(57)【要約】【課題】複数のホールを有するマスクを用いて過露光を行い、シリンダー型キャパシタを形成することで、工程を単純化させることのできるキャパシタの製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板上に絶縁層を形成し、絶縁層にコンタクトホールを形成する段階と、コンタクトホールを埋め込むように絶縁層上に導電層を形成する段階と、導電層上に感光膜を形成する段階と、感光膜上に、サイドローブ現象を引き起こす過露光を含むフォト工程を行い、ドーナツ状の感光膜パターンを形成する段階と、感光膜パターンをマスクに用いたエッチング工程で前記導電層をパターニングし、シリンダー形態の下部電極を形成する段階と、下部電極を覆う誘電層及び上部電極を形成する段階と、を備えることを特徴とする。【選択図】図９ｂ
2006191008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に絶縁層を形成し、前記絶縁層にコンタクトホールを形成する段階と、
前記コンタクトホールを埋め込むように前記絶縁層上に導電層を形成する段階と、
前記導電層上に感光膜を形成する段階と、
前記感光膜上に、サイドローブ現象を引き起こす過露光を含むフォト工程を行い、ドーナツ状の感光膜パターンを形成する段階と、
前記感光膜パターンをマスクに用いたエッチング工程で前記導電層をパターニングし、シリンダー形態の下部電極を形成する段階と、
前記下部電極を覆う誘電層、及び上部電極を形成する段階と
を備えることを特徴とするキャパシタの製造方法。
【請求項２】
前記ドーナツ状のフォトレジストパターンを形成する段階は、
コンタクトホールを形成するための部分に透過部分が形成されたマスクを前記感光膜上に位置させる段階と、
前記マスクを用いて前記感光膜上に過露光を行う段階と、
前記過露光が行われた感光膜を現像する段階とを備えることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項３】
前記マスクは、光が６〜１５％程度透過する半透過部分と、
前記コンタクトホールを形成する部分に相応して、光が１００％透過する透過部分とで構成されることを特徴とする請求項２に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項４】
前記過露光は、コンタクトホールをパターニングする時の露光より１．５乃至２．５倍で行うことを特徴とする請求項２に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項５】
前記導電層は、導電性ポリシリコン層を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項６】
前記導電層のパターニングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子の製造に関し、特にサイドローブ現象を用いたシリンダー型のキャパシタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
代表的な半導体メモリ素子のＤＲＡＭの単位セルは、１つのトランジスタと、１つのキャパシタとで構成されている。ところが、前記トランジスタに比べてキャパシタの大きさが相対的に大きいため、素子の集積度を向上させるために、キャパシタの格納容量を維持かつ確保しながらその大きさを減らすための研究が進んでいる。
【０００３】
前記キャパシタの格納容量は、Ｃ＝ε×Ａ／ｄで計算する。ここで、Ｃは、キャパシタのストレージ能力、Ａは、電極の面積、ｄは、両電極間の距離とする。即ち、格納容量は誘電体の誘電常数（ε）と、誘電体を囲んでいる電極の面積に比例し、両電極間の離隔距離に反比例する。
【０００４】
したがって、キャパシタの格納能力を向上させるための方法として、誘電体物質に対する研究と、キャパシタの幾何学的な形状に対する研究などが考えられる。
後者の場合、シリンダー型のキャパシタを用いる方法が主に考慮されている。シリンダー型キャパシタは、電極の表面積を増加させ、より小さいサイズのキャパシタを形成することが可能となる。
【０００５】
それにも拘わらず、シリンダー型キャパシタは、工程上の側面で多くの問題点を抱えている。例えば、シリンダー型キャパシタの場合、フォト工程で単一のマスクにシリンダーの形状を実現することが不可能である。そのため、数回の段階を経てシリンダーの形状を形成するので、工程段階が相対的に複雑となる。
【０００６】
また、ウエットエッチング工程を含んでおり、ウェーハに損傷が発生することがある。したがって、キャパシタの大きさを減らす長所を維持しながらも現在の工程上における問題点を解決することのできる新たな工程の開発が求められている。
【０００７】
