JP2002057305A - 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不良の発生を防止できる共に、製造コストを
低減することが可能な半導体装置およびその製造方法を
提供する。 【解決手段】 半導体装置は、キャパシタ電極22と絶
縁層23と配線層26aとを備える。キャパシタ電極2
2は半導体基板1上に形成されている。絶縁膜23はキ
ャパシタ電極22上に形成され、キャパシタ電極22の
一部を露出させる溝25aを有し、上部表面を有する。
配線層26aは、溝25aの内部に充填され、上部表面
を有し、キャパシタ電極22と接続されている。配線層
26aの上部表面は絶縁膜23の上部表面とほぼ同一平
面上に位置する。

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、半導体装置およ
びその製造方法に関し、より特定的には、キャパシタ電
極を備える半導体装置およびその製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の一つとしてDRAM
(Dynamic Random Access Me
mory)が知られている。図9は、従来の半導体装置
を示す断面模式図である。図9を参照して、従来の半導
体装置を説明する。
【0003】図9を参照して、半導体装置はDRAMで
あり、半導体基板101上に形成された電界効果トラン
ジスタとキャパシタとを備える。キャパシタはメモリ信
号としての電荷を蓄える。また、電界効果トランジスタ
は、キャパシタへの電荷の蓄積を制御するスイッチング
素子として作用する。半導体基板101の主表面には間
隔を隔てて導電領域102a〜102eが形成されてい
る。導電領域102a〜102dは電界効果トランジス
タのソースおよびドレイン領域となる。導電領域102
a〜102dの間に位置するチャネル領域上には、半導
体基板101上にゲート絶縁膜103a〜103cが形
成されている。ゲート絶縁膜103a〜103c上には
ゲート電極104a〜104cが形成されている。ゲー
ト電極104a〜104cの側壁上にはサイドウォール
絶縁膜105a〜105fが形成されている。ゲート電
極104a〜104c上には被覆絶縁膜106a〜10
6cが形成されている。ゲート電極104aとゲート絶
縁膜103aとソースおよびドレイン領域としての導電
領域102a、102bとから電界効果トランジスタが
構成されている。ゲート電極104bとゲート絶縁膜1
03bとソースおよびドレイン領域としての導電領域1
02b、102cとから別の電界効果トランジスタが構
成されている。ゲート電極104cとゲート絶縁膜10
3cとソースおよびドレイン領域としての導電領域10
2c、102dとから他の電界効果トランジスタが構成
されている。
【0004】被覆絶縁膜106a〜106cとサイドウ
ォール絶縁膜105a〜105fと半導体基板101の
主表面との上に第1の層間絶縁膜107が形成されてい
る。第1の層間絶縁膜107には、導電領域102b、
102c上に位置する領域にコンタクトホール108
a、108bが形成されている。コンタクトホール10
8a、108bの内部にはドープトポリシリコン膜など
の導電体膜109a、109bが充填されている。第1
の層間絶縁膜107上には第2の層間絶縁膜110が形
成されている。導電体膜109b上に位置する領域にお
いては、第2の層間絶縁膜110にコンタクトホール1
11aが形成されている。また、半導体基板101の主
表面における導電領域102e上に位置する領域では、
第1および第2の層間絶縁膜107、110の一部を除
去することによりコンタクトホール111bが形成され
ている。コンタクトホール111a、111bの内部に
はタングステン膜などの導電体膜115a、115bが
それぞれ充填されている。導電体膜115a、115b
上には第1の配線層112a、112bが形成されてい
る。
【0005】第1の配線層112a、112bと第2の
層間絶縁膜110との上には第3の層間絶縁膜113が
形成されている。導電体膜109a上に位置する領域で
は、第2および第3の層間絶縁膜110、113の一部
を除去することによりコンタクトホール114が形成さ
れている。コンタクトホール114の内部には導電体膜
116が充填されている。
【0006】第3の層間絶縁膜113上には第4の層間
絶縁膜117が形成されている。第1の配線層112b
上に位置する領域では、第3および第4の層間絶縁膜1
13、117の一部を除去することによりコンタクトホ
ール150が形成されている。コンタクトホール150
の内部には導電体膜151が充填されている。
【0007】第4の層間絶縁膜117上には第5の層間
絶縁膜118が形成されている。導電体膜116上に位
置する領域では、第4および第5の層間絶縁膜117、
118の一部を除去することにより、開口部119が形
成されている。開口部119の内部には、導電体膜11
6に接続されたキャパシタ下部電極120が形成されて
いる。キャパシタ下部電極120上から第5の層間絶縁
膜118の上部表面上にまで延在するように、誘電体膜
121が形成されている。誘電体膜121上には、開口
部119の内部を充填するとともに、第5の層間絶縁膜
118の上部表面上にまで延在するようにキャパシタ上
部電極122が形成されている。キャパシタ下部電極1
20と誘電体膜121とキャパシタ上部電極122とか
らキャパシタは構成される。
【0008】キャパシタ上部電極122と第5の層間絶
縁膜118との上には第6の層間絶縁膜123が形成さ
れている。キャパシタ上部電極122上に位置する領域
では、第6の層間絶縁膜123にコンタクトホール15
2aが形成されている。また、導電体膜150上に位置
する領域では、第5および6の層間絶縁膜118、12
3の一部を除去することにより、コンタクトホール15
2bが形成されている。コンタクトホール152a、1
52bの内部にはタングステン膜などの導電体膜153
a、153bが充填されている。導電体膜153aはキ
ャパシタ上部電極122と接続されている。導電体膜1
53bは導電体膜151と接続されている。導電体膜1
52a、152b上には、アルミニウムなどからなる第
2の配線層154a、154bが形成されている。第2
