタクトプラグに達するキャパシタ用コンタクトを開口した後、LP−CVD法でリンドープ多結晶シリコン膜を堆積し、CMP法による平坦化処理を行い、低抵抗の多結晶シリコン膜からなるキャパシタ用コンタクトプラグ112を形成する。
キャパシタの下部電極を支えるためのストッパ絶縁膜121を堆積する。このストッパ絶縁膜121は、例えば、LP−CVDで成膜された窒化シリコン膜であり、膜厚は200nmである。
このストッパ絶縁膜121上に、例えばフッ酸のウエットエッチングのレートがストッパ絶縁膜121よりも大きい第3の層間絶縁膜131を形成する。例えば、LP−CVD法により、膜厚約1000nmの酸化シリコン膜からなる第3の層間絶縁膜131を堆積する。なお、この第3の層間絶縁膜131は、BPSG膜等の不純物をドープした酸化シリコン膜やノンドープド酸化シリコン膜等を適用することもできる。
CMP法により、この第3の層間絶縁膜131の表面を研磨し、表面を平坦化することで、膜厚約800nmの第3の層間絶縁膜131が残る。
リソグラフィー技術を用いて、キャパシタ用孔加工のためのレジスト132に所定のパターンを形成する。レジスト132の下には反射防止膜を用いてもよい。開口幅(径)Wは、例えば1GbDRAMでは100〜200nmである。ここでは150nmとする。平面パターンは、図1(a)のような孔パターンである。
リソグラフィー技術及びエッチング技術により、第3の層間絶縁膜131、ストッパ絶縁膜121を貫通して、前記キャパシタ用コンタクトプラグ112に達する、深さおよそ1000nmのキャパシタ用孔133を形成する(工程(c))。この後、レジスト132をレジスト除去液で除去する。
導電膜141を堆積する。導電膜141は、例えばCVD法で成長されたTiN膜であり、膜厚は例えば25nmである(工程(d))。この導電膜は、下部のキャパシタコンタクトとの接続を良好にするためTi:10nm、TiN:15nmとした積層膜などを用いてもよい。本例では、この導電膜成膜後の、孔の開口径wは100nmとなる。孔深さは約1000nmであるので、アスペクトは10の凹部が形成される。
例えば、ICP(Inductively Coupled Plasma)ドライエッチング装置を用いて、導電膜をエッチングを行う。導電膜がTiNまたはTiN/Ti積層膜の場合、エッチングガスにBCl3を用いることができる。導電膜材料としては、Ti及びその化合物以外に、Zr、Hfおよびこれらの化合物を用いても良く、その場合にもBCl3をエッチングガスとして用いることができる。
BCl3:120sccm、Ar:60sccm、
圧力:0.67Pa(5mTorr)、
ソースパワー:800W、バイアスパワー:50W
でエッチングする。この条件下ではエッチング処理中にデポジション膜152が孔内に堆積される。導電膜がTiNを含み、ガスにBCl3を用いる場合、デポジション膜は、ホウ素とチタンを含む膜であることがEPMA法により確認されている。但し、用いるガスは、これらに限られるものではなく、不揮発性のデポジション膜の生成がデポジション膜のエッチングよりも優先的となるハロゲン系ガスを用いることもできる。また、上記の例ではBCl3ガスをArで希釈して用いているが、他の不活性ガスで稀釈しても良く、また、稀釈しなくてもよい。ドライエッチングでは、デポジションとエッチングの競合によって進むが、層間絶縁膜上面では、デポジション膜の堆積よりもエッチングが進むため、導電膜のエッチングが進む。これに対して、孔内では、エッチングイオン151の進入が減るため、デポジション膜152の堆積が進むと考えられる。
孔の開口径が小さい場合、デポジション膜の成長は著しく特に孔上端近傍で成長し、開口部をふさいでしまうこともある。従来技術では開口部付近の導電膜がエッチングされて残すべき部分に残らない不具合があったのに対して、本発明を適用した場合、このデポジション膜がきわめて有効に働き、開口部付近の導電膜を残すことができる。
隣接するキャパシタの下部電極を電気的に分離するためには、第3の層間絶縁膜131上の導電膜141を完全に除去できるように追加エッチングを行うことが好ましい。しかし、前述の塩素ガス(Cl2)を用いた従来技術の場合は、第3の層間絶縁膜131上の導電膜141のエッチングが概ね除去され一部残りがあるという程度まで進むと、エッチングガスの消費が極端に減少するため凹部側壁部のエッチングレートが早くなり、凹部開口部側壁の導電膜のエッチングやられの問題は一層顕著となる。そのため追加エッチングは制限せざるを得なかった。本発明によれば、上述の追加エッチングにより孔開口部付近の導電膜がエッチングされてしまう不具合に対してもデポジション膜によって保護されるため安全に追加エッチングを施すことができる。このような追加エッチングの際には、導電膜由来のデポジション膜の生成は少なくなり、該デポジション膜のエッチングが進行するが、上記のようにバイアス印加したエッチングでは、孔を形成した層間絶縁膜がたとえばシリコン酸化膜の場合、部分的に層間絶縁膜が露出し始めると層間絶縁膜のエッチングがデポジション膜のエッチングよりも速く進み、また場合によっては、該絶縁膜由来のデポジション膜が導電膜由来のデポジション膜上に生成し、導電膜由来のデポジション膜がエッチングされることを抑制する。その結果、先に形成された導電膜由来のデポジション膜を導電膜側壁上に残したままで層間絶縁膜の追加エッチングが可能となり、さらにプロセスマージンが広くなるという利点も有する。導電膜の下地となる層間絶縁膜としてシリコン酸化膜、シリコン窒化膜を用いる場合にこの効果が顕著である。これは層間絶縁膜がBCl3によってエッチングされることで得られる効果であるが、このエッチングの主機構は、イオンアシストエッチング機構によると考えられる。