以下、従来のキャパシタの製造方法を説明する。
【０００８】
図１ａ乃至図１ｈは、従来のシリンダー型キャパシタの形成方法を説明するための工程断面図である。
図１ａに示したように、半導体基板１０上に層間絶縁膜２０を形成し、前記層間絶縁膜２０上に窒化膜３０を蒸着する。そして、前記窒化膜３０を後の工程でエッチングストッパとして用いるために、前記窒化膜３０を選択的に除去する。即ち、シリンダー型キャパシタが形成されない部分にのみ残す。
【０００９】
そして、フォトエッチング工程で前記層間絶縁膜２０の所定の部分を除去して、コンタクトホール２１を形成し、前記コンタクトホール２１が全て埋め込まれるように、前記層間絶縁膜２０上に導電層、例えば、導電性の第１ポリシリコン層４０を蒸着する。
【００１０】
図１ｂに示したように、シリンダー型の下部電極の内側に当たる領域を作るために、前記第１ポリシリコン層４０上にシリコン酸化膜５０を蒸着する。
【００１１】
図１ｃに示したように、前記シリコン酸化膜５０上に感光膜を蒸着し、露光、及び現像してシリンダー型キャパシタ領域を定義する感光膜パターン６０を形成する。
【００１２】
図１ｄに示したように、前記感光膜パターン６０をマスクに用いて、前記シリコン酸化膜５０を選択的に除去し、シリコン酸化膜パターン５５を形成した後、前記感光膜パターン６０を全て除去する。
【００１３】
図１ｅに示したように、前記シリコン酸化膜パターン５５を含む前記第１ポリシリコン層４０上に導電性の第２ポリシリコン層７０を形成する。この際、前記シリコン酸化膜パターン５５以外の領域で前記第１、第２ポリシリコン４０、７０は電気的に互いに連結される。
【００１４】
図１ｆに示したように、異方性ドライエッチング工程（反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etch））を用いて、前記第１、第２ポリシリコン層４０、７０を選択的に除去する。したがって、前記第２ポリシリコン層７０が前記シリコン酸化膜パターン５５の側壁にのみ残り、前記第１ポリシリコン層４０は、前記シリコン酸化膜パターン５５及び第２ポリシリコン層７０の下側にのみ残るようになり、シリンダー型の下部電極４０、７０が形成される。この際、前記異方性ドライエッチング工程は、前記窒化膜３０をエッチングストッパとして用いて行われる。
【００１５】
図１ｇに示したように、前記シリコン酸化膜パターン５５を全て除去して、シリンダー型キャパシタの下部電極を形成する。この際、前記シリコン酸化膜パターン５５は、ウエットエッチング工程によって除去される。
【００１６】
図１ｈに示したように、前記キャパシタの下部電極が形成された基板の全面に誘電体膜８０を蒸着し、前記誘電体膜８０上にキャパシタの上部電極９０を形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、このような従来のシリンダー型キャパシタの下部電極の製造方法においては次のような問題点があった。
【００１８】
第一に、上述したように、シリンダー型キャパシタの下部電極を形成するためには数回のフォトエッチング工程が要求されるため、工程が複雑で収率が低下するばかりでなく、製造原価の上昇、及び工程期間の延長などの問題を伴う。
第二に、ウエットエッチング工程を用いて前記シリコン酸化膜のパターンを除去するので、下部電極のポリシリコン層に損傷を与えることがあり、ウエットエッチング剤がウェーハの周縁に入り込み、周縁領域のチップに被害を与えたりする。
【００１９】
本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、その目的は、複数のホールを有するマスクを用いて過露光を行い、シリンダー型キャパシタを形成することで、工程を単純化させることのできるキャパシタの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するための本発明に係るキャパシタの製造方法は、半導体基板上に絶縁層を形成し、前記絶縁層にコンタクトホールを形成する段階と、前記コンタクトホールを埋め込むように前記絶縁層上に導電層を形成する段階と、前記導電層上に感光膜を形成する段階と、前記感光膜上に、サイドローブ現象を引き起こす過露光を含むフォト工程を行い、ドーナツ状の感光膜パターンを形成する段階と、前記感光膜パターンをマスクに用いたエッチング工程で前記導電層をパターニングし、シリンダー形態の下部電極を形成する段階と、前記下部電極を覆う誘電層、及び上部電極を形成する段階を備えることを特徴とする。
【００２１】
ここで、前記ドーナツ状のフォトレジストパターンを形成する段階は、コンタクトホールを形成するための部分に透過部分が形成されたマスクを前記感光膜上に位置させる段階と、前記マスクを用いて前記感光膜上に過露光を行う段階と、前記過露光が行われた感光膜を現像する段階とを備えることを特徴とする。
