(57)【要約】【課題】ハードマスク層パターンを利用して格納電極領域の表面積を増加させ、格納電極用の酸化膜の損傷、及びコンタクト間のブリッジ現象を防止する。【解決手段】本発明は半導体素子の格納電極形成方法に関し、特にハードマスク層パターンを利用して格納電極領域の表面積を増加させ、格納電極用は酸化膜の損傷、及びコンタクト間のブリッジ現象を防止することができる技術である。【選択図】図３ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）下部絶縁層が備えられた半導体基板上に格納電極用の酸化膜を形成する段階と、
（ｂ）前記格納電極用の酸化膜上に格納電極領域を定義するハードマスクシリサイド層パターンを形成する段階と、
（ｃ）全体表面の上部に洗浄工程を行ない、前記ハードマスクシリサイド層パターンの表面をエッチングする段階と、
（ｄ）前記エッチングされたハードマスクシリサイド層パターンをマスクとしてランディングプラグが露出するまで、前記格納電極用の酸化膜をエッチングし、格納電極を形成する段階とを含むことを特徴とする半導体素子の格納電極形成方法。
【請求項２】
前記洗浄工程はＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏの混合溶液、ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏの混合溶液、及びこれらの組合せでなるグループから選択されたいずれか一つで行なわれることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
【請求項３】
前記ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏの混合溶液は、２５℃以上の温度で１：（２〜５）：（１５〜２５）の比率でなることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
【請求項４】
前記ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏの混合溶液は、７０℃以上の温度で１：（３〜６）：（３００〜７００）の比率でなることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
【請求項５】
前記洗浄工程の時ハードマスクシリサイド層パターンと酸化膜のエッチング速度比は１６：１であることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
【請求項６】
（ａ）下部絶縁層が備えられた半導体基板上に格納電極用の酸化膜を形成する段階と、
（ｂ）前記格納電極用の酸化膜上にハードマスク層パターンを形成する段階と、
（ｃ）前記ハードマスク層パターンをマスクとしてランディングプラグを露出するまで、前記格納電極用の酸化膜をエッチングして格納電極領域を形成する段階と、
（ｄ）前記ハードマスク層パターンを含む格納電極領域の表面を洗浄し、前記ハードマスク層パターンを取り除く段階とを含むことを特徴とする半導体素子の格納電極形成方法。
【請求項７】
前記ハードマスク層は金属層であることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
【請求項８】
前記ハードマスク層パターンは、チタニウム、タングステン、タングステン窒化膜及びこれらの組合せでなるグループから選択されたいずれか一つでなることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
【請求項９】
前記洗浄工程は、４０℃〜９０℃の温度と（１：２：１５）〜（１：６：３０）の比率を有するＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏの混合溶液を利用して行われることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
【請求項１０】
前記洗浄工程の時、酸化膜とハードマスク層のエッチング速度比は（１：１３００）〜（４：８１００）でなることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の格納電極形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子の格納電極形成方法に関し、特にハードマスク層パターンを利用して格納電極領域の表面積を増加させ、格納電極用の酸化膜の損傷、及びコンタクト間のブリッジ現象を防止することができる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体素子が高集積化されるに伴いセルの大きさが縮小する。従って、格納電極の表面積に比例する静電容量の確保が難しくなっている。
特に、単位セルが一つのＭＯＳトランジスタとキャパシタで構成されたＤＲＡＭ素子では、広い面積を占めるキャパシタの静電容量を増加させて大きさを縮小させるのが素子製造時の重要な要因である。
【０００３】
キャパシタの静電容量は（Ｅｏ×Ｅｒ×Ａ）／Ｔに示す。ここで、Ｅｏは真空誘電率、Ｅｒは誘電体膜の誘電率、Ａはキャパシタの面積、そしてＴは誘電体膜の厚さを示す。
