JP2013093512A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2013093512A
JP2013093512A JP2011235966A JP2011235966A JP2013093512A JP 2013093512 A JP2013093512 A JP 2013093512A JP 2011235966 A JP2011235966 A JP 2011235966A JP 2011235966 A JP2011235966 A JP 2011235966A JP 2013093512 A JP2013093512 A JP 2013093512A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
contact hole
insulating film
semiconductor device
sidewall
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011235966A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuuki Fujikashi
勇気 藤樫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Micron Memory Japan Ltd
Original Assignee
Elpida Memory Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elpida Memory Inc filed Critical Elpida Memory Inc
Priority to JP2011235966A priority Critical patent/JP2013093512A/en
Publication of JP2013093512A publication Critical patent/JP2013093512A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76897Formation of self-aligned vias or contact plugs, i.e. involving a lithographically uncritical step

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To keep a void from being formed in a contact plug by forming an inclination at a side wall of a contact hole with good controllability.SOLUTION: The manufacturing method of a semiconductor device comprises the steps of: forming a first contact hole (dashed line) at an insulator film 10; forming a second contact hole 13 whose inner wall is inclined by applying chemical dry etching where the upper the insulator film which constitutes an inner wall of the first contact hole is, the larger the etching amount is; and forming a contact plug in the second contact hole.

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、詳しくは絶縁膜中に微細なコンタクトホールを形成する方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a fine contact hole in an insulating film.

半導体装置において、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成して導体(コンタクトプラグ)を埋め込むことで層間絶縁膜の下層の導体と上層の導体とを接続している。   In a semiconductor device, a contact hole is formed in an interlayer insulating film and a conductor (contact plug) is embedded to connect a lower conductor of the interlayer insulating film and an upper conductor.

通常、このようなコンタクトホールは、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術により形成される。   Usually, such a contact hole is formed by a photolithography technique and a dry etching technique.

通常、ドライエッチング法では、マスクパターンに忠実なパターンを被加工物に転写するために異方性ドライエッチングが用いられる。端的にいえば、プラズマ中に発生するエッチングガスイオンの電界加速性を利用した垂直エッチングである。酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などのシリコン化合物のエッチングには主にフッ素イオンが用いられ、アルミニウム膜やタングステン膜などの金属のエッチングには主に塩素イオンが用いられている。異方性ドライエッチングでは横方向にマスクパターンからのズレを発生しないので微細パターンを形成することができる。現在では、半導体装置全般の製造に主流技術として用いられている。   Usually, in the dry etching method, anisotropic dry etching is used to transfer a pattern faithful to the mask pattern to a workpiece. In short, it is vertical etching using the electric field acceleration of etching gas ions generated in plasma. Fluorine ions are mainly used for etching silicon compounds such as a silicon oxide film and a silicon nitride film, and chlorine ions are mainly used for etching metals such as an aluminum film and a tungsten film. Since anisotropic dry etching does not cause deviation from the mask pattern in the lateral direction, a fine pattern can be formed. At present, it is used as a mainstream technology in the manufacture of semiconductor devices in general.

しかし、より微細化が進んだ世代の半導体装置の製造においては、この垂直エッチングが、逆に悪影響を及ぼす問題が発生してきた。以下、この問題について説明する。   However, in the production of a semiconductor device of a generation with further miniaturization, there has been a problem that this vertical etching adversely affects. Hereinafter, this problem will be described.

図26(a)は、上面の所定領域に拡散層102が形成された半導体基板100上に層間絶縁膜103を形成し、拡散層102の上面を露出させるコンタクトホール104を形成した状態を示している。この後、図26(b)に示すように、全面に導体105を形成し、さらに図26(c)に示すように、ドライエッチング法によりエッチバックし、コンタクトプラグ107を形成し、コンタクトプラグ107の上面に図示しない配線を接続させて、配線と拡散層102を接続する工程が半導体製造においては古くから用いられている。図に記載した拡散層102は一例であって、下層に位置するコンタクトプラグ、下層に位置する配線などの場合もある。   FIG. 26A shows a state in which the interlayer insulating film 103 is formed on the semiconductor substrate 100 in which the diffusion layer 102 is formed in a predetermined region on the upper surface, and the contact hole 104 exposing the upper surface of the diffusion layer 102 is formed. Yes. Thereafter, as shown in FIG. 26B, a conductor 105 is formed on the entire surface, and further, as shown in FIG. 26C, etching back is performed by dry etching to form a contact plug 107. A process of connecting a wiring (not shown) to the upper surface of the wiring and connecting the wiring and the diffusion layer 102 has been used for a long time in semiconductor manufacturing. The diffusion layer 102 shown in the figure is an example, and may be a contact plug located in a lower layer, a wiring located in a lower layer, or the like.

図26(a)で、層間絶縁膜103に形成するコンタクトホール104は、半導体装置の微細化に伴い、直径が30nm程度に極めて小さくなってきている。一方、配線108は低抵抗を保持しなければならない必然性から微細化が進んでも薄膜化できない事情がある。したがって、配線108を上層配線と絶縁するための層間絶縁膜103の厚さは、ほとんど薄膜化されず、一定の膜厚が保持される。そのため、コンタクトホール104のアスペクト比(深さ/直径)は半導体装置の微細化世代が進むごとに増加することとなる。アスペクト比が増大すると、図26(b)に示したように、導体105を形成した場合、直径の狭いコンタクトホール内では導体105の埋設が不十分となってボイド106が発生する。次いで、図26(c)に示したように、層間絶縁膜103の上面に形成された導体105を除去してコンタクトプラグ107を形成しても、ボイド106は残存する。この結果、ボイド106が生じている部分のコンタクトプラグ107の平面視における断面積が減少し抵抗が増大する問題がある。抵抗増大は半導体装置の高速動作を阻害する原因となる。また、図26(d)に示したように、層間絶縁膜103の上面に形成された導体105をドライエッチング法によりエッチバックしてコンタクトプラグ107を形成する場合には、オーバーエッチングによりボイド106の上部が露出する結果、拡散層102まで貫通エッチングしてしまい接合不良をもたらす問題も発生する。   In FIG. 26A, the contact hole 104 formed in the interlayer insulating film 103 has become extremely small with a diameter of about 30 nm as the semiconductor device is miniaturized. On the other hand, there is a situation that the wiring 108 cannot be thinned even if miniaturization progresses due to the necessity of maintaining a low resistance. Accordingly, the thickness of the interlayer insulating film 103 for insulating the wiring 108 from the upper layer wiring is hardly reduced, and a constant film thickness is maintained. For this reason, the aspect ratio (depth / diameter) of the contact hole 104 increases as the miniaturization generation of the semiconductor device advances. When the aspect ratio increases, as shown in FIG. 26B, when the conductor 105 is formed, the conductor 105 is insufficiently embedded in the contact hole having a small diameter, and the void 106 is generated. Next, as shown in FIG. 26C, even if the conductor 105 formed on the upper surface of the interlayer insulating film 103 is removed to form the contact plug 107, the void 106 remains. As a result, there is a problem that the cross-sectional area in a plan view of the contact plug 107 where the void 106 occurs is reduced and the resistance is increased. The increase in resistance becomes a cause of hindering high-speed operation of the semiconductor device. In addition, as shown in FIG. 26D, when the contact plug 107 is formed by etching back the conductor 105 formed on the upper surface of the interlayer insulating film 103 by dry etching, the void 106 is formed by overetching. As a result of exposing the upper part, through-etching is performed up to the diffusion layer 102, which causes a problem of poor bonding.

本発明の半導体装置の製造方法は、上記問題に鑑みて考案されたものであり、絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、コンタクトホールの内壁を構成する絶縁膜の上方ほどエッチング量が多くなるケミカルドライエッチングを施してコンタクトホールの内壁に傾斜を形成する工程と、コンタクトホール内にコンタクトプラグを形成する工程と、を有することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention has been devised in view of the above problems, and the amount of etching increases as the step of forming a contact hole in the insulating film and above the insulating film constituting the inner wall of the contact hole are performed. The method includes a step of forming an inclination on the inner wall of the contact hole by performing chemical dry etching, and a step of forming a contact plug in the contact hole.

