JP2004228308A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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JP2004228308A
JP2004228308A JP2003013652A JP2003013652A JP2004228308A JP 2004228308 A JP2004228308 A JP 2004228308A JP 2003013652 A JP2003013652 A JP 2003013652A JP 2003013652 A JP2003013652 A JP 2003013652A JP 2004228308 A JP2004228308 A JP 2004228308A
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Nobuhiro Chikatsu
信浩 地割
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent side faces of conductive films from being exposed in contact holes, in a semiconductor device wherein the contact holes are formed among the plurality of conductive films formed at spaces. <P>SOLUTION: On top of a semiconductor substrate 11, gate electrodes 15 are formed at spaces via a silicon oxide film 12. The gate electrodes 15 are coated with an etching stopper film 19 and an interlayer insulation film 20. The contact holes 21 are formed in the interlayer insulation film 20, and a metal film 22 which constitutes a contact is formed inside the contact holes 21. The contact holes 21 are arranged so that the centers thereof may fall on the centers between each two adjacent gate electrodes 15. A dimension b of an upper opening of the contact holes 21 should satisfy b>a+2d<SB>max</SB>, where d<SB>max</SB>is the maximum value for overlay displacement when patterning the contact holes 21 and the reference (a) is a distance between the gate electrodes 15. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンタクトを有する半導体装置及びその製造方法に関し、ゲート配線等の導電膜に対して自己整合的に形成可能なセルフアラインコンタクトを有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
MIS型トランジスタを用いた半導体集積回路装置やDRAMセルを用いた半導体メモリ装置等の半導体デバイスにおいて、半導体デバイスの微細化に伴い、ゲート配線やビット配線等の配線ピッチが小さくされる傾向にある。
【0003】
しかし、配線ピッチが小さくなると、配線同士の間にコンタクトホールをパターニングする工程において、パターン間の重ね合わせずれが大きい場合には、コンタクトホールの形成位置が配線同士の間からずれてしまうため、コンタクトがゲート配線やビット配線と短絡して半導体デバイスが動作しなくなるという問題が生じる。
【0004】
そこで、近年では、ゲート配線等の配線を構成する導電膜の上面及び側面を覆うようにシリコン窒化膜を形成し、該シリコン窒化膜をエッチングストッパ膜として用いることにより、ゲート配線などの導電膜に対して自己整合的にコンタクトホールを形成するセルフアラインコンタクトが提案されている。
【0005】
以下、従来のセルフアラインコンタクトを有する半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【0006】
図16(a)〜図16(c)及び図17(a)〜図17(c)は従来のMOS型トランジスタを備えた半導体装置の製造方法を示している。ここで、図16(a)、図16(b)及び図17(a)〜図17(c)は工程順の断面構成を示し、図16(c)は図16(b)に示す工程の平面構成を示している。
【0007】
まず、図16(a)に示すように、化学気相堆積(CVD)法により、半導体基板101の上に、シリコン酸化膜102、ポリシリコン膜103、タングステン膜104及び第1のシリコン窒化膜105を順次堆積した後、ゲートパターンを有するフォトマスク(図示せず)を用いたフォトリソグラフィ法により、ゲート電極形成領域を覆う第1のレジストパターン106を形成する。
【0008】
続いて、第1のレジストパターン106マスクとしたドライエッチング法により、第1のシリコン窒化膜105、タングステン膜104、ポリシリコン膜103及びシリコン酸化膜102を順次選択的にエッチングする。これにより、ポリシリコン膜103及びタングステン膜104からMOS型トランジスタのゲート電極107を形成する。
【0009】
次に、図16(b)に示すように、第1のレジストパターン106を除去した後、互いに隣接するゲート電極107をマスクとして半導体基板に不純物を拡散することにより、MOS型トランジスタのソース電極又はドレイン電極となる不純物拡散領域108を形成する。続いて、第1のシリコン窒化膜105の上及びゲート電極107と第1のシリコン窒化膜105との壁面の上とを含むように、半導体基板101上に全面にわたって、第2のシリコン窒化膜109を堆積する。ここで、第1のシリコン窒化膜105及び第2のシリコン窒化膜109はゲート電極を覆うエッチングストッパ膜110となる。
【0010】
続いて、第2のシリコン窒化膜109の上に酸化シリコンからなる層間絶縁膜111を堆積した後、ホールパターンを有するフォトマスク(図示せず)を用いたフォトリソグラフィ法により、コンタクトホール形成領域とに平面円形状の開口部112aを有する第2のレジストパターン112を形成する。
【0011】
第2のレジストパターン112の開口部112aの平面配置について図16(c)を用いて説明する。図16(c)に示すように、第2のレジストパターン112の開口部112aは、中心が互いに隣接するゲート電極107同士の中心に位置するように配置される。ここで、ゲート電極107は、幅寸法が約180nmで且つゲート電極107同士の間隔が約320nm(即ち、ゲート配線間ピッチが約500nm)となるようにパターニングされている。ゲート電極107に対して、ホールパターンである開口部112aは、開口径が約200nmでありゲート直交方向のピッチが約500nmで且つゲート平行方向方向のピッチが約500nmとなるように設計されている。このとき、開口部112aに隣接するゲート電極107との間隔は両側共に約60nmとなる。
【0012】
次に、図17(a)に示すように、第2のレジストパターン112を用いたドライエッチング法により層間絶縁膜111にコンタクトホール113を形成する。層間絶縁膜111をエッチングするエッチングガスは、CまたはCを用いる。
【0013】
次に、図17(b)に示すように、コンタクトホール113の下側に位置する第2のシリコン窒化膜109を除去して半導体基板101の不純物拡散領域108を露出する。第2のシリコン窒化膜109エッチングするガスとしてCF 又はCHF を用いる。
【0014】
次に、図17(c)に示すように、コンタクトホール113の内部を埋めるように金属膜114を形成することにより、不純物拡散領域108と電気的に接続されたコンタクト及び配線層を形成する。
【0015】
しかし、第2のレジストパターン112を形成する際のフォトリソグラフィ工程において、ゲートパターンに対するホールパターンの重ね合わせに位置ずれが生じると、ゲート電極107に対して、設計上の位置(即ち、開口部112aの中心が、互いに隣接するゲート電極107同士の中心とほぼ一対する位置)からずれた位置に開口部112aが形成されることとなる。
【0016】
以下に、従来の半導体装置の製造方法において、重ね合わせずれが生じた場合について図18(a)〜図18(c)を用いて具体的に説明する。
【0017】
図18(a)は、図16(b)に示すフォトリソグラフィ工程においてパターン間の重ね合わせずれが生じた場合の平面構成を示し、図18(b)及び図18(c)はそれぞれ図17(a)及び図17(b)に示す工程と対応する工程の断面構成を示している。
【0018】
図18(a)に示すように、露光装置の重ね合わせずれにより、コンタクトホール113の中心は、互いに隣接するゲート電極107同士の中心からずれて配置されている。図18(a)は、重ね合わせずれが約80nmの場合を示している。なお、重ね合わせずれ量は、互いに隣接するゲート電極107同士の中心線と、コンタクトホール113の中心との距離dとして測定される。
【0019】
ここで、重ね合わせずれ量は、第2のレジストパターン112を形成する際のパターン露光に用いる露光装置(ステッパ)の精度によって決まる値であり、その最大値を予め測定することが可能である。
【0020】
次に、図18(b)に示すように、第2のレジストパターン112をマスクとして層間絶縁膜111をエッチングすると、コンタクトホール113の端部にはゲート電極107の上側に位置するエッチングストッパ膜110が露出する。この際、エッチングストッパ膜110の上部がエッチングされるが、エッチングガスのシリコン窒化膜に対するエッチングレートが小さいため、ゲート電極107は露出されない。
【0021】
次に、図18(c)に示すように、コンタクトホール113の底部に露出した第2のシリコン窒化膜109を除去する工程において、エッチングストッパ膜110の上部はさらにエッチングされるが、第2のシリコン窒化膜109と比べて第1のシリコン窒化膜105は十分厚く形成されているため、ゲート電極107は露出されない。
【0022】
このように、従来の半導体装置の製造方法では、エッチングストッパ膜110を形成することにより、ゲートパターンに対するホールパターンの重ね合わせマージン確保することができ、コンタクトホール113をゲート電極107に対して自己整合的に形成される。
【0023】
【特許文献1】
特開平10−12868号公報
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の半導体装置の製造方法において、ホールパターンの重ね合わせずれにより、コンタクトホール113の壁面がゲート電極107の側面とほぼ同一面に接するように配置された場合に、コンタクトとなる金属膜114とゲート電極107との間が短絡するという問題が生じる。
【0025】
以下に、コンタクトホール形成時の重ね合わせずれ量の影響について具体的に説明する。
【0026】
図19は、ゲートパターンに対するホールパターンの重ね合わせずれ量と、コンタクト−ゲート間のリーク電流との関係を示すグラフである。図19において、横軸は、図16(c)に示す第2のレジストパターン112を形成する工程において、その形成位置を所定の位置からずらして形成した場合のゲート電極107同士の中心と開口部112aの中心との距離を表している。また、縦軸は、第2のレジストパターン112をずらして形成した場合の金属膜114とゲート電極107と間に流れるリーク電流を示している。
【0027】
図19に示すように、重ね合わせずれ量が40nmよりも小さい場合には、金属膜114とゲート電極107との間に電流は流れておらず、コンタクト−ゲート間の短絡が生じていない。同様に、重ね合わせずれ量が80nmよりも大きい場合においても、コンタクト−ゲート間の短絡は生じていない。これに対し、重ね合わせずれ量が約40〜80nmの範囲では金属膜114とゲート電極107との間にリーク電流が生じている。特に、重ね合わせずれ量が約60nm付近では金属膜114とゲート電極107とのリーク電流が大きく、コンタクト−ゲート間に短絡が生じていることが明らかである。
【0028】
図20はゲートパターンに対するホールパターンの重ね合わせずれ量と、エッチングストッパ膜のエッチング深さとの関係を示すグラフである。ここで、エッチングストッパ膜のエッチング深さとは、層間絶縁膜111に対するエッチングが終了した時点において、エッチングストッパ膜110のゲート電極107の側面と同一面上でのエッチング深さのことである。
【0029】
図20に示すように、重ね合わせずれ量が20nm以下の場合にはエッチングストッパ膜110はほとんどエッチングされていない。これは、図16(b)及び図16(c)の第2のレジストパターン112と同様に、開口部112aがエッチングストッパ膜110の上側と重なり合わないためである。
【0030】
重ね合わせずれ量が大きくなると、第2のレジストパターン112の開口部112aは、ゲート電極107の上側に重なり合うように配置されるため、エッチングストッパ膜110が上面側からエッチングされるようになる。そのエッチング深さは重ね合わせずれ量が約60nmで最大となる。
【0031】
以上説明したように、重ね合わせずれ量が約60nm付近となる場合に、エッチングストッパ膜110におけるゲート電極107の側面と同一面上に形成された部分が深くエッチングされるため、ゲート電極107とコンタクトとが短絡することが分かる。
【0032】
ここで、従来の半導体装置において、コンタクトホール113の直径は約200nmであり、ゲート電極107同士の間隔は約320nmであるため、重ね合わせにずれが生じていない場合には、コンタクトホール113とゲート電極107との水平方向の間隔は約60nmである。つまり、重ね合わせずれ量が約60nmの場合とはコンタクトホール113の壁面がゲート電極107と接する位置に形成される場合であり、従って、第2のレジストパターン112の開口部112aの壁面がゲート電極107の側面とほぼ同一の面に接するように配置される場合に、ゲート電極107とコンタクトとの短絡が生じると言える。
【0033】
以下に、従来の半導体装置の製造方法において、ゲート電極107の側面の上側に開口部112aの壁面が配置されるように重ね合わせずれが生じた場合の工程順の様子を図21(a)〜図21(c)を用いて説明する。ここで、図21(a)は図16(b)に示す工程と同一の工程の平面構成を示し、図21(b)及び図21(c)はそれぞれ図17(a)及び図17(b)に示す工程と対応する工程の断面構成を示している。
【0034】
図21(a)に示すように、重ね合わせずれ量が所定の位置から約60nmずれて形成されると、第2のレジストパターン112の開口部112aの側面がゲート電極107の側面と同一面上に接するように配置される。この際、開口部112aの下側には、エッチングストッパ膜110の端部がわずかに露出された状態である。
【0035】
次に、図21(b)に示すように、第2のレジストパターン112をマスクとして層間絶縁膜111に対するエッチングを行うことにより、エッチングストッパ膜110の端部がエッチングされる。この際、エッチングストッパ膜110におけるゲート電極107の側面と同一面でのエッチング深さは、開口部112aがゲート電極107の上側に配置される場合と比べて大きくなる。
【0036】
次に、図21(c)に示すように、開口部112aの底面に露出した第2のシリコン窒化膜を除去する工程において、ゲート電極107の側面に接する第2のシリコン窒化膜109までもが部分的に除去され、ゲート電極107が露出してしまう。従って、図17(c)に示す工程と同様にして金属膜114をコンタクトホール113に埋め込むと、ゲート電極107の側面と金属膜114とが短絡する。
【0037】
以下に、重ね合わせずれ量の違いにより、層間絶縁膜111をエッチングする工程におけるエッチングストッパ膜110に対するエッチングの様子を図22(a)及び図22(b)を用いて具体的に説明する。ここで、図22(a)は、図18(a)と同様に、開口部112aがゲート電極107の上側と重なり合うように配置された場合を示し、図22(b)は図21(a)と同様に、開口部112aの壁面がゲート電極107の側面とほぼ同一面上に配置された場合を示す断面構成の部分拡大図である。
【0038】
図22(a)及び図22(b)に示すように、層間絶縁膜111をエッチングする工程は、エッチングガスと層間絶縁膜111との反応生成物が被エッチング面に堆積して高分子堆積膜115が形成される工程と、エッチングガスが被エッチング面(すなわち、層間絶縁膜111、エッチングストッパ膜110及び高分子堆積膜115の表面)をエッチングする工程とが競合した状態にある。
【0039】
ここで、図22(a)に示すように、開口部112aがゲート電極107の上側部分と重なり合うように配置される場合、エッチングストッパ膜110の上面の面積が大きいため、被エッチング面はなだらかな斜面となる。この際、高分子堆積膜115はエッチング方向に対して垂直面や急峻な斜面と比べて、水平面やなだらかな斜面に堆積しやすいため、エッチングストッパ膜110の上面は高分子堆積膜115が厚く堆積され、エッチングが進行しにくくなるので、エッチングストッパ膜110のエッチング深さは小さくなる。
【0040】
一方、図22(b)に示すように、ゲート電極107の側面の上側とほぼ一致するように開口部112aが配置される場合には、エッチングストッパ膜の側面部分がエッチングされる。この際、エッチングストッパ膜110の上面における露出面積が小さいため、エッチングストッパ膜の被エッチング面は急峻な傾斜面となる。従って、エッチングストッパ膜110の上面における高分子堆積膜115の膜厚は小さくなるため、エッチングが進行しやすくなるので、エッチングストッパ膜110のエッチング深さは大きくなる。
