(57)【要約】【課題】食刻工程の条件が異なる２つの段階の自己整合的なコンタクト食刻工程を行ない、安定的な特性を有するコンタクトホールを形成する半導体素子のコンタクト形成方法を提供する。【解決手段】本発明は食刻工程の条件が異なる２つの段階の自己整合的なコンタクト食刻工程を行ない、絶縁膜スペーサ上部の損失を最少化させてコンタクトホール底部を完全に食刻した。【選択図】図４ｅ
2005191567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上部にゲート酸化膜、ゲート導電層及びハードマスク層を蒸着して積層構造を形成する工程と、
前記積層構造を食刻してゲートを形成する工程と、
食刻障壁層をゲートを含む全体表面の上部に形成する工程と、
全体表面の上部を平坦化させる層間絶縁膜及び反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜の上部に感光膜パターンを形成する工程と、
前記感光膜パターンをマスクにして前記反射防止膜を食刻する工程と、
前記感光膜パターンをマスクにする自己整合的な第１コンタクト食刻工程を行なう工程と、
前記感光膜パターンをマスクにする自己整合的な第２コンタクト食刻工程を行なって前記食刻障壁層を露出させる工程と、
前記食刻障壁層を食刻してコンタクトホールを形成する工程とを含むことを特徴とする半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項２】
前記ゲートは、側壁に絶縁膜スペーサが形成されたワードライン又はビットライン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コンタクト形成方法。
【請求項３】
前記自己整合的な第２コンタクト食刻工程は、３５パーセント以上に過度食刻して行なう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形成方法。
【請求項４】
前記自己整合的な第１コンタクト食刻工程は１０〜２０ｍＴｏｒｒ、１２００〜１８００ＢＷ、６００〜１５００ＴＷ、４５０〜５５０ｓｃｃｍのＡｒ、１５〜２５ｓｃｃｍのＣ５Ｆ８、そして１５〜１９ｓｃｃｍのＯ２を利用して食刻工程を行なう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形成方法。
【請求項５】
前記自己整合的な第２コンタクト食刻工程は１０〜２０ｍＴｏｒｒ、１２００〜１８００ＢＷ、６００〜１５００ＴＷ、４５０〜５５０ｓｃｃｍのＡｒ、１５〜２５ｓｃｃｍのＣ５Ｆ８、１５〜１９ｓｃｃｍのＯ２及び２〜１０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２を利用して行なう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形成方法。
【請求項６】
前記食刻障壁層の食刻工程は１５〜２５ｍＴｏｒｒ、１５０〜２５０ＢＷ、８００〜１２００ＴＷ、１５０〜２５０ｓｃｃｍのＯ２及び８０〜１２０ｓｃｃｍのＡｒを利用して食刻工程を行なう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コンタクト形成方法に関し、特に条件を異にする２つの段階の自己整合的なコンタクト食刻工程を行ない安定した特性のコンタクトホールを形成することができるようにするコンタクト形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１及び図２は、従来の技術に係る半導体素子のコンタクト形成方法を示す断面ＳＥＭ写真である。
【０００３】
図１に示されているように、半導体基板上に活性領域を定義する素子分離膜（図示省略）を形成し、前記半導体基板上にゲート酸化膜、ゲート用導電層及びハードマスク層の積層構造を４０００Åの厚さに形成する。
【０００４】
次に、ゲートマスクを利用した写真食刻工程で積層構造を食刻してゲートを形成し、側壁に絶縁膜スペーサを有する前記ゲートを含む全体表面の上部に食刻障壁層を形成する。
【０００５】
以後、全体表面の上部を平坦化させる層間絶縁膜を形成し、その上部に反射防止膜を形成する。さらに、前記反射防止膜の上部に感光膜パターンを形成する。
【０００６】
このとき、前記感光膜パターンはコンタクトマスクを利用した露光及び現像工程で形成したものである。ここで、前記コンタクトマスクはランディングプラグコンタクトマスクを用いることもできる。