キャパシタの静電容量を増加させるため、下部格納電極の表面積を増加させるか誘電体膜の厚さを減少させてキャパシタを形成する。
【０００４】
図１ａ〜図１ｃは、従来の技術の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図等である。
図１ａに示されているように、素子分離膜（図示省略）、ゲート電極（図示省略）、ランディングプラグ（図示省略）及びビットライン（図示省略）のような下部構造物を備えた下部絶縁層１１を半導体基板（図示省略）の上部に形成する。
下部絶縁層１１の上部にＰＳＧ膜１３とＴＥＯＳ膜１５の積層構造でなる格納電極用の酸化膜１５、１３を形成する。このとき、前記ＴＥＯＳ膜１５はプラズマ化学気相蒸着（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：以下、ＰＥＣＶＤと記す）法で形成したものである。
【０００５】
次に、平坦化されたＴＥＯＳ膜１５の上部にハードマスク層パターン１７を形成する。
このとき、ハードマスク層パターン１７は全体表面の上部にポリシリコン膜（図示省略）を蒸着し、格納電極マスク（図示省略）を利用して前記ポリシリコン膜（図示省略）をエッチングし、ＢＯＥ溶液で洗浄して形成する。
図１ｂに示されているように、ハードマスク層パターン１７をマスクとして下部絶縁層１１に形成されたランディングプラグ（図示省略）が露出するまで、格納電極用の酸化膜１５、１３をエッチングして格納電極領域１９を形成する。
【０００６】
図１ｃに示されているように、ハードマスク層１７を取り除き、全体表面に洗浄工程を行なって格納電極領域１９を増加させる。
このとき、前記洗浄工程は格納電極用の酸化膜のボーイング（bowing）現象を誘発し、洗浄溶液による不規則な損失（loss）により「Ｂ」のように損傷を誘発する。ここで、「Ａ」は洗浄工程前の格納電極用の酸化膜１３、１５を示ものである。
次に、後続工程として格納電極用の導電層（図示省略）を蒸着する場合、「Ｂ」部分を介し隣接した格納電極領域１９の格納電極とブリッジされる。
【０００７】
図２ａ〜図２ｃは、従来の技術の他の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図等である。
図２ａに示されているように、素子分離膜（図示省略）、ゲート電極（図示省略）、ランディングプラグ（図示省略）及びビットライン（図示省略）のような下部構造物を備えた下部絶縁層２１を半導体基板（図示省略）の上部に形成する。
下部絶縁層２１の上部にＰＳＧ膜２３及びＴＥＯＳ膜２５の積層構造でなる格納電極用の酸化膜を形成する。このとき、ＴＥＯＳ膜２５はＰＥＣＶＤ法で形成する。
【０００８】
次に、平坦化エッチングされたＴＥＯＳ膜２５の上部にハードマスク層パターン２７を形成する。
このとき、ハードマスク層パターン２７は全体表面の上部にポリシリコン膜を蒸着し、格納電極マスク（図示省略）を利用して前記ポリシリコン膜をエッチングして形成する。ここで、前記エッチング工程はＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２の混合ガスを利用して行なわれる。
【０００９】
一方、ハードマスク層パターン２７はエッチング工程時に損傷され予定された「Ｘ」より小さい大きさに形成される。
図２ｂに示されているように、ハードマスク層パターン２７をマスクとして下部絶縁層２１に形成されたランディングプラグ（図示省略）が露出するまで、格納電極用の酸化膜２５、２３をエッチングして格納電極領域２９を形成する。このとき、ハードマスク層パターン２７は「Ｘ」部分より小さい「Ｃ」の大きさに形成される。
【００１０】
図２ｃに示されているように、ハードマスク層パターン２７を取り除いて格納電極領域２９の表面積を増加させるための洗浄工程を行なう。
このとき、ハードマスク層パターン２７は除去工程の時その下部のＴＥＯＳ膜パターン２５ａの表面がエッチングされ、上部の尖った構造に形成される。
【００１１】
次に、全体表面の上部に格納電極用の導電層（図示省略）を蒸着し、これを平坦化エッチングして格納電極３１を形成する。
このとき、「Ｃ」のハードマスク層パターン２７の部分で隣接した格納電極３１と互いに連結されたブリッジ現象が発生する（「Ｄ」参照）。
【００１２】
前述のように、従来の技術に係る半導体素子の格納電極形成方法は隣接する格納電極とのブリッジ現象を誘発し、半導体素子の特性及び信頼性を低下させて半導体素子の高集積化を難しくするという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は前記の従来の技術に係る問題点を解決するため、特にハードマスク層パターンを利用して格納電極領域の表面積を増加させ、格納電極用の酸化膜の損傷、及びコンタクト間のブリッジ現象を防止することができる半導体素子の格納電極形成方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る半導体素子の格納電極形成方法は、
（ａ）下部絶縁層が備えられた半導体基板上に格納電極用の酸化膜を形成する段階と、
（ｂ）前記格納電極用の酸化膜上に格納電極領域を定義するハードマスクシリサイド層パターンを形成する段階と、
（ｃ）全体表面の上部に洗浄工程を行ない、前記ハードマスクシリサイド層パターンの表面をエッチングする段階と、