【0041】
このように、開口部112aの壁面がゲート電極107の側面とほぼ同一の面に接して配置される場合、エッチングストッパ膜110が深くエッチングされることとなる。
【0042】
以上説明したように、前記従来の半導体装置の製造方法は、ホールパターンを形成するフォトリソグラフィ工程において、パターン間の重ね合わせずれ量によってはエッチングストッパ膜110が深くエッチングされてしまうことがあり、この場合にゲート電極107がコンタクトホール113の内部に露出してコンタクトと短絡するという問題を有している。
【0043】
本発明は、前記従来の課題を解決し、互いに間隔を置いて形成された複数の導電膜同士の間にコンタクトホールが形成された半導体装置において、導電膜の側面がコンタクトホールから露出しないようにすることを目的とする。
【0044】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、貫通孔を形成する工程において重ね合わせ誤差が生じた場合であっても、貫通孔の壁面が第1導電膜の側面と同一面に接しないように貫通孔の開口寸法を大きくするか、又は貫通孔を形成した後に貫通孔の壁面を覆う保護膜を形成する構成とする。
【0045】
具体的に、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成され且つ互いに間隔をおいて並行して延びる複数の導電膜と、複数の導電膜におけるそれぞれの側面及び上面を覆うエッチングストッパ膜と、エッチングストッパ膜の上を含む半導体基板上に形成された層間絶縁膜とを備え、層間絶縁膜は、複数の導電膜における互いに隣接する導電膜同士の間に、重ね合わせずれ量の最大値が予め測定されている露光装置を用いてパターニングされた貫通孔を有し、貫通孔における複数の導電膜が延びる方向と交差する方向の開口寸法は互いに隣接する導電膜同士の間隔よりも大きく、且つ開口寸法と互いに隣接する導電膜同士の間隔との差は、重ね合わせずれ量の最大値の2倍よりも大きい。
【0046】
本発明の半導体装置によると、貫通孔の開口寸法と導電膜の間隔との差が重ね合わせずれ量の最大値の2倍よりも大きいため、貫通孔を形成する工程において重ね合わせずれが生じる場合であっても、貫通孔上部の壁面は導電膜の上側に配置されるので、貫通孔上部の壁面が導電膜の側面とほぼ同一の面に接するように形成されることがない。従って、貫通孔形成工程において、エッチングストッパ膜の側面部分が急峻にエッチングされることがなくなるため、導電膜の側面を露出しないように貫通孔が形成される。
【0047】
本発明の半導体装置において、貫通孔の平面形状は、複数の導電膜が延びる方向と交差する方向に長径を持つ長円形状又は楕円形状であることが好ましい。
【0048】
このようにすると、導電膜が延びる方向と交差する方向においては、貫通孔上部の壁面が導電膜の上側に配置されるように開口寸法を確保しながらも、導電膜が延びる方向においては開口寸法を小さくできるため、貫通孔を導電膜が延びる方向に高密度に形成することができる。これにより、半導体素子の高密度化が可能となる。
【0049】
本発明の半導体装置において、エッチングストッパ膜は窒化シリコンからなることが好ましい。
【0050】
このようにすると、貫通孔形成時にエッチングストッパ膜のエッチングレートを小さくすることが可能となり、エッチングストッパ膜をマスクとする自己整合的なコンタクトが確実に形成される。
【0051】
本発明の半導体装置において、層間絶縁膜は酸化シリコンからなることが好ましい。
【0052】
このようにすると、貫通孔形成時に、層間絶縁膜のエッチングストッパ膜に対するエッチング選択比を向上することができ、自己整合的なコンタクトが確実に形成される。
【0053】
本発明の半導体装置において、複数の導電膜はポリシリコン、タングステン及びタングステンを含む合金のうちの少なくとも1つの導電性材料からなることが好ましい。
【0054】
本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に互いに間隔を置いて並行して延びる複数の導電膜を形成する工程と、複数の導電膜におけるそれぞれの側面及び上面を覆うエッチングストッパ膜を形成する工程と、半導体基板上にエッチングストッパ膜の上を含む全面にわたって層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の上にレジスト膜を形成した後、重ね合わせずれ量の最大値が予め測定されている露光装置を用いて、レジスト膜に、その両端部が複数の導電膜における互いに隣接する導電膜の上側と重なり合う開口部をパターニングする工程と、パターニングされたレジスト膜及びエッチングストッパ膜をマスクとして層間絶縁膜に対するエッチングを行うことにより、互いに隣接する導電膜同士の間に貫通孔を形成する工程とを備え、開口部における導電膜の上側と重なり合う部分は、複数の導電膜が延びる方向と交差する方向の幅寸法が重ね合わせずれ量よりも大きい。
【0055】
本発明の第1の半導体装置の製造方法によると、レジスト膜の開口部における導電膜の上側と重なり合う部分は、複数の導電膜が延びる方向と交差する方向の幅寸法が重ね合わせずれ量よりも大きいため、重ね合わせずれが生じてもレジスト膜の開口部の端部は第1導電膜の上側と重なり合うように配置される。従って、レジスト膜の開口部の壁面が導電膜の側面と同一面と接するように配置されることがなくなるため、エッチングストッパ膜の側面部分が急峻にエッチングされることがなく、導電膜の側面を露出しないように貫通孔を形成できる。
【0056】
本発明の第1の半導体装置の製造方法において、レジスト膜の開口部の平面形状は、複数の導電膜が延びる方向と交差する方向に長径を持つ長円形状又は楕円形状であることが好ましい。
【0057】
このようにすると、導電膜が延びる方向と交差する方向においては、開口部の端部が導電膜の上側と重なり合うように開口寸法を確保しながらも、導電膜が延びる方向においては開口寸法を小さくできるため、貫通孔を導電膜が延びる方向に高密度に形成することができる。これにより、半導体素子の高密度化が可能となる。
【0058】
本発明に係る第2の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に互いに間隔を置いて並行して延びる複数の導電膜を形成する工程と、複数の導電膜におけるそれぞれの側面及び上面を覆うエッチングストッパ膜を形成する工程と、半導体基板上にエッチングストッパ膜の上を含む全面にわたって層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の上に、複数の導電膜における互いに隣接する導電膜同士の間に開口部を有するレジスト膜を形成する工程と、開口部を有するレジスト膜をマスクとして層間絶縁膜に対するエッチングを行うことにより、互いに隣接する導電膜同士の間に貫通孔を形成する工程と、貫通孔の壁面を覆う保護膜を形成する工程とを備えている。
【0059】
本発明の第2の半導体装置の製造方法によると、貫通孔の壁面を覆う保護膜を形成する工程を備えているため、貫通孔形成時に貫通孔の内部にゲート電極の側面が露出した場合にも保護膜によりゲート電極の露出部分を保護することができる。
【0060】
本発明の第2の半導体装置の製造方法において、保護膜を形成する工程において、保護膜は、層間絶縁膜の上に、貫通孔の壁面及び底面を含む全面にわたって形成することが好ましい。
【0061】
本発明の第2の半導体装置の製造方法において、エッチングストッパ膜を形成する工程において、エッチングストッパ膜は、半導体基板上に、複数の導電膜におけるそれぞれの上面及び壁面の上を含む全面にわたって形成することが好ましい。
【0062】
本発明の第2の半導体装置の製造方法において、貫通孔を形成する工程の後で且つ保護膜を形成する工程よりも前に、エッチングストッパ膜における貫通孔の底面部分を除去する工程と、保護膜を形成する工程よりも後に、保護膜における貫通孔の底面部分を除去する工程とをさらに備えていることが好ましい。
【0063】
このようにすると、貫通孔の底面に位置する半導体基板が露出されるので、貫通孔に半導体基板と接続するコンタクトを確実に形成することができる。
【0064】
本発明の第2の半導体装置の製造方法において、保護膜を形成する工程よりも後に、貫通孔の底面に位置する保護膜及びエッチングストッパ膜を順次除去する工程をさらに備えていることが好ましい。
【0065】
このようにすると、貫通孔の底面に位置する半導体基板が露出する際に、エッチングによる半導体基板のダメージを低減することができる。
【0066】
本発明の第2の半導体装置の製造方法において、保護膜は酸化シリコンからなることが好ましい。
【0067】
本発明の第1の半導体装置の製造方法又は第2の半導体装置の製造方法において、エッチングストッパ膜は窒化シリコンからなることが好ましい。
【0068】
このようにすると、層間絶縁膜に貫通孔を形成する工程において、エッチングストッパ膜により確実にエッチングが停止するため、自己整合的なコンタクトを確実に形成することができる。
【0069】
本発明の第1の半導体装置の製造方法又は第2の半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜は酸化シリコンからなることが好ましい。
【0070】
このようにすると、層間絶縁膜に貫通孔を形成する工程においてエッチングストッパ膜とのエッチング選択比を向上できるので、自己整合的なコンタクトを確実に形成することができる。
【0071】
本発明の第1の半導体装置の製造方法又は第2の半導体装置の製造方法において、複数の導電膜はポリシリコン、タングステン及びタングステンを含む合金のうちの少なくとも1つの導電性材料からなることが好ましい。
【0072】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0073】
図1(a)は第1の実施形態に係る半導体装置の平面構成を示し、図1(b)は、図1(a)のIb−Ib線における断面構成を示している。なお、図1(a)では、コンタクトホールが露出されるように配線層及びコンタクトの図示を省略している。
【0074】
図1(a)及び図1(b)に示すように、例えば、シリコンからなる半導体基板11の上には、膜厚が約2nmのシリコン酸化膜12を介して、膜厚が約80nmのポリシリコン膜13及び膜厚が約60nmのタングステン膜14が互いに間隔を置いて並行して延びるように積層されている。ここで、ポリシリコン膜13及びタングステン膜14は、MIS型トランジスタのゲート電極15を構成し、シリコン酸化膜12はゲート絶縁膜となる。ゲート電極15の側方の半導体基板11にはMIS型トランジスタのソース電極又はドレイン電極となる不純物拡散領域16が形成されている。
【0075】
ゲート電極15の上面(すなわち、タングステン膜14の上面)の上には、膜厚が約200nmの第1のシリコン窒化膜17が形成されており、該第1のシリコン窒化膜17の上を含む半導体基板11上には、ゲート電極15の側面を覆うように、膜厚が約30nmの第2のシリコン窒化膜18が形成されている。
【0076】
ここで、第1のシリコン窒化膜17及び第2のシリコン窒化膜18はコンタクトホール形成時にゲート電極15を保護するエッチングストッパ膜19となる。
【0077】
エッチングストッパ膜19の上には、膜厚が約800nmの酸化シリコンからなる層間絶縁膜20が形成されており、層間絶縁膜20におけるゲート電極15同士の間に位置する部分には、直径bが約500nmの平面円形状のコンタクトホール21が設けられている。層間絶縁膜20には、コンタクトホール21の内部を埋めるように例えばタングステンからなる金属膜22が形成されている。金属膜22は、不純物拡散領域16と電気的に接続されたコンタクト及び配線層となる。
【0078】
以下、ゲート電極15及びコンタクトホール21の平面配置について図1(a)を用いて具体的に説明する。
【0079】
ゲート電極15は、約500nmのピッチで互いに間隔を置いて並行して配列されている。ここで、ゲート電極15の幅寸法は約180nmであり、隣接するゲート電極15同士の間隔aは約320nmである。以下の説明において、ゲート電極15が延びる方向をゲート平行方向と称し、ゲート電極15が延びる方向と直交する方向をゲート直交方向と称する。
【0080】
コンタクトホール21のパターン(以下、ホールパターンと称する)は、ゲート垂直方向のピッチが約500nmでゲート並行方向のピッチが800nmとなるように配置されており、ホールパターンを形成する工程において、ゲート電極15のパターン(以下、ゲートパターンと称する)に対してホールパターンの重ね合わせに位置のずれが生じなかった場合、すなわち、コンタクトホール21が設計上の位置からずれが生じた場合に、コンタクトホール21は、そのゲート直交方向の中心が互いに隣接するゲート電極15の間を結ぶ中心線上に位置するように配置される。
【0081】
コンタクトホール21は、直径bがゲート電極15同士の間隔aよりも大きいため、ゲート直交方向の端部は、両側に隣接するゲート電極15と平面配置が重なり合うオーバーラップ領域21aとなる。オーバーラップ領域21aにおけるゲート直交方向の幅寸法cは約90nmである。
【0082】
ここで、ホールパターンをゲートパターンの上に重ね合わせる工程において、露光装置の精度によりパターン間の重ね合わせにずれが生じる場合がある。第1の実施形態では、ホールパターン形成工程には、重ね合わせずれ量の最大値が約80nmであることが予め測定されている露光装置を用いてホールパターンを形成している。
【0083】
第1の実施形態の半導体装置は、重ね合わせずれを生じることなく形成されている場合に、オーバーラップ領域21aにおけるゲート平行方向の幅寸法cが、重ね合わせずれ量の最大値よりも大きいことを特徴とする。すなわち、重ね合わせずれ量の最大値をdmax とすると、コンタクトホールの層間絶縁膜20上面における直径bは、b>a+2dmax を満たすように形成されている。
【0084】
これにより、コンタクトホール21の直径bとゲート電極107同士の間隔aとの差は、重ね合わせずれ量の最大値の2倍よりも大きくり、ゲートパターンに対してホールパターンが所定の位置からずれて形成される場合であっても、コンタクトホール21の壁面がゲート電極15の側面と同一の面に接しないような重ね合わせマージンとして、重ね合わせずれ量の最大値よりも大きい幅寸法を確保することができる。従って、コンタクトホール21におけるゲート直交方向の端部がゲート電極15の側面と同一の面に接して形成されることがなく、ゲート電極15とコンタクトとの短絡を防止することができる。
【0085】
以下に、前述のように構成された第1の実施形態の半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【0086】
図2(a)〜図2(c)及び図3(a)〜図3(c)は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示している。
【0087】
まず、図2(a)に示すように、例えば、熱酸化法により半導体基板11の上にシリコン酸化膜12を形成した後、化学気相堆積(CVD)法により、膜厚が約80nmのポリシリコン膜13及び膜厚が約60nmのタングステン膜14及び膜厚が約200nmの第1のシリコン窒化膜17を順次形成する。
【0088】
その後、第1のシリコン窒化膜17の上に感光性レジスト材料を塗布してレジスト膜を形成する。続いて、ゲートパターンを有するフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法により、レジスト膜に対してパターン露光を行った後、露光されたレジスト膜を現像することにより、ゲート電極形成領域を覆う第1のレジストパターン23を形成する。
【0089】
次に、図2(b)に示すように、第1のレジストパターン23をマスクとしたドライエッチング法により、第1のシリコン窒化膜17、タングステン膜14、ポリシリコン膜13及びシリコン酸化膜12を順次選択的に除去する。これにより、ポリシリコン膜13及びタングステン膜14からゲート電極15がパターニングされる。
【0090】
続いて、第1のレジストパターン23を除去した後、ゲート電極15の間の半導体基板11に不純物を注入してソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散領域16を形成する。
【0091】
次に、図2(c)に示すように、半導体基板11の上にゲート電極15の側面を覆うように全面にわたって、膜厚が約30nmの第2のシリコン窒化膜18及び膜厚が約800nmの酸化シリコンからなる層間絶縁膜20とを順次形成し、化学機械的研磨(CMP)法により、層間絶縁膜20の上面を平坦化する。
【0092】
ここで、第1のシリコン窒化膜17及び第2のシリコン窒化膜18は、コンタクトホール形成工程におけるエッチングストッパ膜19となる。
【0093】
次に、図3(a)に示すように、層間絶縁膜20の上に感光性レジスト材料を塗布してレジスト膜を形成する。続いて、ホールパターンを有するフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法により、形成したレジスト膜に対して、予め重ね合わせずれ量の最大値が測定されている露光装置を用いてパターン露光を行った後、露光されたレジスト膜を現像することにより、コンタクトホール形成領域に開口部24aを有する第2のレジストパターン24を形成する。
【0094】
ここで、第2のレジストパターン24の開口部24aは、直径bが約500nmで且つ中心が互いに隣接するゲート電極15同士の中心に位置するように形成される。この際、開口部24aの直径bはゲート電極15の間隔aよりも大きいため、開口部24aにおけるゲート垂直方向の端部は、ゲート電極15の上側と重なり合うオーバーラップ領域21aとなる。ゲート電極15同士の間隔aは約320nmであるため、開口部24aの直径bが約500nmであるため、開口部24aが所定の位置に形成された場合にはオーバーラップ領域21aの幅寸法cは90nmとなる。
