JP5062969B2

JP5062969B2 - 半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法

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Inventors: ▲益▼壽崔; ▲昌▼淵黄; 洪求李
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Description

本発明は、半導体製造技術、特に、半導体素子のランディングプラグコンタクト（ＬａｎｄｉｎｇＰｌｕｇＣｏｎｔａｃｔ，ＬＰＣ）形成方法に関する。

一般に、半導体素子は、その内部に複数の単位素子を含む。半導体素子が高集積化され、一定したレイアウト面積上に高密度に素子を形成しなければならず、これによって単位素子、例えば、トランジスタやキャパシタなどの大きさは徐々に小さくなっている。特に、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）のような半導体メモリ素子において、デザインルール（Ｄｅｓｉｇｎｒｕｌｅ）が減少し、すなわちセルの内部に形成される回路の線幅が、０．１μｍ以下に縮小されて、７０ｎｍ以下までも要求されている。

図１は、従来の技術に係るランディングプラグコンタクト（ＬＰＣ）マスクのレイアウトを示す図であり、図２Ａ及び図２Ｂは、図１のランディングプラグコンタクトマスクを用いたランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図であり、図２Ａ及び図２Ｂは、図１のＡ−Ａ′線に沿った工程断面図である。

図１、図２Ａ及び図２Ｂに示されているように、従来の技術に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を簡単に説明すると、シリコン基板１１上に複数個のゲート電極パターンを形成した後、ゲート電極パターンを含む全面にエッチング停止窒化膜１６と層間絶縁膜１７とを順に形成する。

この時、ゲート電極パターンは、ゲート酸化膜１２、ゲートポリシリコン１３、ゲートタングステンシリサイド１４及びゲートハードマスク窒化膜１５の順に積層されたものである。

次いで、窒化膜に高選択比を有するスラリー（ＨｉｇｈＳｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙＳｌｕｒｒｙ）を用いてゲートハードマスク窒化膜１５が露出するまで層間絶縁膜１７に対する化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行う。

次いで、平坦化された層間絶縁膜１７上にハードマスクポリシリコン１８を蒸着する。
次いで、図１に示されているように、ランディングプラグコンタクトマスク１９を用いた写真及びエッチング工程を実施してハードマスクポリシリコン膜１８をパターニングし、これをエッチングバリアとして用いて、ランディングプラグコンタクト形成領域の層間絶縁膜１８を選択的にエッチングし、ランディングプラグコンタクトのためのコンタクトホール２０を形成する。

次いで、ランディングプラグコンタクトマスク１９をストリップした後、エッチング停止窒化膜１６のエッチングの際、ゲート電極パターン上部のゲートハードマスク窒化膜１５が損傷されることを防止するために、バッファ酸化膜としてＵＳＧ（ケイ酸塩ガラス）膜２１を全体構造の表面に沿って蒸着し、エッチバック工程を実施してコンタクトホール２０の内部に残留させる。

次いで、図２Ｂに示されているように、コンタクトホール２０を満たすまで全体構造の上部にポリシリコン膜を蒸着した後、ゲートハードマスク窒化膜１５を研磨停止膜として用いるＣＭＰ工程を行い、ランディングプラグコンタクト２２を形成する。

しかし、従来の技術は、ランディングプラグコンタクト２２を形成するためのＣＭＰ工程時に、窒化膜で形成したゲートハードマスク窒化膜１５とポリシリコン膜との間のエッチング速度及び研磨速度の差によって、段差が発生するという問題がある。すなわち、ランディングプラグコンタクト２２であるポリシリコン膜は、窒化膜に比べてＣＭＰ工程によって化学的にまた機械的にエッチング速度と研磨速度とが速く、研磨が多く発生するようになり、ゲートハードマスク窒化膜１５とランディングプラグコンタクト２２との間に３００Å程度の段差２３が形成される。このような段差は、通常ディッシング（ｄｉｓｈ−ｉｎｇ）という。