本発明によれば、コンタクトホールの開口径を上部に向かって基板面に均一に拡大することができ、コンタクトホール内に埋め込むコンタクトプラグにボイドが形成されることを防止できる。   According to the present invention, the opening diameter of the contact hole can be uniformly enlarged on the substrate surface toward the upper portion, and the formation of voids in the contact plug embedded in the contact hole can be prevented.

ケミカルドライエッチングの温度条件に対するSiN/SiO選択比を示すグラフである。It is a graph showing the SiN / SiO 2 selectivity ratio with respect to the temperature conditions of the chemical dry etching. 本発明の一実施例に係るMOSトランジスタの平面図である。It is a top view of the MOS transistor which concerns on one Example of this invention. 図2に示すMOSトランジスタの拡散層に接続するコンタクト形成工程を説明する工程断面図である。FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating a contact formation process connected to the diffusion layer of the MOS transistor shown in FIG. 2. 図2に示すMOSトランジスタの拡散層に接続するコンタクト形成工程を説明する工程断面図である。FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating a contact formation process connected to the diffusion layer of the MOS transistor shown in FIG. 2. 図2に示すMOSトランジスタの拡散層に接続するコンタクト形成工程を説明する工程断面図である。FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating a contact formation process connected to the diffusion layer of the MOS transistor shown in FIG. 2. 図2に示すMOSトランジスタの拡散層に接続するコンタクト形成工程を説明する工程断面図である。FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating a contact formation process connected to the diffusion layer of the MOS transistor shown in FIG. 2. 図2に示すMOSトランジスタの拡散層に接続するコンタクト形成工程を説明する工程断面図である。FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating a contact formation process connected to the diffusion layer of the MOS transistor shown in FIG. 2. 図2に示すMOSトランジスタのゲート電極に接続するコンタクト形成工程を説明する工程断面図である。FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating a contact formation process for connecting to the gate electrode of the MOS transistor shown in FIG. 2. 図2に示すMOSトランジスタのゲート電極に接続するコンタクト形成工程を説明する工程断面図である。FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating a contact formation process for connecting to the gate electrode of the MOS transistor shown in FIG. 2. 図2に示すMOSトランジスタのゲート電極に接続するコンタクト形成工程を説明する工程断面図である。FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating a contact formation process for connecting to the gate electrode of the MOS transistor shown in FIG. 2. 本発明の一実施例に係るメモリセルアレイの平面図である。1 is a plan view of a memory cell array according to an embodiment of the present invention. 図11のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図であり、(a)は図11のA−A’線での断面図、(b)はB−B’線での断面図を示す。12A and 12B are process cross-sectional views illustrating a process of forming a capacitor contact plug in the memory cell array of FIG. 11, where FIG. 11A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. Indicates. 図11のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図であり、(a)は図11のA−A’線での断面図、(b)はB−B’線での断面図を示す。12A and 12B are process cross-sectional views illustrating a process of forming a capacitor contact plug in the memory cell array of FIG. 11, where FIG. 11A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 11, and FIG. Indicates. 図11のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図であり、(a)は図11のA−A’線での断面図、(b)はB−B’線での断面図を示す。12A and 12B are process cross-sectional views illustrating a process of forming a capacitor contact plug in the memory cell array of FIG. 11, where FIG. 11A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. Indicates. 図11のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図であり、(a)は図11のA−A’線での断面図、(b)はB−B’線での断面図を示す。12A and 12B are process cross-sectional views illustrating a process of forming a capacitor contact plug in the memory cell array of FIG. 11, where FIG. 11A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. Indicates. 図11のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図であり、(a)は図11のA−A’線での断面図、(b)はB−B’線での断面図を示す。12A and 12B are process cross-sectional views illustrating a process of forming a capacitor contact plug in the memory cell array of FIG. 11, where FIG. 11A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 11, and FIG. Indicates. 本発明の別の実施例に係るメモリセルアレイの平面図である。FIG. 6 is a plan view of a memory cell array according to another embodiment of the present invention. 図17のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図であり、(a)は図17のA−A’線での断面図、(b)はB−B’線での断面図を示す。18A and 18B are process cross-sectional views illustrating a process for forming a capacitor contact plug in the memory cell array of FIG. 17, where FIG. 18A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. Indicates. 図17のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図であり、(a)は図17のA−A’線での断面図、(b)はB−B’線での断面図を示す。18A and 18B are process cross-sectional views illustrating a process for forming a capacitor contact plug in the memory cell array of FIG. 17, where FIG. 18A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. Indicates. 図17のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図であり、(a)は図17のA−A’線での断面図、(b)はB−B’線での断面図を示す。18A and 18B are process cross-sectional views illustrating a process for forming a capacitor contact plug in the memory cell array of FIG. 17, where FIG. 18A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. Indicates. 図17のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図であり、(a)は図17のA−A’線での断面図、(b)はB−B’線での断面図を示す。18A and 18B are process cross-sectional views illustrating a process for forming a capacitor contact plug in the memory cell array of FIG. 17, where FIG. 18A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. Indicates. 図17のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図であり、(a)は図17のA−A’線での断面図、(b)はB−B’線での断面図を示す。18A and 18B are process cross-sectional views illustrating a process for forming a capacitor contact plug in the memory cell array of FIG. 17, where FIG. 18A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. Indicates. 図17のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図であり、(a)は図17のA−A’線での断面図、(b)はB−B’線での断面図を示す。18A and 18B are process cross-sectional views illustrating a process for forming a capacitor contact plug in the memory cell array of FIG. 17, where FIG. 18A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 17 and FIG. Indicates. 図17のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図である。FIG. 18 is a process cross-sectional view illustrating a capacitor contact plug formation process in the memory cell array of FIG. 17. 図17のメモリセルアレイにおける容量コンタクトプラグ形成工程を説明する工程断面図であり、(a)は図17のA−A’線での断面図、(b)はB−B’線での断面図を示す。18A and 18B are process cross-sectional views illustrating a process for forming a capacitor contact plug in the memory cell array of FIG. 17, where FIG. 18A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. Indicates. 本発明の一つの課題を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one subject of this invention.

本発明に適用するケミカルドライエッチング(CDE)条件の説明
従来のCDEでは酸化シリコン膜の表面を高精度に一定量だけエッチング除去する技術が知られている。本発明者は、窒化シリコン膜に対してCDEを適用する検討を種々行なった結果、エッチング雰囲気の温度を70℃以上に制御することによって、窒化シリコン膜を酸化シリコン膜と同等のエッチング量でエッチングできることを見出した。
Description of Chemical Dry Etching (CDE) Conditions Applied to the Present Invention In conventional CDE, a technique is known in which the surface of a silicon oxide film is etched away by a certain amount with high accuracy. As a result of various studies of applying CDE to the silicon nitride film, the present inventor etched the silicon nitride film with an etching amount equivalent to that of the silicon oxide film by controlling the temperature of the etching atmosphere to 70 ° C. or higher. I found out that I can do it.

図1は、CDEの温度条件に対するSiN/SiO選択比を示すグラフである。同グラフに示すように室温(25℃)から45℃付近まで直線状に選択比が低下し、さらに温度を上げると緩やかに選択比が低下する。そして70℃以上では、ほぼ選択比1となり、窒化シリコン膜を酸化シリコン膜と同等のエッチング量でエッチングできる。酸化シリコン膜単独、或いは窒化シリコン膜単独の場合は選択比を考慮する必要がないため、所望のエッチング速度が得られるように温度を制御すればよい。 FIG. 1 is a graph showing SiN / SiO 2 selectivity with respect to CDE temperature conditions. As shown in the graph, the selection ratio decreases linearly from room temperature (25 ° C.) to around 45 ° C., and when the temperature is further increased, the selection ratio gradually decreases. At a temperature of 70 ° C. or higher, the selectivity is almost 1, and the silicon nitride film can be etched with the same etching amount as the silicon oxide film. In the case of a silicon oxide film alone or a silicon nitride film alone, there is no need to consider the selection ratio, so the temperature may be controlled so as to obtain a desired etching rate.