【0095】
続いて、エッチングガスとして例えばC又はCを用いたドライエッチング法により、第2のレジストパターン24の開口部24aに露出した層間絶縁膜20を除去することにより、層間絶縁膜20を貫通するコンタクトホール21を形成する。
【0096】
コンタクトホール21の形成工程において、エッチングガスは酸化シリコンに対するエッチング速度が相対的に大きいため、エッチングストッパ膜19によりゲート電極15を保護しながら層間絶縁膜20を除去することができる。このエッチング工程により、エッチングストッパ膜19の上部がエッチングされるが、開口部24aがゲート電極15の上側と重なり合うように形成されるため、エッチングストッパ膜19におけるゲート電極15の側面に接する部分が急峻にエッチングされることがない。
【0097】
次に、図3(b)に示すように、第2のレジストパターン24を除去した後、エッチングガスとして例えばCHF 又はCF 等からなるフルオロカーボンガスを用いたドライエッチング法により、コンタクトホール21の底面に露出する第2のシリコン窒化膜18をエッチング除去することにより、コンタクトホール21の底面に半導体基板11を露出する。
【0098】
次に、図3(c)に示すように、CVD法により、コンタクトホール21の内部を充填するように例えば銅からなる金属膜22を堆積することにより、コンタクト及び配線層を形成して図1(a)及び図1(b)に示す第1の実施形態の半導体装置が完成する。
【0099】
第1の実施形態の半導体装置の製造方法によると、第2のレジストパターン24の開口部24aは、ゲート電極15の上側と重なり合うように形成されており、且つゲート電極15の上側と重なり合う部分のゲート直交方向の幅寸法が重ね合わせずれ量の最大値よりも大きいため、第2のレジストパターン24を形成する工程において重ね合わせずれが生じても第2のレジストパターン24はゲート電極15の上側と重なり合うように配置される。
【0100】
従って、従来の半導体装置の製造方法のようにエッチングストッパ膜19におけるゲート電極15の側面部分が急峻にエッチングされることがないので、ゲート電極15の側面が露出されることがない。
【0101】
以下、ホールパターンの形成位置にずれが生じた場合について図4(a)〜図4(c)を用いて説明する。図4(a)は図2(b)及び図2(c)に示す工程において重ね合わせずれが生じた場合の平面図であり、図4(b)及び図4(c)はそれぞれ図3(a)及び図3(b)と対応する工程の断面構成図である。
【0102】
図4(a)の平面図に示すように、重ね合わせずれが生じる場合、その重ね合わせずれ量は、互いに隣接するゲート電極15同士の中心とコンタクトホール21の中心との距離dとして測定できる。ここで、重ね合わせずれが生じなかった場合のオーバーラップ領域21aの幅寸法cが重ね合わせずれ量の最大値dmax よりも大きくなるように設計されているため、重ね合わせずれが生じる場合には、開口部24aの壁面の位置がゲート電極15の側面とほぼ同一の面上までずれることがなく、開口部24aはゲート電極15の上側と重なり合うように配置される。
【0103】
従って、図4(b)の断面図に示すように、第2のレジストパターン24を用いた層間絶縁膜20に対するエッチング工程において、開口部24aのオーバーラップする両側のゲート電極15の上側部分のエッチングストッパ膜19は緩慢な斜面にエッチングされる。
【0104】
その後、図4(c)の断面図に示すように、コンタクトホール21の底面に露出した第2のシリコン窒化膜を除去う工程では、エッチングストッパ膜19のゲート側面部分が急峻にエッチングされていないため、ゲート電極の側面が露出することがない。
【0105】
以下に、前述した第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、重ね合わせずれ量を変化させた場合の半導体装置の特性について説明する。
【0106】
図5は、第2のレジストパターン24を形成する工程においてゲート電極15同士の中心からずらして形成した場合の重ね合わせずれ量と、ゲート電極15の側面に沿った面におけるエッチングストッパ膜19のエッチング深さとの関係を示している。
【0107】
ここで、縦軸はゲート電極15の側面と同一面上におけるエッチングストッパ膜19のエッチング深さの測定値であり、また横軸はゲートパターンに対するホールパターンの重ね合わせずれ量を表し、互いに隣接するゲート電極15同士の間の中心とコンタクトホール21の中心との距離のことである。
【0108】
図5に示すように、エッチングストッパ膜19のエッチング深さは重ね合わせずれ量に拘わらずほぼ一定である。つまり、従来の半導体装置の製造方法ように、特定の位置ずれ量でエッチングストッパ膜19が急峻にエッチングされることがないことを示している。
【0109】
図6は、第2のレジストパターン24を形成する工程においてゲート電極15同士の中心からずらして形成した場合の重ね合わせずれ量と、ゲート電極15とコンタクトとの間に流れる電流量との関係を示している。
【0110】
図6に示すように、ホールパターンの位置ずれ量に拘わらず短絡は生じていないことが確認できる。
【0111】
なお、第1の実施形態において、第2のレジストパターン24の開口部24a及び該開口部24aは平面円形状に限られず、ゲート直交方向の開口寸法と互いに隣接するゲート電極15同士の間隔との差が重ね合わせずれ量の2倍よりも大きくなるように形成されていればよく、平面形状はだ円形状、長円形状、多角形状であってもよい。
【0112】
勿論、開口部24aと同等の形状となるコンタクトホール21における形状も平面円形状に限られず、層間絶縁膜20上面側におけるゲート直交方向の開口寸法がいに隣接するゲート電極15同士の間隔との差が重ね合わせずれ量の2倍よりも大きくなるように形成されていればよく、平面形状はだ円形状、長円形状、多角形状であってもよい。
【0113】
なお、第1の実施形態において、エッチングストッパ膜19は、シリコン窒化膜を用いる構成に限られず、層間絶縁膜20を構成する材料と比べてエッチングレートが小さい絶縁性材料により構成されていればよい。このようにすると、層間絶縁膜20にコンタクトホール21を形成する工程において、ゲート電極15をエッチングストッパ膜19により保護することができる。
【0114】
また、第1の実施形態において、層間絶縁膜20を構成する材料は酸化シリコンに限られず、エッチングストッパ膜19よりもエッチングレートが大きい絶縁性材料であればよい。
【0115】
(第1の実施形態の一変形例)
以下に、第1の実施形態の一変形例について図面を参照しながら説明する。
【0116】
図7(a)及び図7(b)は、第1の実施形態の一変形例に係る半導体装置の平面構成を示し、図7(b)は図7(a)のVII−VII線における断面構成を示している。図7(a)及び図7(b)において、図1(a)及び図1(b)に示す構成部材と同一の部材については、同一の符号を用いることにより説明を省略する。
【0117】
図7(a)及び図7(b)に示すように、本変形例の半導体装置は、ゲート直交方向に長径を持つ長円形状のコンタクトホール21を備えている。ここで、コンタクトホール21は、ゲート直交方向の寸法b が約500nmであり、ゲート平行方向の開口寸法b が約200nmである。また、ゲート平行方向のピッチは約500nmであり、ゲート直交方向のピッチは約500nmである。
【0118】
また、コンタクトホール21は、ゲート垂直方向の中心が互いに隣接するゲート電極15同士の中心と一致するように配置されている。ここで、ゲート電極15同士の間隔は約320nmであり、コンタクトホール21のゲート直交方向の開口寸法が約500nmであるため、コンタクトホール21におけるゲート電極15の上側と重なり合うオーバーラップ領域21aは、ゲート直交方向の寸法が約90nmとなる。
【0119】
本変形例の半導体装置においても、コンタクトホール21におけるゲート垂直方向の端部は、ゲート電極15の上側と重なり合うように形成されている。ゲート電極15の上側に重なり合うオーバーラップ領域21aの寸法は約90nmであり、コンタクトホール21を形成する工程において第2のレジストパターン24の重ね合わせにずれが生じても、開口部24aがゲート電極15の側面と同一の面に接して形成されることがない。
【0120】
以下に、本変形例の半導体装置の製造方法について図2(a)〜図2(c)及び図3(a)〜図3(c)を用いて説明する。
【0121】
まず、図2(a)〜図2(c)に示す工程と同様にして、半導体基板11の上にシリコン酸化膜12を介してゲート電極15を形成し、ゲート電極15の間の半導体基板に不純物を注入して不純物拡散領域16を形成する。また、ゲート電極15の側面及び上面を覆うようにエッチングストッパ膜19及び層間絶縁膜20を形成する。
【0122】
次に、図3(a)に示す工程と同様にしてホールパターンとなる開口部24aを有する第2のレジストパターン24を形成する。ここで、開口部24aは、ゲート直交方向の寸法が約500nmであり、ゲート平行方向の開口寸法が約200nmである。続いて、ドライエッチング方により開口部24aの間に露出した層間絶縁膜20を除去することにより、開口部24aと同等の平面形状を有するコンタクトホール21を形成する。
【0123】
ここで、本変形例においても、第1の実施形態と同様に第2のレジストパターン24の開口部24aは、ゲート直交方向の開口寸法bと互いに隣接するゲート電極15同士の間隔aとの差が重ね合わせずれ量の2倍よりも大きくなるように形成されているため、重ね合わせずれが生じても開口部24aの壁面がゲート電極15の側面とほぼ同一の面に接して形成されることがない。
【0124】
次に、図3(b)及び図3(c)に示す工程と同様にして、コンタクトホール21の下側に露出した第2のシリコン窒化膜18を除去した後、コンタクトホール21の内部を埋めるように金属膜22を形成してコンタクト及び配線層を形成する。
【0125】
以上説明したように、第1の実施形態の一変形例の半導体装置によると、コンタクトホール21を円形状に形成する場合と比べてゲート平行方向のホールピッチが小さくなるため、半導体素子を高密度に形成することができる。
【0126】
なお、本変形例において、コンタクトホール21の形状は長円形状に限られず、ゲート直交方向と比べてゲート平行方向の幅寸法が小さくなるように形成されていればよく、例えばだ円形状又は多角形状であってもよい。
【0127】
(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0128】
図8(a)は第2の実施形態に係る半導体装置の平面構成を示し、図8(b)は図8(a)のVIIIb−VIIIb線における断面構成を示している。図8(a)及び図8(b)において、図1(a)及び図1(b)に示す構成部材と同一の構成部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【0129】
図8(a)及び図8(b)に示すように、第2の実施形態の半導体装置は、半導体基板11上にシリコン酸化膜12を介して、ポリシリコン膜13及びタングステン膜14からなるポリメタル構造のゲート電極15が形成されている。また、ゲート電極15同士の間に位置する半導体基板11にはソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散領域16が形成されている。
【0130】
ゲート電極15は、配線ピッチが約500nmで互いに間隔を置いて並行して配列されている。ここで、各ゲート電極15の幅寸法は約180nmであり、隣接するゲート電極15同士の間隔aが約320nmである。
【0131】
ゲート電極15の上側には第1のシリコン窒化膜17が形成されると共に、第1のシリコン窒化膜17の上を含む半導体基板11の上には、ゲート電極15の側面を覆うように第2のシリコン窒化膜18が形成されている。
【0132】
第2のシリコン窒化膜18の上には膜厚が約800nmの酸化シリコンからなる層間絶縁膜20が形成されている。層間絶縁膜20におけるゲート電極15同士の間に位置する部分には、直径bが約200nmのコンタクトホール21が設けられている。
【0133】
第2の実施形態の特徴として、コンタクトホール21の内側には、少なくともその壁面を覆うように膜厚が約30nmのNSG膜31が形成されている。ここで、NSG膜とは、不純物がドープされていないシリコン酸化膜(None−doped Silicate Glass )のことであり、特にホウ素及び燐が添加されていない酸化シリコンの堆積膜をいう。
【0134】
コンタクトホール21には銅からなる金属膜が埋め込まれることにより、不純物拡散領域16と電気的に接続されたコンタクト及び配線層が形成されている。
【0135】
以下に、前述のように構成された第2の実施形態の半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【0136】
図9(a)〜図9(c)は、第2の実施形態の半導体装置の製造方法を示し、図8(a)のVIIIb−VIIIb線と対応する位置における工程順の断面構成を示している。
【0137】
まず、図9(a)に示すように、図2(a)及び図2(b)に示す工程と同様にして、半導体基板11の上にシリコン酸化膜12、ポリシリコン膜13、タングステン膜14及び第1のシリコン窒化膜17を順次積層した後、第1のレジストパターン23を用いたドライエッチングにより、シリコン酸化膜12及びゲート電極15を形成する。続いて、第1のレジストパターン23を除去した後、ゲート電極15の間の半導体基板11に不純物拡散領域16を形成する。
【0138】
次に、図9(b)に示すように、図2(c)及示す工程と同様にして、半導体基板11の上にゲート電極15の側面を覆うように全面にわたって、第2のシリコン窒化膜18及び層間絶縁膜20を順次形成する。続いて、CMP法により層間絶縁膜20の上面を平坦化する。
【0139】
次に、図9(c)に示すように、図3(a)に示す工程と同様にして、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜20の上に、コンタクトホール形成領域に開口部24aを有する第2のレジストパターン24を形成し、ドライエッチング法により、第2のレジストパターン24の開口部24aに露出した層間絶縁膜20を除去することにより、層間絶縁膜20を貫通するコンタクトホール21を形成する。
【0140】
ここで、第2のレジストパターン24の開口部24aは、直径が約200nmで且つ中心がゲート電極15同士の間に位置するように形成される。
【0141】
次に、図10(a)に示すように、図3(b)に示す工程と同様にして、ドライエッチング法により、第2のレジストパターン24の開口部24aの下側に位置する第2のシリコン窒化膜18の露出部分をエッチング除去してコンタクトホール21の底面に半導体基板11を露出する。
【0142】
次に、図10(b)に示すように、例えばCVD法により、コンタクトホール21の壁面及び底面を含む層間絶縁膜上に全面にわたって、NSG膜31を堆積する。
【0143】
次に、図10(c)に示すように、例えばC又はCからなるエッチングガスを用いた異方性ドライエッチング法により、NSG膜31を全面エッチバックする。これにより、NSG膜における層間絶縁膜20の上面とコンタクトホール21の底面に位置する部分がエッチングされて、コンタクトホール21の底面に半導体基板11が露出する。
【0144】
その後、図示はしていないが、図3(c)に示す工程と同様にして、コンタクトホール21の内部を充填するように金属膜を堆積してコンタクト及び配線層を形成することにより、図8(a)及び図8(b)に示す第2の実施形態の半導体装置が完成する。
【0145】
第2の実施形態の半導体装置の製造方法によると、コンタクトホール21の内部を覆う保護膜としてNSG膜31が形成されているため、コンタクトホール形成時にゲート電極15の側面に位置するエッチングストッパ膜19が急峻にエッチングされていても、コンタクトホール21の底面を露出する工程においてゲート電極15の側面が露出することがない。
【0146】
以下に、コンタクトホール21をパターニングするための第2のレジストパターンを形成する工程において、重ね合わせずれが生じた場合について説明する。
【0147】
図11(a)〜図11(c)及び図12(a)〜図12(c)は図9(c)に示す工程において、第2のレジストパターン24の開口部24aがゲート電極15の側面と同一の面に接して形成された場合の工程順の様子を示している。
【0148】
図11(a)の平面図に示すように、層間絶縁膜20の上に第2のレジストパターン24を形成する工程において、重ね合わせずれ量が約60nmの場合には、ゲート電極15の側面と同一の面に接するように開口部24aが配置される。
【0149】
次に、図11(b)に示すように、第2のレジストパターン24を用いたエッチングによりコンタクトホール21を形成する。ここで、開口部24aの壁面がゲート電極15の側面と同一の面に接して配置された状態であるため、層間絶縁膜20に対するエッチングを行うと、エッチングストッパ膜19の側面部分が急峻な斜面にエッチングされ、エッチング深さが大きくなる。
【0150】
次に、図11(c)に示すように、コンタクトホール21の底面に露出した第2のシリコン窒化膜18を除去する工程において、エッチングストッパ膜19の側面部分がさらにエッチングされるため、ゲート電極15の側面が露出する。
【0151】
次に、図12(a)に示すように、コンタクトホール21の壁面及び底面を含む層間絶縁膜20上に、NSG膜31を堆積する。これにより、ゲート電極15における側面の露出部分がNSG膜31で保護される。
【0152】
次に、図12(b)に示すように、NSG膜31に対するドライエッチングを行うことにより、コンタクトホール21の底面に半導体基板11を露出する。
【0153】
次に、図12(c)に示すように、コンタクトホール21の内部を充填するように金属膜22を堆積することにより、コンタクト及び配線層を形成して図8(a)及び図8(b)に示す第2の実施形態の半導体装置が完成する。
【0154】
