JP2013120787A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
Semiconductor device manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013120787A JP2013120787A JP2011267007A JP2011267007A JP2013120787A JP 2013120787 A JP2013120787 A JP 2013120787A JP 2011267007 A JP2011267007 A JP 2011267007A JP 2011267007 A JP2011267007 A JP 2011267007A JP 2013120787 A JP2013120787 A JP 2013120787A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- pattern
- forming
- sidewall
- lower electrode
- 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
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
本発明は半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
半導体装置の製造においては、半導体基板上に種々の構造物が作成されるが、半導体装置の集積度向上に伴い、これらの構造物の大きさは、基板表面に平行な方向には寸法が小さく、また垂直な方向には寸法が大きくなる傾向にある。これらの寸法の比はアスペクト比といわれ、上記平行方向寸法に対する垂直方向寸法の比、すなわち縦/横比を意味する。一般にアスペクト比が大きくなるに従い、半導体装置製造の難易度は飛躍的に増大してきている。この好例として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)に用いられるキャパシタを挙げることができる。 In the manufacture of semiconductor devices, various structures are created on a semiconductor substrate. As the degree of integration of semiconductor devices increases, the size of these structures decreases in the direction parallel to the substrate surface. Also, the size tends to increase in the vertical direction. The ratio of these dimensions is called the aspect ratio and means the ratio of the vertical dimension to the parallel dimension, that is, the aspect ratio. In general, as the aspect ratio increases, the difficulty of manufacturing a semiconductor device has increased dramatically. A good example is a capacitor used in a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
DRAMの大容量化に伴う高密度化に伴い、DRAMの主要構成要素であるキャパシタに許容される面積も必然的に縮小され、必要な容量を確保することが困難になってきている(特許文献1)。 As the density of the DRAM increases, the area allowed for the capacitor, which is the main component of the DRAM, is inevitably reduced, making it difficult to secure the required capacity (Patent Document). 1).
またDRAM(Dynamic Random Access Memory)の高密度化に伴って、素子を構成しているシリコン酸化膜などの絶縁膜中にキャパシタを構成するために、高アスペクト比となったホール(以降、高アスペクトホールと称する)を形成することが求められている(特許文献2)。ここで高アスペクトホールの形成にドライエッチング法を用いると、エッチングガスがホールの側壁に衝突してホール底部におけるスパッタ効果が減衰してしまうので、アスペクト比が大きくなるほど加工が困難となっている。 In addition, as DRAM (Dynamic Random Access Memory) density increases, holes with high aspect ratios (hereinafter referred to as high aspect ratios) are used to form capacitors in insulating films such as silicon oxide films that make up the elements. (Referred to as Patent Document 2). Here, when the dry etching method is used for forming the high aspect hole, the etching gas collides with the side wall of the hole and the sputtering effect at the bottom of the hole is attenuated, so that the processing becomes more difficult as the aspect ratio increases.
本発明は、絶縁膜中に高アスペクトホールを容易に形成することのできる半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which a high aspect hole can be easily formed in an insulating film.
本発明は、絶縁膜中に、高アスペクト比の形状とした炭素膜(以降、LPカーボン膜と称する)を形成し、最後にLPカーボン膜を除去することで、絶縁膜中に高アスペクトホールを容易に形成できるようにした、半導体装置の製造方法である。 In the present invention, a carbon film having a high aspect ratio (hereinafter referred to as an LP carbon film) is formed in the insulating film, and finally, the LP carbon film is removed to form a high aspect hole in the insulating film. This is a method of manufacturing a semiconductor device that can be easily formed.
本発明の第1の態様による半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に形成した層間絶縁膜を、第1のパターン形成工程により処理して第1の方向に延在する第1のパターンを形成し、前記第1のパターンの両側壁にLPカーボン膜からなる第1のサイドウォール膜を形成する工程と、
全面に第1の埋め込み膜を形成して前記第1のパターン間に形成されている空間を埋設する工程と、
前記第1の方向に直角な方向となる第2の方向にパターンを形成する第2のパターン形成工程を用いて前記第1の方向に延在している前記第1のサイドウォール膜に、前記第1の方向に所定間隔で配置される複数の第1のホールを形成する工程と、
前記第1のホールを第2の埋め込み膜で埋設することにより、前記第1のサイドウォール膜を第1の方向に関して分断する工程と、
残存している前記第1のサイドウォール膜を除去して複数の第2のホールを形成する工程と、を含む。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes:
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate is processed by a first pattern forming process to form a first pattern extending in a first direction, and an LP carbon film is formed on both side walls of the first pattern. Forming a first sidewall film comprising:
Forming a first buried film on the entire surface and burying a space formed between the first patterns;
The first sidewall film extending in the first direction using a second pattern forming step of forming a pattern in a second direction that is a direction perpendicular to the first direction, Forming a plurality of first holes arranged at predetermined intervals in a first direction;
Dividing the first sidewall film with respect to the first direction by burying the first hole with a second buried film;
Removing the remaining first sidewall film to form a plurality of second holes.
本発明の第2の態様による半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に形成した層間絶縁膜を、第1のパターン形成工程により処理して第1の方向に延在する第1のパターンを形成し、前記第1のパターンの両側壁にLPカーボン膜からなる第1のサイドウォール膜を形成する工程と、
全面に第1の埋め込み膜を形成して前記第1のパターン間に形成されている空間を埋設する工程と、
前記第1の方向に直角な方向となる第2の方向にパターンを形成する第2のパターン形成工程を用いて前記第1の方向に延在している前記第1のサイドウォール膜に、前記第1の方向に所定間隔で配置される複数の高アスペクトホールを形成することにより、前記第1のサイドウォール膜を第1の方向に関して分断する工程と、
前記高アスペクトホールを導電膜で埋設し、柱状の下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の周囲に位置する前記層間絶縁膜、前記第1の埋め込み膜、残存している前記第1のサイドウォール膜を除去して前記下部電極の外面を露出させる工程と、を含む。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention includes:
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate is processed by a first pattern forming process to form a first pattern extending in a first direction, and an LP carbon film is formed on both side walls of the first pattern. Forming a first sidewall film comprising:
Forming a first buried film on the entire surface and burying a space formed between the first patterns;
The first sidewall film extending in the first direction using a second pattern forming step of forming a pattern in a second direction that is a direction perpendicular to the first direction, Dividing the first sidewall film with respect to the first direction by forming a plurality of high aspect holes arranged at predetermined intervals in the first direction;
Burying the high aspect hole with a conductive film to form a columnar lower electrode;
Removing the interlayer insulating film located around the lower electrode, the first buried film, and the remaining first sidewall film to expose the outer surface of the lower electrode.
本発明の第3の態様による半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に形成した層間絶縁膜を、第1のパターン形成工程により処理して第1の方向に延在する第1のパターンを形成し、前記第1のパターンの両側壁にLPカーボン膜からなる第1のサイドウォール膜を形成する工程と、
全面に第1の埋め込み膜を形成して前記第1のパターン間に形成されている空間を埋設する工程と、
前記第1の方向に直角な方向となる第2の方向にパターンを形成する第2のパターン形成工程を用いて前記第1の方向に延在している前記第1のサイドウォール膜に、前記第1の方向に所定間隔で配置される複数の高アスペクトホールを形成することにより、前記第1のサイドウォール膜を第1の方向に関して分断する工程と、
前記高アスペクトホールの内壁に導電膜を下部電極として形成する工程と、
前記下部電極の周囲に位置する前記層間絶縁膜、前記第1の埋め込み膜、残存している前記第1のサイドウォール膜を除去して前記下部電極の外面を露出させる工程と、を含む。
A method for manufacturing a semiconductor device according to a third aspect of the present invention includes:
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate is processed by a first pattern forming process to form a first pattern extending in a first direction, and an LP carbon film is formed on both side walls of the first pattern. Forming a first sidewall film comprising:
Forming a first buried film on the entire surface and burying a space formed between the first patterns;
The first sidewall film extending in the first direction using a second pattern forming step of forming a pattern in a second direction that is a direction perpendicular to the first direction, Dividing the first sidewall film with respect to the first direction by forming a plurality of high aspect holes arranged at predetermined intervals in the first direction;
Forming a conductive film on the inner wall of the high aspect hole as a lower electrode;
Removing the interlayer insulating film located around the lower electrode, the first buried film, and the remaining first sidewall film to expose the outer surface of the lower electrode.
