JP2012004169A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボーイング形状に形成される深孔をストレート形状にする。
【解決手段】シリコン窒化膜4上に、不純物ドープした第1のシリコン酸化膜5と、不純物非ドープの第2のシリコン酸化膜6の積層構造の層間絶縁膜に、ドライエッチングによりボーイング形状の第1のホール8を形成し、熱リン酸を用いたウエットエッチングによりシリコン窒化膜4と第1のシリコン酸化膜5とを後退させてボーイング部の下部を拡幅した第2のホール9を形成する。
【選択図】図2
【解決手段】シリコン窒化膜4上に、不純物ドープした第1のシリコン酸化膜5と、不純物非ドープの第2のシリコン酸化膜6の積層構造の層間絶縁膜に、ドライエッチングによりボーイング形状の第1のホール8を形成し、熱リン酸を用いたウエットエッチングによりシリコン窒化膜4と第1のシリコン酸化膜5とを後退させてボーイング部の下部を拡幅した第2のホール9を形成する。
【選択図】図2
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に深孔を形成する半導体装置の製造方法に関する。
近年のデバイスの微細化に伴い、セルあたりの容量(Cs)向上のため、キャパシタを構成するシリンダ(下部電極)高さは、1.5μm以上となり、シリンダの型材となる層間絶縁膜にシリンダホールをドライエッチングで開口する際、深さ方向でエッチング速度が異なるため、シリンダホール上部と、底部の径が狭まるボーイング形状(図1(a)参照)となることが知られている。特にアスペクト比(ホール高さと開口径の比)が15以上となる場合に顕著となる。
しかし、ボーイング部より下では、径が次第に小さくなるテーパー形状となるために容量増加が見込めず、Csが低下する。また、このようなシリンダホールに形成される下部電極では、底部の接触面積減少による、高抵抗化といったデメリットが発生する。
ボーイング形状を解決する方法として、特許文献1のようにドライエッチングの条件にてボーイング形状を抑制する手段があり、ボーイングが発生する部分はデポジションの弱いエッチング条件(酸素を含むエッチャントガス)を用い、ホールの深い部分はデポジションの強い条件を用いた、エッチング条件をマルチステップ化してボーイングを抑制するものである。また、特許文献2のように、高アスペクト比のホールの加工方法について、シリコン酸化膜のドライエッチングでボーイングが発生しない深さで一旦止めて、シリコン酸化膜よりエッチング速度の遅い膜(例えば、シリコン窒化膜)を側壁保護膜と使用して、深いホールを形成する方法などがある。
特許文献1に開示されているように、深孔を形成するドライエッチング条件を細かく調整することによりボーイングを抑える方法では、実際には、深孔の内部でこれらの状態を制御するのは極めて困難で、深孔形成という本来の目的を達成できなくなる問題の発生が懸念される。特に、高アスペクト比の深孔ではエッチング深さが所望の深さまで達しない、いわゆるエッチストップという現象が発生する。
そこで、ボーイング自体を抑制するよりも、ボーイングの形成されたホールを図1(b)のように、拡張することによりストレートな形状に近づけ、Csの向上を図ることが考えられる。
例えば、下層側にウエットエッチング速度の速い酸化膜と上層のウエットエッチング速度の遅い酸化膜との積層構造を用いて、まずドライエッチングにより上部径より下部径が狭いホールを形成した後、ウエットエッチングによりホール径の拡大を行うことで、下層側径を上層側径より拡大したシリンダホールを形成する方法が提案されている(特許文献3〜5)。
ドライエッチングとウエットエッチングを組み合わせる方法では、ウエットエッチングにおいては概ね等方的にエッチングされるため、ドライエッチングの際のテーパー形状のホール形状がそのまま横方向に拡大され、積層構造の絶縁膜界面で段差が生じる。段差が大きくなると、ホール内に形成される下部電極にも段差が反映されて、リーク電流が大きくなることが特許文献4に開示されている。そのため、特許文献4では、従来のフッ酸を用いるウエットエッチングをさらに稀釈したフッ酸を用いるか、アンモニアと過酸化水素の混合液を用いる方法を採用している。段差の少ない拡幅を行おうとすると、開口径の最も狭いホール底部での拡幅量が十分に得られない場合がある。
