JP2008210849A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP2008210849A JP2007043812A JP2007043812A JP2008210849A JP 2008210849 A JP2008210849 A JP 2008210849A JP 2007043812 A JP2007043812 A JP 2007043812A JP 2007043812 A JP2007043812 A JP 2007043812A JP 2008210849 A JP2008210849 A JP 2008210849A
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Akira Nakano
晃 中野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a capacitor in which a bore diameter can be enlarged sufficiently by preventing a short circuit between capacitors even under such conditions as a sufficient inter-capacitor distance cannot be obtained. <P>SOLUTION: The manufacturing method of a semiconductor device having a cylinder type capacitor structure comprises a step for forming a sacrifice film (104) on a semiconductor substrate, a step for providing a gap (106) between the sacrifice films by etching (104') the sacrifice film into cylinder shape, a step for forming a cylinder insulating film (107) in the gap between the sacrifice films, a step for forming a cylinder hole (108) by removing the sacrifice film selectively, a step for forming a lower electrode on the inner wall and the bottom of the cylinder hole, a step for forming a capacitor insulating film on the entire surface, and a step for forming an upper electrode on the entire surface. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、詳しくは、DRAM等のメモリ素子のシリンダ型キャパシタの構造の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a structure of a cylinder capacitor of a memory element such as a DRAM.

近年、半導体装置の大容量化、微細化が加速度的に進展しており、特にDRAM(Dynamic Random Access Memory)においては、最小加工寸法を70nm以下とするギガビット級のメモリが製品化されつつある。   In recent years, the increase in capacity and miniaturization of semiconductor devices has been accelerated, and in particular, DRAM (Dynamic Random Access Memory) has been commercialized as a gigabit class memory having a minimum processing dimension of 70 nm or less.

DRAMの主要構成要素であるキャパシタでは、素子の微細化に拘わらず、α線ソフトエラー等の外的雑音によるメモリの誤動作を防ぐためには所定の容量を確保する必要がある。キャパシタ容量(C)は、下記式(1)で表される。   In a capacitor, which is a main component of a DRAM, it is necessary to secure a predetermined capacity in order to prevent malfunction of a memory due to external noise such as an α-ray soft error, regardless of the miniaturization of elements. The capacitor capacity (C) is represented by the following formula (1).

C=εS/d ・・・ (1)
(εは容量絶縁膜の誘電率、Sは電極面積、dは容量絶縁膜の厚さを示す)
C = εS / d (1)
(Ε represents the dielectric constant of the capacitive insulating film, S represents the electrode area, and d represents the thickness of the capacitive insulating film)

微細化に伴い、キャパシタ面積の確保が困難になりつつある。したがって、電極面積の縮小に対して所定の容量(C)を確保するためには、容量絶縁膜の誘電率εを上げる(高誘電率材料(High-K材料)の使用)、あるいは容量絶縁膜の厚さdを減少させる必要がある。   With miniaturization, it is becoming difficult to ensure the capacitor area. Therefore, in order to secure a predetermined capacitance (C) with respect to the reduction of the electrode area, the dielectric constant ε of the capacitive insulating film is increased (use of a high dielectric constant material (High-K material)), or the capacitive insulating film It is necessary to reduce the thickness d.

微細化により電極面積がさらに縮小されると、これらの対策のみでは十分な容量の確保が困難となっている。   When the electrode area is further reduced by miniaturization, it is difficult to secure a sufficient capacity only by these measures.