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、開口幅が小さく高アスペクト比のホールを形成することができ、これをキャパシタ形成用のシリンダホールとして用いることにより、微細化に適したキャパシタを形成することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a hole having a small opening width and a high aspect ratio can be formed, and a capacitor suitable for miniaturization is formed by using this as a cylinder hole for forming a capacitor. can do.
[第1の実施例]
本発明の第1の実施例に係る半導体装置について、DRAM100の部分断面図である図1を一例にして説明する。
[First embodiment]
A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
半導体基板1(以降、シリコン基板1と称する)には、破線で囲まれたメモリセル領域と、メモリセルを駆動するための周辺回路領域が設けられている。 A semiconductor substrate 1 (hereinafter referred to as a silicon substrate 1) is provided with a memory cell region surrounded by a broken line and a peripheral circuit region for driving the memory cell.
図示は省略しているが、メモリセル領域のシリコン基板1表面には、素子分離領域で区分された活性領域に一対の不純物拡散領域が備えられている。シリコン基板1上にはさらに、ゲート絶縁膜とゲート電極が積層されてトランジスタが構成されている。前記トランジスタは、シリコン基板1上に形成された層間絶縁膜2で覆われている。層間絶縁膜2上にはビットラインが設けられて、一対の不純物拡散領域の一方に接続されている。層間絶縁膜2の上面は、ビットラインを被覆するように層間絶縁膜3で覆われている。層間絶縁膜3および層間絶縁膜2を貫通しているコンタクトプラグ4が、一対の不純物拡散領域の他方に接続されている。
Although not shown, a pair of impurity diffusion regions is provided in the active region divided by the element isolation region on the surface of the
層間絶縁膜3の上面には、ストッパー膜5と層間絶縁膜6aが積層されている。メモリセル領域のストッパー膜5と層間絶縁膜6a内には、下部電極7が設けられてコンタクトプラグ4(4a)と接続されている。下部電極7の表面は、容量絶縁膜8と上部電極9で覆われて、キャパシタ10が構成されている。断面U字形状となっている下部電極7は、外壁面が層間絶縁膜6aで覆われているのに対して、内面および上端面は容量絶縁膜8を介して上部電極9で覆われている。上部電極9の上にプレート電極(図示省略)をさらに設けても良い。なお下部電極7の内側に形成される凹部は、容量絶縁膜8を介して上部電極9だけで埋設しても良いが、高アスペクトホール11内に設けた下部電極7の凹部は、上部電極9だけでは埋設し難い。そのため、凹部内面を覆う上部電極9を設けた後、残存する空間を充填膜(図示省略)で埋設し、さらに充填膜上にプレート電極を設けても良い。上部電極9を覆うように層間絶縁膜12が形成されており、層間絶縁膜12を貫通したコンタクトプラグ13が、上部電極9に接続されている。
On the upper surface of the
同様に、周辺回路領域のシリコン基板1上では、ストッパー膜5、層間絶縁膜6aと層間絶縁膜12を貫通する高アスペクトホール14に、コンタクトプラグ4(4b)と接続されるコンタクトプラグ15が設けられている。層間絶縁膜12上には配線16が設けられている。メモリセル領域の配線16はコンタクトプラグ13に接続され、周辺回路領域の配線16はコンタクトプラグ15に接続されている。配線16は、層間絶縁膜17で覆われている。
Similarly, on the
上述したように、DRAM100のメモリセル領域における図示しないトランジスタには、下部電極7と容量絶縁膜8と上部電極9で構成されたキャパシタ10が接続されている。図示しないトランジスタのON/OFFによって、キャパシタ10へ電荷の出し入れを行う。DRAM100では、キャパシタ10に蓄えられた電荷量を記憶情報とするため、安定した動作のためには一定値以上の電荷量を蓄えることが必要になる。このようなメモリセルでは、微細化と共にキャパシタ寸法も縮小しているので、一定値以上の電荷量を確保するために、占有面積を小さくした高アスペクトホール内にキャパシタ10を形成して、微細化と電荷量確保を両立させている。
As described above, the
以上のように構成されているDRAMにおいて、第1の実施例によるDRAM100には、高アスペクトホールの製造工程が適用される。以下に、高アスペクトホール11の製法について、図2から図12を参照しながら説明する。以降の説明では、図1の破線部で囲まれたメモリセル領域の図面を用いており、各図において(a)は平面図、(b)は平面図におけるA−A’間の断面図、(c)は平面図におけるB−B’間の断面図、(d)は平面図におけるC−C’間の断面図である。
In the DRAM configured as described above, the high aspect hole manufacturing process is applied to the
図2において、シリコン基板1表面に、ゲート絶縁膜、ゲート電極、およびソース/ドレインとなる一対の不純物拡散層を有する図示しないMOSトランジスタを周知の方法により形成する。MOSトランジスタはメモリセルのスイッチングトランジスタとして機能する。次にMOSトランジスタを被覆するように層間絶縁膜2を形成する。続いて層間絶縁膜2を貫通し、不純物拡散層に接続する図示しない第1のコンタクトプラグを形成する。一部の第1のコンタクトプラグ上面には図示しないビット線が形成される。次にビット線を覆うように層間絶縁膜3を形成する。さらに層間絶縁膜3を貫通し、第1のコンタクトプラグの上面に接続するメモリセル用コンタクトプラグ4(4a)と周辺回路用コンタクトプラグ4(4b)(図1参照)を形成する。
In FIG. 2, a MOS transistor (not shown) having a gate insulating film, a gate electrode, and a pair of impurity diffusion layers serving as a source / drain is formed on the surface of the
次に、層間絶縁膜3とコンタクトプラグ4を覆うように、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、50nm厚のシリコン窒化膜であるストッパー膜5を成膜した。続いて、ストッパー膜5の上面を覆うように、プラズマCVD法によって2μm厚のシリコン酸化膜である層間絶縁膜6aを成膜した。次に、層間絶縁膜6aの上面を覆うように、プラズマCVD法によって100nm厚の非晶質炭素膜{アモルファスカーボン膜(Amorphous Carbon):以降、AC膜と称する}であるマスク膜18を成膜した。マスク膜18の成膜条件は、プロピレン(C3H6)を原料ガスとし、流量を600sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)、高周波パワーを300W、加熱温度を300℃、圧力を5Torrとした。ここでは、キャリアガスとして、ヘリウム(He)を400sccm供給した。
Next, a
次に、図3を参照して、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法によって、第1のパターン形成工程を実施した。まず、マスク膜18に、Y方向に延在し、幅がX2のマスクパターン18’を形成した。これにより、層間絶縁膜6aの一部上面が露出した状態となる。次に、マスクパターン18’をマスクとして上面が露出している層間絶縁膜6aをドライエッチングした。これにより、直線でY方向に延在する第1のパターン6が形成される。幅X2は例えば50nmとした。このとき、隣接した第1のパターン6の間には、幅X1が例えば150nmの溝19がY方向に延在するように形成されており、ストッパー膜5の一部上面が露出している。
Next, referring to FIG. 3, a first pattern formation step was performed by photolithography and dry etching. First, a
AC膜からなるマスク膜18のドライエッチング条件は、平行平板型プラズマエッチ方式を用いて、窒素(N2)と水素(H2)をプロセスガスとし、流量を100sccm(N2)と300sccm(H2)、高周波パワーを400W、ステージ温度を20℃、圧力を30mTorrとした。
The dry etching conditions for the
層間絶縁膜6aのドライエッチング条件は、2周波平行平板型プラズマエッチ方式を用いて、パーフルオロシクロブタン(C4F8)とアルゴン(Ar)と酸素(O2)とテトラフルオロメタン(CF4)をプロセスガスとし、流量を10sccm(C4F8)と300sccm(Ar)と25sccm(O2)と15sccm(CF4)、上部高周波パワーを1500W、下部高周波パワーを3500W、ステージ温度を40℃、圧力を40mTorrとして、350秒間処理した。この時、溝19の底面に露出させたストッパー膜5の下方には、コンタクトプラグ4(4a)が配置されている。コンタクトプラグ4(4a)は、一つの第1のパターン6を中心にしてX方向の両側で対象となる位置に各々配置されている。
The dry etching conditions for the
次に、図4を参照して、アッシング法によって、マスクとして用いたマスクパターン18’を除去した。マスクパターン18’のアッシングには、酸素(O2)と窒素(N2)をプロセスガスとし、流量を3000sccm(O2)と300sccm(N2)、ステージ温度を250℃、圧力を800mTorr、高周波パワーを2000Wとする等方性エッチング条件を用い、10秒間処理した。 Next, referring to FIG. 4, mask pattern 18 'used as a mask was removed by an ashing method. For ashing the mask pattern 18 ', oxygen (O 2 ) and nitrogen (N 2 ) are used as process gases, the flow rates are 3000 sccm (O 2 ) and 300 sccm (N 2 ), the stage temperature is 250 ° C., the pressure is 800 mTorr, and the high frequency Processing was performed for 10 seconds using isotropic etching conditions with a power of 2000 W.
