(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面と対面する下部表面を有する下部絶縁層を貫通する伝導性コンタクトを形成する段階と、
前記下部絶縁層及び前記伝導性コンタクト上に、前記下部絶縁層の上部表面と対面する下部表面を有するＰＳＧ層である絶縁モールド層を化学気相蒸着方法により形成する段階と、
前記絶縁モールド層を貫通するように延びた貫通孔を形成するために、前記絶縁モールド層を選択的にエッチングする段階と、
前記貫通孔内に導電層を形成する段階と、を含み、
前記絶縁モールド層を形成する段階は、
プラズマパワーを漸進的に増加させる条件、蒸着温度を漸進的に上昇させる条件、前記絶縁モールド層の形成のためのシリコンソースと酸化剤ソースとの比率で前記シリコンソースの相対的な含量を漸進的に減少させる条件、蒸着チャンバの圧力を漸進的に減少させる条件、及び蒸着反応に要求されるソースを供給するシャワーヘッドと前記半導体基板との離隔間隔を漸進的に減少させる条件のうち少なくとも一つの条件下で実施すると共に、ドーピングされるドープ剤の濃度を連続的に薄くすることで前記絶縁モールド層の上部表面から前記絶縁モールド層の下部表面に延びる深さ方向にドーピング濃度を徐々に増加させることにより前記絶縁モールド層から前記深さ方向に固有エッチング特性が徐々に増加し、
前記エッチングは、湿式エッチングで行われることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁モールド層をエッチングする段階で、
前記エッチング特性は、前記絶縁モールド層がエッチングされるにつれて増加することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁モールド層の底部でのエッチング特性は、
前記絶縁モールド層の最上部での前記エッチング特性に比べて１．１倍ないし１０倍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製造方法。
【請求項４】
前記化学気相蒸着は、熱的化学気相蒸着またはプラズマ強化化学気相蒸着で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製造方法。
【請求項５】
前記貫通孔の底部線幅は最上部線幅に比べて実質的に同じように前記貫通孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記貫通孔の底部線幅は最上部線幅に比べて実質的に大きくなるように前記貫通孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記導電層は、前記貫通孔の形状に沿って立体構造で形成されるキャパシタのストレージ電極であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
半導体基板の表面と対面する下部表面を有する下部絶縁層を貫通する伝導性コンタクトを形成する段階と、
前記下部絶縁層及び前記伝導性コンタクト上に、前記下部絶縁層の上部表面と対面する下部表面を有するＰＳＧ層である絶縁モールド層を化学気相蒸着方法により形成する段階と、
前記絶縁モールド層を貫通するように延びた貫通孔を形成するために、前記絶縁モールド層を選択的にエッチングする段階と、
前記貫通孔内にキャパシタのストレージ電極を形成する段階と、を含み、
前記絶縁モールド層を形成する段階は、
プラズマパワーを漸進的に増加させる条件、蒸着温度を漸進的に上昇させる条件、前記絶縁モールド層の形成のためのシリコンソースと酸化剤ソースとの比率で前記シリコンソースの相対的な含量を漸進的に減少させる条件、蒸着チャンバの圧力を漸進的に減少させる条件、及び蒸着反応に要求されるソースを供給するシャワーヘッドと前記半導体基板との離隔間隔を漸進的に減少させる条件のうち少なくとも一つの条件下で実施すると共に、ドーピングされるドープ剤の濃度を連続的に薄くすることで前記絶縁モールド層の上部表面から前記絶縁モールド層の下部表面に延びる深さ方向にドーピング濃度を徐々に増加させることにより前記絶縁モールド層から前記深さ方向に固有エッチング特性が徐々に増加し、
前記エッチングは、湿式エッチングで行われることを特徴とするキャパシタのストレージ電極を含む半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁モールド層をエッチングする段階で、
前記エッチング特性は、前記絶縁モールド層がエッチングされるにつれて増加することを特徴とする請求項８に記載のキャパシタのストレージ電極を含む半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁モールド層の底部でのエッチング特性は、
