JP2008118025A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラグを備えた半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a plug and a method for manufacturing the same.
従来より、半導体装置は、製造時のマスクの合わせズレ等を予め考慮に入れた設計が行われていたが、近年の素子の微細化や回路設計ルールの縮小化に伴い、回路面積を抑制するため合わせズレマージンの少ないボーダーレスコンタクト構造が設計段階から取り入れられるようになってきている。このため、プラグを構成するときには合わせズレに伴い接合不良が発生する可能性があると同時に隣接するゲート電極や配線層との間で接触することに起因したデバイス不良を誘発する虞がある。そこでゲート電極や配線層の側壁全面にスペーサ絶縁膜をシリコン窒化膜により形成する技術が開発されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a semiconductor device has been designed in consideration of mask misalignment at the time of manufacture. However, with the recent miniaturization of elements and reduction in circuit design rules, the circuit area is reduced. For this reason, a borderless contact structure with a small misalignment margin has been introduced from the design stage. For this reason, when a plug is formed, there is a possibility that a bonding failure may occur due to misalignment, and at the same time, there is a risk of inducing a device failure due to contact between adjacent gate electrodes and wiring layers. In view of this, a technique has been developed in which a spacer insulating film is formed of a silicon nitride film over the entire side wall of the gate electrode or wiring layer (see, for example, Patent Document 1).
他方、一般的には、このようなプラグの上には金属配線が形成されており、当該プラグに所定の電位を与えるように構成されている(例えば、特許文献2参照)。この特許文献2によれば、金属配線の脇に位置してエッチング停止層が層間絶縁膜の全体構造上に形成されている。
On the other hand, generally, a metal wiring is formed on such a plug, and is configured to give a predetermined potential to the plug (for example, see Patent Document 2). According to
特許文献1に開示された技術によれば、ゲート電極や配線層の側壁全面にスペーサ絶縁膜を設けている。しかしながら、比誘電率の高い絶縁材料によりスペーサ絶縁膜を側壁全面に形成したときには、プラグと他の構造との間の容量値が増してしまうため好ましくない。また、特許文献2に開示された技術によれば、エッチング停止層がプラグの上部の側壁の側部に対し平面方向全体に渡って形成されているため、プラグと他の電気的構成要素との間の容量値が増してしまうため同様に好ましくない。
本発明は、プラグと他の電気的導電要素との間の容量値を低減できるようにした半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can reduce a capacitance value between a plug and another electrically conductive element.
本発明の一態様は、導電層が表層に形成された半導体基板と、半導体基板の上に形成された層間絶縁膜と、上部が前記層間絶縁膜の上面から上方に突出し、導電層の上に対して層間絶縁膜を貫通するように形成された第1のプラグと、層間絶縁膜とは異なる材料により形成され、層間絶縁膜から突出した上部の側壁から当該第1のプラグの外方に向けて所定距離離間した外周縁部まで形成されたストッパー膜と、第1のプラグの上に形成された第2のプラグとを備えた半導体装置を提供する。 One embodiment of the present invention is a semiconductor substrate having a conductive layer formed as a surface layer, an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate, and an upper portion protruding upward from the upper surface of the interlayer insulating film. On the other hand, the first plug formed so as to penetrate the interlayer insulating film and the interlayer insulating film are formed of a different material, and the upper side wall protruding from the interlayer insulating film faces the outside of the first plug. There is provided a semiconductor device including a stopper film formed up to an outer peripheral edge portion separated by a predetermined distance and a second plug formed on the first plug.
本発明の一態様は、半導体基板上に形成される第1の層間絶縁膜内に半導体基板の表層に形成される導電層上に貫通するように第1のプラグを形成する工程と、第1のプラグの下面より上方位置で且つ第1のプラグの上面よりも下方位置まで第1の層間絶縁膜を選択的に除去する工程と、第1の層間絶縁膜および第1のプラグ上に第1の層間絶縁膜とは異なる材料によりストッパー膜を形成する工程と、層間絶縁膜から露出した第1のプラグの上部の側壁の側部に位置するストッパー膜は残しつつ第1のプラグ上面上および第1の層間絶縁膜上のストッパー膜を除去する工程と、第1の層間絶縁膜およびストッパー膜並びに第1のプラグの上に第2の層間絶縁膜を形成する工程と、ストッパー膜に対して高選択性を有する条件によりストッパー膜をストッパーとして第2の層間絶縁膜を除去し第1のプラグの上にホールを形成する工程と、ホール内に第2のプラグを埋込む工程とを備えた半導体装置の製造方法を提供する。 According to one embodiment of the present invention, a step of forming a first plug so as to penetrate a conductive layer formed on a surface layer of a semiconductor substrate in a first interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate; Selectively removing the first interlayer insulating film to a position above the lower surface of the plug and below the upper surface of the first plug, and a first over the first interlayer insulating film and the first plug. Forming a stopper film of a material different from that of the interlayer insulating film, and on the upper surface of the first plug and the first plug while leaving the stopper film located on the side portion of the upper side wall of the first plug exposed from the interlayer insulating film. A step of removing the stopper film on the first interlayer insulating film, a step of forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film, the stopper film and the first plug, and a height higher than the stopper film. Stopper depending on selective conditions Provided is a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of removing a second interlayer insulating film using a film as a stopper to form a hole on a first plug; and a step of filling a second plug in the hole. .
