(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に不純物濃度の異なる第１，第２，第３絶縁膜を積層してなる層間絶縁膜を形成するにおいて、
順次積層して形成される前記第１，第２，第３絶縁膜の不純物濃度が順次低くなるように、第１イオン注入工程で第１ドーズ量の不純物を前記第１絶縁膜に注入し、第２イオン注入工程で前記第１ドーズ量より少ない第２ドーズ量の不純物を前記第２絶縁膜に注入し、そして第３イオン注入工程で前記第２ドーズ量より少ない第３ドーズ量の不純物を前記第３絶縁膜に注入する段階と、
エッチング工程で前記層間絶縁膜の所定の領域を除去してコンタクトホールを形成する段階と、
ウエットエッチング洗浄を行う段階と、
全体上部に導電性物質を形成した後、平坦化工程を行って、電荷蓄積電極を形成する段階と、
全体上部に誘電体膜及び上部電極を形成する段階と、
からなることを特徴とする半導体素子のキャパシタ製造方法。
【請求項２】
前記不純物は硼素または燐であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子のキャパシタ製造方法。
【請求項３】
前記ウエットエッチング洗浄は酸化物エッチング溶液としてのＢＯＥまたはＨＦ溶液を用いて行うことを特徴とする請求項１記載の半導体素子のキャパシタ製造方法。
【請求項４】
半導体基板上に不純物濃度の異なる第１，第２，第３絶縁膜を積層してなる層間絶縁膜を形成する際、下部の前記第１絶縁膜から上部の前記第２，第３絶縁膜に行くほど不純物濃度が順次低くなるように、第１イオン注入工程で第１ドーズ量の不純物を前記第１絶縁膜に注入し、第２イオン注入工程で前記第１ドーズ量より少ない第２ドーズ量の不純物を前記第２絶縁膜に注入し、そして第３イオン注入工程で前記第２ドーズ量より少ない第３ドーズ量の不純物を前記第３絶縁膜に注入する段階と、
エッチング工程で前記層間絶縁膜の所定の領域を除去し、ウェットエッチング洗浄を行って、垂直なエッチング形状(profile)を有するコンタクトホールを形成する段階と、
からなることを特徴とする半導体素子のコンタクトホール形成方法。
【請求項５】
前記不純物は硼素または燐であることを特徴とする請求項４記載の半導体素子のコンタクトホール形成方法。
【請求項６】
前記ウェットエッチング洗浄は酸化物エッチング溶液としてのＢＯＥまたはＨＦ溶液を用いて行うことを特徴とする請求項４記載の半導体素子のコンタクトホール形成方法。
【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コンタクトホール形成方法及びこれを用いたキャパシタ製造方法に係り、特に電荷蓄積電極が形成されるコンタクトホールのエッチング形状(profile)を改善してキャパシタの静電容量の低下を防止することが可能な半導体素子のコンタクトホール形成方法及びこれを用いたキャパシタ製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子のセルサイズの微細化に伴って、必要な電荷蓄積容量を確保するために、電荷蓄積電極の高さが段々高くなる。
【０００３】
一般的なキャパシタの製造工程を簡略に説明すると、次の通りである。図１の（ａ）及び（ｂ）は従来の技術に係る半導体素子のコンタクトホール形成方法及びこれを用いたキャパシタ製造方法を説明するための素子の断面図である。
【０００４】