CDEでは、絶縁膜中の構成原子とエッチングガス中の構成原子との反応物による堆積が起こることがある。酸化シリコンや窒化シリコンなどのシリコンを構成原子として含む絶縁膜に対して、エッチングガスとして、フッ素を含むガス(例えば、HF、NFなど)とアンモニア(NH)とを用いると、フッ化アンモニウム(NHF)等がエッチング雰囲気に生成し、一方、フッ素(F)と絶縁膜中のシリコン(Si)とが反応してフッ化ケイ素(SiF)が生成する。フッ化ケイ素とフッ化アンモニウムが反応してケイフッ化アンモニウム((NHSiF)が生成する。
例えば、酸化シリコン(SiO)の場合は、以下の反応が進行する。
SiO + 4F → SiF
SiF + 2NHF → (NHSiF
In CDE, deposition may occur due to a reaction between constituent atoms in the insulating film and constituent atoms in the etching gas. When an insulating film containing silicon as a constituent atom such as silicon oxide or silicon nitride is used as an etching gas with a gas containing fluorine (such as HF or NF 3 ) and ammonia (NH 3 ), ammonium fluoride is used. (NH 4 F) or the like is generated in the etching atmosphere, while fluorine (F) and silicon (Si) in the insulating film react to generate silicon fluoride (SiF 4 ). Silicon fluoride and ammonium fluoride react to produce ammonium silicofluoride ((NH 4 ) 2 SiF 6 ).
For example, in the case of silicon oxide (SiO 2 ), the following reaction proceeds.
SiO 2 + 4F → SiF 4
SiF 4 + 2NH 4 F → (NH 4 ) 2 SiF 6

ケイフッ化アンモニウムは堆積物として絶縁膜に付着し、これによりエッチングが阻害される。条件にも依存するが、10nm程度で反応が飽和して所望のエッチング量を確保することができなくなることがある。ケイフッ化アンモニウムは昇華性があり、昇華により露出した絶縁膜は再度エッチングされる。このように、ケイフッ化アンモニウムの堆積と昇華を繰り返すサイクルエッチングにより徐々にエッチングが進行する。純粋なケイフッ化アンモニウムは160℃を超える温度では分解する。昇華は分解温度よりも低い温度で起こっているが、昇華速度を速めるために好ましくは100℃以上に加熱することが好ましい。したがって、サイクルエッチングは、エッチングガスを供給して、例えば100℃未満でケイフッ化アンモニウムの堆積を行う工程と、エッチングガスの供給を停止し、100℃以上に加熱してケイフッ化アンモニウムを昇華又は分解して除去する工程を繰り返すことで実施することができる。このように、所望のエッチング量を確保することが困難な場合には、サイクルエッチングが適している。   Ammonium silicofluoride adheres to the insulating film as a deposit, thereby inhibiting etching. Depending on the conditions, the reaction may be saturated at about 10 nm and a desired etching amount may not be ensured. Ammonium silicofluoride is sublimable and the insulating film exposed by sublimation is etched again. In this manner, etching proceeds gradually by cycle etching in which ammonium silicofluoride is repeatedly deposited and sublimated. Pure ammonium silicofluoride decomposes at temperatures above 160 ° C. Although sublimation occurs at a temperature lower than the decomposition temperature, heating to 100 ° C. or higher is preferable in order to increase the sublimation rate. Therefore, in the cycle etching, an etching gas is supplied to deposit ammonium silicofluoride at, for example, less than 100 ° C., and the etching gas supply is stopped and heated to 100 ° C. or more to sublimate or decompose ammonium silicofluoride. Then, the removal step can be repeated. As described above, when it is difficult to secure a desired etching amount, cycle etching is suitable.

さらに、上記条件をコンタクトホールに適用したところ、層間絶縁膜が窒化シリコン膜、酸化シリコン膜のいずれの場合も、コンタクトホールの上方ほどエッチング量が大きくなる現象を知見した。特にケイフッ化アンモニウムの堆積と昇華を繰り返すサイクルエッチングを実施することでコンタクトホールの上部の拡幅を精度良く制御することが可能となる。   Further, when the above conditions were applied to the contact hole, it was found that the etching amount increased toward the upper part of the contact hole when the interlayer insulating film was either a silicon nitride film or a silicon oxide film. In particular, it is possible to accurately control the widening of the upper portion of the contact hole by performing cyclic etching that repeats deposition and sublimation of ammonium silicofluoride.

また、本発明では、コンタクトホールに窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とが混在して露出する場合に、いずれの膜に対しても同様のエッチング量とすることで、コンタクトホールの上部の拡幅を図る方法も提供する。   Further, in the present invention, when a silicon nitride film and a silicon oxide film are mixedly exposed in the contact hole, the same etching amount is used for both films, thereby widening the upper portion of the contact hole. A method is also provided.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited only to these Examples.

実施例1
図2にMOS型トランジスタのレイアウトの一例の平面図を示す。図3〜図7は図2のA−A’の断面図を示している。
Example 1
FIG. 2 shows a plan view of an example of the layout of the MOS transistor. 3 to 7 show sectional views taken along the line AA ′ of FIG.

(図3)
まず、半導体基板1上に素子分離(STI:Shallow Trench Isolation)領域2で囲まれた活性領域3を形成する。次に、活性領域3を横切り、X方向に延在するゲート電極5を形成する。ここでは、活性領域3の半導体基板1表面に厚さ5nmのゲート絶縁膜4、厚さ50nmのゲート電極5、厚さ50nmの窒化シリコン膜からなるカバー絶縁膜6を積層形成する。次に、リソグラフィとドライエッチング法により順次エッチングした後、側壁に窒化シリコン膜からなるサイドウォール(SW)絶縁膜7を形成する。ゲート電極5は多結晶シリコン上にタングステンなどの金属を積層したポリサイド構造、窒化チタンなどのバリヤ金属上にタングステンなどの低抵抗金属を積層した金属積層膜、ゲート絶縁膜4にハフニウムシリケート膜などの高誘電率膜を用いる場合にはタングステン単層構造などを用いることができる。いずれの場合もゲート電極5の最上面はタングステンなどの金属で構成される。
(Figure 3)
First, an active region 3 surrounded by an element isolation (STI: Shallow Trench Isolation) region 2 is formed on a semiconductor substrate 1. Next, a gate electrode 5 extending across the active region 3 and extending in the X direction is formed. Here, a gate insulating film 4 having a thickness of 5 nm, a gate electrode 5 having a thickness of 50 nm, and a cover insulating film 6 made of a silicon nitride film having a thickness of 50 nm are stacked on the surface of the semiconductor substrate 1 in the active region 3. Next, after sequentially etching by lithography and dry etching, a sidewall (SW) insulating film 7 made of a silicon nitride film is formed on the sidewall. The gate electrode 5 includes a polycide structure in which a metal such as tungsten is stacked on polycrystalline silicon, a metal stacked film in which a low resistance metal such as tungsten is stacked on a barrier metal such as titanium nitride, and a hafnium silicate film on the gate insulating film 4. When a high dielectric constant film is used, a tungsten single layer structure or the like can be used. In any case, the uppermost surface of the gate electrode 5 is made of a metal such as tungsten.

続いて、ゲート電極パターンをマスクとして用い、イオン注入法により半導体基板表面に不純物導入し、ソース拡散層8およびドレイン拡散層9を形成する。   Subsequently, using the gate electrode pattern as a mask, impurities are introduced into the surface of the semiconductor substrate by ion implantation to form the source diffusion layer 8 and the drain diffusion layer 9.

最後にゲート電極パターンを覆うように、酸化シリコン膜からなる厚さ140nmの層間絶縁膜10を形成する。層間絶縁膜10はCVD法や回転塗布法により成膜した後、CMP法により表面平坦化することで形成できる。   Finally, an interlayer insulating film 10 made of a silicon oxide film and having a thickness of 140 nm is formed so as to cover the gate electrode pattern. The interlayer insulating film 10 can be formed by forming a film by a CVD method or a spin coating method and then planarizing the surface by a CMP method.

