(57)【要約】      （修正有）【課題】  アスペクト比が低い、開口部を有する絶縁構造部を形成する方法を提供する。【解決手段】  開口部３を有する絶縁構造部２ｃを形成する方法において、ドーパントが、絶縁構造部２ｃにドーピングされ、ドーピング濃度が、前処理済みの半導体基板１から縦方向に（垂直方向に）平均して増加または減少している。開口部３は、ドライエッチング工程により形成され、該開口部３のアスペクト比は続いて行われるウェットケミカルエッチング工程により基準表面部を広げることにより低くなる。【選択図】図３Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部（３）を有する構造部（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）を前処理済みの半導体基板（１）上に形成する方法であって、
構造部（２ｃ）の形成が行われている際、または、構造部（２ｃ）の形成後に、ドーパントの濃度が前処理済みの半導体基板（１）の表面から被覆層に向かって垂直方向に略連続的に変化して、半導体基板の表面から被覆層に向かって平均して増加、又は、減少するように少なくとも１種類のドーパントを構造部（２ｃ）中にドーピングし、
少なくとも１つのドライエッチング工程と、該ドライエッチング工程に続く少なくとも一つのウェットケミカルエッチング工程とを行なうことにより開口部を形成する領域の構造部を除くことを特徴とする方法。
【請求項２】
アスペクト比を減らすために、前記少なくとも一つのウェットケミカルエッチング工程を開口部（３）の側壁（６ｃ）が前処理済みの半導体基板（１）の表面に対して略垂直になるまで行なうことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記前処理済みの半導体基板（１）の表面から被覆層に向かってドーパント濃度が垂直方向に連続的に減少するように、前記少なくとも１種類のドーパントを、前記構造部へドーピングすることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記構造部にドーピングするドーパントが、ホウ素、リン、または、これらの組合せであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
構造部（２ｃ）が酸化シリコン、または、シリコン−ゲルマニウムの酸化物からなることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ウェットケミカルエッチング工程に用いるエッチング液は、希フッ酸であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
構造部（２ｃ）はポリシリコンからなり、ドーパントはリンであり、少なくとも硝酸をウェットケミカルエッチング工程のエッチング液として使用することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項８】
構造部（２ｃ）はポリシリコンからなり、ドーパントはホウ素であり、ホウ素の濃度が、前記前処理済みの半導体基板（１）の表面から被覆層に向かって垂直方向に連続して増加するように、ホウ素のドーピングを行ない、少なくとも硝酸をウェットケミカルエッチング工程のエッチング液として使用することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法により、開口部（３）を有する構造部を、前処理済みの半導体基板（１）上に形成することによりＤＲＡＭメモリの積層容量を形成する方法であって、
第１容量電極を形成し、パターニングする工程と、絶縁構造部（２ｃ）を除去する工程と、容量誘導体および第２容量電極を形成しパターニングする工程と、ＤＲＡＭを完成させる工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法により、開口部（３）を有する絶縁構造部（２）を、前処理済みの半導体基板（１）上に形成することにより、接続用開口部を有する中間誘導体を形成する方法であって、
伝導性の材料で開口部（３）を充填する工程を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、本願の独立請求項である請求項１に記載の開口部を有する構造部を生成する方法に関する。処理装置およびメモリ等の集積回路の発展は、素子の最小寸法を小さくすることにより促進されてきた。シリコンウエハ等の半導体基板上での素子の集積度は、例えばトランジスタのチャネル長等の最小寸法を小さくすることで向上する。集積度の上昇は、チップ当りのコストダウンにつながる。最小サイズを下げる場合、アスペクト比が低い、つまり開口部の深さとその基準表面部（幅；下記では、フットプリントや接続面とも称す）の幅との比率が小さい開口部を有する構造（構造部）を形成することが特に重要である。