この時、ＣＭＰ工程によるランディングプラグコンタクトとゲートハードマスク窒化膜との間の段差よりゲートハードマスク窒化膜の露出部分が増加するため、後続のビットラインコンタクトホール形成のための自己整列エッチング（ＳＡＣ）工程時に、ＳＡＣマージンを低下させる要因となっている。
特開平９−１３５００７

本発明は、上述した従来の技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ランディングプラグコンタクト形成のためのＣＭＰ工程時に、ポリシリコン膜とゲートハードマスク窒化膜との間の段差を防止できる半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板上に少なくとも最上部にハードマスク窒化膜を備える複数個のゲート電極パターンを形成するステップと、該複数個のゲート電極パターンの間を満たす層間絶縁膜を形成するステップと、前記ハードマスク窒化膜が露出するまで前記層間絶縁膜を平坦化させるステップと、該層間絶縁膜上にエッチングバリア層を形成するステップと、該エッチングバリア層をエッチングバリアでランディングプラグコンタクトが形成される領域の前記層間絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホールが満たされるまで全面にランディングプラグコンタクト物質である導電膜を形成するステップと、該導電膜に対して第１エッチバック工程を行い、前記導電膜蒸着時に発生した表面の屈曲を除去するステップと、前記ゲート電極パターンのハードマスク窒化膜が露出するまで前記第１エッチバック工程が行われた導電膜に対して第２エッチバック工程を行って、前記コンタクトホールに埋め込まれるランディングプラグコンタクトを形成するステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法は、半導体基板上に少なくとも最上部にハードマスク窒化膜を備える複数個のゲート電極パターンを形成するステップと、前記複数個のゲート電極パターンの間を満たす層間絶縁膜を形成するステップと、前記ハードマスク窒化膜が露出するまで前記層間絶縁膜を平坦化させるステップと、前記層間絶縁膜上にエッチングバリア層を形成するステップと、該エッチングバリア層をエッチングバリアでランディングプラグコンタクトに予定された領域の前記層間絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホールが満たされるまで全面にランディングプラグコンタクト物質であるポリシリコン膜を形成するステップと、該ポリシリコン膜に対して第１エッチバック工程を行い、前記ポリシリコン膜蒸着時に発生した表面の屈曲を除去するステップと、前記ゲート電極パターンのハードマスク窒化膜が露出するまで前記第１エッチバック工程が行われたポリシリコン膜に対して第２エッチバック工程を行って、前記コンタクトホールに埋め込まれるランディングプラグコンタクトを形成するステップとを含むことを特徴とし、前記第１エッチバック工程において、前記ポリシリコン膜の等方性ドライエッチングがなされるようにレシピを選択することを特徴とし、前記第１エッチバック工程のレシピが、ＣＦ_４とＯ_２ガスとの混合ガスを用いることを特徴とし、前記第２エッチバック工程が、前記ポリシリコン膜の非等方性ドライエッチングがなされるようにレシピを選択することを特徴とし、前記第２エッチバック工程のレシピが、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ｃ_３Ｆ_８またはＣＨＦ_３の中から選択される第１ガスとＨＢｒ、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳＦ_６またはＮＦ_３の中から選択される第２ガスとの混合ガスを用いることを特徴とし、前記第２エッチバック工程において、前記ハードマスク窒化膜とポリシリコン膜とのエッチング選択比が０．５：１〜１０：１の範囲になるようにレシピを調節することを特徴とする。

本発明によれば、ランディングプラグコンタクト形成のために段差を発生させるＣＭＰ工程を用いず、２ステップのエッチバック工程を用いて、ゲートハードマスク窒化膜とランディングプラグコンタクトとの間に段差を発生させないことによって、後続のビットラインコンタクトホール形成のための自己整列コンタクトエッチング（ＳＡＣ）工程の工程マージンを十分に確保することができるという効果があり、これによって半導体素子の信頼度及び収率を向上させることができるという効果を得ることができる。