前記絶縁モールド層の最上部位での前記エッチング特性に比べて１．１倍ないし１０倍であることを特徴とする請求項９に記載のキャパシタのストレージ電極を含む半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造方法に係り、特に絶縁層のモールドを用いて立体構造を有する導電層、例えばキャパシタのストレージ電極を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を製造するに当ってデザインルールが減少されるにつれて、キャパシタが占める面積の減少が要求されている。したがって、占める面積の減少によってDRAM(Dynamic Random Access Memory)素子のような半導体素子の動作に必要な一定量の静電容量を確保できるキャパシタを提供するのに多くの難点がある。
【０００３】
これを解消するためにキャパシタの構造をスタック型、トレンチ型またはシリンダー型のような３次元の立体構造で形成し、誘電層の有効表面積を広げる方法が試みられている。例えば、モールドを形成した後、このようなモールド形状により３次元立体構造のストレージ電極を具現する方法が提示されている。この時、縮小及び制限されたセル面積によって制限された面積を有する３次元立体構造のキャパシタにおいて表面積を広げ続けるためにはキャパシタの３次元立体構造を高くしなければならない。しかし、このようにキャパシタを高くすれば、キャパシタの立体構造の形成のためのエッチング工程、例えば、モールドをパターニングするエッチング工程上に多くの難しさを伴う。
【０００４】
図１は、立体構造のストレージ電極形成のためにパターニングされたモールドを説明するために示した垂直SEM(vertical Scanning Electron Microscope)写真である。図２は、図１に示したモールドを用いて形成したストレージ電極を含む立体構造のキャパシタを説明するために示した垂直SEM写真である。図３は、立体構造のストレージ電極を含むキャパシタに生じうる問題点を説明するためにストレージ電極の底部を示した垂直SEM写真である。図４は、立体構造のストレージ電極を含むキャパシタに生じうる漏れ電流の特性低下を示すグラフである。
【０００５】
図１を参照すれば、従来のキャパシタのストレージ電極を含む半導体素子の製造方法は、半導体基板上にシリコン酸化物のモールド層を形成した後、このようなモールド層をエッチングして下部のコンタクト、例えば、BC(Buried Contact)を露出する貫通孔を形成することを含む。この時、モールド層は非常に厚く、例えば約数千Åないし１００００Å程度の厚さに形成されうる。実質的に後続形成されるストレージ電極またはキャパシタの高さはこのようなモールド層の厚さにより左右されるので、前記のようにモールド層が非常に厚く形成される。
【０００６】
このようにモールド層が非常に厚くて、モールド層の選択的なエッチングによって形成される貫通孔は良好な側壁プロファイルを確保し難くなる。これと共に、図１に示したように、ＢＣを露出する貫通孔の底部の臨界線幅(CD: Critical Dimension)を確保し難くなる。すなわち、貫通孔の最上部での線幅は貫通孔の底部の線幅より大きくなり、これにより貫通孔は傾いた側壁を有する。このように貫通孔の底部線幅を確保し難いのは、初期のモールド層が前記のように非常に厚くて一般的なエッチングとしては実質的に垂直のプロファイルの貫通孔を得難いことに主に起因する。
【０００７】
図２を参照すれば、前記のような貫通孔を有するモールドを形成した後、このようなモールド上に前記貫通孔の内部側壁及び底部に沿ってストレージ電極層を蒸着する。モールドの形状に沿ってストレージ電極層が蒸着されるので、このようなストレージ電極層をパターニングまたは分離して形成されるストレージ電極はモールドの形状、実質的には貫通孔の形状に依存する３次元立体構造、例えば、シリンダー状またはスタック状に形成される。このようなストレージ電極をマスクとしてモールドを除去した後、ストレージ電極上に誘電層及びプレート電極などを形成してキャパシタを完成しうる。
【０００８】
前述したように形成されるキャパシタ形状の決定は実質的にストレージ電極の形状によってなされると見なしうる。この時、ストレージ電極の形状は実質的に貫通孔(またはモールド)の形状またはプロファイルによって決定されると見なしうるので、キャパシタの形状は貫通孔(またはモールド)の形状またはプロファイルによって決定されると見なしうる。ところが、前記のようにモールドの貫通孔の底部線幅が最上部線幅(top CD)に比べて小さく確保される場合、すなわち、貫通孔の側壁(モールドの側壁)が傾くと、ストレージ電極も傾いて形成されてストレージ電極の底部線幅が最上部線幅に比べて小さくなりうる。これにより、キャパシタの底部線幅もキャパシタの最上部線幅に比べて小さくなる。これは図２により立証される。
【０００９】
このようにキャパシタの底部線幅が最上部線幅に比べて狭くなると、キャパシタまたはストレージ電極が構造的に不安定になる。これにより、ストレージ電極またはキャパシタが傾いたり、倒れるなどの不良が生じる場合がある。また、ストレージ電極の底部線幅が最上部線幅に比べて狭くなるというのは、ストレージ電極とストレージ電極とのギャップの縦横比が不良になるということを意味する。したがって、ストレージ電極間の底部での誘電層またはプレート電極の段付き塗布性(step coverage)が弱くなりうる。このような誘電層またはプレート電極の段付き塗布性の不良は全体キャパシタの特性低下を引き起こしうる。
【００１０】