の配線層154aは、キャパシタ上部電極122の電位
を固定するために利用される。DRAMのような半導体
装置では、図9に示したように、基板101上にキャパ
シタを備えるメモリセルが複数個マトリックス状に配置
されている。そして、第2の配線層154a、154b
上には、層間絶縁膜(図示せず)が形成される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】DRAMに代表される
半導体装置では、微細化・高集積化の要求がますます強
まってきている。そのため、図9に示したようなDRA
Mのメモリセルのサイズはますます小さくなっている。
しかし、メモリセルにおいて電荷を蓄積するキャパシタ
には一定量の電荷を蓄積する必要がある。そのため、メ
モリセルのサイズを小さくしながらキャパシタの容量を
確保する目的で、図示したような円筒型キャパシタ、あ
るいは厚膜型キャパシタといった、高さ方向に延びるよ
うな形状のキャパシタ構造が採用されている。一方、キ
ャパシタ上部電極122より下層に位置する導電領域1
02eなどに信号を供給する、あるいは電位を固定する
などの目的で、導電領域102eに接続された第1の配
線112bと第2の配線層154bとをコンタクトホー
ル152b、150を介して接続する必要がある。この
とき、キャパシタ上部電極122上に位置するコンタク
トホール152aと第2の配線層154b下に位置する
コンタクトホール152bとは、キャパシタの構造に起
因してその深さが異なっている。そのため、このコンタ
クトホール152a、152bを1度のエッチング工程
により形成した場合、コンタクトホール152bが所定
の深さに到達するまでエッチングを続ける必要がある。
この際、コンタクトホール152aの底部にてキャパシ
タ上部電極122がエッチングを過剰に受けることにな
る。この結果、キャパシタ上部電極122が損傷を受け
る、あるいはコンタクトホール152aがキャパシタ上
部電極122を突き抜けてしまうといった問題が発生す
る。このため、従来はコンタクトホール152aを形成
するためのエッチング工程と、コンタクトホール152
bを形成するためのエッチング工程とを別々に行なって
いた。この結果、半導体装置の製造工程数が増大するこ
とになり、半導体装置の製造コストが上昇する原因とな
っていた。
【0010】また、第2の配線層154a、154bを
形成するための写真製版加工やコンタクトホール152
a、152bを形成するための写真製版加工における、
マスクの重ね合せ誤差などにより、第2の配線層154
a、154bとコンタクトホール152a、152bと
の位置がずれることがあった。この場合、第2の配線層
154aとキャパシタ上部電極122とが接続されず、
半導体装置に不良が発生していた。
【0011】また、半導体装置の微細化に伴なって、第
2の配線層154a、154bの配線幅や配線高さ(配
線の断面積)および配線間の間隔も小さくする必要があ
る。しかし、このように配線の断面積が小さくなってく
ると、第2の配線層154a、154bの配線抵抗が増
大する。このような配線抵抗の増大は配線遅延を招く。
この結果、半導体装置において動作速度などの必要な特
性を実現することができず、やはり不良品が発生する場
合が有った。
【0012】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の目的は、不良の
発生を防止できると共に、製造コストを低減することが
可能な半導体装置およびその製造方法を提供することで
ある。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明の1の局面にお
ける半導体装置は、キャパシタ電極と絶縁膜と配線層と
を備える。キャパシタ電極は半導体基板上に形成されて
いる。絶縁膜はキャパシタ電極上に形成され、キャパシ
タ電極の一部を露出させる溝を有し、上部表面を有す
る。配線層は、溝の内部に充填され、上部表面を有し、
キャパシタ電極と接続されている。配線層の上部表面は
絶縁膜の上部表面とほぼ同一平面上に位置する(請求項
1)。
【0014】このようにすれば、キャパシタ電極に接続
される配線をいわゆるダマシン配線構造とすることがで
きるので、従来より半導体装置の製造工程を簡略化でき
る。
【0015】また、従来はキャパシタ電極とアルミニウ
ムなどからなる配線層とが、コンタクトホールの内部に
形成されたタングステンプラグなどの導電体膜を介して
接続されていた。そのため、配線層と導電体膜との接合
界面は異種材料の接合界面となり、界面抵抗などが高く
なるためにエレクトロマイグレーション耐性が低下して
いた。しかし、本発明では配線層がダマシン配線構造で
あり、また溝ではキャパシタ電極の一部が露出している
ため、配線層の下面が直接キャパシタ電極と接続された
状態となっている。このため、タングステンプラグを形
成する必要がない。このため、配線層のエレクトロマイ
グレーション耐性が低下することを防止できる。
【0016】また、絶縁膜に溝を形成して、その溝の内
部に導電体膜を充填することで配線層の形成およびその
配線層とキャパシタ電極との接続を同時に実現するの
で、従来のようにコンタクトホールとこのコンタクトホ
ール上に形成されるべき配線層との位置ずれといった問
題は発生しない。したがって、このような位置ずれに起
因する不良の発生を防止できる。
【0017】また、配線層の上部表面と絶縁膜の上部表
面とがほぼ同一平面上に位置するので、この配線層の上
部表面において配線層に起因する段差は存在しない。こ
のため、絶縁膜上に他の絶縁膜などを形成する場合、配
線層の上部表面の段差に起因して他の絶縁膜の上部表面
に段差が形成されることはない。したがって、他の絶縁
膜上に上層配線層などを形成する場合、上記段差に起因
する上層配線層の断線といった不良が発生することを防
止できる。
【0018】また、キャパシタ電極より下層に位置する
導電領域に信号を供給するなどの目的で、配線層と同一
レイヤに形成される別の配線層と上記導電領域とを接続
する場合がある。この際、キャパシタ電極と平面的に重
ならない領域において、絶縁膜に上記導電領域まで到達
するような他のコンタクトホールと、他のコンタクトホ
ールの内部に充填される導電体膜と、導電体膜に接続さ
