JP2013219097A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce electric resistance of a high melting point metal film at low cost.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method comprises a process of forming a high melting point metal film on a semiconductor substrate by a sputtering method using a target including a boron-added high melting point metal. The semiconductor device manufacturing method comprises: (a) a process of forming a gate electrode composed of a first high melting point metal film so as to fill in a groove in an active region; (b) a process of forming a second high melting point metal film on a first film; (c) a process of forming a contact plug by forming a third high melting point metal film on a third film so as to fill in a contact hole; and (d) a process of further forming a fourth high melting point metal film on an insulation film. At least in one process among the processes, the high melting point metal film is formed by the sputtering method using the target including the boron-added high melting point metal.

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.

半導体装置の微細化に伴い、半導体装置内で用いるタングステン配線等の高融点金属からなる配線の抵抗が従来の抵抗値では、設計目標値より高くなるという問題が生じることがある。このように従来から、高融点金属配線の低抵抗化が要望されている。タングステン等の高融点金属は、その結晶粒が大きいほど抵抗が下がることが知られている。   With the miniaturization of semiconductor devices, there is a problem that the resistance of wiring made of a refractory metal such as tungsten wiring used in the semiconductor device becomes higher than the design target value in the conventional resistance value. Thus, conventionally, there has been a demand for lower resistance of refractory metal wiring. It is known that resistance of refractory metals such as tungsten decreases as the crystal grains become larger.

特許文献1(特開2007−194468号公報)には、WF6ガスをB26ガスで還元してW核付けをし、Wを成長させる方法が開示されている。 Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-194468) discloses a method for growing W by reducing WF 6 gas with B 2 H 6 gas to form W nuclei.

特許文献2(特開2004−270035号公報)には、スパッタガスとしてクリプトンまたはキセノンを用いてタングステンをスパッタ法により成膜して、その抵抗率を下げることが開示されている。   Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-270035) discloses that tungsten is formed by a sputtering method using krypton or xenon as a sputtering gas, and its resistivity is lowered.

特開2007−194468号公報JP 2007-194468 A 特開2004−270035号公報JP 2004-270035 A

しかしながら、特許文献1の方法では、B26ガスはW核付けのために使用され、ボロンのタングステン内への入り込みが少なく不十分であり、タングステンの低抵抗化には不十分であった。 However, in the method of Patent Document 1, B 2 H 6 gas is used for W nucleation, and boron is insufficiently introduced into tungsten, and is insufficient for reducing the resistance of tungsten. .

また、特許文献2の方法で使用するクリプトンやキセノンガスは、アルゴンガスに比べて高価であり、この方法を使用するとコストが増大するという問題があった。   Further, the krypton and xenon gas used in the method of Patent Document 2 is more expensive than the argon gas, and there is a problem that the cost increases when this method is used.

以上のように、従来は、低コストで、高融点金属膜の十分な低抵抗化を行うことは不可能であった。   As described above, conventionally, it has been impossible to sufficiently reduce the resistance of the refractory metal film at low cost.

一実施形態は、
半導体基板上に、ボロンが添加された高融点金属を含むターゲットを用いたスパッタ法により、高融点金属膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
One embodiment is:
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a refractory metal film on a semiconductor substrate by sputtering using a target containing a refractory metal to which boron is added.

他の実施形態は、
半導体基板の活性領域内に溝を形成する工程と、
前記溝の内面上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記溝内を埋め込むように第1の高融点金属膜を形成することにより、第1の高融点金属膜からなるゲート電極を形成する工程と、
前記活性領域内の、前記溝を挟んだ両側の領域のうち一方の領域に第1の不純物拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板上に、第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜上に、第2の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第1の膜および前記第2の高融点金属膜の少なくとも一部が、前記第1の不純物拡散層上に残留するように、前記第1の膜および前記第2の高融点金属膜をパターニングすることにより、前記第1の膜および前記第2の高融点金属膜を有するビット線を形成する工程と、
前記半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程と、
前記活性領域内の、前記溝を挟んだ両側の領域のうち他方の領域を露出させるように、前記絶縁膜内にコンタクト孔を形成する工程と、
前記活性領域内の、前記他方の領域に第2の不純物拡散層を形成する工程と、
前記コンタクト孔の下部に、第2および第3の膜を形成する工程と、
前記コンタクト孔を埋め込むように、前記第3の膜上に第3の高融点金属膜を形成することにより、前記第2および第3の膜ならびに前記第3の高融点金属膜を有するコンタクトプラグを形成する工程と、
前記絶縁膜上に更に、第4の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第4の高融点金属膜の少なくとも一部が前記第3の高融点金属膜上に残留するように前記第4の高融点金属膜をパターニングすることにより、コンタクトパッドを形成する工程と、
を有し、
前記第1、第2、第3および第4の高融点金属膜を形成する工程のうち少なくとも一つの工程では、ボロンが添加された高融点金属を含むターゲットを用いたスパッタ法により高融点金属膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
Other embodiments are:
Forming a groove in the active region of the semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film on the inner surface of the groove;
Forming a gate electrode made of the first refractory metal film by forming a first refractory metal film so as to fill the trench;
Forming a first impurity diffusion layer in one of the regions on both sides of the active region and sandwiching the groove;
Forming a first film on the semiconductor substrate;
Forming a second refractory metal film on the first film;
The first film and the second refractory metal film are patterned so that at least a part of the first film and the second refractory metal film remain on the first impurity diffusion layer. Forming a bit line having the first film and the second refractory metal film;
Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a contact hole in the insulating film so as to expose the other region of the active region on both sides of the groove.
Forming a second impurity diffusion layer in the other region of the active region;
Forming second and third films below the contact holes;
A contact plug having the second and third films and the third refractory metal film is formed by forming a third refractory metal film on the third film so as to fill the contact hole. Forming, and
Forming a fourth refractory metal film on the insulating film;
Forming a contact pad by patterning the fourth refractory metal film such that at least part of the fourth refractory metal film remains on the third refractory metal film;
Have
In at least one of the steps of forming the first, second, third and fourth refractory metal films, the refractory metal film is formed by sputtering using a target containing a refractory metal to which boron is added. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