このような状況下において、電極を三次元的に形成し、十分な電極面積を確保することが実施されている。一つは、キャパシタを縦方向に延ばして電極面積の確保を図っている。このようなキャパシタは、上方向に積み上げるスタック型と下方向に掘り下げるトレンチ型に大別されるが、現在はスタック型が主流となっている。スタック型の中でも、大容量、微細化に適した構造として円筒状に下部電極を形成するシリンダ型キャパシタが挙げられる。他方、下部電極表面に微細な凹凸を形成し、電極面積の確保を図ることが提案され、実用化されている。代表的には、下部電極をポリシリコンで形成し、ポリシリコン表面に薄くアモルファスシリコン膜を堆積し、ジシラン等を原料に低温CVD法によりSi粒を成長させるHSG(Hemi Spherical Grain)技術が挙げられる。現在では、シリンダ型キャパシタの下部電極にHSGを形成して電極面積を確保している。   Under such circumstances, it has been practiced to form electrodes three-dimensionally to ensure a sufficient electrode area. One is to secure the electrode area by extending the capacitor in the vertical direction. Such capacitors are roughly classified into a stack type that is stacked upward and a trench type that is digged downward, but at present, the stack type is the mainstream. Among the stack types, a cylinder type capacitor in which a lower electrode is formed in a cylindrical shape can be cited as a structure suitable for large capacity and miniaturization. On the other hand, it has been proposed and put into practical use to form fine irregularities on the surface of the lower electrode to ensure the electrode area. A typical example is an HSG (Hemi Spherical Grain) technique in which the lower electrode is formed of polysilicon, a thin amorphous silicon film is deposited on the polysilicon surface, and Si grains are grown by low-temperature CVD using disilane or the like as a raw material. . At present, the electrode area is secured by forming HSG on the lower electrode of the cylinder type capacitor.

初期のシリンダ型キャパシタでは、絶縁膜に形成した細孔内に下部電極材料を成膜し、絶縁膜を除去した後、下部電極の円筒部分の内壁及び外壁にキャパシタ絶縁膜を設け、さらに上部電極を形成していた(いわゆる、王冠型(クラウン型)キャパシタ)。しかし、集積度が高まるに従い、絶縁膜を厚くし、細孔を深くしていくと、絶縁膜除去の際に、下部電極が浮き上がったり、倒れたりする問題が発生した。そこで、下部電極の外壁を取り囲む絶縁膜は除去せずに、内壁のみを利用してキャパシタを形成することが提案された。この結果、シリンダ型キャパシタはより深い細孔に下部電極を形成し、電極面積を確保する必要がある。   In early cylinder capacitors, a lower electrode material was formed in the pores formed in the insulating film, and after removing the insulating film, a capacitor insulating film was provided on the inner wall and outer wall of the cylindrical portion of the lower electrode, and the upper electrode (So-called crown type capacitor). However, as the degree of integration increases, when the insulating film is made thicker and the pores are made deeper, there is a problem that the lower electrode is lifted or falls when the insulating film is removed. Therefore, it has been proposed to form a capacitor using only the inner wall without removing the insulating film surrounding the outer wall of the lower electrode. As a result, the cylinder type capacitor needs to form a lower electrode in a deeper pore to ensure an electrode area.

ギガビット級メモリでは、所定の領域により多くのシリンダ型キャパシタを林立させなければならず、所定孔径のキャパシタを形成しようとすると、隣接するキャパシタ間距離を十分に得ることが困難となる。細孔をさらに深く形成すればよいのであるが、高アスペクト比の細孔を形成することには限界があり、キャパシタ形成自体も困難となる。キャパシタ間距離が十分に得られない条件でこのように深い細孔を形成すると、エッチング時のボーイングにより、隣接する細孔の一部がつながってしまい、ショートする可能性がある。そのため、十分に孔径を拡大することができなかった。   In the gigabit class memory, a large number of cylinder-type capacitors must be erected in a predetermined region, and when it is attempted to form a capacitor having a predetermined hole diameter, it is difficult to obtain a sufficient distance between adjacent capacitors. Although it is only necessary to form the pores deeper, there is a limit to the formation of the high aspect ratio pores, and the capacitor formation itself becomes difficult. If such deep pores are formed under conditions where the distance between the capacitors cannot be sufficiently obtained, adjacent pores may be connected due to bowing during etching, which may cause a short circuit. Therefore, the hole diameter could not be expanded sufficiently.