次に、Y方向に延在している第1のパターン6を覆うように、低圧(LP:Low Pressure)CVD法によって50nm厚の炭素膜(以降、LPカーボン膜と称する)を成膜した。LPカーボン膜の成膜条件は、エチレンン(C2H4)とプロピレン(C3H6)をプロセスガスとし、流量を1000sccm(C2H4)と2000sccm(C3H6)、加熱温度を550℃、圧力を120Torrとした。上記のように、プラズマを用いずに熱反応を利用して成膜するLPカーボン膜はコンフォーマルに形成することが可能である。図2で用いているマスク膜18も同じ非晶質炭素膜であるが、プラズマCVD法を用いて形成するマスク膜18の成膜条件ではコンフォーマルに形成することができない。LPカーボン膜の成膜により、溝19内には、幅X3が50nmの新たな溝20がY方向に延在するように形成されている。
Next, a carbon film having a thickness of 50 nm (hereinafter referred to as an LP carbon film) was formed by low pressure (LP) CVD so as to cover the
次に、LPカーボン膜をエッチバックすることで、Y方向に延在している第1のパターン6の両側面に第1のサイドウォール膜21を形成した。LPカーボン膜のエッチバック条件は、平行平板型プラズマエッチング装置を用いて、窒素(N2)と水素(H2)をプロセスガスとし、流量を100sccm(N2)と300sccm(H2)、高周波パワーを400W、ステージ温度を20℃、圧力を30mTorrとした。このとき、溝20は幅X3が変化することなく残留して、溝20の底部にはストッパー膜5の一部が露出している。この段階で、コンタクトプラグ4aは第1のサイドウォール膜21の真下に位置する構成となっている。
Next, by etching back the LP carbon film,
次に、図5をも参照して、溝20を埋め込むように、ALD(Atomic Layer Deposition)法による例えば100nm厚のシリコン酸化膜である第1の埋め込み膜22を成膜した。ALD法は、所定の温度に保たれたシリコン基板に対して、
(1)原料ガスの供給による、シリコン基板上全面への原料ガスの吸着、
(2)真空パージによる、余剰となった原料ガスの排出、
(3)酸化性ガスの供給による、原料ガスの酸化反応、
(4)真空パージによる、余剰となった酸化性ガスの排出、
からなる1サイクルの処理を複数サイクル繰り返して、成膜が行なわれる。ここで、1サイクルにおける第1の埋め込み膜22の成膜条件の一例を示すと、550℃の雰囲気に、原料ガスとしてトリスジメチルアミノシラン{TDMAS:SiH[N(CH3)2]3}を300sccmで5秒間供給し、真空排気した後、酸化性ガスとしてオゾン(O3)を1000sccmで5秒間供給し、真空排気する、4ステップからなる。ALD法は、膜厚の制御に優れた手法であるため、薄い膜厚とした第1の埋め込み膜22を複数回に分けて成膜することによって、溝20を容易に埋め込むことができる。
Next, referring also to FIG. 5, a first buried
(1) Adsorption of source gas on the entire surface of the silicon substrate by supplying source gas,
(2) Discharge of surplus source gas by vacuum purge,
(3) Oxidation reaction of source gas by supplying oxidizing gas,
(4) Excess oxidizing gas discharged by vacuum purge,
The film formation is performed by repeating the one cycle process consisting of a plurality of cycles. Here, as an example of the film formation conditions of the first buried
第1の埋め込み膜22の上面を、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法によって平坦化した後、プラズマCVD法によって100nm厚のAC膜であるマスク膜23を成膜した。マスク膜23の成膜条件は、図2におけるマスク膜18の成膜条件と同じである。
After planarizing the upper surface of the first embedded
次に、図6を参照して、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法によって、第2のパターン形成工程を実施した。第2のパターン形成工程では、コアパターンの両側壁にサイドウォールを形成して2倍の数のマスクを形成するサイドウォールダブルパターニング法(SWDPT)を用いる。 Next, referring to FIG. 6, a second pattern forming step was performed by photolithography and dry etching. In the second pattern formation step, sidewall double patterning (SWDPT) is used in which sidewalls are formed on both side walls of the core pattern to form twice as many masks.