図３を参照すれば、ストレージ電極が傾いて形成されるので、ストレージ電極の底部線幅が最上部線幅に比べて狭くなってストレージ電極間のギャップの縦横比が不良になることを示す。すなわち、底部でのストレージ電極間のギャップの開口部位が狭くなる。これにより、誘電層またはプレート電極の段付き塗布性が弱くなりうる。
【００１１】
図４を参照すれば、前記のように誘電層またはプレート電極の段付き塗布性が弱くなれば、キャパシタの特性、例えば漏れ電流特性が劣化されることを示す。
【００１２】
一方、ストレージ電極の立体構造の側壁が傾くと、すなわち、ストレージ電極の底部線幅が最上部線幅に比べて狭くなれば、ストレージ電極と下部のＢＣとの間に誤整列マージンが狭くなる問題などが生じうる。また、これによりストレージ電極の下部とＢＣとの接触面積が縮まって抵抗が増加する問題などが生じうる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、３次元構造のストレージ電極形成のために導入される絶縁層、例えば、モールドの側壁が傾いてストレージ電極の側壁も傾くことを防止できる半導体素子の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の技術的課題を達成するための本発明の一観点は、半導体基板上に蒸着変数のうちいずれか一つを可変して固有エッチング率が深さ方向に増加する絶縁層を形成し、前記絶縁層を貫通する貫通孔を形成するために前記絶縁層を選択的にエッチングする。前記貫通孔内に導電層、例えばキャパシタのストレージ電極を形成する。
【００１５】
前記絶縁層をエッチングする段階で、前記エッチング率は前記絶縁層がエッチングされるにつれて増加する。前記絶縁層の底部での前記エッチング率は、前記絶縁層の最上部での前記エッチング率に比べて約１.１倍ないし１０倍でありうる。
【００１６】
前記絶縁層は、化学気相蒸着方法に基づいて蒸着されるシリコン酸化物よりなりうる。前記化学気相蒸着は、プラズマパワーを漸進的に増加させつつ行われる。前記化学気相蒸着は、蒸着温度を漸進的に増加させつつ行われる。前記化学気相蒸着は、前記シリコン酸化物の形成のためのシリコンソースと酸化剤ソースとの比率で前記シリコンソースの相対的な含量を漸進的に減少させつつ行われうる。前記化学気相蒸着は、蒸着チャンバの圧力を漸進的に減少させつつ行われうる。前記化学気相蒸着は、蒸着反応に要求されるソースを供給するシャワーヘッドと前記半導体基板との離隔間隔を漸進的に減少させつつ行われうる。このような化学気相蒸着は前記方法を組合わせて蒸着変数を変えつつ行われうる。
【００１７】
前記化学気相蒸着は、熱的化学気相蒸着またはプラズマ強化化学気相蒸着で行われうる。
一方、前記絶縁層は、深さ方向にドーピング濃度が漸進的に変わるBPSG層またはＰＳＧ層よりなりうる。前記絶縁層は、前記ドーピング濃度が前記絶縁層の最上部から前記絶縁層の底部に漸進的に増加するように形成される。
【００１８】
前記貫通孔の底部線幅は最上部線幅に比べて実質的に同じように前記貫通孔が形成されるか、前記貫通孔の底部線幅は最上部線幅に比べて実質的に大きくなるように前記貫通孔が形成されうる。
【００１９】
一方、前記モールド層は、厚さ方向にドーピング濃度が漸進的に変わる絶縁層、例えばBPSG層またはPSG層よりなりうる。ここで、前記ドーピング濃度が、前記モールド層の下部から前記モールド層の上部に漸進的に減少するように前記モールド層が形成されうる。
【００２０】
前記選択的なエッチングは湿式エッチングを含んで行われるか、乾式エッチングを含んで行われうる。
本発明の実施例によれば、３次元構造のストレージ電極形成のために導入されるモールドの側壁が傾いてストレージ電極の側壁も傾いて形成されることを防止できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態は色々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が後述する実施形態によって限定されるものと解釈されてはならない。本発明の実施形態は当業者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面での要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張されたものであり、図面上で同じ符号で示した要素は同じ要素を意味する。また、ある層が他の層または半導体基板の“上”にあると記載される場合に、前記ある層は前記他の層または半導体基板に直接接触しても、またはその間に第３の層として介在されてもよい。
【００２２】
本発明の実施形態ではストレージ電極を形成するための事前準備段階として貫通孔を有するモールドを形成する段階で、モールドの側壁(すなわち、貫通孔の側壁)のプロファイルが実質的に垂直になるようにモールドを形成する方案を提示する。これは立体構造のストレージ電極の側壁が実質的に垂直になるように誘導し、ストレージ電極の側壁が傾いて生じる問題を根本的に防止するためである。貫通孔が実質的に垂直のプロファイルを有するようにするために、本発明の実施形態ではモールド層を蒸着する時に固有エッチング率が漸進的に減少する物質を漸進的に蒸着して形成することを示す。これにより、モールド層のいずれか一つの上部はモールド層のいずれか一つの下部に比べて減少した固有エッチング率特性を示すようにモールド層を形成することを本発明の実施形態で示す。本発明の実施形態で固有エッチング率は物質自体が独立的である条件で、例えば独立した単一層の均一な状態である時に実現されうるエッチング率を意味する。
