JP2008226989A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1層間絶縁膜13と、前記第1層間絶縁膜13上に形成された第2層間絶縁膜14と、前記第1層間絶縁膜13と前記第2層間絶縁膜14とを貫通して形成され、上面1bの外径d1が第1層間絶縁膜13と第2層間絶縁膜14との界面位置13aの外径d2よりも小さい下層コンタクトプラグ1と、前記第2層間絶縁膜14上に形成された第3層間絶縁膜22と、前記下層コンタクトプラグ1上で前記第3層間絶縁膜22を貫通して形成され、前記下層コンタクトプラグ1と電気的に接続された上層コンタクトプラグ2とを有する上下導通構造を備える半導体装置とする。
【選択図】図1
Description
次に、下層コンタクトプラグ10、下部層間絶縁膜11および配線21の上に、図6に示す上部層間絶縁膜12を形成する。次いで、フォトレジストを用いて、上部層間絶縁膜12をドライエッチングすることにより、下層コンタクトプラグ10上に図6に示すスルーホール2aを開口する。その後、CVD法により、上部層間絶縁膜12上およびスルーホール2a内に導電膜を成膜し、ドライエッチバックまたはCMP法により上部層間絶縁膜12上の導電膜を除去することにより、図6に示す上層コンタクトプラグ2を形成する。
また、半導体装置として、コンタクトを含む配線におけるバリアメタル膜を確実に成膜し、コンタクトを含む配線の信頼性を向上する技術がある(例えば、特許文献3参照)。
また、本発明は、上下導通構造の大きさを大きくすることなく、踏外しマージンおよびショートマージンを十分に確保でき、下層コンタクトプラグと上層コンタクトプラグとの接続を確実に行なうことができるとともに、配線と下層コンタクトプラグとの短絡を確実に防ぐことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の半導体装置は、第1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上に形成された第2層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜と前記第2層間絶縁膜とを貫通して形成され、上面の外径が前記第1層間絶縁膜と前記第2層間絶縁膜との界面位置の外径よりも小さい下層コンタクトプラグと、前記第2層間絶縁膜上に形成された第3層間絶縁膜と、前記下層コンタクトプラグ上で前記第3層間絶縁膜を貫通して形成され、前記下層コンタクトプラグと電気的に接続された上層コンタクトプラグとを有する上下導通構造を備えることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、前記下層コンタクトプラグと前記上層コンタクトプラグとの間に、ダミー配線が形成されているものとすることができる。
また、本発明の半導体装置の製造方法においては、前記第3層間絶縁膜を形成する工程の前に、前記下層コンタクトプラグ上に、前記下層コンタクトプラグと接続するダミー配線を形成する工程を備える方法とすることができる。
図1は、本発明の半導体装置の断面構造を説明するための図であり、半導体装置の上下導通構造を示した概略断面図である。
図1において、符号1はW/TiN/Ti等の導電膜からなる下層コンタクトプラグを示し、符号13はシリコン基板(図示せず)上に形成された第1層間絶縁膜を示し、符号14は第1層間絶縁膜13上に形成された第2層間絶縁膜を示している。
例えば、CF4/O2の混合ガスでCDEを行なう場合、第1層間絶縁膜13にBPSG膜を用い、第2層間絶縁膜14にTEOSプラズマ酸化膜を用いることが好ましい。
上層コンタクトプラグ2は、下方から上方に向かって拡径されたテーパ形状を有している。また、本実施形態においては、図1に示すように、下層コンタクトプラグ1の中心軸と上層コンタクトプラグ2の中心軸とは、平面位置がずれている。このため、上層コンタクトプラグ2の底面2bの一部が、平面視で下層コンタクトプラグ1の上面1bからはみ出した状態、言い換えると、上層コンタクトプラグ2が下層コンタクトプラグ1の上面1bを一部踏外した状態となっている。そして、上層コンタクトプラグ2が、下層コンタクトプラグ1の上面1bよりも下に配置された部分であって、下層コンタクトプラグ1の上面1bを踏外した部分である踏外し部2cを有するものとされている。踏外し部2cは、下層コンタクトプラグ1の上面1bから界面位置13aまでの側面および下層コンタクトプラグ1の段部31aと電気的に接続されている。
