JP2000236076A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2000236076A JP11036544A JP3654499A JP2000236076A JP 2000236076 A JP2000236076 A JP 2000236076A JP 11036544 A JP11036544 A JP 11036544A JP 3654499 A JP3654499 A JP 3654499A JP 2000236076 A JP2000236076 A JP 2000236076A
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insulating film
polysilicon
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Shinya Iwasa
晋也 岩佐
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリサイド反応時に、ポリシリコン配線に発
生し易いボイドを抑制してコンタクト抵抗の低減及び安
定化を図る。 【解決手段】 開示されている半導体装置は、キャパシ
タ15の上部電極18を覆う第4の層間絶縁膜21に上
部電極18の一部を露出するようにコンタクト孔22が
形成され、このコンタクト孔22の下方には溝13内に
形成された容量絶縁膜17によって覆われている溝14
がコンタクト孔22より幅が広く形成されて、この溝1
4内には上部電極18を構成するポリシリコン膜18A
が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置及び
その製造方法に係り、詳しくは、配線のコンタクト抵抗
の低減及び安定化を図る半導体装置及びその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の代表として知られているL
SI(大規模集積回路)は、メモリ製品とロジック製品
とに大別されるが、最近の半導体製造技術の進歩につれ
て、特に前者における発展がめざましい。また、メモリ
製品は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)と、
SRAM(Static Random Access Memory)とに分類さ
れるが、これらのメモリ製品はほとんどが、集積度の点
で優れているMOS(Metal Oxide Semiconductor)トラ
ンジスタによって構成されている。また、DRAMはS
RAMに比較して上述したような高集積化の利点をより
大きく生かせるため、コストダウンが図れるので、情報
機器等の各種の記憶装置に広く適用されている。
【0003】DRAMからなる半導体装置はキャパシタ
を情報記憶用容量素子として利用して、その電荷の有無
により情報を記憶するが、素子の微細化につれて半導体
基板上に形成される個々のキャパシタの占有面積は制約
されてくる。したがって、それぞれのキャパシタのキャ
パシタンス(容量)を増加させる工夫が必要になる。も
しキャパシタの容量が情報を記憶するのに十分な値を有
していないと、外部からのノイズ信号等により容易に誤
動作するようになるので、ソフトエラーで代表されるよ
うなエラーが生じ易くなる。
【0004】上述のように制約された面積内で容量の増
加を図るようにしたキャパシタの構造の一種として、内
壁型シリンダ構造が知られている。図8は、そのような
内壁型シリンダ構造のキャパシタを備えた従来の半導体
装置(第1の従来例)を示す断面図である。同半導体装置
は、同図に示すように、フィールド酸化膜からなる素子
分離用絶縁膜52により囲まれた、例えばP型シリコン
基板51の活性領域に選択的にソース領域又はドレイン
領域を構成するN型拡散領域53が形成され、各領域5
3間にはゲート酸化膜54を介してゲート電極55が設
けられて、各ゲート電極55は第1の層間絶縁膜56に
より覆われている。全面を覆うように第2の層間絶縁膜
57が形成されて、一つの拡散領域53には第2の層間
絶縁膜57に埋め込まれるようにビットコンタクト58
が接続されるとともに、他の拡散領域53には第1の層
間絶縁膜57に形成されたコンタクト孔59に埋め込ま
れるように導電プラグ60が接続されている。
【0005】全面を覆うように第3の層間絶縁膜61が
形成されて、この第3の層間絶縁膜61には導電プラグ
60を露出するようにコンタクト孔62が形成されて、
各プラグ62には内壁型シリンダ構造のキャパシタ65
が接続されている。このキャパシタ65は、コンタクト
孔62の内壁及び底面に設けられて導電プラグ60に接
続された下部電極(ストレージ電極)66と、この下部
電極66及び第3の層間絶縁膜61を覆うように設けら
れた容量絶縁膜67と、この容量絶縁膜67を覆うよう
に設けられた上部電極68とから構成されている。ここ
で、導電プラグ60、下部電極66及び上部電極68は
例えばポリシリコン膜が用いられている。また、容量絶
縁膜67は、ONO(Oxide-Nitride-Oxide)膜、ON
膜等の周 知の絶縁膜が用いられている。
【0006】全面を覆うように第4の層間絶縁膜71が
形成されて、この第4の層間絶縁膜71にはキャパシタ
65の上部電極68を露出するようにコンタクト孔72
が形成されて、上部電極68にはバリア金属膜73を介
して、導電プラグ78及びアルミニウム膜からなる上部
配線(コンタクト)76が接続される。この上部電極7
6は周辺回路等に接続される。また、上部配線76は窒
化チタン(TiN)膜からなる反射防止膜77で覆われ
ている。この反射防止膜77は、上部配線76を形成す
るためにアルミニウム膜のパターニングを行うときに生
ずる光の乱反射を防止するために用いられている。
【0007】ここで、バリア金属膜73は、下層膜がチ
タン膜74、上層膜が窒化チタン膜75である積層膜か
らなり、拡散領域53にコンタクトを形成した場合に、
水素アロイ時の熱処理により、上部配線76を構成する
アルミニウムが拡散領域53を突き抜けてシリコン基板