【０００７】
次に、前記感光膜パターンをマスクとして前記反射防止膜、層間絶縁膜及び食刻障壁層を食刻してコンタクトホールを形成する。このとき、ゲート側壁に形成された絶縁膜スペーサ上部（shoulder）の損傷で、図１に示されているように前記ゲート用導電層が露出することにより後続工程でショートが誘発され得る。
【０００８】
さらに、コンタクトホール底部に層間絶縁膜が完全に食刻されず、図２に示されているようにコンタクトホール底部の層間絶縁膜が残る場合が誘発され得る。
【０００９】
したがって、前記のように従来の技術に係る半導体素子のコンタクト形成方法は、半導体素子の高集積化に伴いコンタクトホールの幅が狭くなり、後続工程で前記コンタクトホールを埋め込む導電物質蒸着工程が困難であり、層間絶縁膜の食刻工程時に前記絶縁膜スペーサの上部が損傷するか、コンタクトホール底部が完全に食刻されず半導体素子のコンタクト特性を低下させることにより、半導体素子の特性及び信頼性を低下させる。したがって、半導体素子の高集積化を困難に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】
【００１０】
本発明は、コンタクト食刻工程を条件の異なる２つの段階に分けて行ない絶縁膜スペーサ上部の損失を最少化し、コンタクトホール底部を完全に食刻して予定された大きさのコンタクトホールを形成することができるようにすることにより、半導体素子の特性及び信頼性を向上させ、それに伴う半導体素子の高集積化を可能にする半導体素子のコンタクト形成方法を提供することに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体素子のコンタクト形成方法は、食刻工程の条件が異なる２つの段階の自己整合的なコンタクト食刻工程を行ない絶縁膜スペーサ上部の損失を最少化させ、コンタクトホール底部を完全に食刻することにより安定的な特性を有するコンタクトホールを形成しもって、半導体素子の特性及び信頼性を向上させ、それに伴う半導体素子の高集積化を可能にすることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、半導体素子のコンタクト形成方法において、半導体基板の上部にゲート酸化膜、ゲート導電層及びハードマスク層を蒸着して積層構造を形成する工程と、前記積層構造を食刻してゲートを形成する工程と、食刻障壁層をゲートを含む全体表面の上部に形成する工程と、全体表面の上部を平坦化させる層間絶縁膜及び反射防止膜を形成する工程と、前記反射防止膜の上部に感光膜パターンを形成する工程と、前記感光膜パターンをマスクにして前記反射防止膜を食刻する工程と、前記感光膜パターンをマスクにする自己整合的な第１コンタクト食刻工程を行なう工程と、前記感光膜パターンをマスクにする自己整合的な第２コンタクト食刻工程を行なって前記食刻障壁層を露出させる工程と、前記食刻障壁層を食刻してコンタクトホールを形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体素子のコンタクト形成方法において、前記ゲートは、側壁に絶縁膜スペーサが形成されたワードライン又はビットラインであることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の半導体素子のコンタクト形成方法において、前記自己整合的な第２コンタクト食刻工程は、３５パーセント以上に過度食刻して行なうことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記自己整合的な第１コンタクト食刻工程は１０〜２０ｍＴｏｒｒ、１２００〜１８００ＢＷ、６００〜１５００ＴＷ、４５０〜５５０ｓｃｃｍのＡｒ、１５〜２５ｓｃｃｍのＣ５Ｆ８、そして１５〜１９ｓｃｃｍのＯ２を利用して食刻工程を行なう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形成方法。