まず、ドライエッチング法によりマスク膜23をエッチングして、直線でX方向に延在し幅がY2のコアパターン(第2のパターン)23’を形成した。なお、X方向は、Y方向に直角な方向である。これにより、第1の埋め込み膜22の一部上面が露出した状態となる。コアパターン23’のパターン幅Y2を例えば50nm、パターン間隔Y1を例えば150nmとした。マスク膜23のドライエッチング条件は、図3におけるマスク膜18のドライエッチング条件と同じである。
First, the
次に、X方向に延在しているコアパターン23’を覆うように、ALD法によって50nm厚のシリコン酸化膜である被覆膜25を成膜した。ここで、ALD法の1サイクルにおける被覆膜25の成膜条件は、図5における第1の埋め込み膜22の成膜条件と同じである。ALD法は、膜厚の制御に優れた手法であるため、薄い膜厚とした被覆膜25を複数回に分けて成膜することによって、コアパターン23’間の溝を完全に埋め込むことなく、被覆膜25でコアパターン23’の表面をコンフォーマルに覆うことができる。これにより、被覆膜25で覆われた状態で隣接しているコアパターン23’の間には、幅Y3が例えば50nmの新たな溝24が、X方向へ延在するように形成されている。
Next, a
次に、図7を参照して、エッチバック法によって、コアパターン23’の両側面に第2のサイドウォール膜25Aを形成した。被覆膜25のエッチバック条件は、平行平板型プラズマエッチ方式を用いて、トリフルオロメタン(CHF3)とアルゴン(Ar)と酸素(O2)とテトラフルオロメタン(CF4)をプロセスガスとし、流量を100sccm(CHF3)と500sccm(Ar)と10sccm(O2)と200sccm(CF4)、高周波パワーを600W、ステージ温度を40℃、圧力を80mTorrとして、15秒間処理した。このとき、溝24は幅Y3が変化することなく残留して、溝24の底部には第1の埋め込み膜22の一部が露出している。
Next, referring to FIG. 7,
次に、図8を参照して、アッシング法によって、コアパターン23’を除去した。これにより、底面に第1の埋め込み膜22が露出する新たな溝24a(図示しないが、図7cのコアパターン23’が除去された部分)が形成される。コアパターン23’のアッシング条件は、図4におけるマスクパターン18’のアッシング条件と同じである。これにより、3本のコアパターン23’を基にSWDPTにより形成された6本の第2のサイドウォール膜25Aからなる新たなマスクが形成される。すなわち、コアパターン23’の2倍の数の新たなマスクパターンが形成される。
Next, referring to FIG. 8, the core pattern 23 'was removed by an ashing method. As a result, a new groove 24a (not shown, but from which the core pattern 23 'in FIG. 7c has been removed) is formed on the bottom surface where the first buried
続いて、第2のサイドウォール膜25Aをマスクとしたドライエッチング法によって、溝24および溝24aの底面に露出している第1の埋め込み膜22を第1のサイドウォール膜21の上面が露出するまで除去して、X方向に延在する溝26、26aを形成した。これにより、溝26、26aの底面には、第1のサイドウォール膜21と層間絶縁膜からなる第1のパターン6と第1の埋め込み膜22の夫々の上面の一部が交互に繰り返すように露出している。また、溝26、26aと第1のサイドウォール膜21は平面視で直交しているので、溝26、26aを構成してX方向に延在している第2のサイドウォール膜25Aと第1の埋め込み膜22の積層膜が、Y方向に延在している第1のサイドウォール膜21を等ピッチ間隔で覆う状態となっている。第1の埋め込み膜22のドライエッチ条件は、平行平板型プラズマエッチ方式を用いて、トリフルオロメタン(CHF3)とアルゴン(Ar)と酸素(O2)とテトラフルオロメタン(CF4)をプロセスガスとし、流量を100sccm(CHF3)と500sccm(Ar)と10sccm(O2)と200sccm(CF4)、高周波パワーを600W、ステージ温度を40℃、圧力を80mTorrとした。
Subsequently, the upper surface of the
次に、図9を参照して、ドライエッチング法によって、上面が露出している第1のサイドウォール膜21をエッチバックし、横寸法X4が50nm、縦寸法Y4が50nmとなる矩形の第1のホール27を形成した。LPカーボン膜からなる第1のサイドウォール膜21のドライエッチングには、2周波平行平板型プラズマエッチ方式を用いて、窒素(N2)と水素(H2)をプロセスガスとし、流量を100sccm(N2)と300sccm(H2)、上部高周波パワーを700W、下部高周波パワーを200W、ステージ温度を20℃、圧力を30mTorrとする異方性ドライエッチング条件を用いた。
Next, referring to FIG. 9, the
上記条件では、下部高周波パワーの印加、すなわち上部高周波パワーの印加により発生するプラズマに対してバイアスを印加することにより、プラズマ中に存在する窒素イオンおよび水素イオンを半導体基板に対して垂直に加速入射させているので異方性ドライエッチングを実現できる。また、このエッチングでは、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜をドライエッチングするのに必要なフッ素含有ガスを用いていない。さらに、窒素プラズマや水素プラズマでは、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜はドライエッチングされない。したがって、この異方性ドライエッチング工程では、LPカーボン膜からなる第1のサイドウォール膜21に接して周囲に位置する第1のパターン6、第1の埋め込み膜22および底面に位置するストッパー膜5をエッチングすることなく、第1のサイドウォール膜21だけを高選択で除去することができる。これが、LPカーボン膜をホール形成の犠牲膜として用いる上での最大の利点である。
Under the above conditions, by applying a bias to the plasma generated by the application of the lower high-frequency power, that is, the application of the upper high-frequency power, the nitrogen ions and hydrogen ions existing in the plasma are accelerated and incident perpendicularly to the semiconductor substrate. Therefore, anisotropic dry etching can be realized. In this etching, a fluorine-containing gas necessary for dry etching the silicon oxide film or the silicon nitride film is not used. Furthermore, the silicon oxide film and the silicon nitride film are not dry etched by nitrogen plasma or hydrogen plasma. Therefore, in this anisotropic dry etching process, the
これにより、第1のホール27の底面には、ストッパー膜5の一部が露出する。また、第1のホール27のX方向に対向する側面には第1の埋め込み膜22と第1のパターン6とが露出すると共に、Y方向に対向する側面には第1のホール27で分断された第1のサイドウォール膜21が露出している。ここで、第1のホール27の横寸法X4は、第1のサイドウォール膜21の膜厚に依存しており、縦寸法Y4は、コアパターン23’の幅Y2と溝24の幅Y3に依存している。全ての第1のホール27の縦寸法Y4を同じとし、且つ等ピッチ間隔で配置するには、コアパターン23’の間隔Y1をコアパターン23’の幅Y2の3倍となるように設定し、さらに被覆膜25(第2のサイドウォール膜25A)の膜厚をコアパターン23’の幅Y2と同じ値にすればよい。
Thereby, a part of the
次に、図10を参照して、第1のホール27を埋め込むように、ALD法により100nm厚のシリコン酸化膜である第2の埋め込み膜28を成膜した。これにより、Y方向に第1のホール27で分断されていた第1のサイドウォール膜21は第2の埋め込み膜28で分断された状態となる。ここで、ALD法の1サイクルにおける第2の埋め込み膜28の成膜条件は、図5における第1の埋め込み膜22の成膜条件と同じである。ALD法によって、高アスペクト比になっている第1のホール27を容易に埋め込むことができる。次に、CMP法によって、第2のサイドウォール膜25Aの下方に位置していた第1のサイドウォール膜21と第1のパターン6の上面が露出するように、前記第1のパターン6の上面より上方に形成されている第2のサイドウォール膜25A、第1の埋め込み膜22および第2の埋め込み膜28を除去した。これにより、図10(a)の平面図で上面が露出している第1のサイドウォール膜21、第1のパターン6、第1の埋め込み膜22および第2の埋め込み膜28の各々の上面は、図10(b)、(c)、(d)に示すように面一となっている。