51に到達するのを防止している。また、バリア金属膜
73の下層膜を構成するチタン膜74は、拡散領域53
にコンタクトを形成した場合に、拡散領域(特にP型拡
散領域)とのコンタクト抵抗を安定して低く抑えるため
に形成されている。
【0008】ところで、上述の半導体装置では、キャパ
シタ65を構成する上部電極68にバリア金属膜73を
介してコンタクトを接続する場合、第4の層間絶縁膜7
1に予めコンタクト孔72を形成してこのコンタクト孔
72にバリア金属膜73を成膜することが行われるが、
このコンタクト孔72の形成及びバリア金属膜73の成
膜工程は、電気的接続を必要とする他の領域に対しても
同時に行われる。例えば、シリコン基板51の拡散領域
53や、ゲート電極55に電気的接続を必要とする場合
には、これらの領域へ電気的接続を行うためのコンタク
ト孔の形成及びバリア金属膜の成膜工程が同時に行われ
る。
【0009】しかしながら、この場合拡散領域53やゲ
ート電極55上の厚い層間絶縁膜に形成されるコンタク
ト孔の深さに比較して、上述のコンタクト孔72の深さ
は必然的に浅く形成されるため、各コンタクト孔に同時
にバリア金属膜を成膜すると最も浅い上部電極68に形
成されたコンタクト孔72に最も厚くバリア金属膜が成
膜されるようになる。一方、このコンタクト孔72に対
するバリア金属膜の膜厚が薄くなるように成膜すると、
最も深い拡散領域53に形成されたコンタクト孔に対す
るバリア金属膜の膜厚が薄くなってしまい、バリア金属
膜の下層膜を構成するチタン膜も極めて薄くなり、上述
したコンタクト抵抗を安定して低く抑える効果が薄くな
るので、コンタクト孔に形成されたコンタクトのコンタ
クト抵抗が増加するという不都合が生ずる。したがっ
て、そのような不都合をなくすにはキャパシタ65の上
部電極68にバリア金属膜73が相対的に厚く成膜され
るのは避けられない。このように成膜されたバリア金属
膜73は、この後の熱処理(アニール処理)工程におい
て、バリア金属膜73を構成しているチタンと下地の上
部電極68を構成しているポリシリコン膜とが反応して
(シリサイド反応)、チタンシリサイド(TiSi
が形成されることになる。このチタンシリサイドはコン
タクト抵抗の低減及び安定化を図るように働く。
【0010】図10は、他の例による内壁型シリンダ構
造のキャパシタを備えた従来の半導体装置(第2の従来
例)を示す断面図である。同半導体装置は、同図に示す
ように、予めゲート電極55と同時に形成したポリシリ
コン膜等からなる導電膜(突き抜け防止膜)79を第1
の層間絶縁膜56に設けておいて、キャパシタ65を形
成した後に、上部電極68を貫通して導電膜79に達す
るコンタクト孔80を形成して、このコンタクト孔80
にバリア金属膜73を成膜するようにしたものである。
キャパシタ65の上部電極68とバリア金属膜73との
接続は、バリア金属膜73の側面の一部分で行われるこ
とになる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記第1の
従来例による半導体装置では、キャパシタの上部電極に
形成されたコンタクトにおいて、キャパシタの上部電極
を構成しているポリシリコンの膜厚と比較してバリア金
属を構成しているチタンのそれが厚いため、シリサイド
反応時にポリシリコンの供給量が不足して上部電極の一
部にボイド(空孔)が発生し易くなって、上部電極にバ
リア金属膜を介して接続する配線のコンタクト抵抗が増
加すると共に不安定になる、という問題がある。
【0012】すなわち、前述したように、キャパシタ6
5の上部電極68にはバリア金属膜73が相対的に厚く
成膜されているので、図9(a)に示すように、シリサ
イド反応を促進するチタンの供給量が多く、しかもポリ
シリコンの膜厚は薄いため、シリサイド反応時にポリシ
リコンは供給不足になる。そして、ポリシリコンの膜厚
方向の成分が完全になくなると、シリサイド反応は図9
(b)に示すように、ポリシリコンの横方向(矢印方
向)に進むことになる。ここで、ポリシリコンの供給が
シリサイド反応に追いつかなくなると、ポリシリコンの
一部にボイド81が発生するようになる。そして、最悪
の場合には配線に導通不良が生ずるようになる。
【0013】ここで、ボイドの発生は、(チタンシリサ
イド/シリコン界面)とチタンとの面積比に依存すると
考えられ、(チタンの面積)≫((チタンシリサイド/
シリコン界面)の面積)の関係になると、発生し易くな
る。したがって、上部電極68を構成するポリシリコン
の膜厚に対して、バリア金属膜73を構成するチタンの
それが厚くなるほど、ボイドが発生し易くなる。
【0014】一方、上記第2の従来例による半導体装置
では、上記第1の従来例のように(チタンの面積)≫
((チタンシリサイド/シリコン界面)の面積)の関係
にはならないため、ボイドの発生は避けることができる
ものの、層間絶縁膜の深い位置に導電膜79を設けてい
るので、この導電膜79の存在が邪魔になってレイアウ
ト的に制約を受ける、という問題がある。
【0015】すなわち、上記第2の従来例では、導電膜
79が存在していることでこの領域を通過させる配線等
の形成が不可能になるので、微細化されている構造では
そのようなレイアウト的制約は無視できなくなる。ま
た、この第2実施例では、バリア金属膜73の側面を利
用して上部電極68と接続しているので、微細化構造で
隣接している配線間の短絡防止を図るためのサイドウォ
ール絶縁膜の形成が不可能になるという問題もある。
【0016】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、シリサイド反応時に、ポリシリコン配線に発生
し易いボイドを抑制してコンタクト抵抗の低減及び安定
化を図ることができるようにした半導体装置及びその製
造方法を提供することを目的としている。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、半導体基板を覆う第1の絶
縁膜上に設けられた第1のポリシリコン膜を覆う第2の
絶縁膜に、上記ポリシリコン膜の一部を露出するように
第1のコンタクト孔が形成され、該コンタクト孔を通じ
て上記ポリシリコン膜に下層膜がチタンから構成される