(図4)
次に、リソグラフィにより形成したマスク11を用い、ドライエッチング法によりソース拡散層8およびドレイン拡散層9に接続する直径30nmの拡散層コンタクトホール(第1のコンタクトホール)12を層間絶縁膜10に形成する。拡散層コンタクトホール12は、SW絶縁膜7には接していない。図2では、各々の拡散層上のX方向に3個並列に形成された例を示す。拡散層コンタクトホール12の内壁はこの段階では従来法と同様に垂直に形成されている。
(Fig. 4)
Next, using the mask 11 formed by lithography, a diffusion layer contact hole (first contact hole) 12 having a diameter of 30 nm connected to the source diffusion layer 8 and the drain diffusion layer 9 is formed in the interlayer insulating film 10 by dry etching. To do. The diffusion layer contact hole 12 is not in contact with the SW insulating film 7. FIG. 2 shows an example in which three are formed in parallel in the X direction on each diffusion layer. At this stage, the inner wall of the diffusion layer contact hole 12 is formed vertically as in the conventional method.

(図5)
続いて、マスク11を除去した後、本発明のCDE法により、拡散層コンタクトホールの開口部直径を拡大し、側壁に傾斜を形成する。
(Fig. 5)
Subsequently, after removing the mask 11, the opening diameter of the diffusion layer contact hole is enlarged by the CDE method of the present invention, and an inclination is formed on the side wall.

本実施例のCDE法の条件は以下の通りである。
エッチングガス:NF(14sccm)、NH(50sccm)
圧力: 400Pa(3Torr)
温度: 35℃(エッチングガス供給時)/120℃(ケイフッ化アンモニウム昇華時)
RFパワー: 30W
時間: 60秒
The conditions of the CDE method of this example are as follows.
Etching gas: NF 3 (14 sccm), NH 3 (50 sccm)
Pressure: 400 Pa (3 Torr)
Temperature: 35 ° C (when supplying etching gas) / 120 ° C (when sublimating ammonium fluorosilicate)
RF power: 30W
Time: 60 seconds

また、以下の条件でも同様の効果を得られる。
エッチングガス:HF(40sccm)、NH(50sccm)
圧力: 11Pa(80mTorr)
温度: 35℃(エッチングガス供給時)/120℃(ケイフッ化アンモニウム昇華時)
RFパワー: 0W
時間: 60秒
Similar effects can be obtained under the following conditions.
Etching gas: HF (40 sccm), NH 3 (50 sccm)
Pressure: 11Pa (80mTorr)
Temperature: 35 ° C (when supplying etching gas) / 120 ° C (when sublimating ammonium fluorosilicate)
RF power: 0W
Time: 60 seconds

これにより、新たな拡散層コンタクトホール(第2のコンタクトホール)13を形成する。開口部の拡がりDは5nmに制御する。直径は30nmから40nmに拡大する。底面の拡散層はシリコンで構成されているので、CDEでは除去されない。   As a result, a new diffusion layer contact hole (second contact hole) 13 is formed. The expansion D of the opening is controlled to 5 nm. The diameter increases from 30 nm to 40 nm. Since the bottom diffusion layer is made of silicon, it is not removed by CDE.

高精度拡幅には、上記のようにケイフッ化アンモニウムの形成と昇華を繰り返すサイクルエッチングが有効である。   For high-precision widening, cycle etching that repeats formation and sublimation of ammonium silicofluoride as described above is effective.

(図6)
拡散層コンタクトホール13を埋め込むように、CVD法により全面に導体14を形成する。コンタクトホールが垂直側壁から傾斜側壁となっているのでボイドは発生しない。導体14としては、例えば、多結晶シリコン、タングステン等の金属の単層膜あるいは多結晶シリコンとタングステンなどの金属の積層膜などが例示できる。タングステン形成の場合は拡散層表面あるいは先に形成する多結晶シリコン上面に金属シリサイド(例えば、コバルトシリサイド)を形成し、さらに絶縁膜との間に窒化チタン等のバリヤ膜(例えば、Ti/TiNなど)を形成することが好ましい。
(Fig. 6)
A conductor 14 is formed on the entire surface by a CVD method so as to fill the diffusion layer contact hole 13. Since the contact hole is inclined from the vertical side wall, no void is generated. Examples of the conductor 14 include a single layer film of a metal such as polycrystalline silicon and tungsten, or a laminated film of a metal such as polycrystalline silicon and tungsten. In the case of tungsten formation, a metal silicide (for example, cobalt silicide) is formed on the surface of the diffusion layer or the upper surface of polycrystalline silicon that is formed first, and a barrier film such as titanium nitride (for example, Ti / TiN or the like) is formed between the insulating film. ) Is preferably formed.

(図7)
最後に、CMP法もしくはドライエッチング法により層間絶縁膜10上に形成されている導体14を除去し、拡散層コンタクトホール13内に拡散層コンタクトプラグ15を形成する。さらに、拡散層コンタクトプラグ15の上面と接続する配線16を形成する。
(Fig. 7)
Finally, the conductor 14 formed on the interlayer insulating film 10 is removed by CMP or dry etching, and a diffusion layer contact plug 15 is formed in the diffusion layer contact hole 13. Further, a wiring 16 connected to the upper surface of the diffusion layer contact plug 15 is formed.

本実施例によれば、拡散層コンタクトホール12の内壁は、酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜10で構成されており、上記のCDE条件を用いることによりホールの上部を拡幅した傾斜を有する拡散層コンタクトホール13に加工することができる。その結果、拡散層コンタクトホール13を埋設する導体14におけるボイドの発生を防止して、抵抗増大や拡散層へのエッチングダメージを回避する拡散層コンタクトプラグ15を形成できる。   According to the present embodiment, the inner wall of the diffusion layer contact hole 12 is composed of the interlayer insulating film 10 made of a silicon oxide film, and the diffusion layer has an inclination that widens the upper portion of the hole by using the above CDE condition. The contact hole 13 can be processed. As a result, it is possible to form the diffusion layer contact plug 15 that prevents the occurrence of voids in the conductor 14 that embeds the diffusion layer contact hole 13 and avoids an increase in resistance and etching damage to the diffusion layer.

実施例2
実施例1では、ソース及びドレイン拡散層に接続される拡散層コンタクトホールについて説明したが、図2に示すように、ゲート電極5に接続するゲートコンタクトホールも同様に形成することができる。ゲートコンタクトホールは、酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜10と窒化シリコン膜からなるカバー絶縁膜6とを貫通して形成されているが、本発明による方法では、このように異なる絶縁膜が積層されている場合であっても適用できる。
図8〜図10は図2のB−B’の断面図を示している。
Example 2
In the first embodiment, the diffusion layer contact hole connected to the source and drain diffusion layers has been described. However, as shown in FIG. 2, the gate contact hole connected to the gate electrode 5 can be formed in the same manner. The gate contact hole is formed through the interlayer insulating film 10 made of a silicon oxide film and the cover insulating film 6 made of a silicon nitride film. In the method according to the present invention, such different insulating films are laminated. Even if it is, it is applicable.
8 to 10 show sectional views taken along the line BB 'in FIG.

(図8)
実施例1の図4工程において、拡散層コンタクトホール12の形成と同時又は別個に、ゲートコンタクトホール(第1のコンタクトホール)17を形成する。
(Fig. 8)
In the step of FIG. 4 of the first embodiment, a gate contact hole (first contact hole) 17 is formed simultaneously with or separately from the formation of the diffusion layer contact hole 12.

