JP4538272B2 - 湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
このようなコンタクトプラグの形成においては、下部で最小領域内で広く接触面積をとり、上部では後続工程に対して接触マージンを広げるために下部より広く接触面積をとる、下部に比べ上部の面積が大きいランディングプラグコンタクト(Landing plug contact)技術が導入され通常使用されている(例えば、特許文献1参照)。
そのため、高いアスペクト比を有する導電パターン間に発生する空間を埋め込むための技術が必要となってきている。しかし、優れたギャップフィル(Gap−filling)特性を有するBPSG(Boro Phospho Silicate Glass)膜は800℃以上の高温熱流動工程を必要とし、素子の側面にBPSGが拡散するという問題点がある。
以下、流動性絶縁膜であるSOG膜を例にあげて説明する。
最近では、SOG膜用の物質中に平均分子量が1000〜10000程度のシラザン(Silazane)系が主に使用されている。シラザンは−(SiR1R2NR3)n−で表し、ペルヒドロポリシラザンと有機ポリシラザンなどに区分される。ここで、ペルヒドロポリシラザンはR1、R2及びR3はいずれも水素からなり、有機ポリシラザンはR1、R2及びR3がそれぞれアリル基(炭素1〜8個のアリル基)やその他アリル基、アルコキシ基などの有機原子団から構成されている。
ポリシラザンを塗布した後、ベークして溶媒成分を除去する。ベーキングは80〜350℃程度のプリべークと400℃前後のハードベ−ク、及びこれらの組み合わせであってもよい。この過程によってSOG膜から溶媒成分とシランガス、その他の窒素、水素を含む成分がガス状で排出される。
しかし、半導体基板上にSOG膜を塗布した後、硬化工程を行う時、膜の底部までは充分な緻密化がなされず、SOG膜の下層になるほどコンタクト形成工程後に行う湿式洗浄工程に対して非常に脆弱な特性を示す。
図1(a)は、層間絶縁膜ILD1としてBPSG膜を使用した場合を示すものであり、SACエッチング工程後、コンタクトホールC1が形成されていることが確認でき、図1(b)は、層間絶縁膜ILD2としてSOG膜を使用した場合SACエッチング工程によってコンタクトホールC2が形成されていることが確認できる。
図2(a)は、図1の(a)のA−A’線方向に沿った断面図であり、コンタクトホール形成のためのSACエッチング工程後、コンタクト底面のCD(Critical Dimension)確保及びエッチング残留物除去のために行うBOE(Bufferd Oxide Etchant)溶液を使用した湿式洗浄工程において、層間絶縁膜ILD1に対するアタックが上下部に亘り、全体的に発生しなかったことが分かる。
図3(a)は、層間絶縁膜ILD1としてBPSG膜を使用した場合を示すもので、コンタクトホールを含む全面にプラグ形成用導電膜(例えば、ポリシリコン膜)を全面に蒸着した後に行う化学機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing;以下、「CMP」と記す)工程により形成された複数のプラグP1が層間絶縁膜ILD1によって互いに離隔されていることを示す。BPSG膜を層間絶縁膜ILD1として使用した場合、層間絶縁膜ILD1に対するアタックを受けないので、プラグP1間の電気的短絡または絶縁特性の劣化のような問題点が発生しないことが分かる。
したがって、SOG膜の硬化される深さの限界によって発生する膜の緻密度の差によって、発生する湿式洗浄工程におけるアタックを防止できる工程技術が必要となってきている。
図4に示すように、ウェル及びフィールド酸化膜などのように半導体素子を構成するための複数の要素が形成された基板(図示せず)上に複数のゲート電極パターンG1〜G5が一定間隔で配置されており、ゲート電極パターンG1〜G5と直交する方向に複数のT字状(T−Type)のランディングプラグコンタクト形成のためのコンタクトホールパターンLP1〜LP7が形成されている。
すなわち、C1〜C12はストレージノードコンタクトが形成される領域を示し、C13〜C17は後続する工程によってビットラインコンタクトが行われる領域を示す。
以下、本実施例では上述した図4の平面図のA−A’及びB−B’線方向に沿った断面を例にその工程について説明する。
以下に説明する本発明の実施例では、半導体素子のコンタクトホールパターン形成工程を例にあげて説明するが、本発明の採用対象となるコンタクトホールパターンは金属配線コンタクトとビットライン、またはキャパシタのストレージノードコンタクトのためのソース/ドレイン接合などの基板内の不純物接合層とのコンタクト、及びコンタクトパッド形成のための工程などに採用可能である。