図１の（ａ）を参照すると、通常の工程によって半導体素子を形成するためのいろいろな要素が形成された半導体基板１１上に第１層間絶縁膜１２を形成した後、所定の領域の第１層間絶縁膜１２をエッチングして半導体基板１１の接合領域を露出させ、これにより第１コンタクトホール１００が形成される。第１コンタクトホール１００に導電性物質を埋め込むことにより、電荷蓄積電極プラグ１３が形成される。その後、全体上部に第２層間絶縁膜１４を形成した後、キャパシタの電荷蓄積電極が形成されるべき領域の第２層間絶縁膜１４をエッチング工程で除去し、これにより電荷蓄積電極プラグ１３の上部表面を露出させる第２コンタクトホール２００が形成される。
【０００５】
最近、高集積化された素子の動作に必要なキャパシタの静電容量を確保するために、電荷蓄積電極の高さを高くしている。その結果、第２層間絶縁膜１４はその厚さが厚くなり、この第２層間絶縁膜１４の厚さによって、第２コンタクトホール２００の形成工程及びエッチング時に発生するポリマーの除去速度が低下する。さらに、第２コンタクトホール２００の下部の幅は第２コンタクトホール２００の上部の幅より狭くなり、結果として第２コンタクトホール２００の下部において傾斜面が生ずる。
【０００６】
図１の（ｂ）を参照すると、所定の領域の第２層間絶縁膜１４が除去されて電荷蓄積電極プラグ１３が露出されると、第２コンタクトホール２００及び電荷蓄積電極プラグ１３を含んだ全体上部に導電性物質を形成した後、化学的機械的研磨工程のような平坦化工程を行って第２層間絶縁膜１４の上部の導電性物質を除去する。これにより、第２コンタクトホール２００内に互いに独立した多数の電荷蓄積電極１６が形成される。
【０００７】
電荷蓄積電極プラグ１３から近い部分の電荷蓄積電極１６は、第２層間絶縁膜１４が狭くエッチングされることによりＶ字状になり、電荷蓄積電極１６が垂直形状に形成された時より静電容量が減る。また、電荷蓄積電極プラグ１３と電荷蓄積電極１６との接触面積も減って抵抗成分が増加するので、全体的なキャパシタの電気的特性が低下する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明はかかる問題点を解決するためのもので、その目的は層間絶縁膜に不純物をドープさせるが、層間絶縁膜の上部と下部のドーピング濃度差を調節して、エッチング工程の際に層間絶縁膜の上部より下部のエッチング速度を一層速くすることにより、層間絶縁膜に形成されるコンタクトホールのエッチング形状(profile)が垂直となるようにし、これにより下部電極が形成されるべき領域を最大限に確保してキャパシタの静電容量の低下を防止することが可能な半導体素子のコンタクトホール形成方法及びこれを用いたキャパシタ製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る半導体素子のキャパシタ製造方法は、半導体基板上に不純物濃度の異なる第１，第２，第３絶縁膜を積層してなる層間絶縁膜を形成するにおいて、順次積層して形成される前記第１，第２，第３絶縁膜の不純物濃度が順次低くなるように、第１イオン注入工程で第１ドーズ量の不純物を前記第１絶縁膜に注入し、第２イオン注入工程で前記第１ドーズ量より少ない第２ドーズ量の不純物を前記第２絶縁膜に注入し、そして第３イオン注入工程で前記第２ドーズ量より少ない第３ドーズ量の不純物を前記第３絶縁膜に注入する段階と、エッチング工程で前記層間絶縁膜の所定の領域を除去してコンタクトホールを形成する段階と、ウェットエッチング洗浄を行う段階と、全体上部に導電性物質を形成した後、平坦化工程を行って、電荷蓄積電極を形成する段階と、全体上部に誘電体膜及び上部電極を形成する段階と、からなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る半導体素子のコンタクトホール形成方法は、半導体基板上に不純物濃度の異なる第１，第２，第３絶縁膜を積層してなる層間絶縁膜を形成する際、下部の前記第１絶縁膜から上部の前記第２，第３絶縁膜に行くほど不純物濃度が順次低くなるように、第１イオン注入