JP2008078344A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板上に形成された配線層間を通してスルーホールを形成する際に、アライメントズレによって発生する配線層とスルーホールとの接触に起因する電気的なショートに対するマージンを拡大することができる半導体装置およびその製造方法に関するものである。 According to the present invention, when a through hole is formed through a wiring layer formed on a semiconductor substrate, a margin for an electrical short caused by contact between the wiring layer and the through hole caused by misalignment can be increased. The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
近年、半導体デバイスにおいては、高速化、低消費電力化の要望が大きくなってきている。そのため、半導体デバイスを構成する配線パターンの寸法、配線パターン間のスペース幅、及び半導体基板と上層配線層とを電気的に接続するコンタクト径といった素子サイズの微細化が加速度的に進んでいる。特に、0.09μm以細の半導体デバイスにおいては、配線層間のスペース幅が200nm以下と小さくなってきており、配線層間を通してコンタクトプラグを形成する際に、リソグラフィー工程で発生する回避不能なアライメントズレ(35nm程度)の発生により、コンタクトと隣接する配線層との電気的なショートマージンが益々厳しくなってきている。 In recent years, there has been a growing demand for higher speed and lower power consumption in semiconductor devices. For this reason, miniaturization of element sizes such as the dimensions of the wiring patterns constituting the semiconductor device, the space width between the wiring patterns, and the contact diameter for electrically connecting the semiconductor substrate and the upper wiring layer is accelerating. In particular, in a semiconductor device having a thickness of 0.09 μm or less, the space width between the wiring layers has become as small as 200 nm or less, and an unavoidable alignment misalignment that occurs in the lithography process when forming a contact plug through the wiring layer ( As a result, the electrical short margin between the contact and the adjacent wiring layer has become increasingly severe.
以下、従来の半導体装置の製造工程の一例を図8〜10を参照しながら説明する。まず、図8(a)に示すように、半導体基板1の上に例えば2nmのゲート酸化膜2を介して、例えば150nmのポリシリコン膜からなるゲート電極3を公知のフォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて形成する。この時、ゲート電極3の間のスペース幅3aは140nmになっている。次に、ソース・ドレイン拡散層の一部となる不純物濃度の低いN型拡散層4をゲート電極3をマスクとしてイオン注入法(例えばP+を5×1013個/cm2)により自己整合的に形成する。
Hereinafter, an example of a manufacturing process of a conventional semiconductor device will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 8A, a known photolithography technique and a dry etching technique are used to form a
次に、図8(b)に示すように、被加工基板の表面を覆うようにシリコン酸化膜(図示せず)をCVD法により例えば10nm堆積し、続けてシリコン窒化膜(図示せず)をCVD法により例えば30nm堆積する。次に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜の異方性エッチングを行って、ゲート電極3の側面だけを残すようにシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を除去し、30nmの幅を有するサイドウォールスペーサ5を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a silicon oxide film (not shown) is deposited by, for example, 10 nm by the CVD method so as to cover the surface of the substrate to be processed, and then a silicon nitride film (not shown) is formed. For example, 30 nm is deposited by the CVD method. Next, anisotropic etching is performed on the laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film to remove the silicon oxide film and the silicon nitride film so that only the side surface of the
次に、図8(c)に示すように、ゲート電極3及びサイドウォールスペーサ5をマスクとし、イオン注入法(例えばAs+を5×1015個/cm2)によって前記ソース・ドレイン拡散層の他の部分となる高濃度の拡散層6を自己整合的に形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, the
次に、図9(a)に示すように、公知のサリサイド技術を用いてゲート電極3の上部分とソース・ドレイン拡散層4の上部分に例えばSiとCoの化合物からなるシリサイド層7を形成する。その後、シリコン酸化膜(図示せず)をCVD法により例えば700nm堆積した後、公知のCMP法を用いて前記シリコン酸化膜を300nm研磨して、平坦化された400nmの厚さを有するシリコン酸化膜8を形成する。
Next, as shown in FIG. 9A, a
次に、図9(b)に示すように、シリコン酸化膜8上にリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて、ゲート電極3の間を通して半導体基板1に接続するためのスルーホール9を形成する。このスルーホール9のホール径9aは80nmとなっている。またこの時、スルーホール9を形成する際のリソグラフィー処理においては、35nm程度の回避不能なアライメントズレ9bが発生している。
Next, as shown in FIG. 9B, a through hole 9 for connecting to the
次に、図9(c)に示すように、Ti/TiN膜(図示せず)をCVD法により例えば10nm/30nm堆積し、続けてW膜(図示せず)をCVD法により例えば100nmを堆積する。次に、CMP法を用いて前記Ti/TiN膜とW膜の不要な部分を除去することによって、半導体基板と上層配線とを電気的に接続するためのプラグ10を形成する。
Next, as shown in FIG. 9C, a Ti / TiN film (not shown) is deposited by CVD, for example, 10 nm / 30 nm, and then a W film (not shown) is deposited by CVD, for example, 100 nm. To do. Next, the
ここで、図8〜9で示した半導体装置の製造工程では、スルーホール9を形成する際のアライメントズレ9bが原因で、ゲート電極3とプラグ10とが5nm程度接触してしまい(符号11)、電気的なショート不良が発生する課題が生じてしまう。
Here, in the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIGS. 8 to 9, the
しかし、特許文献1に、前記アライメントズレが原因で発生するゲート電極とプラグとの接触を防止する一つの方法が示されている。この特許文献1では、図10に示すように、半導体基板21上に形成されたゲート電極22上部、及びサイドウォール23側面にシリコン窒化膜24、25を形成することにより、シリコン酸化膜26にスルーホール27と配線28を形成する際、ゲート電極22と配線28の接触を防止できることが提案されている。
しかしながら、特許文献1のような上記従来の手法を用いてゲート電極間にスルーホールを形成する場合は以下の課題が生じる。ゲート電極上や、サイドウォール側面にシリコン窒化膜を形成する工程が余分に必要となるので、工程数が増加して半導体装置の製造コストが増加してしまう。また、半導体デバイスの微細化が進んで、ゲート電極間のスペース幅がより小さくなった場合、サイドウォール側面にシリコン窒化膜を形成する際に、ゲート電極間スペースがシリコン窒化膜で埋ってしまい、スルーホールが形成できなくなる課題が生じる。
However, when the through hole is formed between the gate electrodes using the above-described conventional technique such as
したがって、この発明の目的は、以上のような従来の欠点を解決するものであって、ゲート電極間にスルーホールを形成する工程において、半導体デバイス素子の微細化が進んだ場合においても、アライメントズレによるゲート電極とスルーホールの接触に起因する電気的なショートマージンを拡大することのできる半導体装置およびその製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the conventional drawbacks as described above, and in the process of forming a through hole between gate electrodes, even when the miniaturization of a semiconductor device element is advanced, the alignment displacement is reduced. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of expanding an electrical short margin caused by contact between a gate electrode and a through hole due to the above and a manufacturing method thereof.