ゲート絶縁膜51はシリコン酸化膜などの通常の酸化膜系の物質膜を使用し、ゲート導電膜52はポリシリコン、タングステン(W)、タングステン窒化膜(WNX)、タングステンシリサイド(WSiX)などを単独またはこれらを組合わせて使用する。
ゲート電極パターンG2〜G5の間の基板50にソース/ドレイン接合などの不純物拡散領域(図示せず)を形成する。
流動性絶縁膜55は上述したように、ゲート電極パターンG2〜G5の間のアスペクト比増加によるギャップフィル特性を向上させるために採用するものであり、スピンコーティングなどの方式を使用して塗布する。
流動性絶縁膜としては、SOG膜やAPL膜を使用することができる。
ポリシラザンを塗布したら、ベークして溶媒成分を除去する。ベーキングは80〜350℃程度のプリべークと400℃前後のハードベ−ク、及びそれらの組み合わせであってもよい。この工程を通し、SOG膜から溶媒成分とシランガス、その他の窒素、水素を含む成分がガス状で排出される。
硬化は600℃〜700℃の温度で10分〜1時間程度を1回〜2回以上、複数回行い、この時雰囲気ガスとしてH2O、O2、N2、H2、N2Oなどを単独、または組み合わせてを使用する。
APL膜形成の第1のステップは、APL膜の接着及びフロー特性を向上させるために基板の底部層に対してプラズマ処理を行う。この時、PE−CVDチャンバーでN2OまたはN2ガスを供給しながら、チャンバー内の圧力は400mTorr程度に維持して500W程度のパワーを使用してプラズマ処理を行う。
(式1)
SiH4+H2O2→Si(OH)4→SiOxHy
次に、第3のステップでSiH4とN2O(及び/またはN2)の雰囲気で炉熱処理を行い、シリコン酸化膜から水素基を除去することによってAPL膜を形成を完成させる。
また、流動性絶縁膜55とフォトレジストとの間、または流動性絶縁膜55と反射防止膜との間にハードマスクを形成することもできる。この時、使用されるハードマスク材料としては窒化膜系の絶縁性物質や、タングステンやポリシリコンなどの導電性物質を使用することできる。
この時、流動性絶縁膜55のエッチングにはSACエッチング工程で用いる通常のレシピを採用する、つまり、CF4、C4F6、C4F8、CH2F2またはC5F8などのガスを主ガスとして使用し、ここにHe、NeまたはArなどのキャリアガスを添加して使用する。
次に、フォトレジストパターン56を除去するが、この場合は通常のフォトレジストストリップ工程を採用する。図6は、コンタクトホール57が形成された工程断面を示す。
この時、第1及び第2アタック防止膜58、59は、コンタクトホール57の底面部での蒸着の厚さがゲート電極パターンG2〜G5の上部での厚さに比べて薄く蒸着されるようにする。ここで、第1アタック防止膜58は、20Å〜150Å程度の薄い厚さで形成される。
図7は、第1及び第2アタック防止膜58、59が形成された工程断面を示す。
洗浄時にはBOEまたはフッ酸(HF)を使用するが、フッ酸の場合、水とフッ酸の割合が50:1〜500:1である薄いフッ酸を使用することが好ましい。
一方、第1及び第2アタック防止膜の残膜58A、59Aがパターンされた流動性絶縁膜55Aの側面と上部を覆っているため、洗浄工程で流動性絶縁膜55に対するアタックが発生しない。
プラグ60形成用の導電性物質膜として最も多く使用される物質は、ポリシリコンであり、Ti、TiNなどのバリヤメタル膜を積層して形成することもでき、タングステンなどを使用することもできる。
最近では、プラグ60を形成するのに、上述した蒸着工程の以外に選択的エピタキシャル成長(Selective Epitaxial Growth)工程もまた多く採用される。
したがって、湿式洗浄工程時に流動性絶縁膜の側面及び上部を、第1及び第2アタック防止膜を用いて覆い、保護することによって、湿式洗浄工程での洗浄液による流動性絶縁膜のアタックを防止することが可能となる。
例えば、上述した本発明の実施の形態ではT字状のSAC工程だけをその例としたが、これ以外にもライン状や、ホール状のSAC工程にも採用が可能で、ゲート電極パターン間だけでなく、ビットライン間をオープンさせる工程(すなわち、ストレージノードコンタクトホール形成工程)、またはビアコンタクト形成工程など多様な半導体製造工程への採用が可能である。
51 ゲート絶縁膜
52 ゲート導電膜
53 ゲートハードマスク
54 エッチング停止膜
54A エッチング停止膜(スペーサ)
55 流動性絶縁膜
55A 流動性絶縁膜(スペーサ)
57 コンタクトホール
58、58A 第1アタック防止膜
59、59A 第2アタック防止膜
60 プラグ
G2〜G5 ゲート電極パターン
Claims (11)
- 基板上に隣接する複数の導電パターンを形成するステップと、
前記導電パターンが形成された形状に沿ってエッチング停止膜を形成するステップと、