【００２３】
図５ないし図１６は、本発明の実施形態に係るキャパシタのストレージ電極を含む半導体素子の製造方法を説明するために提供される。
図５は、半導体基板１００上にモールド層３００を形成する段階を概略的に示す。
【００２４】
具体的に、半導体基板１００上に半導体基板１００の活性領域に電気的に連結される埋没コンタクト(BC)形態のコンタクト２７０を下部絶縁層２００を介在して形成する。例えば、シリコン酸化物などの下部絶縁層２００上にエッチング終了層２５０を形成した後、前記下部絶縁層２００を貫通するコンタクトホールを形成した後、このようなコンタクトホールを充填するコンタクト２７０を形成する。このようなコンタクト２７０は多様な導電物質、例えば、導電性の多結晶シリコンで形成されうる。この時、前記エッチング終了層２５０は以後に形成される絶縁層、すなわち、モールド層とエッチング選択比を有しうる絶縁物質、例えばシリコン窒化物で形成されることが望ましい。
【００２５】
次に、このようなコンタクト２７０を覆うモールド層３００を下部絶縁層２００上、実質的にはエッチング終了層２５０上に形成する。この時、モールド層３００はキャパシタのストレージ電極形成のために導入される犠牲層で形成されうる。それにも拘わらず、モールド層３００は導入されたエッチング終了層２５０とエッチング選択比を有する絶縁物質、例えばシリコン酸化物よりなる絶縁層とより形成されうる。この時、モールド層３００はキャパシタのストレージ電極形成のための犠牲層であるので、ストレージ電極の高さに相応する厚さに形成される。例えば、約数千Åないし数万Å厚さ、例えば、約１４０００Åにモールド層３００を形成する。
【００２６】
モールド層３００はその厚さ方向に固有エッチング率が連続的または漸進的に変化するように形成される。この時、固有エッチング率は、モールド層３００の測定対象となるいずれか一部が独立している場合にそれ自体の物質特性に依存して具現されるエッチング率を意味する。したがって、このような固有エッチング率は、モールド層３００をパターニングする時に全体的に具現されるエッチング率を意味することではなく、モールド層３００のそれぞれの部分が独立している条件である時、例えば、それぞれの部分が独立して均一な単一層である時に実験的に具現されるそれぞれの部分でのエッチング率を意味すると見なされうる。
【００２７】
この時、モールド層３００のいずれか一つの上部はモールド層３００の他のいずれか一つの下部に比べて、前記上部と下部との各々が独立した単一層である場合を仮定する時、低いエッチング率を有するようにモールド層３００を蒸着する。すなわち、モールド層３００を形成する時、固有エッチング率が漸進的に減少する物質を漸進的に蒸着して全体モールド層３００を形成する。すなわち、蒸着変数のいずれか一つまたは多数を変化させることによってエッチング率が深さまたは厚さ方向に変化する絶縁層を蒸着してモールド層３００として用いる。これにより、モールド層３００は厚さ方向に固有エッチング率が変化するように形成できる。この時、モールド層３００をPE-TEOS(Plasma-Enhanced Tetra Ethyl OrthoSilicate)蒸着のようなプラズマ強化化学気相蒸着(PE-CVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)で形成できる。
【００２８】
モールド層３００がこのような固有エッチング率特性を示すように誘導するために、モールド層３００を形成する蒸着工程を行う時に蒸着工程の遂行条件または変数を変化させて蒸着される絶縁層、すなわち、モールド層３００の特性をその厚さ方向に沿って変化させる。
【００２９】
モールド層３００の蒸着が進行されるにつれて蒸着されるモールド層３００の膜質特性を順次に変化させるために、モールド層３００を形成する時にＣＶＤに基づく蒸着方法、例えば、熱的ＣＶＤまたはＰＥ−ＣＶＤなどを利用できる。このようなＣＶＤに基づく蒸着方法は蒸着時に伴われる工程変数などを変化させるのに有利であり、このような工程変数の変化によってモールド層３００の膜質特性が厚さ方向に連続的に変化できて有利である。このようなモールド層３００の蒸着時に工程条件を変化させる例として、ＣＶＤに基づく蒸着方法のうち一つであるＰＥ−ＣＶＤ設備を用いて具体的に説明する。
【００３０】
図６は、本発明の実施形態で利用できるＰＥ−ＣＶＤ設備を概略的に示す図面である。ＰＥ−ＣＶＤはプラズマを用いる蒸着特性を強化させるＣＶＤの一方法として知られている。このようなＰＥ−ＣＶＤを行える設備は、基本的に半導体基板、例えば、ウェーハ６１００が置かれるサセプタ(susceptor)６２００と、ウェーハ６１００の上側に導入されるシャワーヘッド６３００及びヒーティングランプのようなヒータ６４００とを具備する。このような部品は全てチャンバ内に設けられる。シャワーヘッド６３００にはガス供給源６５００が連結されて反応ガスが提供され、またパワー提供部６６００が連結されてプラズマ発生のためのＲＦパワーが印加される。