(図9)
実施例1の図5工程と同様に、本発明のCDE法により、ゲートコンタクトホール17の開口部直径を拡大し、側壁に傾斜を形成する。但し、エッチングガス供給時の雰囲気温度は80℃とした。これにより上部に向かって開口部直径が拡大したゲートコンタクトホール(第2のコンタクトホール)18が形成される。該工程は、実施例1の図5工程と同時に行うことができる。
(Fig. 9)
Similar to the step of FIG. 5 of the first embodiment, the opening diameter of the gate contact hole 17 is enlarged by the CDE method of the present invention, and an inclination is formed on the side wall. However, the atmospheric temperature when supplying the etching gas was set to 80 ° C. As a result, a gate contact hole (second contact hole) 18 whose opening diameter increases toward the top is formed. This step can be performed simultaneously with the step of FIG.

(図10)
その後、実施例1の図6工程、図7工程を経て、ゲートコンタクトプラグ19及び配線16を形成する。
(Fig. 10)
Thereafter, the gate contact plug 19 and the wiring 16 are formed through the steps of FIGS. 6 and 7 of the first embodiment.

本実施例に示すように、コンタクトホールに異種の絶縁膜が露出している場合にも同様に開口部径の拡大を行うことができる。   As shown in this embodiment, the diameter of the opening can be increased in the same manner even when a different type of insulating film is exposed in the contact hole.

実施例3
図11は、埋込みワード線(WL1〜3)を用いたメモリセルアレイの平面図である。図11において、22はSTI領域、24は活性領域を示し、X’方向(第1の方向)に延在して形成される。活性領域24は、Y方向(第2の方向)にSTI領域23により分断され、それぞれ島状の活性領域24aとなる。各活性領域24aはさらにY方向に延在する2本の埋込ワード線で3つの拡散層に分割される。ビット線に接続される拡散層領域をビット線コンタクト領域25、容量コンタクトプラグ35が接続される拡散層領域を容量コンタクト領域26と呼ぶ。ビット線コンタクト領域25は各活性領域24aの中央部に配置され、X方向(第3の方向)に延在するビット線(BL1〜3)が接続される。容量コンタクト領域26は各活性領域24aの両端に配置され、容量コンタクトプラグ35が接続される。
Example 3
FIG. 11 is a plan view of a memory cell array using embedded word lines (WL1 to WL3). In FIG. 11, 22 is an STI region, 24 is an active region, and is formed extending in the X ′ direction (first direction). The active regions 24 are divided by the STI regions 23 in the Y direction (second direction) to form island-shaped active regions 24a. Each active region 24a is further divided into three diffusion layers by two buried word lines extending in the Y direction. A diffusion layer region connected to the bit line is referred to as a bit line contact region 25, and a diffusion layer region to which the capacitor contact plug 35 is connected is referred to as a capacitor contact region 26. The bit line contact region 25 is arranged at the center of each active region 24a, and is connected to bit lines (BL1 to BL3) extending in the X direction (third direction). Capacitance contact regions 26 are disposed at both ends of each active region 24a, and a capacitor contact plug 35 is connected thereto.

以下、断面図を参照してこのメモリセルアレイの製造方法を説明する。図12〜16は、本実施例に係るメモリセルアレイの製造工程を説明する工程断面図であり、各図(a)は、図11のA−A’線、各図(b)はB−B’線での断面に相当する。   Hereinafter, a method for manufacturing the memory cell array will be described with reference to cross-sectional views. 12 to 16 are process cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the memory cell array according to this embodiment. Each figure (a) is a line AA 'in FIG. 11, and each figure (b) is a line BB. 'Corresponds to the cross-section at the line.

(図12)
まず、半導体基板21にSTI領域22,23となる溝を形成し、絶縁膜を埋め込んでSTI領域22,23を形成する。続いて、活性領域24に拡散層用の不純物イオンを注入して拡散層(図示せず)を形成する。次に、ワード線用の溝を図11のY方向に形成し、ワード線導体層を埋込み、さらに窒化シリコン膜からなるキャップ絶縁膜27を形成して表面を平坦化する。なお、ワード線と半導体基板21とは図示しないゲート絶縁膜で分離されている。また、ワード線導体層の表面は活性層の深さよりも深い位置になるように埋め込まれる。なお、STI領域23に代えて、ダミーのワード線を形成して活性領域24を各活性領域24aに分離することもできる。
(Fig. 12)
First, trenches to be the STI regions 22 and 23 are formed in the semiconductor substrate 21, and the STI regions 22 and 23 are formed by embedding an insulating film. Subsequently, impurity ions for the diffusion layer are implanted into the active region 24 to form a diffusion layer (not shown). Next, a word line trench is formed in the Y direction in FIG. 11, the word line conductor layer is buried, and a cap insulating film 27 made of a silicon nitride film is formed to planarize the surface. The word line and the semiconductor substrate 21 are separated by a gate insulating film (not shown). Further, the surface of the word line conductor layer is buried so as to be deeper than the depth of the active layer. Instead of the STI region 23, a dummy word line can be formed to separate the active region 24 into each active region 24a.

(図13)
次に、酸化シリコン膜からなる第1層間絶縁膜28を形成した後、ビット線コンタクト領域25を露出するビットコンタクトホール(図示せず)を形成し、ビット線となる導体層及び窒化シリコン膜からなるカバー絶縁膜29を成膜し、パターニングしてビット線(BL1〜3)を形成する。さらに、ビット線(BL1〜3)の側壁に窒化シリコン膜からなる第1サイドウォール(SWD1)を形成する。その後、全面に酸化シリコン膜からなる第2層間絶縁膜30を形成し、カバー絶縁膜29及び第1サイドウォール(SWD1)をストッパーとしてCMP等で平坦化する。
(Fig. 13)
Next, after forming a first interlayer insulating film 28 made of a silicon oxide film, a bit contact hole (not shown) that exposes the bit line contact region 25 is formed, and a conductor layer that becomes a bit line and a silicon nitride film are formed. A cover insulating film 29 to be formed is formed and patterned to form bit lines (BL1 to BL3). Further, first sidewalls (SWD1) made of a silicon nitride film are formed on the sidewalls of the bit lines (BL1 to BL3). Thereafter, a second interlayer insulating film 30 made of a silicon oxide film is formed on the entire surface, and planarized by CMP or the like using the cover insulating film 29 and the first sidewall (SWD1) as stoppers.

(図14)
第2層間絶縁膜30上にマスク膜31を形成し、容量コンタクト領域26を露出する容量コンタクトホール(第1のコンタクトホール)32を形成する。
(Fig. 14)
A mask film 31 is formed on the second interlayer insulating film 30 and a capacitor contact hole (first contact hole) 32 exposing the capacitor contact region 26 is formed.

(図15)
実施例1の図5工程と同様に、本発明のCDE法により、容量コンタクトホール32の開口部直径を拡大し、側壁に傾斜を形成する。但し、エッチングガス供給時の雰囲気温度は80℃とした。ここでは、酸化シリコン膜からなる第2層間絶縁膜30と窒化シリコン膜からなる第1サイドウォール(SWD1)は同程度にエッチングされ、いずれも上部に向かって直径が拡大した容量コンタクトホール(第2のコンタクトホール)33が形成される。
(Fig. 15)
Similar to the process of FIG. 5 of the first embodiment, the diameter of the opening of the capacitor contact hole 32 is enlarged by the CDE method of the present invention, and an inclination is formed on the side wall. However, the atmospheric temperature when supplying the etching gas was set to 80 ° C. Here, the second interlayer insulating film 30 made of a silicon oxide film and the first side wall (SWD1) made of a silicon nitride film are etched to the same extent, and both of them have a capacity contact hole (second second) whose diameter increases upward. Contact hole) 33 is formed.

(図16)
その後、容量コンタクトプラグ34を形成し、さらにキャパシタ35を形成する。このように、容量コンタクトプラグ34の上部の径が拡張されていることで、ボイドの発生を抑制すると共に、アレイパターンが微細化されてもキャパシタ35の下部電極とのコンタクト面積を確保することができる。
(Fig. 16)
Thereafter, a capacitor contact plug 34 is formed, and a capacitor 35 is further formed. Thus, the diameter of the upper portion of the capacitor contact plug 34 is expanded, so that generation of voids can be suppressed and a contact area with the lower electrode of the capacitor 35 can be ensured even if the array pattern is miniaturized. it can.

