(57)【要約】      （修正有）【課題】ポリパッド処理を行うことなく、ストレージノードコンタクトプラグとランディングプラグ分離膜との間のオーバーラップマージンを確保し、かつ、ストレージノードコンタクトホールをエッチングする際のランディングプラグ分離膜のエッチング損失の防止に適した半導体素子のコンタクトプラグの製造方法を提供する。【解決手段】ランディングプラグ２３が形成された半導体基板２１上に絶縁膜２９Ａを形成するステップと、絶縁膜２９Ａの所定領域上に非晶質カーボンハードマスク３０Ａを形成するステップと、ハードマスク３０Ａをエッチングバリアにして絶縁膜２９Ａをエッチングしてランディングプラグ２３を露出させるストレージノードコンタクトホール３３を形成するステップと、コンタクトホール３３に導電物質を埋め込んでストレージノードコンタクトプラグを形成するステップとを含む。【選択図】図２Ｃ
2008016837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランディングプラグが形成された半導体基板上に絶縁膜を形成するステップと、
前記絶縁膜の所定領域上に非晶質カーボンハードマスクを形成するステップと、
前記非晶質カーボンハードマスクをエッチングバリアとして用い、前記絶縁膜をエッチングして前記ランディングプラグを露出させるストレージノードコンタクトホールを形成するステップと、
前記ストレージノードコンタクトホールに導電物質を埋め込んでストレージノードコンタクトプラグを形成するステップと、
を含むことを特徴とする半導体素子のコンタクトプラグの製造方法。
【請求項２】
前記絶縁膜のエッチングが、
１．９９〜６．６７Ｐａ（１５〜５０ｍＴｏｒｒ）の範囲の圧力で、１０００〜２０００Ｗの範囲のパワーを印加して行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コンタクトプラグの製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜のエッチングが、
Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，Ｃ４Ｆ６及びＣＨ２Ｆ２からなるグループの中から選択されたいずれか１つのガスを用いて行われることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子のコンタクトプラグの製造方法。
【請求項４】
Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，Ｃ４Ｆ６及びＣＨ２Ｆ２からなるグループの中から選択されたいずれか１つの前記ガスにＡｒ／Ｏ２／ＣＯ／Ｎ２の混合ガスを添加することを特徴とする請求項３に記載の半導体素子のコンタクトプラグの製造方法。
【請求項５】
前記ストレージノードコンタクトホールが、
下部の線幅に比べて上部の線幅が広い形状を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のコンタクトプラグの製造方法。
【請求項６】
前記非晶質カーボンハードマスクを形成する前記ステップが、
前記絶縁膜上に非晶質カーボン膜を形成するステップと、
前記非晶質カーボン膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、
前記フォトレジストパターンをエッチングバリアにして前記非晶質カーボン膜をエッチングするステップと、
前記フォトレジストパターンを除去するステップと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のコンタクトプラグの製造方法。
【請求項７】
前記非晶質カーボン膜をエッチングする前記ステップが、
１．３３〜２６．６７Ｐａ（１０〜２００ｍＴｏｒｒ）の範囲の圧力で２００〜２０００Ｗの範囲のパワーを印加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コンタクトプラグの製造方法。
【請求項８】
前記非晶質カーボン膜をエッチングする前記ステップが、
ＣＦ４／ＣＨＦ３の混合ガスを含むエッチングガスを用いることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子のコンタクトプラグの製造方法。
【請求項９】
ＣＦ４／ＣＨＦ３の混合ガスを含む前記エッチングガスが、
Ｏ２／Ｎ２／Ａｒの混合ガスをさらに添加されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体素子のコンタクトプラグの製造方法。
【請求項１０】
前記非晶質カーボン膜が、
１０００〜２０００Åの範囲の厚さに形成されることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子のコンタクトプラグの製造方法。
