JPH11312679A - 広域平坦化された半導体装置の製造方法 - Google Patents
広域平坦化された半導体装置の製造方法Info
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Abstract
路領域との間に広域平坦化をなしうる半導体装置の製造
方法を提供する。 【解決手段】 セルアレイ領域と周辺回路領域との間に
広域段差が形成されている半導体基板42の全面に層間
絶縁膜52を形成する。この層間絶縁膜52上にストッ
パで作用する第1物質層を形成する。第1物質層及び層
間絶縁膜52をパターニングして、セルアレイ領域の半
導体基板42を部分的に露出させるコンタクトホールを
形成する。コンタクトホールが形成された半導体基板4
2の全面に導電膜を形成して、導電膜が形成された半導
体基板42に対して化学−物理的なポリシング(CM
P)を実施して、セルアレイ領域と周辺回路領域との間
に広域平坦化を成す。
Description
法に係り、特に化学的物理的ポリシング(Chemical Mech
anical Polishing;CMP)を用いてセル領域と周辺回路領
域との間に広域平坦化を成す半導体装置の製造方法に関
する。
積化に向かって256M bit及び1G bit級のダイナミック R
AM(DRAM)に代表される超高集積化(ULSI)の時代へ突入し
ている。今後、これらの素子の高集積化にはより微細な
パターン形成技術を必要とし、三次元的な多層化構造を
要求する領域が広がって、現時点で新しいプロセスの導
入が検討課題になっている。
り多層化していく場合、その下層にある層間絶縁膜を平
坦化することが必須になって、今までは部分的な平坦化
処理技術で対応してきた。しかし、ウェーハ加工能率や
製品の高品質化のためにウェーハの全面にかけた平坦
化、即ち広域平坦化のための研磨加工技術(CMP)が導入
された。
シリコン基板上に微細パターンを形成する場合と、既に
パターンにより凹凸が存する基板上に微細パターンを積
層して形成する場合は状況が完全に異なる。このような
凹凸の存在は基板とマスクとの間に間隔の不均一性を招
いて、投影レンズの焦点深度の限界を越えるなど、所望
のパターン精度を得られない原因として指摘されて、凹
凸部の部分的な緩和対策が取られてきた。
レイ領域と周辺回路領域を平坦化するための方法を説明
する断面図である。先ず、図1を参照すれば、セルアレ
イ領域及び周辺回路領域を含む半導体基板2に、活性領
域と非活性領域を区分するための素子分離膜4を通常の
素子分離工程を用いて形成する。次に、この半導体基板
2の活性領域にゲート絶縁膜(図示せず)、ゲート電極6+8
及びソース/ドレーン(図示せず)より成るトランジスタ
を形成する。
導体基板2上に絶縁物質、例えばシリコン窒化膜を蒸着し
た後異方性蝕刻を通じて前記ゲート電極6+8の側壁にス
ペーサ10を形成する。前記スペーサ10は後続くコンタク
トホールを自己整合的に形成するためのことである。
基板の全面に平坦化しやすい絶縁物質、例えばボロン−
インを含有した酸化膜(Boron Phosphorus Silicate Gla
ss;以下 "BPSG"と称する)を蒸着した後所定の温度で熱
処理して層間絶縁膜12を形成する。次に、前記層間絶縁
膜12に対してCMPを実施して前記層間絶縁膜12を平坦化
する。点線で表示された部分は平坦化される前の層間絶
縁膜を示す。
絶縁膜12上にフォトレジストパターンを形成した後、こ
のフォトレジストパターンをマスクとして使用して前記
層間絶縁膜12をパターニングすることにより、半導体基
板2のソース又はドレーン領域(図示せず)を露出させる
コンタクトホール14を形成する。
成された結果物上に導電物質、例えば不純物がドープさ
れたポリシリコンを蒸着した後周辺回路領域のポリシリ
コンを除去する。次に、セルアレイ領域に蒸着された前
記ポリシリコン膜に対して CMPを実施することにより、
表面が平坦化された導電性パッド16を形成する。前記ポ
リシリコン膜に対する CMP工程は層間絶縁膜12をストッ
パとして使用してなり、点線で表示された部分は平坦化
される前のポリシリコン膜を示す。
程によりセルアレイ領域と周辺回路領域との段差を除去
して広域平坦化をなしうる。しかし、従来の半導体装置
の製造工程は、層間絶縁膜蒸着及びフロー→層間絶縁膜
