(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
障壁層上のＰｔ膜を蝕刻する際Ｔｉおよび／またはＴｉＮのうち少なくとも何れか１つの物質よりなるマスク層を使用するとともに、Ｃｌ２／Ｏ２の混合ガスを蝕刻ガスとして使用することを特徴とするＰｔ膜の蝕刻方法。
【請求項２】
前記Ｏ２を蝕刻ガス全体の４０％以上混合することを特徴とする請求項１に記載のＰｔ膜の蝕刻方法。
【請求項３】
半導体基板上にゲート絶縁膜及びドーピングされたポリシリコン層を順次に形成する段階と、
前記ポリシリコン層上にＰｔを蒸着してＰｔ膜を形成する段階と、
前記Ｐｔ膜上にＴｉおよび／またはＴｉＮのうち少なくとも何れか１つの物質よりなるマスク層を形成する段階と、
前記マスク層を蝕刻マスクとして使用して前記Ｐｔ膜を蝕刻する段階と、
前記ポリシリコン層を蝕刻する段階と、を含んでおり、
前記Ｐｔ膜を蝕刻する段階はＣｌ２／Ｏ２の混合ガスを蝕刻ガスとして使用することを特徴とするＰｔ−ポリシリコンゲートの形成方法。
【請求項４】
前記Ｐｔ膜を蝕刻する段階ではＯ２を蝕刻ガス全体の４０％以上混合することを特徴とする請求項３に記載のＰｔ−ポリシリコンゲートの形成方法。
【請求項５】
前記Ｐｔ膜を形成する前に、前記ポリシリコン層上に障壁層を形成する段階を有することを特徴とする請求項３に記載のＰｔ−ポリシリコンゲートの形成方法。
【請求項６】
半導体基板上にゲート絶縁膜及びドーピングされたポリシリコン層を順次に形成する段階と、
前記ポリシリコン層上にＰｔを蒸着してＰｔ膜を形成する段階と、
前記Ｐｔ膜上にＴｉおよび／またはＴｉＮのうち少なくとも何れか１つの物質よりなるマスク層を形成する段階と、
前記マスク層を蝕刻マスクとして使用して前記Ｐｔ膜を蝕刻する段階と、
前記ポリシリコン層を蝕刻する段階と、を含んでおり、
前記Ｐｔ膜を形成する前に、前記ポリシリコン層上にＴｉＮよりなる障壁層を形成する段階をさらに有することを特徴とするＰｔ−ポリシリコンゲートの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に単純化された工程で信頼性のあるパターンを形成しうる白金（Ｐｔ）膜の蝕刻方法及びこれを用いた白金−ポリシリコンゲートの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリ素子が１Ｇ    ＤＲＡＭ以上に高集積化されることにより、既存のポリシリコンの代わりに比抵抗の低い、シリコンの中間ギャップに該当される仕事関数を有する導電物質を使用してゲート電極を形成しようとする研究が進められている。最近では不純物を含んだポリシリコンの代わりに、金属とシリコンの熱処理化合物であるシリサイドとポリシリコン層が積層されたいわゆるポリサイド構造がゲート構造として広く使用されている。このようなポリサイド構造としては現在タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）またはチタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）を使用した構造が広く使用されている。
【０００３】
しかし、ゲート物質が改善されるほど抵抗が小さくなり、素子の動作速度が増加するが、多くの改善されるべき問題点が現れている。例えば、タングステンポリサイドゲートに比べ抵抗が１／４ほどと低いチタンポリサイドゲートの場合、蝕刻時ゲートパターンの側壁が侵害される現象が深刻に発生することが知られている。これを改善するための試みとして低温テスト工程または時変調システム（ｔｉｍｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）の使用などが進められている。しかし、このような試みは工程マージンが減るという問題点を有している。
【０００４】
前記問題点を解決するため最近ではＰｔ−ポリシリコンを用いたゲート構造が研究されている。Ｐｔ−ポリシリコン構造のゲートを形成すれば抵抗が低く、ゲートパターンの側壁が侵害される現象が防止でき、ゲート構造を単純化しうる。参考に、タングステンポリサイドゲートの抵抗は〜８０μΩ・ｃｍほどであり、チタンポリサイドゲートの抵抗は〜２０μΩ・ｃｍほどであり、Ｐｔ−ポリシリコンゲートの抵抗は〜１０μΩ・ｃｍほどである。
