シリコンゲルマニウム犠牲層を用いた半導体素子の微細パターンの形成方法及びそのパターンの形成方法を用いた自己整列コンタクトの形成方法
【課題】 シリコンゲルマニウム犠牲層を使用して半導体素子の微細パターンを形成する方法、及びそれを用いた自己整列コンタクトを形成する方法を提供する。
【解決手段】 基板上に導電性物質膜、ハードマスク膜及び側壁スペーサを含む導電ライン構造物を形成し、基板の全面に少なくとも導電ライン構造物の高さと同じであるか、またはそれ以上の高さにシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層を形成し、犠牲層上にコンタクトホールを限定するフォトレジストパターンを形成した後、犠牲層を乾式エッチングすることで基板を露出させるコンタクトホールを形成し、ポリシリコンを使用してコンタクトホールを埋め込む複数のコンタクトを形成した後に残留する犠牲層を湿式エッチングした後、その領域にシリコン酸化物を満たして第１層間絶縁層を形成する半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【解決手段】 基板上に導電性物質膜、ハードマスク膜及び側壁スペーサを含む導電ライン構造物を形成し、基板の全面に少なくとも導電ライン構造物の高さと同じであるか、またはそれ以上の高さにシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層を形成し、犠牲層上にコンタクトホールを限定するフォトレジストパターンを形成した後、犠牲層を乾式エッチングすることで基板を露出させるコンタクトホールを形成し、ポリシリコンを使用してコンタクトホールを埋め込む複数のコンタクトを形成した後に残留する犠牲層を湿式エッチングした後、その領域にシリコン酸化物を満たして第１層間絶縁層を形成する半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法に係り、より具体的には、シリコンゲルマニウム犠牲層を利用して微細パターンを形成する方法と、その微細パターンの形成方法を利用して自己整列コンタクト（Ｓｅｌｆ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ：、ＳＡＣ）を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の微細化が進行するにつれて、半導体製造工程の難易度は次第に高まっている。特に、コンタクトパッドのような微細パターンを形成する時には、写真及びエッチング工程の誤整列マージンが小さくなり、微細なコンタクトを形成し難くなってきた。誤整列マージンを確保するための代案として提示された一つの方法はＳＡＣ形成工程である。
【０００３】
ＳＡＣ形成工程では、相異なる２つまたはそれ以上の絶縁物質を導入して、そのような絶縁物質間に得られるエッチング選択比を利用してコンタクトホールを形成する。そのようなＳＡＣ形成工程を利用すれば、露光工程の誤整列マージンが増加するため、微細なコンタクトを製造しやすくなる。ＳＡＣ形成工程では、一般的に前記した二つの絶縁物質としてシリコン酸化物とシリコン窒化物とを利用する。例えば、ＤＲＡＭ素子のＳＡＣパッド形成工程では、シリコン酸化物で形成された層間絶縁膜とシリコン窒化物で形成されたゲートラインやビットラインのキャッピング層及び側壁スペーサとの間のエッチング選択比を利用する。したがって、パターンの微細化にもかかわらず、ＳＡＣ形成工程を利用して誤整列マージンを更に多く確保できる。
【０００４】
しかし、半導体素子の高集積化が更に増加しつつ、コンタクトホールの縦横比が急増してきた。縦横比が増加するにつれて、ＳＡＣ工程で利用される絶縁物質間に得られるエッチング選択比を更に増大させることが要求されている。例えば、ＤＲＡＭ素子のＳＡＣパッド形成工程では、安定的にＳＡＣ形成工程を進めるには、乾式エッチング時にマスク膜（シリコン窒化膜）に対する被エッチング物質膜（シリコン酸化膜）の選択比が２０以上にならなければならないと知られている。しかし、シリコン窒化膜に対するシリコン酸化膜のエッチング選択比は約１２にしかならないため、工程マージンが不十分である。
【０００５】
更に高いエッチング選択比を得るために多様な方法が試みられた。例えば、乾式エッチングが行われるチャンバ壁を加熱して、エッチャントとして導入されるプラズマ内のＣＦＸラジカルの濃度を増加させようとする試みが知られている。また、高いＣ／Ｆ比を有する新たなフッ化炭素系ガスとしてＣ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８またはＣ３Ｆ６などをエッチャントとして使用する方法も知られている。そして、低い電子温度を有する新たなプラズマソースを開発して、プラズマ内部でエッチャントの過剰解離による過剰Ｆラジカルの発生を抑制しようとする試みも知られている。
【０００６】
しかし、前記した試みは、何れも約１０のエッチング選択比しか得られず、２０以上の高いエッチング選択比が得られないと知られている。なぜなら、シリコン酸化膜の物質的特性によって、シリコン酸化膜に対する乾式エッチングは、基本的に化学的エッチングより物理的エッチングであるスパッタリングが更に強く発生するためである。シリコン酸化膜をエッチングするために、通常５００Ｗ以上から約２０００Ｗの高いバイアス電力を印加する。その結果、高いバイアス電力が印加されたＣｘＦｙガス、アルゴン（Ａｒ）ガス及び／または酸素（Ｏ２）ガスによってシリコン酸化膜だけでなく、マスク膜に対するスパッタリングも多く発生する。その結果、マスク膜として作用するキャッピング膜と側壁スペーサとの損失が多く発生して、要求される２０以上の高いエッチング選択比を得ることが難しい。
【０００７】
さらに、強いスパッタリング効果によってフォトレジスト膜の変形も多く発生する。デザインルールが減少すれば、それによってフォトレジスト膜も薄くなるため、強いスパッタリング効果によるフォトレジスト膜の変形が更に問題となる。フォトレジスト膜の変形が深刻であれば、ウィグリングやストライエーションなどの問題が発生する。
【０００８】
そのようなフォトレジストの変形問題を解決するために、ポリシリコン膜でエッチングマスクパターンを形成する方法が提示された。しかし、そのような方法は、熱的負担が大きく、さらに工程を複雑にし、ＣＭＰなどの方法を使用してポリシリコン膜を除去せねばならないため、コストを増加させるという問題がある。そして、層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜を形成するのに必要な高いバイアス電力が必要であるので、上記方法は強いスパッタリング効果の発生の問題を根本的に解決できず、強いスパッタリング効果によってハードマスク膜に対して低いエッチング選択比をもつという限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が達成しようとする技術的課題は、デザインルールの減少により縦横比が増加するにもかかわらず、コンタクトのような半導体素子の微細パターンを更に経済的で且つ容易に形成できる半導体素子の微細パターンの形成方法、及びそのパターンの形成方法を用いた自己整列コンタクトの形成方法を提供するところにある。
【００１０】
本発明が達成しようとする他の技術的課題は、デザインルールの減少によりフォトレジスト膜が薄くなるにもかかわらず、従来のような厚さを有するフォトレジスト膜を使用しても、フォトレジスト膜の変形による問題が発生しない半導体素子の微細パターンの形成方法、及びそのパターンの形成方法を用いた自己整列コンタクトの形成方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した技術的課題を達成するための本発明に係る半導体素子の微細パターンの形成方法は、まず基板上にシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）で犠牲層を形成する。前記犠牲層は、半導体基板上に形成されるか、または半導体基板と犠牲層との間に第３の物質層が更に介在されてもよい。そして、前記犠牲層上に所定のパターンを有するフォトレジストパターンを形成する。そして、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記基板を露出させる犠牲層パターンを形成する。そして、前記シリコンゲルマニウムに対してエッチング選択比が大きい第１物質を使用して、前記犠牲層パターンによって限定される領域を埋め込む第１物質層パターンを形成する。そして、前記犠牲層パターンを湿式エッチングして除去した後、除去された前記犠牲層パターンがあった領域に第２物質を満たして第２物質層パターンを形成する。
【００１２】
前記した本発明の一例によれば、前記第１物質は導電性物質であり、前記第２物質は絶縁性物質でありうる。または、前記第１物質が絶縁性物質であり、前記第２物質は導電性物質でありうる。その場合、前記導電性物質は、ポリシリコン、金属シリサイドまたは金属でありうるが、ポリシリコンであることが好ましい。そして、前記絶縁性物質は、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物でありうるが、シリコン酸化物であることが好ましい。
【００１３】
前記した例の一側面によれば、前記犠牲層の乾式エッチング工程で、乾式エッチングチャンバ内のバイアス電力としては３０ないし３００Ｗの電力を加え得る。
【００１４】
前記した例の他の側面によれば、前記犠牲層パターンを除去することは、前記犠牲層パターンの前記第１物質層に対する選択比が３０：１以上である湿式エッチング液を使用できる。または、前記犠牲層パターンを除去することは、１分当り数百Åのエッチング速度を示す湿式エッチング液を使用できる。例えば、前記犠牲層パターンを除去する段階で、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び脱イオン水が含まれた混合溶液を湿式エッチング液として使用できる。その時、前記水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合比は１：４：２０で使用でき、前記混合溶液は、４０ないし７５℃に加熱して使用することが好ましい。前記混合溶液は、過酢酸（Ｐｅｒａｃｅｔｉｃ Ａｃｉｄ：ＰＡＡ）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）、フッ酸（ＨＦ）及び／または界面活性剤を更に含みうる。
【００１５】
前記した例の更に他の側面によれば、犠牲層の形成に使用されるシリコンゲルマニウムのｘ範囲は、０.１以上、０.８以下となるようにしてもよい。そして、前記シリコンゲルマニウム犠牲層を形成する段階の工程温度は３５０ないし５００℃でありうる。
【００１６】
前記した本発明に係る微細パターンの形成方法は、半導体素子のコンタクトを形成する例に適用できる。
【００１７】
半導体素子のコンタクトの形成方法の一例によれば、まず、複数の第１導電性パターンが形成されている物質層上にシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）で犠牲層を形成する。そして、前記犠牲層上に所定のパターンを有するフォトレジストパターンを形成する。そして、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記複数の第１導電性パターンのそれぞれを露出させる複数の開口を形成する。そして、ポリシリコンを使用して、前記複数の開口を埋め込む複数の第２導電性パターンを形成する。そして、前記残留する犠牲層を湿式エッチングして除去し、除去された前記犠牲層があった領域にシリコン酸化物を満たして第１層間絶縁層を形成する。
【００１８】
半導体素子のコンタクトの形成方法の他の例によれば、まず、複数の第１導電性パターンが形成されている物質層上にシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）で犠牲層を形成する。そして、前記犠牲層上に所定のパターンを有するフォトレジストパターンを形成する。そして、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記複数の第１導電性パターンのそれぞれを覆う複数の犠牲層パターンを形成する。そして、シリコン酸化物を使用して、前記複数の犠牲層パターンを取り囲む第１層間絶縁層を形成する。そして、前記複数の犠牲層パターンを湿式エッチングして除去し、除去された前記犠牲層があった領域にポリシリコンを満たして第２導電性パターンを形成する。
前記した本発明に係る半導体素子の微細パターンの形成方法は、半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法にも適用できる。
【００１９】
半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法の一例によれば、まず、基板上に導電性物質膜、ハードマスク膜及び側壁スペーサを含む導電ライン構造物を形成する。そして、前記基板の全面に少なくとも前記導電ライン構造物より高くシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層を形成する。そして、前記犠牲層上にコンタクトホールを限定するフォトレジストパターンを形成する。そして、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して前記犠牲層を乾式エッチングすることによって前記基板を露出させる前記コンタクトホールを形成する。そして、ポリシリコンを使用して前記コンタクトホールを埋め込む複数のコンタクトを形成する。そして、前記残留する犠牲層を湿式エッチングして除去して、除去された前記犠牲層があった領域にシリコン酸化物を満たして第１層間絶縁層を形成する。
【００２０】
半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法の他の例によれば、まず、基板上に導電性物質膜、ハードマスク膜及び側壁スペーサを含む導電ライン構造物を形成する。そして、前記基板の全面に少なくとも前記導電ライン構造物より高くシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層を形成する。そして、前記犠牲層上に、後続工程で形成されるコンタクトに相応するフォトレジストパターンを形成する。そして、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記コンタクトパターンに相応する犠牲層パターンを形成する。そして、シリコン酸化物を使用して、前記犠牲層パターンを取り囲む第１層間絶縁層を形成する。そして、前記複数の犠牲層パターンを湿式エッチングして除去し、除去された前記犠牲層があった領域にポリシリコンを満たして前記コンタクトを形成する。