（ｄ）前記エッチングされたハードマスクシリサイド層パターンをマスクとしてランディングプラグが露出するまで、前記格納電極用の酸化膜をエッチングし、格納電極を形成する段階とを含むことを特徴とする。
なお、本発明に係る半導体素子の格納電極形成方法は、
（ａ）下部絶縁層が備えられた半導体基板上に格納電極用の酸化膜を形成する段階と、
（ｂ）前記格納電極用の酸化膜上にハードマスク層パターンを形成する段階と、
（ｃ）前記ハードマスク層パターンをマスクとしてランディングプラグを露出するまで、前記格納電極用の酸化膜をエッチングして格納電極領域を形成する段階と、
（ｄ）前記ハードマスク層パターンを含む格納電極領域の表面を洗浄し、前記ハードマスク層パターンを取り除く段階とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る半導体素子の格納電極形成方法は、隣接する格納電極間のブリッジ現象を防止して半導体素子の製造時に充分な静電容量を確保することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図を参照して詳しく説明する。
図３ａ〜図3ｃは、本発明の好ましい第１の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図等である。
【００１７】
図３ａに示されているように、素子分離膜（図示省略）、ゲート電極（図示省略）、ランディングプラグ（図示省略）及びビットライン（図示省略）のような下部構造物を備えた下部絶縁層４１を半導体基板（図示省略）の上部に形成する。
【００１８】
下部絶縁層４１の上部にＰＳＧ膜４３とＴＥＯＳ膜４５を含む積層構造の格納電極用の酸化膜を形成する。このとき、ＴＥＯＳ膜４５はＰＥＣＶＤ法で形成する。
次に、平坦化されたＴＥＯＳ膜４５の上部に格納電極領域を定義するハードマスク層パターン４７を形成する。
このとき、ハードマスク層パターン４７は全体表面の上部にシリサイド膜（図示省略）を蒸着し、格納電極マスク（図示省略）を利用した前記シリサイド膜（図示省略）をエッチングして形成する。
【００１９】
図３ｂに示されているように、ハードマスク層パターン４７を含む全体表面の上部に洗浄工程を行ない、前記ハードマスク層パターン４７の表面をエッチングする。従って、前記洗浄工程でハードマスク層パターン４７の大きさが縮小され格納電極予定領域が増加する。ここで、「Ｅ」部分は前記洗浄工程前のハードマスク層パターン４７の大きさを示したものである。
【００２０】
このとき、前記洗浄工程はＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの混合溶液、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの混合溶液、又はこれらの組合せのうち選択されたいずれか一つで行なわれるのが好ましい。
さらに、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの混合溶液は２５℃以上の温度で、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏの比率が（１：２：１５）〜（１：５：２５）であるのが好ましく、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの混合溶液は７０℃以上の温度で、ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏの比率が（１：３：３００）〜（１：６：７００）であるのが好ましい。
一方、前記洗浄工程ではハードマスク層パターン４７のシリサイド膜とＴＥＯＳ膜４５の酸化膜のエッチング速度比は１６：１であるのが好ましく、格納電極領域の大きさに応じて洗浄時間を調節することができる。
【００２１】
図３ｃに示されているように、ハードマスク層パターン４７をマスクとして前記下部絶縁層４１に形成されたランディングプラグ（図示省略）が露出するまで、前記格納電極用の酸化膜４５、４３をエッチングして格納電極領域４９を形成する。
【００２２】
図４ａ〜図４ｄは、本発明の好ましい第２の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図等である。
図４ａに示されているように、素子分離膜（図示省略）、ゲート電極（図示省略）、ランディングプラグ（図示省略）及びビットライン（図示省略）のような下部構造物を備えた下部絶縁層６１を半導体基板（図示省略）の上部に形成する。
【００２３】
下部絶縁層６１の上部にＰＳＧ膜６３とＴＥＯＳ膜６５を含む積層構造の格納電極用の酸化膜を形成する。このとき、ＴＥＯＳ膜６５はＰＥＣＶＤ法で形成する。
次に、平坦化されたＴＥＯＳ膜６５の上部に格納電極領域を定義するハードマスク層パターン６７を形成する。
このとき、ハードマスク層パターン６７はチタニウム、タングステン、タングステン窒化膜又はこれらの組合せのうち選択されたいずれか一つであるのが好ましい。
一方、ハードマスク層パターン６７を含む全体表面にＢＯＥ溶液を利用した洗浄工程を行なってハードマスク層パターン６７をリセスすることができる。
【００２４】