低コストで、高融点金属膜の電気抵抗を低減することができる。   The electric resistance of the refractory metal film can be reduced at a low cost.

第1実施形態の半導体装置を表す平面図である。1 is a plan view illustrating a semiconductor device according to a first embodiment. 第1実施形態の半導体装置を表す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a step of the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a step of the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a step of the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a step of the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a step of the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法の一工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment.

本発明の半導体装置の製造方法の一例では、半導体基板上に、ボロン(ホウ素)が添加された高融点金属を含むターゲットを用いたスパッタ法により、高融点金属膜を形成する。上記のスパッタ法を用いて、高融点金属膜を形成することにより、高融点金属膜の結晶粒径(グレインサイズ)を大きくすることができる。この結果、高融点金属膜の電気抵抗を低減することができる。また、このスパッタ法は、従来のスパッタ装置においてターゲットを、ボロンが添加された高融点金属を含むものに変更するだけで実施できるため、製造コストを増大させず、低コストで高融点金属膜を形成することができる。   In an example of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a refractory metal film is formed on a semiconductor substrate by sputtering using a target containing a refractory metal to which boron (boron) is added. By forming the refractory metal film using the sputtering method, the crystal grain size (grain size) of the refractory metal film can be increased. As a result, the electrical resistance of the refractory metal film can be reduced. In addition, since this sputtering method can be carried out by simply changing the target to a material containing a refractory metal to which boron is added in a conventional sputtering apparatus, the refractory metal film is formed at a low cost without increasing the manufacturing cost. Can be formed.

上記スパッタ法に使用するスパッタ装置としては、ボロンが添加された高融点金属を含むターゲットを用いる点以外は、従来から使用されている公知のスパッタ装置と同じものを使用することができる。例えば、スパッタ装置として、ECRスパッタ装置、DCマグネトロンスパッタ装置、RFマグネトロンスパッタ装置などを使用することができる。   As the sputtering apparatus used for the sputtering method, the same sputtering apparatus as conventionally used can be used except that a target containing a refractory metal to which boron is added is used. For example, an ECR sputtering apparatus, a DC magnetron sputtering apparatus, an RF magnetron sputtering apparatus, or the like can be used as the sputtering apparatus.

ターゲットは例えば、ボロンと高融点金属の粉末を混合して、焼結することにより作製することができる。ターゲット中のボロンの含量は、0.01重量%以上1.0重量%以下であることが好ましい。ボロンの含量がこれらの範囲内にあることによって、効果的に、高融点金属膜の結晶粒径を大きくすることができる。なお、ターゲット中のボロンの含量は、ターゲットを作製する際に、ボロンと高融点金属の粉末の混合割合を調節することによって制御することができる。   The target can be produced, for example, by mixing boron and a refractory metal powder and sintering. The boron content in the target is preferably 0.01% by weight or more and 1.0% by weight or less. When the boron content is within these ranges, the crystal grain size of the refractory metal film can be effectively increased. The boron content in the target can be controlled by adjusting the mixing ratio of the boron and refractory metal powder when the target is produced.

高融点金属としては特に限定されないが、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、またはニッケル(Ni)を使用することが好ましい。これらの高融点金属の中でも、本発明の方法による電気抵抗の低減効果が大きく、配線やコンタクトプラグなど、半導体装置の各部への使用が有用な材料として、タングステン(W)を使用することがより好ましい。   The refractory metal is not particularly limited, but tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), cobalt (Co), or nickel (Ni) is preferably used. Among these refractory metals, the effect of reducing the electrical resistance by the method of the present invention is large, and tungsten (W) is more preferably used as a material useful for each part of a semiconductor device such as a wiring or a contact plug. preferable.

(第1実施形態)
図1は、本実施形態によるDRAM100の構成を示す平面図であり、DRAM100のメモリセル領域を示している。図1は、DRAM100の素子分離領域と素子形成領域と埋込配線の配置を示す平面模式図である。但し、図1では、構成要素の配置状況を明確にするため、容量コンタクトパッド42上に位置したキャパシタとキャパシタ上に位置した上部金属配線を省略している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the DRAM 100 according to the present embodiment, and shows a memory cell region of the DRAM 100. FIG. 1 is a schematic plan view showing an arrangement of an element isolation region, an element formation region, and a buried wiring of the DRAM 100. However, in FIG. 1, the capacitor located on the capacitor contact pad 42 and the upper metal wiring located on the capacitor are omitted in order to clarify the arrangement state of the components.