【００２１】
前記した例に係る自己整列コンタクトの形成方法では、前記導電ライン構造物は、前記導電性物質膜の下部に形成されているゲート酸化膜を更に含むゲートライン構造物でありうる。その時、コンタクトは、前記基板のソース／ドレイン領域と電気的に連結される。そして、前記導電ライン構造物はビットライン構造物の場合であってもよい。その場合、前記ハードマスク膜及び前記側壁スペーサはシリコン窒化物で形成でき、前記側壁スペーサはシリコン酸化物でも形成できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のシリコンゲルマニウム犠牲層を使用すれば、デザインルールの減少によりパターンの縦横比が増加するにもかかわらず、続けてフォトレジストを使用して微細パターンを形成できる。したがって、コンタクトのような半導体素子の微細パターンを更に経済的且つ容易な方法で形成できる。特に、乾式エッチング工程でフォトレジスト膜の変形を防止できるウィグリングやストライエーションが発生することを防止できる。さらに、ＫｒＦ用のフォトレジストより薄い厚さが要求されるＡｒＦ用のフォトレジストのような短波長光源用のフォトレジストを使用できるため、更に微細なパターンを形成でき、高集積化に有利である。
【００２３】
特に、本発明によれば、スパッタリング効果によるハードマスク膜とスペーサとのエッチングが少ないため、自己整列コンタクトの形成方法により有用に適用できる。その場合、エッチングマスクとしてポリシリコンまたはシリコン窒化膜を使用することによる工程の複雑化及びコストの増加を防止できる。そして、シリコン窒化物より誘電定数が小さいシリコン酸化物で側壁スペーサを形成できるため、素子の電気的特性を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されうる。むしろ、ここで紹介される実施形態は、本発明の技術的思想が徹底的で且つ完全に開示されうるように、また当業者に本発明の思想を十分に伝えるために例示的に提供されるものである。図面において、層の厚さ、領域のサイズ及び要素の形状などは、明確性のために誇張されたものである。全明細書にかけて同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
【００２５】
本発明に係る半導体素子の微細パターンの形成方法と、それを用いた自己整列コンタクトの形成方法では、シリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）層を犠牲層として使用する。シリコンゲルマニウムは、その物質の特性上、化学的エッチング特性に優れた乾式エッチング工程でパターニングできる。すなわち、エッチングチャンバの内部に約３０ないし３００Ｗの低バイアス電力を印加して乾式エッチング工程を進行できる。乾式エッチング工程に使用されるエッチャントガスに、相対的に低いバイアスが印加されるため、基板上の物質膜、例えば、フォトレジストパターン及び周辺物質膜に対するスパッタリング作用は少なく行われる。また、シリコンゲルマニウム層は、湿式エッチングによって容易に除去できるため、犠牲層としての使用に適している。
【００２６】
図１ないし図５は、本発明の第１実施形態に係る半導体素子の微細パターンの形成方法を説明するための断面図である。
【００２７】
図１を参照すれば、基板１０上に犠牲層として使用されるシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）層２０を形成する。次いで、犠牲層２０をパターニングするために犠牲層２０上にフォトレジストパターン３０を形成する。
【００２８】
ここで、基板１０は、シリコン基板のような半導体基板であるか、またはその内部に導電パターンが形成されているシリコン酸化膜のような絶縁膜であるか、またはドーピングされたポリシリコンのような導電膜でありうる。
【００２９】
シリコンゲルマニウム犠牲層２０は、ファーネスタイプ、枚葉式設備または２５枚のウェーハが入るミニ配置設備を利用したＬＰＣＶＤ方法により形成できる。この場合、工程温度は約３５０ないし５００℃であって、低温工程が可能であるため、熱的負担を減少させうるという長所がある。形成されるシリコンゲルマニウム犠牲層２０の厚さは、形成しようとする微細パターンの高さにより決定される。
【００３０】
シリコンゲルマニウム犠牲層２０の形成時には、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６及び／またはＳｉＨ２Ｃｌ２などのようなシラン系ガス及びＧｅＨ４及び／またはＧｅＦ４などのガスをソースガスとして利用する。シリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層２０のＧｅ含有量、すなわち、ｘの範囲はＧｅソースガスの流量比で調整できる。その組成比は、特別に限定されるものではない。ただし、犠牲層２０をパターニングする時に露出される基板１０に対してエッチング選択比がある組成が好ましく、所望の微細パターンを形成した後に犠牲層２０を除去する時には、前記微細パターンに対して選択比があるように除去されうる組成が好ましいという点を考慮して、前記ｘの範囲を設計することが良い。例えば、ｘの範囲は、０.１以上、０.８以下にする。前記ｘを微細に調節するには、ＧｅソースであるＧｅＨ４などを水素や窒素などに希釈して供給すればよい。
【００３１】
フォトレジストパターン３０は、ＫｒＦ用の感光性レジストやＣＯＭＡまたはアクリレートなどのＡｒＦ用の感光性レジストを塗布した後、露光源を使用して露光した後に現像して形成する。露光による乱反射防止及び感光性レジストの接着力を向上させるために、有機系列または無機系列の反射防止層を使用してもよい。
【００３２】
フォトレジストパターン３０によって限定される領域は特別な制限がない。例えば、基板１０上の層間絶縁層内にコンタクトを形成する場合を仮定する。その場合、フォトレジストパターン３０によって限定される領域はコンタクトが形成される領域であるか、またはコンタクトを取り囲む層間絶縁層が形成される領域であることもある。また、フォトレジストパターン３０によって限定される領域のパターンにも特別な制限がない。例えば、フォトレジストパターン３０によって限定される領域は、コンタクトタイプのパターンであるか、またはラインタイプのパターンであることもあり、フォトレジストパターン３０自体がコンタクトタイプのパターンであることもある。
【００３３】
図２を参照すれば、フォトレジストパターン３０をエッチングマスクとして使用して、シリコンゲルマニウム犠牲層２０を乾式エッチングして犠牲層パターン２０ａを形成する。犠牲層２０の乾式エッチングは、ＨＢｒとＯ２との混合ガス、Ｃｌ２、Ｏ２及びＨＢｒの混合ガス、または前記混合ガスにＡｒ及び／またはＣｘＦｙガスが追加された混合ガス、またはＨｂｒ、ＨｅＯ２、Ｎ２及びＣｘＦｙガスの混合ガスを使用して行い得る。また、エッチングプロファイルの改善及び工程時間の短縮のためにプラズマを利用してもよい。
【００３４】
犠牲層２０の乾式エッチングでは、エッチングチャンバの内部に約３０ないし３００Ｗのバイアスのみが印加される。それは、シリコン酸化膜とは違って、シリコンゲルマニウム膜は、その物理的及び化学的特性上、エッチングガスによる化学的エッチングが活発に行われるため、シリコン酸化膜をエッチングする時と同じ高いバイアスを印加する必要がないためである。
【００３５】
図３を参照すれば、第１物質を使用して、犠牲層パターン２０ａによって限定される領域に第１物質層パターン４０を形成する。第１物質層パターン４０は、第１物質層の蒸着工程と乾式エッチバックまたはＣＭＰなどの平坦化工程とを行って形成できる。第１物質は、不純物がドーピングされたポリシリコン、金属シリサイドまたは金属などの導電性物質であるか、またはシリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物のような絶縁性物質でありうる。例えば、不純物がドーピングされたポリシリコンを使用して層間絶縁層内にコンタクトを形成しようとする場合に、前記第１物質は、不純物がドーピングされたポリシリコンであるか、または層間絶縁層物質として使用されるシリコン酸化物でありうる。
【００３６】
図４を参照すれば、シリコンゲルマニウムパターン２０ａを湿式エッチングで除去する。その時、シリコンゲルマニウムパターン２０ａを第１物質層パターン４０に対して高い選択比があるように除去する。第１物質層パターン４０がポリシリコンまたはシリコン酸化物で形成されている場合、シリコンゲルマニウムパターン２０ａの第１物質層４０に対する選択比が３０：１以上である湿式エッチング液を使用することが好ましい。そして、１分当り数百Åのエッチング速度を示す湿式エッチング液を使用すれば、工程時間も短縮させうる。そのような条件を満足させるエッチング液としては、以下で詳細に説明するように、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び脱イオン水（Ｈ２Ｏ）を含む混合溶液を使用することが好ましい。前記混合溶液には、過酢酸、酢酸、フッ酸及び／または界面活性剤が更に含まれてもよい。例えば、水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合比が１：５：１である標準洗浄液（ＳＣ−１）を使用するか、または前記混合比を１：５：２０にして使用しても良い。そのような混合溶液は、４０ないし７５℃に加熱して使用する場合にシリコンゲルマニウム膜の除去効果が優秀である。
【００３７】
アンモニア、過酸化水素及び脱イオン水混合溶液によるシリコンゲルマニウムパターン２０ａのエッチング過程を説明すれば、第１段階は、過酸化水素による表面酸化膜形成である。過酸化水素は、Ｈ２ＯとＯとに分解されて強い酸化力を有するため、ＳｉとＧｅとを急に酸化させる。
【００３８】
アンモニアは、脱イオン水内でＮＨ４＋イオンとＯＨ−イオンとに解離される。ＯＨ−イオンは、シリコンゲルマニウムパターン２０ａのＳｉ酸化物とＧｅ酸化物とをシリコンゲルマニウムパターン２０ａの表面から剥離させる。それが、ＯＨ−イオンによるリフトオフに該当する第２段階である。そして、剥離されたＳｉ酸化物とＧｅ酸化物とがシリコンゲルマニウムパターン２０ａに再吸着されることを防止できるように、第３段階でそれぞれの表面にＯＨ−イオンが吸着されて静電気的反撥力を与える。それが、ＯＨ−イオンによるターミネーションである。
【００３９】
過酸化水素は酸性溶液であるため、水酸化アンモニウムの混合比によってｐＨを変化させる。過酸化水素の比率によって、すなわち、ｐＨ変化によってＳｉとＧｅとのエッチング量が異なるため、Ｓｉピッチングを防止しつつ適切なエッチング速度を有する混合比を使用する。大体ｐＨが大きいほどエッチング速度が増加する。７０℃の高温で使用する場合、ＮＨ３蒸気の蒸発速度が増加するため、アンモニアの追加供給が必要である。
【００４０】
前記したエッチングメカニズムの第１段階の酸化過程で、ＧｅはＳｉより速く酸化され、結局、速くエッチングされる。ところが、ＧｅとＳｉとが混合されているシリコンゲルマニウム膜は、Ｇｅが速くエッチングされてから残ったＳｉ−Ｇｅ膜は、不安定な状態となりＳｉがエッチング液に攻撃されやすくなる。したがって、シリコンゲルマニウム犠牲層パターン２０ａのエッチング速度は、Ｓｉ単一物質より構成された物質膜のエッチング速度に比べて高くなる。
【００４１】
図５を参照すれば、第２物質を使用して、シリコンゲルマニウムパターン２０ａが除去された領域に第２物質層パターン５０を形成する。第２物質層パターン５０は、第２物質層の蒸着工程と乾式エッチバックまたはＣＭＰなどの平坦化工程とを行って形成できる。第２物質は、第１物質とは異なる物質である。例えば、第２物質は、不純物がドーピングされたポリシリコン、金属シリサイドまたは金属などの導電性物質であるか、またはシリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物のような絶縁性物質でありうる。前記した例のように、不純物がドーピングされたポリシリコンを使用して層間絶縁層内にコンタクトを形成しようとする場合に、前記第１物質が、不純物がドーピングされたポリシリコンであるか、または層間絶縁層物質として使用されるシリコン酸化物であれば、前記第２物質は、逆にシリコン酸化物であるか、または不純物がドーピングされたポリシリコンでありうる。
【００４２】
本実施形態では以上のように、適正な組成比を有するエッチング液を利用する湿式エッチング工程としてシリコンゲルマニウム犠牲層パターン２０ａを除去できる。その場合、第１物質膜パターン４０やその下部膜の損失は微小である。したがって、シリコンゲルマニウム層は、微細パターンを形成するための犠牲層としての使用に適しており、工程の単純化及び工程時間の短縮を達成できる。
【００４３】
図６Ａないし図８Ｃは、本発明の好ましい第２実施形態に係る自己整列コンタクトの形成方法を説明するための平面図及び断面図である。図６Ａ、図７Ａ及び図８Ａは平面図であり、図６Ｂ、図７Ｂ及び図８Ｂはそれぞれ図６Ａ、図７Ａ及び図８ＡのＸＸ’線に沿って切り取った断面図であり、図６Ｃ、図７Ｃ及び図８Ｃは、それぞれ図６Ａ、図７Ａ及び図８ＡのＹＹ’線に沿って切り取った断面図である。第２実施形態では、前記した第１実施形態に係る微細パターンの形成方法を利用する。
【００４４】
図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを参照すれば、まず、半導体基板１１０にＭＯＳトランジスタ製造工程を行う。ＭＯＳトランジスタは、この分野の通常の方法を使用して製造する。特に、図６Ｂを参照すれば、半導体基板１１０上にはゲートライン構造物１００が形成されており、基板１１０にはソース／ドレイン領域１１２、１１４が形成されている。ゲートライン構造物１００は、順次に積層されているゲート酸化膜１０２、ゲート導電膜１０３及びハードマスク膜１０４と、前記ゲート酸化膜１０２、ゲート導電膜１０３及びハードマスク膜１０４の側壁に形成されているスペーサ１０５と、を含む。ゲート酸化膜１０２は、熱酸化工程を利用して形成する。そして、ゲート導電膜１０３は、不純物がドーピングされたポリシリコン膜、金属シリサイド膜または金属膜の単一膜であるか、それらの複合膜でありうる。
【００４５】
ハードマスク膜１０４は、後続ＳＡＣ工程のコンタクトホールの形成のための乾式エッチング工程で、ゲート導電膜１０３がエッチングされることを防止するマスクとしての役割を遂行する。したがって、犠牲層として使用するシリコンゲルマニウムに対してエッチング選択比が大きい物質で形成することが好ましい。例えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物のような絶縁物質で形成できる。そして、ハードマスク膜１０４は、ＣＭＰ工程のエッチング停止点としての役割も行う。前記したハードマスク膜１０４の２つの役割を考慮する時、前記ハードマスク膜１０４は、シリコン窒化物で形成することが好ましい。
