JP3932345B2 - 象嵌技法を利用した微細金属パターン形成方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は半導体素子製造方法に関し、特にワードライン(word line)またはビットライン(bit line)のような微細パターン形成において、微細パターンを絶縁する絶縁膜パターンを形成し、絶縁膜パターン間に形成されたホール内に伝導膜材料を伝導膜パターンの高さより低く蒸着するかあるいはホール内に伝導膜材料を蒸着した後、この伝導膜を蝕刻して微細パターンを形成するようにした象嵌技法を利用した半導体素子の微細金属パターン形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
添付した図1ないし図7を参照し従来の象嵌技法を利用した微細金属パターン形成方法を説明する。
【0003】
まず、図1に示したように半導体基板10上に第1絶縁膜11を形成して、第1絶縁膜11を選択的に蝕刻し、金属パターンが形成される部分を露出させる。
【0004】
次に、図2に示したように、全体構造上に第2絶縁膜を蒸着し、第2絶縁膜を全面蝕刻して、第1絶縁膜11側壁に絶縁膜スペーサ12を形成する。
【0005】
次に、図3に示したように、全体構造上に金属膜と下部層(半導体基板)との間の接着力を向上させるための接着膜(glue layer)13を形成し、接着膜13上に接着膜13と金属膜との間の相互反応を抑制するための拡散防止膜14を蒸着した後、図4に示したように、拡散防止膜14上に金属膜15を形成する。
【0006】
次に、図5に示したように、金属膜15,拡散防止膜14及び接着膜13を蝕刻して絶縁膜11及び絶縁膜スペーサ12によって絶縁される金属パターンを形成する。
【0007】
次に、図6に示したように、以後に実施される自己整列コンタクト(Self Align Contact)形成のための第1絶縁膜11の蝕刻工程で、金属パターンを保護するための蝕刻停止膜(etch stop layer)16を蒸着する。
【0008】
次に、図7に示したように、絶縁膜11が露出するまで蝕刻停止膜16を化学的機械的に研磨(chemical mechanical polishing)または蝕刻して金属パターン上にのみ蝕刻停止膜16が残るように平坦化させる。
【0009】
前述のような従来の象嵌技法を利用した微細金属パターン形成方法は、微細金属パターンの主材料である金属膜15を、拡散防止膜14及び接着膜13と共に一度に蝕刻することから工程制御が容易ではなく、拡散防止膜14及び接着膜13が金属膜15の両側面及び底面を取り囲む構造で微細パターンが形成されることにより、金属パターンの主材料である金属膜15の幅が意図したものより狭くなり、速い動作速度を得ることが難しいという問題がある。
【0010】
このような従来の技術を0.13μm以下の線幅を有する高集積素子製造に適用する場合には、金属膜の幅を広く確保するためにスペーサをなす第2絶縁膜12、拡散防止膜14及び接着膜13の厚さをできるだけ減らす必要がある等の工程開発上の難しさがある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するために創案されたものであり、微細パターンの主材料である金属膜の幅をさらに大きく確保することにより素子の動作速度を向上させ、従来の技術におけるような金属膜、拡散防止膜及び接着膜を同時に蝕刻せずに金属膜のみを蝕刻することにより、工程を容易に制御することができる、象嵌技法を利用した半導体素子の微細金属パターン形成方法を提供することにその目的がある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、接着膜(glue layer)及び拡散防止膜を順に形成するステップを含む構成とする。
【0013】
また、上記目的を達成するために本発明は、上記拡散防止膜上に第1絶縁膜を形成し、上記第1絶縁膜を選択的に蝕刻して微細パターン領域を定義する開口部を形成するステップと、上記開口部内の側壁に絶縁膜スペーサを形成するステップと、 金属膜の高さが上記開口部の高さより低くなるように、上記微細パターン領域に金属膜を形成するステップと、上記金属膜上に蝕刻停止膜を形成するステップと、上記絶縁膜パターンを除去して上記拡散防止膜を露出させるステップと、上記蝕刻停止膜を蝕刻マスクとして上記拡散防止膜及び上記接着膜を選択的に蝕刻するステップとを含む構成とする。
【0014】
本発明においては、金属膜と下部層との間の接着力を向上させるための接着膜及び金属膜と接着膜との間の相互反応を防止するための拡散防止膜をまず蒸着して、微細金属パターンの間を絶縁するための絶縁膜を形成し、絶縁膜を蝕刻して微細金属パターンと連結する拡散防止膜を露出させた後、金属膜を形成し、微細金属パターンを形成することにより、微細パターンの主材料である金属膜の幅を増加させて素子の動作速度を向上させるだけでなく金属膜のみを蝕刻することにより、工程を容易に制御可能である点に特徴がある。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターン形成方法を図8ないし図18を参照して説明する。
【0016】
まず、図8に示したように、半導体基板20上に金属膜と下部層(半導体基板)との間の接着力を向上させるための接着膜21と、この接着膜21と金属膜との間の相互反応を抑制するための拡散防止膜22を順に形成する。この際、接着膜21はTi等で形成し、拡散防止膜22をTiNまたはWNx等で形成する。
【0017】
