JP2011243736A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
DRAM(Dynamic Random Access Memory)のメモリセルは、選択用トランジスタとキャパシタの組合せで構成されている。
キャパシタは、下部電極と、上部電極と、下部電極と上部電極との間に挟みこまれた容量絶縁膜(誘電体膜)とを有した構成とされている。
微細加工技術の進展によるメモリセルの微細化に伴い、キャパシタの電荷蓄積量の減少が問題となってきた。この問題を解決するために、絶縁膜に形成したホール(キャパシタ孔)にキャパシタを設けることが行われている。
また、近年のさらなる微細化の進展に伴って、キャパシタの電極のアスペクト比が大きくなり、加工が困難になってきたため、電極を形成するためのホール(キャパシタ孔)を深さ方向に2回に分けて加工する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、高アスペクト比の電極の外壁をキャパシタとして利用する場合には、製造工程の途中で倒れて隣接する電極(下部電極)と短絡すること(倒壊)を防止するため、サポート膜(梁)を設けて電極を保持する技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、キャパシタの電極形成の際に使用する配線層の一部を、メモリセル以外の領域での配線層(局所配線)として使用する技術も知られている(例えば、特許文献3参照)。
A DRAM (Dynamic Random Access Memory) memory cell includes a combination of a selection transistor and a capacitor.
The capacitor is configured to include a lower electrode, an upper electrode, and a capacitor insulating film (dielectric film) sandwiched between the lower electrode and the upper electrode.
Along with the miniaturization of memory cells due to the advancement of microfabrication technology, a reduction in the amount of charge stored in capacitors has become a problem. In order to solve this problem, a capacitor is provided in a hole (capacitor hole) formed in an insulating film.
In addition, with the progress of further miniaturization in recent years, the aspect ratio of the electrode of the capacitor has increased, making it difficult to process. Therefore, the hole (capacitor hole) for forming the electrode is formed twice in the depth direction. A technique for separately processing has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
In addition, when using the outer wall of a high aspect ratio electrode as a capacitor, a support film (beam) is used to prevent the electrode from collapsing during the manufacturing process and shorting (collapse) with the adjacent electrode (lower electrode). A technique for providing and holding an electrode is known (see, for example, Patent Document 2).
A technique is also known in which a part of a wiring layer used when forming an electrode of a capacitor is used as a wiring layer (local wiring) in a region other than a memory cell (for example, see Patent Document 3).
ところで、キャパシタの上部電極には所定の電位を与えるために、第1のコンタクトプラグを介して、上部電極の上層に配置された上部配線(金属配線)に接続する必要がある。
また、メモリセル領域の外側に配置された周辺回路領域に設けられた周辺回路用トランジスタには、第2のコンタクトプラグを介して、上部配線と接続する必要がある。
この際に、半導体装置の製造工程を簡略化するため、第1のコンタクトプラグが配置される第1のコンタクト孔と、第2のコンタクトプラグが配置される第2のコンタクト孔とを同時に形成することが求められる。
近年主流のDRAMでは、半導体基板上に形成した周辺回路用トランジスタよりも高い位置にキャパシタが設けられている。このため、周辺回路用トランジスタと接続される第2のコンタクトプラグは、キャパシタの上部電極と接続される第1のコンタクトプラグよりも深い位置に底部が到達するように形成する必要がある。つまり、第2のコンタクト孔の深さを第1のコンタクト孔の深さよりも深くする必要がある。
しかしながら、深さの異なる第1及び第2のコンタクト孔を同時に形成しようとすると、第2のコンタクト孔を形成するためのエッチングによって、第1のコンタクト孔が上部電極を付き抜け、さらに上部電極の下層の領域までエッチングが進行してしまう。
したがって、第1のコンタクトプラグの形成領域の直下には、ショートを防止するための配線層を配置することができないと言う問題があった。
このような配線層を配置できない領域の存在は、配線のレイアウトの自由度を小さくするため、半導体装置の高集積化の阻害要因となっていた。
By the way, in order to give a predetermined potential to the upper electrode of the capacitor, it is necessary to connect to the upper wiring (metal wiring) disposed in the upper layer of the upper electrode through the first contact plug.
Further, the peripheral circuit transistor provided in the peripheral circuit region arranged outside the memory cell region needs to be connected to the upper wiring through the second contact plug.
At this time, in order to simplify the manufacturing process of the semiconductor device, the first contact hole in which the first contact plug is disposed and the second contact hole in which the second contact plug is disposed are simultaneously formed. Is required.
In recent years, a mainstream DRAM is provided with a capacitor at a higher position than a peripheral circuit transistor formed on a semiconductor substrate. Therefore, the second contact plug connected to the peripheral circuit transistor needs to be formed so that the bottom reaches a position deeper than the first contact plug connected to the upper electrode of the capacitor. That is, it is necessary to make the depth of the second contact hole deeper than the depth of the first contact hole.
However, if the first and second contact holes having different depths are formed at the same time, the etching for forming the second contact hole causes the first contact hole to pass through the upper electrode, and the upper electrode Etching proceeds to the lower layer region.
Therefore, there is a problem that a wiring layer for preventing a short circuit cannot be disposed immediately below the formation region of the first contact plug.
The existence of such a region where the wiring layer cannot be arranged has been an obstacle to high integration of semiconductor devices in order to reduce the degree of freedom of wiring layout.
本発明の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板のメモリセル領域及び周辺回路領域の上に設けられた素子層と、前記素子層上であって、前記周辺回路領域のうち、前記メモリセル領域と前記周辺回路領域との境界付近に位置する領域に設けられた局所配線と、前記素子層上に形成され、前記局所配線を覆う層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜中に形成され、複数の第1の下部電極、前記第1の下部電極上に積み重ねられた第2の下部電極、及び複数の前記第1及び第2の下部電極に対して共通の電極である上部電極を有するキャパシタと、前記層間絶縁膜中にあり、複数の前記第1の下部電極を連結すると共に、前記局所配線の一部と対向する位置まで延出形成された第1のサポート膜と、前記上部電極よりも上層に位置する第1の上部配線と、前記上部電極と前記第1の上部配線とを連結すると共に、前記局所配線の上方に位置し、かつ前記第1のサポート膜まで到達する第1のコンタクトプラグと、を備えたことを特徴とする半導体装置が提供される。 According to an aspect of the present invention, a semiconductor substrate, an element layer provided on a memory cell region and a peripheral circuit region of the semiconductor substrate, and on the element layer, wherein the peripheral circuit region includes: A local wiring provided in a region located near the boundary between the memory cell region and the peripheral circuit region, an interlayer insulating film formed on the element layer and covering the local wiring, and formed in the interlayer insulating film A plurality of first lower electrodes, a second lower electrode stacked on the first lower electrode, and an upper electrode that is a common electrode for the plurality of first and second lower electrodes A capacitor, a first support film that is in the interlayer insulating film, connects the plurality of first lower electrodes, and extends to a position facing a part of the local wiring; and the upper electrode The first top located above And a first contact plug that connects the upper electrode and the first upper wiring and is located above the local wiring and reaches the first support film. A semiconductor device is provided.
本発明の半導体装置によれば、複数の第1の下部電極を連結する第1のサポート膜を、局所配線の一部と対向する位置まで延出させることにより、上部電極と第1の上部配線とを連結する第1のコンタクトプラグの下方に局所配線を配置することが可能になると共に、局所配線の下層に下部配線を配置することが可能となる。
これにより、メモリセル領域と周辺回路領域との境界付近に位置する領域において、局所配線及びその下層に配置された下部配線とを用いて、多層的に配線層のレイアウトを行うことが可能(配線層のレイアウトの自由度が大きくすることが可能)となるので、半導体装置を高集積化することができる。
According to the semiconductor device of the present invention, the first support film connecting the plurality of first lower electrodes is extended to a position facing a part of the local wiring, whereby the upper electrode and the first upper wiring are formed. It is possible to dispose the local wiring below the first contact plug connecting the two and the lower wiring to the lower layer of the local wiring.