【００４６】
スペーサ１０５も、後続ＳＡＣ工程のコンタクトホール形成のための乾式エッチング工程でマスクとしての役割を行う。したがって、スペーサ１０５も、シリコン酸化物やシリコン窒化物で形成できる。その中で、シリコン窒化物がシリコン窒化物に比べて誘電定数が更に小さい物質であるため、スペーサ１０５をシリコン酸化物で形成すれば、素子の電気的特性を向上させうるという利点がある。しかし、シリコン酸化膜に対するシリコンゲルマニウム膜のエッチング選択比は、シリコン窒化膜に対するシリコンゲルマニウム膜のエッチング選択比より小さいため、その点は、短所として作用しうる。
【００４７】
ソース／ドレイン領域１１２、１１４も、この分野の通常の技術を使用して形成する。例えば、図示のように、ソース／ドレイン領域１１２、１１４は、ＬＤＤ構造で形成できる。半導体基板１１０がＰ型基板である場合に、ソース／ドレイン領域１１２、１１４は、Ａｓのような５族の元素を注入して形成する。
【００４８】
次いで、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを参照すれば、ゲートライン構造物１００が形成された結果物上に、シリコンゲルマニウム犠牲層１２０を所定の厚さに形成する。シリコンゲルマニウム犠牲層１２０を形成する具体的な工程については、前記した第１実施形態で詳細に記述したため、ここではその説明を省略する。
【００４９】
本実施形態によれば、シリコンゲルマニウム犠牲層１２０の高さｈ１をゲートライン構造物の高さｈ２と同じであるか、またはやや高く形成できるが、後者が好ましい。その理由は、本実施形態では、シリコンゲルマニウム層１２０を犠牲層として使用するため、後続工程であるコンタクトのノード分離のためのＣＭＰなどの工程で、コンタクトの表面を損傷させずにシリコンゲルマニウム層１２０を容易にエッチングできるためである。それに対し、従来技術のようにシリコン酸化物より形成された層間絶縁層を使用して、本実施形態でのようにコンタクトのノード分離を行う場合には、相対的に膜質が硬いシリコン酸化膜の特性上、ポリシリコンの過剰エッチングによりコンタクトを損傷させることもある。それを防止するために、従来では層間絶縁層の高さをゲートライン構造物の高さとほぼ同じ高さにしてＳＡＣ工程を進行した。ところが、その場合には、層間絶縁層の平坦化過程で過剰エッチングを行う恐れがあり、それにより、ハードマスク膜１０４の不要なエッチングが発生する恐れがある。しかし、本実施形態のように、シリコンゲルマニウム犠牲層１２０の高さｈ１をゲートライン構造物の高さｈ２より高くすれば、ハードマスク膜１０４の不要なエッチングを防止できる。
【００５０】
次いで、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを参照すれば、シリコンゲルマニウム犠牲層１２０上にフォトレジストパターン１３０を形成する。フォトレジストパターン１３０は、示されたような従来のＳＡＣ工程で使用するフォトレジストパターンと同じ形状のパターンを使用できる。すなわち、フォトレジストパターン１３０は、コンタクトホールが形成される部分と、その間のゲートライン構造物１００とを露出させるラインタイプのパターンでありうる。また、フォトレジストパターン１３０は、示されたものと逆の形状であってもよい。例えば、コンタクトホールが形成される部分と、その間のゲートライン構造物１００のみを覆うパターン、すなわち完成された構造物で層間絶縁層（図８Ａの参照番号１５０）が形成される領域と、その間のゲートライン構造物とを覆うパターンであってもよい。以下では、前者の場合のみについて詳細に説明する。そして、それを参照すれば、後者の場合も当業者には明らかである。
【００５１】
図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃを参照すれば、フォトレジストパターン１３０をエッチングマスクとして使用して乾式エッチング工程を進行する。乾式エッチング工程の具体的な工程条件は、前記した第１実施形態と同じであるため、ここで詳細な説明を省略する。本実施形態によれば、乾式エッチング工程で使用するエッチングガスは、シリコン酸化物及びシリコン窒化物に対するシリコンゲルマニウムのエッチング選択比が大きく、さらに約３０ないし３００Ｗの低いバイアス電源を印加して、エッチング中には化学的エッチング作用が活発に進められる。したがって、フォトレジスト膜１３０が従来より少なく損傷されるため、フォトレジストが変形される問題を防止できる。そして、本実施形態によれば、フォトレジスト膜を従来より薄くできるため、高集積半導体素子の製造に更に適している。そして、本実施形態によれば、ハードマスク膜１０４とスペーサ１０５とのエッチングも少ないため、ＳＡＣ工程で発生し得るコンタクトとゲートラインとが短絡する問題を防止できる。
【００５２】
前記した乾式エッチング工程の結果、シリコンゲルマニウム犠牲層パターン１２０ａによって限定されるコンタクトホールが形成される。そして、フォトレジストパターン１３０をアッシングとストリップとで除去する。
【００５３】
次いで、前記コンタクトホールに導電物質、例えば、不純物がドーピングされたポリシリコンを埋め込んでコンタクト１４０を形成する。コンタクト１４０を形成する工程は従来と同じである。本実施形態では、コンタクト１４０のノードが分離されうるように、ポリシリコン膜を十分に厚く形成した後に、ハードマスク膜１０４の上面を平坦化停止点としてノード分離工程を進行する。前記したように、シリコンゲルマニウム犠牲層１２０は、シリコン酸化膜よりエッチングがよく行われるため、ノード分離過程でも、コンタクト１４０の上面にスクラッチやへこみなどのような損傷が生じない。
【００５４】
図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃを参照すれば、前記した第１実施形態と同じ湿式エッチング法を使用して犠牲層パターン１２０ａを除去する。そして、前記犠牲層パターン１２０ａがあった領域にシリコン酸化物を蒸着して層間絶縁層１５０を形成すれば、結果的に層間絶縁層１５０内に従来のような構造の自己整列コンタクト１４０が形成される。
【００５５】
以上、自己整列コンタクトの形成方法をゲートライン構造物の間にコンタクトを形成する場合について説明したが、自己整列コンタクトの形成工程を使用してビットライン構造物の間にコンタクトを形成する方法についても適用できるということは当業者には明らかである。したがって、ビットライン構造物についての実施形態の詳細な説明は省略する。
【００５６】
本発明に関する更に詳細な内容は、以下の具体的な実験例を通じて説明し、ここに記載されていない内容は、当業者ならば十分に技術的に類推できるため、説明を省略する。また、以下の実験例が本発明を制限するものではない。
【００５７】
まず、シリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層パターン２０ａ、１２０ａを除去する時の容易性を検証するために、湿式エッチング特性について実験した。評価で使用した湿式エッチング工程は、(1)２５℃、２００：１ ＨＦ希薄液２４０秒、(2)１４５℃、硫酸ストリップ、１０分、(3)６５℃、ＥＫＣ、２０分、(4)低温（５０℃）、水酸化アンモニウム、過酸化水素、及び脱イオン水混合溶液（１：４：２０）、２分、(5)高温（７０℃）、水酸化アンモニウム、過酸化水素、及び脱イオン水混合溶液（１：４：２０）、２分であった。
【００５８】
(1)でＨＦは、５０体積％の原液を脱イオン水に混合したものであった。(2)で硫酸ストリップは、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とを約１：３ないし１：６に混合して使用した。(3)でＥＫＣ溶液は、ＥＫＣ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ.から入手できる有機ストリッパーであり、溶剤成分とアミンとを含んでいるものを使用した。(4)、(5)で水酸化アンモニウムは、２８ないし３０体積％原液、過酸化水素は３０ないし３２体積％原液を使用した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１と表２とには、１０％のＧｅＨ４対ＳｉＨ４の流量比が増加する順に、Ｓｉ１−ＸＧｅＸ層の蒸着温度が４８０℃と５００℃である場合についてエッチングされた量を整理した。
【００６１】
【表２】
【００６２】
(4)、(5)の場合に、１分当り数百Åのエッチング速度を示していることが分かる。したがって、水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水混合溶液を使用すれば、シリコンゲルマニウム層を犠牲層として使用した後に除去することが非常に容易であるということを確認できる。
【００６３】
表１及び表２から分かるように、Ｇｅの含有量が多くなるほど、(4)、(5)についてのエッチング速度を上げることができ、特に、(5)の場合、エッチング速度が非常に向上したことが分かる。同じ条件でシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜をエッチングすれば、エッチング速度が約５〜１０Å／ｍｉｎにすぎない。
【００６４】
次いで、シリコンゲルマニウム膜の乾式エッチング特性を示すための実験を行った。この実験では、乾式エッチングガスとしてＨＢｒとＯ２とが２００：７に混合されたエッチャントを使用し、バイアス電力は、１５０Ｗないし５００Ｗの間で印加した。そして、被エッチング構造物は、シリコン窒化物で形成されたハードマスク膜とスペーサとを備えるゲート電極構造物に犠牲層としてシリコンゲルマニウム層を約６０００Åの厚さに形成したものである。前記した実験結果は、図９ＡのＳＥＭ写真によく表されている。
【００６５】
図９Ａを参照すれば、シリコンゲルマニウム層が約６０００Åエッチングされる間に、シリコン窒化膜は約３０Åエッチングされるため、シリコン窒化膜はほとんどエッチングされないということがわかる。前記データによれば、シリコン窒化膜に対するシリコンゲルマニウム膜のエッチング選択比は約２００であり、エッチング選択比が非常に優れていることが分かる。
【００６６】
図９Ｂには、従来技術によってシリコン酸化物で層間絶縁層を約４０００Åの厚さに蒸着した後、コンタクトホールを形成するために乾式エッチングした後のＳＥＭ写真が図示されている。この場合、シリコン窒化膜の損失は約３００Åであり、エッチング選択比が約１２にしかならない。そして、図９Ａ及び図９Ｂを比較すると、シリコンゲルマニウム層を使用する場合には、ゲート電極構造物のショルダーの付近でシリコン窒化膜の損傷が著しく少ないということが分かる。
【００６７】
以上、本発明を好ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者によって多様な変形が可能であることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、半導体メモリ素子の製造産業に利用でき、特に、ＤＲＡＭ及び不揮発性メモリ素子の製造産業に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターンの形成方法を工程順序により概略的に示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターンの形成方法を工程順序により概略的に示した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターンの形成方法を工程順序により概略的に示した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターンの形成方法を工程順序により概略的に示した断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターンの形成方法を工程順序により概略的に示した断面図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示した平面図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示し、図６ＡのＸ−Ｘ’線に沿って取り切った断面図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示し、図６ＡのＹ−Ｙ’線に沿って取り切った断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示した平面図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示し、図７ＡのＸ−Ｘ’線に沿って取り切った断面図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示し、図７ＡのＹ−Ｙ’線に沿って取り切った断面図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示した平面図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示し、図８ＡのＸ−Ｘ’線に沿って取り切った断面図である。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示し、図８ＡのＹ−Ｙ’線に沿って取り切った断面図である。
【図９Ａ】シリコン酸化膜に対するシリコンゲルマニウム膜の乾式エッチングの特性を示すＳＥＭ写真である。
【図９Ｂ】シリコン酸化膜に対するシリコンゲルマニウム膜の乾式エッチングの特性を示すＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００７０】
１０、１１０ 基板
２０、１２０ シリコンゲルマニウム犠牲層
３０、１３０ フォトレジストパターン
４０ 導電パターン
５０ 絶縁パターン
１４０ コンタクト
１５０ 層間絶縁層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法に係り、より具体的には、シリコンゲルマニウム犠牲層を利用して微細パターンを形成する方法と、その微細パターンの形成方法を利用して自己整列コンタクト（Ｓｅｌｆ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ：、ＳＡＣ）を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の微細化が進行するにつれて、半導体製造工程の難易度は次第に高まっている。特に、コンタクトパッドのような微細パターンを形成する時には、写真及びエッチング工程の誤整列マージンが小さくなり、微細なコンタクトを形成し難くなってきた。誤整列マージンを確保するための代案として提示された一つの方法はＳＡＣ形成工程である。