図2は、本実施形態によるDRAM100の構成を示す断面図であり、図2(a)は図1のA−A’断面であり、図2(b)は図1のB−B’断面を示している。ここで、図2(a)はY方向の断面となっているのに対して、図2(b)は厳密にはX方向からずれているが、本実施形態では、X方向の断面として記載する。また、本実施形態のDRAM100では、ベースとなる半導体基板にシリコン基板を用いるものとする。また、単体の半導体基板だけでなく、半導体基板上に半導体デバイスが製造される過程の状態、および半導体基板上に半導体デバイスが形成された状態を含めて、ウェハと総称する。   2 is a cross-sectional view showing the configuration of the DRAM 100 according to the present embodiment. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. Show. Here, FIG. 2A shows a cross section in the Y direction, whereas FIG. 2B strictly deviates from the X direction, but in this embodiment, it is described as a cross section in the X direction. To do. Further, in the DRAM 100 of the present embodiment, a silicon substrate is used as the base semiconductor substrate. Further, not only a single semiconductor substrate but also a state in which a semiconductor device is manufactured on the semiconductor substrate and a state in which the semiconductor device is formed on the semiconductor substrate are collectively referred to as a wafer.

図1に示すように、DRAM100は、メモリセル領域60と、メモリセル領域60の外側において駆動用トランジスタ(図示せず)が配置された周辺領域(図示せず)を有している。メモリセル領域60には、シリコン基板1に設けられた素子分離溝4内に絶縁膜を埋め込んでなる素子分離膜9(以降、「STI(Shallow Trench Isolation)9」、と称する)と、STI9によって区画された素子形成領域1A(以降、「活性領域1A」と称することもある)が設けられている。   As shown in FIG. 1, the DRAM 100 has a memory cell region 60 and a peripheral region (not shown) in which driving transistors (not shown) are arranged outside the memory cell region 60. In the memory cell region 60, an element isolation film 9 (hereinafter referred to as “STI (Shallow Trench Isolation) 9”) in which an insulating film is embedded in an element isolation trench 4 provided in the silicon substrate 1, A partitioned element forming region 1A (hereinafter also referred to as “active region 1A”) is provided.

図1に示すように、複数の埋め込み配線5は、Y方向に延在する埋込ワード線23と、素子分離用の埋込配線22で構成されている。埋込ワード線23と素子分離用の埋込配線22は、同じ構造を有しているが、機能は異なっている。埋込ワード線23は、メモリセルのゲート電極として機能するものである。素子分離用の埋込配線22は、所定の電位に維持することにより隣接する素子(トランジスタ)を分離するものである。すなわち、同一の素子形成領域1A上で隣接する素子間は、素子分離用の埋込配線22を所定の電位に維持することにより、寄生トランジスタをオフ状態として分離させることができる。埋め込み配線5と直交する方向(図1におけるX方向)には、複数のビット線30が所定の間隔で配置されている。   As shown in FIG. 1, the plurality of embedded wirings 5 include an embedded word line 23 extending in the Y direction and an embedded wiring 22 for element isolation. The buried word line 23 and the buried wiring 22 for element isolation have the same structure but have different functions. The buried word line 23 functions as a gate electrode of the memory cell. The embedded wiring 22 for element isolation isolates adjacent elements (transistors) by maintaining a predetermined potential. That is, the parasitic transistors can be separated from each other adjacent elements on the same element formation region 1A by maintaining the element isolation buried wiring 22 at a predetermined potential. A plurality of bit lines 30 are arranged at a predetermined interval in a direction orthogonal to the embedded wiring 5 (X direction in FIG. 1).

図2に示すように、埋込配線22は、複数のSTI9とシリコン基板1の一部上面を覆っている。埋込ワード線23と素子形成領域1Aとが交差する領域に、夫々のメモリセルが形成されている。メモリセル領域60の全体には複数のメモリセルが設けられており、個々のメモリセルには、夫々容量コンタクトパッド42を介してキャパシタ48が接続されている。容量コンタクトパッド42は、図1に示すように、夫々が重ならないように、メモリセル領域60内に所定の間隔で配置されている。なお、本実施形態のDRAM100は、図1に示すように、X方向とY方向の間隔を夫々3Fと2Fにした単位エリアに相当する6F2セル配置(F値は最小加工寸法)としている。   As shown in FIG. 2, the embedded wiring 22 covers a plurality of STI 9 and part of the upper surface of the silicon substrate 1. Each memory cell is formed in a region where the buried word line 23 and the element formation region 1A intersect. A plurality of memory cells are provided in the entire memory cell region 60, and a capacitor 48 is connected to each memory cell via a capacitor contact pad 42. As shown in FIG. 1, the capacitor contact pads 42 are arranged in the memory cell region 60 at a predetermined interval so as not to overlap each other. As shown in FIG. 1, the DRAM 100 of this embodiment has a 6F2 cell arrangement (F value is a minimum processing dimension) corresponding to a unit area in which the intervals in the X direction and the Y direction are 3F and 2F, respectively.