【００３１】
前記のようなＰＥ−ＣＶＤ設備を用いてモールド層（図１の３００）を蒸着する時、蒸着条件としては、チャンバ内の圧力、温度、プラズマ発生のためのＲＦパワー、反応ガス間の比率及び反応ガスの提供流れ速度またはシャワーヘッド６３００とウェーハとのギャップまたは離隔間隔などを示しうる。したがって、モールド層３００を蒸着する過程中にこのような条件変数を連続的または漸進的に調節することによって、蒸着されるモールド層３００の特性が厚さ方向に連続的または漸進的に変化されるように誘導できる。このように蒸着条件を連続的または漸進的に調節することによってモールド層３００の固有エッチング率を厚さ方向に異ならして変化させることについては実験結果に基づいて後述する。
【００３２】
図５を再び参照すれば、モールド層３００の厚さ方向への固有エッチング率の変化を誘導するために、モールド層３００としてBPSG(BoroPhosphoSilicate Glass)層またはPSG層を蒸着して利用できる。この時、ＢＰＳＧ層またはＰＳＧ層を蒸着する時にドーピングされるドープ剤の濃度を連続的に薄くすることによって全体モールド層３００をなすそれぞれの部分の固有エッチング率が変わりうる。すなわち、ＢＰＳＧ層またはＰＳＧ層を蒸着する初期段階では相対的に高いドーピング濃度を有するようにし、蒸着の末期段階へ行くほどドーピング濃度を薄くしてモールド層３００を形成できる。これにより、モールド層３００内のドーピング濃度プロファイルは図７に示される。ＢＰＳＧまたはＰＳＧの場合、ドーピング濃度が高ければ、ドーピング濃度が低い場合に比べて高い固有エッチング率を示す。したがって、モールド層３００をＢＰＳＧまたはＰＳＧで形成する時に前記のようなドーピングプロファイルを有するように誘導すれば、モールド層３００の厚さ方向に変化する固有エッチング率を具現できる。
【００３３】
図８は、モールド層３００を選択的にエッチングしてコンタクト２７０を露出する貫通孔３５０を有するモールド３００'を形成する段階を概略的に示す。
【００３４】
具体的に、モールド層３００をフォトリソグラフィなどを用いて選択的にエッチングして下部のコンタクト２７０を露出する貫通孔３５０をなすモールド３００'を形成する。この時、図５を参照して説明したようにモールド層(図５の３００)の厚さ方向に沿って固有エッチング率が変化するように形成されている。すなわち、モールド層(図５の３００)は下部での固有エッチング率が高く、上部での固有エッチング率が低く形成されている。したがって、貫通孔３５０を形成するエッチング工程が進行されるにつれて全体エッチング工程のエッチング率が段々減少することを補償し、しかも解消できる。また、全体貫通孔３５０のエッチング工程のエッチング率を段々増加させうる。
【００３５】
もしモールド層が均一な膜質特性を有する単一層である場合に前記のような貫通孔を形成するためのエッチング工程を進行すれば、貫通孔が形成されるにつれて構造的な要素によってエッチング率が段々抑制されたり、傾斜エッチングが生じうる。すなわち、貫通孔の形成によって生じる副産物またはポリマーの影響によってエッチングが抑制されて傾斜エッチング傾向が生じる。それにも拘わらず、本発明の実施形態ではモールド層(図５の３００)が厚さ方向に沿って固有エッチング率が変化するように形成されているので、このような貫通孔３５０の形成が進行されるにつれて傾斜エッチング傾向またはエッチングの抑制が補償されうる。
【００３６】
これにより、形成される貫通孔３５０は傾斜が生じなく実質的に垂直の側壁を有しうる。さらに、モールド層(図５の３００)が深さ方向に沿ってエッチング率が増加する特性を有するので、実際貫通孔３５０をエッチングしてモールド３００'を形成するエッチング工程中にエッチング工程が進行されるにつれてエッチング率を増加させうる。これにより、貫通孔３５０の底部線幅が最上部線幅より実質的に広く形成される場合もある。このように貫通孔３５０の下部または底部でも円滑なエッチングを具現でき、貫通孔３５０の側壁での傾斜発生を防止しうる。
【００３７】
一方、このような選択的なエッチングはモールド層３００をなすシリコン酸化物についてのエッチング条件として行われ、このようなエッチングは乾式エッチングまたは湿式エッチングで行われる。それにも拘わらず、このようなエッチングは湿式エッチングで行われることが、貫通孔３５０の側壁プロファイルが実質的に垂直であるか、貫通孔３５０の底部線幅が最上部線幅に比べて少なくとも同一かまたは広くなるのに有利である。
【００３８】
このようなエッチングによって貫通孔３５０が実質的に垂直の側壁プロファイルを有しうるのは、前記のように行われるエッチング工程の特性に依存するよりはモールド層(図５の３００)の膜質特性に大きく依存する。モールド層(図５の３００)の厚さ方向による膜質特性変化は、モールド層(図５の３００)の蒸着時の条件に依存するので、結局、固有エッチング率の変化はモールド層(図５の３００)の蒸着に用いられた条件に依存する。モールド層３００の蒸着条件変化とこれによるモールド層３００の固有エッチング率の変化は図９ないし図１３に示されるグラフにより分かる。
【００３９】