以下、本発明のもっとも好ましい実施の形態を、添付する図面を参照して説明する。

根本的に、ＣＭＰ工程は、ディッシングのような段差誘発の問題から自由にはなり得ない。本発明では、ランディングプラグコンタクト（ＬＰＣ）の分離のためのポリシリコンリセス（Ｒｅｃｅｓｓ）のために、既存のＣＭＰ工程を用いず、２工程からなるエッチバック工程を用いる。すなわち、第１エッチバック工程では、等方性ドライエッチング（部分エッチング）を通してゲート電極パターンの間の空間（コンタクトホール上部）に発生したポリシリコン膜のシーム（Ｓｅａｍ）を除去し、第２エッチバック工程では、ポリシリコン膜とハードマスク窒化膜とのエッチング速度が類似したレシピ（Ｒｅｃｉｐｅ）を適用して、非等方性ドライエッチングを行う。この場合、ランディングプラグコンタクト形成後、段差を最小化して後続のビットラインコンタクトホール形成のためのＳＡＣエッチング工程時において、ＳＡＣマージンを確保することができる。

図３Ａないし図３Ｄは、本発明の実施の形態に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。

図３Ａに示されているように、シリコン基板３１上に、複数個のゲート電極パターンを形成する。この時、ゲート電極パターンは、シリコン基板３１上にゲート酸化膜３２、ゲートポリシリコン３３、ゲートタングステンシリサイド３４及びゲートハードマスク窒化膜３５の順に積層した後、これをゲートパターニング工程を通してエッチングすることによって形成する。

次いで、ゲート電極パターンを含む全面に、エッチング停止窒化膜３６と層間絶縁膜３７とを順に形成した後、窒化膜に高選択比を有するスラリーを用いて、ゲートハードマスク窒化膜３５が露出するまで層間絶縁膜３７に対する化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行う。このようなＣＭＰ工程を「ＩＬＤＣＭＰ」工程という。なお、層間絶縁膜の材質は、一例として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｈ_ｆＯ_２、ＺｒＯ_２、シリケイト（ＺｒＡｌ_ｘＯ_ｙ）、アルミネート（Ｈ_ｆＡｌ_ｘＯ_ｙ）のいずれか一又は二以上の組み合わせなどが挙げられる。

次いで、平坦化された層間絶縁膜３７上にハードマスクポリシリコン３８を蒸着する。
次いで、ランディングプラグコンタクトマスク３９（図１のような形状を有するランディングプラグコンタクトマスクを使用）を用いた写真及びエッチング工程を実施し、ハードマスクポリシリコン膜３８をランディングプラグコンタクトマスクの形状にパターニングし、ランディングプラグコンタクトマスクの形状でパターニングし、ハードマスクポリシリコン膜３８をエッチングバリアとして用いて、ランディングプラグコンタクトで予定された領域の層間絶縁膜３７を選択的にエッチングし、ランディングプラグコンタクトのためのコンタクトホール４０を形成する。ここで、ハードマスクポリシリコン膜３８をエッチングバリアとして用いる場合、ランディングプラグコンタクトマスク３９をストリップした後に行ってもよい。

したがって、コンタクトホール４０を形成するためのエッチング工程時、エッチングバリア層は、ハードマスクポリシリコン膜３８となる。

上述のランディングプラグコンタクトのためのコンタクトホール４０を形成する際に、ハードマスクポリシリコン膜３８を適用したＤＰＨ（ＤｉｒｅｃｔＨＭＰｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ）方式を用いたが、コンタクトホール４０形成のためにＤＮＨ（ＤｉｒｅｃｔＨＭｎｉｔｒｉｄｅ）またはＤＰ（ＤｉｒｅｃｔＰｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）方式を代わりに適用できる。ここで、ＤＮＨ方式は、ハードマスクポリシリコン膜の代わりにハードマスク窒化膜をエッチングバリア層として適用する工程であり、ＤＰ方式は、ハードマスクの導入なしに感光膜にだけエッチング工程を行うものである。

次いで、後続のエッチング停止窒化膜３６エッチングの際、ゲート電極パターン上部のゲートハードマスク窒化膜３５が損傷されることを防止するために、バッファ酸化膜としてＵＳＧ膜４１を全体構造の表面に沿って蒸着し、エッチバック工程を実施する。このようなエッチバックを介してＵＳＧ膜４１は、コンタクトホール４０の内部側壁に残留し、ゲートハードマスク窒化膜３５の側壁上部を覆う構造を有する。

