JP2000036574A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2000036574A
JP2000036574A JP10203286A JP20328698A JP2000036574A JP 2000036574 A JP2000036574 A JP 2000036574A JP 10203286 A JP10203286 A JP 10203286A JP 20328698 A JP20328698 A JP 20328698A JP 2000036574 A JP2000036574 A JP 2000036574A
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insulating film
interlayer insulating
contact hole
plug
bit line
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Yoshiki Okumura
喜紀 奥村
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/09Manufacture or treatment with simultaneous manufacture of the peripheral circuit region and memory cells
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/31DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells having a storage electrode stacked over the transistor
    • H10B12/315DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells having a storage electrode stacked over the transistor with the capacitor higher than a bit line
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/48Data lines or contacts therefor
    • H10B12/485Bit line contacts

Abstract

(57)【要約】 【課題】 層間絶縁膜からのプラグの突出を防止するこ
とで、回路部間で平坦化プロセスで許容される段差を越
える段差が生じることを防止するとともに、突出したプ
ラグに起因するパーティクル発生を防止する。 【解決手段】 層間絶縁膜11に対するポリシリコンプ
ラグ13のエッチング選択比が例えば10となるエッチ
ング条件で、層間絶縁膜11を全面に渡ってエッチバッ
クすることにより、ポリシリコンプラグ13をビット線
コンタクトホール12内の所定の深さに達するまでリセ
スさせてリセスポリシリコンプラグ27を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に関し、特に、メモリセル部と、ロジック回
路などのように構成の異なる複数の回路部が1つの基板
上に混在する半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置、特にダイナミックRAM
(DRAM)では、高集積化、大容量化が進むに伴い、
ソフトエラー耐性の維持、およびキャパシタ容量確保の
目的でメモリセルの三次元化が4M(メガ)DRAM世
代以降図られてきている。このメモリセルの三次元化の
ための構造は、DRAM世代が進むに伴い淘汰され、ス
タックトキャパシタセルとトレンチキャパシタセルとに
集約されつつある。
【0003】シリコン基板内に溝を形成し、その深さに
よりキャパシタ容量を確保しようとするトレンチキャパ
シタセルとは反対に、スタックトキャパシタセルは、キ
ャパシタをシリコン基板上に積み上げるように形成し、
その高さによりキャパシタ容量を確保しようとするもの
である。その代表例としては、16MDRAM世代から
用いられ始めた厚膜スタックトキャパシタセル、64M
DRAM世代から用いられ始めた円筒キャパシタセル、
フィンキャパシタセルおよび厚膜粗面キャパシタセルな
どがある。これらのスタックトキャパシタセルのうち、
円筒キャパシタセルを有するDRAM90の構成および
製造工程について図23(a)、(b)〜図32
(a)、(b)を用いて説明する。
【0004】ここで、図23〜図32における(a)は
DRAM90のメモリセル部を示す部分断面図であり、
図23〜図32における(b)はDRAM90のメモリ
セル部の周辺に形成された、センスアンプやデコーダな
どの周辺回路部を示す部分断面図である。
【0005】まず、図23(a)および図23(b)に
示す工程において、P型シリコン半導体基板1内にフィ
ールド酸化膜2を選択的に形成する。そして、図示しな
いレジストをマスクとしてP型不純物イオンおよび、N
型不純物イオンをそれぞれ選択的に注入することによっ
て、P型シリコン半導体基板1内に、メモリセル部にお
いてはP型ウェル領域3を、周辺回路部においてはP型
ウェル領域3とN型ウェル領域4を形成する。
【0006】次に、フィールド酸化膜2が形成されてい
ないP型ウェル領域3上およびN型ウェル領域4上にゲ
ート酸化膜5を形成し、当該ゲート酸化膜5上に選択的
にゲート電極6を形成する。このとき、フィールド酸化
膜2の上部にはゲート電極6と同一の工程でワード線6
1が形成される。
【0007】そして、メモリセル部のゲート酸化膜5の
直下のP型ウェル領域3内に、ゲート電極6をマスクと
して、低ドーズ量(1×1013〜1×1014cm-2)の
N型不純物(AsあるいはP)のイオンを注入すること
によって、選択的にN型ソース・ドレイン領域71、7
2、73を形成し、また、同様の工程で周辺回路部のゲ
ート酸化膜5の直下のP型ウェル領域3内に、選択的に
N型ソース・ドレイン領域74、75を形成する。
【0008】次に、図24(a)および図24(b)に
示す工程において、全面に渡って酸化膜OX1を形成し
た後、周辺回路部のP型ウェル領域3の上部以外にレジ
ストR1を形成し、このレジストR1をマスクとして酸
化膜OX1をエッチバックすることにより、周辺回路部
のP型ウェル領域3上のゲート電極6の両端にサイドウ
ォール酸化膜10を形成する。
【0009】そして、周辺回路部のP型ウェル領域3上
のゲート電極6およびサイドウォール酸化膜10と、レ
ジストR1とをマスクとして、N型ソース・ドレイン領
域74および75内に、高ドーズ量(1×1015〜4×
1015cm-2)のN型不純物イオンを注入することによ
って、N+型ソース・ドレイン領域91および92を形
成する。
【0010】次に、レジストR1を除去した後、図25
(a)および図25(b)に示す工程において、周辺回
路部のN型ウェル領域4の上部以外にレジストR2を形
成し、このレジストR2をマスクとして酸化膜OX1を
エッチバックすることにより、周辺回路部のN型ウェル
領域4上のゲート電極6の両端にサイドウォール酸化膜
10を形成する。
【0011】そして、周辺回路部のN型ウェル領域4上
のゲート電極6およびサイドウォール酸化膜10と、レ
ジストR2とをマスクとして、N型ウェル領域4内に、
高ドーズ量(1×1015〜4×1015cm-2)のP型不
純物(BあるいはBF2)イオンを注入することによっ
て、P+型ソース・ドレイン領域81および82を形成
する。
【0012】次に、レジストR2を除去した後、図26
(a)および図26(b)に示す工程において、全面に
渡って酸化膜を形成し、平坦化することにより層間絶縁
膜11(第1の層間絶縁膜)を形成する。なお、層間絶
縁膜11は他の層間絶縁膜と区別するためにビット線下
層の層間絶縁膜と呼称される。
【0013】次に、メモリセル部においてN型ソース・
ドレイン領域72に達するように、層間絶縁膜11を貫
通するビット線コンタクトホール12を形成する。
【0014】次に、層間絶縁膜11の全面に渡ってN型
不純物を含んだポリシリコン層を形成した後、CMP
(Chemical Mechanical Polishing)によりビット線コ
ンタクトホール12内以外のポリシリコン層を除去し、
ビット線コンタクトホール12内にポリシリコンプラグ
13を形成する。
【0015】次に、図27(a)および図27(b)に
示す工程において、周辺回路部のN+型ソース・ドレイ
ン領域91および92、P+型ソース・ドレイン領域8