図2に示すように、本実施形態のDRAM100では、ゲート電極として機能する埋込ワード線23がシリコン基板1内に完全に埋め込まれた埋込ゲート型トランジスタを備えている。埋込ゲート型トランジスタは、シリコン基板1の素子分離領域となるSTI9に囲まれた素子形成領域1Aに設けられている。なお、STI9は、シリコン基板1の溝内に、絶縁膜6と絶縁膜7を積層させたものである。埋込ゲート型トランジスタは、素子形成領域1Aに設けられた溝の内壁を覆っているゲート絶縁膜16と、ゲート絶縁膜16の上面部と一部の側面部を覆っている介在層17と、介在層17の内側に設けられた埋込ワード線23となる導電膜18と、低濃度不純物拡散層11に設けられたソース・ドレイン領域の一方となる第1の不純物拡散層26と、ソース・ドレイン領域の他方となる第2の不純物拡散層37を有する構成となっている。低濃度不純物拡散層11は、ゲート絶縁膜16が設けられた領域を除いた素子形成領域1Aの上部に設けられており、シリコン基板1に多く含まれる導電性不純物とは反対の導電型の不純物が拡散した層である。また導電膜18は、その上面がライナー膜20と埋込絶縁膜21で覆われている。   As shown in FIG. 2, the DRAM 100 of this embodiment includes a buried gate type transistor in which a buried word line 23 that functions as a gate electrode is completely buried in the silicon substrate 1. The buried gate type transistor is provided in the element formation region 1A surrounded by the STI 9 serving as the element isolation region of the silicon substrate 1. The STI 9 is obtained by laminating the insulating film 6 and the insulating film 7 in the groove of the silicon substrate 1. The buried gate type transistor includes a gate insulating film 16 covering an inner wall of a groove provided in the element formation region 1A, an intervening layer 17 covering an upper surface portion and a part of a side surface portion of the gate insulating film 16, A conductive film 18 to be a buried word line 23 provided inside the intervening layer 17, a first impurity diffusion layer 26 to be one of the source / drain regions provided in the low-concentration impurity diffusion layer 11, The second impurity diffusion layer 37 serving as the other drain region is included. The low-concentration impurity diffusion layer 11 is provided above the element formation region 1A excluding the region where the gate insulating film 16 is provided, and has a conductivity type opposite to the conductive impurity contained in the silicon substrate 1 in large quantities. Is a diffused layer. The upper surface of the conductive film 18 is covered with a liner film 20 and a buried insulating film 21.

図2(b)に示す素子形成領域1Aには、説明の便宜上、埋込みワード線23を有する2個の埋込ゲート型トランジスタを表しているが、実際のDRAMにおけるメモリセル領域には、数千〜数十万個の埋込ゲート型トランジスタが配置されている。しかし、図2(b)に示す導電膜18Aは、埋込ワード線23と同じ構造であるが、ワード線として機能するものではなく、隣接している埋込ゲート型トランジスタを電気的に分離する埋込配線22となっている。   In the element formation region 1A shown in FIG. 2B, two buried gate transistors having a buried word line 23 are shown for convenience of explanation, but there are thousands of memory cell regions in an actual DRAM. Up to several hundred thousand buried gate type transistors are arranged. However, although the conductive film 18A shown in FIG. 2B has the same structure as the embedded word line 23, it does not function as a word line, and electrically isolates adjacent embedded gate type transistors. It is a buried wiring 22.

本実施形態の埋込ゲート型トランジスタは、図2(a)に示すように、埋込配線22の一部が埋込配線22の延在方向に配置されたSTI9の上面に埋め込まれた構造となっている。すなわち、STI9の上面の高さが、隣接する当該STI9間のシリコン基板1の表面の高さよりも低くなるように配置されている。これにより、シリコン基板1の上面には、埋込配線22によるSTI9の埋め込み部分と、埋込配線22の底面がゲート絶縁膜16を介して接続するサドル形状のシリコン突起部1Bが設けられている。なお、埋込ワード線23は、埋込配線22と同じ構造を有しているので、埋込ワード線23の下方にも、同様のSTI9の埋め込み部分とサドル形状のシリコン突起部1Bが設けられている。   As shown in FIG. 2A, the buried gate type transistor of this embodiment has a structure in which a part of the buried wiring 22 is buried in the upper surface of the STI 9 arranged in the extending direction of the buried wiring 22. It has become. That is, the STI 9 is disposed such that the height of the upper surface is lower than the height of the surface of the silicon substrate 1 between the adjacent STIs 9. Thus, on the upper surface of the silicon substrate 1, a saddle-shaped silicon protrusion 1 </ b> B is provided in which the embedded portion of the STI 9 by the embedded wiring 22 and the bottom surface of the embedded wiring 22 are connected via the gate insulating film 16. . Since the buried word line 23 has the same structure as the buried wiring 22, a similar buried portion of STI 9 and a saddle-shaped silicon protrusion 1B are provided below the buried word line 23. ing.