【００２２】
前記マスクは、光が６〜１５％程度透過される半透過部分と、前記コンタクトホールを形成する部分に相応して、光が１００％透過される透過部分とで構成されることを特徴とする。
【００２３】
前記過露光は、コンタクトホールをパターニングする時の露光より１．５乃至２．５倍で行うことを特徴とする。
【００２４】
前記導電層は、導電性ポリシリコン層を含むことを特徴とする。
【００２５】
前記導電層のパターニングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るキャパシタの製造方法においては次のような効果がある。
【００２７】
第一に、本発明は、コンタクトホールをパターニングするための位相反転マスク（ＰＳＭ）を用いた過露光によって前記マスクの透過部分のパターン形状によるサイドローブが発生するようにして、ドーナツ状のパターンを形成し、これを用いてシリンダー型キャパシタの下部電極を形成する。したがって、工程の単純化による材料費の低減と共に全体的な工程期間の短縮による生産性の向上を実現できる。
【００２８】
第二に、ウエットエッチング工程を用いないため、ウェーハの損傷を防止することができ、収率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明に係るキャパシタの製造方法を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
本発明はドーナツ状のパターン、例えば、フォトレジストパターンをウェーハ上にフォト工程で直接具現して、工程を単純化させ、ウエットエッチング工程を排除してウェーハに与える損傷を効果的に減少させるためのものである。したがって、前記ドーナツ状のパターンを直接ウェーハ上に形成するために、フォト工程でサイドローブ現象を意図的に起こし、フォトレジストパターンがドーナツ状に形成されるようにする。
【００３１】
即ち、コンタクトホールの形成のためのフォト工程で主に用いられている減衰型位相シフトマスクを用いて、適切に過露光を行うと、ウェーハ上にホールのパターンではなくドーナツ状の新たなパターンを形成することができる。これは、実際マスク上に存在する設計されたパターンの形状ではなく、新たな形状のパターンである。１００ｎｍ以下の厚さを有するドーナツ状のパターンである場合、実際に現在のマスク製作技術ではマスク上にパターンを形成しにくい。
【００３２】
しかし、本発明の実施例では、減衰型ＰＳＭマスクで問題視されているこのようなサイドローブ現象を用いて、マスクにドーナツ状のパターンを設定しなくとも、ウェーハ上にドーナツ状のフォトレジストパターンを実現することができる。
【００３３】
減衰型ＰＳＭにおいては、形成するパターンの周辺を全部遮光クロム（Ｃｒ）層で遮光するのではなく、６〜１５％程度の光を透過させる。しかし、透過した光の位相は、パターン領域を通過した光とは反対となるようにする。反対の位相を有する光はウェーハ上のコントラストを向上させる。
【００３４】
図２は本発明の第１実施例によるマスクの構造平面図で、図３は図２のマスクを通過する光の強度を示すものである。
本発明に係るマスク１１０は図２に示す通りである。即ち、光が６〜１５％程度透過する半透過部分１２０と、一定の間隔を有して光が１００％透過する透過部分１３０とで構成されている。即ち、コンタクトホールを形成するためのマスクとして、コンタクトホールを形成する部分に透過部分１３０が形成され、残りの部分は半透過部分１２０を形成したマスクである。
【００３５】
このようなマスク１１０を用いて露光を行う時、実際ウェーハ上に到達する光の強度は図３に示す通りである。
【００３６】
図３を参照すると、光が１００％通過する透過部分１３０の光強度を１とする時、光が６〜１５％程度のみ透過する半透過部分１２０の光強度は、ピッチによって０．１〜０．５程度となる。このような小さいピークによってウェーハに実現された虚像のイメージをサイドローブと言い、これは意図的にコントラストの増加のために透過させた光が重畳現象を起こして現れる。しかし、一般の工程では、フォトレジスト（ＰＲ）のしきい値が前記透過部分１２０間の半透過部分１３０に相応するピーク値より更に大きくなるので、パターンに影響を与えない。
【００３７】
図４は、図２のマスクを用いて適正量のエネルギーで露光した時に形成されたパターンのシミュレーション断面図で、図５は、図２のマスクを用いて適正量のエネルギーで露光した時に形成されたパターンのシミュレーション平面図である。
すなわち、基板にフォトレジスト１４０を蒸着し、前記図２のようなマスクを用いて適度に露光して現像すると、前記マスクの透過部分１３０に相応する部分のフォトレジスト１４０が選択的に除去され、コンタクトホールパターン１５０を形成するようになる。