【請求項１１】
前記非晶質カーボン膜をエッチングする前記ステップが、
前記非晶質カーボン膜のエッチングによって露出した前記絶縁膜を５００〜１５００Åの範囲の厚さだけさらにエッチングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体素子のコンタクトプラグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造技術に関し、特に、半導体素子のストレージノードコンタクトプラグの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程において、ネットダイ（Ｎｅｔ  Ｄｉｅ）の増加を利用して量産性を確保するためにセル構造は、これまでの８Ｆ２から６Ｆ２に縮小されている。この場合、ストレージノードコンタクトプラグの形成の際、下膜であるランディングプラグ分離膜とのオーバーラップマージンを確保するため、コンタクトは一定レベルの大きさ以下に維持されなければならない。
【０００３】
この場合、ストレージノードコンタクトプラグと後続のストレージノードとのオーバーラップマージンの確保及び所望の接触抵抗の確保のためには、ストレージノードコンタクトプラグの上部の大きさが一定レベル以上に確保されなければならない。したがって、これまでの場合、この問題を改善するために、ストレージノードコンタクトプラグ及びストレージノードの絶縁膜にプラグパッド処理を追加してプラグパッドを形成したが、この方法は、処理工程の数及び開発原価が増大して量産性が落ちる問題という問題がある。
【０００４】
また、ストレージノードコンタクトプラグの上部の大きさを確保するためにストレージノードコンタクトマスクの大きさを増大させるとき、ストレージノードコンタクトホールをエッチングした後、ストレージノードコンタクトホール間のマージンの不足により、隣接するストレージノードコンタクトプラグ間のブリッジが発生するという問題もある。
【０００５】
さらに、ストレージノードコンタクトプラグのサイズの増大のため、下膜のランディングプラグ分離膜とのオーバーラップマージンが不足してストレージノードコンタクトホールをエッチングするときに、ランディングプラグ分離膜の一部にエッチング損失（Ａｔｔａｃｋ）が発生するという問題もある（図１の「Ａ」を参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の従来の技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、ポリパッド処理を行うことなく、ストレージノードコンタクトプラグとランディングプラグ分離膜との間のオーバーラップマージンを確保し、かつ、ストレージノードコンタクトホールを形成するエッチングの際、ランディングプラグ分離膜のエッチング損失の防止に適した半導体素子のコンタクトプラグ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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明に係る半導体素子のコンタクト製造方法は、ランディングプラグが形成された半導体基板上に絶縁膜を形成するステップと、前記絶縁膜の所定領域上に非晶質カーボンハードマスクを形成するステップと、前記非晶質カーボンハードマスクをエッチングバリアとして用い、前記絶縁膜をエッチングしてランディングプラグを露出させるストレージノードコンタクトホールを形成するステップと、前記ストレージノードコンタクトホールに導電物質を埋め込んでストレージノードコンタクトプラグを形成するステップとを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明には、所望の線幅を画定する非晶質カーボンハードマスクをエッチングバリアとして利用し、上部に比べて下部へ進むほど線幅が狭くなるストレージノードコンタクトホールを形成してストレージノードコンタクトプラグとストレージノードとの間のオーバーラップマージンを改善することによって、歩留りを向上させることができるという効果がある。
【０００９】
また、上部に比べて下部へ進むほど線幅が狭くなるストレージノードコンタクトホールを形成することにより、ストレージノードコンタクトプラグとランディングプラグ分離膜とのオーバーラップマージンを確保することもできるという効果がある。
【００１０】
また、従来のポリパッドを形成する工程を省略できるため、工程の安定化及び単純化により、製造原価を節減することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の最も好ましい実施の形態を添付した図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の実施の形態に係る半導体素子のコンタクトプラグの製造方法を説明するための断面図である。