通常、シリンダホールを形成する絶縁膜の下層には、コンタクトプラグやコンタクトプラグ上に形成したコンタクトパッドなどの導体層が形成されている。ドライエッチングによりこれら導体層がエッチングされることを避けるため、シリンダホールを形成する絶縁層(主にシリコン酸化膜)の下層、つまり、導体層の上層にエッチングストッパとなるシリコン窒化膜が形成される。
上記のシリンダホールを拡幅する方法は、シリコン酸化膜のエッチングに適したエッチング液を用いており、エッチングストッパとなるシリコン窒化膜はほとんどエッチングされない。そのため、最初にドライエッチングにより形成されるシリコン窒化膜の開口部は拡幅されず、ほぼそのままとなっており、キャパシタの下部電極と下層導体との接触面積は、シリコン酸化膜の拡幅量に関わらず、最初のドライエッチングにより決定されてしまう。もちろん、シリコン酸化膜のウエットエッチング後にシリコン窒化膜のウエットエッチングを行うことで接触面積を増加させることはできるが、ウエットエッチングのエッチング液を交換する場合には、前のエッチング液を除去するリンス工程が必要となる。ドライエッチングでは、ガス種の切り替えは同じ装置内で前のガス種をパージすればよいが、ウエットエッチングではエッチング槽自体が別槽であり、エッチング液の混入を避けるためにさらにリンスのための洗浄槽が必要となる。この結果、ウエットエッチングのエッチング液の切り替えは、ウエハの度重なる移動を伴うことから製造歩留まりを著しく低下させるという問題がある。
さらに従来のシリコン酸化膜のウエットエッチングはあまり拡幅したくない上層のシリコン酸化膜に対しても少なからず進行するため、特に径の小さいシリンダホールでは、下層の拡幅量と上層の拡幅量とを所期の設計値となるように制御することが困難である。
このように、シリンダ高が高くなるほど、シリンダホールのドライエッチング加工時のコントロールが困難となり、シリンダ高を高くすることによるCs向上と、ドライエッチングによる形状改善の両立は、容易では無く、ウエットエッチングによる拡幅を組み合わせたとしても未だ十分とはいえなかった。
本発明者は、エッチングストッパとなるシリコン窒化膜のウエットエッチングとして多用されている熱リン酸について検討したところ、不純物ドープされていないシリコン酸化膜がほとんどエッチングされないのに対し、不純物ドープしたシリコン酸化膜、例えばBPSG膜は、比較的エッチングされやすいことを見出した。さらに、シリコン窒化膜についても、成膜条件により熱リン酸によるエッチング速度が異なることを確認した。
すなわち、本発明の一実施形態になる半導体装置の製造方法は、
シリコン窒化膜上に、不純物ドープした第1のシリコン酸化膜と、不純物非ドープの第2のシリコン酸化膜の積層構造を形成する工程、
前記積層構造に、ドライエッチングにより少なくとも前記第1及び第2のシリコン酸化膜を貫通し、上部及び下部の径に対して中間部の径が大きい第1のホールを形成する工程、
熱リン酸を用いたウエットエッチングにより、前記第1のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とをエッチングし、前記中間部径と下部径とがほぼ同等の第2のホールを形成する工程、
とを備えることを特徴とする。
シリコン窒化膜上に、不純物ドープした第1のシリコン酸化膜と、不純物非ドープの第2のシリコン酸化膜の積層構造を形成する工程、
前記積層構造に、ドライエッチングにより少なくとも前記第1及び第2のシリコン酸化膜を貫通し、上部及び下部の径に対して中間部の径が大きい第1のホールを形成する工程、
熱リン酸を用いたウエットエッチングにより、前記第1のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とをエッチングし、前記中間部径と下部径とがほぼ同等の第2のホールを形成する工程、
とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、シリコン窒化膜上に、不純物ドープした第1のシリコン酸化膜と、不純物非ドープの第2のシリコン酸化膜の積層構造により、ボーイング形状に第1のホールを形成した後、熱リン酸を用いるウエットエッチングを実施して、ホール側壁を直線的な形状に近づけた第2のホールとすることができる。
まず、本発明者は、絶縁材料の熱リン酸でのエッチングレートについて検討した。ここでは、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜としてそれぞれ3種の材料を評価した。結果を表1に示す。