に対する1次 CMP→コンタクト形成→ポリシリコン膜蒸
着→パッドポリシリコン膜に対する2次CMPよりなり、
二回のCMP工程が必要である。従って、工程が複雑で、CM
P工程が多いので基板にマイクロスクラッチが発生しや
すく、このようなマイクロスクラッチによりブリッジが
発生する等いろいろな欠陥要因を有している。
CMP工程でセルアレイ領域と周辺回路領域との間に広域
平坦化をなしうる半導体装置の製造方法を提供すること
にある。
に本発明による広域平坦化された半導体装置の製造方法
によると、先ずセルアレイ領域と周辺回路領域との間に
広域段差が形成されている半導体基板の全面に層間絶縁
膜を形成する。この層間絶縁膜上にストッパとして作用
する第1物質層を形成する。前記第1物質層及び層間絶
縁膜をパターニングして、セルアレイ領域の半導体基板
を部分的に露出させるコンタクトホールを形成する。コ
ンタクトホールが形成された前記半導体基板の全面に導
電膜を形成して、導電膜が形成された前記半導体基板に
対して化学−物理的なポリシング(CMP)を実施し、前記セ
ルアレイ領域と周辺回路領域との間に広域平坦化を成
す。
領域と周辺回路領域との間に広域段差が形成されている
半導体基板の全面に流れ性がある絶縁膜、例えばボロン
−インを含有した酸化膜(BPSG)を蒸着した後、前記絶縁
膜を所定の温度で熱処理してフローさせる。
コン酸化窒化膜に形成して、50〜2,000オングストロー
ムの厚さで形成することが望ましい。そして、前記導電
膜はポリシリコン膜に形成して、前記導電膜を形成した
後に前記導電膜をエッチバックする工程を付加するのが
望ましい。この際、前記導電膜をエッチバックする工程
は前記周辺回路領域に形成された導電膜が除去される時
まで実施するのが望ましい。
は前記層間絶縁膜と、導電膜と、第1物質層の蝕刻選択
比が100〜200:100〜200:5〜50である条件で進行する。
この際、周辺回路領域の第1物質層をストッパとして使
用して実施するか、前記周辺回路領域の第1物質層が除
去される時まで進行することもできる。
体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を順次に形成す
る段階と、前記ゲート電極をマスクとして使用して前記
半導体基板にソース/ドレーンを形成する段階、及び前
記ゲート電極の側壁にスペーサを形成する段階をさらに
具備することもできる。この際、前記ゲート電極はポリ
シリコンとケイ化物を積層し形成して、前記スペーサは
シリコン窒化膜で形形成するのが望ましい。
できる物質を用いてストッパ層を形成することにより、
一度のCMP工程でセルアレイ領域と周辺回路領域との間
に広域平坦化をなしうる。
本発明をさらに詳細に説明する。後述する実施の形態は
色々異なる形態に変形でき、本発明の範囲が後述される
実施の形態に限られない。本発明の実施の形態は当業界
で平均的な知識を持つ者に本発明をさらに完全に説明す
るために提供されることである。本発明の実施の形態を
説明する図面において、ある層や領域の厚さは明細書の
明確性のため誇張されることであって、図面上の同一な
符号は同一な要素を称する。又、ある層が他の層又は基
板の"上部"にあると記載された場合、前記ある層が前記
他の層又は基板の上部に直接存在でき、この間に第3の
層が介在され得ることもある。
れた半導体装置の製造方法を説明するための断面図であ
る。図4を参照すれば、セルアレイ領域及び周辺回路領
域を含む半導体基板42に活性領域と非活性領域を区分す
るための素子分離膜44を通常の素子分離工程を用いて形
成する。次に、前記活性領域にゲート絶縁膜(図示せ
ず)、ゲート電極46+48及びソース/ドレーン(図示せ
ず)より成ったトランジスタを形成する。
リシリコン膜46で形成するか、素子の動作速度を上げる
ために、ポリシリコン膜46上に低抵抗の導電物質、例え
ばタングステンケイ化物(WSi)48を積層して形成するこ
ともできる。
導体基板上に絶縁物質、例えばシリコン窒化物を蒸着し
た後異方性蝕刻を通じて前記ゲート電極の側壁にスペー
サ50を形成する。前記スペーサ50は後続されるコンタク
トホールを自己整合的に形成するためのことである。
基板の全面に平坦化しやすい絶縁物質、例えばBPSG膜を
蒸着した後、所定の温度で熱処理して層間絶縁膜52を形