以上の目的を達成するためにこの発明の請求項1記載の半導体装置は、半導体基板上に形成された複数の配線パターンと、配線パターンを覆うように堆積した絶縁膜と、絶縁膜中に配線パターンの間を通すように形成されたスルーホールと、スルーホール内に埋め込んだ導電膜からなるプラグとを備え、配線パターンの上部の幅の寸法が下部の幅の寸法に比べて小さくなっている。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to
請求項2記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に絶縁膜を堆積する工程と、絶縁膜上に導電膜を堆積する工程と、導電膜にドライエッチング処理を実施して複数の配線パターンを形成する工程とを含み、配線パターンを形成する工程は、配線パターンの上部の幅の寸法を下部の幅の寸法に比べて小さくする。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to
請求項3記載の半導体装置の製造方法は、請求項2記載の半導体装置の製造方法において、配線パターンを覆うように保護絶縁膜を堆積する工程と、保護絶縁膜中に配線パターンの間を通すようにスルーホールを形成する工程と、スルーホール内にプラグを形成する工程とを含む。
A method for manufacturing a semiconductor device according to
請求項4記載の半導体装置の製造方法は、請求項2または3記載の半導体装置の製造方法において、導電膜を堆積する工程は、絶縁膜上にポリシリコン膜を堆積する工程と、ポリシリコン膜にイオン注入法によりV族の不純物を注入してポリシリコン膜の上部にV族の不純物濃度が高い領域を形成する工程とを含み、配線パターンを形成する工程は、V族の不純物が注入されたポリシリコン膜にドライエッチング処理を実施して、配線パターンの上部に位置するV族の不純物濃度が高い部分の幅の寸法を、配線パターンの下部に位置するV族の不純物濃度の低い部分の幅の寸法に比べて小さくする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to
請求項5記載の半導体装置の製造方法は、請求項4記載の半導体装置の製造方法において、V族の不純物が注入されたポリシリコン膜のドライエッチング処理は、V族の不純物濃度の高いポリシリコン膜のエッチング速度がV族の不純物濃度の低いポリシリコン膜のエッチング速度より速くなる条件下でなされる。
The method of manufacturing a semiconductor device according to
請求項6記載の半導体装置の製造方法は、請求項4または5記載の半導体装置の製造方法において、V族の不純物が注入されたポリシリコン膜のドライエッチング処理に、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)のハロゲン元素を含むガスを用いる。
A method for manufacturing a semiconductor device according to
請求項7記載の半導体装置の製造方法は、請求項2または3記載の半導体装置の製造方法において、導電膜を堆積する工程は、絶縁膜上にポリシリコン膜を堆積する工程と、ポリシリコン膜上にV族の不純物を含有するドープトポリシリコン膜を堆積する工程とを含み、配線パターンを形成する工程は、ポリシリコン膜とドープトポリシリコン膜が順次堆積された積層膜にドライエッチング処理を実施して、配線パターンの上部に位置するドープトポリシリコン膜部分の幅の寸法を、配線パターンの下部に位置するポリシリコン膜部分の幅の寸法に比べて小さくする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to
請求項8記載の半導体装置の製造方法は、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、ポリシリコン膜とドープトポリシリコン膜が順次堆積された積層膜のドライエッチング処理は、V族の不純物濃度の高いポリシリコン膜のエッチング速度がV族の不純物濃度の低いポリシリコン膜のエッチング速度より速くなる条件下でなされる。
The method of manufacturing a semiconductor device according to
請求項9記載の半導体装置の製造方法は、請求項7または8記載の半導体装置の製造方法において、ポリシリコン膜とドープトポリシリコン膜が順次堆積された積層膜のドライエッチング処理に、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)のハロゲン元素を含むガスを用いる。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9 is the method for manufacturing a semiconductor device according to
請求項10記載の半導体装置の製造方法は、請求項2または3記載の半導体装置の製造方法において、配線パターンを形成する工程は、導電膜上に有機膜、SiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜を順次堆積する工程と、有機無機ハイブリッド膜上にリソグラフィー法によりレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクにして有機膜と有機無機ハイブリッド膜の積層膜をドライエッチング処理して、有機膜と有機無機ハイブリッド膜の積層膜パターンを形成する工程とを含み、積層パターンをマスクにして導電膜にドライエッチング処理を実施して、配線パターンの上部の幅の寸法を下部の幅の寸法に比べて小さくする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to
請求項11記載の半導体装置の製造方法は、請求項10記載の半導体装置の製造方法において、有機膜のドライエッチング処理に、酸素(O)、窒素(N)または水素(H)の元素を含むガスを用い、有機無機ハイブリッド膜のドライエッチング処理に、フルオロカーボンガスを用いる。
The method for manufacturing a semiconductor device according to
請求項12記載の半導体装置の製造方法は、請求項10記載の半導体装置の製造方法において、導電膜のドライエッチング処理は、ドライエッチング処理の途中に、マスク材として機能する有機無機ハイブリッド膜がエッチングされて無くなるように条件設定されている。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12 is the method for manufacturing a semiconductor device according to
請求項13記載の半導体装置の製造方法は、請求項10または12載の半導体装置の製造方法において、導電膜のドライエッチング処理に、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)のハロゲン元素を含むガスを用いる。 A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10 or 12, wherein the conductive film is subjected to a dry etching process of fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br) or iodine. A gas containing a halogen element (I) is used.
本発明の請求項1記載の半導体装置によれば、配線パターンの上部の幅の寸法が下部の幅の寸法に比べて小さくなっているので、配線パターンの上部間のスペース幅が配線パターンの下部間スペース幅より大きくなる。このため、配線間を通してスルーホールを形成する際、アライメントズレが35nm程度発生しても配線上部間のスペース幅が広くなっているので、配線とスルーホールとの接触を回避することができる。つまり、プラグと隣接する配線層との電気的なショートマージンを拡大することができる。更に、半導体デバイス素子の微細化が進むと、配線間のスペース幅が益々小さくなり、配線間への絶縁膜の埋め込み特性が厳しくなるが、配線上部間のスペース幅が配線下部間のスペース幅に比べて大きくなっているので、絶縁膜の埋め込み特性に対しても有利な構造となる。 According to the semiconductor device of the first aspect of the present invention, since the width of the upper part of the wiring pattern is smaller than the width of the lower part, the space width between the upper parts of the wiring pattern is lower than the lower part of the wiring pattern. It becomes larger than the space width. For this reason, when the through hole is formed between the wirings, the space width between the upper parts of the wirings is wide even if an alignment misalignment occurs of about 35 nm, so that contact between the wirings and the through holes can be avoided. That is, the electrical short margin between the plug and the adjacent wiring layer can be increased. Furthermore, as semiconductor device elements become finer, the space width between wirings becomes smaller and the embedding property of the insulating film between the wirings becomes more severe, but the space width between the upper parts of the wiring becomes the space width between the lower parts of the wiring. Since it is larger than the above, it becomes an advantageous structure for the embedding property of the insulating film.
本発明の請求項2記載の半導体装置の製造方法によれば、配線パターンの上部の幅の寸法が下部の幅の寸法に比べて小さくなっているので、配線パターンの上部間のスペース幅が配線パターンの下部間スペース幅より大きくなる。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the upper width of the wiring pattern is smaller than the lower width, so that the space width between the upper portions of the wiring pattern is reduced. It becomes larger than the space width between the lower parts of the pattern.