ここで、Th−Oxは熱酸化膜、P−SiO2はプラズマCVD法で形成されたシリコン酸化膜(TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を原料として用いたプラズマCVD酸化膜:P−TEOS)、BPSG(Boro Phosphor Silicate Glass)はボロン及びリンをドープしたシリコン酸化膜を示し、LP−SiNは低圧プラズマCVD法で形成されたシリコン窒化膜、ALD−SiNは原子層堆積法(Atomic Layer Deposition:ALD)で形成されたシリコン窒化膜を示し、温度は成膜温度を示す。BPSGは不純物であるボロン及びリンのドープ量が増加するほど、エッチングレートが高くなる。また、ALD−SiNでは成膜温度が高いほどエッチングレートが低くなる。この結果、130℃熱リン酸によりBPSGとALD−SiN630℃ではほぼ同等のエッチングレートが得られることが分かる。
なお、上記は一例であって、熱リン酸の温度を変更することによってもエッチングレートは変わる。熱リン酸としては、30℃以上であって、リン酸の沸点未満の温度範囲から選択されるが、シリコン窒化膜は150℃以上の熱リン酸には容易に溶解してしまうため、それよりも低い温度であることが好ましい。歩留まり等を考慮すると、50℃以上150℃以下の温度範囲から選択されることが好ましい。なおここでいうリン酸とは、正リン酸(H3PO4)を意味し、通常85%水溶液(濃リン酸水溶液)として供給されている。
上記の例では、不純物をドープしたシリコン酸化膜としてBPSG膜を挙げているが、これに限定されず、リンドープしたPSG(Phosphor Silicate Glass)膜など、他の不純物ドープシリコン酸化膜であっても良い。
シリコン酸化膜のドライエッチングにおいて、ボーイングの発生する位置はドライエッチング条件により異なるが、概ね、開口部からホール深さの1/3程度の位置に発生することが多い。本発明では、このボーイングが発生する位置より下側となる下層のシリコン酸化膜として、不純物ドープシリコン酸化膜を用い、ボーイングが発生する位置より上層のシリコン酸化膜として不純物非ドープのシリコン酸化膜を用いる。
特に、本発明では、シリコン酸化膜の下層にエッチングストッパとして形成されるシリコン窒化膜についても開口幅を広げる点に特徴があり、シリコン窒化膜の熱リン酸によるエッチングレートと下層の不純物ドープシリコン酸化膜のエッチングレートが概ね同等となるようにエッチングする。
ここで、熱リン酸によるエッチングレートは、不純物ドープシリコン酸化膜の不純物濃度、熱リン酸処理回数(ライフ依存)・温度・時間、層間膜成膜後の熱処理温度・時間等で変化し、それらを適宜調整して、膜種間のエッチングレート調整を行う。
以下、シリンダホールの形成例について説明する。
図2は、本発明の一実施形態になる半導体装置の製造工程を説明するもので、層間絶縁膜1に下層導体としてコンタクトプラグ2と、コンタクトプラグ2上にコンタクトパッド3が形成されている。シリンダ層間膜として、ストッパーSiN膜4、下層の不純物ドープシリコン酸化膜としてBPSG膜5、上層の不純物非ドープシリコン酸化膜としてP−TEOS膜6の積層膜を形成する。ここでは、ストッパーSiN膜4として、ALD−SiN630℃を0.1μm、BPSG膜5としてボロン(B)及びリン(P)濃度を7.0/3.5mol%に設定した膜を1.0μm、P−TEOS膜6を0.5μm厚に成膜し、合計1.6μmのシリンダ層間膜を形成した。
図2は、本発明の一実施形態になる半導体装置の製造工程を説明するもので、層間絶縁膜1に下層導体としてコンタクトプラグ2と、コンタクトプラグ2上にコンタクトパッド3が形成されている。シリンダ層間膜として、ストッパーSiN膜4、下層の不純物ドープシリコン酸化膜としてBPSG膜5、上層の不純物非ドープシリコン酸化膜としてP−TEOS膜6の積層膜を形成する。ここでは、ストッパーSiN膜4として、ALD−SiN630℃を0.1μm、BPSG膜5としてボロン(B)及びリン(P)濃度を7.0/3.5mol%に設定した膜を1.0μm、P−TEOS膜6を0.5μm厚に成膜し、合計1.6μmのシリンダ層間膜を形成した。
シリンダ層間膜上にレジストにより開口径70nmのホールパターンを有するマスク7を形成する(図2(a)参照)。