前記エッチング停止膜が形成された基板全面に流動性絶縁膜を形成するステップと、
前記流動性絶縁膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして、前記隣接する導電パターン間の前記流動性絶縁膜をエッチングし、前記エッチング停止膜を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、
前記コンタクトホールが形成された全体構造の上部にアタック防止膜を形成するステップと、
前記コンタクトホール底面における前記アタック防止膜及びエッチング停止膜を除去し、
前記基板を露出させるステップと、
前記コンタクトホールの内部を洗浄するステップとを備え、
前記アタック防止膜を形成するステップは、前記コンタクトホールが形成された全面に窒化膜系の第1アタック防止膜を形成するステップと、
前記第1アタック防止膜上に酸化膜系の第2アタック防止膜を形成するステップとを備えることを特徴とする湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法。 - 前記第1及び第2アタック防止膜を形成するステップは、プラズマ化学気相蒸着方式(PECVD)を使用することを特徴とする請求項1に記載の湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法。
- 前記第1アタック防止膜を20Å乃至150Åの厚さで形成することを特徴とする請求項1に記載の湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法。
- 前記流動性絶縁膜は、SOG膜またはAPL(Advanced Planarization Layer)であることを特徴とする請求項1に記載の湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法。
- 前記流動性絶縁膜がSOG膜である場合、前記流動性絶縁膜を形成するステップは、前記SOG膜を塗布するステップと、前記SOG膜を硬化するステップとを備え、
前記硬化するステップは、H2O、O2、N2、H2及びN2Oからなるグループから選択された少なくとも一つのガス雰囲気内、600℃乃至700℃の温度下で、10分乃至60分間行うことを特徴とする請求項4に記載の湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法。 - 前記洗浄するステップ後、露出された基板と電気的に導通されるプラグを形成するステップをさらに備え、
前記プラグを形成するステップは、露出された基板と導通されるようにプラグ形成用導電物質を形成するステップと、
セル領域と周辺回路領域の段差を縮めるために、形成された前記プラグ形成用導電物質の一部をエッチバックして除去するステップと、
前記導電パターンの上部を露出させるために前記プラグ形成用導電物質を研磨して離隔されたプラグを形成するステップと、を備えることを特徴とする請求項1に記載の湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法。 - 前記プラグ形成用導電物質を形成するステップは、前記基板の全面に前記プラグ形成用導電物質を蒸着する方式、または選択的エピタキシャル成長によって、前記露出された基板から成長させる方式を使用することを特徴とする請求項6に記載の湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法。
- 前記フォトレジストパターンは、T字状、ライン状またはホール状のいずれか一つの形状を備えることを特徴とする請求項1に記載の湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法。
- 前記導電パターンは、ゲート電極パターン、ビットラインまたは金属配線のいずれか一つであることを特徴とする請求項1に記載の湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法。
- 前記コンタクトホールを形成するステップは、自己整列コンタクトエッチング工程を使用することを特徴とする請求項1に記載の湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法。
- 前記エッチング停止膜を除去するステップは、ブランケットエッチング工程を使用することを特徴とする請求項1に記載の湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法。
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