また、本発明において、請求項3記載の半導体装置の製造方法によれば、請求項1記載の半導体装置と同様の効果が得られる。
In the present invention, the method for manufacturing a semiconductor device according to
また、本発明において、請求項4記載の半導体装置の製造方法によれば、導電膜を堆積する工程において、絶縁膜上にポリシリコン膜を堆積し、ポリシリコン膜にV族の不純物を注入して、ポリシリコン膜の上部分にV族の不純物濃度が高い領域を形成できる。そして、ポリシリコン膜にドライエッチング処理して配線パターンを形成する際、ポリシリコン膜上部に位置するV族の不純物濃度の高い部分の寸法を選択的に小さくすることができる。これにより、配線パターンの上部間のスペース幅を配線パターンの下部間のスペース幅に比べて大きくすることができる。
According to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to
また、本発明において、請求項5記載の半導体装置の製造方法によれば、V族の不純物濃度の高いポリシリコン膜のエッチング速度がV族の不純物濃度の低いポリシリコン膜のエッチング速度に比べて早くなる条件下でドライエッチング処理がなされる。このため、V族の不純物が注入されたポリシリコン膜をドライエッチング処理して配線パターンを形成する際には、V族の不純物濃度が高いポリシリコン膜の上部分に対しては横方向へのエッチングが進行し易くなるので、ポリシリコン膜の上部分の寸法を選択的に小さくすることができる。
According to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to
また、本発明において、請求項6記載の半導体装置の製造方法によれば、V族の不純物が注入されたポリシリコン膜のドライエッチング処理に、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)のハロゲン元素を含むガスを用いることが好ましい。上記ハロゲン元素は一般的に電子親和力が大きいので、電子を過剰に含有する材料に対しては反応性が大きくなり、エッチング速度が速くなる傾向にある。従って、V族の不純物濃度が高いポリシリコン膜のエッチング速度が、V族の不純物濃度が低いポリシリコン膜のエッチング速度よりも速くなる。
In the present invention, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to
また、本発明において、請求項7記載の半導体装置の製造方法によれば、導電膜を堆積する工程において、絶縁膜上にポリシリコン膜を堆積して、ポリシリコン膜上にV族の不純物を含有するドープトポリシリコン膜を堆積するので、ポリシリコン膜とV族の不純物を含有するドープトポリシリコン膜の積層膜にドライエッチング処理して配線パターンを形成する際、ドープトポリシリコン膜が位置する配線上部分の寸法を選択的に小さくすることができる。これにより、配線パターンの上部間のスペース幅を配線パターンの下部間のスペース幅に比べて大きくすることができる。
According to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to
また、本発明において、請求項8記載の半導体装置の製造方法によれば、V族の不純物濃度の高いポリシリコン膜のエッチング速度がV族の不純物濃度の低いポリシリコン膜のエッチング速度に比べて早くなる条件下でドライエッチング処理がなされる。このため、ポリシリコン膜とドープトポリシリコン膜の積層膜をドライエッチング処理して配線パターンを形成する際には、配線の上部分に位置するドープトポリシリコン膜に対しては横方向へのエッチングが進行し易くなるので、配線パターンの上部分の寸法を選択的に小さくすることができる。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the etching rate of the polysilicon film having a high V group impurity concentration is higher than the etching rate of the polysilicon film having a low V group impurity concentration. The dry etching process is performed under the faster conditions. For this reason, when a wiring pattern is formed by dry etching the laminated film of the polysilicon film and the doped polysilicon film, the lateral direction is not applied to the doped polysilicon film located on the upper part of the wiring. Since the etching easily proceeds, the dimension of the upper part of the wiring pattern can be selectively reduced.
また、本発明において、請求項9記載の半導体装置の製造方法によれば、請求項6記載の半導体装置の製造方法と同様に、ポリシリコン膜とV族の不純物を含有するドープトポリシリコン膜のドライエッチング処理に、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)のハロゲン元素を含むガスを用いることが好ましい。
Further, in the present invention, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, as in the method for manufacturing a semiconductor device according to
また、本発明において、請求項10記載の半導体装置の製造方法によれば、導電膜をドライエッチング処理して配線パターンを形成する際のマスク材料として、有機膜とSiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜の積層膜パターンを用いる。この場合、導電膜をドライエッチング処理する初期においては、有機無機ハイブリッド膜がエッチングマスク材として機能する。導電膜のドライエッチング処理では、一般的に、マスク材から発生する有機物などの生成物を、エッチャントのパターン側壁へのサイドエッチに対する保護膜として利用している。しかし、有機無機ハイブリッド膜がエッチングマスクである場合は、有機元素の含有量が少ないために、パターン側壁を保護する役割を持つマスク材からの生成物の発生量が少ない。このため、有機無機ハイブリッド膜がマスク材として機能している間は、導電膜に対するサイドエッチが進行し易くなってパターン寸法が小さくなる。そして、導電膜のドライエッチング途中に有機無機ハイブリッド膜がエッチングされて無くなると、次に下層の有機膜がエッチングマスク材として機能する。この場合は、通常のドライエッチングと同様に、マスク材からの生成物の発生量が多くなるので、導電膜に対するサイドエッチが抑制されるようになる。このため、マスク材が有機膜に切り替わった以降の導電膜のパターン寸法は大きくなる。このように、マスク材に有機膜と有機無機ハイブリッド膜の積層膜を用いることで、導電膜をドライエッチング処理して配線パターンを形成する際に、配線上部分の寸法を選択的に小さくすることができる。これにより、配線パターンの上部間のスペース幅を配線パターンの下部間のスペース幅に比べて大きくすることができる。
Further, in the present invention, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to
また、本発明において、請求項11記載の半導体装置の製造方法によれば、有機膜のドライエッチング処理には、酸素(O)、窒素(N)または水素(H)の元素を含むガスを用い、SiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜のドライエッチング処理には、フルオロカーボンガスを用いることが好ましい。ここで、有機無機ハイブリッド膜のドライエッチング処理では、上層のレジストパターンがマスク材として機能する。そして、有機膜のドライエッチング処理では、有機無機ハイブリッド膜がマスク材として機能する。この際のエッチングガスは酸素、窒素、水素の元素を含むガスであるため、マスク材の有機無機ハイブリッド膜は殆どエッチングされない。 According to the semiconductor device manufacturing method of the invention, in the present invention, a gas containing an element of oxygen (O), nitrogen (N) or hydrogen (H) is used for the dry etching process of the organic film. It is preferable to use a fluorocarbon gas for the dry etching treatment of the organic-inorganic hybrid film represented by SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0). Here, in the dry etching process of the organic-inorganic hybrid film, the upper resist pattern functions as a mask material. In the organic film dry etching process, the organic-inorganic hybrid film functions as a mask material. Since the etching gas at this time is a gas containing oxygen, nitrogen and hydrogen elements, the organic-inorganic hybrid film of the mask material is hardly etched.
また、本発明において、請求項12記載の半導体装置の製造方法によれば、この発明の請求項10記載の半導体装置の製造方法の効果で説明した通り、ドライエッチング処理の途中に、マスク材として機能する前記SiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜がエッチングされて無くなるように条件設定されることが好ましい。 According to the semiconductor device manufacturing method of the twelfth aspect of the present invention, as described in the effect of the semiconductor device manufacturing method of the tenth aspect of the present invention, as a mask material during the dry etching process, It is preferable that conditions be set so that the organic / inorganic hybrid film represented by the functioning SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) is etched away. .
また、本発明において、請求項13記載の半導体装置の製造方法によれば、導電膜のドライエッチング処理には、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)のハロゲン元素を含むガスを用いることが好ましい。 According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the thirteenth aspect of the present invention, the dry etching treatment of the conductive film includes fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), or iodine (I) halogen. It is preferable to use a gas containing an element.
この発明の第1の実施形態を図1〜3に基づいて説明する。図1〜2は本発明の第1の実施形態における半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 2 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
本発明の第1の実施形態による製造方法の要点は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上にポリシリコン膜を堆積する工程の後、ポリシリコン膜の上部分にV族の不純物を注入して、ポリシリコン膜をドライエッチング処理して配線パターンを形成する際に、V族の不純物濃度が高くなっているポリシリコン膜の上部分の幅寸法を選択的に小さくすることである。そして、配線パターンの上部間のスペース幅を配線パターンの下部間のスペース幅より大きくするものである。 The main points of the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention are that after the step of forming an insulating film on a semiconductor substrate and the step of depositing a polysilicon film on the insulating film, a group V is formed on the upper portion of the polysilicon film. When the polysilicon film is dry-etched to form a wiring pattern, the width dimension of the upper portion of the polysilicon film in which the V group impurity concentration is high is selectively reduced. It is. The space width between the upper parts of the wiring pattern is made larger than the space width between the lower parts of the wiring pattern.