【０００３】
ＳＡＣ形成工程では、相異なる２つまたはそれ以上の絶縁物質を導入して、そのような絶縁物質間に得られるエッチング選択比を利用してコンタクトホールを形成する。そのようなＳＡＣ形成工程を利用すれば、露光工程の誤整列マージンが増加するため、微細なコンタクトを製造しやすくなる。ＳＡＣ形成工程では、一般的に前記した二つの絶縁物質としてシリコン酸化物とシリコン窒化物とを利用する。例えば、ＤＲＡＭ素子のＳＡＣパッド形成工程では、シリコン酸化物で形成された層間絶縁膜とシリコン窒化物で形成されたゲートラインやビットラインのキャッピング層及び側壁スペーサとの間のエッチング選択比を利用する。したがって、パターンの微細化にもかかわらず、ＳＡＣ形成工程を利用して誤整列マージンを更に多く確保できる。
【０００４】
しかし、半導体素子の高集積化が更に増加しつつ、コンタクトホールの縦横比が急増してきた。縦横比が増加するにつれて、ＳＡＣ工程で利用される絶縁物質間に得られるエッチング選択比を更に増大させることが要求されている。例えば、ＤＲＡＭ素子のＳＡＣパッド形成工程では、安定的にＳＡＣ形成工程を進めるには、乾式エッチング時にマスク膜（シリコン窒化膜）に対する被エッチング物質膜（シリコン酸化膜）の選択比が２０以上にならなければならないと知られている。しかし、シリコン窒化膜に対するシリコン酸化膜のエッチング選択比は約１２にしかならないため、工程マージンが不十分である。
【０００５】
更に高いエッチング選択比を得るために多様な方法が試みられた。例えば、乾式エッチングが行われるチャンバ壁を加熱して、エッチャントとして導入されるプラズマ内のＣＦＸラジカルの濃度を増加させようとする試みが知られている。また、高いＣ／Ｆ比を有する新たなフッ化炭素系ガスとしてＣ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８またはＣ３Ｆ６などをエッチャントとして使用する方法も知られている。そして、低い電子温度を有する新たなプラズマソースを開発して、プラズマ内部でエッチャントの過剰解離による過剰Ｆラジカルの発生を抑制しようとする試みも知られている。
【０００６】
しかし、前記した試みは、何れも約１０のエッチング選択比しか得られず、２０以上の高いエッチング選択比が得られないと知られている。なぜなら、シリコン酸化膜の物質的特性によって、シリコン酸化膜に対する乾式エッチングは、基本的に化学的エッチングより物理的エッチングであるスパッタリングが更に強く発生するためである。シリコン酸化膜をエッチングするために、通常５００Ｗ以上から約２０００Ｗの高いバイアス電力を印加する。その結果、高いバイアス電力が印加されたＣｘＦｙガス、アルゴン（Ａｒ）ガス及び／または酸素（Ｏ２）ガスによってシリコン酸化膜だけでなく、マスク膜に対するスパッタリングも多く発生する。その結果、マスク膜として作用するキャッピング膜と側壁スペーサとの損失が多く発生して、要求される２０以上の高いエッチング選択比を得ることが難しい。
【０００７】
さらに、強いスパッタリング効果によってフォトレジスト膜の変形も多く発生する。デザインルールが減少すれば、それによってフォトレジスト膜も薄くなるため、強いスパッタリング効果によるフォトレジスト膜の変形が更に問題となる。フォトレジスト膜の変形が深刻であれば、ウィグリングやストライエーションなどの問題が発生する。
【０００８】
そのようなフォトレジストの変形問題を解決するために、ポリシリコン膜でエッチングマスクパターンを形成する方法が提示された。しかし、そのような方法は、熱的負担が大きく、さらに工程を複雑にし、ＣＭＰなどの方法を使用してポリシリコン膜を除去せねばならないため、コストを増加させるという問題がある。そして、層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜を形成するのに必要な高いバイアス電力が必要であるので、上記方法は強いスパッタリング効果の発生の問題を根本的に解決できず、強いスパッタリング効果によってハードマスク膜に対して低いエッチング選択比をもつという限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が達成しようとする技術的課題は、デザインルールの減少により縦横比が増加するにもかかわらず、コンタクトのような半導体素子の微細パターンを更に経済的で且つ容易に形成できる半導体素子の微細パターンの形成方法、及びそのパターンの形成方法を用いた自己整列コンタクトの形成方法を提供するところにある。
【００１０】
本発明が達成しようとする他の技術的課題は、デザインルールの減少によりフォトレジスト膜が薄くなるにもかかわらず、従来のような厚さを有するフォトレジスト膜を使用しても、フォトレジスト膜の変形による問題が発生しない半導体素子の微細パターンの形成方法、及びそのパターンの形成方法を用いた自己整列コンタクトの形成方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した技術的課題を達成するための本発明に係る半導体素子の微細パターンの形成方法は、まず基板上にシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）で犠牲層を形成する。前記犠牲層は、半導体基板上に形成されるか、または半導体基板と犠牲層との間に第３の物質層が更に介在されてもよい。そして、前記犠牲層上に所定のパターンを有するフォトレジストパターンを形成する。そして、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記基板を露出させる犠牲層パターンを形成する。そして、前記シリコンゲルマニウムに対してエッチング選択比が大きい第１物質を使用して、前記犠牲層パターンによって限定される領域を埋め込む第１物質層パターンを形成する。そして、前記犠牲層パターンを湿式エッチングして除去した後、除去された前記犠牲層パターンがあった領域に第２物質を満たして第２物質層パターンを形成する。
【００１２】
前記した本発明の一例によれば、前記第１物質は導電性物質であり、前記第２物質は絶縁性物質でありうる。または、前記第１物質が絶縁性物質であり、前記第２物質は導電性物質でありうる。その場合、前記導電性物質は、ポリシリコン、金属シリサイドまたは金属でありうるが、ポリシリコンであることが好ましい。そして、前記絶縁性物質は、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物でありうるが、シリコン酸化物であることが好ましい。
【００１３】
前記した例の一側面によれば、前記犠牲層の乾式エッチング工程で、乾式エッチングチャンバ内のバイアス電力としては３０ないし３００Ｗの電力を加え得る。
【００１４】
前記した例の他の側面によれば、前記犠牲層パターンを除去することは、前記犠牲層パターンの前記第１物質層に対する選択比が３０：１以上である湿式エッチング液を使用できる。または、前記犠牲層パターンを除去することは、１分当り数百Åのエッチング速度を示す湿式エッチング液を使用できる。例えば、前記犠牲層パターンを除去する段階で、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び脱イオン水が含まれた混合溶液を湿式エッチング液として使用できる。その時、前記水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合比は１：４：２０で使用でき、前記混合溶液は、４０ないし７５℃に加熱して使用することが好ましい。前記混合溶液は、過酢酸（Ｐｅｒａｃｅｔｉｃ Ａｃｉｄ：ＰＡＡ）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）、フッ酸（ＨＦ）及び／または界面活性剤を更に含みうる。
【００１５】
前記した例の更に他の側面によれば、犠牲層の形成に使用されるシリコンゲルマニウムのｘ範囲は、０.１以上、０.８以下となるようにしてもよい。そして、前記シリコンゲルマニウム犠牲層を形成する段階の工程温度は３５０ないし５００℃でありうる。
【００１６】
前記した本発明に係る微細パターンの形成方法は、半導体素子のコンタクトを形成する例に適用できる。
【００１７】
半導体素子のコンタクトの形成方法の一例によれば、まず、複数の第１導電性パターンが形成されている物質層上にシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）で犠牲層を形成する。そして、前記犠牲層上に所定のパターンを有するフォトレジストパターンを形成する。そして、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記複数の第１導電性パターンのそれぞれを露出させる複数の開口を形成する。そして、ポリシリコンを使用して、前記複数の開口を埋め込む複数の第２導電性パターンを形成する。そして、前記残留する犠牲層を湿式エッチングして除去し、除去された前記犠牲層があった領域にシリコン酸化物を満たして第１層間絶縁層を形成する。
【００１８】
半導体素子のコンタクトの形成方法の他の例によれば、まず、複数の第１導電性パターンが形成されている物質層上にシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）で犠牲層を形成する。そして、前記犠牲層上に所定のパターンを有するフォトレジストパターンを形成する。そして、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記複数の第１導電性パターンのそれぞれを覆う複数の犠牲層パターンを形成する。そして、シリコン酸化物を使用して、前記複数の犠牲層パターンを取り囲む第１層間絶縁層を形成する。そして、前記複数の犠牲層パターンを湿式エッチングして除去し、除去された前記犠牲層があった領域にポリシリコンを満たして第２導電性パターンを形成する。
前記した本発明に係る半導体素子の微細パターンの形成方法は、半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法にも適用できる。
【００１９】
半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法の一例によれば、まず、基板上に導電性物質膜、ハードマスク膜及び側壁スペーサを含む導電ライン構造物を形成する。そして、前記基板の全面に少なくとも前記導電ライン構造物より高くシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層を形成する。そして、前記犠牲層上にコンタクトホールを限定するフォトレジストパターンを形成する。そして、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して前記犠牲層を乾式エッチングすることによって前記基板を露出させる前記コンタクトホールを形成する。そして、ポリシリコンを使用して前記コンタクトホールを埋め込む複数のコンタクトを形成する。そして、前記残留する犠牲層を湿式エッチングして除去して、除去された前記犠牲層があった領域にシリコン酸化物を満たして第１層間絶縁層を形成する。
【００２０】
半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法の他の例によれば、まず、基板上に導電性物質膜、ハードマスク膜及び側壁スペーサを含む導電ライン構造物を形成する。そして、前記基板の全面に少なくとも前記導電ライン構造物より高くシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層を形成する。そして、前記犠牲層上に、後続工程で形成されるコンタクトに相応するフォトレジストパターンを形成する。そして、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記コンタクトパターンに相応する犠牲層パターンを形成する。そして、シリコン酸化物を使用して、前記犠牲層パターンを取り囲む第１層間絶縁層を形成する。そして、前記複数の犠牲層パターンを湿式エッチングして除去し、除去された前記犠牲層があった領域にポリシリコンを満たして前記コンタクトを形成する。
【００２１】
前記した例に係る自己整列コンタクトの形成方法では、前記導電ライン構造物は、前記導電性物質膜の下部に形成されているゲート酸化膜を更に含むゲートライン構造物でありうる。その時、コンタクトは、前記基板のソース／ドレイン領域と電気的に連結される。そして、前記導電ライン構造物はビットライン構造物の場合であってもよい。その場合、前記ハードマスク膜及び前記側壁スペーサはシリコン窒化物で形成でき、前記側壁スペーサはシリコン酸化物でも形成できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のシリコンゲルマニウム犠牲層を使用すれば、デザインルールの減少によりパターンの縦横比が増加するにもかかわらず、続けてフォトレジストを使用して微細パターンを形成できる。したがって、コンタクトのような半導体素子の微細パターンを更に経済的且つ容易な方法で形成できる。特に、乾式エッチング工程でフォトレジスト膜の変形を防止できるウィグリングやストライエーションが発生することを防止できる。さらに、ＫｒＦ用のフォトレジストより薄い厚さが要求されるＡｒＦ用のフォトレジストのような短波長光源用のフォトレジストを使用できるため、更に微細なパターンを形成でき、高集積化に有利である。
【００２３】
特に、本発明によれば、スパッタリング効果によるハードマスク膜とスペーサとのエッチングが少ないため、自己整列コンタクトの形成方法により有用に適用できる。その場合、エッチングマスクとしてポリシリコンまたはシリコン窒化膜を使用することによる工程の複雑化及びコストの増加を防止できる。そして、シリコン窒化物より誘電定数が小さいシリコン酸化物で側壁スペーサを形成できるため、素子の電気的特性を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されうる。むしろ、ここで紹介される実施形態は、本発明の技術的思想が徹底的で且つ完全に開示されうるように、また当業者に本発明の思想を十分に伝えるために例示的に提供されるものである。図面において、層の厚さ、領域のサイズ及び要素の形状などは、明確性のために誇張されたものである。全明細書にかけて同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
【００２５】