本発明によれば、プラグと他の電気的導電要素との間の容量値を低減できる。 According to the present invention, the capacitance value between the plug and another electrically conductive element can be reduced.
以下、本発明の半導体装置およびその製造方法を、NAND型フラッシュメモリ装置のメモリセル領域に構成される多層配線構造とその製造方法に適用した一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に参照する図面内の記載において、同一または類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。 Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention applied to a multilayer wiring structure configured in a memory cell region of a NAND flash memory device and a manufacturing method thereof will be described with reference to the drawings. In the description in the drawings referred to below, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.
図1は、NAND型のフラッシュメモリ装置のメモリセル領域に形成されるメモリセルアレイの一部を示す等価回路図である。
この図1に示すように、NAND型のフラッシュメモリ装置1のメモリセル領域Mに構成されるメモリセルアレイArは、2個の選択ゲートトランジスタTrs1およびTrs2と、当該選択ゲートトランジスタTrs1およびTrs2間に対して直列接続された複数個(例えば8個:2のn乗個(nは正数))のメモリセルトランジスタTrmとからなるNANDセルユニットSuが行列状に形成されることにより構成されている。NANDセルユニットSu内において、複数個のメモリセルトランジスタTrmは隣接するもの同士でソース/ドレイン領域を共用して形成されている。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a part of a memory cell array formed in a memory cell region of a NAND flash memory device.
As shown in FIG. 1, the memory cell array Ar formed in the memory cell region M of the NAND
図1中、X方向(ワード線方向、ゲート幅方向に相当)に配列されたメモリセルトランジスタTrmは、ワード線(コントロールゲート線)WLにより共通接続されている。また、図1中X方向に配列された選択ゲートトランジスタTrs1は選択ゲート線SGL1で共通接続されている。同様に、図1中X方向に配列された選択ゲートトランジスタTrs2は選択ゲート線SGL2で共通接続されている。 In FIG. 1, the memory cell transistors Trm arranged in the X direction (corresponding to the word line direction and the gate width direction) are commonly connected by a word line (control gate line) WL. Further, the select gate transistors Trs1 arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a select gate line SGL1. Similarly, the select gate transistors Trs2 arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a select gate line SGL2.
選択ゲートトランジスタTrs1のドレイン領域(図3の不純物導入層2b参照)にはビット線コンタクトプラグCBが第1のプラグとして接続されている。以降、ビット線コンタクトプラグCBをビット線コンタクトCBと略して示す。
A bit line contact plug CB is connected as a first plug to the drain region of the select gate transistor Trs1 (see the
ビット線コンタクトCBは、図1中X方向に直交交差するY方向(ゲート長方向、ビット線方向に相当)に延びるビット線BLに接続されている。また、選択ゲートトランジスタTrs2は、ソース領域を介して図1中X方向に延びるソース線SLに接続されている。 The bit line contact CB is connected to a bit line BL extending in the Y direction (corresponding to the gate length direction and the bit line direction) orthogonal to the X direction in FIG. The select gate transistor Trs2 is connected to a source line SL extending in the X direction in FIG. 1 via a source region.
図2は、メモリセル領域の一部(図1のA1領域)のレイアウトパターンを示す平面図である。図3は、図2のA−A線に沿う断面を模式的に示している。半導体基板としてのp型のシリコン基板2には、STI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離領域Sbが図2中Y方向に沿って形成されている。この素子分離領域Sbは、X方向に所定間隔で複数形成されており、これにより素子領域(活性領域)Saが図2中X方向に分離形成されている。
FIG. 2 is a plan view showing a layout pattern of a part of the memory cell region (A1 region in FIG. 1). FIG. 3 schematically shows a cross section taken along line AA of FIG. In a p-
ワード線WLが、素子領域Saと直交する図2中X方向に沿って形成されている。このワード線WLは、制御ゲート電極CG(図3参照)としての機能を奏する。ワード線WLは、図2中のY方向に複数本離間して形成されており、複数本のワード線WLは層間絶縁膜9(図3参照)によってY方向に対して互いに電気的に分離されている。 The word line WL is formed along the X direction in FIG. 2 orthogonal to the element region Sa. The word line WL functions as a control gate electrode CG (see FIG. 3). A plurality of word lines WL are formed apart from each other in the Y direction in FIG. 2, and the plurality of word lines WL are electrically separated from each other in the Y direction by an interlayer insulating film 9 (see FIG. 3). ing.