次いで、ＵＳＧ膜４１のエッチバック後、露出するコンタクトホール４０の底のエッチング停止窒化膜３６をエッチングし、ランディングプラグコンタクトのためのコンタクトホール４０を完全に開放させる。

図３Ｂに示されているように、コンタクトホール４０が満たされるまで、全面にポリシリコン膜４２を蒸着する。この時、ポリシリコン膜４２の蒸着の際、下部構造物のトポロジー（Ｔｏｐｏｌｏｇｙ）によって、表面の屈曲すなわち、非常に深いシーム（ｓｅａｍ、Ｓ１）が発生する。

前記ポリシリコン膜４２の蒸着後、所定の工程を行って、ランディングプラグコンタクトを形成するが、本発明は、ランディングプラグコンタクトのためにポリシリコン膜４２をＣＭＰ工程で除去するのではなく、エッチバック工程を用いる。すなわち、ゲートハードマスク窒化膜とランディングプラグコンタクトとの間に段差を発生させるＣＭＰ工程を用いず、エッチバック工程を用いることによって、ゲートハードマスク窒化膜３５とランディングプラグコンタクトとの間に段差が発生することを防止する。参考に、エッチバック工程は、ＣＭＰ工程とは異なり、エッチバックされる物質間のエッチング選択比の調節が比較的自由であると知られている。

好ましくは、本発明は、段差を発生させずにランディングプラグコンタクト形成のために２工程からなるエッチバック工程を用いる。

まず、図３Ｃに示されているように、ポリシリコン膜４２に対して第１エッチバック工程を行い、ハードマスクポリシリコン３８上部でポリシリコン膜４２Ａを数十Åの厚さ（５０Å〜９０Å）で残留させる。ここで、第１エッチバック工程後、残留するポリシリコン膜４２Ａの厚さは、シームの程度によって異なるが、第１エッチバック工程がシームと同じ表面の屈曲を除去するためのものであるため、ハードマスクポリシリコン３８上部で残留しないこともある。

このような第１エッチバック工程は、コンタクトホール４０を満たすように蒸着したポリシリコン膜４２が有するシームＳ１を、図３Ｃに示す「Ｓ２」程度に除去するためにレシピを選択する。図３Ｂにおいて、コンタクトホール４０が満たされるまでポリシリコン膜４２を蒸着する時、コンタクトホール４０が形成された下部構造物が有する凹凸トポロジーによって蒸着されるポリシリコン膜４２の表面にシームＳ１のような比較的大きな屈曲が発生する。

前記第１エッチバック工程は、シームＳ１を除去するためにレシピとしてＣＦ_４とＯ_２ガスの混合ガスを用いて、等方性ドライエッチングが行われるようにするが、このように、ＣＦ_４とＯ_２ガスとを混合して行うと、等方性ドライエッチング特性が発生し、蒸着の際に発生したポリシリコン膜４２のシームを、図３Ｂに示す「Ｓ１」から図３Ｃに示す「Ｓ２」程度に除去できる。この時、第１エッチバック工程時、チャンバー圧力を５００ｍＴｏｒｒ〜２０００ｍＴｏｒｒ範囲にすると、シームを除去する効果が増大する。

前記のように、シームを除去せずに後続の第２エッチバック工程を行うと、ゲートハードマスク窒化膜とランディングプラグコンタクトとの間の段差が発生することは避けられない。したがって、本発明は、等方性ドライエッチングの特性を示すレシピで第１エッチバック工程を行うものである。

上述のような第１エッチバック工程を行った後に、隣接するランディングプラグコンタクト間の相互を分離させるために、第２エッチバック工程を行う。

図３Ｄに示されているように、第１エッチバック工程後、残留するポリシリコン膜４２Ａを第２エッチバック工程でエッチングし、コンタクトホール４０に埋め込まれ、隣接するランディングプラグコンタクトが相互に完全に分離するランディングプラグコンタクト４２Ｂを形成する。ここで、第２エッチバック工程時に、ハードマスクポリシリコン３８も同時にエッチングされて除去される。