まず、図1(a)に示すように、半導体基板100の上に例えば2nmのゲート酸化膜101を介して、CVD法により例えば150nmのポリシリコン膜102を堆積する。次に、イオン注入法を用いてP(図示せず)を例えば15keVの加速エネルギーで8E15/cm2注入して、P濃度が高いポリシリコン膜103を形成する。このP濃度が高いポリシリコン膜103の膜厚は50nm程度になっている。次に、公知のフォトリソグラフィー法を用いて、P濃度が高いポリシリコン膜103とポリシリコン膜102をドライエッチング処理する際のマスクとなるレジストパターン104を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a
次に、図1(b)に示すように、レジストパターン104をマスクにして、P濃度が高いポリシリコン膜103とポリシリコン膜102にドライエッチング処理を行なって配線パターンとしてゲート電極105を形成する。この時、ゲート電極105の下部間のスペース幅105aは140nmになっている。また、ゲート電極105上部の寸法はゲート電極105下部の寸法に比べて20nm小さくなっており、ゲート電極105の上部間のスペース幅105bは160nmになっている。次に、ソース・ドレイン拡散層の一部となる不純物濃度の低いN型拡散層106をゲート電極105をマスクとしてイオン注入法(例えばP+を5×1013個/cm2)により自己整合的に形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, using the resist
次に、図1(c)に示すように、被加工基板の表面を覆うようにシリコン酸化膜(図示せず)をCVD法により例えば10nm堆積し、続けてシリコン窒化膜(図示せず)をCVD法により例えば30nm堆積する。次に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜の異方性エッチングを行って、ゲート電極105の側面だけを残すようにシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を除去し、30nmの幅を有するサイドウォールスペーサ107を形成する。このサイドウォールスペーサ107は、後のスルーホール111を形成する際に、ゲート電極105の側面とスルーホール111の接触を防止する保護膜としても機能する。
Next, as shown in FIG. 1C, a silicon oxide film (not shown) is deposited by, for example, 10 nm by the CVD method so as to cover the surface of the substrate to be processed, and then a silicon nitride film (not shown) is formed. For example, 30 nm is deposited by the CVD method. Next, anisotropic etching is performed on the laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film to remove the silicon oxide film and the silicon nitride film so that only the side surface of the
次に、図1(d)に示すように、ゲート電極105及びサイドウォールスペーサ107をマスクとし、イオン注入法(例えばAs+を5×1015個/cm2)によって前記ソース・ドレイン拡散層の他の部分となる高濃度の拡散層108を自己整合的に形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, the
次に、図2(a)に示すように、公知のサリサイド技術を用いてゲート電極105の上部分とソース・ドレイン拡散層106の上部分に例えばSiとCoの化合物からなるシリサイド層109を形成する。その後、シリコン酸化膜(図示せず)をCVD法により例えば700nm堆積した後、公知のCMP法を用いて前記シリコン酸化膜を300nm研磨して、平坦化された400nmの厚さを有するシリコン酸化膜110を形成する。
Next, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2(b)に示すように、シリコン酸化膜110上にリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて、ゲート電極105の間を通して半導体基板100に接続するためのスルーホール111を形成する。このスルーホール111のホール径111aは80nmになっている。またこの時、スルーホール111を形成する際のリソグラフィー処理においては、35nmの回避不能なアライメントズレ111bが発生している。
Next, as shown in FIG. 2B, a through
次に、図2(c)に示すように、Ti/TiN膜(図示せず)をCVD法により例えば10nm/30nm堆積し、続けてW膜(図示せず)をCVD法により例えば100nmを堆積する。次に、CMP法を用いて前記Ti/TiN膜とW膜の不要な部分を除去することによって、半導体基板と上層配線とを電気的に接続するためのプラグ112を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, a Ti / TiN film (not shown) is deposited by CVD, for example, 10 nm / 30 nm, and then a W film (not shown) is deposited by CVD, for example, 100 nm. To do. Next, unnecessary portions of the Ti / TiN film and the W film are removed by CMP to form a
この実施形態では、スルーホール111を形成する際のリソグラフィー処理において、35nmの回避不能なアライメントズレ111bが発生しているが、ゲート電極105の上部分の寸法がゲート電極105の下部分の寸法より20nm小さくなっているので、ゲート電極105とプラグ112との接触は発生していない。すなわち、ゲート電極105の上部分と下部分の寸法が等しい場合に比べて、ゲート電極105とプラグ112との接触、つまり電気的なショートマージンを5nm拡大することができた。
In this embodiment, an
ここで、P濃度が高いポリシリコン膜103とポリシリコン膜102をドライエッチングする条件の一例を示す。ドライエッチングでは、プラズマ生成とイオンエネルギー制御を独立に制御できる高周波電源を2つ以上備えた誘導結合型のプラズマエッチング装置を使用した。ドライエッチング条件としては、P濃度が高いポリシリコン膜103とポリシリコン膜102の途中までをエッチングする第1ステップ、残りのポリシリコン膜102をエッチングする第2ステップとポリシリコン膜102の残渣を除去する第3ステップの3ステップ構成からなっている。
<第1ステップ>
処理圧力・・・1.0(Pa)
上部印加電力(プラズマ生成用)・・・600(W)
下部印加電力(イオンエネルギー制御用)・・・60(W)
ガス・・・Cl2/O2=100/20(ml/min)
ウェハー温度・・・20℃
<第2ステップ>
処理圧力・・・1.0(Pa)
上部印加電力(プラズマ生成用)・・・600(W)
下部印加電力(イオンエネルギー制御用)・・・20(W)
ガス・・・HBr/O2=100/4(ml/min)
ウェハー温度・・・20℃
<第3ステップ>
処理圧力・・・5.0(Pa)
上部印加電力(プラズマ生成用)・・・600(W)
下部印加電力(イオンエネルギー制御用)・・・40(W)
ガス・・・HBr/O2/He=100/4/100(ml/min)
ウェハー温度・・・20℃
ここで、ハロゲン元素は一般的に電子親和力が大きいので、電子を過剰に含有する材料に対しては反応性が大きくなり、エッチング速度が速くなる傾向にある。図3にステップ1の条件に対して、Pを15keVの加速エネルギーで8E15/cm2注入したポリシリコン膜と不純物を注入していないポリシリコン膜のエッチング速度を比較した結果を示す。図3の横軸は膜種を、縦軸は不純物を注入していないポリシリコン膜のエッチング速度に対する比をそれぞれ示している。図3より、Pを注入したポリシリコン膜のエッチング速度がポリシリコン膜のエッチング速度に比べて2割程度速くなっていることが分かる。従って、今回の実施形態では、ステップ1の条件でエッチングする際、ポリシリコン膜102に比べて、P濃度が高くなっているポリシリコン膜103に対する横方向へのエッチングが大きい。このため、ゲート電極105の上部分の寸法がゲート電極105の下部分の寸法より20nm小さくなった。
Here, an example of conditions for dry-etching the
<First step>
Processing pressure: 1.0 (Pa)
Upper applied power (for plasma generation) ... 600 (W)
Lower applied power (for ion energy control) ... 60 (W)
Gas: Cl 2 / O 2 = 100/20 (ml / min)
Wafer temperature: 20 ° C
<Second step>
Processing pressure: 1.0 (Pa)
Upper applied power (for plasma generation) ... 600 (W)
Lower applied power (for ion energy control) ... 20 (W)
Gas: HBr / O 2 = 100/4 (ml / min)
Wafer temperature: 20 ° C
<Third step>
Processing pressure: 5.0 (Pa)
Upper applied power (for plasma generation) ... 600 (W)
Lower applied power (for ion energy control) ... 40 (W)
Gas: HBr / O 2 / He = 100/4/100 (ml / min)
Wafer temperature: 20 ° C
Here, since the halogen element generally has a high electron affinity, the reactivity with a material containing excessive electrons tends to increase and the etching rate tends to increase. FIG. 3 shows the results of comparing the etching rates of the polysilicon film in which P is implanted at 8E15 / cm 2 with the acceleration energy of 15 keV and the polysilicon film into which no impurity is implanted with respect to the conditions in
以上説明したように、本実施形態による製造方法では、ポリシリコン膜の上部分にPを注入して、ポリシリコン膜をドライエッチング処理してゲート電極を形成する際に、P濃度が高くなっているポリシリコン膜の上部分の寸法を選択的に小さくすることができる。そして、ゲート電極の上部間のスペース幅をゲート電極の下部間のスペース幅より大きくすることができるので、ゲート電極間を通してスルーホールを形成する際に、ゲート電極とスルーホールとの接触に対するマージンを拡大することができる。 As described above, in the manufacturing method according to the present embodiment, when the gate electrode is formed by implanting P into the upper portion of the polysilicon film and dry-etching the polysilicon film, the P concentration increases. The size of the upper portion of the polysilicon film can be selectively reduced. Since the space width between the upper portions of the gate electrodes can be made larger than the space width between the lower portions of the gate electrodes, a margin for contact between the gate electrodes and the through holes can be increased when forming the through holes between the gate electrodes. Can be enlarged.