また、ビット線コンタクトCB側の選択ゲートトランジスタTrs1の選択ゲート線SGL1が、図2中X方向に沿って形成されている。本実施形態の特徴には関係しないため詳述しないが、選択ゲート線SGL1は、平面的にはビット線コンタクトCBを挟んで一対形成されており、一対の選択ゲート線SGL1間の素子領域(活性領域)Sa上にはビット線コンタクトCBがそれぞれ形成されている。 Further, the selection gate line SGL1 of the selection gate transistor Trs1 on the bit line contact CB side is formed along the X direction in FIG. Although not described in detail because it is not related to the features of the present embodiment, a pair of select gate lines SGL1 are formed in plan view with the bit line contact CB interposed therebetween, and an element region (active region) between the pair of select gate lines SGL1. A bit line contact CB is formed on each region Sa.
ワード線WLと交差する素子領域Sa上には、それぞれ、メモリセルトランジスタTrmの浮遊ゲート電極FG(図3参照)が構成されている。この浮遊ゲート電極FGは、X方向に並設されていると共にY方向に並設されている。ワード線WLは、複数の素子領域Saおよび複数の素子分離領域Sbの上方を図2中X方向に渡って形成されていると共に、X方向に並設された浮遊ゲート電極FGの上を渡って形成されている。また、選択ゲート線SGL1と交差する素子領域Sa上には、選択ゲートトランジスタTrs1の選択ゲート電極SGが構成されており選択ゲート線SGL1によって連結されている。 A floating gate electrode FG (see FIG. 3) of the memory cell transistor Trm is formed on each element region Sa intersecting with the word line WL. The floating gate electrodes FG are juxtaposed in the X direction and juxtaposed in the Y direction. The word line WL is formed over the plurality of element regions Sa and the plurality of element isolation regions Sb in the X direction in FIG. 2 and over the floating gate electrodes FG arranged in parallel in the X direction. Is formed. On the element region Sa intersecting with the selection gate line SGL1, the selection gate electrode SG of the selection gate transistor Trs1 is formed and connected by the selection gate line SGL1.
本実施形態においては、ビット線コンタクトCBとその上層配線との接続方法に特徴を備えているため、ビット線コンタクトCBの上層側の構造の説明を中心に行う。
図3は、多層配線構造の断面を示している。尚、図3は、ViaホールH2の形成領域がY方向に最大許容幅までずれた場合の断面図を模式的に示している。
Since the present embodiment is characterized by the connection method between the bit line contact CB and its upper layer wiring, the description will focus on the structure on the upper layer side of the bit line contact CB.
FIG. 3 shows a cross section of the multilayer wiring structure. FIG. 3 schematically shows a cross-sectional view when the formation region of the via hole H2 is shifted to the maximum allowable width in the Y direction.
この図3に示すように、メモリセルトランジスタTrmは、半導体基板としてのp型のシリコン基板2の上に形成された積層構造のゲート電極Gと、このゲート電極Gの両脇に位置してシリコン基板2の表層に形成されたソース/ドレイン領域2a、2bとを備えている。ゲート電極Gは、ゲート絶縁膜3と、リン等の不純物がドープされた多結晶シリコン層4と、ゲート間絶縁膜5と、リン等の不純物がドープされた多結晶シリコン層6a、6bと、タングステンシリサイド層6cとが、シリコン基板2の上に順に積層して構成されている。多結晶シリコン層4は、浮遊ゲート電極FGとして機能する。また、導電層6は、多結晶シリコン層6a、6bおよびタングステンシリサイド層6cによって構成されているが、制御ゲート電極CG、ワード線WLとして機能する。
As shown in FIG. 3, the memory cell transistor Trm includes a gate electrode G having a laminated structure formed on a p-
また、選択ゲートトランジスタTrs1のゲート電極Gは、メモリセルトランジスタTrmのゲート電極Gと並設されており、当該メモリセルトランジスタTrmのゲート電極Gとほぼ同様の構成であるが、多結晶シリコン層6aおよびゲート間絶縁膜5に貫通孔が構成されており、多結晶シリコン層6bおよび多結晶シリコン層4間が構造的および電気的に接続するように構成されている。