これにより、例えば、必要とされる最小の容量に関する要求や、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭｓ）の積層容量として設計された蓄積容量の機械的な安定性に関する要求を満たすことができる。アスペクト比が低い開口部を有する構造部により、コンタクトホールでのコンタクト抵抗を低くすることができる。どちらの場合でも、開口部のアスペクト比が低いことが望ましい。これは、該構造部の下に配された前処理済みの半導体基板にできるだけ広い接続面を形成するためである。なぜならば、積層容量を備えたＤＲＡＭには、支えがない状態での機械的な安定性が要求されるからである。例えば積層容量の製造工程において生ずる柱状構造は、ウェットケミカルエッチングを行っている際に、毛管力により傾いてお互いに接触する可能性がある。該構造部の下に配されている前処理済みの半導体基板にできるだけ広い接続面を形成することで、例えば、ソース端子/ドレイン端子などの能動素子におけるコンタクト抵抗を低くすることができ、より切り替え時間を早くすることができる。
【０００２】
「Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ９０−ｎｍ ＤＲＡＭ Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ（９０ｎｍ ＤＲＡＭ容量の効果的な容量増加法）」（ｔｈｅ Ｋｏｒｅａｎ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ, Ｖｏｌ. ４４, Ｎｏ. １, ２００４年１月, 頁１１２−１１６, Ｙ.Ｋ. Ｐａｒｋ氏ら）には、ＤＲＡＭの積層容量の製造における機械的安定性を向上するＯＣＳ（Ｏｎｅ  Ｃｙｌｉｄｅｒ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｎｏｄｅ）が提案されている。この場合、二つの酸化層、例えば、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）層とＰＥＴＥＯＳ（Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｙｌ−Ｏｒｔｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）層が積層されており、開口部が異方性エッチングにより形成される。二つの酸化層の下に形成された半導体基板の接続面が、ウェットケミカルエッチング工程により、広くされる。
【０００３】
本発明の目的は、アスペクト比が低い開口部を有する構造部を形成する方法を提供することにある。これにより、できるだけ広い基準表面部（断面形状における開口部の幅）を得ることができる。
【０００４】
本発明によれば、本願の独立請求項１に記載の方法により上記目的は達成される。好ましい実施の形態は、各従属項に記載されている。
【０００５】
本発明は、前処理済みの半導体基板を用意し、該前処理済みの半導体基板の表面に構造部を形成後、該構造部上に被膜層（表層）を形成して、その後、開口部が形成される領域の被膜層の部分を除去し、また開口部が形成される領域の構造部の部分を除去することにより、前処理済みの半導体基板上に開口部を有する構造部を形成する方法を提供する。構造部の形成が行われている際、または構造部の形成後に、少なくとも１種類のドーパントを構造部中にドーピングする。該少なくとも１種類のドーパントの濃度は、該前処理済みの半導体基板から表面層（被膜層）に向う縦方向（垂直方向）に略連続的に変化し、平均して半導体基板から被膜層に向かって増加、又は、減少している。構造部を除去するために、少なくとも１つのドライエッチング工程とそれに続く少なくとも一つのウェットケミカルエッチング工程が行なう。被膜層は、例えば、ハードマスクをなすエッチング保護層であってもよい。また、被膜層は、表面に開口部を形成するエッチングの際に、保護層の下に配された構造の領域を保護すると共に腐食されない物質、または、構造より腐食の速度がかなり遅い物質からなっていてもよい。例えば、ＴｉＮからなる被膜層を用いて、酸化物からなる構造部を保護することができる。上記少なくとも一つのドライエッチング工程により上記開口部を形成することが好ましい。上記少なくとも１種類のドーパントの濃度は、構造部の形成中に供給する際に対応する、ドーパント源の量を、例えば質量流量コントローラを用いて、調整することにより設定してもよいし、構造部の形成後にドーピングしてもよい。さらに、少なくとも１種類のドーパントを構造部にドーピングした後に、熱処理工程を行ってもよい。これにより、ドーパントが拡散し、ドーパント濃度分布がより均一なる、例えば、ドーパント濃度がより緩やかに変化するようになる。
【０００６】