工程で第１ドーズ量の不純物を前記第１絶縁膜に注入し、第２イオン注入工程で前記第１ドーズ量より少ない第２ドーズ量の不純物を前記第２絶縁膜に注入し、そして第３イオン注入工程で前記第２ドーズ量より少ない第３ドーズ量の不純物を前記第３絶縁膜に注入する段階と、エッチング工程で前記層間絶縁膜の所定の領域を除去し、ウェットエッチング洗浄を行って、垂直なエッチング形状(profile)を有するコンタクトホールを形成する段階と、からなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１２】
図２〜図６は本発明に係る半導体素子のコンタクトホール形成方法及びこれを用いたキャパシタ製造方法を説明するために順次示す素子の断面図である。
【００１３】
図２に示すように、通常の工程によって半導体素子を形成するための多用な構成素子が形成された半導体基板２１上に第１層間絶縁膜２２を形成した後、所定の領域の第１層間絶縁膜２２をエッチングして半導体基板２１の接合領域を露出させ、これにより第１コンタクトホール３００が形成される。第１コンタクトホール３００に導電性物質を埋め込んで電荷蓄積電極プラグ２３を形成する。全体構造上に第２層間絶縁膜２４を形成する。第２層間絶縁膜２４の下部層である第１絶縁膜２４ａは、第２層間絶縁膜２４の中間層である第２絶縁膜２４ｂより不純物濃度が高くドープされる。また、第２層間絶縁膜２４の中間層である第２絶縁膜２４ｂは、第２層間絶縁膜２４の上部層である第３絶縁膜２４ｃより不純物濃度が高くドープされる。
【００１４】
このように、第２層間絶縁膜２４は下部から上部に行くほど不純物濃度が低くなる第１、第２及び第３絶縁膜２４ａ、２４ｂ及び２４ｃからなり、第１〜第３絶縁膜２４ａ〜２４ｃはＢＰＳＧ膜またはＰＳＧ膜で形成する。また、第１及び第２及び第３絶縁膜２４ａ、２４ｂ及び２４ｃからなる第２層間絶縁膜２４は、不純物ドーピング方法によってマルチプルドーピングレベル(multiple dopinglevels)を有する単層構造(single layer)または多層構造(multi layer)で形成することができる。ここで、単層構造とは第２層間絶縁膜２４の下部から上部まで異なるドーピング濃度が連続的に分布された場合をいい、多層構造とは第２層間絶縁膜２４の下部から上部まで互いに異なるドーピング濃度が不連続的に分布された場合をいう。即ち、多層構造はドーピング濃度の高低によって層を明確に区分することができ、単層構造はドーピング濃度の高低はあるが、層を区分することは難しい。
【００１５】
次に、第２層間絶縁膜２４に不純物をドープさせる方法の一実施例を説明する。第２層間絶縁膜を蒸着する間、燐（Ｐ）または硼素（Ｂ）などの不純物を蒸着チャンバーに供給して絶縁膜にドープさせるが、供給される不純物の量を調節して第２層間絶縁膜２４のドーピングレベルを調節する。即ち、第１絶縁膜２４ａを形成する時には、第２及び第３絶縁膜２４ｂ及び２４ｃの形成時に供給される不純物の量よりさらに多く供給する。第２絶縁膜２４ｂを形成する時には、第１絶縁膜２４ａの形成時に供給される不純物の量より少なく供給し且つ第３絶縁膜２４ｃの形成時に供給される不純物の量よりさらに多く供給する。第３絶縁膜２４ｃを形成する時には、第２絶縁膜２４ｂの形成時に供給される不純物の量より少ない量の不純物を供給する。
【００１６】