The gate electrode G of the select gate transistor Trs1 is arranged in parallel with the gate electrode G of the memory cell transistor Trm, and has substantially the same configuration as the gate electrode G of the memory cell transistor Trm, but the
これらの選択ゲートトランジスタTrs1およびメモリセルトランジスタTrmのゲート電極G上にはキャップ膜7が形成されている。このキャップ膜7は、例えばシリコン窒化膜、またはTEOS(Tetra Ethoxy Ortho Silicate)系の材料(シリコン酸化膜)により形成されている。多結晶シリコン層4、ゲート間絶縁膜5、多結晶シリコン層6a、6b、タングステンシリサイド層6cの側面は各ゲート電極G毎に面一に形成されている。
A
Y方向に隣接する2つの選択ゲートトランジスタTrs1のゲート電極G間には、不純物導入層2bがシリコン基板2の表層に導電層として構成されている。この不純物導入層2bはn型の不純物がイオン注入された層である。
Between the gate electrodes G of the two select gate transistors Trs1 adjacent in the Y direction, an
キャップ膜7の上および各ゲート電極Gの側面を覆うように層間絶縁膜9が形成されている。この層間絶縁膜9は、TEOS系の材料(シリコン酸化膜)により構成されており、その上面9aがキャップ膜7の上端面よりも上方に位置するように構成されている。
An interlayer insulating
不純物導入層2bの直上の層間絶縁膜9にはコンタクトホールH1が設けられており、当該コンタクトホールH1内にはビット線コンタクトCBが構成されている。尚、図2に示すように、ビット線コンタクトCBは平面的には円形状に形成されている。楕円形状に形成されていても良い。尚、選択ゲートトランジスタTrs1のゲート電極Gとビット線コンタクトCBとの間には、層間絶縁膜9が埋め込まれており、ビット線コンタクトCBは、所謂セルフアラインコンタクト構造をなしていない。
A contact hole H1 is provided in the
このビット線コンタクトCBは、例えば不純物がドープされた多結晶シリコンによって構成され、不純物導入層2bの上面から上方に向けて形成されており、その上部がゲート電極Gの上方、さらには層間絶縁膜9の上面9aから上方に突出して形成されている。
The bit line contact CB is made of, for example, polycrystalline silicon doped with impurities, and is formed upward from the upper surface of the
すなわち、ビット線コンタクトCBは、その上部の側壁CBaが層間絶縁膜9の上面に対して突出して形成されている。上部の側壁CBaの側面は層間絶縁膜9の上面9aに対して垂直面となるように形成されている。
That is, the bit line contact CB is formed such that the upper side wall CBa protrudes from the upper surface of the
このビット線コンタクトCB上の一部上や、ストッパー絶縁膜11の一部上、層間絶縁膜9の上には層間絶縁膜10が形成されている。この層間絶縁膜10は、層間絶縁膜9と同一材料(TEOS系のシリコン酸化膜)により形成されている。
An interlayer insulating
ビット線コンタクトCBの上部の側壁CBaの側部にはストッパー絶縁膜11が形成されている。このストッパー絶縁膜11は、層間絶縁膜9、10とは異なる材料(エッチング処理時に層間絶縁膜10との間で高選択性を得られる材料:例えばシリコン窒化膜)により形成されている。
A
このストッパー絶縁膜11は、ビット線コンタクトCBの側周面CBcの上端部となる上側周端部CBbから当該ビット線コンタクトCBの上部の側壁CBaの側面に沿って当該上部側壁CBaを覆うように形成されており、層間絶縁膜9の上面9aまでその上外面が上に凸となるように湾曲して形成されている。
The
また図2をも参照して詳述すれば、ストッパー絶縁膜11は、上側周端部CBbからその外下方の所定範囲(所定距離)に位置するストッパー絶縁膜11の外周縁部(外周端部)11aに至るまで上外面が上に凸となる湾曲形状に形成されている。
Further, referring to FIG. 2 as well, the
図3に示すように、ストッパー絶縁膜11は、層間絶縁膜9の上面9aの一部を覆うように形成されており、図2に示すように、外周縁部11aがY方向で選択ゲートトランジスタTrs1のゲート電極Gの側壁の上方に位置して形成されており、当該ゲート電極Gの側端部を覆うように形成されている。
As shown in FIG. 3, the
後述するViaプラグ12を形成する際にビット線コンタクトCBの上にViaホールH2を形成する必要があるが、ViaホールH2を形成するときにアライメントずれをY方向に生じると、ゲート電極Gの側面にまで達する孔が形成されてしまう虞を生じる。 When forming a via plug 12 to be described later, it is necessary to form a via hole H2 on the bit line contact CB. However, if misalignment occurs in the Y direction when the via hole H2 is formed, the side surface of the gate electrode G is formed. There is a possibility that a hole reaching up to may be formed.