本発明に係る半導体素子の微細パターンの形成方法と、それを用いた自己整列コンタクトの形成方法では、シリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）層を犠牲層として使用する。シリコンゲルマニウムは、その物質の特性上、化学的エッチング特性に優れた乾式エッチング工程でパターニングできる。すなわち、エッチングチャンバの内部に約３０ないし３００Ｗの低バイアス電力を印加して乾式エッチング工程を進行できる。乾式エッチング工程に使用されるエッチャントガスに、相対的に低いバイアスが印加されるため、基板上の物質膜、例えば、フォトレジストパターン及び周辺物質膜に対するスパッタリング作用は少なく行われる。また、シリコンゲルマニウム層は、湿式エッチングによって容易に除去できるため、犠牲層としての使用に適している。
【００２６】
図１ないし図５は、本発明の第１実施形態に係る半導体素子の微細パターンの形成方法を説明するための断面図である。
【００２７】
図１を参照すれば、基板１０上に犠牲層として使用されるシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）層２０を形成する。次いで、犠牲層２０をパターニングするために犠牲層２０上にフォトレジストパターン３０を形成する。
【００２８】
ここで、基板１０は、シリコン基板のような半導体基板であるか、またはその内部に導電パターンが形成されているシリコン酸化膜のような絶縁膜であるか、またはドーピングされたポリシリコンのような導電膜でありうる。
【００２９】
シリコンゲルマニウム犠牲層２０は、ファーネスタイプ、枚葉式設備または２５枚のウェーハが入るミニ配置設備を利用したＬＰＣＶＤ方法により形成できる。この場合、工程温度は約３５０ないし５００℃であって、低温工程が可能であるため、熱的負担を減少させうるという長所がある。形成されるシリコンゲルマニウム犠牲層２０の厚さは、形成しようとする微細パターンの高さにより決定される。
【００３０】
シリコンゲルマニウム犠牲層２０の形成時には、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６及び／またはＳｉＨ２Ｃｌ２などのようなシラン系ガス及びＧｅＨ４及び／またはＧｅＦ４などのガスをソースガスとして利用する。シリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層２０のＧｅ含有量、すなわち、ｘの範囲はＧｅソースガスの流量比で調整できる。その組成比は、特別に限定されるものではない。ただし、犠牲層２０をパターニングする時に露出される基板１０に対してエッチング選択比がある組成が好ましく、所望の微細パターンを形成した後に犠牲層２０を除去する時には、前記微細パターンに対して選択比があるように除去されうる組成が好ましいという点を考慮して、前記ｘの範囲を設計することが良い。例えば、ｘの範囲は、０.１以上、０.８以下にする。前記ｘを微細に調節するには、ＧｅソースであるＧｅＨ４などを水素や窒素などに希釈して供給すればよい。
【００３１】
フォトレジストパターン３０は、ＫｒＦ用の感光性レジストやＣＯＭＡまたはアクリレートなどのＡｒＦ用の感光性レジストを塗布した後、露光源を使用して露光した後に現像して形成する。露光による乱反射防止及び感光性レジストの接着力を向上させるために、有機系列または無機系列の反射防止層を使用してもよい。
【００３２】
フォトレジストパターン３０によって限定される領域は特別な制限がない。例えば、基板１０上の層間絶縁層内にコンタクトを形成する場合を仮定する。その場合、フォトレジストパターン３０によって限定される領域はコンタクトが形成される領域であるか、またはコンタクトを取り囲む層間絶縁層が形成される領域であることもある。また、フォトレジストパターン３０によって限定される領域のパターンにも特別な制限がない。例えば、フォトレジストパターン３０によって限定される領域は、コンタクトタイプのパターンであるか、またはラインタイプのパターンであることもあり、フォトレジストパターン３０自体がコンタクトタイプのパターンであることもある。
【００３３】
図２を参照すれば、フォトレジストパターン３０をエッチングマスクとして使用して、シリコンゲルマニウム犠牲層２０を乾式エッチングして犠牲層パターン２０ａを形成する。犠牲層２０の乾式エッチングは、ＨＢｒとＯ２との混合ガス、Ｃｌ２、Ｏ２及びＨＢｒの混合ガス、または前記混合ガスにＡｒ及び／またはＣｘＦｙガスが追加された混合ガス、またはＨｂｒ、ＨｅＯ２、Ｎ２及びＣｘＦｙガスの混合ガスを使用して行い得る。また、エッチングプロファイルの改善及び工程時間の短縮のためにプラズマを利用してもよい。
【００３４】
犠牲層２０の乾式エッチングでは、エッチングチャンバの内部に約３０ないし３００Ｗのバイアスのみが印加される。それは、シリコン酸化膜とは違って、シリコンゲルマニウム膜は、その物理的及び化学的特性上、エッチングガスによる化学的エッチングが活発に行われるため、シリコン酸化膜をエッチングする時と同じ高いバイアスを印加する必要がないためである。
【００３５】
図３を参照すれば、第１物質を使用して、犠牲層パターン２０ａによって限定される領域に第１物質層パターン４０を形成する。第１物質層パターン４０は、第１物質層の蒸着工程と乾式エッチバックまたはＣＭＰなどの平坦化工程とを行って形成できる。第１物質は、不純物がドーピングされたポリシリコン、金属シリサイドまたは金属などの導電性物質であるか、またはシリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物のような絶縁性物質でありうる。例えば、不純物がドーピングされたポリシリコンを使用して層間絶縁層内にコンタクトを形成しようとする場合に、前記第１物質は、不純物がドーピングされたポリシリコンであるか、または層間絶縁層物質として使用されるシリコン酸化物でありうる。
【００３６】
図４を参照すれば、シリコンゲルマニウムパターン２０ａを湿式エッチングで除去する。その時、シリコンゲルマニウムパターン２０ａを第１物質層パターン４０に対して高い選択比があるように除去する。第１物質層パターン４０がポリシリコンまたはシリコン酸化物で形成されている場合、シリコンゲルマニウムパターン２０ａの第１物質層４０に対する選択比が３０：１以上である湿式エッチング液を使用することが好ましい。そして、１分当り数百Åのエッチング速度を示す湿式エッチング液を使用すれば、工程時間も短縮させうる。そのような条件を満足させるエッチング液としては、以下で詳細に説明するように、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び脱イオン水（Ｈ２Ｏ）を含む混合溶液を使用することが好ましい。前記混合溶液には、過酢酸、酢酸、フッ酸及び／または界面活性剤が更に含まれてもよい。例えば、水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合比が１：５：１である標準洗浄液（ＳＣ−１）を使用するか、または前記混合比を１：５：２０にして使用しても良い。そのような混合溶液は、４０ないし７５℃に加熱して使用する場合にシリコンゲルマニウム膜の除去効果が優秀である。
【００３７】
アンモニア、過酸化水素及び脱イオン水混合溶液によるシリコンゲルマニウムパターン２０ａのエッチング過程を説明すれば、第１段階は、過酸化水素による表面酸化膜形成である。過酸化水素は、Ｈ２ＯとＯとに分解されて強い酸化力を有するため、ＳｉとＧｅとを急に酸化させる。
【００３８】
アンモニアは、脱イオン水内でＮＨ４＋イオンとＯＨ−イオンとに解離される。ＯＨ−イオンは、シリコンゲルマニウムパターン２０ａのＳｉ酸化物とＧｅ酸化物とをシリコンゲルマニウムパターン２０ａの表面から剥離させる。それが、ＯＨ−イオンによるリフトオフに該当する第２段階である。そして、剥離されたＳｉ酸化物とＧｅ酸化物とがシリコンゲルマニウムパターン２０ａに再吸着されることを防止できるように、第３段階でそれぞれの表面にＯＨ−イオンが吸着されて静電気的反撥力を与える。それが、ＯＨ−イオンによるターミネーションである。
【００３９】
過酸化水素は酸性溶液であるため、水酸化アンモニウムの混合比によってｐＨを変化させる。過酸化水素の比率によって、すなわち、ｐＨ変化によってＳｉとＧｅとのエッチング量が異なるため、Ｓｉピッチングを防止しつつ適切なエッチング速度を有する混合比を使用する。大体ｐＨが大きいほどエッチング速度が増加する。７０℃の高温で使用する場合、ＮＨ３蒸気の蒸発速度が増加するため、アンモニアの追加供給が必要である。
【００４０】
前記したエッチングメカニズムの第１段階の酸化過程で、ＧｅはＳｉより速く酸化され、結局、速くエッチングされる。ところが、ＧｅとＳｉとが混合されているシリコンゲルマニウム膜は、Ｇｅが速くエッチングされてから残ったＳｉ−Ｇｅ膜は、不安定な状態となりＳｉがエッチング液に攻撃されやすくなる。したがって、シリコンゲルマニウム犠牲層パターン２０ａのエッチング速度は、Ｓｉ単一物質より構成された物質膜のエッチング速度に比べて高くなる。
【００４１】
図５を参照すれば、第２物質を使用して、シリコンゲルマニウムパターン２０ａが除去された領域に第２物質層パターン５０を形成する。第２物質層パターン５０は、第２物質層の蒸着工程と乾式エッチバックまたはＣＭＰなどの平坦化工程とを行って形成できる。第２物質は、第１物質とは異なる物質である。例えば、第２物質は、不純物がドーピングされたポリシリコン、金属シリサイドまたは金属などの導電性物質であるか、またはシリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物のような絶縁性物質でありうる。前記した例のように、不純物がドーピングされたポリシリコンを使用して層間絶縁層内にコンタクトを形成しようとする場合に、前記第１物質が、不純物がドーピングされたポリシリコンであるか、または層間絶縁層物質として使用されるシリコン酸化物であれば、前記第２物質は、逆にシリコン酸化物であるか、または不純物がドーピングされたポリシリコンでありうる。
【００４２】
本実施形態では以上のように、適正な組成比を有するエッチング液を利用する湿式エッチング工程としてシリコンゲルマニウム犠牲層パターン２０ａを除去できる。その場合、第１物質膜パターン４０やその下部膜の損失は微小である。したがって、シリコンゲルマニウム層は、微細パターンを形成するための犠牲層としての使用に適しており、工程の単純化及び工程時間の短縮を達成できる。
【００４３】
図６Ａないし図８Ｃは、本発明の好ましい第２実施形態に係る自己整列コンタクトの形成方法を説明するための平面図及び断面図である。図６Ａ、図７Ａ及び図８Ａは平面図であり、図６Ｂ、図７Ｂ及び図８Ｂはそれぞれ図６Ａ、図７Ａ及び図８ＡのＸＸ’線に沿って切り取った断面図であり、図６Ｃ、図７Ｃ及び図８Ｃは、それぞれ図６Ａ、図７Ａ及び図８ＡのＹＹ’線に沿って切り取った断面図である。第２実施形態では、前記した第１実施形態に係る微細パターンの形成方法を利用する。
【００４４】
図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを参照すれば、まず、半導体基板１１０にＭＯＳトランジスタ製造工程を行う。ＭＯＳトランジスタは、この分野の通常の方法を使用して製造する。特に、図６Ｂを参照すれば、半導体基板１１０上にはゲートライン構造物１００が形成されており、基板１１０にはソース／ドレイン領域１１２、１１４が形成されている。ゲートライン構造物１００は、順次に積層されているゲート酸化膜１０２、ゲート導電膜１０３及びハードマスク膜１０４と、前記ゲート酸化膜１０２、ゲート導電膜１０３及びハードマスク膜１０４の側壁に形成されているスペーサ１０５と、を含む。ゲート酸化膜１０２は、熱酸化工程を利用して形成する。そして、ゲート導電膜１０３は、不純物がドーピングされたポリシリコン膜、金属シリサイド膜または金属膜の単一膜であるか、それらの複合膜でありうる。
【００４５】
ハードマスク膜１０４は、後続ＳＡＣ工程のコンタクトホールの形成のための乾式エッチング工程で、ゲート導電膜１０３がエッチングされることを防止するマスクとしての役割を遂行する。したがって、犠牲層として使用するシリコンゲルマニウムに対してエッチング選択比が大きい物質で形成することが好ましい。例えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物のような絶縁物質で形成できる。そして、ハードマスク膜１０４は、ＣＭＰ工程のエッチング停止点としての役割も行う。前記したハードマスク膜１０４の２つの役割を考慮する時、前記ハードマスク膜１０４は、シリコン窒化物で形成することが好ましい。
【００４６】
スペーサ１０５も、後続ＳＡＣ工程のコンタクトホール形成のための乾式エッチング工程でマスクとしての役割を行う。したがって、スペーサ１０５も、シリコン酸化物やシリコン窒化物で形成できる。その中で、シリコン窒化物がシリコン窒化物に比べて誘電定数が更に小さい物質であるため、スペーサ１０５をシリコン酸化物で形成すれば、素子の電気的特性を向上させうるという利点がある。しかし、シリコン酸化膜に対するシリコンゲルマニウム膜のエッチング選択比は、シリコン窒化膜に対するシリコンゲルマニウム膜のエッチング選択比より小さいため、その点は、短所として作用しうる。
【００４７】
ソース／ドレイン領域１１２、１１４も、この分野の通常の技術を使用して形成する。例えば、図示のように、ソース／ドレイン領域１１２、１１４は、ＬＤＤ構造で形成できる。半導体基板１１０がＰ型基板である場合に、ソース／ドレイン領域１１２、１１４は、Ａｓのような５族の元素を注入して形成する。
【００４８】
次いで、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを参照すれば、ゲートライン構造物１００が形成された結果物上に、シリコンゲルマニウム犠牲層１２０を所定の厚さに形成する。シリコンゲルマニウム犠牲層１２０を形成する具体的な工程については、前記した第１実施形態で詳細に記述したため、ここではその説明を省略する。
【００４９】
本実施形態によれば、シリコンゲルマニウム犠牲層１２０の高さｈ１をゲートライン構造物の高さｈ２と同じであるか、またはやや高く形成できるが、後者が好ましい。その理由は、本実施形態では、シリコンゲルマニウム層１２０を犠牲層として使用するため、後続工程であるコンタクトのノード分離のためのＣＭＰなどの工程で、コンタクトの表面を損傷させずにシリコンゲルマニウム層１２０を容易にエッチングできるためである。それに対し、従来技術のようにシリコン酸化物より形成された層間絶縁層を使用して、本実施形態でのようにコンタクトのノード分離を行う場合には、相対的に膜質が硬いシリコン酸化膜の特性上、ポリシリコンの過剰エッチングによりコンタクトを損傷させることもある。それを防止するために、従来では層間絶縁層の高さをゲートライン構造物の高さとほぼ同じ高さにしてＳＡＣ工程を進行した。ところが、その場合には、層間絶縁層の平坦化過程で過剰エッチングを行う恐れがあり、それにより、ハードマスク膜１０４の不要なエッチングが発生する恐れがある。しかし、本実施形態のように、シリコンゲルマニウム犠牲層１２０の高さｈ１をゲートライン構造物の高さｈ２より高くすれば、ハードマスク膜１０４の不要なエッチングを防止できる。