供給される不純物の量は２つの方法で調節することができる。その一つは、第１絶縁膜２４ａが形成される間には第１濃度の不純物を供給し、第２絶縁膜２４ｂが形成される間には第１濃度より低い第２濃度の不純物を供給し、第３絶縁膜２４ｃが形成される間には第２濃度より低い第３濃度の不純物を供給する方法である。この方法で形成された第２層間絶縁膜２４は下部層のドーピング濃度が上部層のドーピング濃度より高い第１、第２及び第３絶縁膜２４ａ、２４ｂ及び２４ｃが積層された多層構造を成す。もう一つは、第２層間絶縁膜２４が形成される間に不純物を供給するが、蒸着初期には不純物の濃度を高くし、蒸着工程が進むにつれて、不純物の濃度を一定の割合で徐々に減らしていく方法である。この方法で形成された第２層間絶縁膜２４は下部から上部に行くほどドーピング濃度が一定の割合で徐々に減少する単層構造を成す。
【００１７】
次に、第２層間絶縁膜２４に不純物をドープさせる方法の他の実施例を説明する。
【００１８】
第１、第２及び第３絶縁膜２４ａ、２４ｂ及び２４ｃが積層された第２層間絶縁膜２４は、それぞれの絶縁膜２４ａ、２４ｂ及び２４ｃが形成される度に別個の不純物イオン注入工程で燐（Ｐ）または硼素（Ｂ）などの不純物を注入することにより形成される。この際、それぞれの絶縁膜２４ａ、２４ｂ及び２４ｃが形成される時に行われる不純物イオン注入工程の際、不純物の注入量（ドーズ：dose)を調節してそれぞれの絶縁膜２４ａ、２４ｂ及び２４ｃが互いに異なるドーピングレベルを持つようにする。より詳細に説明すると、まず第１絶縁膜２４ａを形成し、第１イオン注入(ion implantation)工程で第１ドーズ量の不純物を第１絶縁膜２４ａに注入する。第１絶縁膜２４ａの上部に第２絶縁膜２４ｂを形成し、第２イオン注入工程で第１ドーズ量より少ない第２ドーズ量の不純物を第２絶縁膜２４ｂに注入する。第２絶縁膜２４ｂの上部に第３絶縁膜２４ｃを形成し、第３イオン注入工程で第２ドーズ量より少ない第３ドーズ量の不純物を第３絶縁膜２４ｃに注入する。このように形成された第２層間絶縁膜２４は、下部層のドーピング濃度が上部層のドーピング濃度より高い第１、第２及び第３絶縁膜２４ａ、２４ｂ及び２４ｃが積層された多層構造を成す。
【００１９】
上述したように、上部側より下部側が高い不純物濃度を有するように第２層間絶縁膜２４を形成することにより、第２層間絶縁膜２４の所定の領域をエッチングする時、第２層間絶縁膜２４の上部より下部のエッチング速度をさらに高めることを可能とする。
【００２０】
図３に示すように、第２層間絶縁膜２４の上部に所定のパターンで感光膜パターン２５を形成する。感光膜パターン２５が形成されながら第２層間絶縁膜２４の所定の領域のみが露出されるが、この部分は後続の工程でキャパシタの電荷蓄積電極が形成されるべき領域である。
【００２１】
図４に示すように、感光膜パターン２５を形成した後、これをエッチングマスクとしたエッチング工程で第２層間絶縁膜２４の露出領域を除去する。第２層間絶縁膜２４の露出領域がエッチング工程で除去されることにより、第２コンタクトホール２６が形成され、第２コンタクトホール２６の下部には電荷蓄積電極プラグ２３の上部表面が露出される。その後、感光膜パターン２５を除去する。
【００２２】
この際、第１〜第３絶縁膜２４ａ〜２４ｃのドーピングレベル差によって絶縁膜のエッチング工程時に生成されるポリマー発生(polymer generation)量が異なってくる。これにより、下層の絶縁膜２４ａにおいても十分なエッチングが行われることにより、図４に示すように、第２コンタクトホール２６の下部のエッチング横断面形状(Profile)はほぼ垂直形状になる。
【００２３】
図５に示すように、続けて第２コンタクトホール２６を形成するためのエッチング工程、または感光膜パターンの除去工程時に発生した残留ポリマーなどを除去するために湿式洗浄を行う。
【００２４】