Next, referring to FIG. 10, a second buried
次に、図11を参照して、アッシング法によって、上面が露出している第1のサイドウォール膜21を除去して、横寸法X5が50nm、縦寸法Y5が50nmである高アスペクトの第2のホール11を形成した。第1のサイドウォール膜21のアッシング条件は、図4におけるマスクパターン18’のアッシング条件と同じである。この段階では、第1のサイドウォール膜21の周囲には、シリコン酸化膜からなる第1のパターン6、第1の埋め込み膜22、第2の埋め込み膜28およびシリコン窒化膜からなるストッパー膜5しか存在していないため、等方性エッチングとなるアッシング法を用いることができる。アッシング法に代えて、図9で説明したドライエッチング法を用いることもできる。
Next, referring to FIG. 11, the
これにより、第2のホール11の底面には、ストッパー膜5の一部が露出している。ここで、第2のホール11の横寸法X5は、第1のサイドウォール膜21の膜厚に依存しており、縦寸法Y5は、第2のサイドウォール膜25Aの膜厚に依存している。さらに、第2のホール11のX方向の間隔X6は、マスクパターン18’(その下の第1のパターン6)の幅X2と溝20の幅X3に依存しており、Y方向の間隔Y6は、コアパターン23’の幅Y2と溝24の幅Y3に依存している。全ての第2のホール11のX方向の間隔X6を同じとし、且つ等ピッチ間隔で配置するには、マスクパターン18’(第1のパターン6)の間隔X1をマスクパターン18’の幅X2の3倍となるように設定し、さらに第1のサイドウォール膜21の膜厚をマスクパターン18’の幅X2と同じ値にすればよい。
Thereby, a part of the
次に、ドライエッチング法によって、第2のホール11の底面に露出しているストッパー膜5を除去して、コンタクトプラグ4aの少なくとも一部を露出させた。ストッパー膜5のドライエッチング条件は、2周波平行平板型プラズマエッチ方式を用いて、トリフルオロメタン(CHF3)とアルゴン(Ar)と酸素(O2)とテトラフルオロメタン(CF4)をプロセスガスとし、流量を100sccm(CHF3)と500sccm(Ar)と10sccm(O2)と200sccm(CF4)、上部高周波パワーを2000W、下部高周波パワーを800W、ステージ温度を20℃、圧力を80mTorrとして、15秒間処理した。
Next, the
次に、図12を参照して、第1のパターン6と第1の埋め込み膜22の上面並びに第2のホール11の内面を覆うように、CVD法によって10nm厚の窒化チタン(TiN)である導電膜を成膜した。さらにエッチバックによって、第1のパターン6と第1の埋め込み膜22の上面の導電膜を除去することで、第2のホール11の内面に、コンタクトプラグ4aに接続される下部電極7を形成した。下部電極7は、断面がU字形状となり内表面は露出している。下部電極7は、窒化チタンに限定されるのではなく、ルテニウム(Ru)や白金(Pt)などの金属を使用することができる。
Next, referring to FIG. 12, titanium nitride (TiN) having a thickness of 10 nm is formed by CVD so as to cover the upper surface of
下部電極7の露出面を覆うように、CVD法またはALD法によって容量絶縁膜8を形成した後、さらに容量絶縁膜8の表面を覆うように、CVD法で窒化チタンである上部電極9を形成した。ここで、下部電極7と上部電極9が容量絶縁膜8を介して対向することにより、これらはキャパシタ10として機能する。容量絶縁膜8としては、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ハフニウム(HfO2)等の高誘電体膜や、それらの積層膜が使用できる。上部電極9は、窒化チタンを10nm程度の膜厚で形成した後に、不純物をドープしたポリシリコン膜を積層して、隣接する下部電極7の間の空洞部を充填し、さらにその上にタングステン(W)などの金属膜をプレート状に成膜して、積層構造としてもよい。また、窒化チタンの代わりに、ルテニウム(Ru)や白金(Pt)などの金属膜も使用することができる。ここでは、周辺回路領域においても、層間絶縁膜6aの上面に容量絶縁膜と上部電極が積層される。しかし、上部電極9の形成後、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法によって、不要となった周辺回路領域における容量絶縁膜と上部電極が除去される。
After the capacitive insulating
以上で、メモリセル領域にキャパシタ10が完成する。
Thus, the
次に、図1に戻って、CVD法によりシリコン酸化膜である層間絶縁膜12で上部電極9を覆ってから、CMP法で層間絶縁膜12を平坦化した。続いて、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法によって、メモリセル領域に、層間絶縁膜12を貫通する第3ホールを形成した。ここでは、第3ホールの形成と同時に、周辺回路領域にも層間絶縁膜12と層間絶縁膜6aとストッパー膜5を貫通する高アスペクトホール14を形成した。
Next, returning to FIG. 1, the
次に、スパッタ法によりタングステン(W)で第3ホールと高アスペクトホール14を埋め込んでから、CMP法によって層間絶縁膜12の上面で余剰となったタングステンを除去して、メモリセル領域におけるコンタクトプラグ13と、周辺回路領域におけるコンタクトプラグ15を同時に形成した。さらに、層間絶縁膜12の上面において、コンタクトプラグ13、15へ接続するようにそれぞれ配線16を形成して、配線16を層間絶縁膜17で覆う。
Next, the third hole and the
以上の工程を経て、図1に示したDRAM100が完成する。
Through the above steps, the
本発明の第1の実施例は、シリコン基板1上に形成した層間絶縁膜6aを、第1のパターン形成工程により処理して第1の方向(Y方向)に延在する第1のパターン6を形成し、前記第1のパターン6の両側壁に犠牲膜となるLPカーボン膜からなる第1のサイドウォール膜21を形成する工程と、
全面に第1の埋め込み膜22を形成して前記第1のパターン6間に形成されている空間を埋設する工程と、
前記第1の方向に直角な方向となる第2の方向(X方向)にパターンを形成する第2のパターン形成工程を用いて前記第1の方向に延在している第1のサイドウォール膜21に、前記第1の方向に所定間隔で配置され且つ膜厚方向に延びる複数の第1のホール27を形成することにより前記第1のサイドウォール膜21を第1の方向に関して分断する工程と、
前記第1のホール27を第2の埋め込み膜28で埋設する工程と、
残存している第1のサイドウォール膜21を除去して膜厚方向に延びる複数の第2のホール11を形成する工程と、を含むダブルパターニング工程を用いている。
In the first embodiment of the present invention, the
Forming a first buried
A first sidewall film extending in the first direction by using a second pattern forming step of forming a pattern in a second direction (X direction) which is a direction perpendicular to the first direction; 21. A step of dividing the
Burying the first hole 27 with a second buried
Removing the remaining
これにより、開口幅が小さく高アスペクト比の第2のホール11を形成することができ、これをキャパシタ形成用のシリンダホールとして用いることにより、微細化に適したキャパシタを形成することができる。
Accordingly, the
[第2の実施例]
本発明の第2の実施例に係る半導体装置について、図13から図19を参照して詳細に説明する。第2の実施例における各部材の成膜条件やエッチング条件などは、上記の第1の実施例と同じであるので共通する内容の記載は省略し、第1の実施例と相違する点だけを記載する。
[Second Embodiment]
A semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. Since the film forming conditions and etching conditions of each member in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, the description of the common contents is omitted, and only the differences from the first embodiment are described. Describe.