図４ｂに示されているように、ハードマスク層パターン６７をマスクとして下部絶縁層６１に形成されたランディングプラグ（図示省略）が露出するまで、格納電極用の酸化膜６５、６３をエッチングして格納電極領域６９を形成する。このとき、格納電極領域６９は「Ｇ」ほどの幅に形成される。
【００２５】
図４ｃに示されているように、ハードマスク層パターン６７を含む格納電極領域６９の表面に洗浄工程を行ない、ハードマスク層パターン６７を取り除く。このとき、前記洗浄工程時に格納電極領域６９の幅は「Ｈ」に増加し、同時にハードマスク層パターン６７は取り除かれる。
ここで、前記洗浄工程はＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの混合溶液を利用した洗浄工程で格納電極領域６９の断面積を増加させる。
このとき、前記洗浄工程は４０〜９０℃の温度でＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏが（１：２：１５）〜（１：６：３）の比率であるＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの混合溶液を利用して行なわれるのが好ましい。
【００２６】
さらに、前記洗浄工程において格納電極用の酸化膜６３、６５とハードマスク層パターン６７のエッチング速度比は（１：１３００）〜（４：８１００）であるのが好ましい。特に、シリコン酸化膜、ＴＥＯＳ膜、ＢＰＳＧ、チタニウム膜、タングステン膜及びタングステン窒化膜のエッチング速度比はそれぞれ１：４：１３５：１３０８：１９６１：８０８７であるのがさらに好ましい。
【００２７】
図４ｄに示されているように、全体表面の上部に格納電極用の導電層（図示省略）を蒸着し、これを平坦化エッチングして格納電極７１を形成する。
このとき、図４ｂのように損傷したハードマスク層パターン６７の下部に位置するＴＥＯＳ膜パターン６５ａは、後続工程においてそれ以上の損傷がないので格納電極７１間のブリッジ現象を防止することができる。
【００２８】
なお、本発明について、好ましい実施の形態を基に説明したが、これらの実施の形態は、例を示すことを目的として開示したものであり、当業者であれば、本発明に係る技術思想の範囲内で、多様な改良、変更、付加等が可能である。このような改良、変更等も、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１ａ】従来の技術の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【図１ｂ】従来の技術の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【図１ｃ】従来の技術の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【図２ａ】従来の技術の他の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【図２ｂ】従来の技術の他の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【図２ｃ】従来の技術の他の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【図３ａ】本発明の第１の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【図３ｂ】本発明の第１の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【図３ｃ】本発明の第１の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【図４ａ】本発明の第２の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【図４ｂ】本発明の第２の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【図４ｃ】本発明の第２の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【図４ｄ】本発明の第２の実施の形態に係る半導体素子の格納電極形成方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
４１、６１   下部絶縁層
４３、６３   ＰＳＧ膜
４５、６５   ＴＥＯＳ膜
４７、６７   ハードマスク層パターン
４９、６９   格納電極領域
６５ａ   ＴＥＯＳ膜パターン
７１   格納電極
【図１ａ】
2006148052.tif 000003
【図１ｂ】
2006148052.tif 000004
【図１ｃ】
2006148052.tif 000005
【図２ａ】
2006148052.tif 000006
【図２ｂ】
2006148052.tif 000007
【図２ｃ】
2006148052.tif 000008
【図３ａ】
2006148052.tif 000009
【図３ｂ】
2006148052.tif 000010
【図３ｃ】
2006148052.tif 000011
【図４ａ】
2006148052.tif 000012
【図４ｂ】
2006148052.tif 000013
【図４ｃ】
2006148052.tif 000014
【図４ｄ】
2006148052.tif 000015