成する。
慮して前記層間絶縁膜を厚く形成したが、本発明では周
辺回路領域のゲート電極が露出されない程度の厚さにの
み形成できる。
絶縁膜及びポリシリコン膜を蝕刻対象物とする CMP工程
でストッパ役割をはたす物質、例えばシリコン窒化膜(Si
N)又はシリコン酸化窒化膜(SiON)を所定の厚さで蒸着し
てストッパ層54を形成する。
蒸着(Low Pressure Chemical VaporDeposition;LPCVD)
方法で、そしてシリコン酸化窒化膜(SiON)はプラズマ化
学気相蒸着(Plasma Enhanced CVD;PECVD)又はLPCVD方
法で蒸着できて、各々50〜2,000オングストローム程度の
厚さで形成するのが望ましい。
ンタクト(Self Aligned Contact;SAC)形成工程で写真工
程のマージンを増加させて、後続されるCMP工程で周辺回
路領域に対する選択的なストッパ役割をする。
フォトレジストを塗布した後露光及び現像を実施してフ
ォトレジストパターンを形成する。このフォトレジスト
パターンをマスクとして使用してストッパ層54と層間絶
縁膜52を順次にパターニングすることにより、半導体基
板のソース又はドレーン領域(図示せず)を露出させるコ
ンタクトホール56を形成する。このSAC工程によりセルア
レイ領域にはストッパ層54が局部的に残り、周辺回路領
域には全体的に残る。
成された結果物の全面にパッドを形成するための導電物
質、例えば不純物がドープされたポリシリコン膜58を前
記コンタクトホールを充填できる程度の厚さで蒸着す
る。次に、前記ポリシリコン膜に対してエッチバックを
実施して一定深さほどリセスさせる。この際、前記ポリ
シリコン膜58に対するエッチバック工程は周辺回路領域
のポリシリコン膜が完全に除去されてストッパ層54の表
面が露出される時まで実施する。そうすれば、セルアレ
イ領域では形成しようとするパッドの厚さよりポリシリ
コン膜が厚く残る。図面で点線で表示された部分はエッ
チバックされる前のポリシリコン膜を示す。
回路領域との間に広域段差が存在する状態で、結果物に
対してCMP工程を実施する。この際、前記CMP工程は層間
絶縁膜52とポリシリコン膜58との選択比はほとんどな
く、これらとストッパ層54間の選択比は大きくする条
件、望ましくは前記層間絶縁膜52:ポリシリコン膜58:
ストッパ層54に対する選択比が 100〜200:100〜200:5
〜50の範囲になるようにする条件でCMP工程を進行す
る。
いストッパ層54が相対的に狭い領域にのみ形成されてい
るので、このような条件でCMPがある程度進行されると
ストッパ層54が除去されて、この後CMPがさらに早く進
行される。CMPがある程度進行されると、セルアレイ領
域のストッパ層と周辺回路領域のストッパ層が合うが、
周辺回路領域にはストッパ層が広い領域にかけて形成さ
れているので、ストッパ層の表面が露出されるとCMPが
終了されながら全体的に広域平坦化が成る。
域のストッパ層を完全に除去することもできる。
半導体装置の製造方法によると、セルアレイ領域と周辺
回路領域との間に広域段差が存在して CMPを用いてこの
段差を除去して広域平坦化を成そうとする時、層間絶縁
膜上に CMPが抑制できるストッパ層を形成する。このス
トッパ層を形成した状態で SAC工程を進行して、パッド
用導電層を形成した後、層間絶縁膜と導電層の選択比は
ほとんどなくてこれとストッパ層との間に選択比は大き
くする条件で CMPを実施する。こうすると、ストッパ層
が周辺回路領域に対するCMP進行率を落として一回のCMP
のみでセルアレイ領域と周辺回路領域との間に広域平坦
化をなしうる。従って、従来の二回のCMP工程を一度に
具現できるので工程を単純化して生産性を向上させ得
て、CMPの時発生するマイクロスクラッチによるいろい
ろな欠陥の発生を減らし得る。
化するための方法を示し、層間絶縁膜を平坦化した状態
を説明する断面図である。
状態を説明する断面図である。
を説明する断面図である。
製造方法を示し、ストッパ層を形成した状態を説明する
ための断面図である。
状態を説明するための断面図である。
クした状態を説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 セルアレイ領域と周辺回路領域との間に