As a result, in the region located near the boundary between the memory cell region and the peripheral circuit region, the wiring layer can be laid out in multiple layers using the local wiring and the lower wiring arranged below it (wiring) Therefore, the degree of freedom of layer layout can be increased), so that the semiconductor device can be highly integrated.
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の半導体装置の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体装置の寸法関係とは異なる場合がある。 Embodiments to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings. The drawings used in the following description are for explaining the configuration of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. The size, thickness, dimensions, and the like of each part shown in FIG. May be different.
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を模式的に示す平面図である。図1では、本実施の形態の半導体装置10の一例として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を図示する。また、図1は、メモリセル領域11、周辺回路領域12、及び周辺回路領域12の一部である境界領域13との位置関係を説明するための図であるので、図1では、本実施の形態の半導体装置10を構成する具体的な構成要素の図示を省略する。図1において、X−X方向は、図示していないビット線65の延出方向を示しており、Y−Y方向は、X−X方向と交差するゲート電極82の延出方向を示している。
図1を参照するに、本実施の形態の半導体装置10のDRAM素子は、複数のメモリセル領域11と、複数のメモリセル領域11を囲む周辺回路領域12とを有する。
メモリセル領域11は、後述する第1及び第2のガード壁25,28によって最外周を囲まれた領域であり、後述する選択用トランジスタ53,54及びキャパシタ31を含む複数のメモリセルが所定の規則に従って配列されている。
周辺回路領域12には、センスアンプ回路(図示せず)や、ワード線(ゲート電極82)の駆動回路(図示せず)、外部との入出力回路(図示せず)等が設けられている。
以下の説明では、周辺回路領域12のうち、メモリセル領域11と周辺回路領域12との境界付近に位置する領域(メモリセル領域11と隣接する周辺回路領域12の一部)を境界領域13と記載する。境界領域13は、説明のため便宜的に設けた呼称である。なお、図1の配置は一例であり、メモリセル領域11の数や、メモリセル領域11の配置位置等は、図1のレイアウトに限定されない。
(Embodiment)
FIG. 1 is a plan view schematically showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) is illustrated as an example of the
Referring to FIG. 1, the DRAM element of the
The
The
In the following description, an area (a part of the
図2は、図1に示す半導体装置のA−A線方向の概略構成を示す断面図である。図2において、図1に示す半導体装置10と同一構成部分には同一符号を付す。また、図2に示すZ−Z方向はX−X方向と直交する方向(第1及び第2のコンタクト孔34〜36の深さ方向)を示している。
図2を参照するに、本実施の形態の半導体装置10は、半導体基板15と、半導体基板15の表面15a側に形成された素子層16と、ランディングパッド17,18と、局所配線19,21と、ストッパ膜23と、第1の層間絶縁膜24と、第1のガード壁25と、第1のサポート膜26と、第2の層間絶縁膜27と、第2のガード壁28と、第2のサポート膜29と、キャパシタ31と、第3の層間絶縁膜32と、第1のコンタクト孔34と、第2のコンタクト孔35,36と、第1のコンタクトプラグ37と、第2のコンタクトプラグ38,39と、第1の上部配線42と、第2の上部配線43,44と、保護膜45とを有する。
本実施の形態の場合、素子層16上に形成された層間絶縁膜は、素子層16上に順次積層された第1の層間絶縁膜24、第2の層間絶縁膜27、及び第3の層間絶縁膜32により構成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the semiconductor device shown in FIG. 2, the same components as those of the
Referring to FIG. 2, the
In the present embodiment, the interlayer insulating film formed on the
半導体基板15は、メモリセル領域11及び周辺回路領域12(メモリセル領域11と隣接する周辺回路領域12の一部である境界領域13を含む)を有する。半導体基板15は、板状とされており、例えば、P型のシリコン基板を用いることができる。
素子層16は、半導体基板15のメモリセル領域11及び周辺回路領域12に形成されている。素子層16は、素子分離領域51と、選択用トランジスタ53,54と、周辺領域用トランジスタ55と、窒化シリコン膜57と、層間絶縁膜59,71と、拡散層用プラグ61〜64と、ビット線65と、下部配線66〜68と、コンタクトプラグ73〜75とを有する。
素子分離領域51は、半導体基板15に設けられており、活性領域を区画している。選択用トランジスタ53,54は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタであり、メモリセル領域11に形成された活性領域に隣接して配置されている。選択用トランジスタ53,54は、半導体基板15の表面15aに形成されたゲート絶縁膜81と、ゲート絶縁膜81上に設けられたゲート電極82と、半導体基板15に形成された不純物拡散層83,84とを有する。
不純物拡散層83は、各選択用トランジスタ53,54に対して設けられている。不純物拡散層83は、ドレイン領域として機能する。不純物拡散層84は、選択用トランジスタ53,54に対して共通の不純物拡散層である。不純物拡散層84は、ソース領域として機能する。
The
The
The
The
周辺領域用トランジスタ55は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタであり、周辺回路領域12に形成された活性領域に配置されている。周辺領域用トランジスタ55は、ゲート絶縁膜81と、ゲート電極82と、半導体基板15に形成された不純物拡散層86,87とを有する。
窒化シリコン膜57は、ゲート電極82の上面及び側面を覆うように設けられている。層間絶縁膜59は、素子分離領域51、選択用トランジスタ53,54、及び周辺領域用トランジスタ55を覆うように、半導体基板15の表面15aに設けられている。層間絶縁膜59としては、例えば、酸化シリコン膜を用いることができる。
The
The
拡散層用プラグ61〜64は、層間絶縁膜59を貫通するように設けられている。拡散層用プラグ61は、不純物拡散層83及びコンタクトプラグ73と接続されている。拡散層用プラグ62は、不純物拡散層84及びビット線65と接続されている。拡散層用プラグ63は、不純物拡散層86及び下部配線67と接続されている。拡散層用プラグ64は、不純物拡散層87及び下部配線68と接続されている。
ビット線65は、層間絶縁膜59上に設けられており、ゲート電極82と交差する方向(X−X方向)に延出している。なお、図2では、模式的にビット線65の一部のみを図示している。
下部配線66〜68は、周辺回路領域12に形成された層間絶縁膜59上に設けられている。下部配線66は、境界領域13のうち、第1コンタクトプラグ37の下方の領域を含む領域に配置されている。
コンタクトプラグ73〜75は、層間絶縁膜71を貫通するように設けられている。コンタクトプラグ73は、ランディングパッド18及び拡散層用プラグ61と接続されている。コンタクトプラグ74は、局所配線19及び下部配線66、或いは局所配線19及び下部配線67と接続されている。コンタクトプラグ75は、局所配線21及び下部配線68と接続されている。
The diffusion layer plugs 61 to 64 are provided so as to penetrate the
The
The
The contact plugs 73 to 75 are provided so as to penetrate the
図3は、図2に示すランディングパッド及び局所配線の形状及び位置関係を説明するための平面図である。図3において、図1及び図2と同一構成部分には同一符号を付す。
図2及び図3を参照するに、ランディングパッド17は、メモリセル領域11の最外周を囲むように、層間絶縁膜71上に設けられている。ランディングパッド17は、リング形状とされている。ランディングパッド17は、複数のランディングパッド18を囲んでいる。ランディングパッド17は、境界領域13の近傍に位置するメモリセル領域11の最外周に配置されている。ランディングパッド17は、額縁形状とされた第1のガード壁25の下端と接続されている。
ランディングパッド18は、ランディングパッド17よりも内側に位置するメモリセル領域11に複数設けられている。ランディングパッド18は、ランディングパッド17により囲まれている。ランディングパッド18は、平面視で、例えば、円形状を有するパッドとすることができる。ランディングパッド18は、円柱状とされた後述する第1の下部電極95の下端と接続されている。ランディングパッド18は、ランディングパッド18上において第1の下部電極95の位置を調整することで、隣り合う位置に配置された第1の下部電極95間の距離を最適化するためのパッドである。
