JP2001267561A - Method of manufacturing for semiconductor device and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法及び半導体装置に関し、特にはダマシンゲートトラン
ジスタの製造プロセスを含む半導体装置の製造方法及び
これによって形成された半導体装置に関する。The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device including a process of manufacturing a damascene gate transistor and a semiconductor device formed by the method.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の高集積化及び高機能化のさ
らなる進展に伴い、素子構造の微細化が要求されてい
る。これを達成するためには、金属配線を用いることで
細線化する配線の高抵抗化を防止する必要があり、例え
ば図11に示すダマシンゲートプロセスを用いた半導体
装置の製造が行われている。2. Description of the Related Art As semiconductor devices become more highly integrated and highly functional, finer device structures are required. In order to achieve this, it is necessary to use a metal wiring to prevent the wiring to be thinned from having a high resistance. For example, a semiconductor device using a damascene gate process shown in FIG. 11 is manufactured.
【0003】この方法は、先ず、図11(a)に示すよ
うに、基板101上にダミーゲート絶縁膜102を介し
てダミーゲート電極103を形成し、これらの側壁に窒
化シリコンからなるサイドウォール104を形成する。
その後、ダミーゲート電極103及びサイドウォール1
04をマスクにしたイオン注入及び熱処理を行い、基板
1の表面層にソース/ドレイン(図示省略)を形成す
る。次いで、ダミーゲート電極103及びサイドウォー
ル104を第1絶縁膜106で埋め込み、これを平坦化
する。次に、図11(b)に示すように、ダミーゲート
電極(103)及びダミーゲート絶縁膜(102)を除
去することによって、第1絶縁膜106にサイドウォー
ル104を備えた溝パターン106aを形成する。In this method, first, as shown in FIG. 11A, a dummy gate electrode 103 is formed on a substrate 101 via a dummy gate insulating film 102, and sidewalls 104 made of silicon nitride are formed on these side walls. To form
After that, the dummy gate electrode 103 and the side wall 1
A source / drain (not shown) is formed on the surface layer of the substrate 1 by performing ion implantation and heat treatment using the mask 04 as a mask. Next, the dummy gate electrode 103 and the side wall 104 are buried with the first insulating film 106, and this is flattened. Next, as shown in FIG. 11B, by removing the dummy gate electrode (103) and the dummy gate insulating film (102), a groove pattern 106a having a sidewall 104 in the first insulating film 106 is formed. I do.
【0004】しかる後、図11(c)に示すように、溝
パターン106aの内壁を覆う状態でゲート絶縁膜10
7を形成した後、溝パターン106a内を埋め込む状態
で金属材料層108を形成し、第1絶縁膜106が露出
するまで金属材料層108及びゲート絶縁膜107を平
坦化研磨する。After that, as shown in FIG. 11C, the gate insulating film 10 is covered with the inner wall of the groove pattern 106a.
After the formation of 7, the metal material layer 108 is formed so as to fill the groove pattern 106a, and the metal material layer 108 and the gate insulating film 107 are planarized and polished until the first insulating film 106 is exposed.
【0005】次に、図11(d)に示すように、溝パタ
ーン106aの上部の金属材料層108及びゲート絶縁
膜107をエッチング除去して掘り下げるいわゆるリセ
ス工程を行い、金属材料層108からなる電極108a
を形成する。その後、図11(e)に示すように、この
リセス部分に窒化シリコン膜109を埋め込み、窒化シ
リコン膜109及び第1絶縁膜106上に第2絶縁膜1
10を形成した後、窒化シリコン膜109及びサイドウ
ォール104をストッパにして第1絶縁膜106及び第
2絶縁膜110をエッチングし、基板101に達する接
続孔111を形成する。次いで、図11(f)に示すよ
うに、第2絶縁膜110及び窒化シリコン膜109をエ
ッチングし、ゲート電極108aに達する接続孔112
を形成する。Next, as shown in FIG. 11D, a so-called recess step is performed in which the metal material layer 108 and the gate insulating film 107 above the groove pattern 106a are etched away and dug down to form an electrode made of the metal material layer 108. 108a
To form Thereafter, as shown in FIG. 11E, a silicon nitride film 109 is buried in the recess, and the second insulating film 1 is formed on the silicon nitride film 109 and the first insulating film 106.
After forming 10, the first insulating film 106 and the second insulating film 110 are etched using the silicon nitride film 109 and the sidewalls 104 as stoppers to form connection holes 111 reaching the substrate 101. Next, as shown in FIG. 11F, the second insulating film 110 and the silicon nitride film 109 are etched to form a connection hole 112 reaching the gate electrode 108a.
To form
【0006】以上の方法によれば、基板101に達する
接続孔111を形成する際には、窒化シリコン膜109
及びサイドウォール104がストッパになる。このた
め、エッチングの際に用いられるマスクの位置合わせマ
ージンを大きくすることができ、自己整合的に接続孔1
11を形成することができる。また、この際、窒化シリ
コン膜109及びサイドウォール104によってゲート
電極108aの肩部分を保護することができる。According to the above method, when forming the connection hole 111 reaching the substrate 101, the silicon nitride film 109 is formed.
And the sidewall 104 serves as a stopper. For this reason, the alignment margin of the mask used at the time of etching can be increased, and the connection hole 1 is self-aligned.
11 can be formed. At this time, the shoulder of the gate electrode 108a can be protected by the silicon nitride film 109 and the sidewall 104.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
半導体装置の製造方法では、図11(e)を用いて説明
したように、基板101に達する接続孔111を形成す
る際、窒化シリコン膜109及びサイドウォール104
を、エッチングの際のストッパとして用いていることか
ら、この工程においてゲート電極108aに達する接続
孔112を形成するためのエッチングを同時に行うこと
ができない。このため、ゲート電極108aに達する接
続孔112を形成するためには、新たにエッチング用の
マスクを形成して、窒化シリコン膜109のエッチング
を行う必要がある。However, in such a method of manufacturing a semiconductor device, as described with reference to FIG. 11E, when the connection hole 111 reaching the substrate 101 is formed, the silicon nitride film 109 is formed. And sidewall 104
Is used as a stopper at the time of etching. Therefore, in this step, etching for forming the connection hole 112 reaching the gate electrode 108a cannot be performed at the same time. Therefore, in order to form the connection hole 112 reaching the gate electrode 108a, it is necessary to form a new etching mask and etch the silicon nitride film 109.
【0008】また、図11(c)を用いて説明した工程
では、溝パターン106aの内部を埋め込む状態で金属
材料層108が形成される。このため、図12(c)’
に示すように、溝パターン106a内の金属材料層10
8には、シーム(すなわち金属材料層108の合わせ
目)Aが形成されることになる。In the step described with reference to FIG. 11C, a metal material layer 108 is formed in a state where the inside of the groove pattern 106a is buried. For this reason, FIG.
As shown in FIG. 3, the metal material layer 10 in the groove pattern 106a
At 8, a seam (that is, a joint of the metal material layers 108) A is formed.
【0009】したがって、図12(d)’に示すよう
に、この金属材料層108をエッチングして掘り下げる
リセス工程では、シームA部分においてエッチングが進
み易くなる。そして、シームA部分のエッチングが進行
してシームAが拡大すると、ゲート電極108a下部の
ゲート絶縁膜107にまでエッチングが達し、ゲート絶
縁膜107がダメージを受ける。このため、ゲート絶縁
膜107の信頼性が低下し、所望のトランジスタ特性を
得られなくなる。Therefore, as shown in FIG. 12D ', in the recess step of etching and digging down the metal material layer 108, the etching easily proceeds at the seam A portion. When the etching of the seam A portion progresses and the seam A expands, the etching reaches the gate insulating film 107 below the gate electrode 108a, and the gate insulating film 107 is damaged. For this reason, the reliability of the gate insulating film 107 decreases, and desired transistor characteristics cannot be obtained.
【0010】そこで本発明は、電極の下地層へのダメー
ジを防止でき、かつ電極の肩部を保護しつつ基板及び電
極にそれぞれ達する各接続孔を同時に形成して工程数の
削減を図ることが可能な半導体装置の製造方法及び半導
体装置を提供することを目的とする。Therefore, the present invention can reduce the number of steps by simultaneously forming each connection hole reaching the substrate and the electrode while protecting the shoulder of the electrode while preventing damage to the underlying layer of the electrode. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device which are possible.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明の半導体装置の製造方法は、先ず、サイ
ドウォールを備えた溝パターンを有する第1絶縁膜を基
板上に形成し、この溝パターンの内壁に沿った凹部を有
する金属材料層を第1絶縁膜上に形成する。次に、この
金属材料層の凹部内を第2絶縁膜で埋め込んだ後、当該
第2絶縁膜及び金属材料層を平坦化して第1絶縁膜を露
出させる。次いで、溝パターン内における金属材料層の
上部を第1絶縁膜及び第2絶縁膜に対して選択的に除去
して掘り下げ、溝パターン内の底部に断面凹形状の金属
材料層からなる電極を形成する。その後、電極上部にお
ける溝パターン内にストッパ層を埋め込んだ後、ストッ
パ層及びサイドウォールをストッパに用いて第1絶縁膜
及び第2絶縁膜をエッチング除去し、これによって基板
及び電極にそれぞれ達する各接続孔を形成する。According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving the above object, first, a first insulating film having a groove pattern having a sidewall is formed on a substrate. A metal material layer having a concave portion along the inner wall of the groove pattern is formed on the first insulating film. Next, after filling the concave portion of the metal material layer with the second insulating film, the second insulating film and the metal material layer are flattened to expose the first insulating film. Next, an upper portion of the metal material layer in the groove pattern is selectively removed with respect to the first insulating film and the second insulating film and dug down to form an electrode made of a metal material layer having a concave cross section at the bottom in the groove pattern. I do. Then, after the stopper layer is embedded in the groove pattern above the electrode, the first insulating film and the second insulating film are removed by etching using the stopper layer and the sidewalls as stoppers, whereby each connection reaching the substrate and the electrode, respectively. Form a hole.