れた別の配線層とを形成する必要がある。一方、従来
は、キャパシタ電極と配線層との接続のためにコンタク
トホールを形成していた。そして、このコンタクトホー
ルと上記他のコンタクトホールとはその深さが異なって
いたため、それぞれ別のエッチング工程により形成する
必要があった。これは、半導体装置が微細化して、キャ
パシタが高さ方向に延在するような構造となり、コンタ
クトホールと上記他のコンタクトホールとの深さの差が
益々大きくなっているためである。しかし、本発明にお
いてはキャパシタ電極上にコンタクトホールは形成せ
ず、直接配線層の下面をキャパシタ電極に接触させるよ
うにしている。つまり、半導体装置が微細化されても、
従来のように深さの異なる複数のコンタクトホールを形
成する必要がないため、半導体装置の製造工程をより簡
略化できる。
【0019】上記1の局面における半導体装置は、絶縁
膜下に位置する導電領域を備えていてもよい。絶縁膜は
導電領域にまで到達するコンタクトホールと、このコン
タクトホールと接続する他の溝とを有することが好まし
い。さらに、上記1の局面における半導体装置は、他の
溝とコンタクトホールとの内部に充填された他の配線層
を備えることが好ましい(請求項2)。
【0020】この場合、絶縁膜に形成された他の配線層
は、コンタクトホールの内部と他の溝の内部とを導電体
膜で充填する、いわゆるデュアル・ダマシン・プロセス
で形成することができる。そして、後述する製造工程で
説明するように、上記他の配線層が位置する他の溝と配
線層が位置する溝とを、同じエッチング工程において形
成すれば、上記のように他の配線層を形成する場合に、
製造工程数の増加を最低限に抑えることができる。この
ため、半導体装置の製造コストが増大することを抑制で
きる。
【0021】上記1の局面における半導体装置では、絶
縁膜の溝と他の溝とは、ほぼ平行に延びるように形成さ
れていてもよい(請求項3)。
【0022】この場合、他の配線層と平行に延び、キャ
パシタ電極に下面が接触する配線層を形成できる。した
がって、キャパシタ電極と配線層との接触面積を増大さ
せることができるので、キャパシタ電極と配線層との電
気的な接続をより確実に行なうことができる。
【0023】上記1の局面における半導体装置では、絶
縁膜の溝は複数の開口部を含んでいてもよい(請求項
4)。
【0024】この場合、開口部の底面の面積を変更する
ことにより、配線層とキャパシタ電極との接触面積を任
意に変更できる。この結果、配線層とキャパシタ電極と
の間の電気抵抗値を任意に変更できる。
【0025】また、このように溝が複数の開口部を含
み、開口部の内部にそれぞれ配線層が形成された場合、
配線層より上層に位置し、かつ開口部の内部に形成され
たそれぞれの配線層の間を接続する上層配線層を形成し
てもよい。
【0026】上記1の局面における半導体装置では、配
線層は銅を含むことが好ましい(請求項5)。
【0027】この場合、従来配線層の材料として用いら
れていたアルミニウムより、銅はその電気抵抗値が低
い。したがって、配線層の材料として銅を用いれば、配
線抵抗を従来より低減することができる。このため、配
線遅延の発生を防止できる。
【0028】上記1の局面における半導体装置では、前
記溝の内壁上にはバリアメタル層が形成されていること
が好ましい。
【0029】この場合、配線層を構成する銅などの材料
が絶縁膜やキャパシタ電極などに拡散することを、バリ
アメタル層により防止できる。
【0030】この発明の他の局面における半導体装置の
製造方法では、半導体基板上にキャパシタ電極を形成す
る。キャパシタ電極上に、上部表面を有する絶縁膜を形
成する。絶縁膜において、キャパシタ電極の一部を露出
させるように溝を形成する。溝の内部を充填し、かつ絶
縁膜の上部表面上にまで延在するように導電体膜を形成
する。絶縁膜の上部表面上に位置する導電体膜を除去す
るとともに、絶縁膜の溝上に位置する導電体膜の一部を
除去することにより、溝の内部を充填する導電体膜から
なり、絶縁膜の上部表面とほぼ同一平面上に位置する上
部表面を有する配線層を形成する(請求項6)。
【0031】ここで、従来のキャパシタ電極に接続され
た配線層の製造工程では、絶縁膜にコンタクトホールを
形成する工程、コンタクトホールの内部に導電体膜を形
成する工程、絶縁膜の上部表面上に位置する余分な導電
体膜を除去する工程、コンタクトホール上に配線層とな
る導電体膜を形成する工程、およびレジスト膜をマスク
としてこの導電体膜をエッチングにより部分的に除去す
ることにより配線層を形成する工程を実施していた。つ
まり、従来の半導体装置の製造工程ではエッチング工程
および成膜工程をそれぞれ2回実施していた。しかし、
本発明のように、キャパシタ電極に電気的に接続された
配線層をいわゆるダマシン配線構造とすることで、絶縁
膜に溝を形成する工程、この溝の内部に配線層となる導
電体膜を形成する工程、その後絶縁膜の上部表面上に位
置する導電体膜を化学機械研磨法(CMP法:Chem
ical Mechanical Polishin
g)などを用いて除去する工程という、従来より少ない
工程数で配線層を形成できる。この結果、半導体装置の
製造工程を簡略化できる。また、このようにすれば、本
発明による半導体装置を容易に製造できる。
【0032】上記他の局面における半導体装置の製造方
法では、絶縁膜下に位置する導電領域を形成してもよ
く、絶縁膜に導電領域まで到達するコンタクトホールを
形成してもよい。溝を形成する工程は、コンタクトホー
ル上に位置する領域において絶縁膜に他の溝を形成する
ことを含んでいてもよい。導電体膜を形成する工程は、
コンタクトホールと他の溝との内部を充填するように他
の配線層となる導電体膜を形成することを含んでいても
よい(請求項7)。
【0033】この場合、コンタクトホールの上に位置す
る他の溝を形成する工程と、キャパシタ電極にまで到達
する溝を形成する工程とを同時に行なうことができる。
そして、溝の内部に形成される配線層は直接キャパシタ
電極に接続されるので、従来のようにキャパシタ電極上
に配線層とは別にタングステンプラグなどを充填するた
めのコンタクトホールを形成する必要がない。このた
め、従来より半導体装置の製造工程を簡略化できる。
【0034】また、絶縁膜に1回のエッチング工程にて