【００５０】
次いで、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを参照すれば、シリコンゲルマニウム犠牲層１２０上にフォトレジストパターン１３０を形成する。フォトレジストパターン１３０は、示されたような従来のＳＡＣ工程で使用するフォトレジストパターンと同じ形状のパターンを使用できる。すなわち、フォトレジストパターン１３０は、コンタクトホールが形成される部分と、その間のゲートライン構造物１００とを露出させるラインタイプのパターンでありうる。また、フォトレジストパターン１３０は、示されたものと逆の形状であってもよい。例えば、コンタクトホールが形成される部分と、その間のゲートライン構造物１００のみを覆うパターン、すなわち完成された構造物で層間絶縁層（図８Ａの参照番号１５０）が形成される領域と、その間のゲートライン構造物とを覆うパターンであってもよい。以下では、前者の場合のみについて詳細に説明する。そして、それを参照すれば、後者の場合も当業者には明らかである。
【００５１】
図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃを参照すれば、フォトレジストパターン１３０をエッチングマスクとして使用して乾式エッチング工程を進行する。乾式エッチング工程の具体的な工程条件は、前記した第１実施形態と同じであるため、ここで詳細な説明を省略する。本実施形態によれば、乾式エッチング工程で使用するエッチングガスは、シリコン酸化物及びシリコン窒化物に対するシリコンゲルマニウムのエッチング選択比が大きく、さらに約３０ないし３００Ｗの低いバイアス電源を印加して、エッチング中には化学的エッチング作用が活発に進められる。したがって、フォトレジスト膜１３０が従来より少なく損傷されるため、フォトレジストが変形される問題を防止できる。そして、本実施形態によれば、フォトレジスト膜を従来より薄くできるため、高集積半導体素子の製造に更に適している。そして、本実施形態によれば、ハードマスク膜１０４とスペーサ１０５とのエッチングも少ないため、ＳＡＣ工程で発生し得るコンタクトとゲートラインとが短絡する問題を防止できる。
【００５２】
前記した乾式エッチング工程の結果、シリコンゲルマニウム犠牲層パターン１２０ａによって限定されるコンタクトホールが形成される。そして、フォトレジストパターン１３０をアッシングとストリップとで除去する。
【００５３】
次いで、前記コンタクトホールに導電物質、例えば、不純物がドーピングされたポリシリコンを埋め込んでコンタクト１４０を形成する。コンタクト１４０を形成する工程は従来と同じである。本実施形態では、コンタクト１４０のノードが分離されうるように、ポリシリコン膜を十分に厚く形成した後に、ハードマスク膜１０４の上面を平坦化停止点としてノード分離工程を進行する。前記したように、シリコンゲルマニウム犠牲層１２０は、シリコン酸化膜よりエッチングがよく行われるため、ノード分離過程でも、コンタクト１４０の上面にスクラッチやへこみなどのような損傷が生じない。
【００５４】
図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃを参照すれば、前記した第１実施形態と同じ湿式エッチング法を使用して犠牲層パターン１２０ａを除去する。そして、前記犠牲層パターン１２０ａがあった領域にシリコン酸化物を蒸着して層間絶縁層１５０を形成すれば、結果的に層間絶縁層１５０内に従来のような構造の自己整列コンタクト１４０が形成される。
【００５５】
以上、自己整列コンタクトの形成方法をゲートライン構造物の間にコンタクトを形成する場合について説明したが、自己整列コンタクトの形成工程を使用してビットライン構造物の間にコンタクトを形成する方法についても適用できるということは当業者には明らかである。したがって、ビットライン構造物についての実施形態の詳細な説明は省略する。
【００５６】
本発明に関する更に詳細な内容は、以下の具体的な実験例を通じて説明し、ここに記載されていない内容は、当業者ならば十分に技術的に類推できるため、説明を省略する。また、以下の実験例が本発明を制限するものではない。
【００５７】
まず、シリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層パターン２０ａ、１２０ａを除去する時の容易性を検証するために、湿式エッチング特性について実験した。評価で使用した湿式エッチング工程は、(1)２５℃、２００：１ ＨＦ希薄液２４０秒、(2)１４５℃、硫酸ストリップ、１０分、(3)６５℃、ＥＫＣ、２０分、(4)低温（５０℃）、水酸化アンモニウム、過酸化水素、及び脱イオン水混合溶液（１：４：２０）、２分、(5)高温（７０℃）、水酸化アンモニウム、過酸化水素、及び脱イオン水混合溶液（１：４：２０）、２分であった。
【００５８】
(1)でＨＦは、５０体積％の原液を脱イオン水に混合したものであった。(2)で硫酸ストリップは、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とを約１：３ないし１：６に混合して使用した。(3)でＥＫＣ溶液は、ＥＫＣ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ.から入手できる有機ストリッパーであり、溶剤成分とアミンとを含んでいるものを使用した。(4)、(5)で水酸化アンモニウムは、２８ないし３０体積％原液、過酸化水素は３０ないし３２体積％原液を使用した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１と表２とには、１０％のＧｅＨ４対ＳｉＨ４の流量比が増加する順に、Ｓｉ１−ＸＧｅＸ層の蒸着温度が４８０℃と５００℃である場合についてエッチングされた量を整理した。
【００６１】
【表２】
【００６２】
(4)、(5)の場合に、１分当り数百Åのエッチング速度を示していることが分かる。したがって、水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水混合溶液を使用すれば、シリコンゲルマニウム層を犠牲層として使用した後に除去することが非常に容易であるということを確認できる。
【００６３】
表１及び表２から分かるように、Ｇｅの含有量が多くなるほど、(4)、(5)についてのエッチング速度を上げることができ、特に、(5)の場合、エッチング速度が非常に向上したことが分かる。同じ条件でシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜をエッチングすれば、エッチング速度が約５〜１０Å／ｍｉｎにすぎない。
【００６４】
次いで、シリコンゲルマニウム膜の乾式エッチング特性を示すための実験を行った。この実験では、乾式エッチングガスとしてＨＢｒとＯ２とが２００：７に混合されたエッチャントを使用し、バイアス電力は、１５０Ｗないし５００Ｗの間で印加した。そして、被エッチング構造物は、シリコン窒化物で形成されたハードマスク膜とスペーサとを備えるゲート電極構造物に犠牲層としてシリコンゲルマニウム層を約６０００Åの厚さに形成したものである。前記した実験結果は、図９ＡのＳＥＭ写真によく表されている。
【００６５】
図９Ａを参照すれば、シリコンゲルマニウム層が約６０００Åエッチングされる間に、シリコン窒化膜は約３０Åエッチングされるため、シリコン窒化膜はほとんどエッチングされないということがわかる。前記データによれば、シリコン窒化膜に対するシリコンゲルマニウム膜のエッチング選択比は約２００であり、エッチング選択比が非常に優れていることが分かる。
【００６６】
図９Ｂには、従来技術によってシリコン酸化物で層間絶縁層を約４０００Åの厚さに蒸着した後、コンタクトホールを形成するために乾式エッチングした後のＳＥＭ写真が図示されている。この場合、シリコン窒化膜の損失は約３００Åであり、エッチング選択比が約１２にしかならない。そして、図９Ａ及び図９Ｂを比較すると、シリコンゲルマニウム層を使用する場合には、ゲート電極構造物のショルダーの付近でシリコン窒化膜の損傷が著しく少ないということが分かる。
【００６７】
以上、本発明を好ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者によって多様な変形が可能であることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、半導体メモリ素子の製造産業に利用でき、特に、ＤＲＡＭ及び不揮発性メモリ素子の製造産業に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターンの形成方法を工程順序により概略的に示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターンの形成方法を工程順序により概略的に示した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターンの形成方法を工程順序により概略的に示した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターンの形成方法を工程順序により概略的に示した断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターンの形成方法を工程順序により概略的に示した断面図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示した平面図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示し、図６ＡのＸ−Ｘ’線に沿って取り切った断面図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示し、図６ＡのＹ−Ｙ’線に沿って取り切った断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示した平面図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示し、図７ＡのＸ−Ｘ’線に沿って取り切った断面図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示し、図７ＡのＹ−Ｙ’線に沿って取り切った断面図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示した平面図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示し、図８ＡのＸ−Ｘ’線に沿って取り切った断面図である。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法を工程順序により概略的に示し、図８ＡのＹ−Ｙ’線に沿って取り切った断面図である。
【図９Ａ】シリコン酸化膜に対するシリコンゲルマニウム膜の乾式エッチングの特性を示すＳＥＭ写真である。
【図９Ｂ】シリコン酸化膜に対するシリコンゲルマニウム膜の乾式エッチングの特性を示すＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００７０】
１０、１１０ 基板
２０、１２０ シリコンゲルマニウム犠牲層
３０、１３０ フォトレジストパターン
４０ 導電パターン
５０ 絶縁パターン
１４０ コンタクト
１５０ 層間絶縁層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の微細パターンの形成方法において、
基板上にシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）で犠牲層を形成する段階と、
前記犠牲層上に所定のパターンを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記基板を露出させる犠牲層パターンを形成する段階と、
前記シリコンゲルマニウムに対してエッチング選択比が大きい第１物質を使用して、前記犠牲層パターンによって限定される領域を埋め込む第１物質層パターンを形成する段階と、
前記犠牲層パターンを湿式エッチングして除去する段階と、
除去された前記犠牲層パターンがあった領域に第２物質を満たして第２物質層パターンを形成する段階と、を含む半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項２】
前記第１物質は、前記犠牲層パターンの湿式エッチング段階で使用するエッチング液に対してほとんどエッチングされない物質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微細パターンの形成方法。
【請求項３】
前記第１物質は、ポリシリコン、金属シリサイドまたは金属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微細パターンの形成方法。
【請求項４】
前記第１物質はポリシリコンであり、前記第２物質はシリコン酸化物であることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項５】
前記第１物質は、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物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微細パターンの形成方法。
【請求項６】
前記第１物質はシリコン酸化物であり、前記第２物質はポリシリコンであることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項７】
前記犠牲層の乾式エッチング工程で、乾式エッチングチャンバ内のバイアス電力として３０ないし３００Ｗの電力を加えることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項８】
前記犠牲層パターンを除去する段階は、前記犠牲層パターンの前記第１物質層に対する選択比が３０：１以上である湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項９】
前記犠牲層パターンを除去する段階で、１分当り数百Åのエッチング速度を示す湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１０】
前記犠牲層パターンを除去する段階で、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び脱イオン水を含む混合溶液を湿式エッチング液として使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１１】