FIG. 3 is a plan view for explaining the shape and positional relationship of the landing pad and the local wiring shown in FIG. 3, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
2 and 3, the
A plurality of
局所配線19,21は、周辺回路領域12に形成された層間絶縁膜71上に設けられている。局所配線19は、コンタクトプラグ74と接続されており、コンタクトプラグ74を介して、周辺回路用トランジスタ55を構成する不純物拡散層86と電気的に接続されている。
局所配線19は、その一部が境界領域13に配置されている。境界領域13に配置された局所配線19(局所配線19の一部)は、局所配線19の上方に配置された第1のコンタクトプラグ37の下端と対向している。
局所配線21は、局所配線19よりもメモリセル領域11から離間した位置に配置されている。局所配線21は、コンタクトプラグ75と接続されており、コンタクトプラグ75を介して、周辺回路用トランジスタ55を構成する不純物拡散層87と電気的に接続されている。
The
A part of the
The
図2を参照するに、ストッパ膜23は、ランディングパッド17,18及び局所配線19,21を覆うように、層間絶縁膜71上に設けられている。ストッパ膜23は、エッチングにより、第1のガード壁25を配置するための第1のガード壁用溝104(図7参照)、第1の下部電極95を配置するためのキャパシタ孔103(図7参照)が貫通するように形成されている。ストッパ膜23は、キャパシタ31を構成する第1及び第2の下部電極95,96の外壁を露出させるためのウエットエッチングの工程において、薬液が下層に浸透することを防止するためのストッパとして機能する。
また、第1のコンタクト孔34、及び第2のコンタクト孔35,36を形成する際にはドライエッチングのストッパとしても機能する膜である。ストッパ膜23としては、例えば、窒化シリコン膜を用いることができる。
第1の層間絶縁膜24は、ストッパ膜23の上面23aを覆うように設けられている。第1の層間絶縁膜24としては、例えば、酸化シリコン膜を用いることができる。
第1のガード壁25は、ランディングパッド17上に形成された第1の層間絶縁膜24を貫通しており、下端がランディングパッド17と接続されている。第1のガード壁25の上端は、第1の層間絶縁膜24の上面24aから突出している。第1のガード壁25は、キャパシタ31を形成する際に行う第1の層間絶縁膜24のウエットエッチングにより、周辺回路領域12に形成された第1の層間絶縁膜24がエッチングされることを防止するための壁である。
Referring to FIG. 2, the
The film also functions as a dry etching stopper when the
The first
The
第1のサポート膜26は、第1の層間絶縁膜24の上面24aに設けられている。第1のサポート膜26は、第1乃至第3の層間絶縁膜24,27,32(層間絶縁膜)を構成する酸化シリコン膜とは、異なる絶縁膜である窒化シリコン膜により構成されている。
第1のサポート膜26は、メモリセル領域11(具体的には、キャパシタ31の形成領域)から境界領域13に形成された第1のコンタクトプラグ37まで延出しており、局所配線19の一部と対向している。
メモリセル領域11に形成された第1のサポート膜26は、第1の層間絶縁膜24の上面24aから突出した複数の第1の下部電極95の外周側面と接触することで、複数の第1の下部電極95を連結している。第1のサポート膜26は、複数の第1の下部電極95を形成後に、複数の第1の下部電極95間に形成された第1の層間絶縁膜24をエッチングする際、複数の第1の下部電極95が倒壊して短絡することを防止するための膜である。
メモリセル領域11に形成された第1のサポート膜26には、開口部91が形成されている。開口部91は、ウエットエッチングにより、メモリセル領域11に形成された第1の層間絶縁膜24にキャパシタ31を構成する容量絶縁膜97及び上部電極98を配置するための第1の空間111(図16参照)を形成する際に必要なエッチング液を導入するための導入部である。
The
The
The
An
境界領域13に形成された第1のサポート膜26は、第1のコンタクト孔34に形成される第1のコンタクトプラグ37の形成領域を覆うように配置されている。言い換えれば、第1のサポート膜26は、第1のコンタクト孔34が形成される前の段階において、第1のコンタクト孔34の形成領域を塞ぐように配置されている。
このように、複数の第1の下部電極95を連結する第1のサポート膜26を、第1のコンタクトプラグ37の形成領域を塞ぐように境界領域13まで延出させて配置することで、エッチングにより、第1のコンタクト孔34と、第1のコンタクト孔34よりも深さの深い第2のコンタクト孔35,36とを同時に形成する際、第1のサポート膜26をエッチングストッパとして機能させることが可能となるため、第2のコンタクト孔35,36を形成後に、第1のコンタクト孔34が第1の層間絶縁膜24を貫通することを防止できる。
The
In this manner, the
これにより、第1のコンタクトプラグ37の深さを第1の層間絶縁膜24を貫通しない深さにすることが可能となるので、第1のコンタクトプラグ37の下端と対向する層間絶縁膜71上に局所配線19を配置することが可能になると共に、局所配線19の下層に局所配線19と電気的に接続される下部配線66,67を配置することが可能となる。
よって、境界領域13において、局所配線19と、局所配線19の下方に配置されたコンタクトプラグ74及び下部配線66,67とを用いて、多層的に配線層のレイアウトを行うことが可能(配線層のレイアウトの自由度が大きくすることが可能)となるので、半導体装置10を高集積化することができる。
As a result, the depth of the
Therefore, in the
第2の層間絶縁膜27は、複数の第1の下部電極95を連結する第1のサポート膜26を覆うように、第1の層間絶縁膜24上に積層されている。第2の層間絶縁膜27としては、例えば、酸化シリコン膜を用いることができる。
第2のガード壁28は、第1のガード壁25上に形成された第2の層間絶縁膜27を貫通しており、下端が第1のガード壁25の上端と接続されている。第2のガード壁28は、額縁形状とされている。第2のガード壁28の上端は、第2の層間絶縁膜27の上面27aから突出している。第2のガード壁28は、キャパシタ31を形成する際に行う第2の層間絶縁膜27のエッチングにより、周辺回路領域12に形成された第2の層間絶縁膜27がエッチングされることを防止するための壁である。
The second
The
第2のサポート膜29は、第2の層間絶縁膜27の上面27aに設けられている。第2のサポート膜29は、第1乃至第3の層間絶縁膜24,27,32を構成する酸化シリコン膜とは、異なる絶縁膜である窒化シリコン膜により構成されている。
第2のサポート膜29は、メモリセル領域11(具体的には、キャパシタ31の形成領域)から境界領域13に延出している。
メモリセル領域11に形成された第2のサポート膜29は、第2の層間絶縁膜27の上面27aから突出した複数の第2の下部電極96の外周側面と接触することで、複数の第2の下部電極96を連結している。第2のサポート膜29は、複数の第2の下部電極96を形成後に、複数の第2の下部電極96間に形成された第2の層間絶縁膜27をエッチングする際、複数の第2の下部電極96が倒壊して短絡することを防止するための膜である。
メモリセル領域11に形成された第2のサポート膜29には、開口部92が形成されている。開口部92は、ウエットエッチングにより、メモリセル領域11に形成された第2の層間絶縁膜27にキャパシタ31を構成する容量絶縁膜97及び上部電極98を配置するための第2の空間112(図16参照)を形成する際に必要なエッチング液を導入するための導入部である。
The
The
The
An
境界領域13に形成された第2のサポート膜29は、第1のコンタクト孔34の形成領域を覆うように配置されている。言い換えれば、第2のサポート膜29は、第1のコンタクト孔34が形成される前の段階において、第1のコンタクト孔34の形成領域を塞ぐように配置されている。境界領域13に形成された第2のサポート膜29上には、容量絶縁膜97を介して、第2のサポート膜29と対向する上部電極98が形成されている。
境界領域13に形成された第2のサポート膜29は、第1のコンタクト孔34が上部電極98を貫通しても、下方に位置する局部配線19に到達することを防止するためのストッパとして機能する膜である。
The
The
キャパシタ31は、複数の第1の下部電極95と、複数の第2の下部電極96と、容量絶縁膜97と、上部電極98とを有する。
第1の下部電極95は、ランディングパッド18上に形成された第1の層間絶縁膜24を貫通しており、下端がランディングパッド18と接続されている。これにより、第1の下部電極95は、ランディングパッド18を介して、選択用トランジスタ53,54を構成する不純物拡散層83と電気的に接続されている。
第1の下部電極95の上端は、第1の層間絶縁膜24の上面24aから突出している。第1の層間絶縁膜24の上面24aから突出した複数の第1の下部電極95の外周側面は、第1のサポート膜26により連結されている。
第2の下部電極96は、第1の下部電極95上に形成された第2の層間絶縁膜27を貫通しており、下端が第1の下部電極95の上端と接続されている。第2の下部電極96の上端は、第2の層間絶縁膜27の上面27aから突出している。第2の層間絶縁膜27の上面27aから突出した複数の第2の下部電極96の外周側面は、第2のサポート膜29により連結されている。上記第1及び第2の下部電極95,96は、円柱形状(ペデスタル形状)とされている。第1及び第2の下部電極95,96としては、例えば、窒化チタン膜を用いることができる。
The
The first
The upper end of the first
The second