形成される溝および他の溝の深さを、絶縁膜の上部表面
からキャパシタ電極の上部表面までの距離とほぼ等しく
設定すれば、このエッチング工程において溝の底面でキ
ャパシタ電極が過剰にエッチングされることを防止でき
る。このため、キャパシタ電極が過剰なエッチングによ
り損傷を受けることを防止できる。
【0035】上記他の局面における半導体装置の製造方
法では、溝を形成する工程が、他の溝とほぼ平行に延び
るように溝を形成することを含んでいてもよい(請求項
8)。
【0036】この場合、他の配線層と平行に延び、キャ
パシタ電極の上部表面に下面が接触する配線層を形成で
きる。したがって、キャパシタ電極と配線層との接触面
積を増大させることができる。この結果、キャパシタ電
極と配線層との電気的な接続を確実に行なうことができ
る。
【0037】上記他の局面における半導体装置の製造方
法では、溝を形成する工程が、絶縁膜においてキャパシ
タ電極の一部を露出させるように複数の開口部を形成す
ることを含んでいてもよい(請求項9)。
【0038】この場合、開口部の底面の面積を変更する
ことにより、配線層とキャパシタ電極との接触面積を任
意に変更できる。
【0039】上記他の局面における半導体装置の製造方
法では、導電体膜は銅を含むことが好ましい(請求項1
0)。
【0040】この場合、配線層の材料として、従来用い
られていたアルミニウムより電気抵抗値の低い銅を配線
層として用いることができる。
【0041】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一ま
たは相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は
繰返さない。
【0042】(実施の形態1)図1は、本発明による半
導体装置の実施の形態1を示す断面模式図である。ま
た、図2は図1の線分II−IIにおける断面を示す模
式図である。図1および2を参照して、半導体装置を説
明する。
【0043】図1および2を参照して、半導体装置はD
RAMであり、半導体基板1上に形成された電界効果ト
ランジスタとキャパシタとを備える。キャパシタはメモ
リ信号としての電荷を蓄える。また、電界効果トランジ
スタは、キャパシタへの電荷の蓄積を制御するスイッチ
ング素子として作用する。半導体基板1の主表面には間
隔を隔てて導電領域2a〜2eが形成されている。導電
領域2a〜2dは電界効果トランジスタのソースおよび
ドレイン領域となる。導電領域2a〜2dの間に位置す
るチャネル領域上には、半導体基板1上にゲート絶縁膜
3a〜3cが形成されている。ゲート絶縁膜3a〜3c
上にはゲート電極4a〜4cが形成されている。ゲート
電極4a〜4cの側壁上にはサイドウォール絶縁膜5a
〜5fが形成されている。ゲート電極4a〜4c上には
シリコン窒化膜からなる被覆絶縁膜6a〜6cが形成さ
れている。ゲート電極4aとゲート絶縁膜3aとソース
およびドレイン領域としての導電領域2a、2bとから
電界効果トランジスタが構成されている。ゲート電極4
bとゲート絶縁膜3bとソースおよびドレイン領域とし
ての導電領域2b、2cとから別の電界効果トランジス
タが構成されている。ゲート電極4cとゲート絶縁膜3
cとソースおよびドレイン領域としての導電領域2c、
2dとから他の電界効果トランジスタが構成されてい
る。
【0044】被覆絶縁膜6a〜6cとサイドウォール絶
縁膜5a〜5fと半導体基板1の主表面との上に第1の
層間絶縁膜7が形成されている。第1の層間絶縁膜7に
は、導電領域2b、2c上に位置する領域にコンタクト
ホール8a、8bが形成されている。コンタクトホール
8a、8bの内部にはドープトポリシリコン膜などの導
電体膜9a、9bが充填されている。第1の層間絶縁膜
7上には第2の層間絶縁膜10が形成されている。導電
体膜9b上に位置する領域においては、第2の層間絶縁
膜10にコンタクトホール11aが形成されている。ま
た、半導体基板1の主表面における導電領域2e上に位
置する領域では、第1および第2の層間絶縁膜7、10
の一部をエッチングによって除去することによりコンタ
クトホール11bが形成されている。コンタクトホール
11a、11bの内部にはタングステン膜やドープトポ
リシリコン膜などの導電体膜15a、15bがそれぞれ
充填されている。導電体膜15a上にはドープトポリシ
リコンからなる第1の配線層12aが形成されている。
また、導電体膜15b上にはドープトポリシリコンから
なる導電領域としての第1の配線層12bが形成されて
いる。
【0045】第1の配線層12a、12bと第2の層間
絶縁膜10との上には第3の層間絶縁膜13が形成され
ている。導電体膜9a上に位置する領域では、第2およ
び第3の層間絶縁膜10、13の一部を除去することに
よりコンタクトホール14が形成されている。コンタク
トホール14の内部には導電体膜16が充填されてい
る。
【0046】第3の層間絶縁膜13上には第4の層間絶
縁膜17が形成されている。第4の層間絶縁膜17上に
は第5の層間絶縁膜18が形成されている。導電体膜1
6上に位置する領域では、第4および第5の層間絶縁膜
17、18の一部を除去することにより開口部19が形
成されている。開口部19の内部には、導電体膜16に
接続されたキャパシタ下部電極20が形成されている。
キャパシタ下部電極20上から第5の層間絶縁膜18の
上部表面上にまで延在するように、誘電体膜21が形成
されている。誘電体膜21上には、開口部19の内部を
充填するとともに、第5の層間絶縁膜18の上部表面上
にまで延在するようにキャパシタ電極としてのキャパシ
タ上部電極22が形成されている。キャパシタ下部電極
20と誘電体膜21とキャパシタ電極22とからキャパ
シタは構成される。
【0047】キャパシタ上部電極22と第5の層間絶縁
膜18との上には絶縁膜としての第6の層間絶縁膜23
が形成されている。キャパシタ上部電極22上に位置す
る領域では、第6の層間絶縁膜23に溝としてのダマシ
ン配線溝25aがキャパシタ上部電極22の上部表面の
一部を露出させるように形成されている。また、第1の
配線層12b上に位置する領域では、第3〜6の層間絶
縁膜13、17、18、23にコンタクトホール24が
形成されている。コンタクトホール24上に位置する領