広域段差が形成されている半導体基板の全面に層間絶縁
膜を形成する段階と、 前記層間絶縁膜上にストッパとして作用する第1物質層
を形成する段階と、 前記第1物質層及び層間絶縁膜をパターニングして、前
記セルアレイ領域の半導体基板を部分的に露出させるコ
ンタクトホールを形成する段階と、 コンタクトホールが形成された前記半導体基板の全面に
導電膜を形成する段階と、 導電膜が形成された前記半導体基板に対して化学−物理
的なポリシングを実施して前記セルアレイ領域と周辺回
路領域との間に広域平坦化を成す段階とを備えることを
特徴とする広域平坦化された半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記層間絶縁膜を形成する段階は、 セルアレイ領域と周辺回路領域との間に広域段差が形成
されている半導体基板の全面に流れ性がある絶縁膜を蒸
着する段階と、 前記絶縁膜を所定の温度で熱処理してフローさせる段階
より成ることを特徴とする請求項1に記載の広域平坦化
された半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記層間絶縁膜はボロン−インを含有し
た酸化膜で形成することを特徴とする請求項2に記載の
広域平坦化された半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記第1物質層は、 シリコン窒化膜又はシリコン酸化窒化膜で形成すること
を特徴とする請求項1に記載の広域平坦化された半導体
装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記第1物質層は 50〜2,000オングスト
ロームの厚さで形成することを特徴とする請求項4に記
載の広域平坦化された半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記導電膜はポリシリコン膜で形成する
ことを特徴とする請求項1に記載の広域平坦化された半
導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記導電膜を形成する段階後に前記導電
膜をエッチバックする段階を付加することを特徴とする
請求項1に記載の広域平坦化された半導体装置の製造方
法。 - 【請求項8】 前記導電膜をエッチバックする段階は、 前記周辺回路領域に形成された導電膜が除去される時ま
で実施することを特徴とする請求項7に記載の広域平坦
化された半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記化学的物理的ポリシング工程は前記
層間絶縁膜:導電膜:第1物質層の蝕刻選択比が100〜2
00:100〜200:5〜50である条件に進行することを特徴
とする請求項1に記載の広域平坦化された半導体装置の
製造方法。 - 【請求項10】 前記化学的物理的ポリシング工程は周
辺回路領域の第1物質層をストッパとして使用して実施
することを特徴とする請求項1に記載の広域平坦化され
た半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 前記化学的物理的ポリシング工程は前
記周辺回路領域の第1物質層が除去される時まで進行す
ることを特徴とする請求項1に記載の広域平坦化された
半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 前記層間絶縁膜を形成する段階の前
に、 半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を順次に形
成する段階と、 前記ゲート電極をマスクとして使用して前記半導体基板
にソース/ドレーンを形成する段階と、 前記ゲート電極の側壁にスペーサを形成する段階とをさ
らに備えることを特徴とする請求項1に記載の広域平坦
化された半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】 前記ゲート電極はポリシリコンとケイ
化物を積層し形成して、 前記スペーサはシリコン窒化膜で形成することを特徴と
する請求項12に記載の広域平坦化された半導体装置の製
造方法。
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