次に、図9に示したように、拡散防止膜22上にSiO2 系列の絶縁物質で第1絶縁膜23を形成し、図10に示したように、第1絶縁膜23を選択的に蝕刻して金属パターンが形成される部分の拡散防止膜22を露出させる第1絶縁膜23パターンを形成した後、図11に示したように、全体構造上にSiNまたはSiON系列の絶縁物質で第2絶縁膜を蒸着し、この後、第2絶縁膜を全面蝕刻して第1絶縁膜23パターンの側壁に絶縁膜スペーサ24を形成する。上記絶縁膜スペーサ24は、以後の第1絶縁膜23パターンを除去する工程で微細金属パターンを保護するためのものである。
【0018】
次に、図12に示したように、金属膜25を形成して金属パターンが形成される領域を埋め込み、図13に示したように、第1絶縁膜23パターンの表面が露出するまで金属膜25を化学的機械的に研磨した後、図14に示したように、金属膜25を蝕刻して第1絶縁膜23パターンより金属膜25が低くなるようにする。
【0019】
次に、図15に示したように、以後に実施される自己整列コンタクト(Self Align Contact)形成のための第1絶縁膜23パターンの除去工程で金属膜25を保護するためにSiNまたはSiON等で蝕刻停止膜(etch stop layer)26を蒸着し、図16に示したように、第1絶縁膜23パターンの表面が露出される時まで蝕刻停止膜26を化学的機械的に研磨または蝕刻して金属膜25上にのみ蝕刻停止膜26が残るように平坦化させる。
【0020】
次に、図17に示したように、第1絶縁膜23のパターンを除去して拡散防止膜22を露出させ、図18に示したように、拡散防止膜22及び接着膜21を選択的に蝕刻して微細金属パターン形成工程を完了する。この際、拡散防止膜22及び接着膜21の蝕刻の際に、蝕刻停止膜26を蝕刻マスクとして利用する。
【0021】
本発明の他の実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターン形成方法を図19ないし図26を参照して説明する。
【0022】
まず、図19に示したように、半導体基板30上に金属膜と下部層(半導体基板)との間の接着力を向上させるための接着膜31及び接着膜31と金属膜との間の相互反応を抑制するための拡散防止膜32を順に形成する。この際、接着膜31はTi等で形成し、拡散防止膜32はTiNまたはWNx等で形成する。
【0023】
次に、図20に示したように、拡散防止膜32上にSiO2 系列の絶縁物質で第1絶縁膜33を形成し、この第1絶縁膜33を選択的に蝕刻して金属パターンが形成される部分の拡散防止膜32を露出させる第1絶縁膜33パターンを形成した後、図21に示したように、全体構造上にSiNまたはSiON系列の絶縁物質で第2絶縁膜を蒸着し、この第2絶縁膜を全面蝕刻して第1絶縁膜33のパターン側壁に絶縁膜スペーサ34を形成する。上記絶縁膜スペーサ34は、以後の第1絶縁膜33パターンの除去工程で微細金属パターンを保護するためのものである。
【0024】
次に、図22に示したように微細金属パターンが形成される領域に選択的な蒸着方法で所望厚さの金属膜35を形成する。この際、金属膜35が第1絶縁膜33パターンより高くならないようにする。
【0025】
次に、図23に示したように、以後に実施される自己整列コンタクト形成のための第1絶縁膜33の蝕刻工程で金属膜35を保護するために、SiNまたはSiON等で蝕刻停止膜36を蒸着し、図24に示したように第1絶縁膜33パターン表面が露出するまで蝕刻停止膜36を化学的機械的に研磨または蝕刻して、金属膜35上のみに蝕刻停止膜36が残るように平坦化させる。
【0026】
次に、図25に示したように、第1絶縁膜33のパターンを除去して拡散防止膜32を露出させ、図26に示したように、拡散防止膜32及び接着膜31を選択的に蝕刻して微細金属パターン形成工程を完了する。この際、拡散防止膜32及び接着膜31の蝕刻の際に蝕刻停止膜36を蝕刻マスクとして利用する。
【0027】
以上説明した本発明は、前述の実施例及び添付した図面により限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で様々な置換,変形及び変更が可能であることは、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する当業者においては自明である。
【0028】
【発明の効果】
上記説明のように本発明においては、従来の象嵌技法を利用した微細金属パターン形成方法に比べて、容易な工程にて微細金属パターンを形成でき、また、金属パターンの幅を増加させることができることから、素子の動作速度を向上させることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図2】従来の象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図3】従来の象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図4】従来の象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図5】従来の象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図6】従来の象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図7】従来の象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図8】本発明の一実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