次に、フォトレジストを用いてRIE(ReactiveIon Etching)等の異方性ドライエッチング法により、第1層間絶縁膜13と第2層間絶縁膜14とを貫通して、壁面に段差がなく、下方から上方に向かって拡径されたテーパ形状のコンタクトホール(図示せず)を開口する。その後、フッ酸などの酸をエッチング液として用いるウエットエッチングを行う。例えば、第1層間絶縁膜13にBPSG膜を用い、第2層間絶縁膜14にTEOSプラズマ酸化膜を用い、エッチング液として500(H2O):1(HF)の希フッ酸を用いた場合、3分程度のウエットエッチングを行なう。このウエットエッチングにおいて、第1層間絶縁膜13と第2層間絶縁膜14とのウエットエッチングレートの違いにより、図1および図2に示すように、上縁の内径(下層コンタクトプラグ1の上面1bの外径d1に相当する)が第1層間絶縁膜13と第2層間絶縁膜14との界面位置13aの内径(下層コンタクトプラグ1の界面位置13aの外径d2に相当する)よりも小さい下層コンタクトホール1aが開口される。
このようにして得られた下層コンタクトプラグ1は、下層コンタクトホール1aの形状が転写され、図2に示すように、第1層間絶縁膜13と第2層間絶縁膜14とを貫通し、上面1bの外径d1が第1層間絶縁膜13と第2層間絶縁膜14との界面位置13aの外径d2よりも小さいものとなる。
次に、下層コンタクトプラグ1、第2層間絶縁膜14および配線21の上に、図1に示す第3層間絶縁膜22を形成する。次いで、フォトレジストを用いて、第3層間絶縁膜22をドライエッチングまたはウエットエッチングすることにより、下層コンタクトプラグ10上で第3層間絶縁膜22を貫通する図1に示すスルーホール2aを開口する。その後、CVD法により、第3層間絶縁膜22上およびスルーホール2a内にW/TiN等からなる導電膜を成膜し、ドライエッチバックまたはCMP法により第3層間絶縁膜22上の導電膜を除去することにより、図1に示すように、下層コンタクトプラグ1と電気的に接続された上層コンタクトプラグ2を形成する。
したがって、界面位置13aの下層コンタクトプラグ1の平面視での面積が、上層コンタクトプラグ2の底面2bとの被接続領域の面積であるとみなすことができる。よって、本実施形態の半導体装置によれば、下層コンタクトプラグ1と上層コンタクトプラグ2との接続を確実に行なうことができる。
図3は、本発明の半導体装置の断面構造を説明するための図であり、半導体装置の他の上下導通構造を示した概略断面図である。なお、図3に示す半導体装置において、図1に示す半導体装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態の半導体装置が図1に示す第1の実施形態の半導体装置と異なるところは、下層コンタクトプラグ1の中心部分に存在する空間からなる巣1f(シーム)が形成されているところと、下層コンタクトプラグ1と上層コンタクトプラグ2との間に、ダミー配線21aが形成されているところである。
その後、第2層間絶縁膜14上に第3層間絶縁膜22を形成する前に、下層コンタクトプラグ1上に、ダミー配線21aを形成する。なお、ダミー配線21aと配線21とが同じ材質である場合、ダミー配線21aは配線21と同時に形成することが好ましい。そして、ダミー配線21aおよび配線21を形成した後の工程は、上述した図1に示す半導体装置の製造方法と同様にして行なう。
図3に示すように、下層コンタクトプラグ1の中心部分に巣1fがある場合、上層コンタクトプラグ2を形成するためのスルーホール2aを開口するエッチングを行っているときに、エッチング種が巣1fに到達して、巣1fの中に入り込み、基板まで届いて基板をエッチングしてしまうことがある。また、上層コンタクトプラグ2を形成するためのスルーホール2aを開口した後に、巣1fがスルーホール2aの底面に露出されると、スルーホール2aの開口後に下層コンタクトプラグ1などが剥離したり、スルーホール2aのエッチング後のレジスト剥離液やポリマー除去液、スルーホール2a内にTiNを成膜する前の前処理液等を用いるウエット処理時に、薬液が巣1fの中に入り込み、巣1fの中から出てこなくなって乾燥不良を起こしたりすることがある。
図5は、本発明の半導体装置の断面構造を説明するための図であって、図1に示す上下導通構造を有する半導体装置の概略断面図である。なお、図5に示す半導体装置において、図1に示す半導体装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図5において、符号101は、半導体基板を示している。半導体基板101は所定濃度の不純物を含有する半導体、例えばシリコンからなる。
さらに、図5に示される半導体装置においては、第3層間絶縁膜22上および上層コンタクトプラグ2上に、データを蓄積する容量記憶部となるキャパシタ(図示略)が形成されており、DRAM(Dynamic Random Access Memory)構造が形成されている。