サドル形状のシリコン突起部1Bは、ソース領域とドレイン領域との電位差が閾値を超えたとき、チャネルとして機能させることができる。本実施形態の埋込ゲート型トランジスタは、サドル形状のシリコン突起部1Bのようなチャネル領域を有するサドルフィン型トランジスタである。埋込ゲート型トランジスタとしてサドルフィン型トランジスタを適用することにより、オン電流が大きくなるという利点がある。   The saddle-shaped silicon protrusion 1B can function as a channel when the potential difference between the source region and the drain region exceeds a threshold value. The buried gate type transistor of this embodiment is a saddle fin type transistor having a channel region such as a saddle-shaped silicon protrusion 1B. By using a saddle fin type transistor as the buried gate type transistor, there is an advantage that the on-current is increased.

次に、図2を参照しながら、上記埋込ゲート型トランジスタの上方における構成を説明する。DRAM100のメモリセル領域には、上記埋込ゲート型トランジスタおよびキャパシタ48を有するメモリセルが複数設けられている。キャパシタ48は、シリンダー型のキャパシタであり、下部電極45、容量絶縁膜46および上部電極47で構成されている。なお下部電極45は、シリンダー形状で、内壁と外壁を有しており、内壁側は容量絶縁膜46と上部電極47で埋め込まれている。埋込ゲート型トランジスタの第1の不純物拡散層26は、第1の不純物拡散層26上に設けられた導電膜27に接続されている。ここで導電膜27は、導電膜27上に設けられた導電膜28と共にビット線30を構成している。また、ビット線30の上面はマスク膜29で覆われており、その側面部は絶縁膜31で覆われている。埋込ゲート型トランジスタの第2の不純物拡散層37は、第2の不純物拡散層37上に設けられた容量コンタクトプラグ41と容量コンタクトパッド42を介して、下部電極45に接続されている。ここで、容量コンタクトプラグ41は、導電膜38と導電膜40の間に介在層39を挿入した積層構造となっており、その側面部はサイドウォール絶縁膜36で覆われている。また、容量コンタクトパッド42は、キャパシタ48と容量コンタクトプラグ41とのアライメントマージンを確保するために設けられているので、図1に示すように、容量コンタクトプラグ41の上面を覆っている必要は無く、容量コンタクトプラグ41上に位置して、少なくともその一部と接続していれば良い。   Next, the configuration above the buried gate type transistor will be described with reference to FIG. In the memory cell region of the DRAM 100, a plurality of memory cells having the embedded gate transistor and the capacitor 48 are provided. The capacitor 48 is a cylinder type capacitor, and includes a lower electrode 45, a capacitive insulating film 46, and an upper electrode 47. The lower electrode 45 has a cylindrical shape and has an inner wall and an outer wall, and the inner wall side is embedded with a capacitive insulating film 46 and an upper electrode 47. The first impurity diffusion layer 26 of the buried gate transistor is connected to a conductive film 27 provided on the first impurity diffusion layer 26. Here, the conductive film 27 and the conductive film 28 provided on the conductive film 27 constitute a bit line 30. Further, the upper surface of the bit line 30 is covered with a mask film 29, and the side surface portion thereof is covered with an insulating film 31. The second impurity diffusion layer 37 of the buried gate transistor is connected to the lower electrode 45 through a capacitor contact plug 41 and a capacitor contact pad 42 provided on the second impurity diffusion layer 37. Here, the capacitor contact plug 41 has a laminated structure in which an intervening layer 39 is inserted between the conductive film 38 and the conductive film 40, and the side surface portion is covered with the sidewall insulating film 36. Further, since the capacitor contact pad 42 is provided to secure an alignment margin between the capacitor 48 and the capacitor contact plug 41, it is not necessary to cover the upper surface of the capacitor contact plug 41 as shown in FIG. It suffices to be located on the capacitor contact plug 41 and connected to at least a part thereof.

ビット線30とマスク膜29と容量コンタクトプラグ41の夫々の側面は、第1層間絶縁膜24と絶縁膜31とライナー膜32と塗布絶縁膜33(以降は、「SOD(Spin On Dielectrics)33」と表記する)で覆われており、容量コンタクトパッド42は、SOD33を保護するためのストッパー膜43で覆われている。ストッパー膜43上には、第3層間絶縁膜44が設けられている。第3層間絶縁膜44とストッパー膜43を貫通したシリンダーホール44Aが、下部電極45で覆われているので、下部電極45の外壁は、第3層間絶縁膜44とストッパー膜43と接している。第3層間絶縁膜44の上面は、容量絶縁膜46で覆われて、容量絶縁膜46の上面は上部電極47で覆われている。   The side surfaces of the bit line 30, the mask film 29, and the capacitor contact plug 41 are formed on the first interlayer insulating film 24, the insulating film 31, the liner film 32, and the coating insulating film 33 (hereinafter referred to as “SOD (Spin On Dielectrics) 33”). The capacitor contact pad 42 is covered with a stopper film 43 for protecting the SOD 33. A third interlayer insulating film 44 is provided on the stopper film 43. Since the cylinder hole 44 </ b> A penetrating the third interlayer insulating film 44 and the stopper film 43 is covered with the lower electrode 45, the outer wall of the lower electrode 45 is in contact with the third interlayer insulating film 44 and the stopper film 43. The upper surface of the third interlayer insulating film 44 is covered with a capacitive insulating film 46, and the upper surface of the capacitive insulating film 46 is covered with an upper electrode 47.