【0012】このような製造方法によれば、溝パターン
の内壁に沿った金属材料層の凹部内に第2絶縁膜を埋め
込んだ後に金属材料層を掘り下げて電極を形成し、この
電極の上部にストッパ層を形成することで、断面凹形状
の電極の両側上端部上にのみストッパ層が設けられるこ
とになる。このため、電極の凹部内底面上はストッパ層
で覆われることはない。したがって、ストッパ層とサイ
ドウォールとをストッパとして電極の肩部を保護しつ
つ、同一のエッチング工程によって電極と基板とにそれ
ぞれ達する各接続孔が形成される。According to such a manufacturing method, an electrode is formed by digging the metal material layer after embedding the second insulating film in the concave portion of the metal material layer along the inner wall of the groove pattern. By forming the stopper layer, the stopper layer is provided only on the upper ends on both sides of the electrode having a concave cross section. Therefore, the bottom surface in the concave portion of the electrode is not covered with the stopper layer. Therefore, each connection hole reaching the electrode and the substrate is formed by the same etching process while protecting the shoulder of the electrode using the stopper layer and the sidewall as stoppers.
【0013】しかも、溝パターンの内壁に沿った凹部を
有するように金属材料層が形成されるため、この金属材
料層にシームが形成されることはない。このため、金属
材料層を掘り下げる際のエッチングにおいては、シーム
が拡大されることによって電極の下地にエッチングの影
響が及ぼされることが防止される。Further, since the metal material layer is formed so as to have a concave portion along the inner wall of the groove pattern, no seam is formed in the metal material layer. For this reason, in the etching when the metal material layer is dug down, the influence of the etching on the base of the electrode due to the expansion of the seam is prevented.
【0014】また、本発明の半導体装置は、このような
製造方法によって形成された半導体装置であり、上部に
溝を有する断面凹形状を成して基板上に設けられた電
極、この電極の両側上端部上に設けられたストッパ層、
このストッパ層と電極との外側壁に設けられたサイドウ
ォール、これらを覆う状態で基板上に形成された絶縁
膜、ストッパ層及びサイドウォールをストッパにして絶
縁膜に形成された各接続孔とを備えている。これらの接
続孔は、電極の凹部内底面及び基板にそれぞれ達するよ
うに設けられている。Further, the semiconductor device of the present invention is a semiconductor device formed by such a manufacturing method, and includes an electrode provided on a substrate in a concave cross section having a groove on an upper portion, and both sides of the electrode. A stopper layer provided on the upper end,
A sidewall provided on the outer wall of the stopper layer and the electrode, an insulating film formed on the substrate in a state of covering these, a connection hole formed in the insulating film using the stopper layer and the sidewall as a stopper. Have. These connection holes are provided so as to reach the bottom surface in the concave portion of the electrode and the substrate, respectively.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の製造
方法及びこの製造方法によって形成された半導体装置の
実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention and a semiconductor device formed by this manufacturing method will be described below in detail with reference to the drawings.
【0016】(第1実施形態)図1を用いて本発明の第
1実施形態を説明する。ここでは、基板1の表面側にM
OSトランジスタを形成する場合の実施の形態を説明す
る。(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, M
An embodiment in the case of forming an OS transistor will be described.
【0017】先ず、図1(a)に示すように、基板1上
にダミーゲート絶縁膜2を介してダミーゲート電極3を
パターン形成し、これらの側壁に窒化シリコンからなる
サイドウォール4を形成する。その後、ダミーゲート電
極3及びサイドウォール4をマスクにしたイオン注入及
び熱処理を行い、基板1の表面層にソース/ドレイン5
を形成する。尚、ソース/ドレイン5にLDD部を設け
る場合には、サイドウォール4形成前にダミーゲート電
極3をマスクにしたイオン注入を行うこととする。First, as shown in FIG. 1A, a dummy gate electrode 3 is patterned on a substrate 1 with a dummy gate insulating film 2 interposed therebetween, and sidewalls 4 made of silicon nitride are formed on these side walls. . Thereafter, ion implantation and heat treatment are performed using the dummy gate electrode 3 and the side wall 4 as a mask, so that the source / drain 5
To form When an LDD portion is provided in the source / drain 5, ion implantation using the dummy gate electrode 3 as a mask is performed before forming the sidewall 4.
【0018】次いで、ダミーゲート電極3及びサイドウ
ォール4を埋め込む状態で、酸化シリコンからなる第1
絶縁膜6を形成し、これを平坦化研磨することによっ
て、ダミーゲート電極3及びサイドウォール4の表面を
露出させる。Next, with the dummy gate electrode 3 and the side wall 4 buried, a first silicon oxide
The surface of the dummy gate electrode 3 and the side wall 4 is exposed by forming the insulating film 6 and polishing and flattening it.
【0019】次に、図1(b)に示すように、ダミーゲ
ート電極(3)及びダミーゲート絶縁膜(2)を除去す
ることによって、第1絶縁膜6に溝パターン6aを形成
し、溝パターン6aの底面に基板1を露出させる。これ
によって、基板1上に、サイドウォール4を備えた溝パ
ターン6aを有する第1絶縁膜6を形成する。Next, as shown in FIG. 1B, by removing the dummy gate electrode (3) and the dummy gate insulating film (2), a groove pattern 6a is formed in the first insulating film 6, and the groove pattern is formed. The substrate 1 is exposed on the bottom of the pattern 6a. Thus, the first insulating film 6 having the groove pattern 6a having the sidewall 4 is formed on the substrate 1.
【0020】しかる後、図1(c)に示すように、溝パ
ターン6aの内壁(すなわち溝パターン6a底部の基板
1とサイドウォール4を覆う状態で、第1絶縁膜6上に
ゲート絶縁膜7を形成した後、溝パターン6aの内壁に
沿った凹部を有する金属材料層8をゲート絶縁膜7上に
形成する。この際、金属材料層8によって溝パターン6
a内が埋め込まれることなく金属材料層8に凹部が形成
されるように、金属材料層8の膜厚を設定する。Thereafter, as shown in FIG. 1C, the gate insulating film 7 is formed on the first insulating film 6 while covering the inner wall of the groove pattern 6a (that is, the substrate 1 and the side wall 4 at the bottom of the groove pattern 6a). Is formed, a metal material layer 8 having a concave portion along the inner wall of the groove pattern 6a is formed on the gate insulating film 7. At this time, the groove pattern 6 is formed by the metal material layer 8.
The thickness of the metal material layer 8 is set such that a recess is formed in the metal material layer 8 without filling the inside of the metal material layer 8.
【0021】次に、金属材料層8の凹部内を埋め込む状
態で、酸化シリコンからなる第2絶縁膜9を形成する。
その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法
のような平坦化法によって、第1絶縁膜6上の第2絶縁
膜9、金属材料層8、及びゲート絶縁膜7を研磨除去
し、溝パターン6aの内部にのみ第2絶縁膜9、金属材
料層8、及びゲート絶縁膜7を残して第1絶縁膜6を露
出させる。Next, a second insulating film 9 made of silicon oxide is formed so as to fill the recesses of the metal material layer 8.
Thereafter, the second insulating film 9, the metal material layer 8, and the gate insulating film 7 on the first insulating film 6 are polished and removed by a flattening method such as a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, and the inside of the groove pattern 6a is removed. The first insulating film 6 is exposed except for the second insulating film 9, the metal material layer 8, and the gate insulating film 7.
【0022】次いで、図1(d)に示すように、金属材
料層8を第1絶縁膜6、第2絶縁膜9及びサイドウォー
ル4に対して選択的にエッチングすることによって、溝
パターン6a内上部の金属材料層8を除去して掘り下げ
るリセス工程を行う。これによって、溝パターン6a内
の底部に断面凹形状の金属材料層8からなるゲート電極
8aを形成する。この際、ゲート絶縁膜7は、その材質
によって掘り下げられずに残る場合もある。Next, as shown in FIG. 1D, the metal material layer 8 is selectively etched with respect to the first insulating film 6, the second insulating film 9, and the side wall 4, thereby forming the inside of the groove pattern 6a. A recess step of removing and digging out the upper metal material layer 8 is performed. As a result, a gate electrode 8a made of the metal material layer 8 having a concave cross section is formed at the bottom in the groove pattern 6a. At this time, the gate insulating film 7 may remain without being dug depending on the material.