図13は、第2の実施例に係る半導体装置として、DRAM200をその部分断面図で示す。
FIG. 13 is a partial sectional view showing a
第1の実施例ではキャパシタの下部電極がシリンダホール(高アスペクト比の第2のホール11)の内面を覆って形成される構成とした。これに対し、第2の実施例では下部電極7Aが柱形状となっている。下部電極7Aの底面部はコンタクトプラグ4(4a)の上面に接続されており、上部側面の一部はサポート膜29に接続される構成となっている。サポート膜29は、隣接した下部電極7A同士が接触しないように相互に支持する役割を果たしている。サポート膜29との接続部を除く下部電極7Aの側面部並びに上面部は、容量絶縁膜8Aと上部電極9Aで覆われており、下部電極7A、容量絶縁膜8A、上部電極9Aによりキャパシタ10Aが構成されている。
In the first embodiment, the lower electrode of the capacitor is formed to cover the inner surface of the cylinder hole (the
DRAM100のキャパシタ10(図1)とDRAM200のキャパシタ10Aの占有面積を同一とした場合、キャパシタ10Aにおける下部電極7Aと容量絶縁膜8Aとの接触部は下部電極7Aの外壁のほぼ全体となっている。これは、下部電極7Aと容量絶縁膜8Aとの接触面積が、下部電極7と容量絶縁膜8との接触部が下部電極7の内壁のみとなっているキャパシタ10(図1)における接触面積よりも増大することを意味する。それゆえ、キャパシタ10Aの容量をキャパシタ10の容量よりも増大させることができる。
When the area occupied by the capacitor 10 (FIG. 1) of the
以下に、DRAM200の製造方法について、図13の破線部で囲まれたメモリセル領域を抜き出して説明する。図14から図19の各図において(a)は平面図、(b)は平面図におけるA−A’間の断面図、(c)は平面図におけるB−B’間の断面図、(d)は平面図におけるC−C’間の断面図である。
Hereinafter, a method for manufacturing the
図14を参照して、第1の実施例の図2における説明と同じ工程を経て、シリコン基板1上に層間絶縁膜6aを形成した。次に、層間絶縁膜6aの上面を覆うように、プラズマCVD法によって、100nm厚のシリコン窒化膜である第1のサポート膜29を成膜した。続いて、第1のサポート膜29の上面を覆うように、CVD法によって100nm厚のAC膜であるマスク膜18を成膜した。
Referring to FIG. 14, an
次に、図15では図示を省略しているが、第1の実施例の図3、図4の工程と同様の工程によりY方向に延在するマスクパターン18’と層間絶縁膜6aからなる第1のパターン6との積層膜を形成した後、第1のパターン6の両側壁にLPカーボン膜による第1のサイドウォール膜21を形成する。続いて、図5と同様の工程により、第1のサイドウォール膜21の間の溝20を埋め込むように第1の埋め込み膜22を形成した後、エッチバックして第1のサイドウォール膜21上及び第1のパターン6上の第1のサポート膜29の上面を露出させ、さらに全面に第2のサポート膜30を形成した後、マスク膜23を形成している。
Next, although not shown in FIG. 15, a mask pattern 18 'extending in the Y direction and an
次に、第1の実施例の図6、図7と同様の工程によりY方向に延在するコアパターン23’とその両側壁に第2のサイドウォール膜25Aを形成した後、図8と同様の工程により、コアパターン23’を除去した。次に、第2のサイドウォール膜25Aをマスクとして第1の埋め込み膜22を第1のサイドウォール膜21の上面が露出するまで除去して、X方向に延在する溝26、26aを形成した(図15)。この後、図9の工程と同様に、上面が露出している第1のサイドウォール膜21をエッチバックし、さらにストッパー膜5をエッチングした。こうして、横寸法X5が50nm、縦寸法Y5が50nmである高アスペクトのホール11(第1の実施例の第1のホール27に相当)を形成した。また、ホール11のX方向の間隔X6およびY方向の間隔Y6も各々50nmとなっている。
Next, after the core pattern 23 'extending in the Y direction and the
これにより、ホール11の底面には、コンタクトプラグ4が露出する。また、ホール11のX方向に対向する側面には第1の埋め込み膜22と、第1のパターン6上にサポート膜29が形成された積層膜とが露出すると共に、Y方向に対向する側面にはホール11で分断された第1のサイドウォール膜21が露出している。
As a result, the
次に、図16を参照して、ホール11と溝26、26aを埋め込むように、CVD法によって窒化チタン(TiN)である導電膜を成膜した。さらにエッチバックによって、導電膜の上面がサポート膜29の上面に一致するように導電膜を除去することで、ホール11を埋設する導電膜で構成された下部電極7Aを形成した。下部電極7Aは、窒化チタンに限定されるのではなく、ルテニウム(Ru)などの金属も使用することができる。なお、X方向に延在している第2のサイドウォール膜25Aと第2のサポート膜30の下方には、第1のサポート膜29と共に、第1の埋め込み膜22と第1のパターン6と第1のサイドウォール膜21が残留している。
Next, referring to FIG. 16, a conductive film made of titanium nitride (TiN) was formed by CVD so as to fill
次に、図17を参照して、フッ酸(HF)を主成分とする薬液を用いたウェットエッチング法によって、いずれもシリコン酸化膜である第1の埋め込み膜22と第1のパターン6と第2のサイドウォール膜25Aを除去した。このウェットエッチング法は、等方性エッチングであるので、第2サポート膜30の下方における第1の埋め込み膜22と第1のパターン6も容易に除去することができる。なおシリコン窒化膜と窒化チタンとAC膜はフッ酸で除去できないので、第1サポート膜29と第2サポート膜30、ストッパー膜5、下部電極7A、AC膜からなるサイドウォール膜21は残留している。またストッパー膜5の下方におけるシリコン酸化膜である層間絶縁膜3も、ストッパー膜5で覆われて薬液から保護されているので、残留している。図17(c)では、ストッパー膜5と第1のサポート膜29との間は空間となっている。
Next, referring to FIG. 17, the first embedded
次に、図18を参照して、アッシング法によって、残留している第1のサイドウォール膜21を除去した。第1のサイドウォール膜21のアッシング条件は、図4におけるマスクパターン18’のアッシング条件と同じである。この時、残留して側面部が露出した下部電極7Aは、側面部の一部にY方向に延在している第1サポート膜29が接続されており、さらに第1サポート膜29は、X方向に延在している第2サポート膜30に接続されている。下部電極7Aは、コンタクトプラグ4上に自立した状態であるが、第2サポート膜30によりX方向、第1サポート膜29によりY方向の2方向から支持されているので、いずれかの方向へ倒壊する不良が防止されている。図18(c)および(d)でもストッパー膜5と第2のサポート膜30の間は空間となっている。
Next, referring to FIG. 18, the remaining
次に、図19を参照して、下部電極7Aの露出面を覆うように、CVD法またはALD法によって容量絶縁膜8A及び上部電極9Aを順に形成した。これにより、Y方向に関して第1サポート膜29で連結サポートされ、X方向に関して第2サポート膜30で連結サポートされた複数の柱状の下部電極7Aと、下部電極7Aの外面を覆う容量絶縁膜8A及び上部電極9Aで構成されるキャパシタ10Aが形成される。以下、第1の実施例で説明したのと同様の工程を経て、図13に示したDRAM200が完成する。
Next, referring to FIG. 19, a capacitive insulating
本発明の第2の実施例は、シリコン基板1上に形成した層間絶縁膜6aを、第1のパターン形成工程により処理して第1の方向(Y方向)に延在する第1のパターン6を形成し、前記第1のパターン6の両側壁に犠牲膜となるLPカーボン膜からなる第1のサイドウォール膜21を形成する工程と、
全面に第1の埋め込み膜22を形成して前記第1のパターン6間に形成されている空間を埋設する工程と、
前記第1の方向に直角な方向となる第2の方向(X方向)にパターンを形成する第2のパターン形成工程を用いて前記第1の方向に延在している第1のサイドウォール膜21に、前記第1の方向に所定間隔で配置される複数のホール11を形成することにより前記第1のサイドウォール膜21を第1の方向に分断する工程と、
前記ホール11を導電膜で埋設し、柱状の下部電極7Aを形成する工程と、
前記下部電極7Aの周囲に位置する前記第1のパターン6、前記第1の埋め込み膜22、残存している第1のサイドウォール膜21を除去して下部電極7Aの外面を露出させる工程と、を含むダブルパターニング工程を用いている。
In the second embodiment of the present invention, the
Forming a first buried
A first sidewall film extending in the first direction by using a second pattern forming step of forming a pattern in a second direction (X direction) which is a direction perpendicular to the first direction; 21, dividing the
Burying the
Removing the
これにより、開口幅が小さく高アスペクト比のホール11を形成することができ、これを下部電極7A形成用のホールとして用いることにより、微細化に適したキャパシタを形成することができる。
Thereby, a
[第3の実施例]
本発明の第3の実施例に係る半導体装置について、図20から図26を参照して詳細に説明する。第3の実施例における各部材の成膜条件やエッチング条件などは、上記の第1、第2の実施例と同じであるので共通する内容の記載は省略し、第1、第2の実施例と相違する点だけを記載する。
[Third embodiment]
A semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. Since the film forming conditions and etching conditions of each member in the third embodiment are the same as those in the first and second embodiments, description of common contents is omitted, and the first and second embodiments are omitted. Only the differences are described.