バリア金属膜を介して配線が接続されてなる半導体装置
であって、上記第1のコンタクト孔の下方の上記第1の
絶縁膜に、上記第1のコンタクト孔の幅よりも広い溝が
設けられ、上記溝内に第2のポリシリコン膜が設けられ
たことを特徴としている。
【0018】請求項2記載の発明は、半導体基板を覆う
第1の絶縁膜上に設けられた第1のポリシリコン膜を覆
う第2の絶縁膜に、上記ポリシリコン膜の一部を露出す
るように第1のコンタクト孔が形成されると共に、上記
第1及び第2の絶縁膜を含む絶縁膜に上記第1のコンタ
クト孔と深さの異なる第2のコンタクト孔が上記半導体
基板の拡散領域に形成され、上記第1のコンタクト孔を
通じて上記ポリシリコン膜に下層膜がチタンから構成さ
れるバリア金属膜を介して配線が接続されてなる半導体
装置であって、上記第1のコンタクト孔の下方の上記第
1の絶縁膜に、上記第1のコンタクト孔の幅よりも広い
溝が設けられ、上記溝内に第2のポリシリコン膜が設け
られたことを特徴としている。
【0019】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の半導体装置に係り、上記第2のポリシリコン膜によ
って上記溝内に形成されるポリシリコン領域の膜厚が、
上記第1のコンタクト孔の底部の上記バリア金属膜の下
層膜のチタンのそれに対応して設定されることを特徴と
している。
【0020】請求項4記載の発明は、請求項3記載の半
導体装置に係り、上記第2のポリシリコン膜が、上記溝
内に完全に埋め込まれるように設けられたことを特徴と
している。
【0021】請求項5記載の発明は、請求項3記載の半
導体装置に係り、上記第2のポリシリコン膜が上記溝内
に完全に埋め込まれずに、かつ上記第1のコンタクト孔
が上記溝の底部に略達するように設けられたことを特徴
としている。
【0022】請求項6記載の発明は、請求項2記載の半
導体装置に係り、上記第1及び第2のコンタクト孔の側
壁に、サイドウォール絶縁膜が設けられたことを特徴と
している。
【0023】請求項7記載の発明は、半導体基板の一つ
の拡散領域に電気的に接続されるようにキャパシタが形
成され、該キャパシタは、上記半導体基板上の第1の絶
縁膜に形成された第2のコンタクト孔内に下部電極が、
該下部電極及び上記第1の絶縁膜上に容量絶縁膜が、該
容量絶縁膜上にポリシリコンからなる上部電極がそれぞ
れ設けられ、上記上部電極を覆う第2の絶縁膜に上記上
部電極の一部を露出するように第1のコンタクト孔が形
成され、該第1のコンタクト孔を通じて上記上部電極に
下層膜がチタンから構成されるバリア金属膜を介して配
線が接続されてなる半導体装置であって、上記第1のコ
ンタクト孔の下方の上記第1の絶縁膜に、上記第1のコ
ンタクト孔の幅よりも広い溝が設けられ、上記溝内にダ
ミーキャパシタを構成するポリシリコン膜が設けられた
ことを特徴としている。
【0024】請求項8記載の発明は、請求項7記載の半
導体装置に係り、上記半導体基板を覆う上記第1及び第
2の絶縁膜を含む絶縁膜に、上記第1のコンタクト孔と
深さの異なる第3のコンタクト孔が上記半導体基板の拡
散領域に設けられたことを特徴としている。
【0025】請求項9記載の発明は、請求項7又は8記
載の半導体装置に係り、上記ポリシリコン膜によって上
記溝内に形成されるポリシリコン領域の膜厚が、上記第
1のコンタクト孔の底部の上記バリア金属膜の下層膜の
チタンのそれに対応して設定されることを特徴としてい
る。
【0026】請求項10記載の発明は、請求項9記載の
半導体装置に係り、上記のポリシリコン膜が、上記溝内
に完全に埋め込まれるように設けられたことを特徴とし
ている。
【0027】請求項11記載の発明は、請求項9記載の
半導体装置に係り、上記ポリシリコン膜が上記溝内に完
全に埋め込まれずに、かつ上記第1のコンタクト孔が上
記溝の底部に略達するように設けられたことを特徴とし
ている。
【0028】請求項12記載の発明は、請求項8記載の
半導体装置に係り、上記第1及び第3のコンタクト孔の
側壁に、サイドウォール絶縁膜が設けられたことを特徴
としている。
【0029】請求項13記載の発明は、半導体基板に拡
散領域を形成した後に、該拡散領域に導電プラグを接続
してメモリセル選択用トランジスタを形成するトランジ
スタ形成工程と、上記導電プラグを覆うように第1の絶
縁膜を形成した後に、上記導電プラグを露出するように
上記第1の絶縁膜に第2のコンタクト孔を形成すると同
時に、上記プラグを露出しないように溝を形成する絶縁
膜パターニング工程と、上記第2のコンタクト孔及び上
記溝内に同時に導電膜を形成して、それぞれキャパシタ
の下部電極及びダミーキャパシタの下部電極を構成する
下部電極形成工程と、上記両下部電極を覆うように容量
絶縁膜を形成した後に、該容量絶縁膜上にポリシリコン
からなる上部電極を形成してキャパシタ及びダミーキャ
パシタを形成するキャパシタ形成工程と、上記キャパシ
タの上部電極を覆うように第2の絶縁膜を形成した後
に、上記ダミーキャパシタの上部電極を露出するよう
に、上記第2の絶縁膜に上記溝内に形成される上記容量
絶縁膜によって覆われている第2の溝より幅の狭い第1
のコンタクト孔を形成すると同時に、上記第1及び第2
の絶縁膜を含む絶縁膜に上記第1のコンタクト孔と深さ
の異なる第3のコンタクト孔を上記拡散領域に形成する
コンタクト孔形成工程と、上記上部電極を構成するポリ
シリコンによって上記溝内に形成されるポリシリコン領
域の膜厚に対応した膜厚のチタンが上記第1のコンタク
ト孔の底部に形成されるように、下層膜がチタンから構
成されるバリア金属膜を形成するバリア金属膜形成工程
と、上記バリア金属膜の下層膜のチタンと上記上部電極
のポリシリコンとを反応させる熱処理工程とを含むこと
を特徴としている。
【0030】請求項14記載の発明は、請求項13記載
の半導体装置の製造方法に係り、上記キャパシタ形成工
程において、上記上部電極を構成するポリシリコンを上
記溝内に完全に埋め込むように形成することを特徴とし
ている。
【0031】請求項15記載の発明は、請求項13記載
の半導体装置の製造方法に係り、上記キャパシタ形成工