【0023】その後、図1(e)に示すように、ゲート
電極8aの上部における溝パターン6a内に、窒化シリ
コンからなるストッパ層10を埋め込む。次いで、これ
らを覆う状態で、第1絶縁膜6の上方に第3絶縁膜11
を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 1E, a stopper layer 10 made of silicon nitride is buried in the groove pattern 6a above the gate electrode 8a. Next, the third insulating film 11 is formed above the first insulating film 6 so as to cover them.
To form
【0024】次に、第3絶縁膜11上に、ここでの図示
を省略したレジストパターンを形成し、このレジストパ
ターンをマスクに用いると共に、窒化シリコンからなる
ストッパ層10及びサイドウォール4をストッパに用い
て、第3絶縁膜11、第1絶縁膜6及び第2絶縁膜9を
エッチングし、これによって基板1表面のソース/ドレ
イン5に達する接続孔12aと、ゲート電極8aに達す
る接続孔12bとをそれぞれ同時に形成する。Next, a resist pattern (not shown) is formed on the third insulating film 11, and this resist pattern is used as a mask, and the stopper layer 10 made of silicon nitride and the sidewalls 4 are used as stoppers. Then, the third insulating film 11, the first insulating film 6, and the second insulating film 9 are etched to form a connection hole 12a reaching the source / drain 5 on the surface of the substrate 1 and a connection hole 12b reaching the gate electrode 8a. Are simultaneously formed.
【0025】以上の後、ここでの図示を省略したが、各
接続孔12a,12bを介してソース/ドレイン5及び
ゲート電極8aに接続された配線を形成することで、M
OSトランジスタを完成させる。After the above, although not shown here, by forming a wiring connected to the source / drain 5 and the gate electrode 8a through the respective connection holes 12a and 12b, M
The OS transistor is completed.
【0026】以上説明した製造方法によれば、溝パター
ン6aの内壁に沿った金属材料層8の凹部内を第2絶縁
膜9で埋め込んだ後に金属材料層8を掘り下げてゲート
電極8aを形成し、このゲート電極8aの上部にストッ
パ層10を形成することで、断面凹形状のゲート電極8
aの両側上端部上にのみストッパ層10が設けられるこ
とになる。このため、ゲート電極8aの凹部内底面上は
ストッパ層10で覆われることはない。したがって、ス
トッパ層10とサイドウォール4とをストッパとしてゲ
ート電極8aの肩部を保護しつつ、同一のエッチング工
程によってゲート電極8aと基板1とにそれぞれ達する
各接続孔12a,12bを形成することが可能になる。According to the manufacturing method described above, the gate electrode 8a is formed by digging the metal material layer 8 after filling the recess of the metal material layer 8 along the inner wall of the groove pattern 6a with the second insulating film 9. By forming the stopper layer 10 above the gate electrode 8a, the gate electrode 8 having a concave cross section is formed.
The stopper layer 10 is provided only on the upper end portions on both sides of “a”. Therefore, the bottom surface in the concave portion of the gate electrode 8a is not covered with the stopper layer 10. Therefore, the connection holes 12a and 12b reaching the gate electrode 8a and the substrate 1, respectively, can be formed by the same etching process while protecting the shoulder of the gate electrode 8a using the stopper layer 10 and the sidewalls 4 as stoppers. Will be possible.
【0027】この結果、各接続孔12a,12bを別工
程で形成する場合と比較して、エッチングの際のマスク
となるレジストパターンの形成工程を減らすことがで
き、半導体装置の製造工程を簡略化することが可能にな
る。As a result, the number of steps of forming a resist pattern serving as a mask at the time of etching can be reduced as compared with the case where the respective connection holes 12a and 12b are formed in separate steps, and the manufacturing steps of the semiconductor device can be simplified. It becomes possible to do.
【0028】しかも、溝パターン6aの内壁に沿って凹
部が形成されるように、金属材料層8が形成されるた
め、この金属材料層8にシームが形成されることはな
い。したがって、金属材料層8におけるエッチング耐性
が向上し、金属材料層8を掘り下げてゲート電極8aを
形成するリセス工程の際のエッチングにおいて、下地と
なるゲート絶縁膜7にエッチングの影響が及ぼされるこ
とを防止できる。したがって、ゲート絶縁膜7の信頼性
を確保することが可能になり、所望の特性を備えた半導
体装置を得ることができる。Moreover, since the metal material layer 8 is formed such that a concave portion is formed along the inner wall of the groove pattern 6a, no seam is formed in the metal material layer 8. Therefore, the etching resistance of the metal material layer 8 is improved, and the influence of the etching on the underlying gate insulating film 7 in the etching at the time of the recess step of digging the metal material layer 8 to form the gate electrode 8a is reduced. Can be prevented. Therefore, the reliability of the gate insulating film 7 can be ensured, and a semiconductor device having desired characteristics can be obtained.
【0029】(第2実施形態)図2〜10は、本発明を
DRAM in LOGIC プロセスに適用した第2実施形態の断面
工程図であり、以下にこれらの図面に基づいて、基板2
0のメモリ領域20aにDRAMを形成し、周辺領域2
0bに論理回路やその他の周辺回路を形成する方法を説
明する。(Second Embodiment) FIGS. 2 to 10 show the present invention.
FIG. 9 is a sectional process view of a second embodiment applied to a DRAM in LOGIC process.
0 is formed in the memory area 20a of the peripheral area 2a.
A method for forming a logic circuit and other peripheral circuits at 0b will be described.
【0030】先ず、図2(a)に示すように、シリコン
からなる基板20の表面側に素子分離領域21を形成
し、次いで、素子分離領域21で分離された基板20の
表面側に、イオン注入法によって不純物を拡散させてな
るPウェル層22とNウェル層23とを形成する。この
際、例えば、メモリ領域20aには、Nウェル層23の
表面層にPウェル層22を設け、周辺領域20bにはそ
れぞれ独立させてPウェル層22とNウェル層23とを
設ける。First, as shown in FIG. 2A, an element isolation region 21 is formed on the surface side of a substrate 20 made of silicon, and then, an ion separation region 21 is formed on the surface side of the substrate 20 separated by the element isolation region 21. A P-well layer 22 and an N-well layer 23 are formed by diffusing impurities by an implantation method. At this time, for example, in the memory region 20a, the P well layer 22 is provided on the surface layer of the N well layer 23, and in the peripheral region 20b, the P well layer 22 and the N well layer 23 are provided independently.
【0031】その後、素子分離領域21で分離された基
板20の表面に、ダミーゲート絶縁膜24を形成する。
この際、メモリ領域20aと周辺領域20bとで、異な
るプロファイルのダミーゲート絶縁膜24を形成しても
良い。Thereafter, a dummy gate insulating film 24 is formed on the surface of the substrate 20 separated by the element isolation region 21.
At this time, the dummy gate insulating films 24 having different profiles may be formed in the memory region 20a and the peripheral region 20b.
【0032】次に、図2(b)に示すように、基板20
上にダミーゲート絶縁膜24を介して、ポリシリコンか
らなるダミーゲート電極25を形成する。この際、基板
20上に不純物を含有しないポリシリコン膜(または非
結質シリコン膜)を150nmの膜厚で形成し、さらに
必要に応じてこのポリシリコン膜上に酸化シリコン膜
(図示省略)を形成した後、酸化シリコン膜及びポリシ
リコン膜をパターニングすることによってダミーゲート
電極25を形成する。また、必要に応じて、ダミーゲー
ト電極25のゲート端の酸化を行う。Next, as shown in FIG.
A dummy gate electrode 25 made of polysilicon is formed thereon via a dummy gate insulating film 24. At this time, a polysilicon film containing no impurities (or a non-crystalline silicon film) having a thickness of 150 nm is formed on the substrate 20, and a silicon oxide film (not shown) is further formed on the polysilicon film as necessary. After the formation, the dummy gate electrode 25 is formed by patterning the silicon oxide film and the polysilicon film. Further, if necessary, the gate end of the dummy gate electrode 25 is oxidized.