【０００５】
一方、Ｐｔは化学的に非常に安定した物質なので蒸気圧の高い化合物を作らないので蝕刻技術が非常に難しいことが知られている。Ｐｔ膜を蝕刻するためにフォトレジストをマスクとして使用する場合、塩素（Ｃｈｌｏｒｉｎｅ）系のプラズマガスを使用すればフォトレジストの蝕刻速度がＰｔ膜の蝕刻速度より速いのでマスクとしての役割を充分に果たせない。従って、微細パターンを形成しにくい。そして、フォトレジストマスクを使用する際、フッ素（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ）系のガスを使用する場合にはフォトレジストに対する蝕刻選択比は塩素系のガスより高いが、蝕刻後Ｐｔパターンの側壁にポリマー性残留物が多発するという問題がある。
【０００６】
一方、酸化膜をマスクとして使用する際、フッ素系ガスの場合は酸化膜の蝕刻速度が速すぎてマスクとしての役割が充分に果たせず、塩素系ガスを使用する場合には酸化膜の損傷が速く進行する。このような現象を防止するためにはマスクとして使用される酸化膜の厚さをＰｔ膜より５倍以上厚く形成すべきであるが、これは微細パターンの形成時厚いマスクによりマイクロローディング現象が発生するという問題点を有している。また、酸化膜をマスクとして使用する場合にはＰｔ膜と酸化膜との接着特性を向上させるための接着層が必要であるため、酸化膜のマスク形成の前に接着層の形成工程を追加しなければならないという短所がある。
【０００７】
【発明が解決しょうとする課題】
本発明の目的は既存のフォトレジストまたは酸化膜マスクの問題点を解決して単純化された工程で微細なＰｔ膜パターンを形成しうるＰｔ膜の蝕刻方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は前記Ｐｔ膜の蝕刻方法を使用してＰｔ−ポリシリコンゲートの形成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明によるＰｔ膜の蝕刻方法は、障壁層上のＰｔ膜を蝕刻する際、マスク層としてチタン（Ｔｉ）および／またはチタンナイトライド（ＴｉＮ）のうち少なくとも何れか１つの物質を使用するとともに、塩素ガス（Ｃｌ２）／酸素ガス（Ｏ２）の混合ガスを蝕刻ガスとして使用することを特徴とする。
【００１０】
本発明において、望ましくはＯ２を蝕刻ガス全体の４０％以上混合して使用する。
【００１１】
前記他の目的を達成するため本発明によるＰｔ−ポリシリコンゲートの形成方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜及びドーピングされたポリシリコン層を順次に形成する段階と、前記ポリシリコン層上にＰｔ膜を形成する段階と、前記Ｐｔ膜上にＴｉおよび／またはＴｉＮのうち少なくとも何れか１つの物質よりなるマスク層を形成する段階と、前記マスク層を蝕刻マスクとして使用して前記Ｐｔ膜を蝕刻する段階と、前記ポリシリコン層を蝕刻する段階とを含んでおり、前記Ｐｔ膜を蝕刻する段階はＣｌ２／Ｏ２の混合ガスを蝕刻ガスとして使用することを特徴とする。
【００１２】
本発明において、望ましくは、前記Ｏ２を蝕刻ガス全体の４０％以上混合する。
【００１３】
前記Ｐｔ膜を形成する前に、ポリシリコン層とＰｔ膜との相互反応を防止するため前記ポリシリコン層上にＴｉＮよりなる障壁層を形成する段階を追加することが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面に基づき本発明をさらに詳しく説明する。
【００１５】
本発明はＰｔ膜の蝕刻時使用されるマスク物質としてＴｉまたはＴｉＮのうち何れか１つを使用することによりＰｔ膜パターンの側壁が侵害される現象及び残留物の生成問題を解消し、製造工程を単純化することを特徴とする。この際、使用される蝕刻ガスとしてはＣｌ２  にＯ２  が適正比率で混合されたガスを使用する。前記Ｃｌ２  ／Ｏ２  ガスを使用する際、混合されるＯ２  の比率を４０％以上にすると、Ｐｔを蝕刻する間ＴｉまたはＴｉＮマスクに対する蝕刻選択比がほぼ無限大となる。よって、Ｐｔを蝕刻する間マスク層の消耗がほとんどなくなり微細なＰｔパターンを形成しうる。