1および82に達するように、層間絶縁膜11を貫通す
るビット線コンタクトホール14を形成する。そして、
TiN(窒化チタン)やW(タングステン)などの金属
層、あるいは、それらの多層膜を層間絶縁膜11の全面
に形成し、CMPによりビット線コンタクトホール14
以外の金属層を除去し、ビット線コンタクトホール14
内に金属プラグ15を形成する。
【0016】次に、図28(a)および図28(b)に
示す工程において、TiNやWなどの金属層、あるい
は、それらの多層膜を層間絶縁膜11の全面に形成し、
写真製版およびエッチングによりパターニングすること
で金属ビット線16を形成する。なお、金属ビット線1
6はポリシリコンプラグ13および金属プラグ15に接
続されるようにパターニングされる。
【0017】なお、周辺回路部における金属ビット線1
6は、必ずしもビット線としてだけ機能するものではな
いが、メモリセル部におけるビット線と同じ工程で形成
するのでこのように呼称し、またビット線コンタクトホ
ール14は必ずしもビット線に接続するためのものでは
ないが、金属ビット線16に接続されるのでこのように
呼称する。
【0018】また、図23(b)〜図28(b)には示
していないが、周辺回路部においてはワード線61(す
なわちゲート電極6)と同一製造プロセスで形成される
TG(トランスファゲート)配線なども形成されてお
り、その形成位置はゲート電極6とほぼ同じ層に形成さ
れている。従って、ビット線コンタクトホール14を用
いてTG配線と金属ビット線16を電気的に接続しても
良い。
【0019】すなわち、図27(b)に示す工程におい
て、ビット線コンタクトホール14を形成する際に、層
間絶縁膜11を貫通しTG配線に達するビット線コンタ
クトホール(ビット線コンタクトホール14とほぼ同
じ)を同時に形成し、ビット線コンタクトホール14内
に金属プラグ15を埋め込む際に、同時にTG配線に達
するビット線コンタクトホール内にも金属プラグ15を
埋め込むようにすれば良い。
【0020】次に、図29(a)および図29(b)に
示す工程において、層間絶縁膜11の全面に渡って酸化
膜を形成し、平坦化することにより層間絶縁膜17を形
成する。なお、層間絶縁膜17は他の層間絶縁膜と区別
するためにストレージノード下層の層間絶縁膜と呼称さ
れる。
【0021】次に、少なくともメモリセル部においてN
型ソース・ドレイン領域71および73に達するよう
に、層間絶縁膜11および17を貫通するストレージノ
ードコンタクトホール18を形成する。
【0022】次に、層間絶縁膜17の全面に渡ってスト
レージノード形成用導体層を、例えばN型不純物を高濃
度に導入したN+ポリシリコンで形成するのに伴って、
ストレージノードコンタクトホール18内にもストレー
ジノード形成用導体層を埋め込み、埋め込み層31を形
成する。
【0023】そして、全面に渡って絶縁膜を厚く形成
し、写真製版およびエッチングの工程を経て、ストレー
ジノードの底部を構成する底面膜19と、底面膜19上
の厚い絶縁膜のみが残るように、ストレージノード形成
用導体層および厚い絶縁膜を除去する。ここで、底面膜
19上の厚い絶縁膜は、円筒キャパシタ形成用絶縁膜2
6と呼称される。
【0024】次に、図30(a)および図30(b)に
示す工程において、全面に渡ってストレージノード形成
用導体層を再び形成し、底面膜19および円筒キャパシ
タ形成用絶縁膜26の周囲にのみストレージノード形成
用導体層が残るように、エッチバックによりストレージ
ノード形成用導体層を選択的に除去する。ここで、残さ
れたストレージノード形成用導体層はストレージノード
の側壁部を構成する側面膜20となる。なお、底面膜1
9と側面膜20とでストレージノードSNを構成する。
【0025】次に、円筒キャパシタ形成用絶縁膜26の
みを除去した後、図31(a)および図31(b)に示
す工程において、底面膜19および側面膜20の表面に
キャパシタゲート絶縁膜21を形成する。そして、全面
に渡ってセルプレート形成用導電膜を形成し、写真製版
およびエッチングの工程を経て、メモリセル部にのみセ
ルプレート形成用導電膜を残す。ここで、残されたセル
プレート形成用導電膜はセルプレート電極22となる。
【0026】次に、図32(a)および図32(b)に
示す工程において、全面に渡って酸化膜を形成し、平坦
化することにより層間絶縁膜23を形成する。なお、層
間絶縁膜23は他の層間絶縁膜と区別するためにアルミ
配線下層の層間絶縁膜と呼称される。
【0027】次に、メモリセル部においてはセルプレー
ト電極22に達するようにアルミ配線コンタクトホール
24Aを、周辺回路部においては金属ビット線16に達
するように層間絶縁膜23および17を貫通するアルミ
配線コンタクトホール24Bを形成する。
【0028】次に、層間絶縁膜23の全面に渡ってアル
ミ配線形成用導体層を形成するのに伴って、アルミ配線
コンタクトホール24Aおよび24B内にもアルミ配線
形成用導体層を埋め込む。このとき、アルミ配線コンタ
クトホール24Aおよび24B内には埋め込み層32が
形成されることになる。なお、ここではアルミ配線コン
タクトホール24Aおよび24B内にアルミ配線形成用
導体層を埋め込む例を示したが、これはアルミに限られ
ず、金属など導体層であれば良い。
【0029】そして、写真製版およびエッチングの工程
を経て、メモリセル部および周辺回路部の層間絶縁膜2
3上にアルミ配線25を形成することで、円筒キャパシ
タセルを有するDRAM90を得ることができる。
【0030】なお、図28(b)〜図32(b)には示
していないが、周辺回路部においては金属ビット線16
と同一製造プロセスで形成されるBL(ビットライン)
配線なども形成されており、その形成位置はビット線1
6とほぼ同じ層に形成されている。従って、アルミ配線
コンタクトホール24Bを用いて、BL配線とアルミ配
線25とを電気的に接続しても良い。
【0031】
【発明が解決しようとする課題】一般に高集積化、大容
量化されたDRAMでは、写真製版において高解像度が
要求されるため、そのトレードオフとしてフォーカスマ
ージンが低下してしまう。
【0032】従って、高集積化、大容量化に伴ってパタ
ーン段差部における高低差が大きくなって、その大きさ
がフォーカスマージンを越えると、写真製版による配線
形成が極めて困難となる。特に、キャパシタをシリコン
基板の上に積み上げて形成するスタックトキャパシタセ
ルでは、パターン段差部における高低差が顕著であり、
なるべく高低差を低減することが必要不可欠となる。そ
のため、図32(a)、(b)に示すように、層間絶縁
膜11、層間絶縁膜17、層間絶縁膜23を平坦化して
いる。
【0033】しかしながら、このような平坦化プロセス
を行うと、アルミ配線からシリコン基板までの層間膜の
厚さが厚くなりすぎて、アルミ配線とシリコン基板、あ
るいはアルミ配線とTG配線とを接続するコンタクトホ
ールを開口することが極めて困難になる傾向がある。こ
のため、図32(a)、(b)において示すように、周
辺回路部においてはアルミ配線とシリコン基板、あるい
はアルミ配線とTG配線との電気的接続は、金属ビット
線16および図示しないBL配線を介して、ビット線コ
ンタクトホール14に埋め込まれている金属プラグ15
によって行われている。
【0034】しかしながら、周辺回路部における金属プ
ラグ15の使用および、メモリセル部におけるポリシリ
コンプラグ13の使用は、以下に説明するような不具合
の原因となる場合がある。
【0035】すなわち、ビット線コンタクトホール14
を開口した後、金属プラグ15を形成するための金属層
を形成する前に、ビット線コンタクトホール14の底部
の自然酸化膜をエッチングにより除去する工程が必要で
ある。この工程は、金属プラグ15とシリコン基板とが
オーミック接続され、かつ、接触抵抗が低くなるように
するためのものであるが、このとき、層間絶縁膜11も
エッチングされ、メモリセル部においては、ビット線コ
ンタクトホール12内のポリシリコンプラグ13が部分
的に突出してしまう。
【0036】ポリシリコンプラグ13の突出はメモリセ
ル部にのみに存在し、周辺回路部には存在しない。従っ
て、ポリシリコンプラグ13のCMPに対する研磨レー
トが層間絶縁膜11の研磨レートよりも小さい場合、金
属プラグ15の形成に際してのCMP工程において、ポ
リシリコンプラグ13の突出を除去しようとすれば、周
辺回路部の層間絶縁膜11のオーバーポリッシュとな
り、周辺回路部の層間絶縁膜11が皿状に窪む、いわゆ
るディッシング現象が生じ、層間絶縁膜11をメモリセ
ル部および周辺回路部の全域に渡って平坦化できなくな
ってしまう。その結果、メモリセル部と周辺回路部とで
平坦化プロセスで許容される段差を越える段差が生じて