第2の実施形態の半導体装置の製造方法では、コンタクトホール21の壁面を覆うNSG膜31を形成するため、層間絶縁膜20に対するエッチング工程においてゲート電極15が露出してもNSG膜31により保護することができるので、ゲート電極15を露出することなくコンタクトホール21を形成することができる。
【0155】
(第2の実施形態の一変形例)
以下に、本発明の第2の実施形態の製造方法の一変形例について図面を参照しながら説明する。
【0156】
図13(a)〜(c)及び図14(a)〜図14(c)は、本変形例に係る半導体装置の製造方法を示し、図8(a)のVIIIb−VIIIb線と対応する位置における工程順の断面構成を示している。
【0157】
まず、図13(a)に示すように、図9(a)〜図9(c)に示す工程と同様にして、半導体基板11の上に、シリコン酸化膜12と、ポリシリコン膜13及びタングステン膜14からなるゲート電極15と、第1のシリコン窒化膜17及び第2のシリコン窒化膜18からなるエッチングストッパ膜19と、層間絶縁膜20とを形成する。
【0158】
続いて、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜20の上に、コンタクトホール形成領域に開口部24aを有する第2のレジストパターン24を形成し、ドライエッチング法により、第2のレジストパターン24の開口部24aに露出した層間絶縁膜20を除去することにより、層間絶縁膜20を貫通するコンタクトホール21を形成する。
【0159】
次に、図13(b)に示すように、例えばCVD法により、コンタクトホール21の壁面及び底面を含む層間絶縁膜上に全面にわたって、NSG膜31を堆積する。
【0160】
次に、図13(c)に示すように、例えばC又はCからなるエッチングガスを用いた異方性ドライエッチング法により、NSG膜31を全面エッチバックする。これにより、NSG膜31における層間絶縁膜20の上面に位置する部分とコンタクトホール21の底面に位置する部分とがエッチングされて、コンタクトホール21の底面に第2のシリコン窒化膜18が露出する。
【0161】
次に、図14(a)に示すように、ドライエッチング法により、第2のレジストパターン24の開口部24aの下側に位置する第2のシリコン窒化膜18の露出部分をエッチング除去してコンタクトホール21の底面に半導体基板11を露出する。
【0162】
次に、図14(b)に示すように、コンタクトホール21の内部を充填するように金属膜22を堆積してコンタクト及び配線層を形成することにより、図8(a)及び図8(b)に示す第2の実施形態の半導体装置が完成する。
【0163】
以下、コンタクトホール21をパターニングするための第2のレジストパターンを形成する工程において、重ね合わせずれが生じた場合について説明する。
【0164】
図15(a)〜図15(c)は、図9(c)に示す工程において、第2のレジストパターン24の開口部24aがゲート電極15の側面と同一の面に接して形成された場合の工程順の断面構成を示している。
【0165】
図15(a)に示すように、ゲート電極15の側面と同一の面に接するように開口部24aが配置された状態で、第2のレジストパターン24を用いた層間絶縁膜20に対するエッチングを行ってコンタクトホール21を形成する。これにより、エッチングストッパ膜19の側面部分が急峻な斜面にエッチングされ、エッチング深さが大きくなる。
【0166】
次に、図15(b)に示すように、コンタクトホール21の壁面及び底面を含む層間絶縁膜20上に、NSG膜31を堆積する。これにより、エッチングストッパ膜19における急峻にエッチングされた部分をNSG膜31で保護される。
【0167】
次に、図15(c)に示すように、異方性ドライエッチング法により、NSG膜31におけるコンタクトホール21の底面部分を除去する。続いて、異方性ドライエッチング法により、第2のシリコン窒化膜18におけるコンタクトホール21の底面部分を除去する。第2のシリコン窒化膜18を除去する工程において、ゲート電極15の壁面はNSG膜31により覆われているため、ゲート電極15がコンタクトホールの内部に露出することがない。
【0168】
本変形例では、コンタクトホール21の下部に露出した第2のシリコン窒化膜を除去するよりも前にNSG膜31を形成し、コンタクトホール21の底面に位置する第2のシリコン窒化膜18とNSG膜31とを1度のエッチングにより除去することができるので、不純物拡散領域16が受けるエッチングダメージを第2の実施形態よりも小さくすることができる。
【0169】
なお、第1の実施形態及び第2の実施形態において、ゲート電極15をポリシリコン膜13及びタングステン膜14が積層されたポリメタルゲートとして説明したが、これに限られず、例えばゲート電極15は単層膜であってもよく、例えば、ポリシリコン、タングステン又は窒化タングステン等の合金からなる導電膜により構成してもよい。勿論、ゲート電極15をポリシリコン膜とタングステン合金からなるポリメタルゲートとして形成してもよい。
【0170】
また、第1の実施形態及び第2の実施形態及びそれらの一変形例に係る半導体装置の製造方法では、MIS型トランジスタに用いるコンタクト構造を一例として説明したが、これに限られず、互いに間隔をおいて形成された複数の導電膜の間にセルフアラインコンタクトを形成する半導体装置の製造方法に適用できる。例えば、ダイナミックRAM装置のビット線同士の間を通って電荷蓄積キャパシタの電極と接続されるコンタクトにおいても同様に実施可能である。
【0171】
【発明の効果】
本発明の第1の半導体装置の製造方法によると、ホールパターン形成時の重ね合わせずれが生じても、コンタクトホールが導電膜の側面とほぼ同一面に接するように形成されることがなくなるため、導電膜がコンタクトホールの内部に露出することがない。
【0172】
また、本発明の第2の半導体装置の製造方法によると、ホールパターン形成時の重ね合わせずれにより、コンタクトホールが導電膜の側面とほぼ同一面に接するように形成された場合であっても、コンタクトホールの壁面に保護膜を形成されるため、導電膜がコンタクトホールの内部に露出することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置を示す平面図であり、(b)は(a)のIb−Ib線の構成断面図である。
【図2】(a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示し、図1(a)のIb−Ib線と対応する位置における工程順の構成断面図である。
【図3】(a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示し、図1(a)のIb−Ib線と対応する位置における工程順の構成断面図である。
【図4】(a)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の第2のレジストパターン形成工程において、コンタクトホール形成用のマスクパターンの重ね合わせに位置ずれが生じた場合の平面図であり、(b)及び(c)は、(a)のIVb−IVb線と対応する位置における工程順の様子を示す構成断面図である。
【図5】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法おけるゲートパターンに対するホールパターンの重ね合わせずれ量とエッチングストッパ膜のエッチング深さとの関係を示すグラフである。
【図6】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法おけるゲートパターンに対するホールパターンの重ね合わせずれ量と、ゲート電極−コンタクト間に流れるリーク電流量との関係を示すグラフである。
【図7】(a)は本発明の第1の実施形態の一変形例に係る半導体装置を示す平面図であり、(b)は(a)のVIIb−VIIb線における断面図である。
【図8】(a)は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置を示すであり、(b)は(a)のVIIIb−VIIIb線における構成断面図である。
【図9】(a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示し、図8(a)のVIIIb−VIIIb線と対応する位置における工程順の断面構成図である。
【図10】(a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示し、図8(a)のVIIIb−VIIIb線と対応する位置における工程順の断面構成図である。
【図11】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、コンタクトホール形成用のマスクパターンの重ね合わせにずれが生じた場合を示し、コンタクト形成領域となる開口部の壁面がゲート電極の側面と同一の面に接して配置されたときの工程順の様子を示し、(a)は平面図であり、(b)及び(c)は、(a)のXIb−XIb線と対応する位置における構成断面図である。
【図12】(a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、コンタクトホール形成用のマスクパターンの重ね合わせにずれが生じた場合を示し、コンタクト形成領域となる開口部の壁面がゲート電極の側面と同一の面に接して配置されたときの図11(a)のXIb−XIb線と対応する位置における工程順の構成断面図である。
【図13】(a)〜(c)は本発明の第2の実施形態の一変形例に係る半導体装置の製造方法を示し、図8(a)のVIIIb−VIIIb線と対応する位置における工程順の断面構成図である。
【図14】(a)及び(b)は本発明の第2の実施形態の一変形例に係る半導体装置の製造方法を示し、図8(a)のVIIIb−VIIIb線と対応する位置における工程順の断面構成図である。
【図15】(a)〜(c)は本発明の第2の実施形態の一変形例に係る半導体装置の製造方法の第2のレジストパターン形成工程において、コンタクトホール形成用のマスクパターンの重ね合わせ誤差によりマスクパターンの開口部の側面がゲート電極の側面と同一の面に接して配置された場合の様子を示し、図11(a)のXIb−XIb線と対応する位置における工程順の構成断面図である。
【図16】(a)及び(b)は従来の半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図であり、(c)は(b)に示す工程の平面構成図である。
【図17】(a)〜(c)は従来の半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図18】従来の半導体装置の製造方法において、コンタクトホール形成用のマスクパターンの重ね合わせにずれが生じた場合の工程順の様子を示し、(a)は平面図であり、(b)及び(c)はコンタクトホール形成領域の構成断面図である。
【図19】従来の半導体装置の製造方法におけるゲートパターンに対するホールパターンの重ね合わせずれ量と、ゲート電極−コンタクト間に流れるリーク電流量との関係を示すグラフである。
【図20】従来の半導体装置の製造方法におけるゲートパターンに対するホールパターンの重ね合わせずれ量とエッチングストッパ膜のエッチング深さとの関係を示すグラフである。
【図21】は従来の半導体装置の製造方法においてコンタクトホール形成用のマスクパターンの重ね合わせにずれが生じた場合を示し、コンタクト形成領域となる開口部の壁面がゲート電極の側面と同一の面に接して配置されたとき工程順の様子を示し、(a)は平面図であり、(b)及び(c)はコンタクトホール形成領域の構成断面図である。
【図22】従来の半導体装置の製造方法において層間絶縁膜に対するエッチングの際に、エッチングストッパ膜上に高分子堆積膜が形成される様子を示し、(a)はコンタクト形成領域となる開口部の壁面がゲート電極の上側に配置された場合を示す構成断面図であり、(b)はコンタクト形成領域となる開口部の壁面がゲート電極の側面と同一の面に接して配置された場合を示す構成断面図である。
【符号の説明】
11 半導体基板
12 シリコン酸化膜
13 ポリシリコン膜
14 タングステン膜
15 第1のシリコン窒化膜
16 ゲート電極
17 不純物拡散領域
18 第2のシリコン窒化膜
19 エッチングストッパ膜
20 層間絶縁膜
21 コンタクトホール
21a オーバーラップ領域
22 金属膜
23 第1のレジストパターン
24 第2のレジストパターン
24a 開口部
31 NSG膜
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having a contact and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a self-aligned contact that can be formed in a self-aligned manner with a conductive film such as a gate wiring and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit device using a MIS transistor or a semiconductor memory device using a DRAM cell, a wiring pitch of a gate wiring, a bit wiring and the like tends to be reduced with miniaturization of the semiconductor device.
[0003]
However, when the wiring pitch is reduced, in the process of patterning the contact holes between the wirings, if the overlapping displacement between the patterns is large, the contact hole formation position is shifted from between the wirings. However, there is a problem that the semiconductor device does not operate due to a short circuit with the gate wiring or the bit wiring.
[0004]
Therefore, in recent years, a silicon nitride film is formed so as to cover the upper surface and side surfaces of a conductive film constituting a wiring such as a gate wiring, and the silicon nitride film is used as an etching stopper film to form a conductive film such as a gate wiring. On the other hand, a self-aligned contact that forms a contact hole in a self-aligned manner has been proposed.
[0005]
Hereinafter, a conventional method for manufacturing a semiconductor device having a self-aligned contact will be described with reference to the drawings.
[0006]
16 (a) to 16 (c) and FIGS. 17 (a) to 17 (c) show a method of manufacturing a semiconductor device having a conventional MOS transistor. Here, FIGS. 16 (a), 16 (b), and 17 (a) to 17 (c) show cross-sectional structures in the order of steps, and FIG. 16 (c) shows the steps shown in FIG. 16 (b). 2 shows a planar configuration.
[0007]
First, as shown in FIG. 16A, a silicon oxide film 102, a polysilicon film 103, a tungsten film 104, and a first silicon nitride film 105 are formed on a semiconductor substrate 101 by a chemical vapor deposition (CVD) method. Are sequentially deposited, a first resist pattern 106 covering the gate electrode formation region is formed by a photolithography method using a photomask (not shown) having a gate pattern.
[0008]
Subsequently, the first silicon nitride film 105, the tungsten film 104, the polysilicon film 103, and the silicon oxide film 102 are sequentially and selectively etched by a dry etching method using the first resist pattern 106 as a mask. Thus, the gate electrode 107 of the MOS transistor is formed from the polysilicon film 103 and the tungsten film 104.