程において、上記上部電極を構成するポリシリコンを上
記溝内に完全に埋め込まないように、かつ上記第1のコ
ンタクト孔を上記溝の底部に略達するように形成するこ
とを特徴としている。
【0032】請求項16記載の発明は、請求項13、1
4又は15記載の半導体装置の製造方法に係り、上記コ
ンタクト孔形成工程の後に、上記第1及び第3の側壁に
サイドウォール絶縁膜を形成するサイドウォール絶縁膜
形成工程を含むことを特徴としている。
【0033】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は実施例を用いて
具体的に行う。 ◇第1実施例 図1は、この発明の第1実施例である半導体装置の構成
を示す平面図、図2は図1のA−A矢視断面図、また、
図3乃至図5は同半導体装置の製造方法を工程順に示す
工程図である。この例の半導体装置は、図1及び図2に
示すように、膜厚が200〜300nmのフィールド酸
化膜からなる素子分離用絶縁膜2により囲まれた、例え
ばP型シリコン基板1の活性領域に選択的にソース領域
又はドレイン領域を構成するN型拡散領域3が形成さ
れ、各領域3間には膜厚が8〜15nmの酸化シリコン
膜からなるゲート酸化膜4を介して膜厚が200〜30
0nmのポリシリコン膜からなるゲート電極5が設けら
れて、各ゲート電極5は膜厚が100〜150nmの酸
化シリコン膜からなる第1の層間絶縁膜6により覆われ
ている。一つの拡散領域3にはポリシリコン膜からなる
ビットコンタクト8が接続され、このビットコンタクト
8にはビット線30が接続されて、このビット線30を
埋め込むように全面に膜厚が400〜500nmのBP
SG(Boro-Phospho Silicate Glass)膜からなる第2の
層間絶縁膜7が形成され、この第2の層間絶縁膜7には
コンタクト孔9が形成されて、このコンタクト孔9には
導電プラグ9が埋め込まれて他の拡散領域3に接続され
ている。
【0034】全面を覆うように膜厚が0.8〜1.5μ
mの酸化シリコン膜又はBPSG膜からなる第3の層間
絶縁膜11が形成されて、この第3の層間絶縁膜11に
は幅が0.5〜1.0μmで、深さが0.6〜1.1μ
mのコンタクト孔12が導電プラグ10を露出するよう
に形成されて、各プラグ10には内壁型シリンダ構造の
キャパシタ15が接続されている。このキャパシタ15
は、コンタクト孔12の内壁及び底面に設けられて導電
プラグ10に接続された膜厚が0.05〜0.1μmの
ポリシリコン膜からなる下部電極16と、この下部電極
16及び第3の層間絶縁膜11を覆うように設けられた
膜厚が6〜8nmのONO、ON膜等からなる容量絶縁
膜17と、この容量絶縁膜17を覆うように設けられた
膜厚が0.15〜0.3μmのポリシリコン膜からなる
上部電極18とから構成されている。
【0035】第3の層間絶縁膜11には、コンタクト孔
12に隣接してこのコンタクト孔12と略同じ深さの溝
13が形成されて、この溝13にはダミーキャパシタ1
9が形成されている。すなわち、溝13にはキャパシタ
15の下部電極16と同時に、それと同一導電材料であ
る膜厚が0.05〜0.1μmのポリシリコン膜20が
形成されて、このポリシリコン膜20上までそれぞれ延
長して形成された容量絶縁膜17及び上部電極18によ
り、導電プラグ10に接続されないダミーキャパシタ1
9を構成している。このダミーキャパシタ19は、後述
するように、導電プラグ10に接続された本来のキャパ
シタ15の上部電極18にバリア金属膜23を介して配
線を接続するとき、上部電極18に発生し易いボイドを
抑制するように働く。
【0036】全面を覆うように膜厚が0.35〜0.5
5μmの酸化シリコン膜又はBPSG膜からなる第4の
層間絶縁膜21が形成されて、この第4の層間絶縁膜2
1にはキャパシタ15の上部電極18を露出するように
幅が0.35〜0.55μmで、深さが0.3〜0.6
μmのコンタクト孔22が形成されている。このコンタ
クト孔22は、上述の溝13の上方に形成されて、その
幅は溝13内に形成される容量絶縁膜17により覆われ
ている溝14のそれよりも狭く設定されている。これ
は、上述したように上部電極18に発生し易いボイドを
抑制して、コンタクト抵抗の低減及び安定化を図るため
である。
【0037】また、半導体基板1上の層間絶縁膜の他の
位置にも、拡散領域3に電気的接続を行うためのコンタ
クト孔31、ゲート電極5に電気的接続を行うためのコ
ンタクト孔32が形成されている。コンタクト孔31
は、拡散領域3を露出するために第4の層間絶縁膜2
1、第3の層間絶縁膜11、第2の層間絶縁膜7及び第
1の層間絶縁膜6を貫通して形成されている。コンタク
ト孔32は、第4の層間絶縁膜21、第3の層間絶縁膜
11、第2の層間絶縁膜7及び第1の層間絶縁膜6を貫
通して、ゲート電極5に到達するように形成されてい
る。これらコンタクト孔31、32は、上述のコンタク
ト孔22と同時に形成される。したがって、層間絶縁膜
の総膜厚が最も大きい位置のコンタクト孔31が最も深
く形成され、層間絶縁膜の総膜厚が最も小さい位置のコ
ンタクト孔22が最も浅く形成されることになる。
【0038】コンタクト孔22を通じて上部電極18に
は膜厚が80〜150nmのチタン膜24と、膜厚が7
0〜150nmの窒化チタン膜24との積層膜からなる
バリア金属膜23を介して、タングステンからなる導電
プラグ43及び膜厚が250〜450nmのアルミニウ
ム膜からなる配線26が接続されている。配線26は膜
厚が25〜30nmの窒化チタン膜からなる反射防止膜
27で覆われている。同様にして、上述したコンタクト
孔31、32にもそれぞれバリア金属膜33、34を介
してタングステンからなる導電プラグ43、配線35、
36、反射防止膜37、38が設けられている。
【0039】ここで、上部電極18を構成しているポリ
シリコンの膜厚は、バリア金属膜23として上部電極1
8に接するチタン膜24のコンタクト孔22の底部の膜
厚に対応した値に設計され、チタン膜24と上部電極1
8を構成しているポリシリコン膜とのシリサイド反応時
に、ポリシリコンが不足しないように考慮されている。
具体的には、ダミーキャパシタ19が形成される溝13