しまい、場合によっては写真製版によるビット線形成時
のフォーカスマージンを越えることとなって、ビット線
形成が困難になるという問題がある。なお、研磨条件
(CMPのための研磨パッドの硬さ、研磨剤の種類)に
よっては、メモリセル部にディッシング現象が生じる場
合もある。
【0037】また、ポリシリコンプラグ13の突出部分
が完全に研磨されない場合には、金属ビット線16の形
成時にプロセス上の不具合の発生原因となることもあ
る。以下、図33〜図35を用いて金属ビット線16の
形成時のポリシリコンプラグ13の突出部分に起因する
プロセス上の不具合について説明する。
【0038】すなわち、金属ビット線16の形成におい
ては、写真製版によりビット線形成のためのレジストパ
ターン(ビット線レジストパターンと呼称)をビット線
コンタクトホール14に重ね合わせることになる。この
とき、重ね合わせにずれが生じる可能性があるので、ビ
ット線レジストパターンには重ね合わせマージンが設け
られているが、この重ね合わせマージンを越えるような
ずれが生じる場合もある。この状態を図33に示す。
【0039】図33は、ビット線コンタクトホール14
上(すなわちポリシリコンプラグ13上)にビット線レ
ジストパターンRPを重ね合わせた状態を示す平面図で
あり、ビット線レジストパターンRPには重ね合わせの
ためのマージン部MPが設けられているが、ビット線コ
ンタクトホール14はマージン部MPからはみ出した状
態となっている。
【0040】図33に示すAA線における断面図を図3
4に示す。図34に示すように、ポリシリコンプラグ1
3が層間絶縁膜11から突出し、その上にビット線材料
としてTiNやWなどの金属層MLが形成されている。
従って、金属層MLは突出部を有し、ビット線レジスト
パターンRPはその上に形成されている。そして、ビッ
ト線レジストパターンRPはポリシリコンプラグ13の
真上からずれた位置に形成されているので、ビット線レ
ジストパターンRPをマスクとして金属層MLをエッチ
ングすると、図35に示すように、ビット線レジストパ
ターンRPに覆われていない側のポリシリコンプラグ1
3の端縁部にサイドウォール状の金属層MLが残ること
になる。この金属層MLの残渣は以後の工程を経るうち
に剥がれて、パーティクル発生の原因となるという問題
があった。
【0041】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、構成の異なる複数の回路部を備
え、各回路部の層間絶縁膜に埋め込まれたプラグによ
り、層間絶縁膜を挟んで上下関係にある層(半導体層、
導体層)の電気的接続を行う半導体装置において、層間
絶縁膜からのプラグの突出を防止することで、回路部間
で平坦化プロセスで許容される段差を越える段差が生じ
ることを防止するとともに、突出したプラグに起因する
パーティクル発生を防止することを目的とする。
【0042】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載の半導体装置は、半導体基板上に形成され、それぞれ
構成の異なる第1および第2の回路部を備えた半導体装
置であって、前記第1の回路部が、前記半導体基板上に
形成された層間絶縁膜の第1の部分を貫通して形成され
た第1のコンタクトホールと、一方端が前記半導体基板
に電気的に接続され、他方端が前記第1のコンタクトホ
ール内に奥まって位置するように配設された導体のリセ
スプラグと、前記第1の層間絶縁膜の第1の部分上に形
成された配線層とほぼ同じ材質で構成され、前記配線層
と前記リセスプラグとを電気的に接続するように、前記
第1のコンタクトホール内に埋め込まれた第1の埋め込
み層とを備え、前記第2の回路部が、前記半導体基板上
に形成された前記層間絶縁膜の第2の部分を貫通して形
成された第2のコンタクトホールと、前記第1の層間絶
縁膜の第2の部分上に形成された前記配線層とほぼ同じ
材質で構成され、前記配線層と前記半導体基板とを電気
的に接続するように、前記第2のコンタクトホール内に
埋め込まれた第2の埋め込み層とを備えている。
【0043】本発明に係る請求項2記載の半導体装置
は、前記第1のコンタクトホールが、前記層間絶縁膜の
主面から前記リセスプラグの他方端までの部分の開口径
が、前記リセスプラグが埋め込まれた部分の開口径より
も広くなった拡大コンタクト部を有している。
【0044】本発明に係る請求項3記載の半導体装置
は、前記リセスプラグがポリシリコンを材料として構成
され、前記配線層および前記第1および第2の埋め込み
層が金属を材料として構成されている。
【0045】本発明に係る請求項4記載の半導体装置
は、前記第1の回路部が、キャパシタに電荷を蓄積する
ことでデータを保持するデータ保持部であって、前記第
2の回路部が、前記データ保持部に連動して動作する周
辺回路部である。
【0046】本発明に係る請求項5記載の半導体装置の
製造方法は、半導体基板上に形成された第1および第2
の回路部を備えた半導体装置の製造方法であって、前記
半導体基板上の前記第1および第2の回路部となる部分
に対応させて、層間絶縁膜の第1の部分および第2の部
分を形成する工程(a)と、前記層間絶縁膜の第1の部分
を貫通して前記半導体基板上に達する第1のコンタクト
ホールを形成する工程(b)と、第1のコンタクトホール
を埋め込んで、その一方端が前記半導体基板に電気的に
接続されるように導体のプラグを形成する工程(c)と、
その他方端が前記第1のコンタクトホール内に奥まって
位置するまで前記プラグをエッチングして、リセスプラ
グを形成する工程(d)と、前記層間絶縁膜の第2の部分
を貫通して前記半導体基板上に達する第2のコンタクト
ホールを形成する工程(e)と、前記層間絶縁膜の第1お
よび第2の部分上に配線層を形成するのに伴って、前記
第1のコンタクトホール内に、前記配線層と前記リセス
プラグとを電気的に接続するように前記配線層とほぼ同
じ材質の第1の埋め込み層を形成し、前記第2のコンタ
クトホール内に、前記配線層と前記半導体基板とを電気
的に接続するように前記配線層とほぼ同じ材質の第2の
埋め込み層を形成する工程(f)とを備えている。
【0047】本発明に係る請求項6記載の半導体装置の
製造方法は、前記工程(e)に先だって、前記第1のコン
タクトホールの前記層間絶縁膜の主面から前記リセスプ
ラグの他方端までの部分の開口径を、ウエットエッチン
グにより前記リセスプラグが埋め込まれた部分の開口径
よりも広くして拡大コンタクト部を形成する工程をさら
に備えている。
【0048】本発明に係る請求項7記載の半導体装置の
製造方法は、前記工程(c)が、ポリシリコンを材料とし
て前記プラグを形成する工程を含み、前記工程(f)が、
金属を材料として前記配線層および前記第1および第2
の埋め込み層を形成する工程を含んでいる。
【0049】本発明に係る請求項8記載の半導体装置の
製造方法は、前記工程(d)が、前記層間絶縁膜に対する
前記プラグのエッチング選択比が5〜20となるエッチ
ング条件で前記プラグをエッチングする工程を含んでい
る。
【0050】本発明に係る請求項9記載の半導体装置の
製造方法は、前記工程(d)が、前記他方端が、前記第1
のコンタクトホールの深さの半分以下に達するまで、前
記プラグをエッチングする工程を含んでいる。
【0051】
【発明の実施の形態】<A.実施の形態1> <A−1.製造工程>本発明に係る実施の形態1とし
て、円筒キャパシタセルを有するダイナミックRAM
(DRAM)100の構成および製造工程について図1
(a)、(b)〜図10(a)、(b)を用いて説明す
る。なお、DRAM100の構成は最終工程を説明する
図10(a)、(b)に示す。
【0052】ここで、図1〜図10における(a)はD
RAM100のメモリセル部(データ保持部)を示す部
分断面図であり、図1〜図10における(b)はDRA
M100のメモリセル部の周辺に形成された、センスア
ンプやデコーダなどの周辺回路部を示す部分断面図であ
る。
【0053】まず、図1(a)および図1(b)に示す
工程において、P型シリコン半導体基板1内にフィール
ド酸化膜2を選択的に形成する。そして、図示しないレ
ジストをマスクとしてP型不純物イオンおよび、N型不
純物イオンをそれぞれ選択的に注入することによって、
P型シリコン半導体基板1内に、メモリセル部において
はP型ウェル領域3を、周辺回路部においてはP型ウェ
ル領域3とN型ウェル領域4を形成する。
【0054】次に、フィールド酸化膜2が形成されてい
ないP型ウェル領域3上およびN型ウェル領域4上にゲ
ート酸化膜5を形成し、当該ゲート酸化膜5上に選択的
にゲート電極6を形成する。このとき、フィールド酸化
膜2の上部にはゲート電極6と同一の工程でワード線6
1が形成される。