図20は、第3の実施例に係る半導体装置として、DRAM300をその部分断面図で示す。
FIG. 20 is a partial cross-sectional view of a
図20において、キャパシタ10Bを構成する下部電極7Bは王冠形状となっている。下部電極7Bの底面部はコンタクトプラグ4(4a)の上面に接続されており、上部側面の一部は第1のサポート膜29に接続されている。第1のサポート膜29は、隣接した下部電極7B同士が接触しないように相互に支持する役割を果たしている。下部電極7Bの側面部並びに上面部は、容量絶縁膜8Bと上部電極9Bで覆われ、これらによりキャパシタ10Bが構成されている。
In FIG. 20, the
第2の実施例に係るDRAM200のキャパシタ10Aと、第3の実施例に係るDRAM300のキャパシタ10Bの占有面積を同一とした場合、キャパシタ10Bにおける下部電極7Bと容量絶縁膜8Bとの接触部は下部電極7Bの内壁及び外壁のほぼ全体となっている。これは、下部電極7Bと容量絶縁膜8Bとの接触面積が、下部電極7Aと容量絶縁膜8Aとの接触部が下部電極7Aの外壁のほぼ全体のみとなっているキャパシタ10Aにおける接触面積よりも増大することを意味する。それゆえ、キャパシタ10Bの容量をキャパシタ10Aの容量よりも増大させることができる。
When the area occupied by the
以上のように構成されているDRAMにおいて、第3の実施例によるDRAM300の製造方法は、高アスペクトホールの製造工程で用いられるものであるので、一例として高アスペクトホール11の製法について、図21から図26を参照しながら説明する。本説明では、図20の破線部で囲まれたメモリセル領域の図面を用いており、各図において(a)は平面図、(b)は平面図におけるA−A’間の断面図、(c)は平面図におけるB−B’間の断面図、(d)は平面図におけるC−C’間の断面図である。
In the DRAM configured as described above, the manufacturing method of the
高アスペクトホール11の形成までは、第2の実施例で説明した図14、図15までの工程と同じ工程を経て実現される。次に、図21を参照して、第1のサポート膜29と第1の埋め込み膜22の上面並びに高アスペクトホール11と溝26の内壁(図15)を覆うように、CVD法によって10nm厚の窒化チタン(TiN)である導電膜32を成膜した。導電膜32は、高アスペクトホール11と溝26、26aを埋め込めないように形成するので、断面U字形状となった導電膜32の内側は凹部空間となっている。導電膜32は、窒化チタンに限定されるのではなく、ルテニウム(Ru)などの金属も使用することができる。
Up to the formation of the
次に、高アスペクトホール11と溝26、26aを埋め込むように、ALD法による100nm厚のシリコン酸化膜である埋め込み膜31を成膜した。ここで、1サイクルにおける埋め込み膜31の成膜条件は、図5における第1の埋め込み膜22の成膜条件と同じである。ALD法によって、高アスペクト比になっている高アスペクトホール11を容易に埋め込むことができる。
Next, a buried
次に、図22を参照して、CMP法によって、第2のサポート膜30の上面が露出するように、埋め込み膜31と導電膜32と第2のサイドウォール膜25Aを除去した。このとき、シリコン基板1上では、第2のサポート膜30とともに、埋め込み膜31と導電膜32がX方向に延在するように露出している。
Next, referring to FIG. 22, the buried
次に、図23を参照して、エッチバック法により、第1のサポート膜29が露出するように、埋め込み膜31と導電膜32を除去して、残留した導電膜32を下部電極7Bとして形成した。ここで下部電極7Bは、高アスペクトホール11の側壁に接するように断面U字形状となっている。断面U字形状となった下部電極7Bの内側には、埋め込み膜31が埋め込まれて、下部電極7B、埋め込み膜31の上端部がX方向に延在して隣接している第2のサポート膜30の間から露出している。なお、X方向に延在している第2のサポート膜30の下方には、第1のサポート膜29とともに、第1の埋め込み膜22と第1のパターン6と第1のサイドウォール膜21が残留している。
Next, referring to FIG. 23, the buried
次に、図24を参照して、フッ酸(HF)を主成分とする薬液を用いたウェットエッチング法によって、シリコン酸化膜である第1の埋め込み膜22と第1のパターン6と埋め込み膜31を除去した。このウェットエッチング法は、等方性エッチングであるので、第2のサポート膜30の下方における第1の埋め込み膜22と第1のパターン6も容易に除去することができる。ここに記載した以外の製法は、図17と同じである。図24(c)ではストッパー膜5と第1のサポート膜29の間は空間となっている。これは後述する図25(c)でも同様である。
Next, referring to FIG. 24, the first buried
次に、図25を参照して、アッシング法によって、残留している第1のサイドウォール膜21を除去した。第1のサイドウォール膜21のアッシング条件は、図4におけるマスクパターン18’のアッシング条件と同じである。この時、残留して外壁部と内壁部が露出した下部電極7Aは、外壁部の一部にY方向に延在している第1のサポート膜29が接続されている。第1のサポート膜29は、X方向に延在している第2のサポート膜30に接続されている。下部電極7Aは、コンタクトプラグ4上に自立した状態であるが、第2のサポート膜30によりX方向、第1のサポート膜29によりY方向の2方向から支持されているので、いずれかの方向へ倒壊する不良が防止されている。図25(d)でもストッパー膜5と第1のサポート膜29の間は空間となっている。
Next, referring to FIG. 25, the remaining
次に、図26を参照して、下部電極7Aの露出面を覆うように、CVD法またはALD法によって容量絶縁膜8Aを形成した。容量絶縁膜8Aの形成以後の工程は、第1実施例や図19で説明したのと同様である。
Next, referring to FIG. 26, a capacitive insulating
以上に示した製法によって、図20に示したDRAM300が完成する。
The
以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法によれば、下部電極7(7A、7B)を形成する層間絶縁膜6a(第1のパターン6)に、高アスペクトとなったカーボン膜である第1のサイドウォール膜21を形成してから、アッシングあるいはドライエッチングによって第1のサイドウォール膜21を除去することで、高アスペクトホール11を形成している。アッシングによる製法によれば、高アスペクトホール11の形成時に、ドライエッチングで層間絶縁膜を加工することがないので、高アスペクトホール11を容易に形成することができる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the carbon film having a high aspect is formed on the
ドライエッチングによる製法によっても、ドライエッチングの対象膜をカーボン膜としているので、シリコン酸化膜よりは高アスペクトホール11の形成が容易となる。
Also by the manufacturing method by dry etching, since the target film for dry etching is a carbon film, it is easier to form the
さらに、高アスペクトホール11の横寸法X5は、第1のサイドウォール膜21の膜厚に依存し、縦寸法Y5は、第2のサイドウォール膜25Aの膜厚に依存している。また高アスペクトホール11のX方向の間隔X6は、マスクパターン18’(第1のパターン6)の幅X2と溝20の幅X3に依存し、Y方向の間隔Y6は、コアパターン23’の幅Y2と溝24の幅Y3に依存している。つまり、高アスペクトホール11の寸法及び間隔は、容易に調整可能な成膜の膜厚と、ドライエッチングで比較的容易に形成できる矩形パターンと溝の寸法に依存しているので、高アスペクトホールの寸法調整は、容易に行うことができる。
Further, the horizontal dimension X5 of the
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.