また、P濃度が高いポリシリコン膜103を形成する工程においては、Pを注入する際の注入エネルギーによりP濃度が高いポリシリコン膜103の膜厚を変化させることができ、P注入量によりP濃度を変化させることができる。つまり、Pを注入する際の注入エネルギーと濃度を制御することによって、ポリシリコン膜の上部分における寸法細り量を横、縦方向それぞれに制御することができる。
Further, in the step of forming the
なお、V族の不純物が注入されたポリシリコン膜のドライエッチング処理には、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)などのハロゲン元素を含むガスを用いることができる。 Note that a gas containing a halogen element such as fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), or iodine (I) is used for the dry etching process of the polysilicon film into which the Group V impurity is implanted. it can.
この発明の第2の実施形態を図4および図5に基づいて説明する。図4〜5は本発明の第2の実施形態における半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 5 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
本発明の第2の実施形態による製造方法の要点は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上にポリシリコン膜を堆積する工程と、ポリシリコン膜上にV族の不純物を含有するドープトポリシリコン膜を堆積する工程の後、ポリシリコン膜とV族の不純物を含有するドープトポリシリコン膜の積層膜をドライエッチング処理して配線パターンを形成する際に、ドープトポリシリコン膜部分の幅寸法を選択的に小さくすることである。そして、配線パターンの上部間のスペース幅を配線パターンの下部間のスペース幅より大きくするものである。 The main points of the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention are a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate, a step of depositing a polysilicon film on the insulating film, and a group V impurity on the polysilicon film. After the step of depositing the doped polysilicon film, the doped polysilicon film and the doped polysilicon film containing Group V impurities are dry-etched to form a wiring pattern. This is to selectively reduce the width dimension of the silicon film portion. The space width between the upper parts of the wiring pattern is made larger than the space width between the lower parts of the wiring pattern.
まず、図4(a)に示すように、半導体基板200の上に例えば2nmのゲート酸化膜201を介して、CVD法により例えば100nmのポリシリコン膜202を堆積する。次に、Pを5E20/cm3含有するドープトポリシリコン膜203をCVD法により例えば50nm堆積する。次に、公知のフォトリソグラフィー法を用いて、ドープトポリシリコン膜203とポリシリコン膜202をドライエッチング処理する際のマスクとなるレジストパターン204を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, a
次に、図4(b)に示すように、レジストパターン204をマスクにして、ドープトポリシリコン膜203とポリシリコン膜202にドライエッチング処理を行なって配線パターンとしてゲート電極205を形成する。この時、ゲート電極205の下部間のスペース幅205aは140nmになっている。また、ゲート電極205上部の寸法はゲート電極205下部の寸法に比べて20nm小さくなっており、ゲート電極205の上部間のスペース幅205bは160nmになっている。次に、ソース・ドレイン拡散層の一部となる不純物濃度の低いN型拡散層206をゲート電極205をマスクとしてイオン注入法(例えばP+を5×1013個/cm2)により自己整合的に形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, using the resist
次に、図4(c)に示すように、被加工基板の表面を覆うようにシリコン酸化膜(図示せず)をCVD法により例えば10nm堆積し、続けてシリコン窒化膜(図示せず)をCVD法により例えば30nm堆積する。次に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜の異方性エッチングを行って、ゲート電極205の側面だけを残すようにシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を除去し、30nmの幅を有するサイドウォールスペーサ207を形成する。このサイドウォールスペーサ207は、後のスルーホール211を形成する際に、ゲート電極205の側面とスルーホール211の接触を防止する保護膜としても機能する。
Next, as shown in FIG. 4C, a silicon oxide film (not shown) is deposited by, for example, 10 nm by the CVD method so as to cover the surface of the substrate to be processed, and then a silicon nitride film (not shown) is formed. For example, 30 nm is deposited by the CVD method. Next, anisotropic etching is performed on the laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film to remove the silicon oxide film and the silicon nitride film so as to leave only the side surface of the
次に、図4(d)に示すように、ゲート電極205及びサイドウォールスペーサ207をマスクとし、イオン注入法(例えばAs+を5×1015個/cm2)によって前記ソース・ドレイン拡散層の他の部分となる高濃度の拡散層208を自己整合的に形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, the
次に、図5(a)に示すように、公知のサリサイド技術を用いてゲート電極205の上部分とソース・ドレイン拡散層206の上部分に例えばSiとCoの化合物からなるシリサイド層209を形成する。その後、シリコン酸化膜(図示せず)をCVD法により例えば700nm堆積した後、公知のCMP法を用いて前記シリコン酸化膜を300nm研磨して、平坦化された400nmの厚さを有するシリコン酸化膜210を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, a
次に、図5(b)に示すように、シリコン酸化膜210上にリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて、ゲート電極205の間を通して半導体基板200に接続するためのスルーホール211を形成する。このスルーホール211のホール径211aは80nmとなっている。またこの時、スルーホール211を形成する際のリソグラフィー処理においては、35nmの回避不能なアライメントズレ211bが発生している。
Next, as shown in FIG. 5B, through
次に、図5(c)に示すように、Ti/TiN膜(図示せず)をCVD法により例えば10nm/30nm堆積し、続けてW膜(図示せず)をCVD法により例えば100nmを堆積する。次に、CMP法を用いて前記Ti/TiN膜とW膜の不要な部分を除去することによって、半導体基板と上層配線とを電気的に接続するためのプラグ212を形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, a Ti / TiN film (not shown) is deposited by CVD, for example, 10 nm / 30 nm, and then a W film (not shown) is deposited by CVD, for example, 100 nm. To do. Next, unnecessary portions of the Ti / TiN film and the W film are removed by CMP to form a
この実施形態では、スルーホール211を形成する際のリソグラフィー処理において、35nmの回避不能なアライメントズレ211bが発生しているが、ゲート電極205の上部分の寸法がゲート電極205の下部分の寸法より20nm小さくなっているので、ゲート電極205とプラグ212との接触は発生していない。すなわち、ゲート電極205の上部分と下部分の寸法が等しい場合に比べて、ゲート電極205とプラグ212との接触、つまり電気的なショートマージンを5nm拡大することができた。
In this embodiment, an
ここで、ドープトポリシリコン膜203とポリシリコン膜202のドライエッチング処理では、第1の実施形態と同一の条件を使用することにより、ゲート電極205の上部分の寸法をゲート電極205の下部分の寸法より20nm小さくすることができた。
Here, in the dry etching process of the doped
以上説明したように、本実施形態による製造方法では、ポリシリコン膜とPを含有するドープトポリシリコン膜の積層膜をドライエッチング処理してゲート電極を形成する際に、ドープトポリシリコン膜の部分の寸法を選択的に小さくすることができる。そして、ゲート電極の上部間のスペース幅をゲート電極の下部間のスペース幅より大きくすることができるので、ゲート電極間を通してスルーホールを形成する際に、ゲート電極とスルーホールとの接触に対するマージンを拡大することができる。 As described above, in the manufacturing method according to the present embodiment, when the gate electrode is formed by dry etching the stacked film of the polysilicon film and the doped polysilicon film containing P, the doped polysilicon film The size of the part can be selectively reduced. Since the space width between the upper portions of the gate electrodes can be made larger than the space width between the lower portions of the gate electrodes, a margin for contact between the gate electrodes and the through holes can be increased when forming the through holes between the gate electrodes. Can be enlarged.