前記第２エッチバック工程は、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ｃ_３Ｆ_８またはＣＨＦ_３の中から選択される第１ガスとＨＢｒ、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳＦ_６またはＮＦ_３の中から選択される第２ガスとの混合ガスを用いて行う。ここで、第１ガスと第２ガスとを混合すると、等方性エッチング特性を示す第１エッチバック工程とは異なり、第２エッチバック工程は、非等方性ドライエッチング特性を示す。

上述のように、第２エッチバック工程は、第１ガスと第２ガスとを混合して行うことによって、ゲートハードマスク窒化膜３５とポリシリコン膜４２Ａとのエッチング選択比が０．５：１〜１０：１の範囲とできる。すなわち、ゲートハードマスク窒化膜３５とポリシリコン膜４２Ａとのエッチング選択比が０．５：１〜１０：１範囲となるようにレシピを調節すれば、ゲートハードマスク窒化膜３５とポリシリコン膜４２Ａとの間に段差が発生しないようにできる。すなわち、前記のようなエッチング選択比を得るために、第２エッチバック工程は、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ｃ_３Ｆ_８またはＣＨＦ_３の中から選択される第１ガスとＨＢｒ、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳＦ_６またはＮＦ_３の中から選択される第２ガスとの混合ガスを用いて行う。

第１エッチバック工程のように、等方性エッチング特性を示すレシピで第２エッチバック工程を行うと、ゲートハードマスク窒化膜３５とポリシリコン膜４２Ａとのエッチング選択比を十分に得られず、ゲートハードマスク窒化膜３５とランディングプラグコンタクト４２Ｂとの間に段差が発生する。すなわち、ポリシリコン膜４２Ａがさらに多くエッチングされる。

しかし、第２エッチバック工程時、非等方性エッチング特性を示すレシピ（第１ガスと第２ガスとの混合）でポリシリコン膜４２Ａをエッチバックすると、ゲートハードマスク窒化膜３５対ポリシリコン膜４２Ａのエッチング選択比を０．５：１〜１０：１範囲で得ることができ、ゲートハードマスク窒化膜３５とランディングプラグコンタクト４２Ｂとの間に段差が発生しないようにできる。すなわち、エッチングされる物質間のエッチング選択比を容易に調節できるエッチバック工程を用いて、ランディングプラグコンタクト４２Ｂを形成することによって、段差を発生させずにランディングプラグコンタクト４２Ｂの間の分離を行うことができる。また、第１エッチバック工程を通してシームを除去した状態であるため、ランディングプラグコンタクト４２Ｂとゲートハードマスク窒化膜３５との間に段差が発生することがさらに一層防止できる。

従来の技術と比較して見ると、ゲートハードマスク窒化膜とランディングプラグコンタクトとの間の段差が顕著に減少する。

上述の実施の形態では、ランディングプラグコンタクトがポリシリコン膜である場合に対して説明したが、本発明はランディングプラグコンタクトとして用いられる全ての導電膜に対しても適用可能である。すなわち、ランディングプラグコンタクト形成のために２工程からなるエッチバック工程を用いて、第１エッチバック工程時には、等方性ドライエッチングをしてシームを除去し、第２エッチバック工程時には、非等方性ドライエッチングを行ってランディングプラグコンタクトを完全に分離させる。ここで、ランディングプラグコンタクトとして用いられる導電膜は、ポリシリコン膜以外にタングステン膜が主に用いられる。さらに、ランディングプラグコンタクトは、Ａｌ膜、Ｃｕ膜などであってもよい。