次に、マスク7を用いてドライエッチングで、第1のシリンダホール8を開口する(図2(b)参照)。この時、下層導体が熱リン酸でエッチングされる導電材料を使用する場合は、下層導体上が露出しないようにストッパーSiN膜4を残す。
熱リン酸を用いて、BPSG膜5、ストッパーSiN膜4を後退させ、下部径を拡幅した第2のシリンダホール9を形成する。この際の熱リン酸エッチングレート比は、BPSG:SiN=1:1相当に調整する(図2(c)参照)。ドライエッチング時に下層導体上のストッパーSiN膜4を残している場合は、SiN膜のエッチングレートが少し速めとなるように調整する。
このように、形成したシリンダホール内に常法に従って、シリンダ形状の下部電極、下部電極内壁に容量絶縁膜及び上部電極を形成し、キャパシタを形成した。
本実施形態の効果として、改善前後のシリンダー容量値を計算したところ、3fF/cell向上という効果を得ることができる。表2にその結果を示す。なお、表中の各記号:DT,DM,DB,H1およびH2は図3の概念図に示す通りである。
P−TEOS膜6は熱リン酸ではほとんどエッチングされず、ホール上部の径は改善前後でほぼ同等である。一方、ホール下部径はボーイング部からストレートに拡幅され、Cs向上が図れる。また、下部径、特にストッパーSiN膜4の開口径が広がることで、下層導体と下部電極の接触面積が増加し、抵抗低減が可能となる。
このように、シリンダー形成時のボーイング形状を、P−TEOS膜6/BPSG膜5/SiN膜4の積層構造と熱リン酸ウエットエッチングの組み合わせで、シリンダー径拡大と、シリンダー底部の面積増加により、Cs向上と抵抗低下、両方の効果を得ることができる。
上記実施形態の第2のホール形状をさらに改善する例を、第2の実施形態例として示す。
第2の実施形態例では、BPSG膜5のB/P濃度に濃度勾配を設定し、Csを向上すると同時に、下部電極とプラグの接触面積を拡大し、接触抵抗を低減する例である。
第2の実施形態例では、BPSG膜5のB/P濃度に濃度勾配を設定し、Csを向上すると同時に、下部電極とプラグの接触面積を拡大し、接触抵抗を低減する例である。
(a) BPSG層濃度勾配設定の一例として、ストッパーSiN膜4の上に第1BPSG膜5a、第2BPSG膜5bのBPSG2層化構造で成膜後、上層P−TEOS膜6を成膜し、レジストを塗布し、第1の実施形態例と同様にパターン化してマスク7を形成する(図4(a)参照)。
この際、第1BPSG膜5aには、B/P=11.3/4.6mol%、第2BPSG膜5bには、B/P=7.5/3.4mol%、として下層側の不純物濃度が高くなるように濃度勾配を設ける。
これは、後述の熱リン酸処理で、ターゲットのシリンダ径(87nm)に近づけるためであり、P−TEOS膜6:第2BPSG膜5b:第1BPSG膜5a:ストッパーSiN膜4のエッチング比を、0.01〜0.1:0.5:1:1に設定する。これらのエッチング比は、第1BPSG膜5aとストッパーSiN膜4を基準に設定する。
(b) ドライエッチングで、ボーイング形状の第1のシリンダホール8を開口する(図4(b)参照)。
(c) 熱リン酸(30℃以上)を用いて、第2BPSG膜5b、第1BPSG膜5a及びストッパーSiN膜4を後退させ、下部径を拡幅した第2のシリンダホール9を形成する(図4(c)参照)。
熱リン酸処理前後の各膜下部径を表3に示す。
熱リン酸処理前後の各膜下部径を表3に示す。
表3から分かるように、BPSG濃度勾配により、第1の実施形態例よりも、より垂直に近いシリンダ形状を得ることが可能である。なお、本例では、不純物濃度の異なる二層の積層として説明しているが、積層数は二層に限定されるものではない。また、BPSG膜の成膜中に徐々に不純物濃度を変化させ、濃度勾配が膜厚方向に徐々に変化する一層の膜としても良い。
(適用例)
次に、本発明をDRAMのキャパシタ形成に適用した例を図5〜9を参照して説明する。
次に、本発明をDRAMのキャパシタ形成に適用した例を図5〜9を参照して説明する。
上記実施形態例では、キャパシタ下部電極の内壁を容量として使用する場合を説明したが、本適用例ではキャパシタ下部電極の外壁も容量として使用する場合を説明する。外壁も容量として使用するためには、下部電極形成後にシリンダホールを形成するシリンダ層間膜を除去する必要がある。その際、ウエットエッチング時の表面張力によって下部電極が倒壊する場合があり、それを防止するために下部電極上部を支える梁を形成する。