容量絶縁膜97は、第2の下部電極96の上端面と、第2のサポート膜29の上面と、メモリセル領域11に配置された第1及び第2の層間絶縁膜24,27に形成された第1及び第2の空間111,112(図16参照)に露出された複数の第1及び第2の下部電極95,96の外周側面、ストッパ膜23の上面23a、第1のサポート膜26の上下面、及び第2のサポート膜29の下面とを覆うように設けられている。
また、第2のサポート膜29の上面に設けられた容量絶縁膜97は、メモリセル領域11から第1のコンタクト孔34の形成領域に対応する境界領域13まで延出している。容量絶縁膜97は、複数の第1及び第2の下部電極95,96と上部電極98との間に挟みこまれている。
容量絶縁膜97としては、例えば、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)と酸化ジルコニウム膜(ZrO2膜)とよりなる積層膜を用いることができる。
上部電極98は、容量絶縁膜97を覆うように第1及び第2の空間111,112を埋め込むと共に、第2の下部電極96の上端及び第2のサポート膜29上に形成された容量絶縁膜97を覆うように設けられている。上部電極98は、複数の第1及び第2の下部電極95,96に対して共通の電極である。上部電極98としては、例えば、窒化チタン膜を用いることができる。
The
Further, the capacitive insulating
As the
The
第3の層間絶縁膜32は、容量絶縁膜97及び上部電極98が形成された第2のサポート膜29を覆うように、第2の層間絶縁膜27の上面27aに設けられている。第3の層間絶縁膜32としては、例えば、酸化シリコン膜を用いることができる。
第1のコンタクト孔34は、境界領域13に配置された第2及び第3の層間絶縁膜27,32、第1及び第2のサポート膜26,29、及び第2のサポート膜29上に形成された容量絶縁膜97及び上部電極98を貫通するように形成されており、第1のサポート膜26に到達している。第1のコンタクト孔34の側面は、上部電極98を露出している。
第1のコンタクト孔34の底面34aは、局所配線19に形成されたストッパ膜23よりも上方に配置されている。第1のコンタクト孔34の深さは、ランディングパッド19,21に到達する深さとされた第2のコンタクト孔35,36よりも浅くなるように構成されている。
The third
The
The
第2のコンタクト孔35は、局所配線19上に形成されたストッパ膜23、第1乃至第3の層間絶縁膜24,27,32を貫通するように形成されている。第2のコンタクト孔35は、局所配線19の上面19aを露出している。
第2のコンタクト孔36は、局所配線19上に形成されたストッパ膜23、第1乃至第3の層間絶縁膜24,27,32を貫通するように形成されている。第2のコンタクト孔36の底面は、局所配線19に到達しており、局所配線21の上面21aを露出している。
The
The
第1のコンタクトプラグ37は、第1のコンタクト孔34を充填するように設けられており、上部電極98及び第2のサポート膜29を貫通している。第1のコンタクトプラグ37は、第1のサポート膜26まで到達している。
第1のコンタクトプラグ37の外周側面は、上部電極98と接続されている。また、第1のコンタクトプラグ37の上端は、第1の上部配線42と接続されている。これにより、第1のコンタクトプラグ37は、第1の上部配線42と上部電極98とを電気的に接続(連結)している。第1のコンタクトプラグ37の下端は、境界領域13に形成された局所配線19と対向している。
第2のコンタクトプラグ38は、第2のコンタクト孔35を充填するように設けられている。第2のコンタクトプラグ38の上端は、第2の上部配線43と接続されており、第2のコンタクトプラグ38の下端は、局所配線19と接続されている。これにより、第2のコンタクトプラグ38は、局所配線19と第2の上部配線43とを電気的に接続している。
第2のコンタクトプラグ39は、第2のコンタクト孔36を充填するように設けられている。第2のコンタクトプラグ39の上端は、第2の上部配線44と接続されており、第2のコンタクトプラグ39の下端は、局所配線21と接続されている。これにより、第2のコンタクトプラグ39は、局所配線21と第2の上部配線44とを電気的に接続している。
The
The outer peripheral side surface of the
The
The
第1の上部配線42は、上部電極98よりも上層に位置する配線である。第1の上部配線42は、第3の層間絶縁膜32の上面32aに形成されており、第1のコンタクトプラグ37の上端と接続されている。第1の上部配線42は、第1のコンタクトプラグ37を介して、キャパシタ31の上部電極98と電気的に接続されている。第1の上部配線42は、キャパシタ31の上部電極98に所定の電位を供給するための配線である。
第2の上部配線43,44は、周辺回路領域12に形成された第3の層間絶縁膜32の上面32aに設けられている。第2の上部配線43は、第2のコンタクトプラグ38の上端と接続されている。第2の上部配線43は、第2のコンタクトプラグ38を介して、周辺回路用トランジスタ55を構成する不純物拡散層86と電気的に接続されている。
第2の上部配線44は、第2のコンタクトプラグ39の上端と接続されている。第2の上部配線44は、第2のコンタクトプラグ39を介して、周辺回路用トランジスタ55を構成する不純物拡散層87と電気的に接続されている。
保護膜45は、第1及び第2の上部配線42〜44を覆うように、第3の層間絶縁膜32の上面32aに設けられている。
The first
The second
The second
The
本実施の形態の半導体装置によれば、複数の第1の下部電極95を連結する第1のサポート膜26を、局所配線19の一部と対向する位置まで延出させることにより、第1のコンタクトプラグ37の下方に局所配線19を配置することが可能になると共に、局所配線19の下層に下部配線66,67を配置することが可能となる。
これにより、メモリセル領域11と周辺回路領域12との境界付近に位置する境界領域13において、局所配線19及び下部配線66,67を用いて、多層的に配線層のレイアウトを行うことが可能(配線層のレイアウトの自由度が大きくすることが可能)となるので、半導体装置10を高集積化することができる。
According to the semiconductor device of the present embodiment, the
Thereby, in the
図4〜図22は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。図4〜図7、図9、及び図11〜図22は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す図であり、図8は、図7に示す構造体をB−B線方向で切断した平面図であり、図10は、図9に示す構造体をC−C線方向で切断した平面図である。図4〜図7、図9、及び図11〜図22は、図2に示す本実施の形態の半導体装置10の切断面に対応する断面図である。図4〜図22において、図2に示す半導体装置10と同一構成部分には同一符号を付す。
なお、本実施の形態では、選択トランジスタ53,54及び周辺回路用トランジスタ55として、N型MOSトランジスタを形成する場合を例に挙げて、以下の説明を行う。
4 to 22 are views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 4 to 7, 9, and 11 to 22 are views showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view of the structure shown in FIG. FIG. 10 is a plan view obtained by cutting the structure shown in FIG. 9 in the CC line direction. 4 to 7, 9, and 11 to 22 are cross-sectional views corresponding to a cut surface of the
In the present embodiment, the following description will be given by taking as an example the case where N-type MOS transistors are formed as the
図4〜図22を参照して、本実施の形態の半導体装置10の製造方法について説明する。始めに、図4に示す工程では、半導体基板15の表面15a側に素子層16を形成する。具体的には、例えば、半導体基板15としてP型のシリコン基板を準備し、半導体基板15に素子分離領域51を形成することで活性領域を区画する。素子分離領域51は、STI(Shallow Trench Isolation)法を用いて、酸化シリコン膜等の絶縁膜を半導体基板15に形成した溝(図示せず)内に埋め込むことで形成する。
次いで、周知の手法により、ゲート絶縁膜81、ゲート電極82、N型不純物が注入された不純物拡散層83,84を備えた選択用トランジスタ53,54と、ゲート絶縁膜81、ゲート電極82、N型不純物が注入された不純物拡散層86,87を備えた周辺領域用トランジスタ55とを形成する。
With reference to FIGS. 4-22, the manufacturing method of the
Next, by a well-known method, the
次いで、ゲート電極82の上面及び側面を覆うように、窒化シリコン膜57を形成する。窒化シリコン膜57としては、例えば、Si3N4膜を用いることができる。
次いで、半導体基板15の表面15aに、窒化シリコン膜57を覆う層間絶縁膜59として酸化シリコン膜を形成する。次いで、層間絶縁膜59を貫通する貫通孔(図示せず)を形成し、その後、貫通孔に導電膜を充填することで、コンタクトプラグ61〜63を同時に形成する。
次いで、メモリセル領域11及び周辺回路領域12に形成された層間絶縁膜59上に、例えば、タングステン膜を成膜し、該タングステン膜をパターニングすることで、メモリセル領域11にビット線65を形成すると共に、周辺回路領域12に下部配線66〜68を形成する。このとき、下部配線67は、コンタクトプラグ63を介して、不純物拡散層86と電気的に接続されるように形成し、下部配線68は、コンタクトプラグ64を介して、不純物拡散層87と電気的に接続されるように形成する。