なお、第１エッチバック工程においては、エッチングに限定されず成膜が行われてもよい。例えば、前記第１エッチバック工程は、反応性ガスエッチング工程又は／及び、バイアススパッタリング工程であってもよい。ここで「バイアススパッタリング」とは、ターゲット側とワーク側の両方に電圧をかけて行うスパッタリングのことをいう。ここで「ターゲット」とは、スパッタリングに用いる不活性ガスが成膜する材料をたたき出す部分をいい、原則的には、成膜する材料からなるバルク材である。「ワーク」とは、成膜される対象となる半導体素子のことをいう。バイアススパッタリングにおいては、通常のスパッタリングにおいてかけるワーク側の電圧（以下ワーク側にかける電圧をバイアス電圧という）よりも高めのバイアス電圧を、ワーク側にかけることが特徴的である。バイアス電圧をかけることにより、イオン化された不活性ガスがワーク表面に衝突し、ワーク表面をエッチングすることができる（不活性ガスによるエッチングを物理的エッチングという）。このときの物理的エッチングは不活性ガスがランダムな方向からワーク表面に衝突するので、ワーク表面の屈曲をなだらかにする効果がある。このようにバイアススパッタリングにおいては、ターゲットにかけられた電圧による成膜と同時にワークにかけられたバイアス電圧によるワーク表面の物理的エッチングが行われる。ここで一例として、前記コンタクトホールを満たすまで全面にランディングプラグコンタクト物質である導電膜を形成するステップの後に、前記第１エッチバック工程としてバイアススパッタリング工程を用いる場合を考えてみる。この場合には、前記導電膜の表面の屈曲を、バイアススパッタリングによる成膜とバイアススパッタリングによる物理的エッチングを同時に行うことによって除去することができる。ここでバイアススパッタリングによる成膜に使用するターゲットは、ランディングプラグコンタクト物質と同一の物質を使用するのが便利であるが、本発明は同一の物質に限定されるものではない。次に、前記第１エッチバック工程が、前記反応性エッチング工程とバイアススパッタリング工程である場合には、成膜と物理的エッチングに加えて、反応性エッチングがなされるので、さらに効率的に前記導電膜の表面の屈曲を除去することも可能である。ここで「反応性エッチング」とは、ワーク表面と化学反応を起こす反応性物質を利用して行うエッチングのことをいう。

また、前記第２エッチバック工程における導電膜の非等方性ドライエッチングは、不活性ガスを利用した物理的エッチングであってもよい。

さらに前記第１エッチバック工程、第２エッチバック工程は、前記半導体素子を同一チャンバー内あるいは外気を遮断した状態で隣り合うチャンバー間を移動して行ってもよい。この場合には、従来のＣＭＰを使用する方法で必須であった半導体素子を一旦チャンバー内から取り出すプロセスを省略することができる。

尚、本発明は、上記した本実施の形態に限られるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。

本発明は、半導体製造技術、特に、半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法に利用可能である。

従来の技術に係るランディングプラグコンタクト（ＬＰＣ）マスクのレイアウトを示す図である。図１のランディングプラグコンタクトマスクを用いたランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。図１のランディングプラグコンタクトマスクを用いたランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。本発明の実施の形態に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。本発明の実施の形態に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。本発明の実施の形態に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。本発明の実施の形態に係るランディングプラグコンタクトの形成方法を示す工程断面図である。

符号の説明

３１シリコン基板
３２ゲート酸化膜
３３ゲートポリシリコン
３４ゲートタングステンシリサイド
３５ゲートハードマスク窒化膜
３６エッチング停止窒化膜
３７層間絶縁膜
３８ハードマスクポリシリコン
３９ランディングプラグコンタクトマスク
４０コンタクトホール
４１ＵＳＧ膜
４２Ａポリシリコン膜
４２Ｂランディングプラグコンタクト

