(57)【要約】      （修正有）【課題】デュアルダマシンパターンを成すコンタクトホールとトレンチとの境界部分に存在するホーン(horn)を効果的に除去方法の提供。【解決手段】半導体基板上に絶縁膜２１８を形成し、前記絶縁膜にコンタクトホール２２１を形成する。前記絶縁膜の上部および前記コンタクトホールの内部に保護膜２２２を形成する。ハードマスクパターンを前記保護膜上に形成し、ハードマスクパターン２２４をマスクとした第１エッチング工程によって前記保護膜の一部および前記絶縁膜の一部をエッチングして第１トレンチ２２５ａを形成する。前記ハードマスクパターンをマスクとした第２エッチング工程によって、前記コンタクトホールの内部に充填された前記保護膜をエッチングする。前記ハードマスクパターンをマスクとした第３エッチング工程によって前記絶縁膜の一部をエッチングして第２トレンチ２２５ｂを形成する。【選択図】図２ｇ
2009094469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の構成要素が形成された半導体基板上に第２絶縁膜を形成する段階と、
前記第２絶縁膜にコンタクトホールを形成する段階と、
前記第２絶縁膜の上部および前記コンタクトホールの内部に保護膜を形成する段階と、
前記コンタクトホール部分が少なくとも含まれるように開放された第３ハードマスクパターンを前記保護膜上に形成する段階と、
第３ハードマスクパターンをエッチングマスクとした第１エッチング工程によって前記保護膜の一部および前記第２絶縁膜の一部をエッチングして第１トレンチを形成する段階と、
前記第３ハードマスクパターンをエッチングマスクとした第２エッチング工程によって、前記コンタクトホールの内部に充填された前記保護膜をエッチングする段階と、
前記第３ハードマスクパターンをエッチングマスクとした第３エッチング工程によって前記第２絶縁膜の一部をエッチングして第２トレンチを形成し、これにより前記第１トレンチおよび前記第２トレンチからなるトレンチが形成される段階と、
前記第３ハードマスクパターンおよび前記保護膜を除去する段階とを含んでなることを特徴とする、半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法 。
【請求項２】
前記第２絶縁膜は酸化物で形成することを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項３】
前記保護膜はＢＡＲＣ(Bottom Anti Reflection Coating)材料で形成することを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１トレンチは、前記トレンチより５％〜５０％浅い深さで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デュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項５】
前記第２エッチング工程は、前記コンタクトホールの内部に充填された前記保護膜の上端面が少なくとも前記トレンチの底部より低くなるまで行うことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項６】
前記第２エッチング工程は、前記第３ハードマスクパターンの下方にある前記保護膜がエッチングされないようにドライエッチング方式で行うことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項７】
前記第２エッチング工程は、前記第２絶縁膜より前記保護膜に対するエッチング選択比が高いガスを用いて行うことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項８】
前記第２エッチング工程は、エッチングガスとしてＣＦ4 ガスとＯ2 ガスを混合して使用し、或いはＯ2 ガスを単独で使用して行うことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項９】
前記第１エッチング工程と前記第２エッチング工程は、インシチュ(in-situ)方式またはエクスシチュ(ex-situ)方式で行うことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項１０】
前記第３ハードマスクパターンおよび前記保護膜を除去する段階の後、洗浄工程を行う段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法に係り、特に、デュアルダマシンパターンを成すコンタクトホールとトレンチとの境界部分に存在するホーン(horn)を効果的に取り除くことが可能な半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の集積度が増加するにつれて、コンタクトプラグと上部構造（例えば、配線またはコンタクトパッド）との整列マージンが足りなくなっている。これにより、コンタクトプラグと上部構造を同時に形成することが可能なデュアルダマシン工程が適用されている。