内には上部電極18を構成するポリシリコン膜18Aが
十分な膜厚で埋め込まれているので、チタンとポリシリ
コンとのシリサイド反応時にポリシリコンが不足するこ
とはなくなる。それゆえ、上部電極18に発生し易いボ
イドを抑制できるようになる。また、ダミーキャパシタ
19が形成される溝13内に形成される容量絶縁膜12
に覆われている溝14の幅をコンタクト孔22の幅より
大きくしているので、コンタクト孔22がオーバーエッ
チングにより容量絶縁膜12の高さ位置に達しても、第
3の層間絶縁膜11上の上部電極18と溝14内に形成
されたポリシリコン領域18Aとが分断されることがな
いため、配線の導通不良が防止され、上部電極18に発
生し易いボイドを抑制する効果がオーバーエッチングが
行われない場合と同様に得られる。
【0040】次に、図3〜図5を参照して、同半導体装
置の製造方法について工程順に説明する。まず、図3
(a)に示すように、例えばP型シリコン基板1に、周
知のLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法によ
り、膜厚が200〜300nmのフィールド酸化膜から
なる素子分離用絶縁膜2を形成した後、この素子分離用
絶縁膜2により囲まれた活性領域に、熱酸化法により膜
厚が8〜15nmの酸化シリコン膜からなるゲート酸化
膜4を形成し、続いてこのゲート酸化膜4上にCVD
(Chemical Vapor Deposition)法により膜厚が200
〜300nmのポリシリコン膜を形成した後、フォトリ
ソグラフィ法によりパターニングしてゲート電極5を形
成する。次に、ゲート酸化膜4及びゲート電極5をマス
クとするセルフアラインにより、イオン注入法等の周知
の不純物導入方法によりN型不純物をシリコン基板1に
導入して、ソース領域又はドレイン領域を構成するN型
拡散領域3を形成する。
【0041】次に、CVD法により、膜厚が100〜1
50nmの酸化シリコン膜からなる第1の層間絶縁膜6
を形成してゲート酸化膜4及びゲート電極5を覆った
後、CVD法により、ポリシリコン膜を形成して一つの
拡散領域3にビットコンタクト8を接続し、続いてこの
ビットコンタクト8にビット線30を接続する。次に、
CVD法により、全面に膜厚が400〜500nmのB
PSGからなる第2の層間絶縁膜7を形成した後、フォ
トリソグラフィ法によりパターニングして第2の層間絶
縁膜7にコンタクト孔9を形成した後、このコンタクト
孔9にポリシリコン膜からなる導電プラグ10を埋め込
んで他の拡散領域3に接続する。以上により、半導体記
憶装置のメモリセル選択用トランジスタを形成する。
【0042】次に、図3(b)に示すように、CVD法
により、全面に膜厚が0.8〜1.5μmの酸化シリコ
ン膜又はBPSG膜からなる第3の層間絶縁膜11を形
成した後、フォトリソグラフィ法によりパターニングし
て、第3の層間絶縁膜11に導電プラグ10を露出する
ように、幅が0.5〜1.0μmで、深さが0.6〜
1.1μmのコンタクト孔12を形成する。これと同時
に、コンタクト孔12に隣接する位置に導電プラグ10
を露出させないように、コンタクト孔12と略同じ深さ
の溝13を形成する。コンタクト孔12はキャパシタを
形成するために、溝13はダミーキャパシタを形成する
ために用いられる。
【0043】次に、図4(c)に示すように、CVD法
により、全面に膜厚が0.05〜0.1μmのポリシリ
コン膜を形成した後、フォトリソグラフィ法によりパタ
ーニングして、コンタクト孔12にキャパシタを構成す
る下部電極16を形成すると同時に、溝13にダミーキ
ャパシタの下部電極となる導電膜20を形成する。
【0044】次に、図4(d)に示すように、CVD法
により、膜厚が6〜8nmのONO、ON膜等からなる
容量絶縁膜17を形成した後、フォトリソグラフィ法に
より、コンタクト孔12及び溝13内の下部電極18及
び導電層20に跨るようにパターニングする。
【0045】次に、図5(e)に示すように、CVD法
により、膜厚が0.15〜0.3μmのポリシリコン膜
を形成した後、フォトリソグラフィ法によりパターニン
グして、容量絶縁膜17上に上部電極18を形成する。
以上により、コンタクト孔12にはキャパシタ15が形
成されるとともに、溝13にはダミーキャパシタ19が
形成される。
【0046】次に、図5(f)に示すように、CVD法
により、全面に膜厚が0.35〜0.55μmの酸化シ
リコン膜又はBPSG膜からなる第4の層間絶縁膜21
を形成した後、フォトリソグラフィ法によりキャパシタ
15の上部電極18を露出するように、幅が0.35〜
0.55μmで、深さが0.3〜0.6μmのコンタク
ト孔22を溝13の上方に形成する。同時に、半導体基
板1上の層間絶縁膜の他の位置である拡散領域3上及び
ゲート電極5上にも、それぞれコンタクト孔31、32
を形成する。次に、スパッタ法により、各コンタクト孔
22、31、32内に膜厚が80〜150nmのチタン
膜24と、膜厚が70〜150nmの窒化チタン膜24
との積層膜からなるバリア金属膜23、33、34を形
成する。次に、熱処理を施して、バリア金属膜のチタン
膜24と上部電極18のポリシリコンとを反応させて、
両者の界面にチタンシリサイドを形成する。このような
シリサイド反応時、溝13には上部電極18を構成して
いるポリシリコン膜18Aがコンタクト孔22の底部に
形成されるチタン膜24の膜厚に対して十分な膜厚で埋
め込まれているので、ポリシリコンが不足することはな
い。
【0047】次に、スパッタ法により、バリア金属膜2
3、33、34上にそれぞれタングステンからなる導電
プラグ43、及び膜厚が250〜450nmのアルミニ
ウム膜からなる配線26、35、36、及び膜厚が25
〜30nmの窒化チタン膜からなる反射防止膜27、3
7、38を順次に形成して、この例の半導体装置を完成
させる。
【0048】このように、この例の構成によれば、キャ
パシタ15の上部電極18を覆う第4の層間絶縁膜21
に上部電極18の一部を露出するようにコンタクト孔2
2が形成され、このコンタクト孔22の下方には溝13
内に形成された容量絶縁膜17によって覆われている溝