図9】本発明の一実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図10】本発明の一実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図11】本発明の一実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図12】本発明の一実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図13】本発明の一実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図14】本発明の一実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図15】本発明の一実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図16】本発明の一実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図17】本発明の一実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図18】本発明の一実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程を示す断面図である。
【図19】本発明の他の実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程の断面図である。
【図20】本発明の他の実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程の断面図である。
【図21】本発明の他の実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程の断面図である。
【図22】本発明の他の実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程の断面図である。
【図23】本発明の他の実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程の断面図である。
【図24】本発明の他の実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程の断面図である。
【図25】本発明の他の実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程の断面図である。
【図26】本発明の他の実施例にかかる象嵌技法を利用した微細金属パターンの形成工程の断面図である。
【符号の説明】
20、30 半導体基板
21、31 接着膜
22、32 拡散防止膜
23、33 第1絶縁膜
24、34 絶縁膜スペーサ
25、35 金属膜
26、36 蝕刻停止膜
Claims (7)
- 象嵌技法を利用した微細パターン形成方法において、
接着膜(glue layer)及び拡散防止膜を順に形成するステップと、
上記拡散防止膜上に第1絶縁膜を形成し、上記第1絶縁膜を選択的に蝕刻して微細パターン領域を定義する開口部を形成するステップと、
上記開口部内の側壁に絶縁膜スペーサを形成するステップと、
金属膜の高さが上記開口部の高さより低くなるように、上記微細パターン領域に金属膜を形成するステップと、
上記金属膜上のみに蝕刻停止膜を形成するステップと、
上記絶縁膜パターンを除去して上記拡散防止膜を露出させるステップと、
上記蝕刻停止膜を蝕刻マスクとして上記拡散防止膜及び上記接着膜を選択的に蝕刻するステップと、
を含むことを特徴とする象嵌技法を利用した微細金属パターン形成方法。 - 上記金属膜を形成するステップは、
上記絶縁膜スペーサを形成された上記開口部内に金属膜を形成するステップと、
上記第1絶縁膜パターンの表面が露出される時まで上記金属膜を化学的機械的に研磨するステップと、
上記第1絶縁膜パターンの高さより上記金属膜の高さが低くなるようにするために上記金属膜を蝕刻するステップと
を含むことを特徴とする請求項1記載の象嵌技法を利用した微細金属パターン形成方法。 - 上記金属膜を形成するステップは、上記第1絶縁膜パターンの高さより上記金属膜の高さが低くなるように、選択的成長法により前記金属膜を形成することを特徴とする請求項1記載の象嵌技法を利用した微細金属パターン形成方法。
- 上記蝕刻停止膜を形成するステップは、
上記金属膜を形成するステップが完了した全体構造上に上記蝕刻停止膜を形成するステップと、
上記第1絶縁膜パターンの表面が露出される時まで上記蝕刻停止膜を化学的機械的に研磨するステップと、
を含むことを特徴とする請求項1記載の象嵌技法を利用した微細金属パターン形成方法。 - 上記第1絶縁膜はSiO2 の絶縁物質で形成されて、上記絶縁膜スペーサ及び上記蝕刻停止膜は各々SiNまたはSiONの絶縁物質で形成されることを特徴とする請求項1記載の象嵌技法を利用した微細パターン形成方法。
- 上記接着膜はTiの導電物質で構成され、上記拡散防止膜はTiN,WN X (Xは任意の自然数)の導電物質で形成されることを特徴とする請求項1記載の象嵌技法を利用した微細パターン形成方法。
- 上記金属膜は上記開口部の一部を埋め込むように形成され、上記蝕刻停止膜は上記開口部を完全に埋め込むように形成されることを特徴とする請求項1記載の象嵌技法を利用した微細金属パターン形成方法。
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