【0055】そして、メモリセル部のゲート酸化膜5の
直下のP型ウェル領域3内に、ゲート電極6をマスクと
して、低ドーズ量(1×1013〜1×1014cm-2)の
N型不純物(AsあるいはP)のイオンを注入すること
によって、選択的にN型ソース・ドレイン領域71、7
2、73を形成し、また、同様の工程で周辺回路部のゲ
ート酸化膜5の直下のP型ウェル領域3内に、選択的に
N型ソース・ドレイン領域74、75を形成する。
【0056】次に、図2(a)および図2(b)に示す
工程において、全面に渡って酸化膜OX1を形成した
後、周辺回路部のP型ウェル領域3の上部以外にレジス
トR1を形成し、このレジストR1をマスクとして酸化
膜OX1をエッチバックすることにより、周辺回路部の
P型ウェル領域3上のゲート電極6の両端にサイドウォ
ール酸化膜10を形成する。
【0057】そして、周辺回路部のP型ウェル領域3上
のゲート電極6およびサイドウォール酸化膜10と、レ
ジストR1とをマスクとして、N型ソース・ドレイン領
域74および75内に、高ドーズ量(1×1015〜4×
1015cm-2)のN型不純物イオンを注入することによ
って、N+型ソース・ドレイン領域91および92を形
成する。
【0058】次に、レジストR1を除去した後、図3
(a)および図3(b)に示す工程において、周辺回路
部のN型ウェル領域4の上部以外にレジストR2を形成
し、このレジストR2をマスクとして酸化膜OX1をエ
ッチバックすることにより、周辺回路部のN型ウェル領
域4上のゲート電極6の両端にサイドウォール酸化膜1
0を形成する。
【0059】そして、周辺回路部のN型ウェル領域4上
のゲート電極6およびサイドウォール酸化膜10と、レ
ジストR2とをマスクとして、N型ウェル領域4内に、
高ドーズ量(1×1015〜4×1015cm-2)のP型不
純物(BあるいはBF2)イオンを注入することによっ
て、P+型ソース・ドレイン領域81および82を形成
する。
【0060】次に、レジストR2を除去した後、図4
(a)および図4(b)に示す工程において、全面に渡
って酸化膜を形成し、平坦化することにより層間絶縁膜
11(第1の層間絶縁膜)を形成する。なお、層間絶縁
膜11は他の層間絶縁膜と区別するためにビット線下層
の層間絶縁膜と呼称される。
【0061】なお、層間絶縁膜11および後に示す層間
絶縁膜17および23は、メモリセル部および周辺回路
部に同時に形成されたほぼ同じ材質の絶縁膜であるが、
メモリセル部と周辺回路部とで区別するために、メモリ
セル部上において形成されるものを第1の部分、周辺回
路部上において形成されるものを第2の部分と呼称す
る。
【0062】次に、メモリセル部においてN型ソース・
ドレイン領域72に達するように、層間絶縁膜11を貫
通するビット線コンタクトホール12(第1のコンタク
トホール)を形成する。
【0063】次に、層間絶縁膜11の全面に渡ってN型
不純物を含んだポリシリコン層を形成した後、CMP
(Chemical Mechanical Polishing)によりビット線コ
ンタクトホール12内以外のポリシリコン層を除去し、
ビット線コンタクトホール12内にポリシリコンプラグ
13を形成する。
【0064】次に、図5(a)および図5(b)に示す
ように、層間絶縁膜11に対するポリシリコンプラグ1
3のエッチング選択比が例えば10となるエッチング条
件で、層間絶縁膜11を全面に渡ってエッチバックする
ことにより、ポリシリコンプラグ13をビット線コンタ
クトホール12内の所定の深さに達するまでリセスさせ
てリセスポリシリコンプラグ27(リセスプラグ)を形
成する。なお、本工程におけるエッチング選択比および
リセス深さの決定条件については、後に図12〜図14
を用いて詳述する。
【0065】次に、図6(a)および図6(b)に示す
工程において、周辺回路部のN+型ソース・ドレイン領
域91および92、P+型ソース・ドレイン領域81お
よび82に達するように、RIE(Reactive Ion Etchi
ng)などの異方性エッチングにより層間絶縁膜11を貫
通するビット線コンタクトホール14(第2のコンタク
トホール)を形成する。そして、TiN(窒化チタン)
やW(タングステン)などの金属層、あるいは、それら
の多層膜を層間絶縁膜11の全面に形成し、金属層(あ
るいは、金属多層膜)をビット線コンタクトホール12
および14内に埋め込んで、埋め込み層16Aおよび1
6B(第1および第2の埋め込み層)を形成する。そし
て、写真製版およびエッチングにより金属層(あるい
は、金属多層膜)をパターニングすることで金属ビット
線16(配線層)を形成する。なお、金属多層膜をビッ
ト線コンタクトホール12および14内に埋め込んだ場
合には、コンタクトホールの大きさによっては1種類の
金属しか埋め込まれない場合もあるが、その場合でも実
質的には配線層を埋め込んだと言うことができる。
【0066】なお、ビット線コンタクトホール14の形
成後、金属層(あるいは、金属多層膜)を埋め込む前
に、ビット線コンタクトホール14の底部の自然酸化膜
をフッ酸などを用いたウエットエッチングにより除去す
る。
【0067】また、周辺回路部における金属ビット線1
6は、必ずしもビット線としてだけ機能するものではな
いが、メモリセル部におけるビット線と同じ工程で形成
するのでこのように呼称し、またビット線コンタクトホ
ール14は必ずしもビット線に接続するためのものでは
ないが、金属ビット線16に接続されるのでこのように
呼称する。
【0068】なお、図1(b)〜図6(b)には示して
いないが、周辺回路部においてはワード線61(すなわ
ちゲート電極6)と同一製造プロセスで形成されるTG
(トランスファゲート)配線なども形成されており、そ
の形成位置はゲート電極6とほぼ同じ層に形成されてい
る。従って、ビット線コンタクトホール14を用いてT
G配線と金属ビット線16を電気的に接続しても良い。
【0069】すなわち、図6(b)に示す工程におい
て、ビット線コンタクトホール14を形成する際に、層
間絶縁膜11を貫通しTG配線に達するビット線コンタ
クトホール(ビット線コンタクトホール14とほぼ同
じ)を同時に形成し、ビット線コンタクトホール14内
に埋め込み層16Bを形成する際に、同時にTG配線に
達するビット線コンタクトホール内にも埋め込み層16
Bを形成するようにすれば良い。
【0070】次に、図7(a)および図7(b)に示す
工程において、層間絶縁膜11の全面に渡って酸化膜を
形成し、平坦化することにより層間絶縁膜17を形成す
る。なお、層間絶縁膜17は他の層間絶縁膜と区別する
ためにストレージノード下層の層間絶縁膜と呼称され
る。
【0071】次に、少なくともメモリセル部においてN
型ソース・ドレイン領域71および73に達するよう
に、層間絶縁膜11および17を貫通するストレージノ
ードコンタクトホール18を形成する。
【0072】次に、層間絶縁膜17の全面に渡ってスト
レージノード形成用導体層を、例えばN型不純物を高濃
度に導入したN+ポリシリコンで形成するのに伴って、
ストレージノードコンタクトホール18内にもストレー
ジノード形成用導体層を埋め込み、埋め込み層31を形
成する。
【0073】そして、全面に渡って絶縁膜を厚く形成
し、写真製版およびエッチングの工程を経て、ストレー
ジノードの底部を構成する底面膜19と、底面膜19上
の厚い絶縁膜のみが残るように、ストレージノード形成
用導体層および厚い絶縁膜を除去する。ここで、底面膜
19上の厚い絶縁膜は、円筒キャパシタ形成用絶縁膜2
6と呼称される。
【0074】次に、図8(a)および図8(b)に示す
工程において、全面に渡ってストレージノード形成用導
体層を再び形成し、底面膜19および円筒キャパシタ形
成用絶縁膜26の周囲にのみストレージノード形成用導
体層が残るように、エッチバックによりストレージノー
ド形成用導体層を選択的に除去する。ここで、残された
ストレージノード形成用導体層はストレージノードの側
壁部を構成する側面膜20となる。なお、底面膜19と
側面膜20とでストレージノードSNを構成する。
【0075】次に、円筒キャパシタ形成用絶縁膜26の
みを除去した後、図9(a)および図9(b)に示す工
程において、底面膜19および側面膜20の表面にキャ
パシタゲート絶縁膜21を形成する。そして、全面に渡
ってセルプレート形成用導電膜を形成し、写真製版およ
びエッチングの工程を経て、メモリセル部にのみセルプ
レート形成用導電膜を残す。ここで、残されたセルプレ
ート形成用導電膜はセルプレート電極22となる。
【0076】次に、図10(a)および図10(b)に
示す工程において、全面に渡って酸化膜を形成し、平坦
化することにより層間絶縁膜23を形成する。なお、層
間絶縁膜23は他の層間絶縁膜と区別するためにアルミ