上部電極47は、第4層間絶縁膜49で覆われている。第4層間絶縁膜49中にはコンタクトプラグ50が設けられており、第4層間絶縁膜49の上面には上部金属配線51が設けられている。キャパシタ48の上部電極47は、コンタクトプラグ50を介して、上部金属配線51と接続されている。上部金属配線51と第4層間絶縁膜49は、保護膜52で覆われている。   The upper electrode 47 is covered with a fourth interlayer insulating film 49. A contact plug 50 is provided in the fourth interlayer insulating film 49, and an upper metal wiring 51 is provided on the upper surface of the fourth interlayer insulating film 49. The upper electrode 47 of the capacitor 48 is connected to the upper metal wiring 51 through the contact plug 50. The upper metal wiring 51 and the fourth interlayer insulating film 49 are covered with a protective film 52.

なお、本実施形態におけるキャパシタとして、下部電極45の内壁のみを電極として利用するシリンダー型のキャパシタを記載しているが、キャパシタはこれに限定されるものではない。例えば、下部電極45の内壁と外壁を電極として利用するクラウン型のキャパシタに変更することも可能である。また、キャパシタ上には、第4層間絶縁膜49を介して上部金属配線51と保護膜52からなる配線層が設けられている。本実施形態では、配線層を1層とした単層配線構造を一例として記載しているが、これに限定されるものではない。例えば、複数の配線および層間絶縁膜から構成される多層配線構造に変更することも可能である。   In addition, although the cylinder type capacitor which uses only the inner wall of the lower electrode 45 as an electrode is described as a capacitor in this embodiment, a capacitor is not limited to this. For example, it is possible to change to a crown type capacitor that uses the inner wall and the outer wall of the lower electrode 45 as electrodes. On the capacitor, a wiring layer including an upper metal wiring 51 and a protective film 52 is provided via a fourth interlayer insulating film 49. In the present embodiment, a single-layer wiring structure having one wiring layer is described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, it is possible to change to a multilayer wiring structure constituted by a plurality of wirings and an interlayer insulating film.

次に、本実施形態における半導体デバイスの製造方法について、半導体デバイスがDRAM100の場合を一例として、図3から図24を参照しながら説明する。なお、各図において、(a)図は図1におけるA−A’断面に対応する図であり、(b)図は図1のB−B’断面に対応する図を示している。また、図2と同様に(a)図はY方向に平行な断面であり、(b)図もX方向の断面として記載する。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 24, taking the case where the semiconductor device is a DRAM 100 as an example. In each figure, (a) is a view corresponding to the A-A 'section in FIG. 1, and (b) is a view corresponding to the B-B' section in FIG. 2A is a cross section parallel to the Y direction, and FIG. 2B is also described as a cross section in the X direction.

図3に示すように、P型のシリコン基板1上に、熱酸化法によるシリコン酸化膜(SiO2)である犠牲膜2と、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法によるシリコン窒化膜(Si34)であるマスク膜3を順次、堆積する。次に、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて、マスク膜3と犠牲膜2とシリコン基板1のパターニングを行い、素子形成領域1Aを区画するための素子分離溝4(トレンチ)をシリコン基板1に形成する。素子形成領域1Aとなるシリコン基板1の上方は、マスク膜3で覆われている。 As shown in FIG. 3, a sacrificial film 2 which is a silicon oxide film (SiO 2 ) by a thermal oxidation method and a silicon nitride film (Si 3 N by a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) method are formed on a P-type silicon substrate 1. 4 ) The mask film 3 is sequentially deposited. Next, the mask film 3, the sacrificial film 2 and the silicon substrate 1 are patterned by using a photolithography technique and a dry etching technique, and an element isolation groove 4 (trench) for partitioning the element formation region 1A is formed in the silicon substrate 1. To form. The upper portion of the silicon substrate 1 that becomes the element formation region 1A is covered with a mask film 3.

図4に示すように、熱酸化法によって、シリコン基板1とマスク膜3の表面に、シリコン酸化膜である絶縁膜6を形成する。この後、熱CVD法によって、シリコン窒化膜である絶縁膜7を、素子分離溝4の内部を充填するように堆積してから、エッチバックを行って、素子分離溝4の内部にのみ絶縁膜7を残存させる。   As shown in FIG. 4, an insulating film 6 that is a silicon oxide film is formed on the surfaces of the silicon substrate 1 and the mask film 3 by a thermal oxidation method. Thereafter, an insulating film 7 which is a silicon nitride film is deposited by thermal CVD so as to fill the inside of the element isolation trench 4, and then etched back, so that the insulating film is formed only inside the element isolation trench 4. 7 remains.

図5に示すように、プラズマCVD法によって、シリコン酸化膜である埋込膜8を、素子分離溝4の内部を充填するように堆積させてから、図3で形成したマスク膜3が露出するまでCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理を行い、埋込膜8の表面を平坦化する。   As shown in FIG. 5, after the buried film 8 which is a silicon oxide film is deposited so as to fill the inside of the element isolation trench 4 by plasma CVD, the mask film 3 formed in FIG. 3 is exposed. CMP (Chemical Mechanical Polishing) is performed until the surface of the buried film 8 is planarized.