まず、図5に示すように、層間絶縁膜11に下層導体としてコンタクトプラグ12が形成され、コンタクトプラグ12上にコンタクトパッド13aが形成されている。また、メモリセル領域と周辺回路領域との間に、後工程でキャパシタ下部電極外壁を露出するためにシリコン酸化膜を除去するウエットエッチング液の周辺回路領域への浸透を防止するガードリングを形成する。ガードリングを形成する部分には、ダミーパッド13bを形成しておく。シリンダ層間膜として、ストッパーSiN膜14、下層の不純物ドープシリコン酸化膜としてBPSG膜15、上層の不純物非ドープシリコン酸化膜としてP−TEOS膜16の積層膜を、上記第1の実施形態例と同様に形成する。BPSG膜15は、第2の実施形態例と同様に濃度勾配を持たせても良い。さらに、P−TEOS膜16上に後工程のシリコン酸化膜除去の際にキャパシタ下部電極を支える梁となる絶縁膜17をストッパーSiN膜14と同様にALD−SiN630℃で形成する(図5(a)参照)。
次に、絶縁膜17に後工程のシリコン酸化膜除去の際のエッチング液を絶縁膜17の下層に浸透させる際の開口部を形成するため、絶縁膜17上に第1レジストパターン18を形成し(図5(b)参照)、ドライエッチングにより絶縁膜17に開口部17Aを形成する(図5(c)参照)。
絶縁膜17上にP−TEOS膜19を形成した後、レジストによりホールパターンを有するマスク20を形成する(図6(d)参照)。
次に、マスク20を用いてドライエッチングで、第1のシリンダホール21aを開口する(図6(e)参照)。この時、第1のシリンダホール21aはボーイング形状に形成されるが、ガードリング部では溝パターン21bが形成されるため、ボーイング形状とはなりにくく、ほぼ垂直なパターンに形成される。
熱リン酸を用いて、BPSG膜15、ストッパーSiN膜14を後退させ、下部径を拡幅した第2のシリンダホール22a及び第2の溝パターン22bを形成する。この際の熱リン酸エッチングレート比は、BPSG:SiN=1:1相当に調整する。また、この熱リン酸エッチングにより絶縁膜17も後退する(図6(f)参照)。
キャパシタ下部電極としてTiNなどの導電膜23aを第2のシリンダホール22aの開口部を閉塞しない膜厚に形成する(図7(g)参照)。続いて、導電膜23aをエッチバックするためのキャップ絶縁膜24としてシリコン窒化膜を形成する。キャップ絶縁膜24は、カバレッジ性が低いCVD法などで形成する(図7(h)参照)。
次にドライエッチバックにより、キャップ絶縁膜24、導電膜23及びP−TEOS膜19の一部又は全部を除去し、下部電極23bおよびガードリング23cを形成する。ここでは、P−TEOS膜19の一部が絶縁膜17上に残るようにエッチバックした(図7(i)参照)。
フッ酸を含むエッチング液を用いて、シリコン酸化膜(P−TEOS膜19、16、BPSG膜15)除去を行う(図8(j)参照)。周辺回路領域のシリコン酸化膜は絶縁膜17とガードリングとにより保護されており、除去されない。また、ストッパーSiN膜14により下層の第1層間絶縁膜11も保護される。
リンス処理後、下部電極23bの内壁及び外壁に容量絶縁膜25を形成し(図8(k)参照)、さらに上部電極26を形成することでキャパシタが完成する(図8(l)参照)。その後、周辺回路領域上の上部電極26、容量絶縁膜25及び絶縁膜17を除去し、上部電極26と接続するコンタクト及び配線、周辺回路領域のトランジスタと接続するコンタクト及び配線の形成を行うことで、図9に示すような半導体装置が完成する。
図9に示す半導体装置は、シリコン等の半導体基板101に素子分離領域102で分離された活性領域が形成されており、図中左側がメモリセル領域を、右側が周辺回路領域を示す。
メモリセル領域には個々のメモリセルの構成要素でワード線となるゲートを備えたスイッチングトランジスタ106a及び107aが形成されている。トランジスタ106a及び107aは、半導体基板101の活性領域を掘り込み、ゲート絶縁膜(不図示)を介してゲート電極111aとなるポリシリコン111a−1とタングステン111a−2を成膜した後、パターニングしたリセスゲート構造を有している。ゲート電極111aは、ポリシリコン上にタングステンシリサイドを積層したポリサイド構造としても良い。トランジスタ106a及び107aは、ソース109aを共通としドレイン108aを外側に配置したもので、トランジスタ106a及び107aで一つのセル単位を構成している。ゲート電極111aの上にはキャップ絶縁膜とサイドウォール絶縁膜としてのシリコン窒化膜112aが形成され、シリコン酸化膜からなる第一の層間絶縁膜113で被覆されている。メモリセル領域のトランジスタでは、リーク電流の増大を抑えるために低濃度不純物拡散層をドレイン108aおよびソース109aとして用いる。