配線下層の層間絶縁膜と呼称される。
【0077】次に、メモリセル部においてはセルプレー
ト電極22に達するようにアルミ配線コンタクトホール
24Aを、周辺回路部においては金属ビット線16に達
するように層間絶縁膜23および17を貫通するアルミ
配線コンタクトホール24Bを形成する。
【0078】次に、層間絶縁膜23の全面に渡ってアル
ミ配線形成用導体層を形成するのに伴って、アルミ配線
コンタクトホール24Aおよび24B内にもアルミ配線
形成用導体層を埋め込む。このとき、アルミ配線コンタ
クトホール24Aおよび24B内には埋め込み層32が
形成されることになる。なお、ここではアルミ配線コン
タクトホール24Aおよび24B内にアルミ配線形成用
導体層を埋め込む例を示したが、これはアルミに限られ
ず、金属など導体層であれば良い。
【0079】そして、写真製版およびエッチングの工程
を経て、メモリセル部および周辺回路部の層間絶縁膜2
3上にアルミ配線25を形成することで、円筒キャパシ
タセルを有するDRAM100を得ることができる。
【0080】なお、図6(b)〜図10(b)には示し
ていないが、周辺回路部においては金属ビット線16と
同一製造プロセスで形成されるBL(ビットライン)配
線なども形成されており、その形成位置はビット線16
とほぼ同じ層に形成されている。従って、アルミ配線コ
ンタクトホール24Bを用いて、BL配線とアルミ配線
25とを電気的に接続しても良い。
【0081】ここで、図10(a)に示すAA線での矢
視平面図を図11に示す。なお、図11においては層間
絶縁膜に覆われて見えない配線についても実線で示して
いる。
【0082】図11において、金属ビット線16はBL
配線16Lと一体で形成され、ビット線コンタクトホー
ル12を覆うように配設されている。また、ゲート電極
6はTG配線6Lと一体で形成されている。なお、図1
1に示すBOOB線での断面図が、図10(a)に示す
AA線以下を示している。
【0083】<A−2.リセスポリシリコンプラグの形
成条件について>以下に、図5(a)を用いて説明した
リセスポリシリコンプラグ27の形成条件について図1
2〜図14を用いてさらに説明する。
【0084】図12は、リセス工程前の層間絶縁膜11
と、層間絶縁膜11を貫通するビット線コンタクトホー
ル12内に埋め込まれたポリシリコンプラグ13とを示
している。図12に示すようにリセス工程前の層間絶縁
膜11の厚さをToxとする。
【0085】図13は、リセス工程後の層間絶縁膜11
と、ビット線コンタクトホール12内のリセスポリシリ
コンプラグ27とを示している。また、図13において
はリセス工程前の層間絶縁膜11の表面位置を破線で示
している。
【0086】図13に示すように、リセス工程によりエ
ッチングされた層間絶縁膜11の厚さの減少分をΔT、
リセス工程後の層間絶縁膜11の厚さをTox−ΔT、ポ
リシリコンプラグ13のリセス量をXrec、リセスポリ
シリコンプラグ27の高さをTox−Xrecとする。な
お、層間絶縁膜11の厚さの減少分ΔTは、層間絶縁膜
11に対するポリシリコンプラグ13のエッチング選択
比をSelとすれば、ΔT=Xrec/Selとなる。
【0087】次に、エッチング選択比およびリセス深さ
の決定条件について説明する。エッチング選択比および
リセス深さを決定するには、リセスポリシリコンプラグ
27が構造的に安定して形成される条件(構造安定条
件)、およびリセスポリシリコンプラグ27がプロセス
的に安定して形成される条件(プロセス安定条件)を考
慮する必要がある。
【0088】そして、構造安定条件の具体的指標として
は、例えば、リセス工程後のリセスポリシリコンプラグ
27の端面(半導体シリコン基板に接する側とは反対
側)が、ビット線コンタクトホール12のどこに位置し
ているかを示す値(g値と呼称)を挙げることができ
る。なお、リセスポリシリコンプラグ27が構造的に安
定するためには、g値は0<g<1の範囲にある必要が
ある。ここで、リセスポリシリコンプラグ27の端面
が、ビット線コンタクトホール12の中間点にあればg
=0.5となる。
【0089】プロセス安定条件としては、例えば、選択
比Selを1上げた場合と、現状の選択比Selを維持した
場合とで層間絶縁膜11のエッチング量を比較した値
(f値と呼称)を挙げることができる。なお、プロセス
的に安定するためにはf値は0<f<1の範囲にある必
要がある。ここで、f=0.1とは、選択比Selを現状
より1上げた場合に、層間絶縁膜11のエッチング量が
現状の選択比Selを維持した場合よりも10%しか増加
しないことを意味している。
【0090】次に、図12および図13に示す諸量およ
びg値、f値を用いて構造安定条件を数式化した結果を
数式(1)〜(3)に、プロセス安定条件を数式化した
結果を数式(4)に示す。なお、選択比SelはSel>1
である。
【0091】
【数1】
【0092】
【数2】
【0093】
【数3】
【0094】
【数4】
【0095】そして、数式(2)および(3)に基づい
て作成したグラフを図14に示す。なお、図14の作成
においては、層間絶縁膜11の厚さを500nm、g=
0.5とし、エッチング選択比Selを1〜20まで変化
させて、エッチング選択比に対するプラグリセス量Xre
c、層間絶縁膜11の厚さの減少分ΔTをプロットした
ものである。
【0096】そして、数式(4)からプロセス安定条件
を満たすエッチング選択比Selを求めると、Sel=1
0.5(f=0.1、g=0.5の場合)となり、Sel
=10.5の場合のプラグリセス量Xrec、層間絶縁膜
11の厚さの減少分ΔTを図14のグラフから求める
と、Xrec=263nm、ΔT=25nmとなり、最終
的なリセスポリシリコンプラグ27の高さは238nm
程度となる。
【0097】ここで、プラグリセス量Xrec、層間絶縁
膜11の厚さの減少分ΔTの選択比依存性は、選択比5
以上ではXrec、ΔTともに安定していることが図14
から判断できる。従って、リセスポリシリコンプラグ2
7の端面がビット線コンタクトホール12の中間点に位
置しているという安定した構造を、プロセス的に安定し
て形成するには選択比を10程度に設定すれば良いこと
が判る。なお、g値が0.5の場合は、リセスポリシリ
コンプラグ27が厚過ぎず、薄過ぎず、構造的に安定し
ている条件を満たしていると言える。
【0098】また、g値が0<g<1の間であれば、す
なわちポリシリコンプラグ13のリセス量がいくらであ
っても、選択比を10程度とすれば、構造的にも、プロ
セス的にも安定してリセスポリシリコンプラグ27を形
成することができることが判る。
【0099】<A−3.特徴的作用効果>以上説明した
ように、本発明に係る実施の形態1によれば、図5
(a)を用いて説明したように、層間絶縁膜11を全面
に渡ってエッチバックすることにより、ポリシリコンプ
ラグ13をビット線コンタクトホール12内の所定の深
さに達するまでリセスさせてリセスポリシリコンプラグ
27を形成するので、図6(b)を用いて説明したよう
に、ビット線コンタクトホール14の形成後、金属層
(あるいは、金属多層膜)を埋め込む前に、ビット線コ
ンタクトホール14の底部の自然酸化膜をフッ酸などを
用いたウエットエッチングにより除去する際に、層間絶
縁膜11が併せて除去されてもリセスポリシリコンプラ
グ27が突出することが防止される。従って、金属ビッ
ト線16の形成においてビット線レジストパターンの重
ね合わせにずれが生じても、金属ビット線16の形成材
料が突出したプラグの端縁部にサイドウォール状に残渣
として残るということがなく、それが剥がれて、パーテ
ィクル発生の原因となるという問題を防止できる。
【0100】また、ビット線コンタクトホール14内に
金属層(あるいは、金属多層膜)を埋め込むと同時に金
属ビット線16も同時に形成するので、ビット線コンタ
クトホール14内に金属ビット線16の形成とは別の工
程で金属プラグを埋め込むという従来の製造方法では必
要であったCMP工程が不要となるので、CMPに起因
してメモリセル部と周辺回路部とで平坦化プロセスで許
容される段差を越える段差が生じることが防止され、両
者の段差が写真製版によるビット線形成時のフォーカス
マージンを越えて、ビット線形成が困難になるという問
題が発生しなくなる。
【0101】また、構造的には、レイアウト的に厳しい
条件で設計されるメモリセル部において、その端面がビ
ット線コンタクトホール12内に奥まって位置するリセ
スポリシリコンプラグ27に、金属ビット線16とほぼ
同じ材質の埋め込み層16Aを接続することになる。こ
の場合、リセスポリシリコンプラグ27とシリコン半導
体基板の物理的性質は近似しているので、リセスポリシ