[0009]
Next, as shown in FIG. 16B, after removing the first resist pattern 106, impurities are diffused into the semiconductor substrate using the gate electrodes 107 adjacent to each other as a mask, so that the source electrode of the MOS transistor is removed. An impurity diffusion region to be a drain electrode is formed. Subsequently, the second silicon nitride film 109 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101 so as to include the first silicon nitride film 105 and the wall surface of the gate electrode 107 and the first silicon nitride film 105. Is deposited. Here, the first silicon nitride film 105 and the second silicon nitride film 109 become an etching stopper film 110 covering the gate electrode.
[0010]
Subsequently, after an interlayer insulating film 111 made of silicon oxide is deposited on the second silicon nitride film 109, a contact hole forming region is formed by a photolithography method using a photomask (not shown) having a hole pattern. Then, a second resist pattern 112 having an opening 112a having a plane circular shape is formed.
[0011]
The planar arrangement of the openings 112a of the second resist pattern 112 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 16C, the openings 112a of the second resist pattern 112 are arranged such that the centers are located at the centers of the gate electrodes 107 adjacent to each other. Here, the gate electrode 107 is patterned so that the width dimension is about 180 nm and the interval between the gate electrodes 107 is about 320 nm (that is, the pitch between gate wirings is about 500 nm). With respect to the gate electrode 107, the opening 112a, which is a hole pattern, is designed such that the opening diameter is about 200 nm, the pitch in the direction perpendicular to the gate is about 500 nm, and the pitch in the direction parallel to the gate is about 500 nm. . At this time, the distance between the gate electrode 107 and the opening 112a is about 60 nm on both sides.
[0012]
Next, as shown in FIG. 17A, a contact hole 113 is formed in the interlayer insulating film 111 by a dry etching method using the second resist pattern 112. The etching gas for etching the interlayer insulating film 111 is C 4 F 6 Or C 5 F 8 Is used.
[0013]
Next, as shown in FIG. 17B, the second silicon nitride film 109 located below the contact hole 113 is removed to expose the impurity diffusion region 108 of the semiconductor substrate 101. CF as the etching gas for the second silicon nitride film 109 4 Or CHF 3 Is used.
[0014]
Next, as shown in FIG. 17C, by forming a metal film 114 so as to fill the inside of the contact hole 113, a contact and a wiring layer electrically connected to the impurity diffusion region 108 are formed.
[0015]
However, in the photolithography process for forming the second resist pattern 112, if a misalignment occurs in the superposition of the hole pattern with respect to the gate pattern, the designed position (that is, the opening 112a) is positioned with respect to the gate electrode 107. (A position substantially deviated from the center of the adjacent gate electrodes 107) is formed in the opening 112a.
[0016]
Hereinafter, a case where a misalignment occurs in a conventional method of manufacturing a semiconductor device will be specifically described with reference to FIGS.
[0017]
FIG. 18A shows a planar configuration in the case where misalignment between patterns occurs in the photolithography step shown in FIG. 16B, and FIGS. 18B and 18C respectively show FIGS. FIG. 18A shows a cross-sectional configuration of a step corresponding to the step shown in FIG. 17A and FIG.
[0018]
As shown in FIG. 18A, the center of the contact hole 113 is displaced from the center of the adjacent gate electrodes 107 due to misalignment of the exposure apparatus. FIG. 18A shows a case where the overlay displacement is about 80 nm. The amount of misalignment is measured as the distance d between the center line between the gate electrodes 107 adjacent to each other and the center of the contact hole 113.
[0019]
Here, the amount of misalignment is a value determined by the accuracy of an exposure apparatus (stepper) used for pattern exposure when forming the second resist pattern 112, and its maximum value can be measured in advance.
[0020]
Next, as shown in FIG. 18B, when the interlayer insulating film 111 is etched using the second resist pattern 112 as a mask, the etching stopper film 110 located above the gate electrode 107 is formed at the end of the contact hole 113. Is exposed. At this time, the upper portion of the etching stopper film 110 is etched, but the gate electrode 107 is not exposed because the etching rate of the etching gas with respect to the silicon nitride film is small.
[0021]
Next, as shown in FIG. 18C, in the step of removing the second silicon nitride film 109 exposed at the bottom of the contact hole 113, the upper portion of the etching stopper film 110 is further etched. Since the first silicon nitride film 105 is formed sufficiently thicker than the silicon nitride film 109, the gate electrode 107 is not exposed.
[0022]
As described above, in the conventional method of manufacturing a semiconductor device, by forming the etching stopper film 110, it is possible to secure a margin for overlapping the hole pattern with the gate pattern, and the contact hole 113 is self-aligned with the gate electrode 107. Is formed.
[0023]
[Patent Document 1]
JP-A-10-12868
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method of manufacturing a semiconductor device, when the wall surface of the contact hole 113 is disposed so as to be substantially in contact with the side surface of the gate electrode 107 due to misalignment of the hole pattern, a metal film serving as a contact is formed. There is a problem that a short circuit occurs between 114 and the gate electrode 107.
[0025]
In the following, the effect of the overlay shift amount during the formation of the contact hole will be specifically described.
[0026]
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the amount of misalignment of the hole pattern with respect to the gate pattern and the leakage current between the contact and the gate. 19, the horizontal axis represents the center of the gate electrodes 107 and the opening when the formation position is shifted from a predetermined position in the step of forming the second resist pattern 112 shown in FIG. 16C. It represents the distance from the center of 112a. The vertical axis indicates a leak current flowing between the metal film 114 and the gate electrode 107 when the second resist pattern 112 is formed shifted.
[0027]
As shown in FIG. 19, when the overlay displacement amount is smaller than 40 nm, no current flows between the metal film 114 and the gate electrode 107, and no short circuit occurs between the contact and the gate. Similarly, even when the overlay displacement amount is larger than 80 nm, no short circuit occurs between the contact and the gate. On the other hand, when the overlay displacement is in the range of about 40 to 80 nm, a leak current is generated between the metal film 114 and the gate electrode 107. In particular, when the overlay displacement is about 60 nm, the leakage current between the metal film 114 and the gate electrode 107 is large, and it is apparent that a short circuit occurs between the contact and the gate.
[0028]
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the amount of misalignment of the hole pattern with respect to the gate pattern and the etching depth of the etching stopper film. Here, the etching depth of the etching stopper film refers to the etching depth on the same plane as the side surface of the gate electrode 107 of the etching stopper film 110 when the etching of the interlayer insulating film 111 is completed.
[0029]
As shown in FIG. 20, when the overlay displacement amount is 20 nm or less, the etching stopper film 110 is hardly etched. This is because, like the second resist pattern 112 in FIGS. 16B and 16C, the opening 112a does not overlap the upper side of the etching stopper film 110.
[0030]
When the amount of misalignment increases, the opening 112a of the second resist pattern 112 is disposed so as to overlap the upper side of the gate electrode 107, so that the etching stopper film 110 is etched from the upper surface side. The etching depth becomes maximum when the amount of misalignment is about 60 nm.
[0031]
As described above, when the amount of misalignment is about 60 nm, the portion of the etching stopper film 110 formed on the same plane as the side surface of the gate electrode 107 is deeply etched. Are short-circuited.
[0032]
Here, in the conventional semiconductor device, the diameter of the contact hole 113 is about 200 nm, and the distance between the gate electrodes 107 is about 320 nm. The horizontal distance from the electrode 107 is about 60 nm. In other words, the case where the overlay displacement amount is about 60 nm is the case where the wall surface of the contact hole 113 is formed at a position in contact with the gate electrode 107. Therefore, the wall surface of the opening 112a of the second resist pattern 112 is It can be said that a short circuit occurs between the gate electrode 107 and the contact when the contact is arranged so as to be substantially in contact with the side surface of the contact 107.
[0033]
Hereinafter, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device, the order of steps in the case where misalignment occurs such that the wall surface of the opening 112a is arranged above the side surface of the gate electrode 107 will be described with reference to FIGS. This will be described with reference to FIG. Here, FIG. 21A shows a plan configuration of the same process as the process shown in FIG. 16B, and FIGS. 21B and 21C show FIGS. 17A and 17B, respectively. 3) shows a cross-sectional configuration of a process corresponding to the process shown in FIG.
[0034]
As shown in FIG. 21A, when the overlay displacement amount is shifted from the predetermined position by about 60 nm, the side surface of the opening 112a of the second resist pattern 112 is flush with the side surface of the gate electrode 107. It is arranged so that it may contact. At this time, the edge of the etching stopper film 110 is slightly exposed below the opening 112a.
[0035]
Next, as shown in FIG. 21B, by etching the interlayer insulating film 111 using the second resist pattern 112 as a mask, the end of the etching stopper film 110 is etched. At this time, the etching depth of the etching stopper film 110 on the same plane as the side surface of the gate electrode 107 is larger than when the opening 112a is arranged above the gate electrode 107.
[0036]
Next, as shown in FIG. 21C, in the step of removing the second silicon nitride film exposed on the bottom surface of the opening 112a, even the second silicon nitride film 109 in contact with the side surface of the gate electrode 107 is removed. The gate electrode 107 is partially removed and the gate electrode 107 is exposed. Therefore, when the metal film 114 is buried in the contact hole 113 in the same manner as in the step shown in FIG. 17C, the side surface of the gate electrode 107 and the metal film 114 are short-circuited.
[0037]
Hereinafter, the manner of etching the etching stopper film 110 in the step of etching the interlayer insulating film 111 based on the difference in the amount of misalignment will be specifically described with reference to FIGS. 22A and 22B. Here, FIG. 22A shows a case where the opening 112a is arranged so as to overlap the upper side of the gate electrode 107, similarly to FIG. 18A, and FIG. 22B shows FIG. FIG. 4 is a partially enlarged view of a cross-sectional configuration showing a case where a wall surface of an opening 112a is arranged on substantially the same plane as a side surface of a gate electrode 107, similarly to FIG.
[0038]
As shown in FIGS. 22A and 22B, in the step of etching the interlayer insulating film 111, a reaction product of an etching gas and the interlayer insulating film 111 is deposited on a surface to be etched, and a polymer deposition film is formed. The step of forming 115 and the step of etching the surface to be etched by the etching gas (that is, the surfaces of the interlayer insulating film 111, the etching stopper film 110, and the polymer deposition film 115) are in a state of competition.
[0039]
Here, as shown in FIG. 22A, when the opening 112a is arranged so as to overlap the upper part of the gate electrode 107, the surface to be etched is gentle because the area of the upper surface of the etching stopper film 110 is large. It becomes a slope. At this time, the polymer deposition film 115 is more likely to be deposited on a horizontal surface or a gentle slope than a vertical surface or a steep slope with respect to the etching direction. As a result, the etching does not easily proceed, so that the etching depth of the etching stopper film 110 is reduced.
[0040]
On the other hand, as shown in FIG. 22B, when the opening 112a is arranged so as to substantially coincide with the upper side of the side surface of the gate electrode 107, the side surface of the etching stopper film is etched. At this time, since the exposed area on the upper surface of the etching stopper film 110 is small, the surface to be etched of the etching stopper film has a steep slope. Accordingly, since the thickness of the polymer deposition film 115 on the upper surface of the etching stopper film 110 becomes smaller, the etching proceeds more easily, and the etching depth of the etching stopper film 110 becomes larger.
[0041]
As described above, when the wall surface of the opening 112a is disposed in contact with the substantially same surface as the side surface of the gate electrode 107, the etching stopper film 110 is etched deeply.
[0042]
As described above, in the conventional method of manufacturing a semiconductor device, in the photolithography step of forming a hole pattern, the etching stopper film 110 may be deeply etched depending on the amount of misalignment between patterns. In this case, there is a problem that the gate electrode 107 is exposed inside the contact hole 113 and short-circuits with the contact.
[0043]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and in a semiconductor device in which a contact hole is formed between a plurality of conductive films formed at intervals from each other, a side surface of the conductive film is not exposed from the contact hole. The purpose is to do.
[0044]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is to prevent the wall surface of the through hole from being in contact with the side surface of the first conductive film even when an overlay error occurs in the step of forming the through hole. The size of the opening of the through hole may be increased, or a protective film covering the wall surface of the through hole may be formed after forming the through hole.
[0045]
Specifically, the semiconductor device of the present invention includes a plurality of conductive films formed on a semiconductor substrate and extending in parallel at an interval from each other; an etching stopper film covering each side surface and an upper surface of the plurality of conductive films; An interlayer insulating film formed on a semiconductor substrate including an etching stopper film, wherein the interlayer insulating film has a maximum value of the amount of misalignment between adjacent conductive films in a plurality of conductive films. An opening dimension in a direction intersecting with a direction in which the plurality of conductive films extends in the through hole has a through hole patterned using an exposure apparatus being measured, and is larger than an interval between conductive films adjacent to each other. The difference between the dimension and the interval between the adjacent conductive films is larger than twice the maximum value of the overlay shift amount.
[0046]
According to the semiconductor device of the present invention, since the difference between the opening size of the through hole and the distance between the conductive films is larger than twice the maximum value of the amount of misalignment, misalignment occurs in the process of forming the through hole. Even in this case, since the wall surface above the through hole is disposed above the conductive film, the wall surface above the through hole is not formed so as to be substantially in contact with the side surface of the conductive film. Therefore, in the through hole forming step, the side surface portion of the etching stopper film is not sharply etched, so that the through hole is formed so as not to expose the side surface of the conductive film.
[0047]
In the semiconductor device of the present invention, the planar shape of the through-hole is preferably an elliptical shape or an elliptical shape having a major axis in a direction intersecting with a direction in which the plurality of conductive films extend.
[0048]
With this configuration, in the direction intersecting with the direction in which the conductive film extends, the opening size is ensured such that the wall surface above the through hole is arranged above the conductive film, but the opening size is maintained in the direction in which the conductive film extends. Therefore, through holes can be formed with high density in the direction in which the conductive film extends. Thereby, the density of the semiconductor element can be increased.
[0049]
In the semiconductor device of the present invention, the etching stopper film is preferably made of silicon nitride.
[0050]
This makes it possible to reduce the etching rate of the etching stopper film at the time of forming the through hole, so that a self-aligned contact using the etching stopper film as a mask is reliably formed.
[0051]
In the semiconductor device of the present invention, the interlayer insulating film is preferably made of silicon oxide.
[0052]
By doing so, the etching selectivity of the interlayer insulating film with respect to the etching stopper film can be improved when the through hole is formed, and a self-aligned contact is reliably formed.
[0053]
In the semiconductor device of the present invention, the plurality of conductive films are preferably made of at least one conductive material of polysilicon, tungsten, and an alloy containing tungsten.
[0054]
A first method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a plurality of conductive films extending in parallel at intervals on a semiconductor substrate, and an etching method for covering the respective side surfaces and upper surfaces of the plurality of conductive films. A step of forming a stopper film, a step of forming an interlayer insulating film over the entire surface including an etching stopper film on a semiconductor substrate, and a step of forming a resist film on the interlayer insulating film, and then setting a maximum value of the amount of misalignment. Patterning an opening in which both ends of the resist film overlap the upper sides of adjacent conductive films in the plurality of conductive films using an exposure apparatus in which the resist film is measured in advance; and a patterned resist film and an etching stopper. By performing etching on the interlayer insulating film using the film as a mask, a through hole is formed between adjacent conductive films. A degree, the overlapping part with the upper conductive film in the opening is greater than the displacement amount overlapped width in the direction orthogonal to the direction in which the plurality of conductive films extend is.
