JP2006339616A - キャパシタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
スタックトレンチ型のDRAM用キャパシタの製造方法において、トレンチに発生するボーイングを除去するために、ボーイング部より上方のオーバーハング部分をCMP法により除去すると、トレンチ内にスラリーや研磨残渣が残存する。それらの除去のために溶液によるエッチングや洗浄を行なう間にトレンチの形状が変化し、所望のキャパシタが得られなくなる問題がある。
【解決手段】
ボーイングを有するトレンチを形成した後、キャパシタの下部電極材料でトレンチ内面を被覆した状態でCMP法により、ボーイング部より上方に位置するオーバーハング部分を除去し、下部電極を順テーパ形状に形成する。
【選択図】図6
Description
p型シリコン基板101にnウエル102が、さらにその内部に第一のpウエル103が設けられている。また、nウエル102以外の領域に第二のpウエル104および素子分離領域105が設けられている。第一のpウエルは複数のメモリセルが配置されるメモリアレイ領域を、第二のpウエルは周辺回路領域を各々示している。
第一のpウエルには個々のメモリセルの構成要素でワード線となるスイッチングトランジスタ106及び107が設けられている。トランジスタ106は、ドレイン108、ソース109とゲート絶縁膜110を介してゲート電極111で構成されている。ゲート電極111は、多結晶シリコン上にタングステンシリサイドを積層したポリサイド構造もしくはタングステンを積層したポリメタル構造からなっている。トランジスタ107は、ソース109を共通としドレイン112、ゲート絶縁膜110を介してゲート電極111で各々構成されている。トランジスタの上には層間絶縁膜113が設けられている。
トランジスタのドレイン108及び112に接続するように層間絶縁膜113及び第一の層間絶縁膜121の所定の領域にコンタクト孔が設けられ、シリコンプラグ122を構成している。
このような情況にあって、従来、スタックトレンチ型キャパシタでは、表面に凹凸(HSG:Hemispherical Silicon Grain)を有するシリコンを下部電極として用い、面積増大効果による容量確保を図ってきた。しかし、微細化が進んでトレンチの幅が狭くなるとHSGを形成する空間を確保するのが困難となってきた。
最初に(a)図に示したように、酸化シリコンからなる第一の層間絶縁膜201の所定の位置に多結晶シリコンからなるシリコンプラグ202を形成し、その後、第一の層間絶縁膜201上に窒化シリコン膜203、および厚さ2500nmの酸化シリコンからなる第二の層間絶縁膜204を形成し、次いで、厚さ500nmのハードマスク205を形成した後、ホトレジスト206を形成している。
上記特許文献1には、層間絶縁膜のコンタクトホールをボーイング形状となし、そのホールのうち径の小さい上部を化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)またはエッチングによって除去することにより、ホールの上側の開口を広くなるようにしたので、膜厚の厚い層間絶縁膜でも配線のカバレージを改善できるホールの形成方法が開示されている。
また、前記トレンチ内を保護する材料は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法もしくは回転塗布法で形成する酸化シリコンもしくは不純物含有酸化シリコンであり、溶液による湿式エッチング速度が前記第二の層間絶縁膜と同等以上であることを特徴とする。
さらに、前記トレンチの形成において、前記ボーイングが最大幅となる位置が、前記ハードマスクの側壁に位置するように、前記ハードマスクの膜厚を調整することを特徴とする。
酸化タンタルを形成した後のN2O雰囲気での熱処理により、窒化シリコンは酸化され酸窒化シリコンとなっている。この状態で、塩化チタン(TiCl4)とNH3を原料ガスとするCVD法により誘電体を覆うように窒化チタンからなる上部電極304を形成した。
また、誘電体の堆積にはCVD法を用いたが、これに限らず、原子層蒸着法を用いても良い。原子層蒸着法では成膜段階で良質な膜を形成できるので、酸化タンタルを成膜した後の酸化熱処理を省略、もしくは酸化熱処理温度を低減できる効果がある。
さらに原子層蒸着法により、酸化アルミニウムや酸化ハフニウムなどの材料を単層もしくは多層膜誘電体として用いることができる。これらの材料を誘電体とする場合には、上記金属に加えて窒化チタンを下部電極とできる利点がある。
また、上部電極はCVD法で形成する窒化チタン単層としたが、スパッタ法で形成するタングステンなどとの積層膜であっても良い。
まず、図4(a)に示したように、トレンチを含む全面に下部電極材料401を堆積した後、トレンチ内部をホトレジスト402で充填した。一旦、トレンチを完全に埋めるように、回転塗布法によりホトレジスト402を形成し、その後、ホトレジストの表面が、最大幅のボーイング部より下に位置するように露光、現像処理を施して、表面の位置を調整した。
次に、図4(c)に示すように、実施例1と同様の手順でスラリーを含む研磨残渣403およびホトレジスト402を除去し、誘電体404、上部電極405を形成してキャパシタを構成した。
本第2の実施例によれば、ホトレジスト402がトレンチ内を充填しているので研磨残渣403はホトレジスト表面に残存する。したがって、HF溶液によるエッチング、酸素プラズマアッシングなどにより、さらに効果的に除去することができる。