また、ドープトポリシリコン膜203を形成する工程において、ドープトポリシリコン膜に含有されるP濃度と膜厚を制御することによって、ドープトポリシリコン膜203の部分における寸法の細り量を縦、横方向にそれぞれ制御することができる。
Further, in the step of forming the doped
この発明の第3の実施形態を図6および図7に基づいて説明する。図6〜7は本発明の第3の実施形態における半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 7 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
本発明の第3の実施形態による製造方法の要点は、半導体基板上に絶縁膜を堆積する工程と、絶縁膜上に導電膜を堆積する工程の後、導電膜をドライエッチング処理して配線パターンを形成する工程において、ドライエッチングのマスク材として、有機膜とSiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜の積層膜パターンを用いて、ドライエッチング中にマスク材から発生する生成物の量を制御することによって、配線層の上部分の幅寸法を配線層の下部分の幅寸法に比べて小さくすることである。そして、配線パターンの上部間のスペース幅を配線パターンの下部間のスペース幅より大きくするものである。 The main point of the manufacturing method according to the third embodiment of the present invention is that a wiring pattern is formed by performing a dry etching process on a conductive film after a step of depositing an insulating film on a semiconductor substrate and a step of depositing a conductive film on the insulating film. As a mask material for dry etching, an organic film and an organic-inorganic hybrid film represented by SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) are used. By using the laminated film pattern to control the amount of product generated from the mask material during dry etching, the width dimension of the upper part of the wiring layer is made smaller than the width dimension of the lower part of the wiring layer. is there. The space width between the upper parts of the wiring pattern is made larger than the space width between the lower parts of the wiring pattern.
まず、図6(a)に示すように、半導体基板300の上に例えば2nmのゲート酸化膜301を介して、CVD法により例えば150nmのポリシリコン膜302を堆積する。次に、炭素を85%以上含有する有機レジスト膜303を塗布法により200nm堆積する。次に、Si含有量が25%程度のSiOC膜304を塗布法により70nm堆積する。次に、公知のリソグラフィー法を用いて、例えば250nmの膜厚を有するレジストパターン305を形成する。
First, as shown in FIG. 6A, a
次に、図6(b)に示すように、レジストパターン305をマスクにして、SiOC膜304と有機膜303のドライエッチング処理を行い、SiOC膜304と有機膜303の積層膜パターン306を形成する。ここで、このドライエッチング処理では、プラズマ生成とイオンエネルギー制御を独立に制御できる高周波電源を2つ以上備えた平行平板型のプラズマエッチング装置を使用した。ドライエッチング条件としては、SiOC膜304をエッチングする第1のステップと有機膜303をエッチングする第2のステップの2ステップ構成からなっている。
<第1ステップ>
処理圧力・・・6.7(Pa)
上部印加電力(プラズマ生成用)・・・1000(W)
下部印加電力(イオンエネルギー制御用)・・・50(W)
ガス・・・CF4=100(ml/min)
ウェハー温度・・・0℃
<第2ステップ>
処理圧力・・・1.3(Pa)
上部印加電力(プラズマ生成用)・・・600(W)
下部印加電力(イオンエネルギー制御用)・・・100(W)
ガス・・・O2/N2=100/200(ml/min)
ウェハー温度・・・0℃
上記ドライエッチング処理の第1のステップにおいては、レジストパターン305がエッチングのマスク材として機能する。そして、第2のステップにおいては、エッチングガスとしてO2/N2ガスを使用するため、レジストパターン305は第2ステップのエッチングの初期段階で無くなってしまう。従って、第2ステップのエッチング時には、SiOC膜304がマスク材として機能するが、第2ステップのエッチングガスがO2/N2ガスであるため、有機膜303のSiOC膜304に対するエッチング選択比が高く、有機膜303のエッチングが終了しても、SiOC膜304はエッチングされずに殆ど残る状態となる。
Next, as shown in FIG. 6B, the
<First step>
Processing pressure: 6.7 (Pa)
Upper applied power (for plasma generation) ... 1000 (W)
Lower applied power (for ion energy control) 50 (W)
Gas: CF 4 = 100 (ml / min)
Wafer temperature: 0 ° C
<Second step>
Processing pressure: 1.3 (Pa)
Upper applied power (for plasma generation) ... 600 (W)
Lower applied power (for ion energy control) ... 100 (W)
Gas: O 2 / N 2 = 100/200 (ml / min)
Wafer temperature: 0 ° C
In the first step of the dry etching process, the resist
次に、上記SiOC膜304と有機膜303の積層膜パターン306をマスクにして、ポリシリコン膜302をドライエッチング処理して配線パターンとしてゲート電極307を形成する。ここで、このドライエッチング処理では、プラズマ生成とイオンエネルギー制御を独立に制御できる高周波電源を2つ以上備えた誘導結合型のプラズマエッチング装置を使用した。ドライエッチング条件としては、ポリシリコン膜302を100nmエッチングする第1のステップ、下地絶縁膜とのエッチング選択比を確保しながらポリシリコン膜302の残り50nmをエッチングする第2のステップ、下地絶縁膜とのエッチング選択比を確保しながらポリシリコン膜302の残渣を除去する第3のステップの3ステップで構成されている。
<第1ステップ>
処理圧力・・・1.0(Pa)
上部印加電力(プラズマ生成用)・・・600(W)
下部印加電力(イオンエネルギー制御用)・・・50(W)
ガス・・・CF4/Cl2/HBr=20/100/20(ml/min)
ウェハー温度・・・20℃
<第2ステップ>
処理圧力・・・1.0(Pa)
上部印加電力(プラズマ生成用)・・・600(W)
下部印加電力(イオンエネルギー制御用)・・・20(W)
ガス・・・HBr/O2=100/4(ml/min)
ウェハー温度・・・20℃
<第3ステップ>
処理圧力・・・5.0(Pa)
上部印加電力(プラズマ生成用)・・・600(W)
下部印加電力(イオンエネルギー制御用)・・・40(W)
ガス・・・HBr/O2/He=100/4/100(ml/min)
ウェハー温度・・・20℃
上記ドライエッチング処理の第1のステップにおいては、エッチングガスとしてポリシリコン膜302のSiOC膜304に対するエッチング選択比の低いCF4ガスを用いることによって、ポリシリコン膜302を50nmエッチングし終わった時点でSiOC膜304が無くなる設定にしてある。従って、ポリシリコン膜302を50nmエッチングする時は、SiOC膜304がエッチングのマスク材として機能し、ポリシリコン膜302の残り100nmをエッチングする時には、有機膜303がエッチングのマスク材として機能することになる。
Next, using the
<First step>
Processing pressure: 1.0 (Pa)
Upper applied power (for plasma generation) ... 600 (W)
Lower applied power (for ion energy control) 50 (W)
Gas: CF 4 / Cl 2 / HBr = 20/100/20 (ml / min)
Wafer temperature: 20 ° C
<Second step>
Processing pressure: 1.0 (Pa)
Upper applied power (for plasma generation) ... 600 (W)
Lower applied power (for ion energy control) ... 20 (W)