なお、この点について、特に注目すべきは、ドーパント濃度を略連続的に変化させ、絶縁層の厚みと比較して薄い連続する複数の副層を形成するようにしてもよい点である。この場合、隣り合う各副層の濃度は違っている。例えば、このような複数の薄い副層は、供給するドーパント源の量を経時的に変えるなどして、形成することができる。この構成によれば、構造の厚みに対してドーパント濃度を略連続的に変化させることができる。このような連続する複数の副層を少なくとも５層形成して構造を形成する。
【０００７】
開口部の側壁が、前処理済みの半導体基板の表面に対して略垂直になるまで、該開口部のアスペクト比を減らすウェットケミカルエッチング工程を行なうようにすることが、特に好ましい。これにより、例えば柱状の構造としてＤＲＡＭの積層容量の積層している容量を形成する際に生ずる、支えのない構造の機械的安定性を、特に高くすることができる。
【０００８】
少なくとも１種類のドーパントの構造部に対するドーピングは、前処理済みの半導体基板の表面から被膜層に向かう縦方向に濃度が減少するように、つまり被膜層（または上）から縦方向に濃度が増加するように、行われるのが好ましい。このような濃度分布とすることで、後に続く工程おいて特に好ましいアスペクト比を達成することができる。
【０００９】
一実施の形態では、ホウ素、リン、またはこれらの組合せをドーパントとして構造にドーピングするが、この場合、ドーパント濃度により、構造部のエッチング速度を調整することができる。また、酸化シリコンを用いて構造部を形成するのが、特に好ましい。この場合、ホウ素やリンをドーパントとして添加することにより、ウェットケミカルエッチングによる構造のエッチング速度を上げることができる。
なお、この点について、除去構造部（後の工程より除去される構造部）は、ドーパントの添加によりウェットケミカルエッチングのエッチング速度を調整できるのであれば、どのような伝導性の構造部、または、絶縁性の構造部となっていてもよい。
また、この構造部は、例えば、ドーパントとして炭素、ＯＨ基、水素、窒素、および、これらの組合せを含む、ｋ値が低い誘導体であってもよい。
【００１０】
ウェットケミカルエッチング工程のエッチング液として、希フッ酸を使用するのが好ましい。フッ酸は、特に酸化シリコンのエッチングに好適に用いることができる。
この場合、例えば、ホウ素やリンなどのドーパント濃度を上げることで、エッチング速度を上げることができる。
【００１１】
構造部がポリシリコンからなる場合、ドーパントとしてリンを使用し、ウェットケミカルエッチング工程のエッチング液として、少なくとも硝酸を使用することが特に好ましい。この場合、ポリシリコンのウェットケミカルエッチングによるエッチング速度は、リンであるドーパントの濃度に依存するので、望ましいアスペクト比（つまり低いアスペクト比）を得ることができる。
【００１２】
構造部はポリシリコンからなり、ドーパントはホウ素であり、構造部にドーピングされるホウ素の濃度は、前処理済みの半導体基板の表面から被服層に向かって垂直方向に連続的に上昇し、ウェットケミカルエッチング工程は、少なくとも硝酸をエッチング液として使用して行われるという構成が好ましい。この場合、ホウ素濃度の上昇に対してウェットケミカルエッチングのエッチング速度が遅くなる点を利用して、アスペクト比の減少がなされる。
【００１３】
ＤＲＡＭメモリ素子の積層容量を形成のために、前処理済みの半導体基板の上に開口部を有する構造を形成するのに、本発明による方法は有効である。この場合、低いアスペクト比を有する開口部の形成後、第１容量電極が形成されパターニングされる。その後、構造部の除去が行われる。この構造部の除去は、一般にウェットケミカルエッチングにより行われる。これにより、容量端子材などの柱状の構造部等である、支えがない状態の構造部が形成される。この支えがない状態の構造部は、ウェットケミカルエッチングのエッチング液の毛管力により傾いてお互いと接触する可能性があるが、この場合、アスペクト比が低い開口部があるため、除去された構造部により、支えがない状態の構造の機械的な安定性が、大幅に向上されている。例えば、ＤＲＡＭの積層容量を形成するための構造で、酸化物層として埋め込まれている構造部の標準的なアスペクト比は、酸化物層の厚みが一般的な約１．５ｍｍである場合に、およそ１０：１である。これにより、側壁が前処理済みの半導体基板となす角度は、約８５度となるが、本発明によれば、この角度を８５度から目標である９０度に向上させることができる。構造部の除去が行われた後、容量の誘電体と第２容量電極が形成されて、パターニングされる。その後、ＤＲＡＭを完成する。
【００１４】
コンタクト開口部を有する中間誘電体を形成するために、開口部を有する構造部を形成するのに、本発明は特に有効である。この場合、低いアスペクト比を有する開口部を形成した後、この開口部を、例えばタングステンなどの伝導材にて充填する。アスペクト比が低いので、例えば、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタのソース端子やドレイン端子に使用される、構造部の下にある接続領域への接続のための接続面を広くすることができる。これにより、接続抵抗を低くすることができる。