1 シリコン基板
2、3、6a、12、17 層間絶縁膜
4、4a、13、15 コンタクトプラグ
6 第1のパターン
7、7A、7B 下部電極
8 容量絶縁膜
9、9A、9B 上部電極
10 キャパシタ
16 配線
20、24、26、26a、27 溝
21 第1のサイドウォール膜
22 第1の埋め込み膜
23 マスク膜
23’ コアパターン
25 被覆膜
25A 第2のサイドウォール膜
28 第2の埋め込み膜
29 第1のサポート膜
30 第2のサポート膜
100、200、300 DRAM
DESCRIPTION OF
Claims (11)
全面に第1の埋め込み膜を形成して前記第1のパターン間に形成されている空間を埋設する工程と、
前記第1の方向に直角な方向となる第2の方向にパターンを形成する第2のパターン形成工程を用いて前記第1の方向に延在している前記第1のサイドウォール膜に、前記第1の方向に所定間隔で配置される複数の第1のホールを形成する工程と、
前記第1のホールを第2の埋め込み膜で埋設することにより、前記第1のサイドウォール膜を第1の方向に関して分断する工程と、
残存している前記第1のサイドウォール膜を除去して複数の第2のホールを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate is processed by a first pattern forming process to form a first pattern extending in a first direction, and an LP carbon film is formed on both side walls of the first pattern. Forming a first sidewall film comprising:
Forming a first buried film on the entire surface and burying a space formed between the first patterns;
The first sidewall film extending in the first direction using a second pattern forming step of forming a pattern in a second direction that is a direction perpendicular to the first direction, Forming a plurality of first holes arranged at predetermined intervals in a first direction;
Dividing the first sidewall film with respect to the first direction by burying the first hole with a second buried film;
Removing the remaining first sidewall film to form a plurality of second holes;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
全ての前記第1のホールの前記第1の方向の寸法Y4を同じとし、且つ等ピッチ間隔で配置するために、前記第2のパターンの間隔Y1を該第2のパターンの幅Y2の3倍となるように設定し、さらに前記第2のサイドウォール膜の膜厚を前記第2のパターンの幅Y2と同じ値にすることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。 In the second pattern forming step, a second pattern extending in the second direction is formed on the first buried film, and second sidewalls are formed on both side walls of the second pattern. Forming a film,
In order to make all the first holes have the same dimension Y4 in the first direction and are arranged at equal pitch intervals, the interval Y1 of the second pattern is three times the width Y2 of the second pattern. 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising setting the film thickness of the second sidewall film to the same value as the width Y2 of the second pattern. .
全面に第1の埋め込み膜を形成して前記第1のパターン間に形成されている空間を埋設する工程と、
前記第1の方向に直角な方向となる第2の方向にパターンを形成する第2のパターン形成工程を用いて前記第1の方向に延在している前記第1のサイドウォール膜に、前記第1の方向に所定間隔で配置される複数の高アスペクトホールを形成することにより、前記第1のサイドウォール膜を第1の方向に関して分断する工程と、
前記高アスペクトホールを導電膜で埋設し、柱状の下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の周囲に位置する前記層間絶縁膜、前記第1の埋め込み膜、残存している前記第1のサイドウォール膜を除去して前記下部電極の外面を露出させる工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate is processed by a first pattern forming process to form a first pattern extending in a first direction, and an LP carbon film is formed on both side walls of the first pattern. Forming a first sidewall film comprising:
Forming a first buried film on the entire surface and burying a space formed between the first patterns;
The first sidewall film extending in the first direction using a second pattern forming step of forming a pattern in a second direction that is a direction perpendicular to the first direction, Dividing the first sidewall film with respect to the first direction by forming a plurality of high aspect holes arranged at predetermined intervals in the first direction;
Burying the high aspect hole with a conductive film to form a columnar lower electrode;
Removing the interlayer insulating film located around the lower electrode, the first buried film, and the remaining first sidewall film to expose the outer surface of the lower electrode;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
全面に第1の埋め込み膜を形成して前記第1のパターン間に形成されている空間を埋設する工程と、
前記第1の方向に直角な方向となる第2の方向にパターンを形成する第2のパターン形成工程を用いて前記第1の方向に延在している前記第1のサイドウォール膜に、前記第1の方向に所定間隔で配置される複数の高アスペクトホールを形成することにより、前記第1のサイドウォール膜を第1の方向に関して分断する工程と、
前記高アスペクトホールの内壁に導電膜を下部電極として形成する工程と、
前記下部電極の周囲に位置する前記層間絶縁膜、前記第1の埋め込み膜、残存している前記第1のサイドウォール膜を除去して前記下部電極の外面を露出させる工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate is processed by a first pattern forming process to form a first pattern extending in a first direction, and an LP carbon film is formed on both side walls of the first pattern. Forming a first sidewall film comprising:
Forming a first buried film on the entire surface and burying a space formed between the first patterns;
The first sidewall film extending in the first direction using a second pattern forming step of forming a pattern in a second direction that is a direction perpendicular to the first direction, Dividing the first sidewall film with respect to the first direction by forming a plurality of high aspect holes arranged at predetermined intervals in the first direction;
Forming a conductive film on the inner wall of the high aspect hole as a lower electrode;
Removing the interlayer insulating film located around the lower electrode, the first buried film, and the remaining first sidewall film to expose the outer surface of the lower electrode;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011267007A JP2013120787A (en) | 2011-12-06 | 2011-12-06 | Semiconductor device manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011267007A JP2013120787A (en) | 2011-12-06 | 2011-12-06 | Semiconductor device manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013120787A true JP2013120787A (en) | 2013-06-17 |
Family
ID=48773313
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011267007A Pending JP2013120787A (en) | 2011-12-06 | 2011-12-06 | Semiconductor device manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013120787A (en) |
-
2011
- 2011-12-06 JP JP2011267007A patent/JP2013120787A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100673015B1 (en) | Semiconductor device having capacitor and method of forming the same | |
US8637364B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
KR100929642B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US8017491B2 (en) | Method for fabricating capacitor | |
KR101723986B1 (en) | Semiconductor devices and methods of manufacturing the same | |
KR102403619B1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
US9209193B2 (en) | Method of manufacturing device | |
TWI571915B (en) | Method for manufacturing lower electrode of capacitor and semiconducor device | |
KR20120042574A (en) | Semiconductor device and method for forming the same | |
JP2011044488A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2010251406A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US20120205810A1 (en) | Semiconductor device and fabricating method thereof | |
JP2010153509A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US6844229B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device having storage electrode of capacitor | |
US20100155802A1 (en) | Semiconductor device and method of forming semiconductor device | |
US9362421B2 (en) | Semiconductor device including a support structure | |
KR20090099775A (en) | Method for manufacturing capacitor with pillar type storagenode | |
KR100667653B1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2011096780A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
WO2014115641A1 (en) | Method for manufacturing semiconductor | |
KR20090016810A (en) | Method for fabricating capacitor with cylinder type storage node | |
KR100849066B1 (en) | Method for forming mim capacitor of cylinder type | |
JP2013120787A (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
JP2014053361A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
KR20100073094A (en) | Method for fabricating cylinder type capacitor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20130730 |