域において、第6の層間絶縁膜23に他の溝としてのダ
マシン配線溝25bが形成されている。ダマシン配線溝
25a、25bは互いにほぼ平行に延びるように形成さ
れている。そして、ダマシン配線溝25aの底面では、
キャパシタ上部電極22の上部表面の一部が露出してい
る。このため、キャパシタ上部電極22とダマシン配線
溝25aの内部に形成されるバリアメタル層34aとの
接触面積を大きくすることができる。したがって、キャ
パシタ上部電極22とダマシン配線層としての導電体膜
26aとの電気的接続を、バリアメタル層34aを介し
て確実に行なうことができる。
【0048】ダマシン配線溝25a、25bおよびコン
タクトホール24の内部には、バリアメタル層34a、
34bが形成されている。ダマシン配線溝25aの内部
を充填するように、バリアメタル層34a上に配線層と
しての導電体膜26aが形成されている。また、ダマシ
ン配線溝25bおよびコンタクトホール24の内部を充
填するように、バリアメタル層34b上に他の配線層と
しての導電体膜26bが形成されている。この導電体膜
26a、26bはいわゆるダマシン配線である。導電体
膜26a、26bの上部表面と、第6の層間絶縁膜23
の上部表面とはほぼ同一平面上に位置する。導電体膜2
6a、26bとしては、たとえば銅を用いることができ
る。
【0049】このように、配線層としての導電体膜26
a、26bの材料として銅を用いれば、従来の配線材料
であるアルミニウムより銅はその電気抵抗値が低いた
め、配線抵抗を低減できる。このため、配線遅延の発生
を防止できる。また、バリアメタル層34a、34bが
形成されているので、導電体膜26a、26bを構成す
る銅などの材料が第6の層間絶縁膜23などへと拡散す
ることを防止できる。
【0050】なお、導電体膜26aはキャパシタ上部電
極22の電位を固定するために利用される。本発明によ
る半導体装置では、図1に示したようなキャパシタと電
界効果トランジスタとを備えるメモリセルが基板1上に
複数個マトリックス状に配置されている。
【0051】ここで、図9に示したような従来のキャパ
シタ上部電極122に接続された配線層154aの製造
工程では、第6の層間絶縁膜123にコンタクトホール
152aを形成する工程、コンタクトホール152aの
内部に導電体膜を形成する工程、第6の層間絶縁膜12
3の上部表面上に位置する余分な導電体膜を除去して、
コンタクトホール152aの内部に充填されたタングス
テンプラグなどの導電体膜153aを形成する工程、コ
ンタクトホール152a上に配線層154aとなる導電
体膜を形成する工程、およびレジスト膜をマスクとして
この導電体膜をエッチングにより部分的に除去すること
により配線層154aを形成する工程を実施していた。
つまり、従来の半導体装置の製造工程ではエッチング工
程および成膜工程をそれぞれ2回実施していた。
【0052】しかし、図1を参照して、本発明のように
キャパシタ上部電極22に電気的に接続された導電体膜
26aからなる配線層をいわゆるダマシン配線構造とす
ることで、後述する製造方法で示すように、第6の層間
絶縁膜23にダマシン配線溝25aを形成する工程、こ
のダマシン配線溝25aの内部から第6の層間絶縁膜2
3の上部表面上にまで延在するように配線層となる導電
体膜を形成する工程、その後第6の層間絶縁膜23の上
部表面上に位置する導電体膜をCMP法などを用いて除
去して導電体膜26aを形成する工程という、従来より
少ない工程数で配線層を形成できる。この結果、半導体
装置の製造工程を簡略化できる。
【0053】また、図1に示した本発明による半導体装
置では、キャパシタ上部電極22に接続する配線層とし
て導電体膜26aを含むダマシン配線を用い、かつその
ダマシン配線の下面がバリアメタル層34aを介してキ
ャパシタ上部電極22と接続された状態となっている。
したがって、従来のようにコンタクトホール152a
(図9参照)およびタングステンプラグなどの導電体膜
153a(図9参照)を形成する必要がない。このた
め、従来の半導体装置において配線層154aとタング
ステンプラグなどの導電体膜153aとの間に形成され
ていた異種界面は、本発明による半導体装置では存在し
ない。したがって、キャパシタ上部電極22に接続され
た配線層のエレクトロマイグレーション耐性が低下する
ことを防止できる。
【0054】また、図1に示した半導体装置では、第6
の層間絶縁膜23にダマシン配線溝25aを形成して、
そのダマシン配線溝25aの内部に導電体膜を充填する
ことで配線層としての導電体膜26aの形成およびその
導電体膜26aとキャパシタ上部電極22との接続を同
時に実現する。このため、従来のように写真製版加工工
程での誤差に起因するコンタクトホール152a(図9
参照)と配線層154a(図9参照)との位置ずれとい
った問題は発生しない。したがって、このような位置ず
れに起因する不良の発生を防止できる。
【0055】また、導電体膜26aの上部表面と第6の
層間絶縁膜23の上部表面とがほぼ同一平面上に位置す
るので、この第6の層間絶縁膜23の上部表面において
導電体膜26aに起因する段差は形成されない。このた
め、第6の層間絶縁膜23上に他の絶縁膜などを形成す
る場合、第6の層間絶縁膜23の上部表面における段差
に起因して、他の絶縁膜の上部表面の平坦性が劣化する
ことを防止できる。したがって、他の絶縁膜上に上層配
線層などを形成する場合、他の絶縁膜の上部表面におけ
る平坦性の劣化に起因する上層配線層の断線といった不
良が発生することを防止できる。
【0056】次に、図1および2に示した半導体装置の
製造工程を図3〜6を参照して説明する。図3〜6は、
図1および2に示した半導体装置の製造工程の第1〜第
4工程を説明するための断面模式図である。
【0057】まず、シリコンウェハなどの半導体基板1
(図3参照)の主表面上にゲート絶縁膜3a〜3c(図
3参照)となるべき絶縁膜を形成する。この絶縁膜上に
ゲート電極4a〜4c(図3参照)となるべき導電体膜
を形成する。この導電体膜上にゲート電極パターンを有
するレジスト膜を形成する。このレジスト膜をマスクと
して、導電体膜と絶縁膜とを部分的に除去することによ
り、ゲート電極4a〜4cおよびゲート絶縁膜3a〜3
cを形成する。次に、ゲート電極4a〜4cなどをマス