リコンプラグ27が熱膨張したような場合でも、シリコ
ン半導体基板およびリセスポリシリコンプラグ27の周
囲の構成にストレスが加わることを抑制でき、かつ、金
属の埋め込み層16Aにより金属ビット線16とシリコ
ン半導体基板との間の電気抵抗を低減することができ
る。
【0102】<A−4.変形例>以上の説明において
は、DRAMのメモリセル部と周辺回路部とを例に採
り、メモリセル部のビット線コンタクトホール内に、当
該コンタクトホールの深さよりも高さが低いリセスポリ
シリコンプラグを埋め込んだ半導体装置およびその製造
方法について説明したが、本発明の適用はこれに限定さ
れるものではなく、構成の異なる複数の回路部を備え、
各回路部の層間絶縁膜に埋め込まれたプラグにより、層
間絶縁膜を挟んで上下関係にある層(半導体層、導体
層)の電気的接続を行う半導体装置であれば適用可能で
ある。
【0103】<B.実施の形態2>以上説明した本発明
に係る実施の形態2においては、メモリセル部において
ポリシリコンプラグをリセスしてリセスポリシリコンプ
ラグを形成し、ビット線を形成すると同時にビット線形
成用材料で、リセスポリシリコンプラグを埋め込んだビ
ット線コンタクトホール、および、周辺回路部のビット
線コンタクトホール内を埋め込んだ半導体装置およびそ
の製造方法について説明したが、半導体装置が微細化し
ていく一方で、それと同じ程度には写真製版における重
ね合せ精度は向上しないのが実状である。従って、半導
体装置が微細化するに伴い、例えばビット線をビット線
コンタクホールに重ね合わせる場合、重ね合わせずれに
より、ビット線とビット線コンタクトホールの接触面積
が、コンタクトホールの開口面積よりも小さくなり、ま
た、接触面積のばらつきも大きくなる。この結果、ビッ
ト線とビット線コンタクトホールの接触抵抗が高くな
り、接触抵抗のばらつきも大きくなる。この傾向は、特
に、最小デザインルールによりレイアウトされるメモリ
セル部において顕著となっている。なお、最小デザイン
ルールを適用すると写真製版が困難となるなど、プロセ
ス的に支障をきたす可能性のある周辺回路部では最小デ
ザインルールよりも緩いデザインルールでレイアウトさ
れており、上述の傾向は若干緩くなっている。
【0104】<B−1.製造工程>本発明に係る実施の
形態2として、円筒キャパシタセルを有するDRAM2
00の構成および製造工程について図15(a)、
(b)〜図20(a)、(b)を用いて説明する。な
お、図15(a)、(b)に示す構成に至るまでの工程
は、実施の形態1において図1(a)、(b)〜図5
(a)、(b)を用いて説明したDRAM100の製造
方法と同じであるので重複する説明は省略する。また、
DRAM200の構成は最終工程を説明する図20
(a)、(b)に示す。
【0105】ここで、図15〜図20における(a)は
DRAM200のメモリセル部(データ保持部)を示す
部分断面図であり、図15〜図20における(b)はD
RAM200のメモリセル部の周辺に形成された、セン
スアンプやデコーダなどの周辺回路部を示す部分断面図
である。
【0106】図5(a)、(b)を用いて説明したよう
に、層間絶縁膜11に対するポリシリコンプラグ13の
エッチング選択比が例えば10となるエッチング条件
で、層間絶縁膜11を全面に渡ってエッチバックするこ
とにより、ポリシリコンプラグ13をビット線コンタク
トホール12内の所定の深さに達するまでリセスさせて
リセスポリシリコンプラグ27を形成した後、図15
(a)、(b)に示すように、層間絶縁膜11のウエッ
トエッチングを行い、ビット線コンタクトホール12の
開口径を所定の大きさに拡大することで拡大コンタクト
部28を形成する。なお、拡大コンタクト部28の深さ
はリセスポリシリコンプラグ27に達する程度であり、
その断面輪郭形状は湾曲した形状である。また、拡大コ
ンタクト部28の開口径の決定条件については、後に図
21、図22を用いて詳述する。
【0107】次に、図16(a)および図16(b)に
示す工程において、周辺回路部のN+型ソース・ドレイ
ン領域91および92、P+型ソース・ドレイン領域8
1および82に達するように、RIEなどの異方性エッ
チングにより層間絶縁膜11を貫通するビット線コンタ
クトホール14を形成する。そして、TiNやWなどの
金属層、あるいは、それらの多層膜を層間絶縁膜11の
全面に形成し、金属層(あるいは、金属多層膜)をビッ
ト線コンタクトホール14および拡大コンタクト部28
内に埋め込んで埋め込み層16Aを形成する。そして、
写真製版およびエッチングにより金属層(あるいは、金
属多層膜)をパターニングすることで金属ビット線16
を形成する。なお、金属多層膜をビット線コンタクトホ
ール14および拡大コンタクト部28内に埋め込んだ場
合には、コンタクトホールまたはコンタクト部の大きさ
によっては1種類の金属しか埋め込まれない場合もある
が、その場合でも実質的に配線層を埋め込んだというこ
とができる。
【0108】なお、ビット線コンタクトホール14の形
成後、金属層(あるいは、金属多層膜)を埋め込んで埋
め込み層16Bを形成する前に、ビット線コンタクトホ
ール14の底部の自然酸化膜をフッ酸などを用いたウエ
ットエッチングにより除去する。
【0109】また、周辺回路部における金属ビット線1
6は、必ずしもビット線としてだけ機能するものではな
いが、メモリセル部におけるビット線と同じ工程で形成
するのでこのように呼称し、またビット線コンタクトホ
ール14は必ずしもビット線に接続するためのものでは
ないが、金属ビット線16に接続されるのでこのように
呼称する。
【0110】次に、図17(a)および図17(b)に
示す工程において、層間絶縁膜11の全面に渡って酸化
膜を形成し、平坦化することにより層間絶縁膜17を形
成する。なお、層間絶縁膜17は他の層間絶縁膜と区別
するためにストレージノード下層の層間絶縁膜と呼称さ
れる。
【0111】次に、少なくともメモリセル部においてN
型ソース・ドレイン領域71および73に達するよう
に、層間絶縁膜11および17を貫通するストレージノ
ードコンタクトホール18を形成する。
【0112】次に、層間絶縁膜17の全面に渡ってスト
レージノード形成用導体層を、例えばN型不純物を高濃
度に導入したN+ポリシリコンで形成するのに伴って、
ストレージノードコンタクトホール18内にもストレー
ジノード形成用導体層を埋め込み、埋め込み層31を形
成する。
【0113】そして、全面に渡って絶縁膜を厚く形成
し、写真製版およびエッチングの工程を経て、ストレー
ジノードの底部を構成する底面膜19と、底面膜19上
の厚い絶縁膜のみが残るように、ストレージノード形成
用導体層および厚い絶縁膜を除去する。ここで、底面膜
19上の厚い絶縁膜は、円筒キャパシタ形成用絶縁膜2
6と呼称される。
【0114】次に、図18(a)および図18(b)に
示す工程において、全面に渡ってストレージノード形成
用導体層を再び形成し、底面膜19および円筒キャパシ
タ形成用絶縁膜26の周囲にのみストレージノード形成
用導体層が残るように、エッチバックによりストレージ
ノード形成用導体層を選択的に除去する。ここで、残さ
れたストレージノード形成用導体層はストレージノード
の側壁部を構成する側面膜20となる。なお、底面膜1
9と側面膜20とでストレージノードSNを構成する。
【0115】次に、円筒キャパシタ形成用絶縁膜26の
みを除去した後、図19(a)および図19(b)に示
す工程において、底面膜19および側面膜20の表面に
キャパシタゲート絶縁膜21を形成する。そして、全面
に渡ってセルプレート形成用導電膜を形成し、写真製版
およびエッチングの工程を経て、メモリセル部にのみセ
ルプレート形成用導電膜を残す。ここで、残されたセル
プレート形成用導電膜はセルプレート電極22となる。
【0116】次に、図20(a)および図20(b)に
示す工程において、全面に渡って酸化膜を形成し、平坦
化することにより層間絶縁膜23を形成する。なお、層
間絶縁膜23は他の層間絶縁膜と区別するためにアルミ
配線下層の層間絶縁膜と呼称される。
【0117】次に、メモリセル部においてはセルプレー
ト電極22に達するようにアルミ配線コンタクトホール
24Aを、周辺回路部においては金属ビット線16に達
するように層間絶縁膜23および17を貫通するアルミ
配線コンタクトホール24Bを形成する。
【0118】次に、層間絶縁膜23の全面に渡ってアル
ミ配線形成用導体層を形成するのに伴って、アルミ配線
コンタクトホール24Aおよび24B内にもアルミ配線
形成用導体層を埋め込む。このとき、アルミ配線コンタ
クトホール24Aおよび24B内には埋め込み層32が
形成されることになる。なお、ここではアルミ配線コン
タクトホール24Aおよび24B内にアルミ配線形成用