[0055]
According to the first method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the width of the portion of the opening of the resist film that overlaps with the upper side of the conductive film in the direction intersecting with the direction in which the plurality of conductive films extends is smaller than the amount of misalignment. Because of the large size, the edge of the opening of the resist film is arranged so as to overlap with the upper side of the first conductive film even if the misalignment occurs. Therefore, since the wall surface of the opening of the resist film is not disposed so as to be in contact with the same surface as the side surface of the conductive film, the side surface portion of the etching stopper film is not sharply etched, and A through hole can be formed so as not to be exposed.
[0056]
In the first method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable that the planar shape of the opening of the resist film is an elliptical shape or an elliptical shape having a major axis in a direction intersecting a direction in which the plurality of conductive films extend.
[0057]
With this configuration, in the direction intersecting with the direction in which the conductive film extends, the opening size is ensured so that the end of the opening overlaps the upper side of the conductive film, but the opening size is reduced in the direction in which the conductive film extends. Therefore, the through holes can be formed with high density in the direction in which the conductive film extends. Thereby, the density of the semiconductor element can be increased.
[0058]
A second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a plurality of conductive films extending in parallel at intervals from each other on a semiconductor substrate, and an etching method for covering the respective side surfaces and upper surfaces of the plurality of conductive films. A step of forming a stopper film, a step of forming an interlayer insulating film over the entire surface including the etching stopper film on the semiconductor substrate, and a step of forming a plurality of conductive films between adjacent conductive films on the interlayer insulating film. Forming a resist film having an opening in the opening, forming a through hole between adjacent conductive films by etching the interlayer insulating film using the resist film having the opening as a mask, Forming a protective film covering the wall surface of the hole.
[0059]
According to the second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the method includes the step of forming the protective film covering the wall surface of the through hole, when the side surface of the gate electrode is exposed inside the through hole during the formation of the through hole, Also, the exposed portion of the gate electrode can be protected by the protective film.
[0060]
In the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the step of forming the protective film, it is preferable that the protective film is formed on the interlayer insulating film over the entire surface including the wall surface and the bottom surface of the through hole.
[0061]
In the second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step of forming the etching stopper film, the etching stopper film is formed over the semiconductor substrate over the entire surface including the upper surfaces and the wall surfaces of the plurality of conductive films. Is preferred.
[0062]
In the second method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the step of forming the through hole and before the step of forming the protective film, a step of removing a bottom portion of the through hole in the etching stopper film; It is preferable that the method further includes a step of removing a bottom surface portion of the through hole in the protective film after the step of forming the film.
[0063]
With this configuration, the semiconductor substrate located on the bottom surface of the through hole is exposed, so that a contact connected to the semiconductor substrate can be reliably formed in the through hole.
[0064]
The method for manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention preferably further includes a step of sequentially removing the protective film and the etching stopper film located on the bottom surface of the through hole after the step of forming the protective film.
[0065]
With this configuration, when the semiconductor substrate located on the bottom surface of the through hole is exposed, damage to the semiconductor substrate due to etching can be reduced.
[0066]
In the second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the protective film is preferably made of silicon oxide.
[0067]
In the first method for manufacturing a semiconductor device or the second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the etching stopper film is preferably made of silicon nitride.
[0068]
With this configuration, in the step of forming a through hole in the interlayer insulating film, the etching is reliably stopped by the etching stopper film, so that a self-aligned contact can be reliably formed.
[0069]
In the first method for manufacturing a semiconductor device or the second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the interlayer insulating film is preferably made of silicon oxide.
[0070]
This makes it possible to improve the etching selectivity with respect to the etching stopper film in the step of forming a through hole in the interlayer insulating film, so that a self-aligned contact can be reliably formed.
[0071]
In the first method for manufacturing a semiconductor device or the second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the plurality of conductive films are preferably made of at least one conductive material of polysilicon, tungsten, and an alloy containing tungsten. .
[0072]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0073]
FIG. 1A shows a plan configuration of the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 1B shows a cross-sectional configuration taken along line Ib-Ib in FIG. 1A. In FIG. 1A, the illustration of the wiring layer and the contacts is omitted so that the contact holes are exposed.
[0074]
As shown in FIGS. 1A and 1B, for example, a polycrystalline silicon film having a thickness of about 80 nm is formed on a semiconductor substrate 11 made of silicon via a silicon oxide film 12 having a thickness of about 2 nm. A silicon film 13 and a tungsten film 14 having a thickness of about 60 nm are stacked so as to extend in parallel at intervals. Here, the polysilicon film 13 and the tungsten film 14 constitute a gate electrode 15 of the MIS transistor, and the silicon oxide film 12 becomes a gate insulating film. On the semiconductor substrate 11 on the side of the gate electrode 15, an impurity diffusion region 16 serving as a source electrode or a drain electrode of the MIS transistor is formed.
[0075]
A first silicon nitride film 17 having a thickness of about 200 nm is formed on the upper surface of the gate electrode 15 (that is, the upper surface of the tungsten film 14), and includes the first silicon nitride film 17. On the semiconductor substrate 11, a second silicon nitride film 18 having a thickness of about 30 nm is formed so as to cover the side surface of the gate electrode 15.
[0076]
Here, the first silicon nitride film 17 and the second silicon nitride film 18 serve as an etching stopper film 19 for protecting the gate electrode 15 when forming the contact hole.
[0077]
An interlayer insulating film 20 made of silicon oxide having a thickness of about 800 nm is formed on the etching stopper film 19, and a portion of the interlayer insulating film 20 located between the gate electrodes 15 has a diameter b. A contact hole 21 having a plane circular shape of about 500 nm is provided. A metal film 22 made of, for example, tungsten is formed in the interlayer insulating film 20 so as to fill the inside of the contact hole 21. The metal film 22 becomes a contact and a wiring layer electrically connected to the impurity diffusion region 16.
[0078]
Hereinafter, the planar arrangement of the gate electrode 15 and the contact hole 21 will be specifically described with reference to FIG.
[0079]
The gate electrodes 15 are arranged in parallel at intervals of about 500 nm. Here, the width dimension of the gate electrode 15 is about 180 nm, and the distance a between the adjacent gate electrodes 15 is about 320 nm. In the following description, the direction in which the gate electrode 15 extends is referred to as a gate parallel direction, and the direction orthogonal to the direction in which the gate electrode 15 extends is referred to as a gate orthogonal direction.
[0080]
The pattern of the contact holes 21 (hereinafter referred to as a hole pattern) is arranged such that the pitch in the gate vertical direction is about 500 nm and the pitch in the gate parallel direction is 800 nm. In the step of forming the hole pattern, the gate electrode is formed. In the case where the position of the hole pattern is not shifted with respect to the fifteenth pattern (hereinafter referred to as a gate pattern), that is, when the contact hole 21 is shifted from the designed position, the contact hole 21 Are arranged such that their centers in the direction orthogonal to the gates are located on a center line connecting the gate electrodes 15 adjacent to each other.
[0081]
Since the diameter b of the contact hole 21 is larger than the distance a between the gate electrodes 15, the end in the gate orthogonal direction becomes an overlap region 21 a where the planar arrangement overlaps with the adjacent gate electrodes 15 on both sides. The width c in the direction orthogonal to the gate in the overlap region 21a is about 90 nm.
[0082]
Here, in the step of superimposing the hole pattern on the gate pattern, a deviation may occur in the superposition between the patterns due to the accuracy of the exposure apparatus. In the first embodiment, in the hole pattern forming step, the hole pattern is formed using an exposure apparatus in which the maximum value of the overlay displacement amount is about 80 nm.
[0083]
In the semiconductor device according to the first embodiment, when the semiconductor device is formed without an overlay shift, the width c in the gate parallel direction in the overlap region 21a is larger than the maximum value of the overlay shift amount. Features. That is, the maximum value of the overlay displacement amount is d max Then, the diameter b of the contact hole on the upper surface of the interlayer insulating film 20 is b> a + 2d max It is formed so as to satisfy.
[0084]
As a result, the difference between the diameter b of the contact hole 21 and the distance a between the gate electrodes 107 is larger than twice the maximum value of the overlay shift amount, and the hole pattern is shifted from a predetermined position with respect to the gate pattern. Even when the contact hole 21 is formed, a width dimension larger than the maximum value of the amount of misalignment is secured as an overlap margin such that the wall surface of the contact hole 21 does not contact the same surface as the side surface of the gate electrode 15. be able to. Therefore, the end of the contact hole 21 in the direction perpendicular to the gate is not formed in contact with the same surface as the side surface of the gate electrode 15, and a short circuit between the gate electrode 15 and the contact can be prevented.
[0085]
Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment configured as described above will be described with reference to the drawings.
[0086]
2A to 2C and 3A to 3C show a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment.
[0087]
First, as shown in FIG. 2A, for example, after a silicon oxide film 12 is formed on a semiconductor substrate 11 by a thermal oxidation method, a polysilicon film having a thickness of about 80 nm is formed by a chemical vapor deposition (CVD) method. A silicon film 13, a tungsten film 14 having a thickness of about 60 nm, and a first silicon nitride film 17 having a thickness of about 200 nm are sequentially formed.
[0088]
Thereafter, a photosensitive resist material is applied on the first silicon nitride film 17 to form a resist film. Subsequently, the resist film is subjected to pattern exposure by a photolithography method using a photomask having a gate pattern, and then the exposed resist film is developed, so that the first resist covering the gate electrode formation region is formed. The pattern 23 is formed.
[0089]
Next, as shown in FIG. 2B, the first silicon nitride film 17, the tungsten film 14, the polysilicon film 13 and the silicon oxide film 12 are formed by a dry etching method using the first resist pattern 23 as a mask. Selectively remove sequentially. Thereby, the gate electrode 15 is patterned from the polysilicon film 13 and the tungsten film 14.
[0090]
Subsequently, after removing the first resist pattern 23, an impurity is implanted into the semiconductor substrate 11 between the gate electrodes 15 to form an impurity diffusion region 16 serving as a source region or a drain region.
[0091]
Next, as shown in FIG. 2C, a second silicon nitride film 18 having a thickness of about 30 nm and a thickness of about 800 nm are formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11 so as to cover the side surfaces of the gate electrode 15. Are sequentially formed, and the upper surface of the interlayer insulating film 20 is flattened by a chemical mechanical polishing (CMP) method.
[0092]
Here, the first silicon nitride film 17 and the second silicon nitride film 18 become an etching stopper film 19 in the contact hole forming step.
[0093]
Next, as shown in FIG. 3A, a photosensitive resist material is applied on the interlayer insulating film 20 to form a resist film. Subsequently, after performing a pattern exposure using an exposure apparatus in which the maximum value of the overlay shift amount is measured in advance by photolithography using a photomask having a hole pattern, By developing the exposed resist film, a second resist pattern 24 having an opening 24a in a contact hole forming region is formed.
[0094]
Here, the opening 24a of the second resist pattern 24 is formed such that the diameter b is about 500 nm and the center is located at the center of the gate electrodes 15 adjacent to each other. At this time, since the diameter b of the opening 24a is larger than the distance a between the gate electrodes 15, the end of the opening 24a in the gate vertical direction becomes an overlap region 21a overlapping the upper side of the gate electrode 15. Since the distance a between the gate electrodes 15 is about 320 nm, and the diameter b of the opening 24a is about 500 nm, when the opening 24a is formed at a predetermined position, the width dimension c of the overlap region 21a is 90 nm.
[0095]
Subsequently, for example, C is used as an etching gas. 4 F 6 Or C 5 F 8 The contact hole 21 penetrating through the interlayer insulating film 20 is formed by removing the interlayer insulating film 20 exposed in the opening 24a of the second resist pattern 24 by a dry etching method using.
[0096]
In the step of forming the contact hole 21, since the etching rate of the etching gas with respect to silicon oxide is relatively high, the interlayer insulating film 20 can be removed while protecting the gate electrode 15 with the etching stopper film 19. In this etching step, the upper portion of the etching stopper film 19 is etched. However, since the opening 24a is formed so as to overlap the upper side of the gate electrode 15, the portion of the etching stopper film 19 that contacts the side surface of the gate electrode 15 is sharp. Is not etched.
[0097]
Next, as shown in FIG. 3B, after removing the second resist pattern 24, for example, CHF is used as an etching gas. 3 Or CF 4 The semiconductor substrate 11 is exposed on the bottom surface of the contact hole 21 by etching and removing the second silicon nitride film 18 exposed on the bottom surface of the contact hole 21 by a dry etching method using a fluorocarbon gas composed of, for example.
[0098]
Next, as shown in FIG. 3C, a contact and wiring layer are formed by depositing a metal film 22 made of, for example, copper so as to fill the inside of the contact hole 21 by the CVD method. The semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. 1A and FIG. 1B is completed.
[0099]
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the first embodiment, the opening 24 a of the second resist pattern 24 is formed so as to overlap the upper side of the gate electrode 15, and the portion of the opening overlapping the upper side of the gate electrode 15 is formed. Since the width dimension in the direction perpendicular to the gate is larger than the maximum value of the amount of misalignment, even if misalignment occurs in the process of forming the second resist pattern 24, the second resist pattern 24 is positioned above the gate electrode 15. They are arranged to overlap.
[0100]
Therefore, the side surface of the gate electrode 15 in the etching stopper film 19 is not sharply etched unlike the conventional method of manufacturing a semiconductor device, and the side surface of the gate electrode 15 is not exposed.
[0101]
Hereinafter, a case where the position of the hole pattern is shifted will be described with reference to FIGS. FIG. 4A is a plan view in the case where misalignment occurs in the steps shown in FIGS. 2B and 2C, and FIGS. 4B and 4C respectively show FIGS. FIG. 4A is a cross-sectional configuration view of a step corresponding to FIG. 3A and FIG.
[0102]
As shown in the plan view of FIG. 4A, when the overlay shift occurs, the overlay shift amount can be measured as a distance d between the center of the adjacent gate electrodes 15 and the center of the contact hole 21. Here, the width dimension c of the overlap area 21a when no overlay shift occurs is the maximum value d of the overlay shift amount. max In the case where overlay misalignment occurs, the position of the wall surface of the opening 24a does not shift to almost the same plane as the side surface of the gate electrode 15, and the opening 24a is It is arranged so as to overlap with the upper side of the gate electrode 15.
[0103]
Therefore, as shown in the cross-sectional view of FIG. 4B, in the step of etching the interlayer insulating film 20 using the second resist pattern 24, the upper portion of the gate electrode 15 on both sides of the opening 24a overlapping with each other is etched. The stopper film 19 is etched on a gentle slope.
[0104]
Thereafter, as shown in the cross-sectional view of FIG. 4C, in the step of removing the second silicon nitride film exposed on the bottom surface of the contact hole 21, the gate side surface portion of the etching stopper film 19 is not sharply etched. Therefore, the side surface of the gate electrode is not exposed.
[0105]
Hereinafter, the characteristics of the semiconductor device in the case where the overlay deviation amount is changed in the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment described above will be described.
[0106]
FIG. 5 shows the amount of misalignment when the gate electrodes 15 are shifted from the center in the step of forming the second resist pattern 24 and the etching of the etching stopper film 19 on the surface along the side surface of the gate electrode 15. This shows the relationship with the depth.