14がコンタクト孔22より幅が広く形成されて、この
溝14内には上部電極18を構成するポリシリコン膜1
8Aが設けられているので、上部電極18を構成するポ
リシリコンとバリア金属膜23を構成しているチタンと
のシリサイド反応時に、ポリシリコンが不足することは
なくなる。したがって、シリサイド反応時に、ポリシリ
コン配線に発生し易いボイドを抑制してコンタクト抵抗
の低減及び安定化を図ることができる。
【0049】◇第2実施例 図6は、この発明の第2実施例である半導体装置の構成
を示す断面図である。この例の半導体装置の構成が、上
述した第1実施例の構成と大きく異なるところは、幅の
広い溝を形成することによりコンタクト孔のアスペクト
比(コンタクト深さ/コンタクト幅)を増加させるよう
にした点である。この例の半導体装置は、同図に示すよ
うに、第3の層間絶縁膜11にダミーキャパシタを形成
するための溝40は、第1実施例における溝13に比べ
て幅が広くなるように、0.8〜1.5μmに形成され
ている。これにより、上部電極18を構成するポリシリ
コン膜18Aは溝40内に完全に埋め込まれることがな
いため、第3の層間絶縁膜11を貫通するように設けた
コンタクト孔39の底部に形成されるバリア金属膜23
のチタン膜24が薄く形成される。
【0050】すなわち、上述のようにポリシリコン膜1
8Aの膜厚に対してチタン膜24が薄く形成されるた
め、シリサイド反応時に必要となるポリシリコンが少な
くてすむため、ポリシリコンが十分に供給されるので、
ポリシリコンが不足することによるボイドの発生を抑制
できるようになる。また、溝40内の上部電極18とな
るポリシリコン膜18Aを薄く形成できるので、溝40
としてアスペクト比を大きくとれるので、微細配線を形
成する場合に有利となる。
【0051】この例の半導体装置を製造するには、第1
実施例と略同じ工程を経ることにより製造することがで
きる。第3の層間絶縁膜11に溝40を形成する場合、
フォトレジスト膜のパターン寸法を変更するだけで、幅
の広い溝40を形成することができる。これ以外は、上
述した第1実施例と略同じである。それゆえ、図6にお
いて、図1〜図2の構成部分と対応する各部には、同一
の番号を付してその説明を省略する。
【0052】このように、この例の構成によっても、第
1実施例において述べたのと略同様な効果を得ることが
できる。加えて、この例の構成によれば、キャパシタの
上部電極のポリシリコン膜の膜厚を薄く形成できるの
で、コンタクト孔のアスペクト比の低減に寄与すること
ができる。
【0053】◇第3実施例 図7は、この発明の第3実施例である半導体装置の構成
を示す断面図である。この例の半導体装置の構成が、上
述した第1実施例の構成と大きく異なるところは、第1
実施例ではキャパシタがビット線の上部にある構造であ
るのに対して、この例ではキャパシタがビット線の下部
にある構造を採用し、かつビット線がバリア金属膜を有
した金属配線から構成されるようにし、さらに微細化構
造に適するようにコンタクト孔の側壁にサイドウォール
絶縁膜を形成するようにした点である。この例の半導体
装置は、同図に示すように、一つの拡散領域3に接続し
た導電プラグ10を露出するように形成したコンタクト
孔42の側壁に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜から
なるサイドウォール絶縁膜44を設けられている。そし
て、導電プラグ10がコンタクト孔42を通じてバリア
金属膜23を介してタングステンからなる導電プラグ4
3、アルミニウムからなる配線47及び反射防止膜48
から構成されるビット線に接続されている。また、コン
タクト孔22の側壁にもサイドウォール絶縁膜45が設
けられているが、このサイドウォール絶縁膜45はサイ
ドウォール絶縁膜44の形成時に同時に形成されたもの
であって、必ずしも必要ではない。
【0054】この例の構成によれば、図7に示すよう
に、例えばキャパシタ15の上部電極18が接近して設
けられている微細化構造においても、製造工程のフォト
リソグラフィ法においてコンタクト孔42が上部電極1
8に対してミスアライメントを起こして、目ずれが生じ
て上部電極18が導電プラグ43に接近したような場合
でも、サイドウォール絶縁膜44の存在により両者の電
気的接続を保つことができる。
【0055】また、ダミーキャパシタ19が形成される
溝13内に形成される容量絶縁膜12に覆われる溝14
の幅をコンタクト孔22の幅よりも大きくしているの
で、コンタクト孔22がオーバーエッチングにより容量
絶縁膜12の高さ位置に到達した場合でも、第3の層間
絶縁膜11上の上部電極18と溝14内に形成されたポ
リシリコン領域18Aとが分断されることがないので、
配線の導通不良が防止され、コンタクト孔22の側壁に
サイドウォール絶縁膜45を形成しても、配線26と上
部電極18との電気的接続に何ら問題が生じることがな
い。
【0056】このように、この例の構成によっても、第
1実施例において述べたのと略同様な効果を得ることが
できる。加えて、この例の構成によれば、接近した配線
間の短絡を防止できるので、微細化構造をとる場合有利
になる。
【0057】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、容量絶縁
膜としてはONO、ON膜に限らずに、酸化タンタル
膜、BST(BaSr)TiO、PZT(Pb(Zr
Ti)O等の高誘電膜を用いることができる。また、
半導体基板上にキャパシ タを製造する場合であれば、
DRAMに限らずにキャパシタ単体を製造する場合にも
適用することができる。
【0058】また、ゲート酸化膜は、酸化膜(Oxide Fi
lm)に限らず、窒化膜(Nitride Film)でも良く、ある
いは、酸化膜と窒化膜との2重膜構成でも良い。つま
り、MIS型トランジスタである限り、MOS型トラン
ジスタに限らず、MNS(Metal Nitride Semiconducto
r)型トランジスタでも良く、あるいは、MNOS(Met
al Nitride Oxide Semiconductor)型トランジスタでも
良い。また、各半導体領域の導電型はP型とN型とを逆