また、HSGポリシリコンを下部電極とするキャパシタ(いわゆるMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)型キャパシタ)では、容量膜として高誘電率の酸化タンタル(Ta)を使用すると、容量膜とポリシリコン層との界面に薄いシリコン酸化膜が形成され容量の低下を招きやすいため、下部電極はHSGの形成できるポリシリコンとしても、上部電極には酸化膜の形成されない金属を用いている。下部電極も金属化したキャパシタ(いわゆるMIM(Metal-Insulator-Metal)型キャパシタ)が形成できれば、実効的な容量の増大を図ることは可能である。しかし、MIM型キャパシタを用いてさえも、上述のように、シリンダ型キャパシタを形成するような微細構造の半導体装置では、シリンダ加工時のボーイングの発生によりシリンダ径の拡大を図ることが困難で、電極面積を確保できないことからメモリ動作マージンを向上させるキャパシタ容量が得られていないのが現状である。 Further, in a capacitor (so-called MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) type capacitor) having HSG polysilicon as a lower electrode, when a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) having a high dielectric constant is used as a capacitor film, the capacitor film and the polysilicon are used. Since a thin silicon oxide film is formed at the interface with the layer and the capacitance is likely to be reduced, the lower electrode is made of a metal on which an oxide film is not formed, even if it is polysilicon capable of forming HSG. If a metallized capacitor (so-called MIM (Metal-Insulator-Metal) type capacitor) can be formed on the lower electrode, the effective capacitance can be increased. However, even with MIM type capacitors, as described above, it is difficult to increase the cylinder diameter due to the occurrence of bowing at the time of cylinder processing in a finely structured semiconductor device that forms a cylinder type capacitor. Since the electrode area cannot be secured, the capacitor capacity for improving the memory operation margin has not been obtained.

本発明は、ボーイング形状を有しない、すなわち側壁が垂直なシリンダを形成することにより、キャパシタ間のショートを防止し、最大限、孔径を拡大できるキャパシタの製造方法を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a capacitor that can prevent a short circuit between capacitors and maximize the hole diameter by forming a cylinder having no bowing shape, that is, having a vertical side wall.

本発明は、シリンダ型キャパシタ構造を有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上に犠牲膜を形成する工程、
犠牲膜をシリンダ形状にエッチングし、犠牲膜間に間隙を設ける工程、
前記犠牲膜間の間隙にシリンダ絶縁膜を埋め込み形成する工程、
前記犠牲膜を除去し、シリンダ孔を形成する工程、
前記シリンダ孔の内壁及び底部に下部電極を形成する工程、
全面に容量絶縁膜を形成する工程、及び
全面に上部電極を形成する工程
を有する半導体装置の製造方法に関する。
The present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a cylindrical capacitor structure,
Forming a sacrificial film on a semiconductor substrate;
Etching the sacrificial film into a cylinder shape and providing a gap between the sacrificial films;
A step of burying and forming a cylinder insulating film in a gap between the sacrificial films;
Removing the sacrificial film and forming a cylinder hole;
Forming a lower electrode on the inner wall and bottom of the cylinder hole;
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a capacitive insulating film on the entire surface and a step of forming an upper electrode on the entire surface.