そこでストッパー絶縁膜11は、その外周縁部11aが選択ゲート電極Trs1のゲート電極Gの側端部を覆うように形成されている。これにより、キャップ膜7が層間絶縁膜9、10との間で高選択性を有する材料(例えばシリコン窒化膜)により形成されていれば、層間絶縁膜10をエッチング処理したとしてもストッパー絶縁膜11およびキャップ膜7の上面でエッチング処理をストップすることができ、上記不具合を防止できる。
Therefore, the
また、図2に示すように、ストッパー絶縁膜11は複数のビット線コンタクトCBの上部側壁CBaの側部間においてX方向に分断形成されている。この分断領域には、層間絶縁膜10が形成されている。層間絶縁膜10を構成するシリコン酸化膜の比誘電率は、ストッパー絶縁膜11を構成するシリコン窒化膜の比誘電率に比較して低いため、隣接するビット線コンタクトCB間の容量値を低減することができる。
Further, as shown in FIG. 2, the
ビット線コンタクトCBとストッパー絶縁膜11の上には、Viaプラグ12が第2のプラグとして構成されている。このViaプラグ12は、例えばTi/TiN積層膜からなるバリアメタル膜12aおよび例えばタングステン(W)等による金属膜12bにより構成されている。Viaプラグ12は、その側面全体が層間絶縁膜10によって覆われている。
On the bit line contact CB and the
Viaプラグ12の上には配線層13がY方向に沿って形成されている。配線層13の上には層間絶縁膜14が形成されているが、この層間絶縁膜14内に形成されたViaプラグ15を介してビット線BLが接続されている。この構造については本実施形態の特徴には直接関係しないためその詳細説明を省略する。
On the via plug 12, a
これまでの技術では、例えば特許文献1に示すように、ビット線コンタクトCBの側壁周面CBc全面にシリコン窒化膜が形成されていると比誘電率を抑制することができず、ビット線コンタクトCBとゲート電極Gとの間の容量値が増してしまうため好ましくない。また、例えば特許文献2を適用した場合、エッチング停止層が上部の側壁CBaの側部に対し平面方向全体に渡って形成されていると、ビット線コンタクトCBと他の電気的構成要素との間の容量値が同様に増してしまうため好ましくない。
In the conventional technology, for example, as shown in
本実施形態に係る構造によれば、ストッパー絶縁膜11がビット線コンタクトCBの上部の側壁CBaに沿って当該ビット線コンタクトCBの周囲所定距離に位置する外周縁部11aまでのみ形成されているため、他の電気的構成要素との間の容量値を抑制することができる。
According to the structure according to the present embodiment, the
<製造方法について>
以下、このようなフラッシュメモリ装置のゲート電極の上層の多層配線構造の製造方法について、図4ないし図11をも参照しながら説明する。
<About manufacturing method>
Hereinafter, a method of manufacturing the multilayer wiring structure on the upper layer of the gate electrode of such a flash memory device will be described with reference to FIGS.
尚、ゲート電極Gの形成方法は本実施形態の特徴に関係しないため省略する。図4に示すように、シリコン基板2上にゲート電極Gを形成するとともに、キャップ膜7をゲート電極G上に成膜し、当該ゲート電極Gおよびキャップ膜7をX方向に分断すると共に、その分断領域に向けてイオンインプランテーション技術によってシリコン基板2の表層にn型の不純物をイオン注入し、ソース/ドレイン領域2aを形成すると共に不純物導入層2bを形成する。
Note that a method for forming the gate electrode G is omitted because it is not related to the features of the present embodiment. As shown in FIG. 4, the gate electrode G is formed on the
次に、シリコン基板2、各キャップ膜7、各ゲート電極Gの上や側面を覆うようにTEOS系のシリコン酸化膜やBPSG(Boro-Phospho Silicate Glass)などのシリケードガラスを層間絶縁膜9として形成し、層間絶縁膜9に対し不純物導入層2bの上に貫通するコンタクトホールH1を形成し、当該コンタクトホールH1内にビット線コンタクトCBを埋込み、層間絶縁膜9およびビット線コンタクトCBの上部をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化処理する。
Next, a silicon oxide film such as a TEOS-based silicon oxide film or BPSG (Boro-Phospho Silicate Glass) is used as the
次に、図5に示すように、ビット線コンタクトCBの材料に対して高選択比の得られる条件を用いて層間絶縁膜9をドライエッチング処理することによりビット線コンタクトCBの上面CBdの高さよりも層間絶縁膜9の上面9aを所定高さ(例えば1000Å)だけ低くする。すると、ビット線コンタクトCBの上部の側壁CBaの側壁面がシリコン基板2表面の垂直方向に露出する。
Next, as shown in FIG. 5, the
次に、図6に示すように、層間絶縁膜9およびビット線コンタクトCBを覆うようにストッパー絶縁膜11を形成する。ストッパー絶縁膜11は、層間絶縁膜9とは異なる材料、例えばシリコン窒化膜(例えば、Si3N4)である。