【００１５】
また、構造部は、酸化シリコン、または、シリコン−ゲルマニウムの酸化物からなることが好ましい。
【００１６】
本発明のさらなる特徴や効果は、図面を参照してなされる下記の説明により明らかになるであろう。
【００１７】
図１は、従来の開口部を有する構造部の断面図である。
【００１８】
図２Ａはウェットケミカルエッチング工程前における開口部を有する積層された酸化物層の断面図であり、図２Ｂはウェットケミカルエッチング工程後における開口部を有する積層された酸化物層の断面図である。
【００１９】
図３Ａはウェットケミカルエッチング工程前における開口部を有する構造部の断面図であり、図３Ｂはウェットケミカルエッチング工程後おける開口部を有する構造部の断面図である。
【００２０】
図４は、本発明による構造のドーパント濃度の一例を示す図である。
【００２１】
図１は、従来の、開口部３を有する構造部２を部分的に示す図である。構造部２は、同図に示すように、前処理済みの半導体基板１の上に形成されている。半導体基板１は、例えば金属からなる接続領域４と、例えば酸化物からなる絶縁領域５とを有している。構造部２は、例えば、合金からなる誘導体として使用されてもよいし、酸化物として形成されていてもよい。開口部３のアスペクト比は、エッチング処理により決定される。開口部３の側壁６は、通常、前処理済みの半導体基板１の表面に対して９０度以外の角度をなしている。その結果、例えば接続プラグを形成するために伝導性の物質で開口部３を充填すると、該伝導性の物質は、構造部２の下部にある前処理済みの半導体基板１との接続面では、構造部２の上部に位置する層と比較して、狭くなる。さらに、続いて行われる工程から予測されるように、図１に示す構造部２に基づいて積層容量を形成する際、この積層容量の機械的安定性は低いものとなる。これは、構造部２の側壁６が半導体基板１の表面と９０度以外の角度をなすために、該工程において形成される、支えのない状態の構造（例えば、ポリシリコンからなる第１容量としての柱状の構造）の側壁も同じように基板表面と９０度以外の角度をなすからである。これにより、フットプリントが小さくなり、機械的安定性が低くなる。その結果、特にウェットケミカル処理の際には毛管力が特に大きくなるため、このような支えのない状態の構造が傾いたり、重なりあったりする。
【００２２】
図２Ａは、アスペクト比を向上するための公知の方法を示す図である。
この公知の方法では、前処理済みの半導体基板１の上に、酸化物層としての第１絶縁構造部２ａと同じく酸化物層としての第２絶縁構造部２ｂとを積層し、ドライエッチング工程によりこの第１絶縁構造２ａおよび第２絶縁構造２ｂを貫通した開口部３が形成している。この場合、第１絶縁構造２ａは、第２絶縁構造２ｂより高いドーパント濃度を有している。
【００２３】
図２Ａに示す開口部３のアスペクト比を向上させるために、本実施の形態では、上記のドライエッチング工程に続いて、ウェットケミカルエッチング工程を行なっている。これにより、図２Ｂに示すような構造部が得られる。ウェットケミカルエッチング工程により、第１絶縁構造部２ａの側壁６ａにおける開口が第２絶縁構造部２ｂの側壁６ｂの開口より広くなる。これにより、開口部３のアスペクト比が向上する。上述のように、開口部３の画定によるが、このアスペクト比が向上することにより、例えば好ましい接続抵抗を達成できたり、ＤＲＡＭの積層容量の生産性が向上できたりする。
【００２４】
図３Ａは、本発明の一実施形態の概略断面図である。この場合、前処理済みの半導体基板１の上に構造部２ｃが形成されている。具体的には、該構造部２ｃは、酸化シリコンの層である。構造部２ｃのドーパント濃度は、半導体基板１から上に向かって縦方向に（垂直方向に）平均して減少している。この構造部２ｃの厚みは、１５００ｎｍから３０００ｎｍの範囲であるのが好ましいが、さらなる処理の基礎としては、構造部２ｃは他の厚みであってもよい。構造部２ｃの形成は、ＣＶＤ層の上に、２００℃〜６００℃の範囲の温度、１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの圧力、ＳｉＨ４の流量が約１００〜２０００ｓｃｃｍで、Ｎ２の流量が約１０００ｓｃｃｍ〜１０００００ｓｃｃｍという条件でなされることが好ましい。ドーパントとしては、具体的には、ホウ素、リン、または、ホウ素とリンの組合せであることが好適である。この場合、半導体基板１に面する、構造２ｃのドーパントの最高濃度は、約２％〜約１０％の範囲であることが好ましい。ドーパント濃度は、平均して、上に向かって、つまり、半導体基板の表面から離れるに従い、減少している。最高の濃度がいくらであるかにもよるが、ドーパント濃度の最低濃度は、０％〜５％の範囲になる。また、ドライエッチング工程により、開口部３が形成される。ドライエッチング工程としては、