【0033】以上の後、図3(c)に示すように、ダミ
ーゲート電極25及びレジストパターン(図示省略)を
マスクに用いたイオン注入によって、所定の領域に所望
の導電型の拡散層26,27を形成する。例えばメモリ
領域20aにはリン(P)を導入してn型拡散層26を
形成する。また、周辺領域20bのPウェル22層の表
面層にはn型拡散層26を形成し、Nウェル層23表面
層にはp型拡散層27を形成する。メモリ領域20aに
おいては、これらのn型拡散層26がソース/ドレイン
(S/D)26になる。また、周辺領域20bの論理回
路においてはこれらのn型拡散層26及びp型拡散層2
7が、いわゆるLDD(Lightly Doped Drain)extensio
nとなる。尚、これらの一連の工程途中に、欠陥による
増速拡散抑制のための熱処理を行うこととする。Thereafter, as shown in FIG. 3C, the diffusion layer 26 of a desired conductivity type is formed in a predetermined region by ion implantation using the dummy gate electrode 25 and a resist pattern (not shown) as a mask. 27 are formed. For example, phosphorus (P) is introduced into the memory region 20a to form the n-type diffusion layer 26. Further, an n-type diffusion layer 26 is formed on the surface layer of the P well 22 layer in the peripheral region 20b, and a p-type diffusion layer 27 is formed on the surface layer of the N well layer 23. In the memory region 20a, these n-type diffusion layers 26 become source / drain (S / D) 26. In the logic circuit in the peripheral region 20b, these n-type diffusion layers 26 and p-type diffusion layers 2
7 is the so-called LDD (Lightly Doped Drain) extensio
It becomes n. Note that a heat treatment for suppressing the accelerated diffusion due to defects is performed during the series of these steps.
【0034】次に、図3(d)に示すように、ダミーゲ
ート電極25を覆う状態で、基板20上に所定膜厚の窒
化シリコン膜28を形成する。ここでは、窒化シリコン
膜28の膜厚を50nm程度とし、この膜厚によって上
述のLDD幅が決定される。Next, as shown in FIG. 3D, a silicon nitride film 28 having a predetermined thickness is formed on the substrate 20 so as to cover the dummy gate electrode 25. Here, the thickness of the silicon nitride film 28 is about 50 nm, and the above-mentioned LDD width is determined by this thickness.
【0035】次いで、図4(e)に示すように、メモリ
領域20aをレジストマスク(図示省略)で覆った状態
で、周辺領域20bの窒化シリコン膜28を異方性エッ
チングし、ダミーゲート電極25の側壁にのみ窒化シリ
コン膜28を残してなるサイドウォールスペーサ(以
下、サイドウォールと記す)28aを形成する。ここで
の異方性エッチングは、例えば平行平板型のエッチング
装置を用い、四フッ化メタン(CF4)や三フッ化メタ
ン(CHF3)などのエッチングガスを用いて行うこと
とする。Next, as shown in FIG. 4E, while the memory region 20a is covered with a resist mask (not shown), the silicon nitride film 28 in the peripheral region 20b is anisotropically etched to form a dummy gate electrode 25. A sidewall spacer (hereinafter, referred to as a sidewall) 28a leaving the silicon nitride film 28 only on the side wall of is formed. The anisotropic etching here is performed using, for example, a parallel plate type etching apparatus and using an etching gas such as methane tetrafluoride (CF4) or methane trifluoride (CHF3).
【0036】この際、メモリ領域20aの基板表面が保
護されるため、メモリ領域20aにおいては、基板20
の掘れやエッチングダメージ(いわゆるサブオキサイド
の形成やカーボンの叩き込み等)が無く、良好なS/D
26を維持できるため、優れたデータ保持特性を実現で
きるようになる。At this time, since the substrate surface of the memory area 20a is protected, the substrate area of the memory area 20a is protected.
Good S / D without digging and etching damage (so-called sub-oxide formation and carbon hammering)
26 can be maintained, so that excellent data retention characteristics can be realized.
【0037】次に、レジストマスク及びダミーゲート電
極25及びサイドウォール28aをマスクに用いたイオ
ン注入によって、周辺領域20bにおける所定の領域に
所望の導電型のS/D29,30を形成する。この際、
Pウェル層22の表面層には砒素(As)イオンを注入
してn型S/D29を形成し、Nウェル層23表面層に
はホウ素(B)イオンを注入してp型S/D30を形成
する。不純物イオンを注入した後には、各S/D29,
30を活性化させるためのRTP(Rapid Thermal proc
ess)を行う。Next, S / Ds 29, 30 of a desired conductivity type are formed in a predetermined region in the peripheral region 20b by ion implantation using the resist mask, the dummy gate electrode 25, and the sidewalls 28a as masks. On this occasion,
Arsenic (As) ions are implanted into the surface layer of the P well layer 22 to form an n-type S / D 29, and boron (B) ions are implanted into the surface layer of the N well layer 23 to form a p-type S / D 30. Form. After the impurity ions are implanted, each S / D 29,
RTP (Rapid Thermal proc)
ess).
【0038】次いで、SALICIDE技術を用いて、
S/D29,30の表面層にコバルトシリサイド(Co
Si2 )などのシリサイド層31をセルフアラインで形
成する。このSALICIDE工程においては、標準的
に行われている条件をそのまま適用することができる。
またこの際、図2(b)を用いて説明したように、ダミ
ーゲート電極25上が酸化シリコン膜で覆われていない
場合には、このダミーゲート電極25の表面層上にもシ
リサイド層が形成されることになる。Next, using the SALICIDE technology,
Cobalt silicide (Co) is applied to the surface layer of S / D29,30.
A silicide layer 31 such as Si2) is formed by self-alignment. In the SALICIDE process, conditions that are normally performed can be applied as they are.
At this time, as described with reference to FIG. 2B, when the dummy gate electrode 25 is not covered with the silicon oxide film, a silicide layer is also formed on the surface layer of the dummy gate electrode 25. Will be done.
【0039】尚、メモリ領域20a以外にも、シリサイ
ド層を形成させない領域を設ける場合には、この領域も
上記レジストマスクで覆うこととする。これによって、
例えば入出力回路の保護素子や、高抵抗素子等が配置さ
れた領域にシリサイド層を形成させず、これらの素子の
静電破壊強度を向上させることができる。When a region in which a silicide layer is not formed is provided in addition to the memory region 20a, this region is also covered with the resist mask. by this,
For example, the electrostatic breakdown strength of these elements can be improved without forming a silicide layer in a region where a protection element of an input / output circuit, a high-resistance element, and the like are arranged.
【0040】次に、図4(f)に示すように、HDP−
CVD(high density plasma−chemical vapor deposi
tion)法やSOG(spin on glass)コート法等の低温
成膜プロセスにより、ダミーゲート電極25を埋め込む
ように酸化シリコンからなる第1絶縁膜32を堆積させ
る。その後、CMP(Chemical Mechanical Polishin
g)法によって第1絶縁膜32を研磨し、さらにRIE
(reactive ion etching)によってメモリ領域20aに
おけるダミーゲート電極25上の窒化シリコン膜28を
除去して、ダミーゲート電極25を露出させる。この
際、ダミーゲート電極25上に上述のサリサイド層があ
る場合には、これも同時に除去する。また、これによっ
て、メモリ領域20aのダミーゲート電極25にも、窒
化シリコンからなるサイドウォール28aを形成する。Next, as shown in FIG.
CVD (high density plasma-chemical vapor deposi
The first insulating film 32 made of silicon oxide is deposited so as to bury the dummy gate electrode 25 by a low-temperature film forming process such as a method of forming a thin film or a spin on glass (SOG) coating method. Then, CMP (Chemical Mechanical Polishin)
g), the first insulating film 32 is polished,
The silicon nitride film 28 on the dummy gate electrode 25 in the memory region 20a is removed by (reactive ion etching) to expose the dummy gate electrode 25. At this time, if the salicide layer described above is present on the dummy gate electrode 25, this is also removed at the same time. Thus, the sidewall 28a made of silicon nitride is also formed on the dummy gate electrode 25 in the memory region 20a.
【0041】その後、図5(g)に示すように、例えば
等方性エッチングなどでダミーゲート電極(25)を除
去して溝パターン33を形成する。次いで、所定の領域
に対して、必要に応じて溝パターン33の底面から基板
20の表面層(すなわちチャネル領域)に不純物を導入
しても良い。これによって、S/D拡散層26,29,
30の接合部の不純物濃度を下げて接合容量を減らすこ
とが可能である。Thereafter, as shown in FIG. 5G, the dummy gate electrode (25) is removed by, for example, isotropic etching to form a groove pattern 33. Next, impurities may be introduced into the predetermined region from the bottom surface of the groove pattern 33 to the surface layer (that is, the channel region) of the substrate 20 as necessary. Thereby, the S / D diffusion layers 26, 29,
It is possible to reduce the junction capacitance by lowering the impurity concentration of the 30 junction.
【0042】次いで、図5(h)に示すように、メモリ
領域20aをレジストマスク(図示省略)で覆って保護
した状態で等方性エッチングを行い、周辺領域20bの
ダミーゲート絶縁膜24の一部または一定膜厚だけ除去
する。Next, as shown in FIG. 5 (h), isotropic etching is performed in a state where the memory area 20a is covered and protected by a resist mask (not shown), and one of the dummy gate insulating films 24 in the peripheral area 20b is formed. Part or a fixed thickness.