前記水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合比は１：４：２０であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１２】
前記混合溶液は、４０ないし７５℃に加熱して使用することを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１３】
前記ｘの範囲は０.１以上０.８以下にすることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１４】
前記シリコンゲルマニウム犠牲層を形成する段階の工程温度は３５０ないし５００℃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微細パターンの形成方法。
【請求項１５】
半導体素子のコンタクトの形成方法において、
複数の第１導電性パターンが形成されている物質層上にシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）で犠牲層を形成する段階と、
前記犠牲層上に所定のパターンを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記複数の第１導電性パターンのそれぞれを露出させる複数の開口を形成する段階と、
ポリシリコンを使用して前記複数の開口を埋め込む複数の第２導電性パターンを形成する段階と、
前記残留する犠牲層を湿式エッチングして除去する段階と、
除去された前記犠牲層があった領域にシリコン酸化物を満たして、第１層間絶縁層を形成する段階と、を含むことを特徴とする半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項１６】
前記第１導電性パターンが形成された物質層は、ソース／ドレイン領域が形成された半導体基板、または前記第１導電性パターンが形成された第２層間絶縁層であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項１７】
前記犠牲層の乾式エッチング工程で、乾式エッチングチャンバ内のバイアス電力として３０ないし３００Ｗの電力を加えることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項１８】
前記湿式段階は、前記犠牲層パターンの前記ポリシリコンに対する選択比が３０：１以上である湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項１９】
前記湿式エッチング段階で、１分当り数百Åのエッチング速度を示す湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２０】
前記湿式エッチング段階で、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び脱イオン水が含まれた混合溶液を湿式エッチング液として使用することを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２１】
前記水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合比は１：４：２０であることを特徴とする請求項２０に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２２】
前記混合溶液は、４０ないし７５℃に加熱して使用することを特徴とする請求項２１に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２３】
前記ｘの範囲は、０.１以上、０.８以下にすることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２４】
前記シリコンゲルマニウム犠牲層を形成する段階の工程温度は、３５０ないし５００℃であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２５】
半導体素子のコンタクトの形成方法において、
複数の第１導電性パターンが形成されている物質層上にシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）で犠牲層を形成する段階と、
前記犠牲層上に所定のパターンを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記複数の第１導電性パターンのそれぞれを覆う複数の犠牲層パターンを形成する段階と、
シリコン酸化物を使用して前記複数の犠牲層パターンを取り囲む第１層間絶縁層を形成する段階と、
前記複数の犠牲層パターンを湿式エッチングして除去する段階と、
除去された前記犠牲層があった領域にポリシリコンを満たして第２導電性パターンを形成する段階と、を含む半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２６】
前記犠牲層の乾式エッチング工程で、乾式エッチングチャンバ内のバイアス電力として３０ないし３００Ｗの電力を加えることを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２７】
前記湿式段階は、前記犠牲層パターンの前記ポリシリコンに対する選択比が３０：１以上である湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２８】
前記湿式エッチング段階で、１分当り数百Åのエッチング速度を示す湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２９】
前記湿式エッチング段階で、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び脱イオン水が含まれた混合溶液を湿式エッチング液として使用することを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項３０】
前記水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合比は１：４：２０であることを特徴とする請求項２９に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項３１】
半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法において、
基板上に導電性物質膜、ハードマスク膜及び側壁スペーサを含む導電ライン構造物を形成する段階と、
前記基板の全面に少なくとも前記導電ライン構造物の高さと同じであるか、またはそれ以上の高さにシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層を形成する段階と、
前記犠牲層上にコンタクトホールを限定するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記基板を露出させる前記コンタクトホールを形成する段階と、
ポリシリコンを使用して前記コンタクトホールを埋め込む複数のコンタクトを形成する段階と、
前記残留する犠牲層を湿式エッチングして除去する段階と、
除去された前記犠牲層があった領域にシリコン酸化物を満たして第１層間絶縁層を形成する段階と、を含む半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３２】
前記シリコンゲルマニウム犠牲層の形成段階は、
前記導電ライン構造物が形成されている前記基板の全面にシリコンゲルマニウム層を形成する段階と、
前記導電ライン構造物より高く前記シリコンゲルマニウム犠牲層を部分化学的機械的研磨（ｐａｒｔｉａｌ ＣＭＰ）する段階と、を含むことを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３３】
前記導電ライン構造物は、前記導電性物質膜の下部に形成されているゲート酸化膜を更に含むゲートライン構造物であることを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３４】
前記コンタクトは、前記基板のソース／ドレイン領域と電気的に連結されることを特徴とする請求項３３に記載の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３５】
前記ハードマスク膜及び前記側壁スペーサは、シリコン窒化物で形成することを特徴とする請求項３４に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３６】
前記側壁スペーサは、シリコン酸化物で形成することを特徴とする請求項３５に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３７】
前記導電ライン構造物は、ビットライン構造物であることを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３８】
前記ハードマスク膜及び前記側壁スペーサは、シリコン窒化物で形成することを特徴とする請求項３７に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３９】
前記側壁スペーサは、シリコン酸化物で形成することを特徴とする請求項３７に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項４０】
前記犠牲層の乾式エッチング工程で、乾式エッチングチャンバ内のバイアス電力として３０ないし３００Ｗの電力を加えることを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項４１】
前記犠牲層を乾式エッチングした後には、前記結果物をＨＦ洗浄する段階を更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項４２】
前記湿式段階は、前記犠牲層パターンの前記ポリシリコンに対する選択比が３０：１以上である湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項４３】
前記湿式エッチング段階で、１分当り数百Åのエッチング速度を示す湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４４】
前記湿式エッチング段階で、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び脱イオン水を含む混合溶液を湿式エッチング液として使用することを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４５】
前記水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合比は１：４：２０であることを特徴とする請求項４４に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４６】
前記混合溶液は、４０ないし７５℃に加熱して使用することを特徴とする請求項４５に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４７】
前記ｘの範囲は、０.１以上、０.８以下にすることを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４８】
前記シリコンゲルマニウム犠牲層を形成する段階の工程温度は３５０ないし５００℃であることを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４９】
半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法において、
基板上に導電性物質膜、ハードマスク膜及び側壁スペーサを含む導電ライン構造物を形成する段階と、
前記基板の全面に、少なくとも前記導電ライン構造物の高さと同じであるか、またはそれ以上の高さにシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層を形成する段階と、
前記犠牲層上に、後続工程で形成されるコンタクトに相応するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記コンタクトパターンに相応する犠牲層パターンを形成する段階と、
シリコン酸化物を使用して、前記犠牲層パターンを取り囲む第１層間絶縁層を形成する段階と、
前記複数の犠牲層パターンを湿式エッチングして除去する段階と、
除去された前記犠牲層があった領域にポリシリコンを満たして前記コンタクトを形成する段階と、を含む半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項１】
半導体素子の微細パターンの形成方法において、
基板上にシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）で犠牲層を形成する段階と、
前記犠牲層上に所定のパターンを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記基板を露出させる犠牲層パターンを形成する段階と、
前記シリコンゲルマニウムに対してエッチング選択比が大きい第１物質を使用して、前記犠牲層パターンによって限定される領域を埋め込む第１物質層パターンを形成する段階と、
前記犠牲層パターンを湿式エッチングして除去する段階と、
除去された前記犠牲層パターンがあった領域に第２物質を満たして第２物質層パターンを形成する段階と、を含む半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項２】
前記第１物質は、前記犠牲層パターンの湿式エッチング段階で使用するエッチング液に対してほとんどエッチングされない物質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微細パターンの形成方法。
【請求項３】
前記第１物質は、ポリシリコン、金属シリサイドまたは金属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微細パターンの形成方法。
【請求項４】
前記第１物質はポリシリコンであり、前記第２物質はシリコン酸化物であることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項５】
前記第１物質は、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物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微細パターンの形成方法。