Next, as shown in FIG. 6, a
次に、図7に示すように、層間絶縁膜9およびビット線コンタクトCBとストッパー絶縁膜11との間で高選択性を有する条件によってストッパー絶縁膜11をドライエッチング処理しエッチバックする。すると、ストッパー絶縁膜11がビット線コンタクトCBの上側周端部CBbから側壁上部CBaの側周面に沿って上部の側壁CBaを覆うと共に上外面が上に凸となるように残留する。尚、平面的には、図2に示すように、ストッパー絶縁膜11は、ビット線コンタクトCBの上部の側壁CBaの外周囲に対して外方に向けて所定範囲(所定距離)離間した外周縁部11aまで残留する。
Next, as shown in FIG. 7, the
図2に示すように、ストッパー絶縁膜11は、その外周縁部11aがX方向に並設されたビット線コンタクトCBの上部の側壁CBaの側部に対し平面的には円形状に残留するが、ストッパー絶縁膜11は複数のビット線コンタクトCBの上部の側壁CBaの側部間において分断されるようになる。
As shown in FIG. 2, the
次に、図8に示すように、層間絶縁膜9、ストッパー絶縁膜11並びにビット線コンタクトCB上に例えばTEOS系のシリコン酸化膜(SiO2)膜からなる層間絶縁膜10を形成する。すなわち、前ステップにおいて分断されたストッパー絶縁膜11間には層間絶縁膜10が形成されるようになる。したがって、層間絶縁膜10の比誘電率はストッパー絶縁膜11の比誘電率に比較して低いため、隣接するビット線コンタクトCB間の容量値を抑制できる。
Next, as shown in FIG. 8, an
次に、図9に示すように、層間絶縁膜10の上にレジスト15を塗布し当該レジスト15をパターンニングする。次に、図10に示すように、パターンニングされたレジスト15をマスクとしてRIE(Reactive Ion Etching)法によりエッチング処理しViaホールH2を形成する。このとき、エッチング処理時にはビット線コンタクトCBおよびストッパー絶縁膜11の材料に対して高選択性を有する条件によって層間絶縁膜10をエッチング処理するが、層間絶縁膜10の膜厚をエッチング処理する通常処理時間に対して50%程度処理時間を増加したオーバーエッチング処理を行う。これは、ビット線コンタクトCBの上面を確実に露出させるためである。
Next, as shown in FIG. 9, a resist 15 is applied on the
この場合、レジスト15のパターン形成時にマスクの合わせずれを生じ、層間絶縁膜10に対してViaホールH2がビット線コンタクトCBの形成範囲W1からその周囲(範囲W2参照)の所定範囲内でずれたとしても、層間絶縁膜10をエッチング処理したときにストッパー絶縁膜11がエッチング処理のストッパーとして作用するため、ViaホールH2が下方に形成されたゲート電極Gの上部または側部にまで突き抜ける虞をなくすことができる。
In this case, misalignment of the mask occurs when the pattern of the resist 15 is formed, and the via hole H2 is deviated from the formation range W1 of the bit line contact CB within the predetermined range around the bit line contact CB (see the range W2). However, since the
図11は、ViaホールH2の形成領域がY方向に最大許容範囲までずれた場合の断面図を模式的に示している。この図11に示すように、マスク合わせずれが生じViaホールH2を形成したときには、ストッパー絶縁膜11の上外面の湾曲面に沿うようにViaホールH2の下端面が形成される。次に、ViaホールH2内にスパッタ法によって例えばTi/TiN積層膜からなるバリアメタル膜12aを形成する。
FIG. 11 schematically shows a cross-sectional view when the formation region of the via hole H2 is shifted to the maximum allowable range in the Y direction. As shown in FIG. 11, when the mask misalignment occurs and the via hole H2 is formed, the lower end surface of the via hole H2 is formed along the curved surface of the upper outer surface of the
次に、図3に示すように、バリアメタル膜12aの上に金属膜12bを成膜すると共にCMP法により平坦化処理する。すなわちダマシン法によってViaプラグ12を形成する。次に、Viaプラグ12および層間絶縁膜10の上に配線層13を形成する。次に、配線層13上に層間絶縁膜14、Viaプラグ15、ビット線BLを形成するが、この工程については本実施形態に直接関係しないため詳細な記述を省略する。
Next, as shown in FIG. 3, a
仮に、ViaホールH2を形成した時点で当該ViaホールH2がその下方に位置するゲート電極Gの上部もしくは側部まで突き抜けてしまうと、バリアメタル膜12aおよび金属膜12bをViaホールH2内に形成したときにゲート電極Gの電気的構成要素とViaプラグ12とが短絡してしまう。本実施形態においては、ストッパー絶縁膜11がビット線コンタクトCBの側壁上部CBaの周囲に沿ってビット線コンタクトCBの外方に向けて所定距離離間した外周縁部11aまで形成されているため、たとえマスクの合わせずれを生じたとしても短絡する虞がなくなり、デバイス不良を防止できる。