【００１６】
図１は本発明を適用して形成されたＰｔ膜パターンを観測した走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。Ｔｉ膜を３００Åの厚さで形成し、Ｐｔ膜を２７００Åの厚さで形成した後、Ｔｉ膜をマスクとして使用してＰｔ膜をパタニングした結果、Ｐｔパターンの側壁からの侵害がほとんど発生しなく、パターンのスロープ（ｓｌｏｐｅ  ）が６０°以上となることがわかる。
【００１７】
図２は本発明によるＰｔの蝕刻方法を適用した一実施例であって、Ｐｔ−ポリシリコンゲートの形成方法を説明するための工程別断面図である。
【００１８】
図２（Ａ）を参照すれば、半導体基板２の表面上に薄い熱酸化膜を成長させゲート絶縁膜４を形成した後、前記ゲート絶縁膜４上に不純物がドーピングされたポリシリコン層６を形成する。次いで、前記ポリシリコン層６上にポリシリコン層とＰｔ膜との間の相互拡散等の反応を防止するためＴｉＮのような障壁金属よりなる障壁層８を順次に形成する。
【００１９】
次いで、前記障壁層８上にスパッタリングまたは化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ：ＣＶＤ）のような通常の蒸着法を使用してＰｔを蒸着することによりＰｔ膜１０を形成する。その後、前記Ｐｔ膜１０上に通常の蒸着法でＴｉまたはＴｉＮを蒸着してマスク層１２を形成する。
【００２０】
図２（Ｂ）を参照すれば、Ｃｌ２  とＡｒの混合ガスのプラズマを使用して前記マスク層１２を蝕刻した後、前記Ｐｔ膜１０を蝕刻する。
【００２１】
前記Ｐｔ膜１０を蝕刻するための蝕刻ガスとしてはＣｌ２  ／Ｏ２  の混合ガスを使用する。前述したように、Ｏ２  を蝕刻ガス全体の４０％以上使用すればＰｔを蝕刻する間マスク層の消耗がほとんど発生しない。
【００２２】
前記Ｐｔ膜１０の下部にはＴｉＮよりなる障壁層８が形成されており、Ｏ２  が４０％以上混合されたＣｌ２  ／Ｏ２  の混合ガスを使用すると前記障壁層８とＰｔ膜１０との間の蝕刻選択比もほとんど無限大となる。従って、前記Ｐｔ膜の蝕刻時障壁層８の消耗もほとんど発生しないので、前記障壁層８の下部に形成されたポリシリコン層６の蝕刻を防止しうる。
【００２３】
このように本発明は従来のタングステンポリサイドゲートまたはチタンポリサイドゲート形成時のポリシリコンに対する蝕刻選択比を確保しにくいという問題点を解消しうる方法となる。
【００２４】
図２（Ｃ）を参照すれば、Ｃｌ２  ／Ａｒガスを使用して障壁層８を蝕刻した後、通常の方法でポリシリコン層６を蝕刻することにより、Ｐｔ−ポリシリコンゲートパターンを形成する。
【００２５】
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識を有する者により可能であることは明白である。
【００２６】
【発明の効果】
前述した本発明によるＰｔ膜の蝕刻方法によれば、障壁層上のＰｔ膜を蝕刻する際蝕刻選択比の大きなＴｉまたはＴｉＮをマスク層として使用し、適正比率で混合されたＣｌ2 ／Ｏ2 ガスを蝕刻ガスとして使用する。従って、パターンの側壁侵害及びポリマー性残留物の生成を防止し、工程を単純化しうるとともに、Ｐｔ膜の蝕刻時ポリシリコンの蝕刻を防止できる。
【００２７】
また、前記Ｐｔ膜の蝕刻方法をゲートの形成工程に適用する場合、ゲートパターンの側壁侵害、残留物の生成を防止することだけでなく、Ｐｔ膜の蝕刻時ポリシリコンの蝕刻を防止して信頼性のあるゲートパターンを形成しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してパタニングされたＰｔ膜パターンを観測した走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図２】本発明によるＰｔの蝕刻方法を適用した一実施例であって、Ｐｔ−ポリシリコンゲートの形成方法を説明するための工程別断面図である。
【符号の説明】
２…半導体基板
４…ゲート絶縁膜
６…ポリシリコン層
８…障壁層
１０…Ｐｔ膜
１２…マスク層
【図１】
0003623075.tif 000002
【図２】
0003623075.tif 000003