【０００３】
デュアルダマシン工程にはいろいろの方法が使用されるが、これらの方法の一つについて下記に説明する。まず、コンタクトホール用マスクを用いて層間絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成する。コンタクトホールの内部を保護膜で充填する。トレンチ用マスクを用いて第２絶縁膜および保護膜をエッチングし、コンタクトホールに連結されたトレンチを形成する。コンタクトホールの内部に残っている保護膜を除去する。これにより、コンタクトホールとトレンチからなるデュアルダマシンパターンが形成される。その後、洗浄工程を行い、デュアルダマシンパターンを導電性物質で充填するので、コンタクトホールにはコンタクトプラグが形成され、トレンチには配線（またはコンタクトパッド）が形成される。
【０００４】
ところが、トレンチを形成するためのエッチング工程の間にコンタクトホールの周辺にポリマー層が形成されながらエッチングが行われるため、コンタクトホールの入口において層間絶縁膜が他の部分より多く残ってホーン形状が作られる（図１の１００）。ホーンは洗浄工程で折れてパーティクル原因(particle source)になれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、トレンチ形成工程の中間段階でホーンを除去することにより、トレンチ完成段階ではコンタクトホールの入口にホーンが生ずることを根本的に防止する、半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、半導体素子の構成要素が形成された半導体基板上に第２絶縁膜を形成する段階と、前記第２絶縁膜にコンタクトホールを形成する段階と、前記第２絶縁膜の上部および前記コンタクトホールの内部に保護膜を形成する段階と、前記コンタクトホール部分が少なくとも含まれるように開放された第３ハードマスクパターンを前記保護膜上に形成する段階と、第３ハードマスクパターンをエッチングマスクとした第１エッチング工程によって前記保護膜の一部および前記第２絶縁膜の一部をエッチングして第１トレンチを形成する段階と、前記第３ハードマスクパターンをエッチングマスクとした第２エッチング工程によって、前記コンタクトホールの内部に充填された前記保護膜をエッチングする段階と、前記第３ハードマスクパターンをエッチングマスクとした第３エッチング工程によって前記第２絶縁膜の一部をエッチングして第２トレンチを形成し、これにより前記第１トレンチおよび前記第２トレンチからなるトレンチが形成される段階と、前記第３ハードマスクパターンおよび前記保護膜を除去する段階とを含んでなる、半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法を提供する。
【０００７】
前記第２絶縁膜は酸化物で形成し、前記保護膜はＢＡＲＣ(Bottom Anti Reflection Coating)材料で形成する。
【０００８】
前記第１トレンチは、前記トレンチより５％〜５０％浅い深さで形成される。
【０００９】
前記第２エッチング工程は、前記コンタクトホールの内部に充填された前記保護膜の上端面が少なくとも前記トレンチの底部より低くなるまで行う。
【００１０】
前記第２エッチング工程は、前記第３ハードマスクパターンの下方にある前記保護膜がエッチングされないようにドライエッチング方式で行う。
【００１１】
前記第２エッチング工程は、前記絶縁膜より前記保護膜に対するエッチング選択比が高いガスを用いて行う。
【００１２】
前記第２エッチング工程は、エッチングガスとしてＣＦ4 ガスとＯ2 ガスを混合して使用し、或いはＯ2 ガスを単独で使用して行う。
【００１３】
前記第１エッチング工程と前記第２エッチング工程は、インシチュ(in-situ)方式またはエクスシチュ(ex-situ)方式で行う。
【００１４】
前記第３ハードマスクパターンおよび前記保護膜を除去する段階の後、洗浄工程を行う段階をさらに含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、デュアルダマシンパターンを成すトレンチを形成する過程で生ずるホーンをトレンチ形成工程の中間過程で根本的に除去することにより、デュアルダマシンパターンの形成後に行う洗浄工程でホーンにより発生するパーティクル原因を完全に除去することができるため、パーティクルによってコンタクト抵抗が増加することを防止することができるうえ、半導体素子の収率が低下することを改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。ところが、これらの実施例は様々な形に変形できるが、本発明の範囲を限定するものではない。これらの実施例は、本発明の開示を完全たるものにし且つ当該技術分野における通常の知識を有する者に本発明の範疇をより完全に知らせるために提供されるものである。