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の半導体素子のコンタクト形成方法において、前記自己整合的な第２コンタクト食刻工程は１０〜２０ｍＴｏｒｒ、１２００〜１８００ＢＷ、６００〜１５００ＴＷ、４５０〜５５０ｓｃｃｍのＡｒ、１５〜２５ｓｃｃｍのＣ５Ｆ８、１５〜１９ｓｃｃｍのＯ２及び２〜１０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２を利用して行なうことを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の半導体素子のコンタクト形成方法において、前記食刻障壁層の食刻工程は１５〜２５ｍＴｏｒｒ、１５０〜２５０ＢＷ、８００〜１２００ＴＷ、１５０〜２５０ｓｃｃｍのＯ２及び８０〜１２０ｓｃｃｍのＡｒを利用して食刻工程を行なうことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る半導体素子のコンタクト形成方法は、食刻条件を異にする２つの段階の自己整合的なコンタクト工程でスペース絶縁膜上部の損失を最少化し、コンタクトホール底部を完全に食刻することにより安定的な特性を有するコンタクトホールを形成して半導体素子の特性及び信頼性を向上させ、それに伴う半導体素子の高集積化を可能にするという効果を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参考にして本発明を詳しく説明する。
図３及び図４ａ〜図４ｅは、本発明の実施の形態に係る半導体素子のコンタクト形成方法を示す図である。
【００２０】
図３に示されているように、半導体基板１１上に活性領域（図示省略）を定義する素子分離膜（図示省略）を形成する。前記半導体基板１１上にゲート酸化膜１３、ゲート用導電層１５及びハードマスク層１７の積層構造を４０００Åの厚さに形成する。
【００２１】
次に、ゲートマスク（図示省略）を利用した写真食刻工程で積層構造を食刻してゲートを形成する。次には、ゲート側壁に絶縁膜スペーサを形成する。ここで、前記ゲートは側壁に絶縁膜スペーサが形成されたワードライン又はビットラインである。
【００２２】
側壁に絶縁膜スペーサを有する前記ゲートを含む全体表面の上部に食刻障壁層１９を形成する。ここで、前記絶縁膜スペーサは窒化物を含む。
【００２３】
全体表面の上部を平坦化させる層間絶縁膜２１を形成し、その上部に反射防止膜２３を順次形成する。
【００２４】
以後、前記反射防止膜２３の上部にコンタクト領域を露出させる感光膜パターン２５を形成する。このとき、前記感光膜パターン２５はコンタクトマスク（図示省略）を利用した露光及び現像工程で形成したものである。ここで、前記コンタクトマスクでランディングプラグコンタクトマスクを用いることもできる。
【００２５】
図４ａに示されているように、前記感光膜パターン２５をマスクとして前記反射防止膜２３を食刻する。ここで、前記反射防止膜の食刻工程で圧力が１５ｍＴｏｒｒで、電極下部のパワーが５００ＢＷであり、電極上部のパワーが１５００ＴＷであるのが好ましい。
【００２６】
さらに、前記食刻工程でＣＦ４の流量は４０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ３の流量は１２ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量は１２ｓｃｃｍ、Ａｒの流量は３００ｓｃｃｍであるのが好ましい。一方、前記食刻工程で食刻装備内の上部温度が５８〜６２℃で、壁の温度が４８〜５２℃であり、電極の温度が３８〜４２℃に維持されるのが好ましい。
【００２７】
図４ｂに示されているように、前記感光膜パターン２５をマスクとして自己整合的な第１コンタクト食刻工程を行なう。前記自己整合的な第１コンタクト食刻工程は前記層間絶縁膜を除去するため行なわれる。このとき、前記第１コンタクト食刻工程で圧力が１０〜２０ｍＴｏｒｒで、電極下部のパワーが１２００〜１８００ＢＷであり、電極上部のパワーが６００〜１５００ＴＷであるのが好ましい。
【００２８】
さらに、前記第１コンタクト食刻工程でＡｒの流量が４５０〜５５０ｓｃｃｍで、Ｃ５Ｆ８の流量が１５〜２５ｓｃｃｍであり、Ｏ２の流量が１５〜１９ｓｃｃｍであるのが好ましい。一方、前記第１コンタクト食刻工程で食刻装備内の上部温度が５８〜６２℃で、食刻装備の壁の温度が４８〜５２℃であり、食刻装備の電極の温度が３８〜４２℃に維持されるのが好ましい。
【００２９】
図４ｃに示されているように、前記感光膜パターン２５をマスクとして自己整合的な第２コンタクト食刻工程を行なう。前記自己整合的な第２コンタクト食刻工程は、前記絶縁膜スペーサ上部の損失を最小化し、コンタクトホール底部を過度食刻して食刻停止膜を露出させるため行なう。ここで、前記自己整合的な第２コンタクト食刻工程は３５パーセント以上に過度食刻する。