ドレイン108a及びソース109aに接続するように第一の層間絶縁膜113の所定の領域にコンタクト孔を設け、エピタキシャル成長シリコン層114を形成した後、多結晶シリコン115で孔を充填して、CMP法等で平坦化することで、セルコンタクトを形成する。その後、シリコン酸化膜により第二の層間絶縁膜116を成膜した後、ソース109aに接続されるセルコンタクト上に開口部を形成してチタンと窒化チタンの積層膜からなるバリヤ層とタングステンからなる導電プラグを形成しビットコンタクト117を形成する。さらにビットコンタクト117上にはタングステンなどからなる金属材料でビット線118が形成されている。ビット線118はシリコン酸化膜からなる第三の層間絶縁膜119(層間絶縁膜11)で被覆されている。
トランジスタのドレイン108aに接続するように第二の層間絶縁膜116及び第三の層間絶縁膜119の所定の領域にコンタクト孔を設けた後、ポリシリコンで充填し、容量コンタクトプラグとなるシリコンプラグ120(コンタクトプラグ12)が形成され、その上面にポリシリコンでコンタクトパッド121(コンタクトパッド13)が形成されている。コンタクトパッド121上にストッパーSiN膜14が形成される。
コンタクトパッド121(13)に接続するようにキャパシタが形成される。キャパシタは図5〜図8の工程により形成される。
下部電極23にはルテニウム(Ru)や窒化チタン(TiN)などの金属若しくは金属化合物を用いる。容量絶縁膜25には酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、ストロンチウムチタン酸化膜(STO膜)などの単層若しくは積層膜を用いる。上部電極26にはルテニウム、窒化チタン、タングステンなどからなる金属若しくは金属化合物の単層若しくは積層膜を用いる。下部電極23の上部は絶縁膜17で保持されている。キャパシタは、第四の層間絶縁膜132で被覆されている。
一方、周辺回路領域には周辺回路を構成するトランジスタがLDD構造のソース109b、ドレイン108b、ゲート電極111b、ゲート電極をカバーするシリコン窒化膜112bを有する。ゲート電極111bは、メモリセル領域のゲート電極111aと同層に形成されるが、ゲート電極111bは基板101の表面上に不図示のゲート絶縁膜を介してプレーナー型トランジスタを形成するように形成されている。ソース109b又はドレイン108bに接続するように、第一の層間絶縁膜113の所定の領域にコンタクト孔が形成され、コンタクト孔の底部に露出したソース109bおよびドレイン108bの表面にチタンもしくはコバルトからなる金属シリサイド(不図示)を形成した後、コンタクト孔を窒化チタン及びタングステンで充填しコンタクトプラグ121が形成されている。さらに、窒化タングステン及びタングステンからなる第一の配線層122が形成されている。また、ゲート電極111bにはゲートコンタクト123および配線124がコンタクトプラグ121および第一の配線122と同様にして形成される。第一の配線層122の一部上には、ストッパーSiN膜14、BPSG膜15、P−TEOS膜16及び第四の層間絶縁膜132を貫通してスルーホールが形成される。さらに、スルーホールを充填した窒化チタン及びタングステンからなるビアプラグ125に接続して窒化チタン、アルミニウム、窒化チタンからなる第二の配線層126が形成されている。また、メモリセル領域に設けられたキャパシタの上部電極26は、一部の領域で周辺回路領域に引き出し配線として引き出され、第四の層間絶縁膜132の所定の領域に形成されたスルーホールを充填した窒化チタン及びタングステンからなるビアプラグ130を介して、同じく第二の配線層131に接続されている。以下、層間絶縁膜(133,134,135,136)の形成、コンタクト(128等)の形成、配線層(126,127,129等)の形成を必要に応じて繰り返し、図9に示すDRAMが構成される。
以上の説明では、キャパシタシリンダに特有のCs向上を効果として掲げているが、本発明はこれに限定されず、下層導体との接触抵抗低減を図る必要のあるコンタクトホールなど、ドライエッチングでボーイング形状に形成されてしまうホール形成にも適用できるものである。