【００１７】
図２ａ〜図２ｉは本発明に係る半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法を説明するための断面図である。
【００１８】
図２ａを参照すると、半導体素子の構成要素、例えばゲートパターンＴＲなどが形成された半導体基板２００を提供する。フラッシュ素子の場合、ゲートパターンＴＲは、メモリセル、セレクトトランジスタまたは高電圧トランジスタになれる。図面ではセレクトトランジスタまたは高電圧トランジスタの場合について例を挙げて図示した。
【００１９】
前記において、ゲートパターンＴＲは、ゲート絶縁膜２０２、第１導電膜２０４、誘電体膜２０６、第２導電膜２０８および第３導電膜２１０が積層された構造を成している。第３導電膜２１０上には第１ハードマスクパターン２１２が形成される。図２ａに示すように、ゲートパターンＴＲがセレクトトランジスタまたは高電圧トランジスタの場合には、第１導電膜２０４と第２導電膜２０８とが連結されて第３導電膜２１０と共にゲート電極の役割を果たす。図示していない部分はメモリセルであって、この場合には第１導電膜２０４がフローティングゲート電極の役割を果たし、第２導電膜２０８および第３導電膜２１０はコントロールゲート電極の役割を果たす。第２導電膜２０８は主にポリシリコンで形成し、第３導電膜２１０は電極の抵抗を改善するために主に金属で形成する。図面符号２００ａは接合領域である。
【００２０】
図２ｂを参照すると、ゲートパターンＴＲの側壁にスペーサ２１４を形成し、半導体基板２００、スペーサ２１４および第１ハードマスク膜２１２の表面に沿って第１絶縁膜２１６を形成する。この際、スペーサ２１４および第１絶縁膜２１６は窒化膜で形成することが好ましい。
【００２１】
図２ｃを参照すると、層間絶縁のために第１絶縁膜２１６上に第２絶縁膜２１８を形成する。デュアルダマシン工程を１次的に行うために、第２絶縁膜２１８上に接合領域２００ａの一部分が開放された第２ハードマスクパターン２２０を形成する。第２ハードマスクパターン２２０をエッチングマスクとしたエッチング工程で接合領域２００ａが露出するまで第２絶縁膜２１８および第１絶縁膜２１６をエッチングしてコンタクトホール２２１を形成する。
【００２２】
前記において、第２絶縁膜２１８は酸化物で形成することが好ましい。
【００２３】
図２ｄを参照すると、第２ハードマスクパターン２２０を除去する。デュアルダマシン工程を２次的に行うために、第２絶縁膜２１８の上部およびコンタクトホール２２１の内部に保護膜２２２を形成し、前記保護膜２２２上に第３ハードマスクパターン２２４を形成する。第３ハードマスクパターン２２４はコンタクトホール２２１部分が少なくとも含まれるように開放される。
【００２４】
前記において、保護膜２２２は、コンタクトホール２２１の内部がよく充填されるように、流動性物質を持つＢＡＲＣ(Bottom Anti Reflection Coating)材料で形成することが好ましい。保護膜２２２は第３ハードマスクパターン２２４の形成の際に反射防止膜の役割を果たすうえ、コンタクトホール２２１の底部を成す接合領域２００ａが後続のエッチング工程の際にエッチング損傷することを防止する役割も果たす。
【００２５】
図２ｅを参照すると、第３ハードマスクパターン２２４をエッチングマスクとした第１エッチング工程によって保護膜２２２の一部および第２絶縁膜２１８の一部をエッチングして第１トレンチ２２５ａを形成する。この際、第１トレンチ２２５ａの底部のうちコンタクトホール２２１の入口周辺部分にホーン３００が生ずる。ホーン３００が生ずる理由は、第１エッチング工程の際にコンタクトホール２２１の周辺にポリマー層が形成されながらエッチングが行われてコンタクトホール２２１の入口において第２絶縁膜２１８が他の部分より多く残るためである。
【００２６】
前記において、第１エッチング工程は、素子のデザインルールで定めたトレンチの深さ（Ｈ１）より５％〜５０％浅い深さ（Ｈ２）になるまで行う。すなわち、第１エッチング工程によって形成される第１トレンチ２２５ａの深さは素子のデザインルールで定めたトレンチの深さ（Ｈ１）より５％〜５０％程度浅い深さ（Ｈ２）である。
【００２７】
図２ｆを参照すると、第３ハードマスクパターン２２４をエッチングマスクとした第２エッチング工程によって、コンタクトホール２２１の内部に充填された保護膜２２２をエッチングする。
【００２８】
前記において、第２エッチング工程は、コンタクトホール２２１の内部に充填された保護膜２２２の上端面が少なくとも素子のデザインルールで定めたトレンチの深さ（Ｈ１）より低くなるまで行うことが好ましい。第２エッチング工程は、第３ハードマスクパターン２２４の下方にある保護膜２２２がエッチングされないようにドライエッチング方式で行うことが好ましく、また、第２絶縁膜２１８より保護膜２２２に対するエッチング選択比が高いガスを使用することが好ましい。例えば、第２エッチング工程の際に、エッチングガスはＣＦ4 ガスおよびＯ2 ガスを混合して使用してもよく、Ｏ2 ガスを単独で使用してもよい。