Next, a
Next, a silicon oxide film is formed on the
Next, for example, a tungsten film is formed on the
次いで、層間絶縁膜59上に、酸化シリコン膜を成膜することで、ビット線65及び下部配線66〜68を覆う層間絶縁膜71を形成する。
次いで、メモリセル領域11及び周辺回路領域12に形成された層間絶縁膜71に、複数のコンタクト孔(図示せず)を形成し、次いで、該コンタクト孔内に、チタン(Ti)膜と、窒化チタン(TiN)膜と、タングステン(W)膜とを順次埋め込み、その後、層間絶縁膜71の上面に形成された余分なチタン(Ti)膜、窒化チタン(TiN)膜、及びタングステン(W)膜を除去することで、メモリセル領域11にコンタクトプラグ73を形成すると共に、周辺回路領域12にコンタクトプラグ74,75を形成する。
Next, a silicon oxide film is formed on the
Next, a plurality of contact holes (not shown) are formed in the
次いで、図5に示す工程では、例えば、ランディングパッド17,18及び局所配線19,21の母材となる導電膜として、図4に示す構造体の上面に、窒化タングステン膜(図示せず)と、タングステン膜(図示せず)とを順次成膜させることで積層膜を形成し、次いで、ホトリソグラフィー技術とドライエッチング技術により積層膜をパターニングすることで、メモリセル領域11にランディングパッド17,18を形成すると共に、境界領域13及び周辺回路領域12に局所配線19,21を形成する。
このように、ランディングパッド17,18と、局所配線19,21とを同時に形成することにより、ランディングパッド17,18を形成する工程と、局所配線19,21を形成する工程とを別途設けた場合と比較して、半導体装置10の製造工程を簡略化することができる。
Next, in the process shown in FIG. 5, for example, a tungsten nitride film (not shown) is formed on the upper surface of the structure shown in FIG. 4 as a conductive film that becomes a base material of the
As described above, when the
次いで、図6に示す工程では、層間絶縁膜71上に、ランディングパッド17,18及び局所配線19,21を覆うストッパ膜23を形成する。具体的には、ストッパ膜23として厚さが0.1μmの窒化シリコン膜を成膜する。
次いで、ストッパ膜23上に、第1の層間絶縁膜24として、例えば、厚さ1μmの酸化シリコン膜を形成する。次いで、第1の層間絶縁膜24上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、第1のサポート膜26の母材となる窒化シリコン膜101を形成する。
Next, in the process shown in FIG. 6, a
Next, a silicon oxide film having a thickness of 1 μm, for example, is formed on the
次いで、図7に示す工程では、ホトリソグラフィー技術とドライエッチング技術により、第1の層間絶縁膜24及び窒化シリコン膜101をエッチングすることで、キャパシタ孔103及び第1のガード壁用溝104を同時に形成する。
このとき、キャパシタ孔103は、円形状とされたランディングパッド18の上面を露出するように形成し、第1のガード壁用溝104は、リング形状とされたランディングパッド17の上面を露出するように形成する。図8に、図7に示す構造体をB−B線方向で切断した平面図を示す。
Next, in the process shown in FIG. 7, the
At this time, the
次いで、図9に示す工程では、CVD法により、キャパシタ孔103及び第1のガード壁用溝104に、第1のガード壁25及び第1の下部電極95の母材となる導電膜として窒化チタン膜を埋め込む。次いで、CMP法により、窒化シリコン膜101上に形成された余分な窒化チタン膜を研磨除去することで、第1のガード壁25及び複数の第1の下部電極95を形成する。図10に、図9に示す構造体をC−C線方向で切断した平面図を示す。
このように、キャパシタ31を構成する第1の下部電極95を窒化チタン膜で構成することにより、第1の下部電極95をタングステン膜で構成した場合と比較して、仕事関数の点で有利であり、キャパシタ31のリーク電流を小さくすることが可能となる。
よって、半導体装置10としてDRAMを用いる場合、高性能のDRAMを形成することができる。
Next, in the process shown in FIG. 9, titanium nitride is used as a conductive film that becomes a base material for the
As described above, the first
Therefore, when a DRAM is used as the
次いで、図11に示す工程では、ホトリソグラフィー技術とドライエッチング技術により、窒化シリコン膜101をパターニングすることで、メモリセル領域11(具体的には、キャパシタ31の形成領域)から境界領域13に延出し、かつ局所配線19の一部(局所配線19のうち、境界領域13に形成された部分)と対向し、開口部91を有した第1のサポート膜26を形成する。これにより、複数の下部電極95及び第1のガード壁25が第1のサポート膜26により連結される。また、第1のサポート膜26は、第1のコンタクト孔34の形成領域を塞ぐように形成する。
このように、第1のコンタクト孔34の形成領域を塞ぐように、複数の第1の下部電極95及び第1のガード壁25を連結する第1のサポート膜26を境界領域13に延出させることにより、境界領域13に形成された第1のサポート膜26を第1のコンタクト孔34を形成する際のエッチングストッパとして機能させることが可能となるので、第1及び第2のコンタクト孔34〜36を同時に形成する際、第1のコンタクト孔34が第1の層間絶縁膜24を貫通することを防止できる。
Next, in the process shown in FIG. 11, the
In this way, the
次いで、図12に示す工程では、CVD法により、第1の層間絶縁膜24の上面24aに、第1のサポート膜26を覆う第2の層間絶縁膜27を形成する。具体的には、例えば、厚さ1μmの酸化シリコン膜を成膜することで、第2の層間絶縁膜27を形成する。
次いで、CVD法により、第2の層間絶縁膜27の上面27aに、第2のサポート膜29の母材となる窒化シリコン膜106(例えば、厚さ0.1μm)を成膜する。
Next, in the step shown in FIG. 12, a second
Next, a silicon nitride film 106 (for example, a thickness of 0.1 μm) serving as a base material of the
次いで、図13に示す工程では、ホトリソグラフィー技術とドライエッチング技術により、第2の層間絶縁膜27及び窒化シリコン膜106をエッチングすることで、キャパシタ孔107及び第2のガード壁用溝108を同時に形成する。
このとき、キャパシタ孔107は、円柱形状とされた第1の下部電極95の上面を露出するように形成し、第2のガード壁用溝108は、リング形状とされた第1のガード壁25の上面を露出するように形成する。また、第2のガード壁用溝108は、メモリセル領域11の最外周を囲むように形成する。
Next, in the step shown in FIG. 13, the
At this time, the
次いで、図14に示す工程では、CVD法により、キャパシタ孔107及び第2のガード壁用溝108に、第2のガード壁28及び第2の下部電極96の母材となる導電膜として窒化チタン膜を埋め込む。次いで、CMP法により、窒化シリコン膜106上に形成された余分な窒化チタン膜を研磨除去することで、第2のガード壁28及び複数の第2の下部電極96を形成する。
なお、第1及び第2の下部電極95,96は、一部分で接触していればよく、図14に示すように、アライメントずれによって中心位置が多少ずれて、第1の下部電極95と第2の下部電極96とが接続された状態でもかまわない。この点に関しては、第1及び第2のガード壁25,28についても同様である。
Next, in the process shown in FIG. 14, titanium nitride is used as a conductive film to be a base material for the
The first and second
次いで、図15に示す工程では、ホトリソグラフィー技術とドライエッチング技術により、図14に示すメモリセル領域11に形成された窒化シリコン膜106の一部を除去することで、第2の層間絶縁膜27を露出する開口部92を有した第2のサポート膜29を形成する。
このとき、境界領域13を含む周辺回路領域12では、窒化シリコン膜106のパターニングを行わずに、そのまま残存させておく。そのため、図15に示すように、この段階での第2のサポート膜29は、境界領域13以外の周辺回路領域12にまで延出している。
なお、後述する図17に示す工程において、図15に示す第2のサポート膜29の一部(境界領域13を除いた周辺回路領域12に形成された第2のサポート膜29)を除去することで、図2に示す第2のサポート膜29が形成される。
Next, in the step shown in FIG. 15, the second
At this time, in the
In the step shown in FIG. 17 described later, a part of the
次いで、図16に示す工程では、開口部92,91を介して、メモリセル領域11に形成された第1及び第2の層間絶縁膜24,27に、ウエットエッチング液(例えば、フッ化水素酸(HF))を供給して、第1のガード壁25で囲まれた第1の層間絶縁膜24、及び第2のガード壁28で囲まれた第2の層間絶縁膜27をエッチングすることにより、メモリセル領域11に形成された第1の層間絶縁膜24に第1の空間111を形成すると共に、メモリセル領域11に形成された第2の層間絶縁膜27に第2の空間112を形成する。