If the via hole H2 penetrates to the upper part or the side part of the gate electrode G located below the via hole H2, the
このような実施形態に係る製造方法によれば、シリコン基板2の表層に不純物導入層2bを形成し、不純物導入層2b上に層間絶縁膜9を形成し、当該不純物導入層2b上に貫通するコンタクトホールH1を形成し、コンタクトホールH1内にビット線コンタクトCBを埋込み、キャップ膜7の上面よりも上方で且つビット線コンタクトCBの上面CBdよりも下方位置となる上面9aまで層間絶縁膜9を除去し、層間絶縁膜9の上面9a上およびビット線コンタクトCBの上にストッパー絶縁膜11を形成し、このストッパー絶縁膜11をドライエッチングすることでストッパー絶縁膜11をビット線コンタクトCBの上部の側壁CBaの側部の所定範囲まで残留させ、層間絶縁膜9およびストッパー絶縁膜11並びにビット線コンタクトCBの上に層間絶縁膜10を形成し、ビット線コンタクトCBおよびストッパー絶縁膜11に対して高選択性を有する条件により層間絶縁膜10をRIE法によりエッチングしてViaホールH2を形成し、このViaホールH2内にViaプラグ12を形成する。このため、たとえViaホールH2を形成するときにマスクの合わせずれが生じたとしてもストッパー絶縁膜11によってエッチング処理がストップし、ViaホールH2がビット線コンタクトCBの上部の側壁CBaより下方まで突き抜ける虞がなくなる。これにより、Viaプラグ12がゲート電極Gに対して構造的に接触しないように構成でき、デバイスの信頼性を向上できる。
According to the manufacturing method according to such an embodiment, the
また、選択ゲートトランジスタTrs1のゲート電極Gの上方に位置して当該ゲート電極Gの側端面を平面的に覆うようにストッパー絶縁膜11を形成するため、層間絶縁膜9、10とキャップ膜7との間で高選択性を有する条件下で層間絶縁膜9、10のエッチング処理が可能であれば、ViaホールH2を形成するときにマスク合わせずれが大きく生じ、仮に層間絶縁膜9にまでエッチング処理が及んだとしてもキャップ膜7の上部でエッチング処理がストップし、ViaホールH2がゲート電極Gにまで達することを防止でき、デバイスの信頼性を保持できる。
Further, in order to form the
また、ビット線コンタクトCBの側周面CBc全体(側壁面全体)ではなく、上部側壁CBaのみにストッパー絶縁膜11を形成しているため、ビット線コンタクトCBとゲート電極Gとの間の容量値を抑えることができる。
Further, since the
また、ストッパー絶縁膜11は、ビット線コンタクトCBの上部側壁CBaから平面的に所定範囲内のみに形成されるため、平面的に隣接する他の電気的構成要素との間の容量値を抑制できる。特に、ストッパー絶縁膜11は、隣接する2つのビット線コンタクトCB間において分断されるため、隣接する2つのビット線コンタクトCB間の容量値を抑制できる。
Moreover, since the
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形もしくは拡張が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the following modifications or expansions are possible.
ビット線コンタクトCBの径とViaプラグ13の径とは同一寸法で形成されていても、何れか一方が大きい寸法で形成されていても良い。
ビット線コンタクトプラグCB、Viaプラグ12に適用したが、ソース線コンタクトプラグなどの他のプラグに適用しても良い。
The diameter of the bit line contact CB and the diameter of the
Although applied to the bit line contact plug CB and the Via plug 12, it may be applied to other plugs such as a source line contact plug.
CMP法によって平坦化処理した後、層間絶縁膜9をドライエッチングによって上面9aの高さ位置まで除去するようにしたが、これに代えて、CMP法によって平坦化処理するのみでも同様に層間絶縁膜9の上部を落とし込むことができる。
After the planarization process by the CMP method, the
ストッパー絶縁膜11をシリコン窒化膜により形成した実施形態を示したが、これに代えて、不純物ドープ型、不純物アンドープ型の何れの多結晶シリコン、非晶質シリコン、単結晶シリコンなどの他のシリコン系材料によってストッパー膜として形成しても良い。層間絶縁膜10とエッチング処理時の高選択性を得られる材料であれば絶縁膜であっても導電膜であっても何れの材料で構成しても良い。
積層構造のゲート電極Gに限られることなく、一般的なトランジスタのゲート電極に代えて適用しても良い。
フラッシュメモリ装置1に適用したが、その他の半導体装置に適用できることは言うまでもない。
Although the embodiment in which the
The present invention is not limited to the gate electrode G having a stacked structure, and may be applied in place of a gate electrode of a general transistor.