実施例4
実施例3に示したメモリセルアレイにおいて、更に微細化が進むと、容量コンタクト領域に容量コンタクトホールを均一に形成することが困難となり、キャパシタ特性に影響する場合がある。本実施例では、隣接する島状活性領域24aの対向する容量コンタクト領域26を一括して開口し、コンタクトプラグとなる導体を埋め込んだ後、2つのプラグに分割するツインプラグ法により容量コンタクトプラグを形成する方法について説明する。
Example 4
In the memory cell array shown in the third embodiment, when the miniaturization further proceeds, it is difficult to uniformly form the capacitor contact hole in the capacitor contact region, which may affect the capacitor characteristics. In this embodiment, the capacitor contact regions 26 facing each other in the adjacent island-like active regions 24a are opened in a lump, and a conductor serving as a contact plug is buried, and then a capacitor contact plug is formed by a twin plug method that is divided into two plugs. A method of forming will be described.

図17は、図11と同様にメモリセルアレイの平面図を示し、Y方向に延在するマスク領域41と開口領域42を示す。開口領域42とビット線(BL1〜3)とで画定される領域を単位開口部44と呼び、この部分にコンタクトプラグとなる導体が埋め込まれる。   FIG. 17 is a plan view of the memory cell array similarly to FIG. 11, and shows a mask region 41 and an opening region 42 extending in the Y direction. A region defined by the opening region 42 and the bit lines (BL1 to BL3) is called a unit opening 44, and a conductor serving as a contact plug is embedded in this portion.

図18〜図25は、本実施例に係る半導体装置の製造工程を説明する工程断面図であり、各図において、(a)は図17のA−A’線での断面図、(b)は図17のB−B’線での断面図を示す。   18 to 25 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment. In each figure, (a) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 17, and (b). Shows a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.

(図18)
実施例3と同様にビット線の側壁に第1サイドウォールSWD1を形成した後、酸化シリコン膜からなる第2層間絶縁膜30を形成する。実施例3では第1サイドウォールSWD1の上面までとしていたが、本実施例では第2層間絶縁膜30の上面が第1サイドウォールSWD1の上面よりも高い位置となるように形成する。次に、マスク領域41にフォトレジスト等のマスク膜43を形成する。
(Fig. 18)
As in the third embodiment, after forming the first sidewall SWD1 on the side wall of the bit line, the second interlayer insulating film 30 made of a silicon oxide film is formed. In the third embodiment, the upper surface of the first sidewall SWD1 is used. However, in this embodiment, the upper surface of the second interlayer insulating film 30 is formed to be higher than the upper surface of the first sidewall SWD1. Next, a mask film 43 such as a photoresist is formed in the mask region 41.

(図19)
マスク膜43をマスクに開口領域42に露出する酸化シリコン膜からなる第1及び第2層間絶縁膜28及び30をエッチングする。これにより単位開口部44が形成される。
(Fig. 19)
Using the mask film 43 as a mask, the first and second interlayer insulating films 28 and 30 made of a silicon oxide film exposed in the opening region 42 are etched. Thereby, the unit opening 44 is formed.

(図20)
窒化シリコン膜を成膜した後、エッチバックして第2サイドウォールSWD2を単位開口部44に露出する第1及び第2層間絶縁膜28及び30の側壁及び第1サイドウォールSWD1の側壁に形成する。第2サイドウォールSWD2形成後の単位開口部を単位開口部(第1のコンタクトホール)45とする。
(Fig. 20)
After the silicon nitride film is formed, etch back is performed to form the second sidewall SWD2 on the sidewalls of the first and second interlayer insulating films 28 and 30 exposed to the unit opening 44 and the sidewall of the first sidewall SWD1. . The unit opening after the formation of the second sidewall SWD2 is defined as a unit opening (first contact hole) 45.

(図21)
次に、実施例1の図5工程と同様に、本発明のCDE法により、単位開口部45の開口部直径を拡大し、側壁に傾斜を形成する(第2のコンタクトホール)。但し、エッチングガス供給時の雰囲気温度は80℃とした。
(Fig. 21)
Next, similarly to the step of FIG. 5 of the first embodiment, the opening diameter of the unit opening 45 is enlarged by the CDE method of the present invention, and an inclination is formed on the side wall (second contact hole). However, the atmospheric temperature when supplying the etching gas was set to 80 ° C.

(図22)
続いて、容量コンタクトプラグとなる導体46を形成する。導体46は、ビット線上のカバー絶縁膜29がちょうど露出するか露出しない程度にエッチバックする。カバー絶縁膜29の表面より低く形成すると、次の工程での第3サイドウォールがビット線側壁の第2サイドウォール側壁にも形成され、その後の導体46の分離が不十分となる場合がある。
(Fig. 22)
Subsequently, a conductor 46 serving as a capacitor contact plug is formed. The conductor 46 is etched back to such an extent that the cover insulating film 29 on the bit line is just exposed or not exposed. If it is formed lower than the surface of the cover insulating film 29, the third sidewall in the next step is also formed on the second sidewall sidewall of the bit line sidewall, and the subsequent separation of the conductor 46 may be insufficient.

(図23)
窒化シリコン膜を形成し、エッチバックして第3サイドウォールSWD3を形成する。さらに、第3サイドウォールSWD3をマスクに、導体46をエッチングし、単位開口部45内で2つの容量コンタクトプラグ47に分割する。
(Fig. 23)
A silicon nitride film is formed and etched back to form the third sidewall SWD3. Further, using the third sidewall SWD 3 as a mask, the conductor 46 is etched and divided into two capacitive contact plugs 47 within the unit opening 45.

(図24)
全面に絶縁膜を形成し、CMP等により平坦化する。これにより単位開口部45内の2つの容量コンタクトプラグ47の間に埋込絶縁膜48が埋め込まれる。
(Fig. 24)
An insulating film is formed on the entire surface and planarized by CMP or the like. As a result, the buried insulating film 48 is buried between the two capacitor contact plugs 47 in the unit opening 45.

(図25)
その後、実施例3と同様にキャパシタ35を形成する。
(Fig. 25)
Thereafter, the capacitor 35 is formed as in the third embodiment.

本実施例に示すように、単位開口部45側壁がすべて窒化シリコン膜である場合にも同様に開口部径の拡大を行うことができる。また、本発明のCDE法を適用することで開口内側壁の傾斜角を精密に制御できるため、ツインプラグ構造では、一つの単位開口部内で分離して形成された2つのプラグの下部中心点間距離よりも上部中心点間距離が広くなり、キャパシタのレイアウトに制限されることなく、メモリセルレイアウトの自由度が向上する。   As shown in the present embodiment, the diameter of the opening can be similarly increased when the side walls of the unit opening 45 are all silicon nitride films. In addition, since the inclination angle of the inner wall of the opening can be precisely controlled by applying the CDE method of the present invention, in the twin plug structure, the distance between the lower center points of two plugs formed separately in one unit opening is obtained. The distance between the upper center points becomes wider than the distance, and the flexibility of the memory cell layout is improved without being restricted by the capacitor layout.