図９は、モールド層３００として用いられる絶縁層を蒸着する時、蒸着装置のプラズマのパワー変化に係る蒸着率及び湿式固有エッチング率の変化を示すグラフである。図１０は、モールド層３００として用いられる絶縁層を蒸着する時、蒸着温度変化に係る蒸着率及び湿式固有エッチング率の変化を示すグラフである。図１１は、モールド層３００として用いられる絶縁層を蒸着する時、蒸着時の反応ガス間の比率変化に係る蒸着率及び湿式固有エッチング率の変化を示すグラフである。図１２は、モールド層３００として用いられる絶縁層を蒸着する時、チャンバ圧力変化に係る蒸着率及び湿式固有エッチング率の変化を示すグラフである。図１３は、モールド層３００として用いられる絶縁層を蒸着する時、シャワーヘッドと半導体基板との離隔間隔変化に係る蒸着率及び湿式固有エッチング率の変化を示すグラフである。
【００４０】
図９ないし図１３に示した実験結果は、モールド層３００として用いられる絶縁層を蒸着する時、反応ガスとしてSiH4ガス(シリコンソースとして用いられる)１１５sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)及びN2Oガス(酸化剤ソースとして用いられる)１７００sccm、４００℃の温度、２.２torrのチャンバ圧力、２９５Wのプラズマパワー(すなわち、プラズマ発生のためのRFパワー)及び５３５milsの離隔間隔(すなわち、シャワーヘッドとサセプタとのギャップ)を基本蒸着条件として設定した。それぞれのグラフにおいて選択された蒸着変数以外の要素は基本蒸着条件に従って形成された試片から得られたものである。この時、モールド層３００として用いられる絶縁層の蒸着は、P-５０００ DXZ型チャンバ(AMT社)でなされた。また、湿式エッチング率はNH4OH:HF:脱イオン水＝１９:１:８０の溶液に常温で１０分間処理した後、NH4OH:H2O2:脱イオン水＝１:４:２０溶液に７０℃で１０分間処理した時の試片のシリコン酸化物のエッチング量を測定したものである。一方、それぞれのグラフで-□-グラフは蒸着率を示し、-●-グラフはエッチング率を示す。それぞれのグラフでのエッチング率の測定された結果はそれぞれの条件で形成された単一層について測定された結果である。
【００４１】
図９を参照すれば、モールド層３００として用いられる絶縁層を蒸着する時、蒸着に用いられるプラズマのパワー変化によって湿式固有エッチング率が変化する。プラズマのパワー変化は、次の表１に示したように変化させつつ絶縁層の蒸着を行った。
【００４２】
【表１】
0004782325.tif 000002
【００４３】
図９のグラフによれば、プラズマパワーが増加するにつれて絶縁層をなすシリコン酸化物の蒸着率は増加するが、湿式固有エッチング率は減少する。したがって、絶縁層、すなわち、モールド層３００を蒸着する時、初期には相対的に低いプラズマパワーを印加して漸進的または連続的にプラズマパワーを高めることによって、貫通孔３５０の形成のために形成されたモールド層３００をエッチングする時、湿式エッチングが進行されるにつれて全体としてエッチング率が抑制されることを補償して防止できる。これは従来のモールドの貫通孔を形成する時にエッチングが進行されるにつれてエッチング率が抑制されることを防止できることを意味する。これにより、貫通孔３５０の側壁プロファイルが底部線幅が最上部線幅より大きく減少することを防止できる。したがって、貫通孔３５０の側壁プロファイルが実質的に垂直であるか、または底部線幅を最上部線幅に比べて多少広く誘導できる。
【００４４】
図１０を参照すれば、モールド層３００として用いられる絶縁層を蒸着する時、蒸着温度の変化によって湿式固有エッチング率が変化する。蒸着温度が増加するにつれて絶縁層をなすシリコン酸化物の蒸着率は減少し、湿式固有エッチング率も減少する。したがって、モールド層３００を蒸着する時、初期には相対的に低い蒸着温度で蒸着を行い、漸進的または連続的に蒸着温度を増加させて、貫通孔３５０の形成のために形成されたモールド層３００をエッチングする時、湿式エッチングが進行されるにつれて全体としてエッチング率が抑制されることを補償したり防止できる。したがって、貫通孔３５０の側壁プロファイルが実質的に垂直であるか、または底部線幅が最上部線幅に比べて多少広く誘導できる。
【００４５】
図１１を参照すれば、モールド層３００として用いられる絶縁層を蒸着する時の反応ガス間の比率変化によって湿式固有エッチング率が変化する。図１１でのガス比率はガス流量を意味し、シリコンソースと酸化剤ソースとの比率(例えば、シリコンソースとしてSiH4ガスを用い、酸化剤ソースとしてN2Oガスを用いる時、ガス流量はSiH4/N2Oガスの比率)を意味する。SiH4/N2Oガスの比率が増加するにつれて、すなわち、SiH4ガスの流量が相対的に増加するにつれて、モールド層３００をなすシリコン酸化物の蒸着率は増加し、また湿式固有エッチング率も増加する。したがって、モールド層３００を蒸着する時、初期には相対的に高いSiH4/N2Oガスの比率で蒸着を行い、漸進的または連続的にSiH4/N2Oガスの比率を低めて、貫通孔３５０の形成のために形成されたモールド層３００をエッチングする時、湿式エッチングが進行されるにつれてエッチング率が抑制されることを補償したり、却って増加させうる。したがって、貫通孔３５０の側壁プロファイルが実質的に垂直であるか、または底部線幅が最上部線幅に比べて多少広く誘導できる。