【００３８】
しかし、本発明においては、前記図２のようなマスクを用いて適度に露光する方法を用いるのではなく、過露光を用いている。
前記図２のようなマスクを用いて過露光を行うと、前記透過部分１２０の間の半透過部分１３０に相応するピークの強度が増加して、フォトレジスト（ＰＲ）のしきい値を超えるようになる。したがって、過露光を行う場合、前記透過部分１２０の間の半透過部分１３０に相応する部分でパターンが形成される。この際、前記過露光は、適度な露光より１．５乃至２．５倍程のエネルギーで露光する。
【００３９】
図３では光の強度が一次元（１Ｄ）で描かれているが、二次元（２Ｄ）に拡げて見ると、サイドローブがパターンから一定の距離を置いて周辺に生じることが分かる。
すなわち、マスクに設計形成されたパターンが円である場合に、サイドローブもまた円の形状となり、結果的にはドーナツ状を形成する。また、ドーナツ状の厚さは過露光の量とパターンのピッチで調節が可能である。
【００４０】
図６は、本発明に係る図２のマスクを用いて過度なエネルギーで露光した時に形成されたパターンのシミュレーション断面図で、図７は、本発明に係る図２のマスクを用いて過度なエネルギーで露光した時に形成されたフォトレジストパターンのシミュレーション平面図で、図８ａは、本発明に係る図２のマスクを用いた過度なエネルギーで露光し、現像したときにウェーハ平面パターンの注射電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真で、図８ｂは、本発明に係る図２のマスクを用いた過度なエネルギーで露光し、現像したときにウェーハ断面パターンの注射電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真である。
【００４１】
基板にフォトレジスト１４０を蒸着し、図２のようなマスクを用いて過度なエネルギーで露光し現像すると、前記マスクの透過部分１３０と前記半透過部分１２０との境界面に相応する位置にフォトレジスト１４０がドーナツ状で残り、他の部分は除去される。
すなわち、過度なエネルギーで露光すると、前記透過部分１３０のパターン形状によるサイドローブが発生して、実際ウェーハ上に形成されるフォトレジストパターンは、図示したようにドーナツ状を有する。
【００４２】
このような本発明の実施例による結果は、図８ａ乃至図８ｂに示したように、過露光後に形成されたフォトレジストパターンの注射電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真で確認することができる。即ち、過露光によってドーナツ状のフォトレジストパターンがウェーハ上に形成されることが分かる。
【００４３】
前記図６、図７及び図８ａ乃至図８ｂで説明したように、本発明の実施例では、コンタクトホールのパターンを形成するマスク（図２参照）を用いて、過度なエネルギーで露光する方法を用いてドーナツ状のフォトレジストパターンを形成する。したがって、従来の方法でドーナツ状を形成するために行う数回の工程段階を省略できるばかりでなく、湿式工程を行わないことでウェーハに与える損傷を大きく減らすことができる。
【００４４】
このような本発明に係るキャパシタの製造方法を添付の図面を参照にしてより詳細に説明する。
【００４５】
図９ａ乃至図９ｄは、本発明の実施例によるシリンダー型キャパシタの製造方法を説明するための工程断面図である。
【００４６】
図９ａに示したように、半導体基板１００上に層間絶縁膜２００を形成し、前記層間絶縁膜２００上に窒化膜３００を蒸着する。そして、前記窒化膜３００を後の工程でエッチングストッパとして用いるために、前記窒化膜３００を選択的に除去する。即ち、シリンダー型キャパシタが形成されない部分にのみ残す。
【００４７】
そして、フォトエッチング工程で前記層間絶縁膜２００の所定の部分を除去してコンタクトホール２０１を形成し、前記コンタクトホール２０１が全て埋め込まれるように前記層間絶縁膜２００上に導電層、例えば、導電性の第１ポリシリコン層４００を蒸着する。
【００４８】
図９ｂに示したように、前記第１ポリシリコン層４００上に感光膜５００を蒸着し、前記図２のようなマスクを前記感光膜５００上に位置させる。そして、過度なエネルギーで露光、現像して、ドーナツ状の感光膜５００のパターンを形成する。
【００４９】
この際、上述したように、前記図２のようなマスクを用いて過露光を実施すると、前記透過部分１３０のパターン形状によるサイドローブが発生し、前記透過部分１３０の形状によって前記透過部分１３０と、半透過部分１２０との境界面に相応する位置にドーナツ状の感光膜５００のパターンが形成される。
【００５０】