1,21 半導体基板
2,22,23 STI領域
3,24 活性領域
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 カバー絶縁膜
7 サイドウォール絶縁膜
8 ソース拡散層
9 ドレイン拡散層
10 層間絶縁膜
11 マスク
12,13 拡散層コンタクトホール
14 導体
15 拡散層コンタクトプラグ
16 配線
17,18 ゲートコンタクトホール
19 ゲートコンタクトプラグ
25 ビット線コンタクト領域
26 容量コンタクト領域
27 キャップ絶縁膜
28 第1層間絶縁膜
29 カバー絶縁膜
30 第2層間絶縁膜
31 マスク膜
32,33 容量コンタクトホール
34 容量コンタクトプラグ
35 キャパシタ
41 マスク領域
42 開口領域
43 マスク膜
44,45 単位開口部
46 導体
47 容量コンタクトプラグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,21 Semiconductor substrate 2,22,23 STI region 3,24 Active region 4 Gate insulating film 5 Gate electrode 6 Cover insulating film 7 Side wall insulating film 8 Source diffusion layer 9 Drain diffusion layer 10 Interlayer insulating film 11 Mask 12, 13 Diffusion layer contact hole 14 Conductor 15 Diffusion layer contact plug 16 Wiring 17, 18 Gate contact hole 19 Gate contact plug 25 Bit line contact region 26 Capacitance contact region 27 Cap insulating film 28 First interlayer insulating film 29 Cover insulating film 30 Second interlayer Insulating film 31 Mask film 32, 33 Capacitance contact hole 34 Capacitance contact plug 35 Capacitor 41 Mask region 42 Opening region 43 Mask film 44, 45 Unit opening 46 Conductor 47 Capacitor contact plug

Claims (18)

絶縁膜に第1のコンタクトホールを形成する工程と、
該第1のコンタクトホールの内壁を構成する絶縁膜の上方ほどエッチング量が多くなるケミカルドライエッチングを施して内壁が傾斜した第2のコンタクトホールを形成する工程と、
該第2のコンタクトホール内にコンタクトプラグを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first contact hole in the insulating film;
Forming a second contact hole having an inclined inner wall by performing chemical dry etching in which the etching amount increases toward an upper portion of the insulating film constituting the inner wall of the first contact hole;
Forming a contact plug in the second contact hole;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記ケミカルドライエッチングは、絶縁膜構成原子とエッチングガス中の構成原子との反応物による堆積と、該反応物の昇華を繰り返すサイクルエッチングを含む請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the chemical dry etching includes cycle etching in which deposition by a reactant of an insulating film constituent atom and a constituent atom in an etching gas is repeated and sublimation of the reactant is repeated. 前記絶縁膜は構成原子としてシリコンを含み、前記エッチングガスとしてフッ素を含むガスとアンモニアとを含み、前記反応物としてケイフッ化アンモニウムを生成する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the insulating film contains silicon as a constituent atom, contains a gas containing fluorine as the etching gas, and ammonia, and generates ammonium silicofluoride as the reactant. 前記コンタクトホールの内壁を構成する絶縁膜が、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の少なくとも一方を含む請求項3に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the insulating film constituting the inner wall of the contact hole includes at least one of a silicon oxide film and a silicon nitride film. 前記コンタクトホールの内壁を構成する絶縁膜が、酸化シリコン膜である請求項4に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the insulating film constituting the inner wall of the contact hole is a silicon oxide film. 前記コンタクトホールの内壁を構成する絶縁膜が、窒化シリコン膜である請求項4に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the insulating film constituting the inner wall of the contact hole is a silicon nitride film. 前記コンタクトホールの内壁を構成する絶縁膜が、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の両方を含む請求項4に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the insulating film constituting the inner wall of the contact hole includes both a silicon oxide film and a silicon nitride film. 前記ケミカルドライエッチングは、70℃以上の温度で実施される請求項7に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the chemical dry etching is performed at a temperature of 70 ° C. or higher. 前記ケミカルドライエッチングは、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とのエッチング選択比が1である請求項8に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the chemical dry etching has an etching selectivity of a silicon oxide film and a silicon nitride film of 1. 前記コンタクトホールは、MOSトランジスタのソース及びドレイン拡散層に接続する拡散層コンタクトホールであり、
前記拡散層コンタクトホールが、酸化シリコン膜である層間絶縁膜を貫通して形成される請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
The contact hole is a diffusion layer contact hole connected to the source and drain diffusion layers of the MOS transistor,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the diffusion layer contact hole is formed so as to penetrate an interlayer insulating film that is a silicon oxide film.
前記コンタクトホールは、MOSトランジスタのゲート電極に接続するゲートコンタクトホールであり、
前記ゲートコンタクトホールが、前記ゲート電極上の窒化シリコン膜であるカバー絶縁膜と該カバー絶縁膜上の酸化シリコン膜である層間絶縁膜を貫通して形成される請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
The contact hole is a gate contact hole connected to the gate electrode of the MOS transistor,
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the gate contact hole is formed through a cover insulating film that is a silicon nitride film on the gate electrode and an interlayer insulating film that is a silicon oxide film on the cover insulating film. Production method.
前記コンタクトホールは、MOSトランジスタのソース及びドレイン拡散層に接続する拡散層コンタクトホールと、MOSトランジスタのゲート電極に接続するゲートコンタクトホールであり、
前記拡散層コンタクトホールの内壁を構成する絶縁膜が酸化シリコン膜であり、
前記ゲートコンタクトホールの内壁を構成する絶縁膜が酸化シリコン膜と窒化シリコン膜であり、
前記ケミカルドライエッチングが前記拡散層コンタクトホールと前記ゲートコンタクトホールの両方に対して同時に実施される請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
The contact holes are a diffusion layer contact hole connected to the source and drain diffusion layers of the MOS transistor and a gate contact hole connected to the gate electrode of the MOS transistor,
The insulating film constituting the inner wall of the diffusion layer contact hole is a silicon oxide film,
The insulating film constituting the inner wall of the gate contact hole is a silicon oxide film and a silicon nitride film,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the chemical dry etching is simultaneously performed on both the diffusion layer contact hole and the gate contact hole.
前記半導体装置は、半導体基板上に形成された配線と、該配線側壁の窒化シリコン膜からなる第1サイドウォールと、これらを覆う酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜を有し、
前記第1のコンタクトホールは、隣接する配線の対向する第1サイドウォールを露出して前記層間絶縁膜に形成され、
前記ケミカルドライエッチングにより前記第1サイドウォールと前記層間絶縁膜の両方に傾斜を有する第2のコンタクトホールが形成される請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device has a wiring formed on a semiconductor substrate, a first side wall made of a silicon nitride film on the side wall of the wiring, and an interlayer insulating film made of a silicon oxide film covering these,
The first contact hole is formed in the interlayer insulating film by exposing a first sidewall facing an adjacent wiring.
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein a second contact hole having an inclination is formed in both the first sidewall and the interlayer insulating film by the chemical dry etching.
前記半導体装置は、
半導体基板に形成された素子分離領域により画定された第1の方向に延在する活性領域と、
前記第1の方向と交差する第2の方向に延在し、前記半導体基板中に埋め込まれたワード線と、
前記第1及び第2の方向と交差する第3の方向に延在して前記半導体基板上に形成され、前記活性領域の一部に接続されたビット線と、
前記ビット線の接続された活性領域に対して前記ワード線を介して隣接する活性領域に接続された容量コンタクトプラグと、
前記容量コンタクトプラグに接続されたキャパシタと
を有し、
前記半導体基板上に形成された配線が前記ビット線であり、前記第1のコンタクトホールが前記容量コンタクトプラグを接続する活性領域に形成され、前記第2のコンタクトホールに導体を埋め込むことで前記容量コンタクトプラグが形成される請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device includes:
An active region extending in a first direction defined by an isolation region formed in the semiconductor substrate;
A word line extending in a second direction intersecting the first direction and embedded in the semiconductor substrate;
A bit line formed on the semiconductor substrate and extending in a third direction intersecting the first and second directions and connected to a part of the active region;
A capacitive contact plug connected to an active region adjacent to the active region connected to the bit line via the word line;
A capacitor connected to the capacitive contact plug;
The wiring formed on the semiconductor substrate is the bit line, the first contact hole is formed in an active region connecting the capacitor contact plug, and the capacitor is formed by embedding a conductor in the second contact hole. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein a contact plug is formed.
前記半導体装置は、半導体基板上に形成された配線と、該配線側壁の窒化シリコン膜からなる第1サイドウォールと、これらを覆う酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜を有し、
前記第1のコンタクトホールは、前記層間絶縁膜に前記配線の延在方向と交差する方向に延在する溝を形成し、該溝及び前記溝内に露出する配線の第1サイドウォール表面に窒化シリコン膜からなる第2サイドウォールを形成することで隣接する配線の対向する第2サイドウォールと前記溝の対向する第2サイドウォールにより画定され、
前記ケミカルドライエッチングにより前記第2サイドウォールに傾斜を有する第2のコンタクトホールが形成される請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device has a wiring formed on a semiconductor substrate, a first side wall made of a silicon nitride film on the side wall of the wiring, and an interlayer insulating film made of a silicon oxide film covering these,
The first contact hole is formed in the interlayer insulating film with a groove extending in a direction intersecting the extending direction of the wiring, and nitrided on the groove and the first sidewall surface of the wiring exposed in the groove. By forming a second sidewall made of a silicon film, it is defined by an opposing second sidewall of adjacent wiring and an opposing second sidewall of the groove,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein a second contact hole having an inclination is formed in the second sidewall by the chemical dry etching.
前記半導体装置は、
半導体基板に形成された素子分離領域により画定された第1の方向に延在する活性領域と、
前記第1の方向と交差する第2の方向に延在し、前記半導体基板中に埋め込まれたワード線と、
前記第1及び第2の方向と交差する第3の方向に延在して前記半導体基板上に形成され、前記活性領域の一部に接続されたビット線と、
前記ビット線の接続された活性領域に対して前記ワード線を介して隣接する活性領域に接続された容量コンタクトプラグと、
前記容量コンタクトプラグに接続されたキャパシタと
を有し、
前記活性領域は、前記ビット線の接続された活性領域を中央に共有し、隣接する2本のワード線を介して対峙する2つの活性領域を一セル単位として、前記第1の方向に電気的に分離されており、
窒化シリコンからなる第1サイドウォールで保護された前記ビット線を形成した後、酸化シリコンからなる層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の方向に隣接する2つのセル単位の対向する2つの前記容量コンタクトプラグが接続される活性領域を連続して露出し、前記第2の方向に延在し、略垂直の側壁を有する溝を前記層間絶縁膜に形成する工程と、
前記溝の側壁及び該溝内に露出する前記第1サイドウォールの側壁に窒化シリコンからなる第2サイドウォールを形成する工程と、
前記第2サイドウォールを前記ケミカルドライエッチングによりエッチングして、傾斜を形成する工程と、
前記溝と前記ビット線とで区画される領域に導体膜を埋め込む工程と、
前記導体膜を前記溝内で第2の方向に2分して2つの容量コンタクトプラグを形成する工程と
を有する請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device includes:
An active region extending in a first direction defined by an isolation region formed in the semiconductor substrate;
A word line extending in a second direction intersecting the first direction and embedded in the semiconductor substrate;
A bit line formed on the semiconductor substrate and extending in a third direction intersecting the first and second directions and connected to a part of the active region;
A capacitive contact plug connected to an active region adjacent to the active region connected to the bit line via the word line;
A capacitor connected to the capacitive contact plug;
The active region shares the active region to which the bit line is connected in the center and is electrically connected in the first direction with two active regions facing each other through two adjacent word lines as one cell unit. Separated into
Forming an interlayer insulating film made of silicon oxide after forming the bit line protected by the first sidewall made of silicon nitride;
An active region to which two opposing capacitor contact plugs of two cell units adjacent in the first direction are connected is continuously exposed, extends in the second direction, and has a substantially vertical side wall. Forming a groove in the interlayer insulating film;
Forming a second sidewall made of silicon nitride on the sidewall of the groove and the sidewall of the first sidewall exposed in the groove;
Etching the second sidewall by the chemical dry etching to form a slope;
Burying a conductor film in a region defined by the groove and the bit line;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, further comprising: forming two capacitive contact plugs by dividing the conductor film into two in the groove in the second direction.
前記層間絶縁膜はその表面が前記ビット線側壁の第1サイドウォール表面よりも高くなるように形成され、前記導体膜を前記第1サイドウォール表面以上であって、前記層間絶縁膜表面よりも低く埋め込んだ後、該導体膜上に前記溝側壁の第2サイドウォールに対して前記第2の方向に延在する第3サイドウォールを形成し、該第3サイドウォールをマスクに前記導体膜を2分する請求項16に記載の半導体装置の製造方法。   The interlayer insulating film is formed so that the surface thereof is higher than the first sidewall surface of the bit line sidewall, and the conductor film is higher than the first sidewall surface and lower than the interlayer insulating film surface. After embedding, a third sidewall extending in the second direction with respect to the second sidewall of the groove sidewall is formed on the conductor film, and the conductor film is formed using the third sidewall as a mask. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16. 前記2分された導体膜間に絶縁膜を埋め込み、前記第1サイドウォール表面が露出するまで全面を平坦化することで、前記容量コンタクトプラグを形成する請求項17に記載の半導体装置の製造方法。   18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein the capacitor contact plug is formed by embedding an insulating film between the bisected conductor films and planarizing the entire surface until the surface of the first sidewall is exposed. .
JP2011235966A 2011-10-27 2011-10-27 Manufacturing method of semiconductor device Pending JP2013093512A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011235966A JP2013093512A (en) 2011-10-27 2011-10-27 Manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011235966A JP2013093512A (en) 2011-10-27 2011-10-27 Manufacturing method of semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013093512A true JP2013093512A (en) 2013-05-16