Gas: HBr / O 2 = 100/4 (ml / min)
Wafer temperature: 20 ° C
<Third step>
Processing pressure: 5.0 (Pa)
Upper applied power (for plasma generation) ... 600 (W)
Lower applied power (for ion energy control) ... 40 (W)
Gas: HBr / O 2 / He = 100/4/100 (ml / min)
Wafer temperature: 20 ° C
In the first step of the dry etching process, a CF 4 gas having a low etching selection ratio of the
図6(c)にポリシリコン膜302のドライエッチング処理における第1のステップが終了した時点での工程断面図を示している。この第1のステップでは、ポリシリコン膜302を100nmエッチングしている。第1のステップでは、ポリシリコン膜302を50nmエッチングしている間はSiOC膜304がマスク材となるので、この間はマスク材からの生成物の供給が少ない。このため、ポリシリコン膜302に対する側壁保護膜の付着量が少なくなり、横方向へのエッチングが進行しやすくなる。これに対して、ポリシリコン膜302の残り100nmをエッチングしている間は有機膜303がマスク材となるので、マスク材からの生成物の供給が多くなる。このため、ポリシリコン膜302に対する側壁保護膜の付着量が増加して、横方向へのエッチングが抑制される。従って、第1のステップにおいては、ポリシリコン膜302のドライエッチングの途中にエッチングのマスク材が変わるために、ポリシリコン膜302の上部分の寸法がポリシリコン膜302の下部分の寸法に比べて小さくなる。
FIG. 6C shows a process cross-sectional view at the time when the first step in the dry etching process of the
図6(d)にポリシリコン膜302のドライエッチング処理における第2のステップと第3のステップが終了した時点の工程断面図を示す。この第2、第3のステップでは、有機膜303がエッチングマスク材として機能するので、横方向へのエッチングが進むことはない。このようにして、上部分の寸法が下部分の寸法に比べて小さくなったゲート電極307が形成される。
FIG. 6D is a process cross-sectional view at the time when the second step and the third step in the dry etching process of the
この時、ゲート電極307の下部間のスペース幅307aは140nmになっている。また、ゲート電極307上部の寸法はゲート電極307下部の寸法に比べて20nm小さくなっており、ゲート電極307の上部間のスペース幅307bは160nmになっている。
At this time, the space width 307a between the lower portions of the
次に、図7(a)に示すように、ソース・ドレイン拡散層の一部となる不純物濃度の低いN型拡散層308をゲート電極307をマスクとしてイオン注入法(例えばP+を5×1013個/cm2)により自己整合的に形成する。次に、被加工基板の表面を覆うようにシリコン酸化膜(図示せず)をCVD法により例えば10nm堆積し、続けてシリコン窒化膜(図示せず)をCVD法により例えば30nm堆積する。次に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜の異方性エッチングを行って、ゲート電極307の側面だけを残すようにシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を除去し、30nmの幅を有するサイドウォールスペーサ309を形成する。このサイドウォールスペーサ309は、後のスルーホール313を形成する際に、ゲート電極307の側面とスルーホール313の接触を防止する保護膜としても機能する。次に、ゲート電極307及びサイドウォールスペーサ309をマスクとし、イオン注入法(例えばAs+を5×1015個/cm2)によって前記ソース・ドレイン拡散層の他の部分となる高濃度の拡散層310を自己整合的に形成する。
Next, as shown in FIG. 7A, an N-
次に、図7(b)に示すように、公知のサリサイド技術を用いてゲート電極307の上部分とソース・ドレイン拡散層308の上部分に例えばSiとCoの化合物からなるシリサイド層311を形成する。その後、シリコン酸化膜(図示せず)をCVD法により例えば700nm堆積した後、公知のCMP法を用いて前記シリコン酸化膜を300nm研磨して、平坦化された400nmの厚さを有するシリコン酸化膜312を形成する。次に、シリコン酸化膜312上にリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて、ゲート電極307の間を通して半導体基板300に接続するためのスルーホール313を形成する。このスルーホール313のホール径313aは80nmとなっている。またこの時、スルーホール313を形成する際のリソグラフィー処理においては、35nmの回避不能なアライメントズレ313bが発生している。
Next, as shown in FIG. 7B, a
次に、図7(c)に示すように、Ti/TiN膜(図示せず)をCVD法により例えば10nm/30nm堆積し、続けてW膜(図示せず)をCVD法により例えば100nmを堆積する。次に、CMP法を用いて前記Ti/TiN膜とW膜の不要な部分を除去することによって、半導体基板と上層配線とを電気的に接続するためのプラグ314を形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, a Ti / TiN film (not shown) is deposited by CVD, for example, 10 nm / 30 nm, and then a W film (not shown) is deposited by CVD, for example, 100 nm. To do. Next, unnecessary portions of the Ti / TiN film and the W film are removed by CMP to form a
この実施形態では、スルーホール313を形成する際のリソグラフィー処理において、35nmの回避不能なアライメントズレ313bが発生しているが、ゲート電極307の上部分の寸法がゲート電極307の下部分の寸法より20nm小さくなっているので、ゲート電極307とプラグ314との接触は発生していない。すなわち、ゲート電極307の上部分と下部分の寸法が等しい場合に比べて、ゲート電極307とプラグ314との接触、つまり電気的なショートマージンを5nm拡大することができた。
In this embodiment, an
以上説明したように、本実施形態による製造方法では、ポリシリコン膜をドライエッチング処理してゲート電極を形成する際に、ドライエッチングのマスク材として、有機膜とSiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜の積層膜パターンを用いて、ドライエッチング中にマスク材から発生する生成物の量を制御することによって、配線層の上部分の寸法を配線層の下部分の寸法に比べて小さくすることができる。そして、ゲート電極の上部間のスペース幅をゲート電極の下部間のスペース幅より大きくすることができるので、ゲート電極間を通してスルーホールを形成する際に、ゲート電極とスルーホールとの接触に対するマージンを拡大することができる。 As described above, in the manufacturing method according to the present embodiment, when the gate electrode is formed by dry etching the polysilicon film, the organic film and SiC w H x O y N z ( By controlling the amount of product generated from the mask material during dry etching using a laminated film pattern of an organic-inorganic hybrid film represented by w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) The dimension of the upper part of the wiring layer can be made smaller than the dimension of the lower part of the wiring layer. Since the space width between the upper portions of the gate electrodes can be made larger than the space width between the lower portions of the gate electrodes, a margin for contact between the gate electrodes and the through holes can be increased when forming the through holes between the gate electrodes. Can be enlarged.