図6に示すように、ウェットエッチングによって、マスク膜3および犠牲膜2を除去して、シリコン基板1の一部を露出させる。さらに、素子分離溝4の表面における埋込膜8を、露出させたシリコン基板1の表面の位置と概略同等になるようにする。以上の処理により、絶縁膜6および7からなるSTI9が形成される。本実施形態によるDRAM100の製法では、STI9が形成されることにより、図1に示すように、メモリセル領域60におけるライン状の素子形成領域1Aと、周辺領域(図示していない)が形成される。   As shown in FIG. 6, the mask film 3 and the sacrificial film 2 are removed by wet etching, and a part of the silicon substrate 1 is exposed. Further, the buried film 8 on the surface of the element isolation trench 4 is made to be substantially equal to the position of the exposed surface of the silicon substrate 1. Through the above processing, the STI 9 composed of the insulating films 6 and 7 is formed. In the method of manufacturing the DRAM 100 according to the present embodiment, the STI 9 is formed, thereby forming the line-shaped element formation region 1A and the peripheral region (not shown) in the memory cell region 60 as shown in FIG. .

STI9を形成した後に、熱酸化法によって、シリコン基板1の表面にシリコン酸化膜である犠牲膜10を形成する。この後、低濃度のN型不純物(リン等)をイオン注入法でシリコン基板1に注入し、N型の低濃度不純物拡散層11を形成する。低濃度不純物拡散層11はトランジスタのソース/ドレイン(S/D)領域の一部として機能する。   After the STI 9 is formed, a sacrificial film 10 that is a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 1 by thermal oxidation. Thereafter, an N-type low-concentration impurity diffusion layer 11 is formed by injecting a low-concentration N-type impurity (such as phosphorus) into the silicon substrate 1 by an ion implantation method. The low concentration impurity diffusion layer 11 functions as a part of the source / drain (S / D) region of the transistor.

図7に示すように、CVD法によって、犠牲膜10上にシリコン窒化膜である下層マスク膜12を成膜し、さらにプラズマCVD法によって、下層マスク膜12上にカーボン膜(アモルファス・カーボン膜)である上層マスク膜13を順次、堆積する。その後、上層マスク膜13と下層マスク膜12に対して、開口部13Aを形成して、シリコン基板1の一部を露出させる。   As shown in FIG. 7, a lower layer mask film 12 which is a silicon nitride film is formed on the sacrificial film 10 by a CVD method, and a carbon film (amorphous carbon film) is formed on the lower layer mask film 12 by a plasma CVD method. The upper mask film 13 is sequentially deposited. Thereafter, an opening 13A is formed in the upper mask film 13 and the lower mask film 12, and a part of the silicon substrate 1 is exposed.

図8に示すように、ドライエッチングによって、開口部13Aから露出させたシリコン基板1をエッチングして、幅X3が35nmのゲート電極溝(トレンチ)15を形成する。このドライエッチングは、誘導結合プラズマ(ICP:nductively oupled lasma)による反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)法により、テトラフルオロメタン(CF4)と六フッ化硫黄(SF6)と塩素(CL2)とヘリウム(He)をプロセスガスに用いて、バイアスパワーを100〜300W、圧力を3〜10Paとして行う。ゲート電極溝15は、素子形成領域1A及び周辺領域(図示していない)と交差するY方向に延在するライン状のパターンとして形成される。ゲート電極溝15を形成する際には、シリコン突起部1Bの表面よりもSTI9を深くエッチングする。このエッチングにより、STI9の上面からの高さZ1を55nmとしたサドル形状のシリコン突起部1Bが残存する。このサドル形状のシリコン突起部1Bがトランジスタのチャネル領域として機能する。 As shown in FIG. 8, the silicon substrate 1 exposed from the opening 13A is etched by dry etching to form a gate electrode groove (trench) 15 having a width X3 of 35 nm. This dry etching is inductively coupled plasma (ICP: I nductively C oupled P lasma) by reactive ion etching: a (RIE Reactive Ion Etching) method, tetrafluoromethane and (CF 4) and sulfur hexafluoride (SF 6) Chlorine (CL 2 ) and helium (He) are used as process gases, and the bias power is 100 to 300 W and the pressure is 3 to 10 Pa. The gate electrode trench 15 is formed as a line pattern extending in the Y direction intersecting the element formation region 1A and the peripheral region (not shown). When forming the gate electrode trench 15, the STI 9 is etched deeper than the surface of the silicon protrusion 1B. By this etching, a saddle-shaped silicon protrusion 1B having a height Z1 from the upper surface of the STI 9 of 55 nm remains. This saddle-shaped silicon protrusion 1B functions as a channel region of the transistor.