クとして、半導体基板1の主表面に導電性不純物を注入
することにより、導電領域2a〜2e(図3参照)を形
成する。また、導電領域2eはあらかじめレジスト膜な
どをマスクとして半導体基板1の主表面に導電性不純物
を注入することにより形成しておいてもよい。
【0058】ゲート電極4a〜4cの側壁と上部表面と
の上にサイドウォール絶縁膜5a〜5fおよび被覆絶縁
膜6a〜6cを形成する。被覆絶縁膜6a〜6cとサイ
ドウォール絶縁膜5a〜5fとの上に第1の層間絶縁膜
7(図3参照)をCVD法(Chemical Vap
or Deposition法)などを用いて形成す
る。第1の層間絶縁膜7上にホールパターンを有するレ
ジスト膜(図示せず)を形成する。このレジスト膜をマ
スクとして用いて、エッチングにより第1の層間絶縁膜
7の一部を部分的に除去する。その後レジスト膜を除去
する。このようにしてコンタクトホール8a、8b(図
3参照)を形成する。コンタクトホール8a、8bの内
部を充填し、かつ第1の層間絶縁膜7の上部表面上にま
で延在するように導電体膜を形成する。第1の層間絶縁
膜7の上部表面上に位置する導電体膜をエッチングなど
により除去することにより、導電体膜9a、9b(図3
参照)を形成する。
【0059】第1の層間絶縁膜7上に第2の層間絶縁膜
10(図3参照)をCVD法などを用いて堆積する。第
2の層間絶縁膜10上にホールパターンを有するレジス
ト膜を形成する。レジスト膜をマスクとして、第2の層
間絶縁膜を部分的に除去することにより、コンタクトホ
ール11a、11b(図3参照)を形成する。コンタク
トホール11aの底部では導電体膜9aの上部表面が露
出している。また、コンタクトホール11bの底部では
導電領域2eが露出している。その後、レジスト膜を除
去する。コンタクトホール11a、11bの内部を充填
し、かつ第2の層間絶縁膜10の上部表面上にまで延在
する導電体膜をスパッタリング法などを用いて形成す
る。導電体膜の材料としては、たとえばタングステンな
どを用いることができる。第2の層間絶縁膜10の上部
表面上に位置する導電体膜の部分を除去する。このよう
にして導電体膜15a、15bを形成する。
【0060】その後、第2の層間絶縁膜10上に導電体
膜を形成する。この導電体膜上に配線パターンを有する
レジスト膜を形成する。レジスト膜をマスクとして、導
電体膜をエッチングにより部分的に除去することによ
り、第1の配線層12a、12b(図3参照)を形成す
る。そのあと、レジスト膜を除去する。第1の配線層1
2a、12b上に第3の層間絶縁膜13をCVD法など
を用いて形成する。第3の層間絶縁膜13上にホールパ
ターンを有するレジスト膜を形成する。レジスト膜をマ
スクとして、第2および第3の層間絶縁膜10、13を
部分的にエッチングなどで除去することにより、コンタ
クトホール14(図3参照)を形成する。その後、レジ
スト膜を除去する。次に、コンタクトホール14の内部
を充填し、かつ第3の層間絶縁膜13の上部表面上にま
で延在する導電体膜を形成する。第3の層間絶縁膜13
の上部表面上に位置する導電体膜を除去することによ
り、導電体膜16を形成する。
【0061】第3の層間絶縁膜13上に第4の層間絶縁
膜17をCVD法などを用いて形成する。第4の層間絶
縁膜17上にCVD法などを用いて第5の層間絶縁膜1
8を形成する。第5の層間絶縁膜18上にホールパター
ンを有するレジスト膜(図示せず)を形成する。レジス
ト膜をマスクとして用いて、第4および第5の層間絶縁
膜17、18を部分的にエッチングにより除去すること
により開口部19を形成する。開口部19の底部では導
電体膜16が露出している。その後レジスト膜を除去す
る。
【0062】開口部19の内部から第5の層間絶縁膜1
8の上部表面上にまで延在するように、キャパシタ下部
電極となる導電体膜を形成する。次に、開口部19の内
部に位置する領域において、導電体膜上に開口部19の
内部を充填するようにレジスト膜(図示せず)を形成す
る。その後、ドライエッチングにより第5の層間絶縁膜
18の上部表面上に位置する導電体膜を除去する。な
お、この導電体膜を除去する工程ではCMP法を用いて
いもよい。その後、レジスト膜を除去する。このように
して、開口部19の内部に導電体膜からなるキャパシタ
下部電極20を形成する。
【0063】次に、開口部19内部のキャパシタ下部電
極20上から第5の層間絶縁膜18の上部表面上にまで
延在するように誘電体膜を形成する。誘電体膜上にキャ
パシタ上部電極となる導電体膜を形成する。導電体膜上
にマスクパターンを有するレジスト膜を形成する。レジ
スト膜をマスクとして、導電体膜と誘電体膜とを部分的
に除去することにより、キャパシタを構成する誘電体膜
21とキャパシタ上部電極22とを形成する。なお、キ
ャパシタ下部電極20、キャパシタ上部電極22の材料
としては、ポリシリコンやアモルファスシリコンなどを
用いることができる。また、誘電体膜21の材料とし
て、BSTやPZTなどの高誘電体膜を用いる場合に
は、キャパシタ下部電極20、キャパシタ上部電極22
の材料として白金やルテニウムなどの金属、チタンなど
の高融点金属、窒化チタン、さらにはこれらの複数の層
からなる膜を用いてもよい。
【0064】次に、キャパシタ上部電極22上に第6の
層間絶縁膜23を形成する。第6の層間絶縁膜23上
に、ホールパターンを有するレジスト膜27を形成す
る。このようにして、図3に示すような構造を得る。
【0065】次に、図4に示すように、レジスト膜27
をマスクとして、第3〜第6の層間絶縁膜13、17、
18、23をエッチングにより部分的に除去することに
よりコンタクトホール24を形成する。その後、レジス
ト膜27を除去する。
【0066】次に、図5に示すように、第6の層間絶縁
膜23上にダマシン配線溝用のパターンを有するレジス
ト膜28を形成する。
【0067】次に、図6に示すように、レジスト膜28
をマスクとして、第6の層間絶縁膜23を部分的にエッ
チングにより除去することにより、ダマシン配線溝25
a、25bを形成する。ダマシン配線溝25aの底部で
は、キャパシタ上部電極22の上部表面が露出してい
る。その後、レジスト膜28を除去する。
【0068】このように、ダマシン配線溝25a、25
bを形成するためのエッチングにより、キャパシタ上部