(i)陽極温度が−２０℃〜１００℃
(ii)壁温度が−２０℃〜１００℃、
(iii)圧力が５ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒ、
(iv)電力が１０００Ｗ〜５０００Ｗ
(v)バイアス電力が１０００Ｗ〜６０００Ｗ
(vi)Ｏ２の流量が５ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍ
(vii)Ｃ３Ｆ８の流量が０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍ
(viii)Ｃ４Ｆ６の流量が０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍ
という条件下で行われるプラズマエッチング工程が好ましい。
【００２５】
ドライエッチング工程に続いて、ウェットケミカルエッチング工程が行われる。これにより、図３Ｂに示すようなアスペクト比が向上した開口部３を有する構造部２ｃが得られる。このウェットケミカルエッチング工程は、約５０：１〜５００：１に希釈したフッ酸（希フッ酸）を使用して行なうのが好ましい。このウェットケミカルエッチング工程では、前処理済みの半導体基板１から上方向にいくにつれてドーパント濃度が下がるので、もともと下から上に向かって広くなっていた開口部３は、上から下に向かって広くなる（つまり、アスペクト比を低くすることができる）。これは、ドーパントの濃度が高ければ、構造部２ｃのエッチング速度が上がるからである。開口部３の開口は、側壁６ｃが、前処理済みの半導体基板１の表面に対して垂直をなすことが好ましく、例えば、ＤＲＡＭの積層容量の機械的安定性に対して特に好ましいフットプリントを形成できるようになるように行われる。
【００２６】
図４は、構造２ｃのドーパントの好ましい濃度を概略的に示す図である。同図中の左から右かけて示される濃度は、図３Ａまたは図３Ｂの構造２ｃの下から上にかけてのドーパント濃度に対応している。参照符号Ａは、ドーパント濃度の直線的な減少を示す。
この場合、ドーパント濃度は、一定の傾きで減少している。
参照符号Ｂは、平均して減少するが、ドーパント濃度の傾きを変調させながらドーピングを行った場合のドーパント濃度を示す。このようにすることで、例えば、側壁の表面積を広くすることができる。これは、具体的には、記録用容量を有するＤＲＡＭの容量の表面積を増やすことができるので好ましい。また、図４の参照符号Ｃのように、前処理済みの半導体基板１の表面から離れるに従い、ドーパント濃度を多段式に下げて、略連続的にドーパント濃度を下げるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の、開口部を有する構造部を部分的に示す図である。
【図２Ａ】従来技術を示しており、ウェットケミカルエッチング工程前における開口部を有する積層された酸化物層の断面図である。
【図２Ｂ】本実施の形態を示しており、ウェットケミカルエッチング工程後における開口部を有する積層された酸化物層の断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態の構造部を示す概略断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す構造部にウェットケミカルエッチング工程を施した構造部の概略断面図である。
【図４】本発明による構造のドーパント濃度の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１      前処理済みの半導体基板
２      構造部
２ａ    第１構造部
２ｂ    第２構造部
２ｃ    平均してドーパント濃度が下がる構造部
３      開口部
４      前処理済みの半導体基板の表面における接続領域
５      前処理済みの半導体基板の表面における絶縁領域
６      構造部の開口部における側壁
６ａ    第１構造部の開口部における側壁
６ｂ    第２構造部の開口部における側壁
６ｃ    平均的にドーパント濃度が下がる構造の側壁
Ａ      ドーパント濃度の傾きが一定である直線的に減少するドーパント濃度
Ｂ      変調ドーピングによる、平均して減少するドーピング濃度
Ｃ      段階的かつ略連続的に減少するドーパント濃度
【図１】
2006287229.tif 000003
【図２Ａ】
2006287229.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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