【００１３】
図２Ａに示すように、ウェル及び素子分離構造が形成された半導体基板２１上に複数のゲートライン（図示せず）を形成する。続いて、ゲートラインを含む半導体基板２１の全面に第１の層間絶縁膜２２を形成する。それから、第１の層間絶縁膜２２の所定の領域に対してランディングプラグコンタクト（Ｌａｎｄｉｎｇ  Ｐｌｕｇ  Ｃｏｎｔａｃｔ，「ＬＰＣ」）を形成するためのエッチングを行い、ランディングプラグコンタクトホール（図面符号を省略）、及びパターン化された第１の層間絶縁膜２２を形成する。
【００１４】
続いて、ランディングプラグコンタクトホールに導電物質、例えば、ポリシリコンを埋め込んでランディングプラグ２３を形成する。以下、パターン化された第１の層間絶縁膜２２をランディングプラグ分離膜２２と称する。
【００１５】
続いて、ランディングプラグ２３とランディングプラグ分離膜２２の上に第２の層間絶縁膜２４を形成する。第２の層間絶縁膜２４の所定領域をエッチングしてビットラインコンタクトホール（図面符号を省略）、及びパターン化された第２の層間絶縁膜２４を形成する。その後、ビットラインコンタクトホール内にバリアメタルＴｉ／ＴｉＮを約１００〜１０００Åの範囲の厚さに形成した後、導電物質を埋め込んで、ビットラインコンタクト２５を形成する。一方、ビットラインコンタクト２５及びランディングプラグ２３の一部は電気的に接続する。
【００１６】
次に、パターン化された第２の層間絶縁膜２４の所定領域上にビットラインタングステン膜２６及びビットラインハードマスク２７を積層したビットラインＢＬを形成する。ビットラインタングステン膜２６は、約３００〜１０００Åの範囲の厚さに形成され、ビットラインハードマスク２７は、例えば、窒化膜を用いて約１５００〜３５００Åの範囲の厚さに形成される。
【００１７】
次に、まず、ビットラインハードマスク２７を、約２．６６〜９．３３Ｐａ（２０〜７０ｍＴｏｒｒ）の範囲の圧力で、約３００〜１０００Ｗの範囲のパワーを印加し、ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ｏ２／Ａｒを含む混合ガスを用いてエッチングする。続いて、ビットラインタングステン膜２６を、約２．６６〜９．３３Ｐａ（２０〜７０ｍＴｏｒｒ）の範囲の圧力で、約３００〜１０００Ｗの範囲のパワーを印加し、ＳＦ６／ＢＣｌ３／Ｎ２／Ｃｌ２を含む混合ガスを用いてエッチングする。
【００１８】
続いて、ビットラインＢＬの両側壁にビットラインスペーサ２８を形成する。ビットラインスペーサ２８は、約５０〜１５０Åの範囲の厚さの窒化物系の膜を含む。
【００１９】
続いて、ビットラインＢＬを含む第２の層間絶縁膜２４の全面に第３の層間絶縁膜２９を形成する。第３の層間絶縁膜２９は、約４０００〜１００００Åの範囲の厚さに形成される高密度プラズマ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ）酸化膜を含み、ビットラインＢＬを絶縁させる。その後、平坦化処理として化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）を行い、第３の層間絶縁膜２９の上部を平坦化する。
【００２０】
次に、第３の層間絶縁膜２９上に非晶質カーボン膜３０を形成する。非晶質カーボン膜３０は、約１０００〜２０００Åの範囲の厚さに形成される。続いて、非晶質カーボン膜３０上に反射防止膜としてＳｉＯＮ膜３１を形成し、ＳｉＯＮ膜３１の所定領域上にフォトレジストパターン３２を形成する。このとき、フォトレジストパターン３２は、ホールタイプ（Ｈｏｌｅ  ｔｙｐｅ）のパターンに形成される。
【００２１】
次に、図２Ｂに示すように、フォトレジストパターン３２をエッチングバリアとして用い、反射防止膜３１及び非晶質カーボン膜３０を順次エッチングしてパターニングされた反射防止膜３１Ａ及び非晶質カーボンハードマスク３０Ａを形成する。非晶質カーボン膜３０のエッチングは、約１．３３〜２６．６７Ｐａ（１０〜２００ｍＴｏｒｒ）の範囲の圧力で約２００〜２０００Ｗの範囲のパワーを印加し、炭素とフッ素とを含有するエッチングガスを用いて行われる。このとき、エッチングガスは、ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２／Ｎ２を含む。このＣＦ４／ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２／Ｎ２を含むエッチングガスを用いて非晶質カーボン膜３０をエッチングするため、垂直プロフィールを有する非晶質カーボンハードマスク３０Ａを形成することができる。このとき、第３の層間絶縁膜２９を所定の範囲の厚さ（図２Ｃに符号Ｐ１で示された約５００〜１５００Åの厚さ）だけエッチングすることができる。