電極22を露出させることで、従来のようにコンタクト
ホールを別途形成することなく、キャパシタ上部電極2
2と電気的に接続される導電体膜26aからなるダマシ
ン配線層を形成できる。したがって、従来より半導体装
置の製造工程を簡略化できる。
【0069】また、従来はキャパシタ上部電極22上に
位置するコンタクトホール152a(図9参照)と、他
の領域に位置し、深さの異なる他のコンタクトホール1
52bとを別々のエッチング工程で形成していたが、本
発明では、コンタクトホール24とダマシン配線溝25
bとの内部に位置する導電体膜26bからなる配線層を
いわゆるデュアル・ダマシン・プロセスにより形成し、
さらに、キャパシタ上部電極に接続する配線層のための
ダマシン配線溝25aと、コンタクトホール24に接続
されたダマシン配線溝25bとを同じエッチング工程に
より形成することにより、半導体装置の製造工程を簡略
化できる。このため、半導体装置の製造コストを低減で
きる。
【0070】また、ダマシン配線溝25a、25bの深
さを、第6の層間絶縁膜23の上部表面からキャパシタ
上部電極22の上部表面までの深さとほぼ等しくするこ
とで、キャパシタ上部電極22が過剰にエッチングされ
ることを防止できる。また、ダマシン配線溝25aの底
部では、キャパシタ上部電極22の上部表面が露出して
いるため、後述するようにバリアメタル層34aとキャ
パシタ上部電極22とを確実に接触させることができ
る。したがって、バリアメタル層34aを介してキャパ
シタ上部電極22とダマシン配線層としての導電体膜2
6の下面全体とをバリアメタル層34aを介して接続で
きる。この結果、キャパシタ上部電極22とダマシン配
線層としての導電体膜26との電気的接続を確実に行な
うことができる。
【0071】図6に示した工程に続いて、ダマシン配線
溝25a、25bおよびコンタクトホール24の内部に
バリアメタル層を形成する。バリアメタル層上に、ダマ
シン配線溝25a、25bおよびコンタクトホール24
の内部を充填するとともに、第6の層間絶縁膜23の上
部表面上にまで延在するように銅などからなる導電体膜
を形成する。そして、第6の層間絶縁膜23の上部表面
上に位置するバリアメタル層および導電体膜をCMP法
などを用いて除去する。このようにして、バリアメタル
層34a、34bおよびダマシン配線となる導電体膜2
6a、26bが形成される。
【0072】このようにして、図1および2に示した半
導体装置を得ることができる。 (実施の形態2)図7は、本発明による半導体装置の実
施の形態2を示す断面模式図である。また、図8は、図
7の線分VIII−VIIIにおける断面を示す模式図
である。図7および8を参照して、本発明による半導体
装置の実施の形態2を説明する。
【0073】図7および8を参照して、半導体装置はD
RAMであり、基本的には図1および2に示した本発明
による半導体装置の実施の形態1と同様の構造を備え
る。しかし、図7および8に示した半導体装置では、キ
ャパシタ上部電極22上にダマシン配線溝ではなく複数
のコンタクトホール32が形成されている。コンタクト
ホール32の深さは、ダマシン配線溝25bの深さとほ
ぼ等しくなるように設定されている。このコンタクトホ
ール32の内部には、図1に示したダマシン配線溝25
aと同様にバリアメタル層34aが形成されている。バ
リアメタル層34a上には、コンタクトホール32を充
填するように銅などを含む導電体膜26aが形成されて
いる。
【0074】そして、第6の層間絶縁膜上には、第7の
層間絶縁膜29が形成されている。第7の層間絶縁膜2
9には、コンタクトホール32上にコンタクトホール3
0aが形成されている。このコンタクトホール30a上
に、ダマシン配線溝31が形成されている。コンタクト
ホール30aとダマシン配線溝31との内部にはバリア
メタル層35aが形成されている。バリアメタル層35
a上には、コンタクトホール30aとダマシン配線溝3
1の内部を充填するように銅などの導電体膜33が形成
されている。ダマシン配線溝31は、紙面にほぼ垂直な
方向に延びるように形成されている。導電体膜33は、
紙面に垂直な方向に並ぶように形成された複数のコンタ
クトホール32の内部に位置する導電体膜26aのそれ
ぞれとコンタクトホール30aを介して接続されてい
る。
【0075】また、導電体膜26b上に位置する領域に
は、コンタクトホール30bが形成されている。コンタ
クトホール30bの内部には、バリアメタル層35bが
形成されている。バリアメタル層35b上には、コンタ
クトホール30bの内部を充填するように銅などの導電
体膜33が形成されている。
【0076】ここで、コンタクトホール32の平面形状
を変更することにより、導電体膜26aとキャパシタ上
部電極22との接触面積を変更できる。
【0077】図7および8に示した半導体装置は、基本
的に図3〜6に示した本発明の実施の形態1による半導
体装置の製造工程と同様の工程により製造できる。つま
り、図3および4に示した工程を実施した後、図5に示
した工程において、レジスト膜28において、キャパシ
タ上部電極22上に位置する領域に、ダマシン配線溝用
のパターンではなく、コンタクトホール32を形成する
ためのホールパターンを形成する。そのあと、図6に示
した工程を実施する。そして、第7の層間絶縁膜29、
コンタクトホール30a、30b、導電体膜33を形成
することにより、図7および8に示した半導体装置を得
ることができる。
【0078】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特
許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の
意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意
図される。
【0079】
【発明の効果】このように、本発明によれば、キャパシ
タ電極に接続される配線層としてダマシン配線層を利用
することにより、不良の発生を防止できる共に、製造コ
ストを低減することが可能な半導体装置およびその製造
方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による半導体装置の実施の形態1を示
す断面模式図である。