1 層間絶縁膜
2 コンタクトプラグ
3 コンタクトパッド
4 ストッパーSiN膜
5 BPSG膜
5a 第1BPSG膜
5b 第2BPSG膜
6 P−TEOS膜
7 マスク
8 第1のホール(第1のシリンダホール)
9 第2のホール(第2のシリンダホール)
2 コンタクトプラグ
3 コンタクトパッド
4 ストッパーSiN膜
5 BPSG膜
5a 第1BPSG膜
5b 第2BPSG膜
6 P−TEOS膜
7 マスク
8 第1のホール(第1のシリンダホール)
9 第2のホール(第2のシリンダホール)
Claims (9)
- シリコン窒化膜上に、不純物ドープした第1のシリコン酸化膜と、不純物非ドープの第2のシリコン酸化膜の積層構造を形成する工程、
前記積層構造に、ドライエッチングにより少なくとも前記第1及び第2のシリコン酸化膜を貫通し、上部及び下部の径に対して中間部の径が大きい第1のホールを形成する工程、
熱リン酸を用いたウエットエッチングにより、前記第1のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とをエッチングし、前記中間部径と下部径とがほぼ同等の第2のホールを形成する工程、
とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1のシリコン酸化膜と第2のシリコン酸化膜との境界が、前記ドライエッチングにより形成される第1のホールの中間部径が最大となる近傍に配置される請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1のシリコン酸化膜は、シリコン窒化膜側に不純物濃度の高くなる濃度勾配を有する請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記濃度勾配を有する第1のシリコン酸化膜は、不純物濃度の高いシリコン酸化膜と不純物濃度の低いシリコン酸化膜との積層膜である請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1のシリコン酸化膜は、BPSG膜である請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記シリコン窒化膜は、原子層堆積法により形成された膜である請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記シリコン窒化膜と、前記第1のシリコン酸化膜の該シリコン窒化膜と接する側の一部又は全部とのエッチングレートが1:1となるようにウエットエッチング条件を設定する請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2のホールが、キャパシタの下部電極を形成する型材となるシリンダホールである請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記シリンダホール内に、該シリンダホールの上部開口を閉塞しない膜厚でキャパシタ下部電極を形成する工程と、
少なくとも前記下部電極の内壁に、容量絶縁膜および上部電極を積層する工程
とを含む請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
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JP2010135162A JP2012004169A (ja) | 2010-06-14 | 2010-06-14 | 半導体装置の製造方法 |
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JP2014022688A (ja) * | 2012-07-23 | 2014-02-03 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
WO2014148561A1 (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル | 半導体装置の製造方法 |
-
2010
- 2010-06-14 JP JP2010135162A patent/JP2012004169A/ja active Pending
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