【００２２】
非晶質カーボン膜３０をエッチングした後、フォトレジストパターン３２をストリップし、洗浄を行う。パターニングされた反射防止膜３１Ａは、このとき、完全に除去される。
【００２３】
次に、図２Ｃに示すように、非晶質カーボンハードマスク３０Ａをエッチングバリアとして利用し、第３の層間絶縁膜２９及び第２の層間絶縁膜２４を順次エッチングして、ランディングプラグ２３の上面を露出させるストレージノードコンタクトホール３３を形成するコンタクトホールエッチングを行う。符号２９Ａ及び２４Ａは、それぞれパターニングされた第３の層間絶縁膜２９Ａ及びパターニングされた第２の層間絶縁膜２４Ａを表す。ストレージノードコンタクトホール３３を形成するエッチングは、約１．９９〜６．６７Ｐａ（１５〜５０ｍＴｏｒｒ）の範囲の圧力で約１０００〜２０００Ｗの範囲のパワーを印加し、炭素とフッ素とを含有するエッチングガスを用いて行われる。このとき、エッチングガスは、Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，Ｃ４Ｆ６及びＣＨ２Ｆ２からなるグループの中から選択されたいずれか１つのガスにＡｒ／Ｏ２／ＣＯ／Ｎ２を添加したガスを含む。
【００２４】
その結果、上の部分は垂直プロフィールＰ１、残りの部分は底面に行くほど次第に線幅が狭くなる傾斜プロフィールＰ２を有するストレージノードコンタクトホール３３が形成される。上記の混合エッチングガスと非晶質カーボンハードマスク３０Ａの非晶質カーボンとが反応してポリマーが生成されるため、ストレージノードコンタクトホール３３の上部と比べて次第に線幅が狭くなる傾斜プロフィールＰ２が形成される。したがって、ストレージノードコンタクトホール３３の上の部分の線幅ＣＤ１に比べて、下の部分の線幅ＣＤ２が狭くなっている、ワイングラス形状のコンタクトホールが形成される。
【００２５】
このように、ストレージノードコンタクトホール３３の上部の線幅ＣＤ１を下部の線幅ＣＤ２に比べて広く形成したため、後続工程において、ストレージノードコンタクトホール３３を埋め込んで形成されるストレージノードコンタクトプラグとその上に形成されるストレージノードとの間の接触マージンの確保が可能となり、かつ、ストレージノードコンタクトプラグと下膜のランディングプラグ分離膜２２とのオーバーラップマージンの確保も可能となる。
【００２６】
次に、図２Ｄに示すように、ストレージノードコンタクトホール３３の表面に沿ってストレージノードコンタクトスペーサ用の窒化物系の膜を形成する。このとき、窒化物系の膜は約１００〜３００Åの範囲の厚さに形成される。
【００２７】
続いて、ストレージノードコンタクトスペーサ用の窒化物系の膜を、約１．３３〜４Ｐａ（１０〜３０ｍＴｏｒｒ）の範囲の圧力で、約３００〜１０００Ｗの範囲のパワーを印加し、ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ｏ２／Ａｒを含むエッチングガスを用いてエッチングする。その結果、ストレージノードコンタクトホール３３の両側壁にストレージノードコンタクトスペーサ３４が形成される。
【００２８】
続いて、ストレージノードコンタクトホール３３内に導電物質を埋め込む。導電物質は、例えばポリシリコンを用い、約１５００〜３０００Åの範囲の厚さに形成することができる。その後、導電物質に対するエッチバックによる分離処理を行ってストレージノードコンタクトプラグ３５を形成する。
【００２９】
図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の実施の形態を説明するためのマイクロ写真である。
【００３０】
図３Ａに示されているように、ストレージノードコンタクトを形成するためのハードマスクとしてポリシリコン膜を用いる場合、ストレージノードコンタクトホール３３の自己整列コンタクト（ＳＡＣ）エッチングの際にポリマーがほとんど生成されないため、勾配を有する傾斜プロフィールの実現が難しい。したがって、ストレージノードコンタクトホール３３の線幅が増大すれば、ストレージノードコンタクトホール３３の上部と下部が垂直のプロフィールを有するように形成され、その結果、ストレージノードコンタクトプラグと下のランディングプラグ分離膜２２とのオーバーラップマージンが足りないことから、ランディングプラグ分離膜２２のエッチング損失が発生し得る。
【００３１】