【図2】 図1の線分II−IIにおける断面を示す模
式図である。
【図3】 図1に示した半導体装置の製造工程の第1工
程を説明するための断面模式図である。
【図4】 図1に示した半導体装置の製造工程の第2工
程を説明するための断面模式図である。
【図5】 図1に示した半導体装置の製造工程の第3工
程を説明するための断面模式図である。
【図6】 図1に示した半導体装置の製造工程の第4工
程を説明するための断面模式図である。
【図7】 本発明による半導体装置の実施の形態2を示
す断面模式図である。
【図8】 図7の線分VIII−VIIIにおける断面
を示す模式図である。
【図9】 従来の半導体装置としてのDRAMを示す断
面模式図である。
【符号の説明】
1 基板、2a〜2e 導電領域、3a〜3c ゲート
絶縁膜、4a〜4cゲート電極、5a〜5f サイドウ
ォール絶縁膜、6a〜6c 被覆絶縁膜、7,10,1
3,17,18,23,29 層間絶縁膜、8a,8
b,11a,11b,14,24,30a,30b,3
2 コンタクトホール、9a,9b,15a,15b,
16,26a,26b,33 導電体膜、12a,12
b 第1の配線層、19 開口部、20 キャパシタ下
部電極、21 誘電体膜、22キャパシタ上部電極、2
5a,25b,31 ダマシン配線溝、27,28 レ
ジスト膜、34a,34b,35a,35b バリアメ
タル層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大芦 敏行 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 上原 隆 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工業 株式会社内 Fターム(参考) 5F033 HH04 HH12 JJ04 JJ12 JJ19 KK01 MM02 MM12 MM13 MM18 NN08 PP15 QQ08 QQ09 QQ10 QQ11 QQ31 QQ37 QQ48 SS11 TT08 VV10 VV16 XX05 XX10 XX33 XX34 5F083 AD24 AD48 GA02 GA28 JA14 JA15 JA32 JA37 JA39 MA06 MA17 MA18 MA19 MA20 PR03 PR21 PR40

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成されたキャパシタ電
    極と、 前記キャパシタ電極上に形成され、前記キャパシタ電極
    の一部を露出させる溝を有し、上部表面を有する絶縁膜
    と、 前記溝の内部に充填され、上部表面を有し、前記キャパ
    シタ電極と接続された配線層とを備え、 前記配線層の上部表面は前記絶縁膜の上部表面とほぼ同
    一平面上に位置する、半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記絶縁膜下に位置する導電領域を備
    え、 前記絶縁膜は前記導電領域にまで到達するコンタクトホ
    ールと、前記コンタクトホールと接続する他の溝とを有
    し、さらに、 前記他の溝と前記コンタクトホールとの内部に充填され
    た他の配線層を備える、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記絶縁膜の溝と他の溝とは、ほぼ平行
    に延びるように形成されている、請求項2に記載の半導
    体装置。
  4. 【請求項4】 前記絶縁膜の溝は、複数の開口部を含
    む、請求項2に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記配線層は銅を含む、請求項1〜4の
    いずれか1項に記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 半導体基板上にキャパシタ電極を形成す
    る工程と、 前記キャパシタ電極上に、上部表面を有する絶縁膜を形
    成する工程と、 前記絶縁膜において、前記キャパシタ電極の一部を露出
    させるように溝を形成する工程と、 前記溝の内部を充填し、かつ前記絶縁膜の上部表面上に
    まで延在するように導電体膜を形成する工程と、 前記絶縁膜の上部表面上に位置する前記導電体膜を除去
    するとともに、前記絶縁膜の溝上に位置する前記導電体
    膜の一部を除去することにより、前記溝の内部を充填す
    る前記導電体膜からなり、前記絶縁膜の上部表面とほぼ
    同一平面上に位置する上部表面を有する配線層を形成す
    る工程とを備える、半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記絶縁膜下に位置する導電領域を形成
    する工程と、 前記絶縁膜に前記導電領域まで到達するコンタクトホー
    ルを形成する工程とを備え、 前記溝を形成する工程は、前記コンタクトホール上に位
    置する領域において前記絶縁膜に他の溝を形成すること
    を含み、 前記導電体膜を形成する工程は、前記コンタクトホール
    と前記他の溝との内部を充填するように他の配線層とな
    る導電体膜を形成することを含む、請求項6に記載の半
    導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記溝を形成する工程は、前記他の溝と
    ほぼ平行に延びるように前記溝を形成することを含む、
    請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記溝を形成する工程は、前記絶縁膜に
    おいて前記キャパシタ電極の一部を露出させるように複
    数の開口部を形成することを含む、請求項7に記載の半
    導体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記導電体膜は銅を含む、請求項6〜
    9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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