【0043】次に、メモリ領域20aを覆っていたレジ
ストマスクを除去した後、CVD法等によって、高誘電
でかつシリコンのバリア性を有する窒化シリコンを1n
m程度の膜厚で形成した後、酸化タンタル(Ta2O5)
のような高誘電体材料からなる高誘電膜35を10nm
程度の膜厚で形成する。尚、高誘電膜35は、厚みのな
い線状で示した。Next, after removing the resist mask covering the memory region 20a, 1n of silicon nitride having a high dielectric property and a barrier property of silicon is removed by a CVD method or the like.
After forming with a film thickness of about m, tantalum oxide (Ta2O5)
The high dielectric film 35 made of a high dielectric material such as
It is formed with a film thickness of about. Incidentally, the high dielectric film 35 is shown as a line having no thickness.
【0044】これによって、メモリ領域20aには、ダ
ミーゲート絶縁膜24と高誘電膜35(及び窒化シリコ
ン)とからなるゲート絶縁膜36が形成され、周辺領域
20bには高誘電膜35(及び窒化シリコン)からなる
ゲート絶縁膜35が形成される。そして、メモリ領域2
0aと周辺領域20bとには、異なる膜厚のゲート絶縁
膜35,35aが設けられることになる。As a result, a gate insulating film 36 composed of the dummy gate insulating film 24 and the high dielectric film 35 (and silicon nitride) is formed in the memory region 20a, and the high dielectric film 35 (and nitride) is formed in the peripheral region 20b. A gate insulating film 35 made of (silicon) is formed. And memory area 2
0a and the peripheral region 20b are provided with gate insulating films 35 and 35a having different thicknesses.
【0045】ここで、Ta2O5に対しては、酸化欠陥保
証、カーボン除去、さらには結晶化のための熱処理を施
しても良い。だだし、この熱処理は、シリサイド層31
の特性を劣化させない程度の温度で行うこととし、例え
ば600℃よりも低温で行うことが好ましい。Here, the Ta 2 O 5 may be subjected to a heat treatment for guaranteeing oxidation defects, removing carbon, and further, for crystallization. However, this heat treatment is applied to the silicide layer 31.
Is performed at such a temperature as not to deteriorate the characteristics described above, and is preferably performed at a temperature lower than 600 ° C., for example.
【0046】次に、溝パターン33の内壁に沿って、ゲ
ート絶縁膜35,35a上に金属材料層37を形成す
る。ここでは。溝パターン33内が金属材料層37で埋
め込まれることなく、溝パターン33の内壁に沿った凹
部を有する形状に金属材料層37が形成されるように、
金属材料層37の膜厚を設定することが重要となる。た
だし、パターンによっては溝パターン33内が埋め込ま
れても良く、例えばDRAMメモリセルのワード線のよ
うにゲート電極が最小線幅で、ゲート電極上に接続孔を
形成しない部分においては、溝パターン33内が金属材
料層37で埋め込まれても良い。少なくとも、ゲート電
極上に接続孔を有する個所においては、溝パターン33
内が金属材料層37で埋め込まれることのないようにす
る。また、溝パターン33の幅によってカバレッジが異
なる成膜条件でも良い。Next, a metal material layer 37 is formed on the gate insulating films 35 and 35a along the inner wall of the groove pattern 33. here. The metal material layer 37 is formed in a shape having a recess along the inner wall of the groove pattern 33 without filling the inside of the groove pattern 33 with the metal material layer 37.
It is important to set the thickness of the metal material layer 37. However, depending on the pattern, the inside of the groove pattern 33 may be buried. For example, in a portion where the gate electrode has a minimum line width and no connection hole is formed on the gate electrode, such as a word line of a DRAM memory cell, The inside may be filled with a metal material layer 37. At least in the portion having the connection hole on the gate electrode, the groove pattern 33 is formed.
The inside is not filled with the metal material layer 37. Further, a film forming condition having different coverage depending on the width of the groove pattern 33 may be used.
【0047】この金属材料層37は、例えばタングステ
ン(W)、窒化タングステン(WN)、ルテニウム(R
u)、酸化ルテニウム(RuO2)、窒化チタン(Ti
N)等を用いて形成されることとする。The metal material layer 37 is made of, for example, tungsten (W), tungsten nitride (WN), ruthenium (R)
u), ruthenium oxide (RuO2), titanium nitride (Ti
N) or the like.
【0048】次いで、図6(i)に示すように、HDP
−CVD法やSOGコート法等の低温成膜プロセスによ
り、金属材料層37表面の凹部を埋め込む状態で、酸化
シリコンからなる第2絶縁膜38を形成する。その後、
CMP法によって、金属材料層37が露出するまでこの
第2絶縁膜38を研磨除去し、さらに第1絶縁膜32上
の金属材料層37及び高誘電膜35を研磨除去する。こ
れによって、第1絶縁膜32の表面を露出させると共に
金属材料層37を分離させる。Next, as shown in FIG.
A second insulating film 38 made of silicon oxide is formed by a low-temperature film forming process such as a CVD method or an SOG coating method so as to fill the concave portions on the surface of the metal material layer 37; afterwards,
By the CMP method, the second insulating film 38 is polished and removed until the metal material layer 37 is exposed, and the metal material layer 37 and the high dielectric film 35 on the first insulating film 32 are polished and removed. Thus, the surface of the first insulating film 32 is exposed and the metal material layer 37 is separated.
【0049】その後、図6(j)に示すように、酸化シ
リコンからなる第1絶縁膜32,第2絶縁膜38及び窒
化シリコンからなるサイドウォール28aに対して金属
材料層37を選択的に異方性エッチングする。これによ
って、溝パターン33内の金属材料層37を、溝パター
ン33の途中深さまで掘り下げてなるゲート電極37a
を形成する。この際、高誘電膜35は金属材料層37と
同時に掘り下げても良く残しても良い。Thereafter, as shown in FIG. 6 (j), the metal material layer 37 is selectively different from the first insulating film 32, the second insulating film 38 made of silicon oxide, and the sidewall 28a made of silicon nitride. Perform isotropic etching. As a result, the metal material layer 37 in the groove pattern 33 is dug down to a certain depth in the groove pattern 33 to form the gate electrode 37a.
To form At this time, the high dielectric film 35 may be dug down simultaneously with the metal material layer 37 or may be left.
【0050】その後、ゲート電極37a上を覆う状態で
窒化シリコン膜を形成し、さらにCMP法による研磨ま
たはエッチングによって、第1絶縁膜32、及び第2絶
縁膜38上の窒化シリコン膜を除去してゲート電極37
a上の掘り下げた部分内にのみ窒化シリコン膜を残す。
これによって、ゲート電極37aの両側上端部上に窒化
シリコンからなるストッパ層40を形成する。Thereafter, a silicon nitride film is formed so as to cover the gate electrode 37a, and the silicon nitride film on the first insulating film 32 and the second insulating film 38 is removed by polishing or etching by the CMP method. Gate electrode 37
The silicon nitride film is left only in the dug portion on a.
Thereby, the stopper layer 40 made of silicon nitride is formed on both upper ends of the gate electrode 37a.
【0051】次いで、図7(k)に示すように、第1絶
縁膜32、第2絶縁膜38、ストッパ層40及びサイド
ウォール28aを覆う状態で第3絶縁膜41を形成した
後、メモリ領域20aに基板1表面のS/D26に達す
る接続孔43を形成する。Next, as shown in FIG. 7K, a third insulating film 41 is formed so as to cover the first insulating film 32, the second insulating film 38, the stopper layer 40, and the sidewalls 28a. A connection hole 43 reaching the S / D 26 on the surface of the substrate 1 is formed in 20a.
【0052】この際、先ず、ここでの図示を省略したレ
ジストパターンを形成し、このレジストパターンをマス
クに用いると共に、窒化シリコンからなるストッパ層4
0及びサイドウォール28aをストッパに用いて、酸化
シリコンからなる第3絶縁膜41、第1絶縁膜32を選
択的にエッチングする。このエッチングには、例えば8
フッ化シクロブタン(C4 F8 )/一酸化炭素(CO)
/アルゴン(Ar)/酸素(O2 )等のガス系を用いる
こととする。At this time, first, a resist pattern not shown here is formed, this resist pattern is used as a mask, and the stopper layer 4 made of silicon nitride is used.
The third insulating film 41 and the first insulating film 32 made of silicon oxide are selectively etched using the 0 and the sidewall 28a as stoppers. For this etching, for example, 8
Fluorocyclobutane (C4 F8) / Carbon monoxide (CO)
/ Argon (Ar) / Oxygen (O2).
【0053】その後、CHF3 /CO等のガス系を用い
て、サイドウォール28aからつながる窒化シリコン膜
28底部のエッチングを行い、これによって、基板20
に達する接続孔43を形成する。Thereafter, the bottom of the silicon nitride film 28 connected to the side wall 28a is etched using a gas system such as CHF 3 / CO, thereby forming the substrate 20.
Is formed.