本発明では、キャパシタ形成時の鋳型となるシリンダ絶縁膜に従来のように孔加工してシリンダ孔を形成するのではなく、シリンダ孔以外の領域の犠牲膜を先にエッチングしてシリンダ孔となるべき領域に犠牲膜の柱を形成している。シリンダ孔以外の領域は全て連続して繋がっており空間的拡がりが大きいため、犠牲膜のドライエッチングに寄与するプラズマ中のイオンが特定の箇所に集中して横方向エッチングを助長することがない。したがって、側壁が垂直な犠牲膜の柱を形成することができる。従来技術では、閉ざされた空間にシリンダ孔を形成するために、エッチングが進行して孔の深さが深くなるにつれて、孔内に供給されるイオンは、一定の確率で散乱するようになり、特定箇所を横方向にエッチングしてボーイング形状を発生させていたが、本発明ではボーイング形状を発生させない。一旦、柱状の犠牲膜を形成した後、残存する犠牲膜間にシリンダ絶縁膜を埋め込み形成し、柱状の犠牲膜を除去しているため、隣接するシリンダ間に確実に絶縁膜を介在させることが可能となる。柱状の犠牲膜を除去することによって形成されるシリンダ孔はボーイング形状を有せず、側壁が垂直となっているので、シリンダ間距離を限界まで縮めてもシリンダ間のショートを防止でき、十分に孔径を拡大したキャパシタを得ることができる。   In the present invention, a cylinder hole is not formed by forming a hole in the cylinder insulating film as a mold at the time of capacitor formation as in the prior art, but a sacrificial film in a region other than the cylinder hole is first etched to form a cylinder hole. A sacrificial film pillar is formed in the power region. Since the regions other than the cylinder holes are all continuously connected and have a large spatial expansion, ions in the plasma that contribute to the dry etching of the sacrificial film are not concentrated at specific locations to promote the lateral etching. Therefore, a sacrificial film column having a vertical sidewall can be formed. In the prior art, in order to form a cylinder hole in a closed space, the ions supplied into the hole scatter with a certain probability as the etching progresses and the depth of the hole increases. Although the bowing shape is generated by etching the specific portion in the lateral direction, the bowing shape is not generated in the present invention. Once the columnar sacrificial film is formed, the cylinder insulating film is embedded and formed between the remaining sacrificial films, and the columnar sacrificial film is removed, so that the insulating film can be reliably interposed between adjacent cylinders. It becomes possible. The cylinder hole formed by removing the columnar sacrificial film does not have a bowing shape and the side walls are vertical, so even if the distance between the cylinders is reduced to the limit, a short circuit between the cylinders can be prevented sufficiently. A capacitor with an enlarged hole diameter can be obtained.