【請求項６】
前記第１物質はシリコン酸化物であり、前記第２物質はポリシリコンであることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項７】
前記犠牲層の乾式エッチング工程で、乾式エッチングチャンバ内のバイアス電力として３０ないし３００Ｗの電力を加えることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項８】
前記犠牲層パターンを除去する段階は、前記犠牲層パターンの前記第１物質層に対する選択比が３０：１以上である湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項９】
前記犠牲層パターンを除去する段階で、１分当り数百Åのエッチング速度を示す湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１０】
前記犠牲層パターンを除去する段階で、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び脱イオン水を含む混合溶液を湿式エッチング液として使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１１】
前記水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合比は１：４：２０であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１２】
前記混合溶液は、４０ないし７５℃に加熱して使用することを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１３】
前記ｘの範囲は０.１以上０.８以下にすることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１４】
前記シリコンゲルマニウム犠牲層を形成する段階の工程温度は３５０ないし５００℃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微細パターンの形成方法。
【請求項１５】
半導体素子のコンタクトの形成方法において、
複数の第１導電性パターンが形成されている物質層上にシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）で犠牲層を形成する段階と、
前記犠牲層上に所定のパターンを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記複数の第１導電性パターンのそれぞれを露出させる複数の開口を形成する段階と、
ポリシリコンを使用して前記複数の開口を埋め込む複数の第２導電性パターンを形成する段階と、
前記残留する犠牲層を湿式エッチングして除去する段階と、
除去された前記犠牲層があった領域にシリコン酸化物を満たして、第１層間絶縁層を形成する段階と、を含むことを特徴とする半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項１６】
前記第１導電性パターンが形成された物質層は、ソース／ドレイン領域が形成された半導体基板、または前記第１導電性パターンが形成された第２層間絶縁層であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項１７】
前記犠牲層の乾式エッチング工程で、乾式エッチングチャンバ内のバイアス電力として３０ないし３００Ｗの電力を加えることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項１８】
前記湿式段階は、前記犠牲層パターンの前記ポリシリコンに対する選択比が３０：１以上である湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項１９】
前記湿式エッチング段階で、１分当り数百Åのエッチング速度を示す湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２０】
前記湿式エッチング段階で、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び脱イオン水が含まれた混合溶液を湿式エッチング液として使用することを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２１】
前記水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合比は１：４：２０であることを特徴とする請求項２０に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２２】
前記混合溶液は、４０ないし７５℃に加熱して使用することを特徴とする請求項２１に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２３】
前記ｘの範囲は、０.１以上、０.８以下にすることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２４】
前記シリコンゲルマニウム犠牲層を形成する段階の工程温度は、３５０ないし５００℃であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２５】
半導体素子のコンタクトの形成方法において、
複数の第１導電性パターンが形成されている物質層上にシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）で犠牲層を形成する段階と、
前記犠牲層上に所定のパターンを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記複数の第１導電性パターンのそれぞれを覆う複数の犠牲層パターンを形成する段階と、
シリコン酸化物を使用して前記複数の犠牲層パターンを取り囲む第１層間絶縁層を形成する段階と、
前記複数の犠牲層パターンを湿式エッチングして除去する段階と、
除去された前記犠牲層があった領域にポリシリコンを満たして第２導電性パターンを形成する段階と、を含む半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２６】
前記犠牲層の乾式エッチング工程で、乾式エッチングチャンバ内のバイアス電力として３０ないし３００Ｗの電力を加えることを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２７】
前記湿式段階は、前記犠牲層パターンの前記ポリシリコンに対する選択比が３０：１以上である湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２８】
前記湿式エッチング段階で、１分当り数百Åのエッチング速度を示す湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項２９】
前記湿式エッチング段階で、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び脱イオン水が含まれた混合溶液を湿式エッチング液として使用することを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項３０】
前記水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合比は１：４：２０であることを特徴とする請求項２９に記載の半導体素子のコンタクトの形成方法。
【請求項３１】
半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法において、
基板上に導電性物質膜、ハードマスク膜及び側壁スペーサを含む導電ライン構造物を形成する段階と、
前記基板の全面に少なくとも前記導電ライン構造物の高さと同じであるか、またはそれ以上の高さにシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層を形成する段階と、
前記犠牲層上にコンタクトホールを限定するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記基板を露出させる前記コンタクトホールを形成する段階と、
ポリシリコンを使用して前記コンタクトホールを埋め込む複数のコンタクトを形成する段階と、
前記残留する犠牲層を湿式エッチングして除去する段階と、
除去された前記犠牲層があった領域にシリコン酸化物を満たして第１層間絶縁層を形成する段階と、を含む半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３２】
前記シリコンゲルマニウム犠牲層の形成段階は、
前記導電ライン構造物が形成されている前記基板の全面にシリコンゲルマニウム層を形成する段階と、
前記導電ライン構造物より高く前記シリコンゲルマニウム犠牲層を部分化学的機械的研磨（ｐａｒｔｉａｌ ＣＭＰ）する段階と、を含むことを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３３】
前記導電ライン構造物は、前記導電性物質膜の下部に形成されているゲート酸化膜を更に含むゲートライン構造物であることを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３４】
前記コンタクトは、前記基板のソース／ドレイン領域と電気的に連結されることを特徴とする請求項３３に記載の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３５】
前記ハードマスク膜及び前記側壁スペーサは、シリコン窒化物で形成することを特徴とする請求項３４に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３６】
前記側壁スペーサは、シリコン酸化物で形成することを特徴とする請求項３５に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３７】
前記導電ライン構造物は、ビットライン構造物であることを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３８】
前記ハードマスク膜及び前記側壁スペーサは、シリコン窒化物で形成することを特徴とする請求項３７に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項３９】
前記側壁スペーサは、シリコン酸化物で形成することを特徴とする請求項３７に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項４０】
前記犠牲層の乾式エッチング工程で、乾式エッチングチャンバ内のバイアス電力として３０ないし３００Ｗの電力を加えることを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項４１】
前記犠牲層を乾式エッチングした後には、前記結果物をＨＦ洗浄する段階を更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項４２】
前記湿式段階は、前記犠牲層パターンの前記ポリシリコンに対する選択比が３０：１以上である湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【請求項４３】
前記湿式エッチング段階で、１分当り数百Åのエッチング速度を示す湿式エッチング液を使用することを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４４】
前記湿式エッチング段階で、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び脱イオン水を含む混合溶液を湿式エッチング液として使用することを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４５】
前記水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合比は１：４：２０であることを特徴とする請求項４４に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４６】
前記混合溶液は、４０ないし７５℃に加熱して使用することを特徴とする請求項４５に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４７】
前記ｘの範囲は、０.１以上、０.８以下にすることを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４８】
前記シリコンゲルマニウム犠牲層を形成する段階の工程温度は３５０ないし５００℃であることを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４９】
半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法において、
基板上に導電性物質膜、ハードマスク膜及び側壁スペーサを含む導電ライン構造物を形成する段階と、
前記基板の全面に、少なくとも前記導電ライン構造物の高さと同じであるか、またはそれ以上の高さにシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ＸＧｅＸ）犠牲層を形成する段階と、
前記犠牲層上に、後続工程で形成されるコンタクトに相応するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、前記犠牲層を乾式エッチングすることで前記コンタクトパターンに相応する犠牲層パターンを形成する段階と、
シリコン酸化物を使用して、前記犠牲層パターンを取り囲む第１層間絶縁層を形成する段階と、
前記複数の犠牲層パターンを湿式エッチングして除去する段階と、
除去された前記犠牲層があった領域にポリシリコンを満たして前記コンタクトを形成する段階と、を含む半導体素子の自己整列コンタクトの形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【公開番号】特開２００６−１３５０６（Ｐ２００６−１３５０６Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８２４８１（Ｐ２００５−１８２４８１）
【出願日】平成１７年６月２２日（２００５．６．２２）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２２日（２００５．６．２２）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]