導体層を埋め込む例を示したが、これはアルミに限られ
ず、金属など導体層であれば良い。
【0119】そして、写真製版およびエッチングの工程
を経て、メモリセル部および周辺回路部の層間絶縁膜2
3上にアルミ配線25を形成することで、円筒キャパシ
タセルを有するDRAM200を得ることができる。
【0120】<B−2.拡大コンタクト部の開口径の決
定条件について>以下に、図15(a)を用いて説明し
た拡大コンタクト部28の形成条件について図21およ
び図22を用いてさらに説明する。
【0121】図21は、最小デザインルールによりレイ
アウトされたメモリセル部において、ビット線とビット
線コンタクホールとの重ね合わせにずれが生じた場合を
模式的に表した図であり、並列する2本のビット線BL
1およびBL2が、ビット線コンタクホールCH1およ
びCH2上に形成された状態を示している。
【0122】図21に示すように、ビット線BL1およ
びBL2の線幅はFであり、両者の間隔もFとなってい
る。ビット線コンタクホールCH1およびCH2の半径
は共にRであり、その直径2Rはビット線BL1および
BL2の線幅Fと同じになるように設定されている。そ
して、図21においてはビット線BL1およびBL2が
長さDだけビット線コンタクホールCH1およびCH2
上からずれた状態が示されている。従って、ビット線B
L1およびBL2とビット線コンタクホールCH1およ
びCH2との接触面積が小さくなり、その分だけ接触抵
抗が増加することになる。この接触抵抗の増加分を補償
するため、ビット線コンタクホールCH1およびCH2
の開口半径をΔRだけ大きくして拡大コンタクト部CH
10およびCH20を形成し、その上にビット線BL1
およびBL2を形成した状態を図22に示す。
【0123】図22に示すように、拡大ビット線コンタ
クホールCH10およびCH20の半径は共にR+ΔR
であり、拡大ビット線コンタクホールCH10の中心
と、ビット線BL1の端縁部と拡大ビット線コンタクホ
ールCH10の円周との交点を結んだ線を斜辺とする直
角三角形の中心側の角度をαとする。なお、図22にお
いてはビット線コンタクホールCH1を破線で示してい
る。
【0124】拡大コンタクト部の開口径の決定条件とし
ては、図22に示した拡大ビット線コンタクホールとビ
ット線の重なり部分の面積が、拡大前のビット線コンタ
クホールの面積よりも大きいことが挙げられ、これを図
21および図22に示す諸量を用いて数式化した結果を
数式(5)および(6)に示す。
【0125】
【数5】
【0126】
【数6】
【0127】数式(5)および(6)においてはビット
線コンタクホールの半径Rをビット線の線幅Fの半分と
している。また、数式(6)が成り立つためにはD<F
/2である必要がある。
【0128】このような数式(5)および(6)を満た
すように開口半径の増加分ΔRを設定することで、ビッ
ト線がビット線コンタクホール上からずれた場合であっ
ても接触抵抗の増加を抑制することができる。
【0129】なお、ビット線コンタクトホールの開口半
径の拡大は、隣接するビット線コンタクトホールとショ
ートしない程度に抑える必要があり、その条件は図21
および図22に示す諸量を用いるとD+ΔR<Fとな
る。
【0130】<B−3.特徴的作用効果>本発明に係る
実施の形態2によれば、図15(a)を用いて説明した
ように、リセスポリシリコンプラグ27を形成した後、
層間絶縁膜11のウエットエッチングを行い、ビット線
コンタクトホール12の開口径を拡大して拡大コンタク
ト部28を形成し、金属ビット線16の形成の際にビッ
ト線形成用材料で、拡大コンタクト部28を埋め込むの
で、金属ビット線16の重ね合わせずれが生じた場合で
あっても接触抵抗の増加を抑制することができる。
【0131】
【発明の効果】本発明に係る請求項1記載の半導体装置
によれば、その他方端が第1のコンタクトホール内に奥
まって位置するように配設された導体のリセスプラグ
に、配線層とほぼ同じ材質で構成された第1の埋め込み
層を接続することで配線層とリセスプラグとを電気的に
接続するので、例えば、リセスプラグを半導体基板と同
等の物理的性質を有する材質で構成し、配線層および第
1の埋め込み層を電気伝導性の良好な材質で構成するこ
とで、半導体基板には物理的なストレスが加わらず、か
つ半導体基板と配線層との間の電気抵抗を低減すること
ができる。
【0132】本発明に係る請求項2記載の半導体装置に
よれば、第1のコンタクトホールの層間絶縁膜の主面か
らリセスプラグの他方端までの部分の開口径が、リセス
プラグが埋め込まれた部分の開口径よりも広くなってい
るので、製造過程において配線層を形成する際に、配線
層の重ね合わせ、すなわちレジストパターンの重ね合わ
せにずれが生じた場合であっても、開口径の拡大による
配線層と第1の埋め込み層との接触面積の増加分が、重
ね合わせずれによる配線層と第1の埋め込み層との接触
面積の減少分以上となるように開口径を拡大すれば、配
線層と第1の埋め込み層の接触抵抗が増加することを抑
制できる。
【0133】本発明に係る請求項3記載の半導体装置に
よれば、リセスプラグをポリシリコンで構成するので、
半導体基板がシリコン基板で構成されている場合に、リ
セスプラグが半導体基板と同等の物理的性質を有するこ
とにり、半導体基板には物理的なストレスが加わらず、
また、配線層および第1および第2の埋め込み層を金属
で構成するので半導体基板と配線層との間の電気抵抗を
低減することができる。
【0134】本発明に係る請求項4記載の半導体装置に
よれば、レイアウト的に厳しい条件で設計されるデータ
保持部においてリセスプラグをポリシリコンで構成する
ことにより、半導体基板に物理的なストレスが加わるこ
とを極力防止でき、また、レイアウト的に比較的緩やか
な条件で設計され、物理的なストレスが加わりにくい周
辺回路部においては、第2の埋め込み層を金属で構成す
ることにより、半導体基板と配線層との間の電気抵抗を
低減することができる。
【0135】本発明に係る請求項5記載の半導体装置の
製造方法によれば、配線層を形成する前には、第1のコ
ンタクトホール内にリセスプラグの他方端と第1のコン
タクトホールの側面とで規定される空間が形成されるこ
とになり、例えば、第2のコンタクトホールの形成後
に、その底部の自然酸化膜をエッチングにより除去する
際に、層間絶縁膜が併せて除去されてもリセスプラグが
突出することが防止される。従って、配線層の形成にお
いてレジストパターンの重ね合わせにずれが生じても、
配線層の形成材料が突出したプラグの端縁部にサイドウ
ォール状に残渣として残るということがなく、それが剥
がれて、パーティクル発生の原因となるという問題を防
止できる。また、配線層の形成とともに第2のコンタク
トホールに第2の埋め込み層を埋め込むので、第2のコ
ンタクトホール内に配線層の形成とは別の工程で第2の
コンタクトホール専用のプラグを埋め込む場合に必要で
あったCMP工程が不要となるので、CMPに起因して
第1の回路部と第2の回路部とで平坦化プロセスで許容
される段差を越える段差が生じることが防止され、両者
の段差が写真製版による配線層形成時のフォーカスマー
ジンを越えて、配線層形成が困難になるという問題が発
生しなくなる。
【0136】本発明に係る請求項6記載の半導体装置の
製造方法によれば、第1のコンタクトホールの層間絶縁
膜の主面からリセスプラグの他方端までの部分の開口径
を、リセスプラグが埋め込まれた部分の開口径よりも広
くできるので、配線層を形成する際に、配線層の重ね合
わせ、すなわちレジストパターンの重ね合わせにずれが
生じた場合であっても、開口径の拡大による配線層と第
1の埋め込み層との接触面積の増加分が、重ね合わせず
れによる配線層と第1の埋め込み層との接触面積の減少
分以上となるように開口径を拡大すれば、配線層と第1
の埋め込み層の接触抵抗が増加することを抑制した半導
体装置を得ることができる。
【0137】本発明に係る請求項7記載の半導体装置の
製造方法によれば、リセスプラグがポリシリコンで構成
されるので、半導体基板がシリコン基板で構成されてい
る場合に、リセスプラグが半導体基板と同等の物理的性
質を有することになり、半導体基板には物理的なストレ
スが加わらず、また、配線層および第1および第2の埋
め込み層が金属で構成されるので、半導体基板と配線層
との間の電気抵抗を低減した半導体装置を得ることがで
きる。
【0138】本発明に係る請求項8記載の半導体装置の
製造方法によれば、層間絶縁膜に対するプラグのエッチ
ング選択比が5〜20となるエッチング条件でプラグを
エッチングすることにより、リセスプラグを構造的にも
プロセス的にも安定して形成することができる。
【0139】本発明に係る請求項9記載の半導体装置の