また、図３Ｂに示されているように、ストレージノードコンタクトを形成するためのハードマスクとして窒化物系の膜を用いる場合、勾配を有する傾斜プロフィールを形成することはできるが、ストレージノードコンタクトホール３３の線幅が、該ホール３３のＳＡＣエッチングの際に画定された線幅より大きくなるため、隣り合うストレージノードコンタクトホール３３どうしでブリッジ（図３Ｂにおいて符合Ｂで示す）が発生してストレージノードコンタクトホール３３の線幅の増大を困難にしてしまうという問題がある。
【００３２】
また、図３Ｃに示されているように、ストレージノードコンタクトを形成するためのマスクとしてフォトレジストパターンのみを用いる場合、ポリマーが多量に生成されるので勾配を有する傾斜プロフィールを形成することはできるが、ストレージノードコンタクトホール３３のパターンが変形してしまうという問題がある。
【００３３】
一方、図３Ｄに示されているように、非晶質カーボンハードマスク３０Ａを用いる場合、自己整列コンタクトエッチングの際に非晶質カーボンと酸化膜との間の選択比の増大により、ストレージノードコンタクトホール３３の上部の線幅が増大することなく、多量のポリマーを生成するという特性を利用して勾配を有する傾斜プロフィールを形成することができる。したがって、下部に比べて上部の線幅が広いプロフィール（図３Ｄにおいて符号Ｃで示す）を有するストレージノードコンタクトホール３３を形成するハードマスクとして非晶質カーボンハードマスク３０Ａを用いることが最も好ましい。
【００３４】
上述のように、本発明によれば、ストレージノードコンタクトホールの上部の線幅を増大させることにより、ストレージノードとストレージノードコンタクトプラグとの間のオーバーラップマージンを増大させることができる。また、ストレージノードコンタクトホールの下部の線幅は、上部の線幅に比べて狭く形成されるため、ストレージノードコンタクトプラグ及びランディングプラグ分離膜の接触マージンも確保され、それによってランディングプラグ分離膜のエッチング損失を防止することができる。
【００３５】
また、上記のような方法によってストレージノードコンタクトプラグを形成するため、従来技術におけるストレージノードコンタクトプラグとストレージノードとの間の接触マージンを増大させるためにポリパッドを形成する工程の省略を可能にし、工程数を減少して工程を単純化することができる。
【００３６】
尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来技術の問題を示すＴＥＭ写真である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態に係る半導体素子のコンタクトプラグの製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の形態に係る半導体素子のコンタクトプラグの製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｃ】本発明の実施の形態に係る半導体素子のコンタクトプラグの製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｄ】本発明の実施の形態に係る半導体素子のコンタクトプラグの製造方法を説明するための断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態と比較するためのマイクロ写真である。
【図３Ｂ】本発明の実施の形態と比較するためのマイクロ写真である。
【図３Ｃ】本発明の実施の形態と比較するためのマイクロ写真である。
【図３Ｄ】本発明の実施の形態を説明するためのマイクロ写真である。
【符号の説明】
【００３８】
２１      半導体基板
２２      第１の層間絶縁膜（ランディングプラグ分離膜）
２３      ランディングプラグ
２４      第２の層間絶縁膜
２５      ビットラインコンタクト
２６      ビットラインタングステン膜
２７      ビットラインハードマスク
２８      ビットラインスペーサ
２９      第３の層間絶縁膜
３０      非晶質カーボン膜
３０Ａ      非晶質カーボンハードマスク
３１      ＳｉＯＮ膜（反射防止膜）
３２      フォトレジストパターン
３３      ストレージノードコンタクトホール
３４      ストレージノードコンタクトスペーサ
３５      ストレージノードコンタクトプラグ
【図２Ａ】
2008016837.tif 000003
【図２Ｂ】
2008016837.tif 000004
【図２Ｃ】
2008016837.tif 000005
【図２Ｄ】
2008016837.tif 000006
【図１】
2008016837.tif 000007
【図３Ａ】
2008016837.tif 000008
【図３Ｂ】
2008016837.tif 000009
【図３Ｃ】
2008016837.tif 000010
【図３Ｄ】
2008016837.tif 000011