第3の層間絶縁膜131上の導電膜141を除去した後、デポジション膜152をウエット系の洗浄液あるいはドライアッシングで除去する。
容量絶縁膜161、例えばTa2O5を膜厚100nm成膜する。
プレート電極162、例えばTiNを150nm成膜する。これにより、円筒型形状を持つDRAMのキャパシタが完成する。以上は、層間絶縁膜の凹部の内壁に設けた導電層の内壁をキャパシタとして利用した場合について説明したが、キャパシタ下部電極形成後、凹部有する層間絶縁膜を例えばウェットエッチングで除去した後、容量絶縁膜、上部電極を形成することで、クラウン型キャパシタを形成することができる。
配線工程を経てDRAMの半導体装置が完成する。171は第4の層間絶縁膜、172はTiN、173はAlCu配線、181は第5の層間絶縁膜である。
第1の実施の形態では、図1に示す孔形状について説明してきたが、図2に示す溝形状であっても、本発明の効果は認められた。DRAMのメモリセル部のキャパシタでは、図1のような孔形状が用いられるが、ガードリング部分では図2に示すライン形状のものが用いられる。
12 層間絶縁膜
13 導電膜形成後の凹部(孔)
14 導電膜形成後の凹部(溝)
101 半導体基板
102 セルトランジスタ
103 セルコンタクトプラグ
104 ビット線コンタクト
105 ビット線
106 第1の層間絶縁膜
111 第2の層間絶縁膜
112 キャパシタ用コンタクトプラグ
121 ストッパ絶縁膜
131 第3の層間絶縁膜
132 レジスト
141 導電膜
151 エッチングイオン
152 デポジション膜
161 容量絶縁膜
162 プレート電極
171 第4の層間絶縁膜
172 TiN
173 AlCu配線
181 第5の層間絶縁膜
Claims (14)
- 層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に選択的に凹部を開口する工程と、
前記凹部の底部及び側壁から層間絶縁膜上面にかけて導電膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上面の導電膜を、前記凹部の底部及び側壁部に存在する導電膜の部分を残したままで、ドライエッチングにより選択的に除去する工程を有し、
前記ドライエッチングは、その最中に前記凹部内の開口部近傍にデポジション膜が形成されるように行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記凹部の前記導電膜形成後の開口幅は300nm以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凹部の前記導電膜形成後の、深さ/開口幅のアスペクト比は5以上であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ドライエッチングは、少なくともホウ素化合物を含むエッチングガスを用い、前記デポジション膜は少なくとも前記導電膜中の成分とホウ素との化合物を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ドライエッチングを行うガスにはBCl3が含まれることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
- 前記導電膜はTiNを含むことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
- 前記デポジション膜は、ホウ素とチタンを含む膜であることを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ドライエッチング工程は、
前記層間絶縁膜上面の前記導電膜を除去する第1のステップと
第1のステップの後に、前記層間絶縁膜上面をエッチングする第2のステップ
を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 - 前記層間絶縁膜は、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜を少なくとも含み、少なくとも前記第2のステップがバイアス印加したエッチングであることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ドライエッチングを行った後の工程において、前記デポジション膜を除去することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凹部は、孔形状を有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凹部内に残存する導電膜はキャパシタの下部電極を構成することを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凹部は、溝形状を有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凹部内に残存する導電膜はガードリングを構成することを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
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