最初に、図5(a)に示したように、第二の層間絶縁膜501にボーイングを有するトレンチを形成し、下部電極502を形成した後、酸化シリコンからなる絶縁膜503を形成した。絶縁膜503は、CVD法で形成しているので、トレンチの開口部分が塞がれるまではトレンチ内壁に絶縁膜の堆積が進行する。しかし、開口部分が塞がれてしまうとトレンチ内には原料ガスが供給されないので絶縁膜の堆積は行なわれず、結果的に空隙504が生じる。絶縁膜503の堆積には、SiH4と酸素を原料ガスとし温度400℃で成膜するCVD条件や、SiH4とN2Oを原料ガスとし温度750℃で成膜するCVD条件などを用いることができる。また、CVD法に代えて、回転塗布法で形成するSOG(Spin On Glass)を用いても良い。
次に、図5(c)に示したように、HF溶液により絶縁膜503を除去した。上記楔状の空間に残存していたスラリーおよび研磨残渣は、絶縁膜503のエッチング除去と同時にリフトオフされ、除去される。トレンチ内の絶縁膜503をHF溶液により除去している間に、表面に露出している第二の層間絶縁膜501もエッチングされ、下部電極502からなる突起505が形成される。
本第3の実施例では、研磨残渣が残存するトレンチ内の絶縁膜自体をHF溶液でエッチングできるので、それと同時に研磨残渣を除去することができ、後続する酸素プラズマアッシングおよび有機溶液による洗浄を省略することができる。また、下部電極の突起が形成された分だけキャパシタの面積が増大し、容量増大の効果もある。
最初に、図6(a)に示したように、所定の領域にシリコンプラグ602が形成された第一の層間絶縁膜601上に窒化シリコン膜603を堆積し、さらにその上に厚さ2000nmの酸化シリコンからなる第二の層間絶縁膜604、厚さ200nmの窒化シリコン膜からなる第三の層間絶縁膜605、厚さ300nmの酸化シリコンからなる第四層間絶縁膜を積層堆積した。ボーイングの発生は、絶縁膜表面から300nm下に位置するので、それを考慮して第四層間絶縁膜の厚さを300nmとし、トレンチ全体の深さが2500nmとなるようにした。第三の層間絶縁膜には、窒化シリコンに代えて酸化タンタルなどを用いても良い。
次に、図6(c)に示したように、CMP法によりボーイング部より上方の絶縁膜609、下部電極608、第四層間絶縁膜606を除去した。
さらに、図6(d)に示したように、トレンチ内に残存する絶縁膜609とスラリーおよび研磨残渣をHF溶液により除去した。
その後、図6(e)に示したように、誘電体610、上部電極611を堆積してキャパシタを形成した。
102 nウエル
103 第一のpウエル
104 第二のpウエル
105 素子分離領域
106、107 トランジスタ
108、112 ドレイン
109 ソース
110 ゲート絶縁膜
111 ゲート電極
113、129 層間絶縁膜
114、130 コンタクト孔
115 多結晶シリコン
116 チタンシリサイド
117、132、134、136、138、140、142 窒化チタン
118、120、133、139 タングステン
119 窒化タングステン
121、201、601 第一の層間絶縁膜
122、202、602 シリコンプラグ
123、203、603 窒化シリコン膜
124、204、501、604 第二の層間絶縁膜
125、207、607 トレンチ
126、209、301、401、502、608 下部電極
127、211、303、404、506、610 誘電体
128、212、304、405、507、611 上部電極
131 スルーホール
135、141 アルミニウム
137 引出し配線
205 ハードマスク
206、210、402 ホトレジスト
208 ボーイング
213、504 空隙
302、403 研磨残渣
503、609 絶縁膜
505 突起
605 第三の層間絶縁膜
606 第四の層間絶縁膜
Claims (6)
- 半導体基板の一主面上に形成されるスタックトレンチ型構造のDRAM用キャパシタの製造方法において、
(1)前記半導体基板表面の不純物拡散層に接続するプラグが形成された第一の層間絶縁膜上に、第二の層間絶縁膜を堆積する工程、
(2)前記第二の層間絶縁膜の所定の領域に、ハードマスクを用いてボーイング形状を有するトレンチを形成し、前記プラグ表面を露出させる工程、
(3)前記トレンチの内面を含む全面にキャパシタの下部電極材料を形成する工程、
(4)前記トレンチの、前記ボーイング形状が最大幅となる位置より上方に位置する、前記下部電極材料、前記ハードマスクおよび前記第二の層間絶縁膜を化学的機械研磨法により除去する工程、
(5)前記キャパシタの誘電体を形成する工程、
(6)前記キャパシタの上部電極を形成する工程、
を少なくとも有することを特徴とするキャパシタの製造方法。 - 前記トレンチの、前記ボーイング形状が最大幅となる位置より上方に位置する、前記下部電極材料、前記ハードマスクおよび前記第二の層間絶縁膜を化学的機械研磨法により除去する工程は、前記化学的機械研磨を実施する前に、前記トレンチ内を保護する材料を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1記載のキャパシタの製造方法。
- 前記トレンチ内を保護する材料は、有機感光性膜であり、前記化学的機械研磨の終点位置よりも低い位置に前記有機感光性膜の表面が位置するように形成することを特徴とする請求項1および2記載のキャパシタの製造方法。
- 前記トレンチ内を保護する材料は、CVD法もしくは回転塗布法で形成する酸化シリコンもしくは不純物含有酸化シリコンであり、溶液による湿式エッチング速度が前記第二の層間絶縁膜と同等以上であることを特徴とする請求項1および2記載のキャパシタの製造方法。
- 前記第二の層間絶縁膜を堆積する工程は、前記ボーイング形状が最大幅となる位置に第三の層間絶縁膜を形成する工程を含み、前記第三の層間絶縁膜を化学的機械研磨の終点として用いることを特徴とする請求項1乃至4記載のキャパシタの製造方法。
- 前記トレンチの形成において、前記ボーイング形状が最大幅となる位置が、前記ハードマスクの側壁に位置するように、前記ハードマスクを形成することを特徴とする請求項1記載のキャパシタの製造方法。
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