次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態の製造方法を説明する工程断面図である。図1(a)に示すように、あらかじめシリンダ型キャパシタへとつながる容量コンタクト部102とキャパシタの下地となる層間絶縁膜101が成膜されている。容量コンタクト部102は不図示のセルトランジスタの不純物拡散領域(ソース領域)に接続されている。次に、図1(b)に示すように、シリンダ−シリンダ間溝部のエッチングを停止させるためにストッパ窒化膜103を、例えば50nm程度の膜厚に成膜する。続いて、シリンダーシリンダー間溝部を作成するために、犠牲膜104となるシリコン酸化膜をプラズマCVD法を用いて、3μm程度の膜厚に成膜する。本発明では、シリンダ孔の深さ、すなわち犠牲膜104の厚さは2.5μm以上必要である。2μm以下に設定すれば、ボーイングの問題は回避できるが、この場合、MIM構造を採用してさえも、メモリ動作に必要なキャパシタ容量を得ることは困難となる。次に、シリンダ形成予定領域にレジストパターン105が残るようにパターニングを行う。ここでは、隣接するシリンダ形成予定領域の最小間隔をレジストの解像度限界(例えば、70nm)程度にする。図1(c)に示すように、レジストパターンをマスクにドライエッチング(エッチャントガス:Ar+O+C)を行うと、シリンダ形状に対応する犠牲膜104’が残り、犠牲膜104’間に間隙106が形成される。犠牲膜104’の側壁は垂直に形成されている。残存するレジストを除去すると、図2の断面斜視図に示す構造が得られる。続いて、図1(d)に示すように、この後の工程で成膜する容量膜以外の絶縁膜であって、犠牲膜104’の選択的な除去が可能となるシリンダ絶縁膜107、例えばシリコン窒化膜を前記間隙を埋めて成膜し、CMP法あるいはエッチバック法により犠牲膜104’の表面を露出させる。シリコン窒化膜の形成には、ジクロロシラン(SiH2Cl2)とアンモニア(NH3)を原料ガスとするLP−CVD(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition)法により形成する。このシリコン窒化膜はステップカバレージが極めて良いので、前記間隙を完全に埋めることができる。図1(e)に示すように犠牲膜104’のシリコン酸化膜を選択的に除去できるエッチング液(フッ酸含有溶液)でウェットエッチングする。続いて、犠牲膜104’の除去後に露出したストッパ窒化膜103をドライエッチングすることで、シリンダ孔108が形成される。シリンダ孔108の側壁は垂直に形成されている。この工程までの断面斜視図を図3に示す。図1(f)に示すように下部電極109(金属、Ti+TiN等)を成膜し、エッチバックを行い、シリンダ孔108の中以外は取り除く。図1(g)のように容量膜110(例えば、Ta、Al、BST、STO等)をALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて成膜し、さらに上部電極111(金属、TiN+W等)をCVD法およびスパッタ法を用いて成膜し、図4に示すようにシリンダ型キャパシタが完成する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a process cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, a capacitor contact portion 102 connected to a cylinder type capacitor and an interlayer insulating film 101 serving as a base of the capacitor are formed in advance. The capacitor contact portion 102 is connected to an impurity diffusion region (source region) of a cell transistor (not shown). Next, as shown in FIG. 1B, a stopper nitride film 103 is formed to a thickness of, for example, about 50 nm in order to stop the etching of the cylinder-cylinder groove. Subsequently, in order to create a groove portion between the cylinders and cylinders, a silicon oxide film to be the sacrificial film 104 is formed to a film thickness of about 3 μm using a plasma CVD method. In the present invention, the depth of the cylinder hole, that is, the thickness of the sacrificial film 104 needs to be 2.5 μm or more. If it is set to 2 μm or less, the bowing problem can be avoided, but in this case, it is difficult to obtain the capacitor capacity necessary for the memory operation even if the MIM structure is adopted. Next, patterning is performed so that the resist pattern 105 remains in the cylinder formation scheduled region. Here, the minimum interval between adjacent cylinder formation scheduled regions is set to the resist resolution limit (for example, 70 nm). As shown in FIG. 1C, when dry etching (etchant gas: Ar + O 2 + C 4 F 6 ) is performed using the resist pattern as a mask, a sacrificial film 104 ′ corresponding to the cylinder shape remains, and between the sacrificial films 104 ′. A gap 106 is formed. The side wall of the sacrificial film 104 ′ is formed vertically. When the remaining resist is removed, the structure shown in the sectional perspective view of FIG. 2 is obtained. Subsequently, as shown in FIG. 1D, a cylinder insulating film 107, which is an insulating film other than the capacitor film formed in the subsequent process and can selectively remove the sacrificial film 104 ′, for example, A silicon nitride film is formed to fill the gap, and the surface of the sacrificial film 104 ′ is exposed by CMP or etchback. The silicon nitride film is formed by LP-CVD (Low Pressure-Chemical Vapor Deposition) using dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ) as source gases. Since this silicon nitride film has very good step coverage, the gap can be completely filled. As shown in FIG. 1E, wet etching is performed with an etching solution (hydrofluoric acid-containing solution) that can selectively remove the silicon oxide film of the sacrificial film 104 ′. Subsequently, the cylinder hole 108 is formed by dry etching the stopper nitride film 103 exposed after the removal of the sacrificial film 104 ′. The side wall of the cylinder hole 108 is formed vertically. A cross-sectional perspective view up to this step is shown in FIG. As shown in FIG. 1 (f), a lower electrode 109 (metal, Ti + TiN, etc.) is formed, etched back, and removed except for the inside of the cylinder hole 108. As shown in FIG. 1G, a capacitor film 110 (for example, Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , BST, STO, etc.) is formed using an ALD (Atomic Layer Deposition) method, and an upper electrode 111 (metal) , TiN + W, etc.) are formed by using the CVD method and the sputtering method, and the cylinder type capacitor is completed as shown in FIG.