【００４６】
図１２を参照すれば、モールド層３００として用いられる絶縁層を蒸着する時、チャンバ圧力変化によって湿式固有エッチング率が変化する。チャンバ圧力が増加するにつれて、モールド層３００をなすシリコン酸化物の湿式固有エッチング率は増加する。したがって、モールド層３００を蒸着する時、初期には相対的に高いチャンバ圧力で蒸着を行い、漸進的または連続的にチャンバ圧力を低めて、貫通孔３５０の形成のために形成されたモールド層３００をエッチングする時、湿式エッチングが進行されるにつれてエッチング率が抑制されることを防止できる。したがって、貫通孔３５０の側壁プロファイルが実質的に垂直であるか、または底部線幅が最上部線幅に比べて多少広く誘導できる。
【００４７】
図１３を参照すれば、モールド層３００として用いられる絶縁層を蒸着する時、PE-CVD設備のシャワーヘッド(図６の６３００)とサセプタ(図６の６２００)との離隔間隔、すなわち、シャワーヘッド６３００と半導体基板との離隔間隔変化によって湿式固有エッチング率が変化する。このような離隔間隔が増加するにつれて、モールド層３００をなすシリコン酸化物の湿式固有エッチング率が増加して高いエッチング率で収束される。したがって、モールド層３００を蒸着する時、初期には相対的に広い離隔間隔で蒸着を行い、漸進的または連続的に離隔間隔を狭めて、貫通孔３５０の形成のために形成されたモールド層３００をエッチングする時、湿式エッチングが進行されるにつれてエッチング率が減少することを補償できる。したがって、貫通孔３５０の側壁プロファイルが実質的に垂直であるか、または底部線幅を最上部線幅に比べて多少広く誘導できる。
【００４８】
このような図９ないし図１３に示した実験結果は、モールド層３００を蒸着する時、プラズマパワー、蒸着温度、反応ガスの比率、蒸着圧力または離隔間隔を漸進的にまたは連続的に調節してモールド層３００の相対的な上部に比べてモールド層３００の相対的な下部で固有エッチング率が漸進的または連続的に増加するようにモールド層３００を形成できることを立証する。
【００４９】
再び図８を参照すれば、湿式エッチングまたは乾式エッチング、望ましくは湿式エッチングでモールド層３００を選択的にエッチングして下部のコンタクト２７０を露出する貫通孔３５０を形成することによって、キャパシタのストレージ電極に３次元立体形状を与えるためのモールド３００'が形成される。この時、前記エッチング工程が前記のようにエッチングが進行されるにつれてエッチング率が抑制されたり、傾斜エッチング傾向を示す現象を補償したり防止できる。すなわち、エッチングが進行されるにつれて構造的な影響、ポリマーまたはエッチング副産物によるエッチング抑制効果が生じたり、傾斜エッチングで進行されることを防止できる。したがって、形成されるモールド３００'の側壁、すなわち、貫通孔３５０の側壁が実質的に垂直である良好なプロファイルを有しうる。また、エッチングが進行されるにつれてエッチング率を却って増加させることができて、貫通孔３５０によって露出される底部線幅が貫通孔３５０の最上部線幅に比べて多少大きくなるように貫通孔３５０の側壁を傾くように誘導できる。それにも拘わらず、貫通孔３５０の側壁は実質的に垂直した良好なプロファイルを有しうる。
【００５０】
一方、前記エッチングはモールド３００'の下部に存在するエッチング終了層２５０上で終了させうる。
図１４は、モールド３００'上にストレージ電極４００を形成する段階を概略的に示す。
【００５１】
具体的に、貫通孔３５０が形成されたモールド３００'上に導電物質、例えば、導電性多結晶シリコンを蒸着し、貫通孔３５０の側壁と底部のプロファイルに沿って形成されるストレージ電極層を形成する。この時、ストレージ電極層は下部のコンタクト２７０に電気的に連結される。ストレージ電極層を分離し、例えば、ストレージ電極層上をエッチバックまたはCMPしてモールド層３００の表面を露出させ、ストレージ電極層を分離して３次元立体形状のストレージ電極４００を形成する。図１４にはシリンダー形態のストレージ電極４００を例として説明したが、ストレージ電極４００はスタックまたはトレンチ、コンケーブ(concave)状に形成してもよい。
【００５２】
このように形成されるストレージ電極４００は、コンタクト２７０と接触する底部と側壁部とが実質的に垂直の角(α)をなしうる。前述したような本発明の実施形態に係る固有エッチング率が厚さ方向に変化するモールド層３００の導入によりこのような角度を有するようにストレージ電極４００を形成できる。
【００５３】
図１５は、ストレージ電極４００上に誘電層５００及びプレート電極６００を形成する段階を概略的に示す。
【００５４】
具体的に、ストレージ電極４００をマスクとして残留するモールド３００'を選択的に除去する。モールド３００'がシリコン酸化物で形成されるので、このようなモールド３００'の除去は公知の酸化物エッチング液を用いた湿式エッチングで行われる。シリンダー状の立体構造を有するストレージ電極４００を形成した後、ストレージ電極４００上に誘電層５００及びプレート電極６００を形成してキャパシタを完成する。この時、誘電層５００として多様な誘電物質、例えば、酸化タンタル(TaO)などが利用でき、プレート電極６００としては窒化チタン(TiN)または多結晶シリコンなどが用いられる。