第1の空間111は、ストッパ膜23の上面23a、第1のサポート膜26の下面、複数の第1の下部電極95の外周側面、及び第1のガード壁25の内壁を露出するように形成する。また、第2の空間112は、第1のサポート膜26の上面26a、第2のサポート膜28の下面、複数の第2の下部電極96の外周側面、及び第2のガード壁28の内壁を露出するように形成する。
この際に、ストッパ膜23によって、メモリセル領域11の下層へのウエットエッチング液の浸透が防止されるため、既に形成済みのトランジスタ等にダメージが及ぶことは無い。
Next, in the step shown in FIG. 16, a wet etching solution (for example, hydrofluoric acid) is applied to the first and second
The
At this time, the
次いで、図17に示す工程では、図16に示す構造体の上面側から、ALD(Atomic Layer Deposition;原子層堆積)法により、第1及び第2の空間111,112を覆う容量絶縁膜97を形成し、次いで、CVD法により、容量絶縁膜97が形成された第1及び第2の空間111,112を充填する上部電極98を形成する。
このとき、第3の層間絶縁膜32の上面32aに形成された第2のサポート膜29上にも容量絶縁膜97及び上部電極98が形成される。
容量絶縁膜97としては、例えば、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)と酸化ジルコニウム膜(ZrO2膜)とよりなる積層膜を用いることができる。上部電極98としては、例えば、窒化チタン膜を用いることができる。
Next, in the step shown in FIG. 17, a capacitive insulating
At this time, the
As the
次いで、境界領域13を除いた周辺回路領域12に形成された上部電極98、容量絶縁膜97、及び第2のサポート膜29をエッチングにより除去することで、図2に示す第2のサポート膜29を形成すると共に、上部電極98、容量絶縁膜97、及び第2のサポート膜29が第2のコンタクト孔35,36を形成する際の妨げとならないようにする。
このとき、エッチング後の上部電極98、容量絶縁膜97、及び第2のサポート膜29が、局所配線19の一部(局所配線19のうち、境界領域13に形成された部分)と対向するように上記エッチングを行う。
次いで、CVD法により、上部電極98及び容量絶縁膜97が形成された第2のサポート膜29を覆う第3の層間絶縁膜32を形成する。第3の層間絶縁膜32としては、例えば、酸化シリコン膜を用いる。
Next, the
At this time, the etched
Next, a third
次いで、図18に示す工程では、ホトリソグラフィー技術により、第3の層間絶縁膜32上に、開口部115a,115b,115cを有したレジスト膜115を形成する。
このとき、開口部115aは、第1のコンタクト孔34の形成領域に対応する第3の層間絶縁膜32の上面32aを露出するように形成し、開口部115bは、第2のコンタクト孔35の形成領域に対応する第3の層間絶縁膜32の上面32aを露出するように形成する。また、開口部115cは、第2のコンタクト孔36の形成領域に対応する第3の層間絶縁膜32の上面32aを露出するように形成する。
Next, in a step shown in FIG. 18, a resist
At this time, the opening 115 a is formed so as to expose the
次いで、レジスト膜115をマスクとする異方性エッチング(例えば、ドライエッチング)により、第1のコンタクト孔34の一部となる開口部116、第2のコンタクト孔35の一部となる開口部117、及び第2のコンタクト孔36の一部となる開口部118を同時に形成する(第1のステップ)。
このとき、第2及び第3の層間絶縁膜27,32、第2のサポート膜29、容量絶縁膜97、及び上部電極98のエッチング速度の差が小さく、かつ抜け性のよいエッチング条件を用いて、開口部116〜118を形成する。
また、開口部116は、第3の層間絶縁膜32、第2のサポート膜29、容量絶縁膜97、及び上部電極98を貫通し、開口部116の底面116aが第2の層間絶縁膜27中に配置されるように形成する。これにより、上部電極98は開口部116の側面により露出される。
また、開口部117,118は、第2及び第3の層間絶縁膜27,32を貫通し、その底面が117a,118aが第1の層間絶縁膜24中に配置されるようにエッチング時間を制御して形成する。
Next, the
At this time, an etching condition with a small difference in etching rate between the second and third
The
The etching time is controlled so that the
次いで、図19に示す工程では、酸化シリコン膜である第2及び第3の層間絶縁膜27,32を選択的にエッチングする条件(言い換えれば、窒化シリコン膜である第1のサポート膜26及びストッパ膜23をほとんどエッチングしない条件)を用いて、レジスト膜115を介した異方性エッチング(例えば、ドライエッチング)を行うことにより、第1のコンタクト孔34の一部となる開口部121、第2のコンタクト孔35の一部となる開口部122、及び第2のコンタクト孔36の一部となる開口部123を同時に形成する(第2のステップ)。
このとき、開口部121は、第1のサポート膜26の上面26aを形成するように形成し、開口部122,123は、ストッパ膜23の上面23aを露出するように形成する。
第2のステップでは、窒化シリコン膜に対して酸化シリコン膜が選択的にエッチングされるエッチング条件を用いているため、開口部121を形成する際のストッパ膜として第1のサポート膜26を利用することができ、また、開口部122,123を形成する際のストッパ膜としてストッパ膜23を利用することができる。
そのため、開口部121が第1のサポート膜26を突き抜けることはなく、また、開口部122,123がストッパ膜23を突き抜けることはない。
Next, in the step shown in FIG. 19, conditions for selectively etching the second and third
At this time, the
In the second step, since the etching conditions under which the silicon oxide film is selectively etched with respect to the silicon nitride film are used, the
Therefore, the
次いで、図20に示す工程では、酸化シリコン膜よりなる第1の層間絶縁膜24に対して、窒化シリコン膜よりなる第1のサポート膜26及びストッパ膜23が選択的にエッチングされる条件を用いて、レジスト膜115を介した異方性エッチング(例えば、ドライエッチング)を行うことにより、第1のサポート膜26を貫通し、底面34aが局所配線19に到達しない深さとされた第1のコンタクト孔34と、ストッパ膜23を貫通し、局所配線19の上面19aを露出する(局所配線19に到達する)第2のコンタクト孔35と、ストッパ膜23を貫通し、局所配線21の上面21aを露出する(局所配線21に到達する)第2のコンタクト孔36と、を同時に形成する(第3のステップ)。
このとき、第3のステップでは、酸化シリコン膜のエッチング速度の遅いエッチング条件を用いているため、第1のコンタクト孔34の形成領域に対応する第1の層間絶縁膜24はエッチングされにくい。そのため、第1のコンタクト孔34よりも深さの深い第2のコンタクト孔35,36が形成された段階において、第1のコンタクト孔34の底面34aが境界領域13に配置された局所配線19に到達することはない。
したがって、境界領域13に対応する層間絶縁膜71上に局所配線19を形成することができる。これにより、境界領域13において、局所配線19及びその下層に配置された下部配線66,67を用いて、多層的に配線層のレイアウトを行うことが可能(配線層のレイアウトの自由度が大きくすることが可能)となるので、半導体装置10を高集積化することができる。
Next, in the process shown in FIG. 20, a condition is used in which the
At this time, in the third step, the etching condition under which the etching rate of the silicon oxide film is low is used, and therefore the first
Therefore, the
次いで、図21に示す工程では、CVD法により、第1及び第2のコンタクト孔34,35,36を埋め込むように、窒化チタン膜と、タングステン膜とを順次成膜する。
次いで、CMP法により、第3の層間絶縁膜32の上面32aに形成された余分な窒化チタン膜及びタングステン膜を研磨除去することで、第1及び第2のコンタクトプラグ37〜39を形成する。
第1のコンタクト孔34に形成された第1のコンタクトプラグ37は、上部電極98と電気的に接続される。また、第2のコンタクト孔35に形成された第2のコンタクトプラグ38は、局所配線19と電気的に接続され、第2のコンタクト孔36に形成された第2のコンタクトプラグ39は、局所配線21と電気的に接続される。
また、第1及び第2のコンタクトプラグ37〜39を構成する膜として、タングステン膜を用いることにより、第1及び第2のコンタクトプラグ37〜39を窒化チタン膜のみで構成した場合と比較して、第1及び第2のコンタクトプラグ37〜39の抵抗値を低くすることができる。
Next, in the step shown in FIG. 21, a titanium nitride film and a tungsten film are sequentially formed so as to fill the first and second contact holes 34, 35, and 36 by the CVD method.