本発明では、シリンダ孔以外の領域の犠牲膜を先にエッチングしてシリンダ孔となるべき領域に犠牲膜の柱を形成している。シリンダ孔以外の領域は全て連続して繋がっており空間的拡がりが大きいため、犠牲膜のドライエッチングに寄与するプラズマ中のイオンが特定の箇所に集中して横方向エッチングを助長することがない。したがって、側壁が垂直な犠牲膜の柱104’を形成することができる。その結果、側壁が垂直でボーイング形状を有しないシリンダ孔108を形成することができる。したがって、シリンダ間隔を狭めてもシリンダ−シリンダ間には確実にシリンダ絶縁膜107を介在させることができ、従来のようにシリンダ間隔を狭めることにより発生するショートの問題は発生しない。また、シリンダ間隔を限界まで狭めることが可能であるため、十分な電極面積の確保が可能となる。   In the present invention, the sacrificial film in the region other than the cylinder hole is first etched to form the sacrificial film column in the region to be the cylinder hole. Since the regions other than the cylinder holes are all continuously connected and have a large spatial spread, ions in the plasma that contribute to the dry etching of the sacrificial film are not concentrated in a specific location to promote lateral etching. Therefore, the sacrificial film pillar 104 ′ having a vertical sidewall can be formed. As a result, the cylinder hole 108 whose side wall is vertical and does not have a bowing shape can be formed. Therefore, even if the cylinder interval is narrowed, the cylinder insulating film 107 can be reliably interposed between the cylinders, and there is no problem of short circuit that occurs when the cylinder interval is narrowed as in the prior art. Further, since the cylinder interval can be reduced to the limit, a sufficient electrode area can be ensured.

<第2の実施形態>
上記第1の実施形態よりもシリンダ間隔を狭くする方法を、第2の実施形態として以下に示す。
<Second Embodiment>
A method for narrowing the cylinder interval as compared with the first embodiment will be described below as a second embodiment.

図1(b)に示したような犠牲膜104の形成までは第1の実施形態と同様に実施した後、犠牲膜104上にハードマスク201を500〜800nm程度の厚みに成膜する(図5(a))。ハードマスク201としては、従来公知のものが使用でき、例えば、アモルファスカーボン膜、非晶質シリコン膜などが挙げられる。フォトレジスト105をハードマスク201上にパターン形成し、それをマスクにハードマスク201のエッチングを行う。ハードマスク201のエッチングは下層の犠牲膜104とエッチング選択比の得られる条件で実施する。アモルファスカーボン膜の場合は酸素含有プラズマを、非晶質シリコン膜の場合は塩素含有プラズマを用いることができる。   After the sacrificial film 104 as shown in FIG. 1B is formed in the same manner as in the first embodiment, a hard mask 201 is formed on the sacrificial film 104 to a thickness of about 500 to 800 nm (FIG. 1B). 5 (a)). As the hard mask 201, a conventionally known one can be used, and examples thereof include an amorphous carbon film and an amorphous silicon film. The photoresist 105 is patterned on the hard mask 201, and the hard mask 201 is etched using the photoresist 105 as a mask. The etching of the hard mask 201 is performed under the condition that the etching selectivity with the underlying sacrificial film 104 can be obtained. In the case of an amorphous carbon film, oxygen-containing plasma can be used, and in the case of an amorphous silicon film, chlorine-containing plasma can be used.

次に、全面に窒化膜を10nm程度の膜厚に成膜後、Ar,O,CHFガス等を用いたドライエッチングによりエッチバックを行い、パターン化されたハードマスク201の側壁部分にサイドウォール窒化膜202を形成する(図5(b))。 Next, after forming a nitride film to a thickness of about 10 nm on the entire surface, etch back is performed by dry etching using Ar, O 2 , CHF 3 gas, etc. A wall nitride film 202 is formed (FIG. 5B).