【0054】ここでは、窒化シリコンからなるストッパ
層40及びサイドウォール28aによってゲート電極3
7aの肩部が保護されるため、エッチングマスクとなる
レジストパターンの位置合わせマージンを大きくとるこ
とができ、セルフアラインで接続孔43が形成されるこ
とになる。Here, the gate electrode 3 is formed by the stopper layer 40 made of silicon nitride and the sidewall 28a.
Since the shoulder portion 7a is protected, the margin for positioning the resist pattern serving as an etching mask can be increased, and the connection hole 43 is formed in a self-aligned manner.
【0055】以上の後、接続孔43内に埋め込まれ、S
/D26に接続させたポリプラグ44を形成する。After the above, embedded in the connection hole 43,
/ D26 is formed.
【0056】次に、図7(l)に示すように、ポリプラ
グ44上及び第3絶縁膜41上に酸化シリコンからなる
第4絶縁膜46を形成し、メモリ領域20aの第4絶縁
膜46にポリプラグ44に達する接続孔47を形成す
る。その後、チタン(Ti)上に窒化チタン(TiN)
を積層させた密着層上にタングステン(W)膜を形成
し、さらに窒化シリコン膜を形成した後、これらをパタ
ーニングすることによって窒化シリコンからなるオフセ
ット付きのビット線48を形成する。このビット線48
は、接続孔47を介してポリプラグ44に接続させる状
態で形成する。Next, as shown in FIG. 7L, a fourth insulating film 46 made of silicon oxide is formed on the poly plug 44 and the third insulating film 41, and is formed on the fourth insulating film 46 in the memory region 20a. A connection hole 47 reaching the poly plug 44 is formed. Thereafter, titanium nitride (TiN) is formed on titanium (Ti).
A tungsten (W) film is formed on the adhesion layer on which is laminated, and a silicon nitride film is further formed. Then, these are patterned to form a bit line 48 with an offset made of silicon nitride. This bit line 48
Is formed so as to be connected to the poly plug 44 via the connection hole 47.
【0057】次いで、このビット線48の側壁に窒化シ
リコンからなるサイドウォール49を形成する。Next, a side wall 49 made of silicon nitride is formed on the side wall of the bit line 48.
【0058】以上の後、図8(m)に示すように、ビッ
ト線48を覆う状態で酸化シリコンからなる第1層間絶
縁膜50を形成した後、この第1層間絶縁膜50にポリ
プラグ44に達する接続孔50aを形成する。この際、
ビット線48の周囲を覆う窒化シリコンからなるオフセ
ット及びサイドウォールをストッパにしたエッチングを
行う。After the above, as shown in FIG. 8 (m), a first interlayer insulating film 50 made of silicon oxide is formed so as to cover the bit line 48, and then a poly plug 44 is formed on the first interlayer insulating film 50. A connection hole 50a that reaches is formed. On this occasion,
Etching is performed using an offset made of silicon nitride covering the periphery of the bit line 48 and a sidewall as a stopper.
【0059】次に、接続孔50a内にタングステンプラ
グを形成してこれをノードコンタクト51とする。しか
る後、このノードコンタクト51上を覆う状態で、酸化
シリコンからなる第2層間絶縁膜52を100nm程度
の膜厚で形成する。Next, a tungsten plug is formed in the connection hole 50a and used as a node contact 51. Thereafter, a second interlayer insulating film 52 made of silicon oxide is formed to a thickness of about 100 nm so as to cover the node contact 51.
【0060】次いで、周辺領域20bに、基板1表面の
シリサイド層31に達する接続孔54と、ゲート電極3
7aに達する接続孔55とを同時に形成する。ここで
は、第2層間絶縁膜52上に、ここでの図示を省略した
レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマ
スクに用いると共に、窒化シリコンからなるストッパ層
40及びサイドウォール28aをストッパに用いて、第
2層間絶縁膜52、第1層間絶縁膜50、第4絶縁膜4
6,第3絶縁膜41及び第1絶縁膜32または第2絶縁
膜38をエッチングする。これによって、基板20表面
のシリサイド層31に達する接続孔54と、ゲート電極
37aに達する接続孔55とを同時に形成する。Next, a connection hole 54 reaching the silicide layer 31 on the surface of the substrate 1 and a gate electrode 3 are formed in the peripheral region 20b.
A connection hole 55 reaching 7a is formed at the same time. Here, a resist pattern not shown here is formed on the second interlayer insulating film 52, and this resist pattern is used as a mask, and the stopper layer 40 made of silicon nitride and the sidewall 28a are used as stoppers. , Second interlayer insulating film 52, first interlayer insulating film 50, fourth insulating film 4
6, the third insulating film 41 and the first insulating film 32 or the second insulating film 38 are etched. Thus, a connection hole 54 reaching the silicide layer 31 on the surface of the substrate 20 and a connection hole 55 reaching the gate electrode 37a are formed simultaneously.
【0061】このエッチングには、例えばC4 F8 /C
O/Ar/O2 等のガス系を用いることとする。この
際、窒化シリコンからなるストッパ層40及びサイドウ
ォール28aによってゲート電極37aが保護されるた
め、エッチングマスクとなるレジストパターンはラフな
アライメントで形成すれば良く、セルフアラインで接続
孔54と接続孔55とを同時に形成することができる。
また、この際、ゲート電極37aの肩部はストッパ層4
0とサイドウォール28aによって保護される。For this etching, for example, C4 F8 / C
A gas system such as O / Ar / O2 is used. At this time, since the gate electrode 37a is protected by the stopper layer 40 and the sidewall 28a made of silicon nitride, the resist pattern serving as an etching mask may be formed by rough alignment, and the connection holes 54 and 55 are formed in a self-aligned manner. And can be formed simultaneously.
At this time, the shoulder of the gate electrode 37a is
0 and are protected by the sidewalls 28a.
【0062】次に、水素雰囲気中において400度程度
の温度で熱処理を行い、次いでこれらの接続孔54,5
5内にTiNを密着層としたタングステンプラグ56を
形成する。この際、密着層の緻密化のために650℃程
度の高温でのRTP(RapidThermal process)を行う。
このRTPによって、メモリ領域20aに形成したタン
グステンプラグからなるノードコンタクト51において
は、ポリプラグ44との界面がシリサイド化され、良好
な接続が確保される。また、これらの熱処理及びRTP
を、メモリ領域20aにDRAMキャパシタを形成する
前に行うことができるため、キャパシタを高温水素雰囲
気に暴露させないプロセスを実現できる。Next, a heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at a temperature of about 400 ° C.
5, a tungsten plug 56 using TiN as an adhesion layer is formed. At this time, a rapid thermal process (RTP) is performed at a high temperature of about 650 ° C. to densify the adhesion layer.
By this RTP, the interface with the poly plug 44 is silicided at the node contact 51 made of a tungsten plug formed in the memory region 20a, and a good connection is ensured. In addition, these heat treatment and RTP
Can be performed before the DRAM capacitor is formed in the memory region 20a, so that a process in which the capacitor is not exposed to a high-temperature hydrogen atmosphere can be realized.
【0063】以上の後、周辺領域20bのタングステン
プラグ56に接続する第1配線57を、第2層間絶縁膜
52上に形成する。この第1配線57は、上層から順に
TiN/Al−Cu(アルミニウム−銅)/TiN/T
i=50nm/400nm/20nm/20nmが積層
されたものとする。以上のようにして、DRAMキャパ
シタによる段差形成前に、接続孔54,55及び第1配
線57の形成を行うことができる。After the above, a first wiring 57 connected to the tungsten plug 56 in the peripheral region 20b is formed on the second interlayer insulating film 52. The first wiring 57 is formed of TiN / Al-Cu (aluminum-copper) / TiN / T in order from the upper layer.
It is assumed that i = 50 nm / 400 nm / 20 nm / 20 nm is stacked. As described above, the connection holes 54 and 55 and the first wiring 57 can be formed before the step is formed by the DRAM capacitor.
【0064】次に、図9(n)に示すように、第1配線
57を覆う状態で第2層間絶縁膜52上に、酸化シリコ
ンからなる第3層間絶縁膜58を形成する。その後、メ
モリ領域20aのノードコンタクト51に達する孔58
aを、第2層間絶縁膜52及び第3層間絶縁膜58に形
成し、WN、TiN等の耐酸化性に優れた金属、あるい
はRuやイリジウム(Ir)等の酸化物が導電性を示す
金属やその金属酸化物からなる下部電極層60を50n
m程度堆積させて孔58aの内壁を覆い、孔58aの内
壁にのみ下部電極層60が残るようにこの下部電極層6
0を加工する。ここでは、下部電極層60を形成した
後、レジスト材料やBPSG(boro phospho silicate
glass)またはSOG(spin on glass)などのように、
酸化シリコンからなる第3層間絶縁膜58に対して選択
的に除去できる埋め込み材料によって孔58a内を埋め
込んだ後、CMPやエッチバック等を施すことによって
第3層間絶縁膜58上の下部電極層60部分を除去し、
これによって下部電極層60を加工する。下部電極層6
0の加工後、埋め込み材料層を除去する。Next, as shown in FIG. 9N, a third interlayer insulating film 58 made of silicon oxide is formed on the second interlayer insulating film 52 so as to cover the first wiring 57. Thereafter, a hole 58 reaching the node contact 51 of the memory region 20a
a is formed on the second interlayer insulating film 52 and the third interlayer insulating film 58, and a metal having excellent oxidation resistance such as WN or TiN, or a metal having an oxide such as Ru or iridium (Ir) exhibiting conductivity. 50n of the lower electrode layer 60 made of
m of the lower electrode layer 6 so as to cover the inner wall of the hole 58a and leave the lower electrode layer 60 only on the inner wall of the hole 58a.