図９ｃに示したように、前記感光膜５００パターンをエッチングマスクとして用いて、前記第１ポリシリコン層４００の露出した部分を異方性ドライエッチング工程、例えば、ＲＩＥ工程で選択的にエッチングして、シリンダー形状の下部電極４５０を形成する。この際、前記第１ポリシリコン層４００の異方性ドライエッチング工程は、前記窒化膜３００をエッチングストッパに用いて行われる。
【００５１】
図９ｄに示したように、前記キャパシタの下部電極４５０が形成された基板の全面に誘電体膜８００を蒸着し、前記誘電体膜８００上に導電性の第２ポリシリコン層を蒸着してキャパシタの上部電極９００を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１ａ】従来のシリンダー型キャパシタの形成方法を説明するための工程断面図である。
【図１ｂ】従来のシリンダー型キャパシタの形成方法を説明するための工程断面図である。
【図１ｃ】従来のシリンダー型キャパシタの形成方法を説明するための工程断面図である。
【図１ｄ】従来のシリンダー型キャパシタの形成方法を説明するための工程断面図である。
【図１ｅ】従来のシリンダー型キャパシタの形成方法を説明するための工程断面図である。
【図１ｆ】従来のシリンダー型キャパシタの形成方法を説明するための工程断面図である。
【図１ｇ】従来のシリンダー型キャパシタの形成方法を説明するための工程断面図である。
【図１ｈ】従来のシリンダー型キャパシタの形成方法を説明するための工程断面図である。
【図２】本発明の第１実施例によるマスクの構造平面図である。
【図３】図２のマスクを通過する光の強度を示すものである。
【図４】図２のマスクを用いて適正量のエネルギーで露光した時に形成されたパターンのシミュレーション断面図である。
【図５】図２のマスクを用いて適正量のエネルギーで露光した時に形成されたパターンのシミュレーション平面図である。
【図６】本発明に係る図２のマスクを用いて過度なエネルギーで露光した時に形成されたパターンのシミュレーション断面図である。
【図７】本発明に係る図２のマスクを用いて過度なエネルギーで露光した時に形成されたパターンのシミュレーション平面図である。
【図８ａ】本発明に係る図２のマスクを用いて過度なエネルギーで露光し、現像したときのウェーハ平面パターンの注射電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真である。
【図８ｂ】本発明に係る図２のマスクを用いて過度なエネルギーで露光し、現像したときのウェーハ断面パターンの注射電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真である。
【図９ａ】本発明の実施例によるシリンダー型キャパシタの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図９ｂ】本発明の実施例によるシリンダー型キャパシタの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図９ｃ】本発明の実施例によるシリンダー型キャパシタの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図９ｄ】本発明の実施例によるシリンダー型キャパシタの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１ａ】
2006191008.tif 000003
【図１ｂ】
2006191008.tif 000004
【図１ｃ】
2006191008.tif 000005
【図１ｄ】
2006191008.tif 000006
【図１ｅ】
2006191008.tif 000007
【図１ｆ】
2006191008.tif 000008
【図１ｇ】
2006191008.tif 000009
【図１ｈ】
2006191008.tif 000010
【図２】
2006191008.tif 000011
【図３】
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【図４】
2006191008.tif 000013
【図５】
2006191008.tif 000014
【図６】
2006191008.tif 000015
【図７】
2006191008.tif 000016
【図８ａ】
2006191008.tif 000017
【図８ｂ】
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【図９ａ】
2006191008.tif 000019
【図９ｂ】
2006191008.tif 000020
【図９ｃ】
2006191008.tif 000021
【図９ｄ】
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