[0107]
Here, the vertical axis represents the measured value of the etching depth of the etching stopper film 19 on the same plane as the side surface of the gate electrode 15, and the horizontal axis represents the amount of misalignment of the hole pattern with respect to the gate pattern. The distance between the center between the gate electrodes 15 and the center of the contact hole 21.
[0108]
As shown in FIG. 5, the etching depth of the etching stopper film 19 is substantially constant irrespective of the amount of misalignment. That is, it is shown that the etching stopper film 19 is not sharply etched at a specific displacement amount as in the conventional method of manufacturing a semiconductor device.
[0109]
FIG. 6 shows the relationship between the amount of superposition deviation when the gate electrodes 15 are formed offset from the center in the step of forming the second resist pattern 24 and the amount of current flowing between the gate electrodes 15 and the contacts. Is shown.
[0110]
As shown in FIG. 6, it can be confirmed that no short circuit has occurred regardless of the amount of displacement of the hole pattern.
[0111]
In the first embodiment, the opening 24a of the second resist pattern 24 and the opening 24a are not limited to a plane circular shape, and the distance between the opening dimension in the direction perpendicular to the gate and the interval between the gate electrodes 15 adjacent to each other. The planar shape may be an elliptical shape, an elliptical shape, or a polygonal shape, as long as the difference is formed so as to be larger than twice the overlay displacement amount.
[0112]
Of course, the shape of the contact hole 21 having the same shape as the opening 24a is not limited to a plane circular shape, and the opening dimension in the direction perpendicular to the gate on the upper surface side of the interlayer insulating film 20 is different from the interval between the adjacent gate electrodes 15. May be formed so as to be larger than twice the amount of misalignment, and the planar shape may be an elliptical shape, an elliptical shape, or a polygonal shape.
[0113]
In the first embodiment, the etching stopper film 19 is not limited to the structure using the silicon nitride film, but may be made of an insulating material having a lower etching rate than the material forming the interlayer insulating film 20. . This allows the gate electrode 15 to be protected by the etching stopper film 19 in the step of forming the contact hole 21 in the interlayer insulating film 20.
[0114]
In the first embodiment, the material forming the interlayer insulating film 20 is not limited to silicon oxide, but may be any insulating material having an etching rate higher than that of the etching stopper film 19.
[0115]
(Modification of First Embodiment)
Hereinafter, a modified example of the first embodiment will be described with reference to the drawings.
[0116]
7A and 7B show a plan configuration of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment, and FIG. 7B is a cross section taken along line VII-VII of FIG. The configuration is shown. 7A and 7B, the same members as those shown in FIGS. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0117]
As shown in FIGS. 7A and 7B, the semiconductor device of the present modification includes an oval contact hole 21 having a major axis in a direction perpendicular to the gate. Here, the contact hole 21 has a dimension b in the direction perpendicular to the gate. 1 Is about 500 nm, and the opening dimension b in the gate parallel direction is 2 Is about 200 nm. The pitch in the direction parallel to the gate is about 500 nm, and the pitch in the direction perpendicular to the gate is about 500 nm.
[0118]
The contact holes 21 are arranged such that the centers in the gate vertical direction coincide with the centers of the gate electrodes 15 adjacent to each other. Here, the distance between the gate electrodes 15 is about 320 nm, and the opening dimension of the contact hole 21 in the direction perpendicular to the gate is about 500 nm. Therefore, the overlap region 21 a overlapping the upper side of the gate electrode 15 in the contact hole 21 is The dimension in the orthogonal direction is about 90 nm.
[0119]
Also in the semiconductor device of this modification, the end of the contact hole 21 in the gate vertical direction is formed so as to overlap the upper side of the gate electrode 15. The size of the overlap region 21a overlapping the upper side of the gate electrode 15 is about 90 nm, and even if the overlay of the second resist pattern 24 is displaced in the process of forming the contact hole 21, the opening 24a is Is not formed in contact with the same surface as that of the side surface.
[0120]
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present modification will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (c) and FIGS. 3 (a) to 3 (c).
[0121]
First, a gate electrode 15 is formed on a semiconductor substrate 11 via a silicon oxide film 12 in the same manner as in the steps shown in FIGS. Impurities are implanted to form impurity diffusion regions 16. Further, an etching stopper film 19 and an interlayer insulating film 20 are formed so as to cover the side surface and the upper surface of the gate electrode 15.
[0122]
Next, a second resist pattern 24 having an opening 24a serving as a hole pattern is formed in the same manner as in the step shown in FIG. Here, the opening 24a has a dimension in the direction perpendicular to the gate of about 500 nm and an opening in the direction parallel to the gate of about 200 nm. Subsequently, by removing the interlayer insulating film 20 exposed between the openings 24a by dry etching, the contact holes 21 having the same planar shape as the openings 24a are formed.
[0123]
Here, also in the present modified example, as in the first embodiment, the opening 24a of the second resist pattern 24 has a difference between the opening dimension b in the gate orthogonal direction and the distance a between the adjacent gate electrodes 15. Is formed so as to be larger than twice the amount of misalignment, so that even if misalignment occurs, the wall surface of the opening 24a is formed in contact with the substantially same surface as the side surface of the gate electrode 15. There is no.
[0124]
Next, in the same manner as the steps shown in FIGS. 3B and 3C, the second silicon nitride film 18 exposed below the contact hole 21 is removed, and then the inside of the contact hole 21 is filled. The contact and the wiring layer are formed by forming the metal film 22 as described above.
[0125]
As described above, according to the semiconductor device of the modified example of the first embodiment, the hole pitch in the gate parallel direction is smaller than in the case where the contact hole 21 is formed in a circular shape. Can be formed.
[0126]
In the present modification, the shape of the contact hole 21 is not limited to an elliptical shape, and may be formed so that the width dimension in the gate parallel direction is smaller than the gate orthogonal direction. It may be shaped.
[0127]
(Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0128]
FIG. 8A shows a plan configuration of the semiconductor device according to the second embodiment, and FIG. 8B shows a cross-sectional configuration taken along line VIIIb-VIIIb of FIG. 8A. 8A and 8B, the same components as those shown in FIGS. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0129]
As shown in FIGS. 8A and 8B, the semiconductor device according to the second embodiment includes a polycrystalline silicon film 13 and a tungsten film 14 on a semiconductor substrate 11 with a silicon oxide film 12 interposed therebetween. A gate electrode 15 having a structure is formed. Further, an impurity diffusion region 16 serving as a source region or a drain region is formed in the semiconductor substrate 11 located between the gate electrodes 15.
[0130]
The gate electrodes 15 have a wiring pitch of about 500 nm and are arranged in parallel at intervals. Here, the width dimension of each gate electrode 15 is about 180 nm, and the distance a between adjacent gate electrodes 15 is about 320 nm.
[0131]
A first silicon nitride film 17 is formed above the gate electrode 15, and a second silicon nitride film 17 is formed on the semiconductor substrate 11 including the first silicon nitride film 17 so as to cover the side surface of the gate electrode 15. Of silicon nitride film 18 is formed.
[0132]
On the second silicon nitride film 18, an interlayer insulating film 20 made of silicon oxide having a thickness of about 800 nm is formed. A contact hole 21 having a diameter b of about 200 nm is provided in a portion of the interlayer insulating film 20 located between the gate electrodes 15.
[0133]
As a feature of the second embodiment, an NSG film 31 having a thickness of about 30 nm is formed inside the contact hole 21 so as to cover at least the wall surface thereof. Here, the NSG film is a silicon oxide film (None-doped Silicate Glass) not doped with an impurity, and particularly refers to a deposited film of silicon oxide to which boron and phosphorus are not added.
[0134]
By embedding a metal film made of copper in the contact hole 21, a contact and a wiring layer electrically connected to the impurity diffusion region 16 are formed.
[0135]
Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment configured as described above will be described with reference to the drawings.
[0136]
9A to 9C show a method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment, and show a cross-sectional configuration in a process order at a position corresponding to the line VIIIb-VIIIb in FIG. 8A. I have.
[0137]
First, as shown in FIG. 9A, a silicon oxide film 12, a polysilicon film 13, and a tungsten film 14 are formed on a semiconductor substrate 11 in the same manner as in the steps shown in FIGS. 2A and 2B. After sequentially laminating the first silicon nitride film 17 and the first silicon nitride film 17, the silicon oxide film 12 and the gate electrode 15 are formed by dry etching using the first resist pattern 23. Subsequently, after removing the first resist pattern 23, an impurity diffusion region 16 is formed in the semiconductor substrate 11 between the gate electrodes 15.
[0138]
Next, as shown in FIG. 9B, a second silicon nitride film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11 so as to cover the side surfaces of the gate electrode 15 in the same manner as the step shown in FIG. 18 and an interlayer insulating film 20 are sequentially formed. Subsequently, the upper surface of the interlayer insulating film 20 is planarized by the CMP method.
[0139]
Next, as shown in FIG. 9C, in the same manner as in the step shown in FIG. 3A, a photolithography method is used to form an opening 24 a having an opening 24 a in the contact hole formation region on the interlayer insulating film 20. The second resist pattern 24 is formed, and the interlayer insulating film 20 exposed in the opening 24a of the second resist pattern 24 is removed by a dry etching method, thereby forming a contact hole 21 penetrating the interlayer insulating film 20. .
[0140]
Here, the opening 24a of the second resist pattern 24 is formed so as to have a diameter of about 200 nm and a center located between the gate electrodes 15.
[0141]
Next, as shown in FIG. 10A, in the same manner as in the step shown in FIG. 3B, the second resist pattern 24 located below the opening 24a is formed by dry etching. The exposed portion of the silicon nitride film 18 is removed by etching to expose the semiconductor substrate 11 on the bottom of the contact hole 21.
[0142]
Next, as shown in FIG. 10B, an NSG film 31 is deposited on the entire surface of the interlayer insulating film including the wall surface and the bottom surface of the contact hole 21 by, for example, a CVD method.
[0143]
Next, as shown in FIG. 4 F 6 Or C 5 F 8 The entire surface of the NSG film 31 is etched back by an anisotropic dry etching method using an etching gas composed of As a result, portions of the NSG film located on the upper surface of the interlayer insulating film 20 and the bottom surface of the contact hole 21 are etched, and the semiconductor substrate 11 is exposed on the bottom surface of the contact hole 21.
[0144]
Thereafter, although not shown, a metal film is deposited to fill the inside of the contact hole 21 to form a contact and a wiring layer in the same manner as in the step shown in FIG. The semiconductor device of the second embodiment shown in FIG. 8A and FIG. 8B is completed.
[0145]
According to the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment, since the NSG film 31 is formed as a protective film covering the inside of the contact hole 21, the etching stopper film 19 located on the side surface of the gate electrode 15 when the contact hole is formed. Is exposed, the side surface of the gate electrode 15 is not exposed in the step of exposing the bottom surface of the contact hole 21.
[0146]
Hereinafter, a description will be given of a case where misalignment occurs in the step of forming a second resist pattern for patterning the contact hole 21.
[0147]
FIGS. 11A to 11C and FIGS. 12A to 12C show the opening 24a of the second resist pattern 24 in the step shown in FIG. 3 shows the state of the process order when the contact holes are formed in contact with the same surface.
[0148]
As shown in the plan view of FIG. 11A, in the step of forming the second resist pattern 24 on the interlayer insulating film 20, if the amount of misalignment is about 60 nm, The opening 24a is arranged so as to be in contact with the same surface.
[0149]
Next, as shown in FIG. 11B, a contact hole 21 is formed by etching using the second resist pattern 24. Here, since the wall surface of the opening 24a is arranged in contact with the same surface as the side surface of the gate electrode 15, when etching is performed on the interlayer insulating film 20, the side surface portion of the etching stopper film 19 becomes steeply sloped. And the etching depth increases.
[0150]
Next, as shown in FIG. 11C, in the step of removing the second silicon nitride film 18 exposed on the bottom surface of the contact hole 21, the side surface of the etching stopper film 19 is further etched. 15 sides are exposed.
[0151]
Next, as shown in FIG. 12A, an NSG film 31 is deposited on the interlayer insulating film 20 including the wall surface and the bottom surface of the contact hole 21. Thus, the exposed portion of the side surface of the gate electrode 15 is protected by the NSG film 31.
[0152]
Next, as shown in FIG. 12B, the semiconductor substrate 11 is exposed on the bottom of the contact hole 21 by performing dry etching on the NSG film 31.
[0153]
Next, as shown in FIG. 12C, by depositing a metal film 22 so as to fill the inside of the contact hole 21, a contact and a wiring layer are formed, and FIG. 8A and FIG. The semiconductor device according to the second embodiment shown in FIG.
[0154]
In the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment, since the NSG film 31 covering the wall surface of the contact hole 21 is formed, the NSG film 31 protects the gate electrode 15 even when the gate electrode 15 is exposed in the etching step for the interlayer insulating film 20. Therefore, the contact hole 21 can be formed without exposing the gate electrode 15.
[0155]
(Modification of Second Embodiment)
Hereinafter, a modification of the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0156]
FIGS. 13A to 13C and FIGS. 14A to 14C show a method of manufacturing a semiconductor device according to the present modification, and show a position corresponding to the line VIIIb-VIIIb in FIG. 3 shows a cross-sectional configuration in the order of steps.
[0157]
First, as shown in FIG. 13A, a silicon oxide film 12, a polysilicon film 13 and a tungsten film are formed on a semiconductor substrate 11 in the same manner as in the steps shown in FIGS. 9A to 9C. A gate electrode 15 made of the film 14, an etching stopper film 19 made of the first silicon nitride film 17 and the second silicon nitride film 18, and an interlayer insulating film 20 are formed.
[0158]
Subsequently, a second resist pattern 24 having an opening 24a in a contact hole forming region is formed on the interlayer insulating film 20 by a photolithography method, and the opening of the second resist pattern 24 is formed by a dry etching method. By removing the interlayer insulating film 20 exposed at 24a, a contact hole 21 penetrating through the interlayer insulating film 20 is formed.
[0159]
Next, as shown in FIG. 13B, an NSG film 31 is deposited on the entire surface of the interlayer insulating film including the wall surface and the bottom surface of the contact hole 21 by, for example, a CVD method.
[0160]
Next, as shown in FIG. 4 F 6 Or C 5 F 8 The entire surface of the NSG film 31 is etched back by an anisotropic dry etching method using an etching gas composed of As a result, the portion of the NSG film 31 located on the upper surface of the interlayer insulating film 20 and the portion located on the bottom surface of the contact hole 21 are etched, and the second silicon nitride film 18 is exposed on the bottom surface of the contact hole 21.
[0161]
Next, as shown in FIG. 14A, the exposed portion of the second silicon nitride film 18 located below the opening 24a of the second resist pattern 24 is removed by dry etching to form a contact. The semiconductor substrate 11 is exposed at the bottom of the hole 21.
[0162]
Next, as shown in FIG. 14B, a metal film 22 is deposited so as to fill the inside of the contact hole 21 to form a contact and a wiring layer. The semiconductor device according to the second embodiment shown in FIG.
[0163]
Hereinafter, a case where a misalignment occurs in the step of forming a second resist pattern for patterning the contact hole 21 will be described.