Claims (9)
- 第1層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜上に形成された第2層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜と前記第2層間絶縁膜とを貫通して形成され、上面の外径が前記第1層間絶縁膜と前記第2層間絶縁膜との界面位置の外径よりも小さい下層コンタクトプラグと、
前記第2層間絶縁膜上に形成された第3層間絶縁膜と、
前記下層コンタクトプラグ上で前記第3層間絶縁膜を貫通して形成され、前記下層コンタクトプラグと電気的に接続された上層コンタクトプラグとを有する上下導通構造を備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記下層コンタクトプラグが、前記第1層間絶縁膜を貫通して配置された下部プラグと、前記第2層間絶縁膜を貫通して配置された上部プラグとからなり、
前記下部プラグおよび前記上部プラグは、下方から上方に向かって拡径されたテーパ形状を有し、
前記下層コンタクトプラグの前記界面位置には、前記下部プラグの上面と前記第2層間絶縁膜とが接する段部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記上層コンタクトプラグの底面の一部が、平面視で下層コンタクトプラグの上面からはみ出して形成され、
前記上層コンタクトプラグが、前記下層コンタクトプラグの上面よりも下に配置された踏外し部を有し、
前記踏外し部が、前記下層コンタクトプラグの上面から前記界面位置までの側面および前記段部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第2層間絶縁膜と前記第3層間絶縁膜との間に、前記下層コンタクトプラグおよび前記上層コンタクトプラグと絶縁された配線が形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記下層コンタクトプラグと前記上層コンタクトプラグとの間に、ダミー配線が形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の半導体装置。
- 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、
第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜のエッチングレートが、前記第2層間絶縁膜のエッチングレートよりも早いエッチング方法により、前記第1層間絶縁膜と前記第2層間絶縁膜とを貫通し、上縁の内径が前記第1層間絶縁膜と前記第2層間絶縁膜との界面位置の内径よりも小さい下層コンタクトホールを開口する工程と、
前記下層コンタクトホール内に導電膜を形成することにより、下層コンタクトプラグを形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜上に第3層間絶縁膜を形成する工程と、
前記下層コンタクトプラグ上で前記第3層間絶縁膜を貫通する上層コンタクトホールを開口し、前記上層コンタクトホール内に導電膜を形成することにより、前記下層コンタクトプラグと電気的に接続された上層コンタクトプラグを形成する工程とを行なうことにより、前記上下導通構造を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記下層コンタクトホールが、
前記第1層間絶縁膜を貫通して形成され、下方から上方に向かって拡径されたテーパ形状を有する下部ホールと、
前記第2層間絶縁膜を貫通して形成され、下方から上方に向かって拡径されたテーパ形状を有する上部ホールと、
前記下層コンタクトホールの前記界面位置に形成され、前記下部ホールの天面と前記第2層間絶縁膜とが接する段部とを有するものであることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第3層間絶縁膜を形成する工程の前に、前記第2層間絶縁膜上に、前記下層コンタクトプラグおよび前記上層コンタクトプラグと絶縁される配線を形成する工程を備えることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3層間絶縁膜を形成する工程の前に、前記下層コンタクトプラグ上に、前記下層コンタクトプラグと接続するダミー配線を形成する工程を備えることを特徴とする請求項6〜請求項8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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