にすることができる。すなわち、Nチャネル型に限らず
Pチャネル型のMIS型トランジスタに対しても適用で
きる。また、各絶縁膜、導電膜等の膜厚、層数、成膜方
法等は一例を示したものであり、用途、目的等によって
変更することができる。
【0059】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の半導体
装置及びその製造方法によれば、ポリシリコン膜を覆う
絶縁膜にポリシリコン膜の一部を露出するようにコンタ
クト孔が形成され、このコンタクト孔の下方の絶縁膜に
はコンタクト孔よりも幅の広い溝が形成されて、この溝
内にはポリシリコン膜が設けられているので、ポリシリ
コンとバリア金属膜を構成するチタンとのシリサイド反
応時に、ポリシリコンが不足することなく十分に供給さ
れる。また、ポリシリコン膜を覆う絶縁膜にポリシリコ
ン膜の一部を露出するようにコンタクト孔が形成され、
このコンタクト孔の下方の絶縁膜にはコンタクト孔より
も幅の広い溝が形成されて、この溝内にはポリシリコン
膜が設けられているので、コンタクト孔がオーバーエッ
チングした場合でも、絶縁膜上のポリシリコン膜と溝内
のポリシリコン膜とが分断されることがないので、コン
タクト孔の側壁にサイドウォール絶縁膜を形成しても、
配線とポリシリコン膜との電気的接続に何ら問題が生じ
ることがない。したがって、シリサイド反応時に、ポリ
シリコン配線に発生し易いボイドを抑制してコンタクト
抵抗の低減及び安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例である半導体装置の構成
を示す平面図である。
【図2】図1のA−A矢視断面図である。
【図3】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。
【図4】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。
【図5】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。
【図6】この発明の第2実施例である半導体装置の構成
を示す断面図である。
【図7】この発明の第3実施例である半導体装置の構成
を示す断面図である。
【図8】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図9】同半導体装置の欠点を説明する図である。
【図10】従来の半導体装置の構成を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 素子分離用絶縁膜 3 N型拡散領域 4 ゲート酸化膜 5 ゲート電極(ポリシリコン膜) 6 第1の層間絶縁膜 7 第2の層間絶縁膜 8 ビットコンタクト 9、12、22、31、32、39、42 コンタ
クト孔 10 導電プラグ(ポリシリコン膜) 11 第3の層間絶縁膜 13、14、40 溝 15 キャパシタ(内壁型シリンダ構造) 16 下部電極(ポリシリコン膜) 17 容量絶縁膜 18 上部電極(ポリシリコン膜) 18A 溝内のポリシリコン膜 19 ダミーキャパシタ 20 ポリシリコン膜 21 第4の層間絶縁膜 23、33、34 バリア金属膜 24 チタン膜 25 窒化チタン膜 26、35、36、47 配線(アルミニウム膜) 27、37、38、48 反射防止膜 30 ビット線 43 導電プラグ(タングステン膜) 44、45 サイドウォール絶縁膜
フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 HH04 HH08 HH18 HH33 JJ04 JJ18 JJ19 JJ27 JJ33 KK01 KK04 LL04 MM08 MM20 NN06 NN07 NN32 NN40 PP06 PP15 QQ16 QQ38 QQ70 QQ73 QQ76 RR01 RR02 RR04 RR06 RR15 SS11 SS25 SS27 TT02 TT07 VV01 VV16 XX04 XX09 5F083 AD24 GA02 JA04 JA06 JA14 JA15 JA32 JA39 KA05 MA03 MA04 MA06 MA17 MA20 ZA28

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板を覆う第1の絶縁膜上に設け
    られた第1のポリシリコン膜を覆う第2の絶縁膜に、前
    記ポリシリコン膜の一部を露出するように第1のコンタ
    クト孔が形成され、該コンタクト孔を通じて前記ポリシ
    リコン膜に下層膜がチタンから構成されるバリア金属膜
    を介して配線が接続されてなる半導体装置であって、 前記第1のコンタクト孔の下方の前記第1の絶縁膜に、
    前記第1のコンタクト孔の幅よりも広い溝が設けられ、
    前記溝内に第2のポリシリコン膜が設けられたことを特
    徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板を覆う第1の絶縁膜上に設け
    られた第1のポリシリコン膜を覆う第2の絶縁膜に、前
    記ポリシリコン膜の一部を露出するように第1のコンタ
    クト孔が形成されると共に、前記第1及び第2の絶縁膜
    を含む絶縁膜に前記第1のコンタクト孔と深さの異なる
    第2のコンタクト孔が前記半導体基板の拡散領域に形成
    され、前記第1のコンタクト孔を通じて前記ポリシリコ
    ン膜に下層膜がチタンから構成されるバリア金属膜を介
    して配線が接続されてなる半導体装置であって、 前記第1のコンタクト孔の下方の前記第1の絶縁膜に、
    前記第1のコンタクト孔の幅よりも広い溝が設けられ、
    前記溝内に第2のポリシリコン膜が設けられたことを特
    徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第2のポリシリコン膜によって前記
    溝内に形成されるポリシリコン領域の膜厚が、前記第1
    のコンタクト孔の底部の前記バリア金属膜の下層膜のチ
    タンのそれに対応して設定されることを特徴とする請求