製造方法によれば、プラグの他方端が、第1のコンタク
トホールの深さの約半分に達するまでエッチングするこ
とで、構造的に安定したリセスプラグを得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る実施の形態1の製造工程を説明
する断面図である。
【図2】 本発明に係る実施の形態1の製造工程を説明
する断面図である。
【図3】 本発明に係る実施の形態1の製造工程を説明
する断面図である。
【図4】 本発明に係る実施の形態1の製造工程を説明
する断面図である。
【図5】 本発明に係る実施の形態1の製造工程を説明
する断面図である。
【図6】 本発明に係る実施の形態1の製造工程を説明
する断面図である。
【図7】 本発明に係る実施の形態1の製造工程を説明
する断面図である。
【図8】 本発明に係る実施の形態1の製造工程を説明
する断面図である。
【図9】 本発明に係る実施の形態1の製造工程を説明
する断面図である。
【図10】 本発明に係る実施の形態1の製造工程を説
明する断面図である。
【図11】 本発明に係る実施の形態1の構成を説明す
る部分平面図である。
【図12】 リセスポリシリコンプラグの形成条件を説
明する図である。
【図13】 リセスポリシリコンプラグの形成条件を説
明する図である。
【図14】 リセスポリシリコンプラグの形成条件を説
明する図である。
【図15】 本発明に係る実施の形態2の製造工程を説
明する断面図である。
【図16】 本発明に係る実施の形態2の製造工程を説
明する断面図である。
【図17】 本発明に係る実施の形態2の製造工程を説
明する断面図である。
【図18】 本発明に係る実施の形態2の製造工程を説
明する断面図である。
【図19】 本発明に係る実施の形態2の製造工程を説
明する断面図である。
【図20】 本発明に係る実施の形態2の製造工程を説
明する断面図である。
【図21】 拡大コンタクト部の開口径の決定条件を説
明する図である。
【図22】 拡大コンタクト部の開口径の決定条件を説
明する図である。
【図23】 従来の半導体装置の製造工程を説明する断
面図である。
【図24】 従来の半導体装置の製造工程を説明する断
面図である。
【図25】 従来の半導体装置の製造工程を説明する断
面図である。
【図26】 従来の半導体装置の製造工程を説明する断
面図である。
【図27】 従来の半導体装置の製造工程を説明する断
面図である。
【図28】 従来の半導体装置の製造工程を説明する断
面図である。
【図29】 従来の半導体装置の製造工程を説明する断
面図である。
【図30】 従来の半導体装置の製造工程を説明する断
面図である。
【図31】 従来の半導体装置の製造工程を説明する断
面図である。
【図32】 従来の半導体装置の製造工程を説明する断
面図である。
【図33】 従来の半導体装置の問題点を説明する図で
ある。
【図34】 従来の半導体装置の問題点を説明する図で
ある。
【図35】 従来の半導体装置の問題点を説明する図で
ある。
【符号の説明】
11 層間絶縁膜、12,14 コンタクトホール、1
6 金属ビット線、16A,16B 埋め込み層、27
リセスポリシリコンプラグ、28 拡大コンタクト
部。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成され、それぞれ構成
    の異なる第1および第2の回路部を備えた半導体装置で
    あって、 前記第1の回路部は、 前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜の第1の部分
    を貫通して形成された第1のコンタクトホールと、 一方端が前記半導体基板に電気的に接続され、他方端が
    前記第1のコンタクトホール内に奥まって位置するよう
    に配設された導体のリセスプラグと、 前記第1の層間絶縁膜の第1の部分上に形成された配線
    層とほぼ同じ材質で構成され、前記配線層と前記リセス
    プラグとを電気的に接続するように、前記第1のコンタ
    クトホール内に埋め込まれた第1の埋め込み層とを備
    え、 前記第2の回路部は、 前記半導体基板上に形成された前記層間絶縁膜の第2の
    部分を貫通して形成された第2のコンタクトホールと、 前記第1の層間絶縁膜の第2の部分上に形成された前記
    配線層とほぼ同じ材質で構成され、前記配線層と前記半
    導体基板とを電気的に接続するように、前記第2のコン
    タクトホール内に埋め込まれた第2の埋め込み層と、を
    備える半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1のコンタクトホールは、 前記層間絶縁膜の主面から前記リセスプラグの他方端ま
    での部分の開口径が、前記リセスプラグが埋め込まれた
    部分の開口径よりも広くなった拡大コンタクト部を有す
    る、請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記リセスプラグはポリシリコンを材料
    として構成され、 前記配線層および前記第1および第2の埋め込み層は金
    属を材料として構成される、請求項1または請求項2記
    載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の回路部は、 キャパシタに電荷を蓄積することでデータを保持するデ
    ータ保持部であって、 前記第2の回路部は、 前記データ保持部に連動して動作する周辺回路部であ
    る、請求項3記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 半導体基板上に形成され、それぞれ構成
    の異なる第1および第2の回路部を備えた半導体装置の
    製造方法であって、 (a)前記半導体基板上の前記第1および第2の回路部と
    なる部分に対応させて、層間絶縁膜の第1の部分および
    第2の部分を形成する工程と、 (b)前記層間絶縁膜の第1の部分を貫通して前記半導体
    基板上に達する第1のコンタクトホールを形成する工程
    と、 (c)第1のコンタクトホールを埋め込んで、その一方端
    が前記半導体基板に電気的に接続されるように導体のプ
    ラグを形成する工程と、 (d)その他方端が前記第1のコンタクトホール内に奥ま
    って位置するまで前記プラグをエッチングして、リセス
    プラグを形成する工程と、 (e)前記層間絶縁膜の第2の部分を貫通して前記半導体
    基板上に達する第2のコンタクトホールを形成する工程
    と、 (f)前記層間絶縁膜の第1および第2の部分上に配線層
    を形成するのに伴って、 前記第1のコンタクトホール内に、前記配線層と前記リ
    セスプラグとを電気的に接続するように前記配線層とほ
    ぼ同じ材質の第1の埋め込み層を形成し、 前記第2のコンタクトホール内に、前記配線層と前記半
    導体基板とを電気的に接続するように前記配線層とほぼ
    同じ材質の第2の埋め込み層を形成する工程と、を備え
    る半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記工程(e)に先だって、 前記第1のコンタクトホールの前記層間絶縁膜の主面か
    ら前記リセスプラグの他方端までの部分の開口径を、ウ
    エットエッチングにより前記リセスプラグが埋め込まれ
    た部分の開口径よりも広くして拡大コンタクト部を形成
    する工程をさらに備える、請求項5記載の半導体装置の
    製造方法。
  7. 【請求項7】 前記工程(c)は、 ポリシリコンを材料として前記プラグを形成する工程を
    含み、 前記工程(f)は、 金属を材料として前記配線層および前記第1および第2
    の埋め込み層を形成する工程を含む、請求項5または請
    求項6記載の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記工程(d)は、 前記層間絶縁膜に対する前記プラグのエッチング選択比
    が5〜20となるエッチング条件で前記プラグをエッチ
    ングする工程を含む、請求項5または請求項6記載の半
    導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記工程(d)は、 前記他方端が、前記第1のコンタクトホールの深さの半
    分以下に達するまで、前記プラグをエッチングする工程
    を含む、請求項8記載の半導体装置の製造方法。
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