Next, the first and second contact plugs 37 to 39 are formed by polishing and removing the excess titanium nitride film and tungsten film formed on the
The
In addition, by using a tungsten film as a film constituting the first and second contact plugs 37 to 39, compared to the case where the first and second contact plugs 37 to 39 are constituted only by a titanium nitride film. The resistance values of the first and second contact plugs 37 to 39 can be lowered.
次いで、図22に示す工程では、第3の層間絶縁膜32の上面32aに、第1のコンタクトプラグ37の上端と接続される第1の上部配線42と、第2のコンタクトプラグ38の上端と接続される第2の上部配線43と、第2のコンタクトプラグ39の上端と接続される第2の上部配線44と、を同時に形成する。第1及び第2の上部配線42〜44の材料としては、例えば、アルミニウム(Al)や銅(Cu)等を用いることができる。
次いで、第1及び第2の上部配線42〜44を覆うように、第3の層間絶縁膜32の上面32aに保護膜45を形成する。これにより、本実施の形態の半導体装置10が製造される。
Next, in the step shown in FIG. 22, the first
Next, a
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、第2及び第3の層間絶縁膜27,32、第2のサポート膜29、容量絶縁膜97、及び上部電極98のエッチング速度の差が小さく、かつ抜け性のよいエッチング条件を用いて、底面116aが第2の層間絶縁膜27中に配置された開口部116(第1のコンタクト孔34の一部)、及び底面117a,118aが第1の層間絶縁膜24中に配置された開口部117,118(第2のコンタクト孔35,36の一部)を形成し、次いで、第1のサポート膜26及びストッパ膜23を構成する窒化シリコン膜に対して、第1及び第2の層間絶縁膜24,27を構成する酸化シリコン膜が選択的にエッチングされるエッチング条件を用いて、第1のサポート膜26の上面26aを露出する開口部121(第1のコンタクト孔34の一部)、及びストッパ膜23の上面23aを露出する開口部122,123(第2のコンタクト孔35,36の一部)を形成し、次いで、酸化シリコン膜よりなる第1の層間絶縁膜24に対して、窒化シリコン膜よりなる第1のサポート膜26及びストッパ膜23が選択的にエッチングされる条件を用いて、深さの異なる第1及び第2のコンタクト孔34〜36を形成することにより、境界領域13に形成された第1のコンタクト孔34の底面34aが第1のサポート膜26を貫通し、第1の層間絶縁膜24を少しエッチングしたところでストップするため、第1のコンタクト孔34の底面34aと対向する境界領域13に局所配線19を形成することができる。
これにより、境界領域13において、局所配線19及びその下層に配置された下部配線66,67を用いて、多層的に配線層のレイアウトを行うことが可能(配線層のレイアウトの自由度が大きくすることが可能)となるので、半導体装置10を高集積化することができる。
According to the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, the difference in etching rate between the second and third
As a result, in the
図23は、比較例の半導体装置の概略を示す断面図である。図23は、図2に示す本実施の形態の半導体装置10の切断面に対応する断面図である。図23において、図2に示す本実施の形態の半導体装置10と同一構成部分には同一符号を付す。
ここで、図23を参照して、本実施の形態で説明した第1のサポート膜26を備えていない比較例の半導体装置130について説明する。
図23に示すように、比較例の半導体装置130には、第1のコンタクト孔34をエッチングにより形成する際のストッパ膜として機能する第1のサポート膜26がない。このため、深さの異なる第1及び第2のコンタクト孔34〜36を同時に形成する場合、には、第2のコンタクト孔35、36を局部配線19、21に確実に接続するためのオーバーエッチングによって、第1のコンタクト孔34のエッチングも進行し、その底面34aは局部配線19に達してしまう。これにより、第1のコンタクトプラグ37と局部配線19の短絡が発生する。
よって、図23に示す比較例の半導体装置130では、第1のコンタクトプラグ37の下端と対向する層間絶縁膜71上に局所配線19を形成することはできない。
FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device of a comparative example. 23 is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the
Here, with reference to FIG. 23, a
As shown in FIG. 23, the
Therefore, in the
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
なお、本実施の形態では、半導体装置の一例としてDRAMを例に挙げたが、本発明は、1つの半導体チップ上に、DRAMとロジック素子とを含んだ混載LSI(Large Scale Integration)に適用可能である。
また、本実施の形態では、第1及び第2の下部電極95,96として円柱状の電極を用いた場合を例に挙げて説明したが、例えば、第1の下部電極95を柱型(ペデスタル型)とし、第2の下部電極96をクラウン型にしてもよい。
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and within the scope of the present invention described in the claims, Various modifications and changes are possible.
In this embodiment, a DRAM is taken as an example of a semiconductor device. However, the present invention can be applied to a mixed LSI (Large Scale Integration) including a DRAM and a logic element on one semiconductor chip. It is.