Family

ID=48616407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011235966A Pending JP2013093512A (en) 2011-10-27 2011-10-27 Manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013093512A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014185360A1 (en) * 2013-05-13 2014-11-20 ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル Method for manufacturing semiconductor device
JP2020096137A (en) * 2018-12-14 2020-06-18 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing method
KR20210049173A (en) * 2018-09-28 2021-05-04 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Etching method
CN114121778A (en) * 2020-08-26 2022-03-01 长鑫存储技术有限公司 Memory and manufacturing method thereof

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014185360A1 (en) * 2013-05-13 2014-11-20 ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル Method for manufacturing semiconductor device
US9496267B2 (en) 2013-05-13 2016-11-15 Longitude Semiconductor S.A.R.L. Method for manufacturing semiconductor device
KR20210049173A (en) * 2018-09-28 2021-05-04 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Etching method
KR102650974B1 (en) 2018-09-28 2024-03-26 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Etching method
JP2020096137A (en) * 2018-12-14 2020-06-18 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing method
CN111326414A (en) * 2018-12-14 2020-06-23 东京毅力科创株式会社 Substrate processing method
JP7169866B2 (en) 2018-12-14 2022-11-11 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing method
CN114121778A (en) * 2020-08-26 2022-03-01 长鑫存储技术有限公司 Memory and manufacturing method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101699154B1 (en) Method of forming self-aligned contacts using a replacement metal gate process in a semiconductor device
KR101275025B1 (en) Wiring structure for a semiconductor device and method of forming the same
KR100876976B1 (en) Wiring of semiconductor device and method for manufacturing the same
US7767565B2 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
TWI694489B (en) Methods for forming semiconductor devices
US9209193B2 (en) Method of manufacturing device
US8173515B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP5488603B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US20080305627A1 (en) Method of forming a contact plug and method of forming a semiconductor device
US8431485B2 (en) Manufacturing method for a buried circuit structure
KR20200008902A (en) Semiconductor devices
JP2013093512A (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP3463038B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US6103623A (en) Method for fabricating a tungsten plug structure and an overlying interconnect metal structure without a tungsten etch back or CMP procedure
US20210082750A1 (en) Method of bottom-up metallization in a recessed feature
KR20020031283A (en) Integrated Circuit Device And Method For Manufacture The Same
US8071439B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR20030077929A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6417066B1 (en) Method of forming a DRAM capacitor structure including increasing the surface area using a discrete silicon mask
KR101046727B1 (en) Method of manufacturing buried gate of semiconductor device
US20070269979A1 (en) Method of forming a pattern and method of manufacturing a semiconductor device using the same
US7566654B2 (en) Method for manufacturing a semiconductor device including interconnections having a smaller width
US7935634B2 (en) Integrated circuits, micromechanical devices, and method of making same
US7582554B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
TWI744059B (en) Methods for forming semiconductor devices

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20130730

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20140411