【００３０】
ここで、前記第１コンタクト食刻工程と第２コンタクト食刻工程はインサイチュー（In-situ）工程で行なうことができる。
このとき、前記第２コンタクト食刻工程で圧力が１０〜２０ｍＴｏｒｒで、電極の下部パワーが１２００〜１８００ＢＷであり、電極の上部パワーが６００〜１５００ＴＷであるのが好ましい。
【００３１】
さらに、前記第２コンタクト食刻工程でＡｒの流量が４５０〜５５０ｓｃｃｍ、Ｃ５Ｆ８の流量が１５〜２５ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量が１５〜１９ｓｃｃｍ、ＣＨ２Ｆ２の流量が２〜１０ｓｃｃｍのものを利用して食刻工程を行なうのが好ましい。一方、前記食刻工程で食刻装備内の上部温度が５８〜６２℃で、食刻装備の壁の温度が４８〜５２℃であり、食刻装備の電極の温度が３８〜４２℃に維持されるのが好ましい。
【００３２】
図４ｄは前記感光膜パターン２５の平面図である。前記図４ｂと図４ｃは図４ｄのＡ−Ａ’¢に沿って示しており、図４ｅは図４ｄのＢ−Ｂ’¢に沿って示す。
【００３３】
図４ｅに示されているように、前記図４ｃの工程で露出した食刻障壁層１９を食刻してコンタクトホールを形成する。前記食刻工程は、コンタクトホールを形成するため前記食刻停止膜を除去する。このとき、前記食刻工程で圧力が１５〜２５ｍＴｏｒｒで、電極の下部のパワーが１５０〜２５０ＢＷ（Bottom electrode Watt、ＢＷ）であり、電極の上部のパワーが８００〜１２００ＴＷであるのが好ましい。
【００３４】
さらに、前記食刻工程でＯ２の流量が１５０〜２５０ｓｃｃｍで、Ａｒの流量が８０〜１２０ｓｃｃｍであるものを利用して食刻工程を行なうのが好ましい。一方、前記食刻工程で食刻装備内の上部温度が５８〜６２℃で、食刻装備の壁の温度が４８〜５２℃であり、食刻装備の電極の温度が３８〜４２℃に維持されるのが好ましい。
【００３５】
さらに、前記図４ａ〜図４ｅの工程はプラズマを利用した食刻工程を行なうことができる全ての装備に適用可能である。
【００３６】
以上のことより、食刻条件を異にする２つの段階の自己整合的なコンタクト工程でスペース絶縁膜上部の損失を最少化し、コンタクトホール底部を完全に食刻することにより安定的な特性を有するコンタクトホールを形成して半導体素子の特性及び信頼性を向上させ、それに伴う半導体素子の高集積化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の技術に基づき半導体素子のコンタクト形成方法を示す断面図及び断面ＳＥＭ写真である。
【図２】従来の技術に基づき半導体素子のコンタクト形成方法を示す断面図及び断面ＳＥＭ写真である。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体素子のコンタクト形成方法を示す断面図である。
【図４ａ】本発明の実施の形態に係る半導体素子のコンタクト形成方法を示す断面図及び断面ＳＥＭ写真である。
【図４ｂ】本発明の実施の形態に係る半導体素子のコンタクト形成方法を示す断面図及び断面ＳＥＭ写真である。
【図４ｃ】本発明の実施の形態に係る半導体素子のコンタクト形成方法を示す断面図及び断面ＳＥＭ写真である。
【図４ｄ】本発明の実施の形態に係る半導体素子のコンタクト形成方法を示す断面図及び断面ＳＥＭ写真である。
【図４ｅ】本発明の実施の形態に係る半導体素子のコンタクト形成方法を示す断面図及び断面ＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００３８】
１１   半導体基板
１３   ゲート酸化膜
１５   ゲート用導電層
１７   ハードマスク層
１９   食刻障壁層
２１   層間絶縁膜
２３   反射防止膜
２５   感光膜パターン
【図３】
2005191567.tif 000003
【図１】
2005191567.tif 000004
【図２】
2005191567.tif 000005
【図４ａ】
2005191567.tif 000006
【図４ｂ】
2005191567.tif 000007
【図４ｃ】
2005191567.tif 000008
【図４ｄ】
2005191567.tif 000009
【図４ｅ】
2005191567.tif 000010