In the present embodiment, the case where cylindrical electrodes are used as the first and second
本発明は、半導体装置及びその製造方法に適用可能である。 The present invention is applicable to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
10…半導体装置、11…メモリセル領域、12…周辺回路領域、13…境界領域、15…半導体基板、15a…表面、16…素子層、17,18…ランディングパッド、19,21…局所配線、19a,21a,23a,24a,26a,27a,32a…上面、23…ストッパ膜、24…第1の層間絶縁膜、25…第1のガード壁、26…第1のサポート膜、27…第2の層間絶縁膜、28…第2のガード壁、29…第2のサポート膜、31…キャパシタ、32…第3の層間絶縁膜、34…第1のコンタクト孔、34a,116a,117a,118a…底面、35,36…第2のコンタクト孔、37…第1のコンタクトプラグ、38,39…第2のコンタクトプラグ、42…第1の上部配線、43,44…第2の上部配線、45…保護膜、51…素子分離領域、53,54…選択用トランジスタ、55…周辺領域用トランジスタ、57…窒化シリコン膜、59,71…層間絶縁膜、61〜64…拡散層用プラグ、65…ビット線、66〜68…下部配線、73〜75…コンタクトプラグ、81…ゲート絶縁膜、82…ゲート電極、83,84,86,87…不純物拡散層、91,92,115a,115b,115c,116〜118,121〜123…開口部、95…第1の下部電極、96…第2の下部電極、97…容量絶縁膜、98…上部電極、101,106…窒化シリコン膜、103、107…キャパシタ孔、104…第1のガード壁用溝、108…第2のガード壁用溝、111…第1の空間、112…第2の空間、115…レジスト膜
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記半導体基板のメモリセル領域及び周辺回路領域の上に設けられた素子層と、
前記素子層上であって、前記周辺回路領域のうち、前記メモリセル領域と前記周辺回路領域との境界付近に位置する領域に設けられた局所配線と、
前記素子層上に形成され、前記局所配線を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜中に形成され、複数の第1の下部電極、前記第1の下部電極上に積み重ねられた第2の下部電極、及び複数の前記第1及び第2の下部電極に対して共通の電極である上部電極を有するキャパシタと、
前記層間絶縁膜中にあり、複数の前記第1の下部電極を連結すると共に、前記局所配線の一部と対向する位置まで延出形成された第1のサポート膜と、
前記上部電極よりも上層に位置する第1の上部配線と、
前記上部電極と前記第1の上部配線とを連結すると共に、前記局所配線の上方に位置し、かつ前記第1のサポート膜まで到達する第1のコンタクトプラグと、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
An element layer provided on the memory cell region and the peripheral circuit region of the semiconductor substrate;
On the element layer, among the peripheral circuit region, local wiring provided in a region located near the boundary between the memory cell region and the peripheral circuit region;
An interlayer insulating film formed on the element layer and covering the local wiring;
Common to a plurality of first lower electrodes, a second lower electrode stacked on the first lower electrode, and a plurality of the first and second lower electrodes formed in the interlayer insulating film A capacitor having an upper electrode which is an electrode of
A first support film that is in the interlayer insulating film, connects the plurality of first lower electrodes, and extends to a position facing a part of the local wiring;
A first upper wiring located above the upper electrode;
A first contact plug that connects the upper electrode and the first upper wiring, is located above the local wiring, and reaches the first support film;
A semiconductor device comprising:
前記層間絶縁膜中に位置し、前記第2の上部配線と前記局所配線とを接続する第2のコンタクトプラグと、を設けたことを特徴とする請求項2又は3記載の半導体装置。 A second upper wiring located above the interlayer insulating film;
4. The semiconductor device according to claim 2, further comprising a second contact plug that is located in the interlayer insulating film and connects the second upper wiring and the local wiring.
前記上部電極及び前記第2のサポート膜を貫通するように、前記第1のコンタクトプラグを配置したことを特徴とする請求項1ないし7のうち、いずれか1項記載の半導体装置。 A plurality of the second lower electrodes are connected, and a second support film is provided so that the upper electrode is opposed to the capacitor via a capacitive insulating film, and the second support film is opposed to the local wiring. The support film is extended and arranged,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first contact plug is disposed so as to penetrate the upper electrode and the second support film.
前記素子層上であって、前記周辺回路領域のうち、前記メモリセル領域と前記周辺回路領域との境界付近に位置する領域に局所配線を形成する工程と、
前記素子層上に、前記局所配線を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記メモリセル領域に形成された前記層間絶縁膜中に、キャパシタとなる複数の第1の下部電極を形成する工程と、
前記層間絶縁膜中に、複数の前記第1の下部電極を連結し、かつ前記局所配線の一部と対向するように延出する第1のサポート膜を形成する工程と、
複数の前記第1の下部電極上に位置する前記層間絶縁膜中に、前記キャパシタとなる複数の第2の下部電極を形成する工程と、
前記層間絶縁膜中に、前記キャパシタとなり、かつ複数の前記第1及び第2の下部電極に対して共通の電極である上部電極を、前記局所配線の一部と対向するように形成する工程と、
前記第1のサポート膜をエッチングストッパとするエッチングにより、前記層間絶縁膜中に、前記上部電極を貫通し、かつ前記第1のサポート膜に到達する第1のコンタクト孔を形成する工程と、
前記第1のコンタクト孔内を充填するように、前記上部電極と電気的に接続される第1のコンタクトプラグを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an element layer in a memory cell region and a peripheral circuit region on a semiconductor substrate;
Forming a local wiring in a region on the element layer and located near a boundary between the memory cell region and the peripheral circuit region in the peripheral circuit region;
Forming an interlayer insulating film covering the local wiring on the element layer;
Forming a plurality of first lower electrodes to be capacitors in the interlayer insulating film formed in the memory cell region;
Forming a first support film connecting the plurality of first lower electrodes in the interlayer insulating film and extending so as to face a part of the local wiring;
Forming a plurality of second lower electrodes to be the capacitors in the interlayer insulating film located on the plurality of first lower electrodes;
Forming, in the interlayer insulating film, an upper electrode that becomes the capacitor and is an electrode common to the plurality of first and second lower electrodes so as to face a part of the local wiring; ,
Forming a first contact hole penetrating through the upper electrode and reaching the first support film in the interlayer insulating film by etching using the first support film as an etching stopper;
Forming a first contact plug electrically connected to the upper electrode so as to fill the inside of the first contact hole.
前記上部電極を形成する工程では、前記第2のサポート膜上に容量絶縁膜を介して前記上部電極を形成し、
前記第1のコンタクト孔を形成する工程では、前記層間絶縁膜、前記第2のサポート膜、及び前記上部電極のエッチング速度の差が小さい条件で、前記上部電極及び前記第2のサポート膜を貫通するように前記層間絶縁膜のエッチングを行う第1ステップ、前記第1のサポート膜に対して前記層間絶縁膜が選択的にエッチングされる条件で、前記層間絶縁膜をエッチングすることにより、前記第1のサポート膜の上面を露出する第2のステップ、及び前記層間絶縁膜に対して前記第1のサポート膜が選択的にエッチングされる条件で前記第1のサポート膜を貫通するようにエッチングする第3のステップ、を順次行うことで、前記第1のコンタクト孔を形成することを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。 Providing a step of forming a second support film connecting the plurality of second lower electrodes in the interlayer insulating film and extending so as to face a part of the local wiring;
In the step of forming the upper electrode, the upper electrode is formed on the second support film via a capacitive insulating film,
In the step of forming the first contact hole, the upper electrode and the second support film are penetrated under a condition that a difference in etching rate between the interlayer insulating film, the second support film, and the upper electrode is small. A first step of etching the interlayer insulating film, and etching the interlayer insulating film under a condition that the interlayer insulating film is selectively etched with respect to the first support film. Etching so as to penetrate through the first support film under a second step of exposing the upper surface of the first support film and under the condition that the first support film is selectively etched with respect to the interlayer insulating film The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the first contact hole is formed by sequentially performing a third step.
前記第1のコンタクト孔を形成する工程では、前記第1のコンタクト孔と、前記層間絶縁膜及び前記ストッパ膜を貫通し、前記局所配線に到達する第2のコンタクト孔と、を同時に形成することを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。 Before forming the interlayer insulating film, providing a step of forming a stopper film covering the local wiring,
In the step of forming the first contact hole, the first contact hole and the second contact hole that penetrates the interlayer insulating film and the stopper film and reaches the local wiring are formed simultaneously. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
前記ランディングパッドを形成する工程では、前記素子層上に導電膜を成膜し、前記導電膜をパターニングすることで、前記ランディングパッドと共に、前記局所配線を形成することを特徴とする請求項9乃至12のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 A step of forming a landing pad connected to the lower end of the first lower electrode between the first lower electrode and the element layer before forming the interlayer insulating film;
10. The step of forming the landing pad includes forming a conductive film on the element layer and patterning the conductive film to form the local wiring together with the landing pad. 12. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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WO2014136724A1 (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-12 | ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル | Semiconductor device |
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