[0164]
FIGS. 15A to 15C show a case where the opening 24a of the second resist pattern 24 is formed in contact with the same surface as the side surface of the gate electrode 15 in the step shown in FIG. 9C. Are shown in the order of steps.
[0165]
As shown in FIG. 15A, etching is performed on the interlayer insulating film 20 using the second resist pattern 24 in a state where the opening 24a is disposed so as to be in contact with the same surface as the side surface of the gate electrode 15. Then, a contact hole 21 is formed. Thereby, the side surface portion of the etching stopper film 19 is etched into a steep slope, and the etching depth is increased.
[0166]
Next, as shown in FIG. 15B, an NSG film 31 is deposited on the interlayer insulating film 20 including the wall surface and the bottom surface of the contact hole 21. Thus, the sharply etched portion of the etching stopper film 19 is protected by the NSG film 31.
[0167]
Next, as shown in FIG. 15C, the bottom portion of the contact hole 21 in the NSG film 31 is removed by an anisotropic dry etching method. Subsequently, the bottom portion of the contact hole 21 in the second silicon nitride film 18 is removed by an anisotropic dry etching method. In the step of removing the second silicon nitride film 18, since the wall surface of the gate electrode 15 is covered with the NSG film 31, the gate electrode 15 is not exposed inside the contact hole.
[0168]
In the present modification, an NSG film 31 is formed before removing the second silicon nitride film exposed below the contact hole 21, and the second silicon nitride film 18 located on the bottom surface of the contact hole 21 and the NSG film 31 are formed. Since the film 31 and the film 31 can be removed by one etching, the etching damage to the impurity diffusion region 16 can be made smaller than in the second embodiment.
[0169]
In the first and second embodiments, the gate electrode 15 is described as a polymetal gate in which the polysilicon film 13 and the tungsten film 14 are stacked. However, the present invention is not limited to this. It may be a layer film, for example, and may be formed of a conductive film made of an alloy such as polysilicon, tungsten, or tungsten nitride. Of course, the gate electrode 15 may be formed as a polymetal gate made of a polysilicon film and a tungsten alloy.
[0170]
Further, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, the second embodiment, and the modified example thereof, the contact structure used for the MIS transistor has been described as an example. It can be applied to a method of manufacturing a semiconductor device in which a self-aligned contact is formed between a plurality of conductive films formed in the above. For example, the present invention can be similarly applied to a contact that passes between bit lines of a dynamic RAM device and is connected to an electrode of a charge storage capacitor.
[0171]
【The invention's effect】
According to the first method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, even when misalignment occurs during the formation of a hole pattern, a contact hole is not formed so as to be substantially in contact with the side surface of the conductive film. The conductive film is not exposed inside the contact hole.
[0172]
Further, according to the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, even when the contact hole is formed so as to be substantially in contact with the side surface of the conductive film due to misalignment at the time of forming the hole pattern, Since the protective film is formed on the wall surface of the contact hole, the conductive film is not exposed inside the contact hole.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line Ib-Ib of FIG.
FIGS. 2A to 2C show a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and are sectional views in the order of steps at positions corresponding to the Ib-Ib line in FIG. FIG.
3 (a) to 3 (c) show a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and are sectional views in the order of steps at positions corresponding to the Ib-Ib line in FIG. 1 (a). FIG.
FIG. 4A shows a case where a positional shift occurs in the superposition of a mask pattern for forming a contact hole in a second resist pattern forming step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention; (B) and (c) are cross-sectional views showing a state of a process sequence at a position corresponding to the line IVb-IVb in (a).
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of misalignment of a hole pattern with respect to a gate pattern and the etching depth of an etching stopper film in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of misalignment of a hole pattern with respect to a gate pattern and the amount of leakage current flowing between a gate electrode and a contact in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. .
FIG. 7A is a plan view illustrating a semiconductor device according to a modification of the first embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line VIIb-VIIb of FIG.
8A is a diagram illustrating a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line VIIIb-VIIIb of FIG.
FIGS. 9A to 9C show a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and show cross-sectional configurations in the order of steps at positions corresponding to lines VIIIb-VIIIb in FIG. FIG.
FIGS. 10A to 10C show a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and show a cross-sectional configuration in a process order at a position corresponding to the line VIIIb-VIIIb in FIG. FIG.
FIG. 11 shows a case in which a mask pattern for forming a contact hole is misaligned in the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and the wall surface of an opening serving as a contact formation region has 4A and 4B show a state of a process order when arranged in contact with the same side surface as a side surface of a gate electrode, wherein FIG. 4A is a plan view, and FIGS. 4B and 4C are lines XIb-XIb of FIG. It is a structure sectional view in a corresponding position.
FIGS. 12 (a) to 12 (c) show a case where misalignment occurs in a mask pattern for forming a contact hole in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention; FIG. 12 is a configuration sectional view in a process order at a position corresponding to a line XIb-XIb in FIG. 11A when a wall surface of an opening serving as a region is arranged in contact with the same surface as a side surface of a gate electrode.
FIGS. 13A to 13C show a method of manufacturing a semiconductor device according to a modification of the second embodiment of the present invention, and show a process at a position corresponding to the line VIIIb-VIIIb in FIG. FIG.
FIGS. 14A and 14B show a method for manufacturing a semiconductor device according to a modification of the second embodiment of the present invention, and show a process at a position corresponding to the line VIIIb-VIIIb in FIG. FIG.
FIGS. 15A to 15C illustrate a method of manufacturing a semiconductor device according to a modified example of the second embodiment of the present invention, in which a mask pattern for forming a contact hole is overlapped in a second resist pattern forming step; FIG. 11B shows a case where the side surface of the opening of the mask pattern is arranged in contact with the same surface as the side surface of the gate electrode due to an alignment error, and the configuration in the process order at a position corresponding to line XIb-XIb in FIG. It is sectional drawing.
FIGS. 16A and 16B are cross-sectional views in the order of steps showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device, and FIG. 16C is a plan view of the step shown in FIG.
17 (a) to 17 (c) are cross-sectional views in the order of steps showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
FIGS. 18A and 18B show a sequence of steps in a case where a mask pattern for forming a contact hole is misaligned in a conventional method of manufacturing a semiconductor device, wherein FIG. 18A is a plan view, FIG. (C) is a cross-sectional view of a configuration of a contact hole formation region.
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the amount of misalignment of a hole pattern with respect to a gate pattern and the amount of leakage current flowing between a gate electrode and a contact in a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the amount of misalignment of a hole pattern with respect to a gate pattern and the etching depth of an etching stopper film in a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
FIG. 21 shows a case in which a mask pattern for forming a contact hole is misaligned in a conventional method of manufacturing a semiconductor device, and a wall surface of an opening serving as a contact formation region is the same as a side surface of a gate electrode. FIGS. 4A and 4B show a state of a process order when they are arranged in contact with. FIG. 4A is a plan view, and FIGS.
FIG. 22 shows a state in which a polymer deposition film is formed on an etching stopper film during etching of an interlayer insulating film in a conventional method of manufacturing a semiconductor device, and FIG. FIG. 4B is a cross-sectional view illustrating a configuration in which a wall surface is disposed above a gate electrode; FIG. 4B illustrates a case where a wall surface of an opening serving as a contact formation region is disposed in contact with the same surface as a side surface of the gate electrode; FIG.
[Explanation of symbols]
11 Semiconductor substrate
12 Silicon oxide film
13 Polysilicon film
14 Tungsten film
15 First silicon nitride film
16 Gate electrode
17 Impurity diffusion region
18 Second silicon nitride film
19 Etching stopper film
20 interlayer insulating film
21 Contact hole
21a Overlap area
22 Metal film
23 First resist pattern
24 Second resist pattern
24a opening
31 NSG film

Claims (16)

半導体基板上に形成され且つ互いに間隔をおいて並行して延びる複数の導電膜と、
前記複数の導電膜におけるそれぞれの側面及び上面を覆うエッチングストッパ膜と、
前記エッチングストッパ膜の上を含む前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜とを備え、
前記層間絶縁膜は、前記複数の導電膜における互いに隣接する導電膜同士の間に、重ね合わせずれ量の最大値が予め測定されている露光装置を用いてパターニングされた貫通孔を有し、
前記貫通孔における前記複数の導電膜が延びる方向と交差する方向の開口寸法は前記互いに隣接する導電膜同士の間隔よりも大きく、且つ前記開口寸法と前記互いに隣接する導電膜同士の間隔との差は、前記重ね合わせずれ量の最大値の2倍よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
A plurality of conductive films formed on the semiconductor substrate and extending in parallel at intervals from each other;
An etching stopper film covering each side surface and top surface of the plurality of conductive films,
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate including on the etching stopper film,
The interlayer insulating film, between the conductive films adjacent to each other in the plurality of conductive films, has a through-hole patterned using an exposure apparatus in which the maximum value of the overlay shift amount is measured in advance,
An opening dimension of the through hole in a direction intersecting with a direction in which the plurality of conductive films extends is larger than an interval between the adjacent conductive films, and a difference between the opening dimension and the interval between the adjacent conductive films. Is larger than twice the maximum value of the overlay displacement amount.
前記貫通孔の平面形状は、前記複数の導電膜が延びる方向と交差する方向に長径を持つ長円形状又は楕円形状であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the planar shape of the through hole is an elliptical shape or an elliptical shape having a major axis in a direction intersecting with a direction in which the plurality of conductive films extends. 3. 前記エッチングストッパ膜は窒化シリコンからなることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the etching stopper film is made of silicon nitride. 前記層間絶縁膜は酸化シリコンからなることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the interlayer insulating film is made of silicon oxide. 前記複数の導電膜はポリシリコン、タングステン及びタングステンを含む合金のうちの少なくとも1つの導電性材料からなることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of conductive films are made of at least one conductive material of polysilicon, tungsten, and an alloy containing tungsten. 半導体基板上に互いに間隔を置いて並行して延びる複数の導電膜を形成する工程と、
前記複数の導電膜におけるそれぞれの側面及び上面を覆うエッチングストッパ膜を形成する工程と、
前記半導体基板上に前記エッチングストッパ膜の上を含む全面にわたって層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の上にレジスト膜を形成した後、重ね合わせずれ量の最大値が予め測定されている露光装置を用いて、前記レジスト膜に、その両端部が前記複数の導電膜における互いに隣接する導電膜の上側と重なり合う開口部をパターニングする工程と、
前記パターニングされたレジスト膜及び前記エッチングストッパ膜をマスクとして層間絶縁膜に対するエッチングを行うことにより、前記互いに隣接する導電膜同士の間に貫通孔を形成する工程とを備え、
前記開口部における前記導電膜の上側と重なり合う部分は、前記複数の導電膜が延びる方向と交差する方向の幅寸法が前記重ね合わせずれ量よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a plurality of conductive films extending in parallel at intervals on the semiconductor substrate;
Forming an etching stopper film covering each side and top surface of the plurality of conductive films;
Forming an interlayer insulating film over the entire surface including the etching stopper film on the semiconductor substrate;
After a resist film is formed on the interlayer insulating film, both ends of the resist film are adjacent to each other in the plurality of conductive films using an exposure apparatus in which the maximum value of the overlay shift amount is measured in advance. Patterning an opening overlapping with the upper side of the conductive film to be formed;
Forming a through hole between the adjacent conductive films by performing etching on the interlayer insulating film using the patterned resist film and the etching stopper film as a mask,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a portion of the opening that overlaps with the upper side of the conductive film has a width dimension in a direction intersecting with a direction in which the plurality of conductive films extends is larger than the overlay displacement amount.
前記レジスト膜の開口部の平面形状は、前記複数の導電膜が延びる方向と交差する方向に長径を持つ長円形状又は楕円形状であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the planar shape of the opening of the resist film is an elliptical shape or an elliptical shape having a major axis in a direction intersecting a direction in which the plurality of conductive films extends. Method. 半導体基板上に互いに間隔を置いて並行して延びる複数の導電膜を形成する工程と、
前記複数の導電膜におけるそれぞれの側面及び上面を覆うエッチングストッパ膜を形成する工程と、
前記半導体基板上に前記エッチングストッパ膜の上を含む全面にわたって層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の上に、前記複数の導電膜における互いに隣接する導電膜同士の間に開口部を有するレジスト膜を形成する工程と、
前記開口部を有するレジスト膜をマスクとして層間絶縁膜に対するエッチングを行うことにより、前記互いに隣接する導電膜同士の間に貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の壁面を覆う保護膜を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a plurality of conductive films extending in parallel at intervals on the semiconductor substrate;
Forming an etching stopper film covering each side and top surface of the plurality of conductive films;
Forming an interlayer insulating film over the entire surface including the etching stopper film on the semiconductor substrate;
Forming a resist film having an opening between adjacent conductive films in the plurality of conductive films on the interlayer insulating film;
Forming a through hole between the adjacent conductive films by etching the interlayer insulating film using the resist film having the opening as a mask;
Forming a protective film covering a wall surface of the through-hole.
前記保護膜を形成する工程において、前記保護膜は、前記層間絶縁膜の上に、前記貫通孔の壁面及び底面を含む全面にわたって形成することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。9. The semiconductor device according to claim 8, wherein in the step of forming the protective film, the protective film is formed on the entire surface of the interlayer insulating film, including a wall surface and a bottom surface of the through hole. Method. 前記エッチングストッパ膜を形成する工程において、前記エッチングストッパ膜は、前記半導体基板上に、前記複数の導電膜におけるそれぞれの上面及び壁面の上を含む全面にわたって形成することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。10. The method according to claim 9, wherein, in the step of forming the etching stopper film, the etching stopper film is formed on the semiconductor substrate over the entire surface including the upper surface and the wall surface of each of the plurality of conductive films. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above. 前記貫通孔を形成する工程の後で且つ前記保護膜を形成する工程よりも前に、前記エッチングストッパ膜における前記貫通孔の底面部分を除去する工程と、
前記保護膜を形成する工程よりも後に、前記保護膜における前記貫通孔の底面部分を除去する工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
After the step of forming the through hole and before the step of forming the protective film, a step of removing a bottom surface portion of the through hole in the etching stopper film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, further comprising, after the step of forming the protective film, removing a bottom portion of the through hole in the protective film.
前記保護膜を形成する工程よりも後に、前記貫通孔の底面に位置する前記保護膜及びエッチングストッパ膜を順次除去する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。11. The semiconductor device according to claim 10, further comprising, after the step of forming the protective film, a step of sequentially removing the protective film and the etching stopper film located on the bottom surface of the through hole. Production method. 前記保護膜は酸化シリコンからなることを特徴とする請求項10〜12のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。13. The method according to claim 10, wherein the protective film is made of silicon oxide. 前記エッチングストッパ膜は窒化シリコンからなることを特徴とする請求項6〜13のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。14. The method according to claim 6, wherein the etching stopper film is made of silicon nitride. 前記層間絶縁膜は酸化シリコンからなることを特徴とする請求項6〜14のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。The method according to any one of claims 6 to 14, wherein the interlayer insulating film is made of silicon oxide. 前記複数の導電膜はポリシリコン、タングステン及びタングステンを含む合金のうちの少なくとも1つの導電性材料からなることを特徴とする請求項6〜15のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。16. The semiconductor device according to claim 6, wherein the plurality of conductive films are made of at least one conductive material among polysilicon, tungsten, and an alloy containing tungsten. Method.
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