図5(c)に示すように、サイドウォール窒化膜202ごしに犠牲膜104のドライエッチングを行い、犠牲膜間の最短距離が100nm程度となるシリンダ形状の犠牲膜104’を成形する。図5(d)に示すようにハードマスク201及びサイドウォール窒化膜202をウェットエッチング等により取り除く。後の製造方法は上記第1の実施形態と同様である。本実施形態のようにすることで、第1の実施形態よりもシリンダ間の間隔を狭め、シリンダ孔径の更なる拡大を図ることが可能となる。   As shown in FIG. 5C, the sacrificial film 104 is dry-etched through the sidewall nitride film 202 to form a cylinder-shaped sacrificial film 104 'in which the shortest distance between the sacrificial films is about 100 nm. As shown in FIG. 5D, the hard mask 201 and the sidewall nitride film 202 are removed by wet etching or the like. The subsequent manufacturing method is the same as that of the first embodiment. By making it like this embodiment, the space | interval between cylinders can be narrowed rather than 1st Embodiment, and it becomes possible to aim at the further expansion of a cylinder hole diameter.

<第3の実施形態>
上記第1及び第2の実施形態では、犠牲膜を酸化膜とし、シリンダ絶縁膜を窒化膜としているが、窒化膜は酸化膜と比較して膜ストレスが高く、厚膜化するとウエーハが反ることが懸念される。そこで、本実施形態では、犠牲膜としてポリシリコンを用い、埋め込まれるシリンダ絶縁膜を酸化膜とする方法を説明する。
<Third Embodiment>
In the first and second embodiments, the sacrificial film is an oxide film and the cylinder insulating film is a nitride film. However, the nitride film has higher film stress than the oxide film, and the wafer warps when the film thickness is increased. There is concern. Therefore, in the present embodiment, a method will be described in which polysilicon is used as the sacrificial film and the buried cylinder insulating film is an oxide film.

まず、前記シリコン酸化膜に代えて、シリコン膜をLP−CVD等により犠牲膜として成膜する。その上にハードマスクとしてシリコン窒化膜やアモルファスカーボン膜などを形成し、このハードマスクを所定の形状に加工した後、ハードマスクをマスクとしてシリコン膜のエッチングを行い、図2に示したようなシリンダ形状を形成する。シリコン酸化膜を犠牲膜として用いる場合には、深くなるほどエッチングされにくくなるため、長時間を要するが、シリコン膜の場合は、深さの影響を受けにく、且つ垂直エッチングが可能なので生産性が向上する。   First, instead of the silicon oxide film, a silicon film is formed as a sacrificial film by LP-CVD or the like. A silicon nitride film, an amorphous carbon film, or the like is formed thereon as a hard mask, and after processing the hard mask into a predetermined shape, the silicon film is etched using the hard mask as a mask to form a cylinder as shown in FIG. Form a shape. When a silicon oxide film is used as a sacrificial film, the etching becomes difficult as the depth increases.However, in the case of a silicon film, productivity is not affected by the depth and vertical etching is possible. improves.

次に、シリコン酸化膜を例えばジクロロシランと一酸化二窒素(N2O)を原料ガスとするLP−CVD法などにより成膜し、シリンダ形状の犠牲膜の間隙を埋めて形成し、ポリシリコンの表面が露出するまでCMP法などにより平坦化する。その後、ウェットエッチングもしくはドライエッチングによりシリコン膜を除去することで、シリコン酸化膜にシリンダ孔が形成される。以後、同様にして下部電極、容量絶縁膜、上部電極を形成してキャパシタが完成する。 Next, a silicon oxide film is formed by, for example, an LP-CVD method using dichlorosilane and dinitrogen monoxide (N 2 O) as source gases, filling a gap between the cylinder-shaped sacrificial films, and polysilicon. The surface is planarized by CMP or the like until the surface is exposed. Thereafter, the silicon film is removed by wet etching or dry etching, thereby forming a cylinder hole in the silicon oxide film. Thereafter, the lower electrode, the capacitor insulating film, and the upper electrode are formed in the same manner to complete the capacitor.