ここで、有機膜とSiOC膜の積層膜パターン306をマスク材としてポリシリコン膜302をドライエッチング処理する工程においては、SiOC膜304の膜厚やドライエッチング条件を変化させることにより、SiOC膜304が無くなる時点におけるポリシリコン膜302の削れ量を制御することができる。すなわち、SiOC膜304の膜厚やドライエッチング条件を変化させることによって、ポリシリコン膜302の上部分における寸法の細り量を縦、横方向にそれぞれ制御することができる。
Here, in the step of dry-etching the
また、本発明の実施形態では、導電膜としてポリシリコン膜を用いた場合について述べたが、その他、W、Ti、Co、Ptなどの金属化合物についても同様の効果を得ることができる。 In the embodiment of the present invention, the case where a polysilicon film is used as the conductive film has been described. However, the same effect can be obtained for metal compounds such as W, Ti, Co, and Pt.
なお、有機膜のドライエッチング処理には、酸素(O)、窒素(N)、水素(H)などの元素を含むガスを用い、有機無機ハイブリッド膜のドライエッチング処理には、CF4などのフルオロカーボンガス(CxFy)、ハイドロフルオロカーボンガス(CHxFy)を用いることができる。また、導電膜のドライエッチング処理には、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)などのハロゲン元素を含むガスを用いることができる。 Note that a gas containing an element such as oxygen (O), nitrogen (N), or hydrogen (H) is used for the dry etching process of the organic film, and a fluorocarbon such as CF 4 is used for the dry etching process of the organic-inorganic hybrid film. Gas (C x F y ) or hydrofluorocarbon gas (CH x F y ) can be used. For the dry etching treatment of the conductive film, a gas containing a halogen element such as fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), or iodine (I) can be used.
また、本発明の実施形態1、2、3では、イオン生成のために誘導結合型プラズマ、及び2周波の並行平板型プラズマを使用したが、ECR(Electron cycrotron Resonance)型プラズマ、容量結合型プラズマ、マイクロ波励起型プラズマを使用しても同様の効果を得ることができる。
In
また、本発明の実施形態では、ポリシリコンゲート電極を例に挙げて発明の効果を述べたが、それ以外の導電膜の配線パターン形成、例えばW膜、TiN膜などを用いたメタルゲート電極形成、ビットライン配線形成、アルミ膜を用いた上層配線パターン形成などにも応用が可能である。 In the embodiment of the present invention, the effect of the invention has been described by taking a polysilicon gate electrode as an example. However, the wiring pattern formation of other conductive films, for example, the formation of a metal gate electrode using a W film, a TiN film, etc. It can also be applied to bit line wiring formation, upper layer wiring pattern formation using an aluminum film, and the like.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された配線層間を通してスルーホールを形成する工程を有する半導体装置の製造方法として有用である。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is useful as a method for manufacturing a semiconductor device having a step of forming a through hole through a wiring layer formed on a semiconductor substrate.
1 半導体基板
2 ゲート酸化膜
3 ポリシリコン膜
3a ゲート電極間のスペース
4 ソース・ドレイン拡散層
5 サイドウォールスペーサ
6 ソース・ドレイン拡散層
7 シリサイド層
8 平坦化されたシリコン酸化膜
9 スルーホール
9a スルーホールのホール径
9b アライメントズレ
10 プラグ
21 半導体基板
22 ゲート電極
23 サイドウォール
24、25 シリコン窒化膜
26 シリコン酸化膜
27 スルーホール
28 配線
100 半導体基板
101 ゲート酸化膜
102 ポリシリコン膜
103 Pが注入されたポリシリコン膜
104 レジストパターン
105 ゲート電極
105a ゲート電極の下部間のスペース幅
105b ゲート電極の上部間のスペース幅
106 ソース・ドレイン拡散層
107 サイドウォールスペーサ
108 ソース・ドレイン拡散層
109 シリサイド層
110 平坦化されたシリコン酸化膜
111 スルーホール
111a スルーホールのホール径
111b アライメントズレ
112 プラグ
200 半導体基板
201 ゲート酸化膜
202 ポリシリコン膜
203 Pが注入されたポリシリコン膜
204 レジストパターン
205 ゲート電極
205a ゲート電極の下部間のスペース幅
205b ゲート電極の上部間のスペース幅
206 ソース・ドレイン拡散層
207 サイドウォールスペーサ
208 ソース・ドレイン拡散層
209 シリサイド層
210 平坦化されたシリコン酸化膜
211 スルーホール
211a スルーホールのホール径
211b アライメントズレ
212 プラグ
300 半導体基板
301 ゲート酸化膜
302 ポリシリコン膜
303 有機膜
304 SiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜
305 レジストパターン
306 有機膜とSiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜の積層パターン
307 ゲート電極
307a ゲート電極の下部間のスペース幅
307b ゲート電極の上部間のスペース幅
308 ソース・ドレイン拡散層
309 サイドウォールスペーサ
310 ソース・ドレイン拡散層
311 シリサイド層
312 平坦化されたシリコン酸化膜
313 スルーホール
313a スルーホールのホール径
313b アライメントズレ
314 プラグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Gate oxide film 3 Polysilicon film 3a Space between gate electrodes 4 Source / drain diffusion layer 5 Side wall spacer 6 Source / drain diffusion layer 7 Silicide layer 8 Planarized silicon oxide film 9 Through hole 9a Through hole 9b Alignment deviation 10 Plug 21 Semiconductor substrate 22 Gate electrode 23 Side wall 24, 25 Silicon nitride film 26 Silicon oxide film 27 Through hole 28 Wiring 100 Semiconductor substrate 101 Gate oxide film 102 Polysilicon film 103 Poly in which P is implanted Silicon film 104 Resist pattern 105 Gate electrode 105a Space width between lower portions of gate electrode 105b Space width between upper portions of gate electrode 106 Source / drain diffusion layer 107 Side wall spacer 10 Source / drain diffusion layer 109 Silicide layer 110 Flattened silicon oxide film 111 Through hole 111a Hole diameter of through hole 111b Alignment shift 112 Plug 200 Semiconductor substrate 201 Gate oxide film 202 Polysilicon film 203 Polysilicon film implanted with P 204 Resist pattern 205 Gate electrode 205a Space width between lower portions of gate electrode 205b Space width between upper portions of gate electrode 206 Source / drain diffusion layer 207 Side wall spacer 208 Source / drain diffusion layer 209 Silicide layer 210 Flattened silicon oxide Film 211 Through hole 211a Hole diameter 211b Alignment shift 212 Plug 300 Semiconductor substrate 301 Gate oxide film 302 Polysilicon film 303 Organic film 304 SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) Organic-inorganic hybrid film 305 Resist pattern 306 Organic film and SiC w H x O y Stack pattern of organic-inorganic hybrid film represented by N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) 307 Gate electrode 307a Space width between lower portions of gate electrode 307b Space between upper portions of gate electrodes Width 308 Source / drain diffusion layer 309 Side wall spacer 310 Source / drain diffusion layer 311 Silicide layer 312 Planarized silicon oxide film 313 Through hole 313a Hole diameter 313b Alignment displacement 314 Plug
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006255229A JP2008078344A (en) | 2006-09-21 | 2006-09-21 | Semiconductor device and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006255229A JP2008078344A (en) | 2006-09-21 | 2006-09-21 | Semiconductor device and its manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2008078344A true JP2008078344A (en) | 2008-04-03 |
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ID=39350111
Family Applications (1)
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JP2006255229A Pending JP2008078344A (en) | 2006-09-21 | 2006-09-21 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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2006
- 2006-09-21 JP JP2006255229A patent/JP2008078344A/en active Pending
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