【００５５】
図１６は、本発明の実施形態に係る効果を説明するために概略的に示す垂直SEM写真である。図１６は、前述したような本発明の実施形態によって形成されたモールドの断面を示す。図１６から分かるようにモールドの側壁が実質的に垂直であることが分かる。
【００５６】
【発明の効果】
前述した本発明によれば、モールドの貫通孔の側壁の傾きをを防止して実質的に垂直した側壁を有するようにモールド層を選択的にパターニングできる。これにより、貫通孔の最上部線幅が底部線幅に比べて大きくなることを防止できる。したがって、このような貫通孔内に形成されるストレージ電極の外側壁の傾きを防止できる。これにより、ストレージ電極の３次元構造の高さ増加による有効表面積増加効果を最大化でき、また、誘電層またはプレート電極の蒸着時、ストレージ電極の外周底部の近くで段付き塗布性不良が生じることを防止できる。さらに、ストレージ電極の底部線幅をさらに確保できてストレージ電極と下部のBCとの誤整列マージンをさらに確保でき、ストレージ電極の下部とBCとの接触面積の増加を具現できて抵抗減少効果を得られる。
【００５７】
以上、本発明を３次元立体構造のストレージ電極を形成する半導体素子の製造工程を例として説明したが、本発明で提示するエッチング率が厚さ方向に変化する絶縁層と、これを選択的にエッチングする方法は、配線間または半導体素子と配線とを連結する連結配線、例えば、金属コンタクトを製造するのに適用できる。したがって、本発明は本発明の技術的思想内で当業者によりその変形や改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のキャパシタのストレージ電極を含む半導体素子の製造方法を説明するために概略的に示す図面である。
【図２】  従来のキャパシタのストレージ電極を含む半導体素子の製造方法を説明するために概略的に示す図面である。
【図３】  従来のキャパシタのストレージ電極を含む半導体素子の製造方法を説明するために概略的に示す図面である。
【図４】  従来のキャパシタのストレージ電極を含む半導体素子の製造方法を説明するために概略的に示す図面である。
【図５】  本発明の実施形態によって半導体基板上にモールド層を形成する段階を説明するために概略的に示す断面図である。
【図６】  本発明の実施形態で用いられるPE-CVD設備を概略的に示す図面である。
【図７】  本発明の実施形態に係るモールド層の厚さ方向へのドーピング濃度プロファイルを概略的に示すグラフである。
【図８】  本発明の実施形態によりモールドを形成する段階を説明するために概略的に示す断面図である。
【図９】  本発明の実施形態に係るモールド層蒸着時の蒸着条件の変化による湿式固有エッチング率の変化を説明するために測定された結果を示すグラフである。
【図１０】  本発明の実施形態に係るモールド層蒸着時の蒸着条件の変化による湿式固有エッチング率の変化を説明するために測定された結果を示すグラフである。
【図１１】  本発明の実施形態に係るモールド層蒸着時の蒸着条件の変化による湿式固有エッチング率の変化を説明するために測定された結果を示すグラフである。
【図１２】  本発明の実施形態に係るモールド層蒸着時の蒸着条件の変化による湿式固有エッチング率の変化を説明するために測定された結果を示すグラフである。
【図１３】  本発明の実施形態に係るモールド層蒸着時の蒸着条件の変化による湿式固有エッチング率の変化を説明するために測定された結果を示すグラフである。
【図１４】  本発明の実施形態によってストレージ電極を形成する段階を説明するために概略的に示す断面図である。
【図１５】  本発明の実施形態によってストレージ電極上に誘電層及びプレート電極を形成する段階を説明するために概略的に示す断面図である。
【図１６】  本発明の実施形態による効果を説明するために概略的に示すSEM写真である。
【符号の説明】
１００  半導体基板
２００  下部絶縁層
２５０  エッチング終了層
３００  モールド層
４００  ストレージ電極
【図１】
0004782325.tif 000003
【図２】
0004782325.tif 000004
【図３】
0004782325.tif 000005
【図４】
0004782325.tif 000006
【図５】
0004782325.tif 000007
【図６】
0004782325.tif 000008
【図７】
0004782325.tif 000009
【図８】
0004782325.tif 000010
【図９】
0004782325.tif 000011
【図１０】
0004782325.tif 000012
【図１１】
0004782325.tif 000013
【図１２】
0004782325.tif 000014
【図１３】
0004782325.tif 000015
【図１４】
0004782325.tif 000016
【図１５】
0004782325.tif 000017
【図１６】
0004782325.tif 000018