Although applied to the
図面中、1はフラッシュメモリ装置(半導体装置)、2はシリコン基板(半導体基板)、2bは不純物導入層(導電層)、7はキャップ膜、9は層間絶縁膜、11はストッパー絶縁膜(ストッパー膜)、11aは外周縁部、12はViaプラグ(第2のプラグ)、CBはコンタクトプラグ(第1のプラグ)、CBaは上部側壁、Gはゲート電極である。 In the drawings, 1 is a flash memory device (semiconductor device), 2 is a silicon substrate (semiconductor substrate), 2b is an impurity introduction layer (conductive layer), 7 is a cap film, 9 is an interlayer insulating film, and 11 is a stopper insulating film (stopper). Membrane), 11a is an outer peripheral edge, 12 is a Via plug (second plug), CB is a contact plug (first plug), CBa is an upper side wall, and G is a gate electrode.
Claims (5)
前記半導体基板の上に形成された層間絶縁膜と、
上部が前記層間絶縁膜の上面から上方に突出し、前記導電層の上に対して前記層間絶縁膜を貫通するように形成された第1のプラグと、
前記層間絶縁膜とは異なる材料により形成され、前記層間絶縁膜から突出した前記上部の側壁から当該第1のプラグの外方に向けて所定距離離間した外周縁部まで形成されたストッパー膜と、
前記第1のプラグの上に形成された第2のプラグとを備えたことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate having a conductive layer formed on a surface layer;
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate;
A first plug having an upper portion protruding upward from the upper surface of the interlayer insulating film and penetrating the interlayer insulating film with respect to the conductive layer;
A stopper film formed of a material different from that of the interlayer insulating film and formed from the upper side wall protruding from the interlayer insulating film to an outer peripheral edge spaced a predetermined distance toward the outside of the first plug;
A semiconductor device comprising: a second plug formed on the first plug.
前記ストッパー膜は、前記複数の第1のプラグの前記側壁にそれぞれ形成され、前記隣接した複数の第1のプラグ間において分断されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 A plurality of the first plugs are juxtaposed in a predetermined direction,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the stopper film is formed on each of the side walls of the plurality of first plugs, and is divided between the plurality of adjacent first plugs.
前記ゲート電極の上に形成されるキャップ膜であって前記層間絶縁膜に対してエッチング処理時の高選択性を有する材料によって形成されたキャップ膜と備え、
前記第1のプラグは、その上端部が前記キャップ膜の上端部の上方まで突出するように構成され、
前記ストッパー膜は、その外周縁部が前記第1のプラグに隣接したゲート電極の上方に位置して当該ゲート電極の側端部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。 A gate electrode formed on the semiconductor substrate in parallel with the first plug;
A cap film formed on the gate electrode, the cap film formed of a material having high selectivity during the etching process with respect to the interlayer insulating film,
The first plug is configured such that its upper end protrudes to above the upper end of the cap film,
The stopper film is formed so that an outer peripheral edge portion thereof is positioned above a gate electrode adjacent to the first plug and covers a side end portion of the gate electrode. 2. The semiconductor device according to 2.
前記第1のプラグの下面より上方位置で且つ前記第1のプラグの上面よりも下方位置まで前記第1の層間絶縁膜を選択的に除去する工程と、
前記第1の層間絶縁膜および前記第1のプラグ上に前記第1の層間絶縁膜とは異なる材料によりストッパー膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜から露出した前記第1のプラグの上部の側壁の側部に位置する前記ストッパー膜は残しつつ前記第1のプラグ上面上および前記第1の層間絶縁膜上の前記ストッパー膜を除去する工程と、
前記第1の層間絶縁膜および前記ストッパー膜並びに前記第1のプラグの上に第2の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ストッパー膜に対して高選択性を有する条件により前記ストッパー膜をストッパーとして前記第2の層間絶縁膜を除去し前記第1のプラグの上にホールを形成する工程と、
前記ホール内に第2のプラグを埋込む工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first plug in the first interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate so as to penetrate the conductive layer formed on the surface layer of the semiconductor substrate;
Selectively removing the first interlayer insulating film to a position above the lower surface of the first plug and to a position below the upper surface of the first plug;
Forming a stopper film on the first interlayer insulating film and the first plug with a material different from that of the first interlayer insulating film;
The stopper film on the upper surface of the first plug and on the first interlayer insulating film is removed while leaving the stopper film located on the side portion of the upper side wall of the first plug exposed from the interlayer insulating film. And a process of
Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film, the stopper film, and the first plug;
Removing the second interlayer insulating film using the stopper film as a stopper under a condition having high selectivity with respect to the stopper film to form a hole on the first plug;
And a step of burying a second plug in the hole.
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