    項1又は2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第2のポリシリコン膜が、前記溝内
    に完全に埋め込まれるように設けられたことを特徴とす
    る請求項3記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記第2のポリシリコン膜が前記溝内に
    完全に埋め込まれずに、かつ前記第1のコンタクト孔が
    前記溝の底部に略達するように設けられたことを特徴と
    する請求項3記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記第1及び第2のコンタクト孔の側壁
    に、サイドウォール絶縁膜が設けられたことを特徴とす
    る請求項2記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 半導体基板の一つの拡散領域に電気的に
    接続されるようにキャパシタが形成され、該キャパシタ
    は、前記半導体基板上の第1の絶縁膜に形成された第2
    のコンタクト孔内に下部電極が、該下部電極及び前記第
    1の絶縁膜上に容量絶縁膜が、該容量絶縁膜上にポリシ
    リコンからなる上部電極がそれぞれ設けられ、前記上部
    電極を覆う第2の絶縁膜に前記上部電極の一部を露出す
    るように第1のコンタクト孔が形成され、該第1のコン
    タクト孔を通じて前記上部電極に下層膜がチタンから構
    成されるバリア金属膜を介して配線が接続されてなる半
    導体装置であって、 前記第1のコンタクト孔の下方の前記第1の絶縁膜に、
    前記第1のコンタクト孔の幅よりも広い溝が設けられ、
    前記溝内にダミーキャパシタを構成するポリシリコン膜
    が設けられたことを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記半導体基板を覆う前記第1及び第2
    の絶縁膜を含む絶縁膜に、前記第1のコンタクト孔と深
    さの異なる第3のコンタクト孔が前記半導体基板の拡散
    領域に設けられたことを特徴とする請求項7記載の半導
    体装置。
  9. 【請求項9】 前記ポリシリコン膜によって前記溝内に
    形成されるポリシリコン領域の膜厚が、前記第1のコン
    タクト孔の底部の前記バリア金属膜の下層膜のチタンの
    それに対応して設定されることを特徴とする請求項7又
    は8記載の半導体装置。
  10. 【請求項10】 前記のポリシリコン膜が、前記溝内に
    完全に埋め込まれるように設けられたことを特徴とする
    請求項9記載の半導体装置。
  11. 【請求項11】 前記ポリシリコン膜が前記溝内に完全
    に埋め込まれずに、かつ前記第1のコンタクト孔が前記
    溝の底部に略達するように設けられたことを特徴とする
    請求項9記載の半導体装置。
  12. 【請求項12】 前記第1及び第3のコンタクト孔の側
    壁に、サイドウォール絶縁膜が設けられたことを特徴と
    する請求項8記載の半導体装置。
  13. 【請求項13】 半導体基板に拡散領域を形成した後
    に、該拡散領域に導電プラグを接続してメモリセル選択
    用トランジスタを形成するトランジスタ形成工程と、 前記導電プラグを覆うように第1の絶縁膜を形成した後
    に、前記導電プラグを露出するように前記第1の絶縁膜
    に第2のコンタクト孔を形成すると同時に、前記プラグ
    を露出しないように溝を形成する絶縁膜パターニング工
    程と、 前記第2のコンタクト孔及び前記溝内に同時に導電膜を
    形成して、それぞれキャパシタの下部電極及びダミーキ
    ャパシタの下部電極を構成する下部電極形成工程と、 前記両下部電極を覆うように容量絶縁膜を形成した後
    に、該容量絶縁膜上にポリシリコンからなる上部電極を
    形成してキャパシタ及びダミーキャパシタを形成するキ
    ャパシタ形成工程と、 前記キャパシタの上部電極を覆うように第2の絶縁膜を
    形成した後に、前記ダミーキャパシタの上部電極を露出
    するように、前記第2の絶縁膜に前記溝内に形成される
    前記容量絶縁膜によって覆われている第2の溝より幅の
    狭い第1のコンタクト孔を形成すると同時に、前記第1
    及び第2の絶縁膜を含む絶縁膜に前記第1のコンタクト
    孔と深さの異なる第3のコンタクト孔を前記拡散領域に
    形成するコンタクト孔形成工程と、 前記上部電極を構成するポリシリコンによって前記溝内
    に形成されるポリシリコン領域の膜厚に対応した膜厚の
    チタンが前記第1のコンタクト孔の底部に形成されるよ
    うに、下層膜がチタンから構成されるバリア金属膜を形
    成するバリア金属膜形成工程と、 前記バリア金属膜の下層膜のチタンと前記上部電極のポ
    リシリコンとを反応させる熱処理工程とを含むことを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項14】 前記キャパシタ形成工程において、前
    記上部電極を構成するポリシリコンを前記溝内に完全に
    埋め込むように形成することを特徴とする請求項13記
    載の半導体装置の製造方法。
  15. 【請求項15】 前記キャパシタ形成工程において、前
    記上部電極を構成するポリシリコンを前記溝内に完全に
    埋め込まないように、かつ前記第1のコンタクト孔を前
    記溝の底部に略達するように形成することを特徴とする
    請求項13記載の半導体装置の製造方法。
  16. 【請求項16】 前記コンタクト孔形成工程の後に、前
    記第1及び第3の側壁にサイドウォール絶縁膜を形成す
    るサイドウォール絶縁膜形成工程を含むことを特徴とす
    る請求項13、14又は15記載の半導体装置の製造方
    法。
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