Process 0. Here, after forming the lower electrode layer 60, a resist material or BPSG (boro phospho silicate) is formed.
glass) or SOG (spin on glass),
After the inside of the hole 58a is filled with a filling material that can be selectively removed from the third interlayer insulating film 58 made of silicon oxide, the lower electrode layer 60 on the third interlayer insulating film 58 is formed by performing CMP or etch back. Remove parts,
Thereby, the lower electrode layer 60 is processed. Lower electrode layer 6
After the processing of No. 0, the filling material layer is removed.
【0065】以上の後、下部電極層60を覆う状態で、
誘電体膜61を形成する。ここでは、誘電体膜61とし
てTa2 O5 を10nmの膜厚で形成し、オゾン(O3
)雰囲気下において紫外線照射を行いながら400℃
で10分程度のアニールを行い、これによってTa2 O
5 を非晶質状態に保ったまま、内部の酸素欠損を消失さ
せると共に残留カーボンを除去して良好なキャパシタ誘
電体膜61とする。After the above, while covering the lower electrode layer 60,
A dielectric film 61 is formed. Here, Ta2 O5 is formed to a thickness of 10 nm as the dielectric film 61, and ozone (O3
) 400 ° C. while irradiating with ultraviolet light in an atmosphere
Anneal for about 10 minutes with Ta2O
5 is maintained in an amorphous state, the internal oxygen vacancies are eliminated, and the residual carbon is removed to form a good capacitor dielectric film 61.
【0066】次に、誘電体膜61上に、100nm程度
の膜厚を有するTiNやWNを堆積させ、必要に応じて
この上部にTiのような水素阻止層を堆積させた後、こ
れらをパターニングすることによってセルプレート62
を形成する。この際、誘電体膜61も同時にパターニン
グすることとする。これによって、下部電極層60とセ
ルプレート62との間に誘電体膜61を挟持させてなる
DRAMキャパシタを形成する。Next, TiN or WN having a thickness of about 100 nm is deposited on the dielectric film 61, and if necessary, a hydrogen blocking layer such as Ti is deposited thereon, followed by patterning. By doing so, the cell plate 62
To form At this time, the dielectric film 61 is also patterned at the same time. Thus, a DRAM capacitor having the dielectric film 61 sandwiched between the lower electrode layer 60 and the cell plate 62 is formed.
【0067】次いで、図10(o)に示すように、セル
プレート62を覆う状態で第3層間絶縁膜58上に酸化
シリコンからなる第4層間絶縁膜64を形成した後、メ
モリ領域20aと周辺領域20bとに、セルプレート6
2及び第1配線57にそれぞれ達する接続孔65を形成
する。その後、これらの接続孔65内にプラグ66を形
成し、次いでこれらのプラグ66に接続された第2配線
67を第4層間絶縁膜64上に形成する。Next, as shown in FIG. 10 (o), after a fourth interlayer insulating film 64 made of silicon oxide is formed on the third interlayer insulating film 58 so as to cover the cell plate 62, the memory region 20a and the periphery are formed. In the region 20b, the cell plate 6
A connection hole 65 reaching each of the second and first wirings 57 is formed. After that, plugs 66 are formed in the connection holes 65, and then a second wiring 67 connected to the plugs 66 is formed on the fourth interlayer insulating film 64.
【0068】この第2配線67は、DRAMキャパシタ
による段差を無視できる平坦な第4層間絶縁膜64上に
形成させる。また、第1配線57の形成と第2配線67
の形成との間にDRAMキャパシタの形成を行うため、
接続孔67の深さもLogicプロセスと同程度の深さで良
いことになる。The second wiring 67 is formed on a flat fourth interlayer insulating film 64 in which a step due to the DRAM capacitor can be ignored. Also, the formation of the first wiring 57 and the second wiring 67
To form a DRAM capacitor during the formation of
The depth of the connection hole 67 may be the same as the depth of the Logic process.
【0069】以上の後、ここでの図示は省略したが、必
要に応じてさらに層間絶縁膜、接続孔、プラグ及び配線
を形成して多層配線化を図る。After the above, although illustration is omitted here, an interlayer insulating film, a connection hole, a plug, and a wiring are further formed as necessary to achieve a multilayer wiring.
【0070】以上のようにして、ロジックプロセスに対
して整合性の良いDRAMプロセスが実現される。As described above, a DRAM process having good consistency with the logic process is realized.
【0071】このような第2実施形態の製造方法によれ
ば、図5(h)〜図6(j)を用いて説明したように、
溝パターン33の内壁に沿った凹部を有する金属材料層
37を形成し、その凹部内を第2絶縁膜38で埋め込ん
だ後に金属材料層37を掘り下げてゲート電極37aを
形成し、このゲート電極37aの上部にストッパ層40
を形成する構成にしたことで、断面凹形状のゲート電極
37aの両側上端部上にのみストッパ層40が設けられ
ることになる。このため、ゲート電極37aの凹部内底
面上はストッパ層40で覆われることはない。したがっ
て、図8(m)を用いて説明した工程では、第1実施形
態と同様に、ストッパ層40とサイドウォール28aと
をストッパとしてゲート電極37aの肩部を保護しつ
つ、同一のエッチング工程によってゲート電極37aと
基板20(シリサイド層31)とにそれぞれ達する各接
続孔54,55を形成することが可能になる。According to the manufacturing method of the second embodiment, as described with reference to FIGS. 5 (h) to 6 (j),
A metal material layer 37 having a recess along the inner wall of the groove pattern 33 is formed, and the recess is filled with a second insulating film 38, and then the metal material layer 37 is dug down to form a gate electrode 37a. Stopper layer 40 on top of
Is formed, the stopper layer 40 is provided only on the upper ends on both sides of the gate electrode 37a having a concave cross section. Therefore, the bottom surface in the recess of the gate electrode 37 a is not covered with the stopper layer 40. Therefore, in the step described with reference to FIG. 8M, as in the first embodiment, the stopper layer 40 and the sidewall 28a are used as stoppers to protect the shoulder of the gate electrode 37a, and the same etching step is used. The connection holes 54 and 55 reaching the gate electrode 37a and the substrate 20 (silicide layer 31), respectively, can be formed.
【0072】この結果、第1実施形態と同様に、エッチ
ングの際のマスクとなるレジストパターンの形成工程を
減らすことができ、半導体装置の製造工程を簡略化する
ことが可能になる。As a result, as in the first embodiment, the number of steps for forming a resist pattern serving as a mask at the time of etching can be reduced, and the manufacturing steps of a semiconductor device can be simplified.
【0073】しかも、溝パターン33aの内壁に沿って
凹部が形成されるように、ゲート電極37aを構成する
金属材料層37が形成されるため、第1実施形態と同様
にゲート絶縁膜35a,35の信頼性を確保することが
可能になる。Further, since the metal material layer 37 constituting the gate electrode 37a is formed so that a concave portion is formed along the inner wall of the groove pattern 33a, the gate insulating films 35a and 35a are formed as in the first embodiment. Reliability can be secured.
【0074】[0074]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、断
面凹形状の電極の両側上端部上にのみストッパ層を設け
ることで、このストッパ層とサイドウォールとをストッ
パとしてゲート電極の肩部を保護しながらも、同一のエ
ッチング工程によって電極と基板とにそれぞれ達する各
接続孔を形成することが可能になる。したがって、接続
孔形成のためのマスク形成工程を1回に減らし、半導体
装置の製造工程を簡略化することが可能になる。しか
も、電極を構成する金属材料層を、溝パターンの内壁に
沿った凹部を有する形状に形成することで、金属材料層
おけるエッチング耐性を向上させ、電極の下地にエッチ
ングの影響が及ぼされることを防止できる。このため、
ゲート電極を形成する際に、下地となるゲート絶縁膜の
信頼性を確保することが可能になる。この結果、所望の
特性を備えた半導体装置を形成することが可能になる。As described above, according to the present invention, the stopper layer is provided only on the upper end portions on both sides of the electrode having the concave cross section, and the stopper layer and the sidewall are used as stoppers to form the shoulder portion of the gate electrode. While protecting the electrodes, it is possible to form each connection hole reaching the electrode and the substrate by the same etching process. Therefore, it is possible to reduce the number of mask forming steps for forming the connection holes to one, and to simplify the manufacturing steps of the semiconductor device. In addition, by forming the metal material layer forming the electrode into a shape having a concave portion along the inner wall of the groove pattern, the etching resistance of the metal material layer is improved, and the influence of the etching on the base of the electrode is reduced. Can be prevented. For this reason,
In forming a gate electrode, it is possible to ensure the reliability of a gate insulating film serving as a base. As a result, a semiconductor device having desired characteristics can be formed.