Claims

半導体基板上に少なくとも最上部にハードマスク窒化膜を備える複数個のゲート電極パターンを形成するステップと、
該複数個のゲート電極パターンの間を満たす層間絶縁膜を形成するステップと、
前記ハードマスク窒化膜が露出するまで前記層間絶縁膜を平坦化させるステップと、
該層間絶縁膜上にエッチングバリア層を形成するステップと、
該エッチングバリア層をエッチングバリアとしてランディングプラグコンタクトが形成される領域の前記層間絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成するステップと、
前記コンタクトホールを満たすまで全面にランディングプラグコンタクト物質である導電膜を形成するステップと、
該導電膜に対して第１エッチバック工程を行い、前記導電膜蒸着時に発生した表面の屈曲を除去するステップと、
前記ゲート電極パターンのハードマスク窒化膜が露出するまで前記第１エッチバック工程が行われた導電膜に対して第２エッチバック工程を行って、前記コンタクトホールに埋め込まれるランディングプラグコンタクトを形成するステップと
を含み、
前記第１エッチバック工程において、前記導電膜の等方性ドライエッチングがなされるようにレシピとしてＣＦ_４とＯ_２ガスとの混合ガスを用い、
前記第２エッチバック工程において、前記導電膜の非等方性ドライエッチングがなされるようにレシピを選択することを特徴とする半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。
前記ランディングプラグコンタクトが、ポリシリコン膜またはタングステン膜から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ランディングプラグコンタクト形成方法。
半導体基板上に少なくとも最上部にハードマスク窒化膜を備える複数個のゲート電極パターンを形成するステップと、
前記複数個のゲート電極パターンの間を満たす層間絶縁膜を形成するステップと、
前記ハードマスク窒化膜が露出するまで前記層間絶縁膜を平坦化させるステップと、
前記層間絶縁膜上にエッチングバリア層を形成するステップと、
該エッチングバリア層をエッチングバリアでランディングプラグコンタクトに予定された領域の前記層間絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成するステップと、
前記コンタクトホールを満たすまで全面にランディングプラグコンタクト物質であるポリシリコン膜を形成するステップと、
該ポリシリコン膜に対して第１エッチバック工程を行い、前記ポリシリコン膜蒸着時に発生した表面の屈曲を除去するステップと、
前記ゲート電極パターンのハードマスク窒化膜が露出するまで前記第１エッチバック工程が行われたポリシリコン膜に対して第２エッチバック工程を行って、前記コンタクトホールに埋め込まれるランディングプラグコンタクトを形成するステップと
を含み、
前記第１エッチバック工程が、前記ポリシリコン膜の等方性ドライエッチングがなされるようにレシピとしてＣＦ_４とＯ_２ガスとの混合ガスを用い、
前記第２エッチバック工程において、前記ポリシリコン膜の非等方性ドライエッチングがなされるようにレシピを選択することを特徴とする、半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。
前記第１エッチバック工程のレシピが、５００ｍＴｏｒｒ〜２０００ｍＴｏｒｒ範囲のチャンバー圧力をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。
前記第２エッチバック工程のレシピが、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ｃ_３Ｆ_８またはＣＨＦ_３の中から選択される第１ガスとＨＢｒ、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳＦ_６またはＮＦ_３の中から選択される第２ガスとの混合ガスを用いることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。
前記第２エッチバック工程において、前記ハードマスク窒化膜とポリシリコン膜とのエッチング選択比が０．５：１〜１０：１の範囲になるようにレシピを調節することを特徴とする請求項３に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。
前記第２エッチバック工程において、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ｃ_３Ｆ_８またはＣＨＦ_３の中から選択される第１ガスとＨＢｒ、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳＦ_６またはＮＦ_３の中から選択される第２ガスとの混合ガスを用いることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。
前記層間絶縁膜上にエッチングバリア層を形成するステップが、
前記層間絶縁膜上にハードマスクポリシリコン膜を形成するステップと、
前記ハードマスクポリシリコン膜上に感光膜を塗布して露光及び現像によってパターニングして、ランディングプラグコンタクトマスクを形成するステップと、
該ランディングプラグコンタクトマスクを、エッチングバリアで前記ハードマスクポリシリコン膜をパターニングするステップと、
前記ランディングプラグコンタクトマスクをストリップするステップと
を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。
前記第１エッチバック工程は、反応性ガスエッチング工程である請求項１に記載の半導体素子のランディングプラグコンタクト形成方法。
前記導電膜の非等方性ドライエッチングは、不活性ガスを利用した物理的エッチング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ランディングプラグコンタクト形成方法。
前記第１エッチバック工程及び第２エッチバック工程は、前記半導体素子を同一チャンバー内あるいは外気を遮断した状態で隣り合うチャンバー間を移動して行な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ランディングプラグコンタクト形成方法。