本発明の一実施形態になる製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method which becomes one Embodiment of this invention. 図1(c)の工程後の構造を説明する断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view explaining the structure after the process of FIG.1 (c). 図1(e)の工程後の構造を説明する断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view explaining the structure after the process of FIG.1 (e). 図1に示す工程を経て形成されたキャパシタ構造の断面図である。It is sectional drawing of the capacitor structure formed through the process shown in FIG. 本発明の他の実施形態になる製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method which becomes other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 層間絶縁膜
102 容量コンタクト部
103 ストッパ窒化膜
104 犠牲膜
104’ シリンダ状犠牲膜
105 レジストパターン
106 シリンダ状犠牲膜間の間隙
107 シリンダ絶縁膜
108 シリンダ孔
109 下部電極
110 容量絶縁膜
111 上部電極
201 ハードマスク
202 サイドウォール窒化膜
101 Interlayer insulating film 102 Capacitor contact portion 103 Stopper nitride film 104 Sacrificial film 104 ′ Cylinder-shaped sacrificial film 105 Resist pattern 106 Gap between cylinder-shaped sacrificial films 107 Cylinder insulating film 108 Cylinder hole 109 Lower electrode 110 Capacitor insulating film 111 Upper electrode 201 Hard mask 202 Side wall nitride film

Claims (6)

シリンダ型キャパシタ構造を有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上に犠牲膜を形成する工程、
犠牲膜をシリンダ形状にエッチングし、犠牲膜間に間隙を設ける工程、
前記犠牲膜間の間隙にシリンダ絶縁膜を埋め込み形成する工程、
前記犠牲膜を選択的に除去し、シリンダ孔を形成する工程、
前記シリンダ孔の内壁及び底部に下部電極を形成する工程、
全面に容量絶縁膜を形成する工程、及び
全面に上部電極を形成する工程
を有する半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a cylinder-type capacitor structure,
Forming a sacrificial film on a semiconductor substrate;
Etching the sacrificial film into a cylinder shape and providing a gap between the sacrificial films;
A step of burying and forming a cylinder insulating film in a gap between the sacrificial films;
Selectively removing the sacrificial film to form a cylinder hole;
Forming a lower electrode on the inner wall and bottom of the cylinder hole;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a capacitive insulating film over the entire surface; and forming an upper electrode over the entire surface.
前記犠牲膜のエッチングは、犠牲膜上にハードマスクを形成し、ハードマスクに所定の開孔を形成した後、該ハードマスクをマスクに実施される請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the etching of the sacrificial film is performed by forming a hard mask on the sacrificial film, forming a predetermined opening in the hard mask, and then using the hard mask as a mask. 前記ハードマスクに所定の開孔を形成した後、該ハードマスクの側壁に側壁窒化膜を形成し、ハードマスク及び側壁窒化膜をマスクに前記犠牲膜のエッチングを行う請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The semiconductor device according to claim 2, wherein after forming a predetermined opening in the hard mask, a sidewall nitride film is formed on a sidewall of the hard mask, and the sacrificial film is etched using the hard mask and the sidewall nitride film as a mask. Manufacturing method. 前記犠牲膜がシリコン酸化膜であり、埋め込み形成されるシリンダ絶縁膜がシリコン窒化膜である請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the sacrificial film is a silicon oxide film, and the cylinder insulating film to be embedded is a silicon nitride film. 前記犠牲膜がポリシリコン膜であり、埋め込み形成されるシリンダ絶縁膜がシリコン酸化膜である請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the sacrificial film is a polysilicon film, and the cylinder insulating film to be embedded is a silicon oxide film. 前記シリンダ型キャパシタは、下部電極及び上部電極を共に金属材料で構成したMIM容量である請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the cylinder type capacitor is an MIM capacitor in which both a lower electrode and an upper electrode are made of a metal material.
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