【図1】本発明の第1実施形態を説明する断面工程図で
ある。FIG. 1 is a sectional process view illustrating a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2実施形態を説明する断面工程図
(その1)である。FIG. 2 is a sectional process view (1) illustrating a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2実施形態を説明する断面工程図
(その2)である。FIG. 3 is a sectional process view (part 2) for explaining the second embodiment of the present invention;
【図4】本発明の第2実施形態を説明する断面工程図
(その3)である。FIG. 4 is a sectional process view (3) for explaining the second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第2実施形態を説明する断面工程図
(その4)である。FIG. 5 is a sectional process view (part 4) for explaining the second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第2実施形態を説明する断面工程図
(その5)である。FIG. 6 is a sectional process view (5) for explaining the second embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第2実施形態を説明する断面工程図
(その6)である。FIG. 7 is a sectional process view (part 6) explaining the second embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第2実施形態を説明する断面工程図
(その7)である。FIG. 8 is a sectional process view (7) for explaining the second embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第2実施形態を説明する断面工程図
(その8)である。FIG. 9 is a sectional process view (8) for explaining the second embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第2実施形態を説明する断面工程図
(その9)である。FIG. 10 is a sectional process view (No. 9) for explaining the second embodiment of the present invention.
【図11】従来の技術を説明する断面工程図である。FIG. 11 is a sectional process view illustrating a conventional technique.
【図12】従来の技術の問題点を説明する断面工程図で
ある。FIG. 12 is a sectional process view for explaining a problem of the conventional technique.
1…基板、2…ダミーゲート絶縁膜、3…ダミーゲート
電極、4…サイドウォール、6…第1絶縁膜、6a…溝
パターン、7…ゲート絶縁膜、8…金属材料層、8a…
ゲート電極、9…第2絶縁膜、10…ストッパ層、12
a,12b…接続孔、20…基板、24…ダミーゲート
絶縁膜、25…ダミーゲート電極、28a…サイドウォ
ール、32…第1絶縁膜、33…溝パターン、35,3
5a…ゲート絶縁膜、37…金属材料層、37a…ゲー
ト電極、38…第2絶縁膜、40…ストッパ層、54,
55…接続孔DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Dummy gate insulating film, 3 ... Dummy gate electrode, 4 ... Side wall, 6 ... First insulating film, 6a ... Groove pattern, 7 ... Gate insulating film, 8 ... Metal material layer, 8a ...
Gate electrode, 9: second insulating film, 10: stopper layer, 12
a, 12b: connection hole, 20: substrate, 24: dummy gate insulating film, 25: dummy gate electrode, 28a: sidewall, 32: first insulating film, 33: groove pattern, 35, 3
5a: gate insulating film, 37: metal material layer, 37a: gate electrode, 38: second insulating film, 40: stopper layer, 54,
55 ... connection hole
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/336 H01L 27/10 681F 29/62 G 29/78 301Y Fターム(参考) 4M104 AA01 BB04 BB18 BB20 BB30 BB33 BB36 CC01 CC05 DD02 DD03 DD04 DD08 DD16 DD17 DD72 EE03 EE09 EE16 FF06 FF18 GG09 GG10 GG14 HH14 5F033 HH07 HH09 HH18 HH19 HH33 HH34 HH35 JJ18 JJ19 JJ33 KK25 MM01 MM08 MM13 MM17 NN06 NN07 NN13 QQ08 QQ09 QQ13 QQ16 QQ18 QQ25 QQ37 QQ48 QQ73 QQ82 RR04 RR06 RR09 SS15 SS21 TT08 VV06 VV16 XX15 XX31 5F040 DB03 DB09 DC01 EA08 EC04 EC19 EC26 ED01 ED02 ED03 ED04 ED09 EF02 EH02 EH08 EK05 FA01 FA02 FA07 FB02 FC10 FC19 FC21 FC22 FC27 FC28 5F083 AD01 AD10 AD24 JA06 JA19 JA35 JA36 JA39 JA40 JA53 JA56 KA05 KA20 MA03 MA06 MA17 MA19 MA20 PR03 PR06 PR10 PR12 PR18 PR23 PR29 PR34 PR38 PR40 PR43 PR44 PR45 PR46 PR53 PR54 PR55 PR56 ZA06 ZA07 ZA12 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 21/336 H01L 27/10 681F 29/62 G 29/78 301Y F term (Reference) 4M104 AA01 BB04 BB18 BB20 BB30 BB33 BB36 CC01 CC05 DD02 DD03 DD04 DD08 DD16 DD17 DD72 EE03 EE09 EE16 FF06 FF18 GG09 GG10 GG14 HH14 5F033 HH07 HH09 HH18 HH19 HH33 HH34 HH35 JJ18 JJ19 JJ33 KK25 Q13 Q18 NN13 RR04 RR06 RR09 SS15 SS21 TT08 VV06 VV16 XX15 XX31 5F040 DB03 DB09 DC01 EA08 EC04 EC19 EC26 ED01 ED02 ED03 ED04 ED09 EF02 EH02 EH08 EK05 FA01 FA02 FA07 FB02 FC10 FC19 FC21 FC22 JA27 KA20 MA03 MA06 MA17 MA19 MA20 PR03 PR06 PR10 PR12 PR18 PR23 PR29 PR34 PR38 PR40 PR43 PR44 PR45 PR46 PR53 PR54 P R55 PR56 ZA06 ZA07 ZA12
Claims (4)
する第1絶縁膜を基板上に形成する工程と、 前記溝パターンの内壁に沿った凹部を有する金属材料層
を前記第1絶縁膜上に形成する工程と、 前記金属材料層の凹部内を第2絶縁膜で埋め込んだ後、
当該第2絶縁膜及び金属材料層を平坦化して前記第1絶
縁膜を露出させる工程と、 前記溝パターン内における前記金属材料層の上部を前記
第1絶縁膜及び第2絶縁膜に対して選択的に除去して掘
り下げ、前記溝パターン内の底部に断面凹形状の金属材
料層からなる電極を形成する工程と、 前記電極上部における前記溝パターン内にストッパ層を
埋め込んだ後、前記ストッパ層及び前記サイドウォール
をストッパに用いて前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜
をエッチング除去し、これによって前記基板及び前記電
極にそれぞれ達する各接続孔を形成する工程とを行うこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。1. A step of forming a first insulating film having a groove pattern having a side wall on a substrate, and forming a metal material layer having a concave portion along an inner wall of the groove pattern on the first insulating film. And filling the recesses of the metal material layer with a second insulating film.
Flattening the second insulating film and the metal material layer to expose the first insulating film; and selecting an upper portion of the metal material layer in the groove pattern with respect to the first insulating film and the second insulating film. Forming an electrode made of a metal material layer having a concave cross-section at the bottom of the groove pattern, and embedding a stopper layer in the groove pattern above the electrode, and then removing the stopper layer and Etching the first insulating film and the second insulating film by using the sidewalls as stoppers, thereby forming connection holes respectively reaching the substrate and the electrodes. Device manufacturing method.
おいて、 前記金属材料層を形成する工程では、ゲート絶縁膜を介
して当該金属材料層を形成し、 前記金属材料層からなる電極を形成する工程では、当該
金属材料層からなるゲート電極を形成することを特徴と
する半導体装置の製造方法。2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of forming the metal material layer, the metal material layer is formed via a gate insulating film, and an electrode made of the metal material layer is formed. Forming a gate electrode made of the metal material layer.
板上に設けられた電極と、 前記電極の両側上端部上に設けられたストッパ層と、 前記ストッパ層と前記電極との外側壁に設けられたサイ
ドウォールと、 前記電極、ストッパ層及びサイドウォールを覆う状態で
前記基板上に設けられた絶縁膜と、 前記電極の凹部内底面及び前記基板にそれぞれ達する状
態で、前記ストッパ層及び前記サイドウォールをストッ
パにして前記絶縁膜に形成された各接続孔とを備えたこ
とを特徴とする半導体装置。3. An electrode provided on a substrate with a concave cross section having a groove on an upper portion, a stopper layer provided on an upper end portion on both sides of the electrode, and an outside of the stopper layer and the electrode. A sidewall provided on a wall; an insulating film provided on the substrate so as to cover the electrode, the stopper layer and the sidewall; and a stopper layer provided to reach a bottom surface in a concave portion of the electrode and the substrate, respectively. And a connection hole formed in the insulating film using the sidewall as a stopper.
ート電極との間にはゲート絶縁膜が設けられていること
を特徴とする半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the electrode is a gate electrode, and a gate insulating film is provided between the substrate and the gate electrode.
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