この際、湿式洗浄は酸化物エッチング溶液としてのＢＯＥ(Buffered OxideEtched)またはＨＦ溶液を用いて行う。第２層間絶縁膜２４におけるエッチング速度は上部より下部の方が速い。すなわち、第１〜第３絶縁膜２４ａ〜２４ｃのドーピングレベルが互いに異なり、湿式エッチング時、第２コンタクトホール２６の下部でのエッチング速度は上部よりも速い。その結果、洗浄後の第２コンタクトホール２６のプロファイルはエッチング工程直後の形状よりもさらに垂直形状になる。一般に、燐または硼素などの不純物の量が増加すると、湿式エッチング速度はさらに増加する。
【００２５】
図６に説明するように、第２層間絶縁膜２４の所定の領域に第２コンタクトホール２６が形成されて電荷蓄積電極プラグ２３が露出されると、電荷蓄積電極プラグ２３を含んだ全体上部に導電性物質を形成した後、化学的機械的研磨工程のような平坦化工程を行って第２層間絶縁膜２４の上部の導電性物質を除去する。これにより、互いに独立した多数の電荷蓄積電極２７が形成される。
【００２６】
第２コンタクトホール２６では、下部の横断面形状が垂直になっているので導電性物質を埋め込んだ電荷蓄積電極プラグ２３と電荷蓄積電極２７との接触面積が広くなり、接触抵抗を減少させることができる。すなわち、第２コンタクトホールが従来のＶ字形状の場合と比べて、本実施形態の第２コンタクトホール２６ではキャパシタの静電容量を増大させることができる。
【００２７】
その後、図示してはいないが、通常の工程によって全体上部に誘電体膜及び上部電極を形成してキャパシタを製造する。
【００２８】
以上の説明では、第２層間絶縁膜２４を３個の層間絶縁膜２４ａ、２４ｂ及び２４ｃで形成したが、コンタクトホールのアスペクト比または工程条件によって２個の層が積層された層間絶縁膜によっても、または３個〜ｎ個が積層された層間絶縁膜によっても、目標厚さの第２層間絶縁膜２４を形成することができる。いずれの場合も、このような第２層間絶縁膜２４は、下部から上部に行くほど、ドーピング濃度を徐々に低くしてゆけばよい。
【００２９】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、電荷蓄積電極が形成されるべき領域のコンタクトホールのエッチングプロファイルを垂直とすることにより、電荷蓄積電極が形成されるべき領域を最大限確保して静電容量の低下を防止し、工程の信頼性を向上させるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１の（ａ）及び（ｂ）は従来の技術に係る半導体素子のコンタクトホール形成方法及びこれを用いたキャパシタ製造方法を説明するための素子の断面図である。
【図２】  本発明に係る半導体素子のコンタクトホール形成方法及びこれを用いたキャパシタ製造方法を説明するための素子の断面図である。
【図３】  本発明に係る半導体素子のコンタクトホール形成方法及びこれを用いたキャパシタ製造方法を説明するための素子の断面図である。
【図４】  本発明に係る半導体素子のコンタクトホール形成方法及びこれを用いたキャパシタ製造方法を説明するための素子の断面図である。
【図５】  本発明に係る半導体素子のコンタクトホール形成方法及びこれを用いたキャパシタ製造方法を説明するための素子の断面図である。
【図６】  本発明に係る半導体素子のコンタクトホール形成方法及びこれを用いたキャパシタ製造方法を説明するための素子の断面図である。
【符号の説明】
１１、２１…半導体基板
１２、２２…層間絶縁膜
１３、２３…電荷蓄積電極プラグ
１４、２４…第２層間絶縁膜
１５…エッチング面
２４ａ…第１絶縁膜
２４ｂ…第２絶縁膜
２４ｃ…第３絶縁膜
２５…感光膜パターン
２６、２００…第２コンタクトホール
２７…電荷蓄積電極
１００、３００…第１コンタクトホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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