【００２９】
一方、第１エッチング工程と第２エッチング工程は、インシチュ(in-situ)方式またはエクスシチュ(ex-situ)方式で行うことができる。
【００３０】
図２ｇを参照すると、第３ハードマスクパターン２２４をエッチングマスクとした第３エッチング工程によって第２絶縁膜２１８を素子のデザインルールで定めたトレンチの深さ（Ｈ１）だけエッチングして第２トレンチ２２５ｂを形成し、これにより第１トレンチ２２５ａおよび第２トレンチ２２５ｂからなるトレンチ２２５が完成される。
【００３１】
前記において、第３エッチング工程を行う間に、ホーン３００は自然に除去される。これは、エッチングの特性上、平面よりコーナー部で速いエッチング速度で行われるため、鋭く突き出したホーン３００が自然に除去されるのである。
【００３２】
図２ｈを参照すると、第２絶縁膜２１８の上方にある第３ハードマスクパターン２２４および保護膜２２２と、コンタクトホールの内部にある保護膜２２２を除去することにより、コンタクトホール２２１およびトレンチ２２５からなるデュアルダマシンパターン４００が形成される。
【００３３】
図２ｉを参照すると、洗浄工程を行ってデュアルダマシンパターン４００および周辺部分に存在するパーティクルなどを除去する。デュアルダマシンパターン４００の内部に導電性物質を充填するので、コンタクトホール２２１にはコンタクトプラグ２２６ａが形成され、トレンチ２２５にはラインまたはコンタクトパッド２２６ｂが形成される。
【００３４】
前述した本発明の技術的思想は好適な実施例で具体的に述べられたが、これらの実施例は本発明を説明するためのもので、限定するものではないことに留意すべきである。また、本発明は、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想の範囲内で多様な実施例が可能であることを理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の半導体素子のコンタクトホールを説明するための写真である。
【図２ａ】本発明に係る半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図２ｂ】本発明に係る半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図２ｃ】本発明に係る半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図２ｄ】本発明に係る半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図２ｅ】本発明に係る半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図２ｆ】本発明に係る半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図２ｇ】本発明に係る半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図２ｈ】本発明に係る半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図２ｉ】本発明に係る半導体素子のデュアルダマシンパターン形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
２００    半導体基板
２０２    ゲート絶縁膜
２０４    第１導電膜
２０６    誘電体膜
２０８    第２導電膜
２１０    第３導電膜
２１２    第１ハードマスクパターン
２１４    スペーサ
２１６    第１絶縁膜
２１８    第２絶縁膜
２２０    第２ハードマスクパターン
２２１    コンタクトホール
２２２    保護膜
２２４    第３ハードマスクパターン
２２５ａ    第１トレンチ
２２５ｂ    第２トレンチ
２２５    トレンチ
２２６ａ    コンタクトプラグ    
２２６ｂ    ラインまたはコンタクトパッド
【図２ａ】
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【図２ｂ】
2009094469.tif 000004
【図２ｃ】
2009094469.tif 000005
【図２ｄ】
2009094469.tif 000006
【図２ｅ】
2009094469.tif 000007
【図２ｆ】
2009094469.tif 000008
【図２ｇ】
2009094469.tif 000009
【図２ｈ】
2009094469.tif 000010
【図２ｉ】
2009094469.tif 000011
【図１】
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