図9に示すように、ゲート絶縁膜16を形成する。ゲート絶縁膜16としては、熱酸化法で形成したシリコン酸化膜等が利用できる。この後、CVD法によって窒化チタン(TiN)である介在層17と、本発明の方法によるボロン(ホウ素)が添加されたタングステンターゲットを用いたスパッタ法により、ボロン(ホウ素)を含むタングステン(W)である導電膜(第1の高融点金属膜)18を順次、堆積する。   As shown in FIG. 9, a gate insulating film 16 is formed. As the gate insulating film 16, a silicon oxide film formed by a thermal oxidation method can be used. Thereafter, tungsten (W) containing boron (boron) is formed by sputtering using an intervening layer 17 made of titanium nitride (TiN) by CVD and a tungsten target to which boron (boron) is added according to the method of the present invention. A conductive film (first refractory metal film) 18 is sequentially deposited.

図10に示すように、ゲート電極溝15において、シリコン突起部1Bの上面からの厚さZ5が145nm程度で導電膜18が残留するように、ドライエッチングによって、不要となった導電膜18の上部を除去する。このドライエッチングでは、シリコン基板1にバイアスが印加されない条件としており、介在層17とゲート絶縁膜16に対する導電膜18の選択比を6以上としているので、ゲート電極溝15の底部へ導電膜18だけを容易に残留させることができ、導電膜18の厚さやばらつきも生じない。なお、残留させる導電膜18の高さは、ドライエッチングの処理時間によって、制御することができる。   As shown in FIG. 10, in the gate electrode trench 15, the upper portion of the conductive film 18 that has become unnecessary by dry etching so that the conductive film 18 remains with a thickness Z5 from the upper surface of the silicon protrusion 1B of about 145 nm. Remove. In this dry etching, the bias is not applied to the silicon substrate 1 and the selection ratio of the conductive film 18 to the intervening layer 17 and the gate insulating film 16 is 6 or more. Can be easily left, and the thickness and variation of the conductive film 18 do not occur. Note that the height of the remaining conductive film 18 can be controlled by the processing time of dry etching.

ゲート電極溝15の底部における導電膜18の表面と同じ高さで介在層17が残留するように、ドライエッチングによって、不要となった介在層17を除去する。このドライエッチングでは、シリコン基板1にバイアスが印加されない条件としており、下層マスク膜12とゲート絶縁膜16に対する介在層17の選択比を6以上としているので、ゲート電極溝15の底部へ介在層17だけを容易に残留させることができる。なお、残留させる介在層17の高さは、ドライエッチングの処理時間によって、制御することができる。このドライエッチングによって、介在層17と導電膜18で構成される埋込ワード線23と埋込配線22をゲート電極溝15の底部に形成することができる。   The unnecessary intervening layer 17 is removed by dry etching so that the intervening layer 17 remains at the same height as the surface of the conductive film 18 at the bottom of the gate electrode trench 15. In this dry etching, the bias is not applied to the silicon substrate 1 and the selection ratio of the intervening layer 17 to the lower mask film 12 and the gate insulating film 16 is 6 or more. Only can be easily left. Note that the height of the remaining intervening layer 17 can be controlled by the dry etching processing time. By this dry etching, the buried word line 23 and the buried wiring 22 composed of the intervening layer 17 and the conductive film 18 can be formed at the bottom of the gate electrode trench 15.

図11に示すように、残存させた導電膜18の上面とゲート電極溝15の内壁を覆うように、熱CVD法によって、シリコン窒化膜であるライナー膜20を形成する。次に、ライナー膜20上に埋込絶縁膜21を堆積する。埋込絶縁膜21としては、プラズマCVD法で形成したシリコン酸化膜、塗布膜であるSOD膜や、それらの積層膜が利用できる。SOD膜を用いた場合には、形成後に高温の水蒸気(H2O)雰囲気中でアニール処理を行い、固体の膜に改質する。 As shown in FIG. 11, a liner film 20 that is a silicon nitride film is formed by thermal CVD so as to cover the upper surface of the remaining conductive film 18 and the inner wall of the gate electrode groove 15. Next, a buried insulating film 21 is deposited on the liner film 20. As the buried insulating film 21, a silicon oxide film formed by a plasma CVD method, an SOD film as a coating film, or a laminated film thereof can be used. When the SOD film is used, after the formation, an annealing process is performed in a high-temperature water vapor (H 2 O) atmosphere to modify the film into a solid film.

図12に示すように、CMP法により、ライナー膜20が露出するまで埋込絶縁膜21を除去した後に、エッチバックによって下層マスク膜12と犠牲膜10と、埋込絶縁膜21及びライナー膜20の一部を除去し、埋込絶縁膜21の表面が、シリコン基板1の表面と概略同程度の高さになるようにする。これにより、埋込ワード線23および素子分離用の埋込配線22の上面が絶縁される。   As shown in FIG. 12, after the buried insulating film 21 is removed by CMP until the liner film 20 is exposed, the lower mask film 12, the sacrificial film 10, the buried insulating film 21, and the liner film 20 are etched back. Is partially removed so that the surface of the buried insulating film 21 is approximately as high as the surface of the silicon substrate 1. As a result, the upper surfaces of the buried word line 23 and the buried wiring 22 for element isolation are insulated.

図13に示すように、シリコン基板1上を覆うように、プラズマCVD法によるシリコン酸化膜である第1層間絶縁膜24を形成する。この後、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術で、第1層間絶縁膜24の一部を除去して、ビットコンタクト開口25を形成する。図1および13に示すように、ビットコンタクト開口25と素子形成領域1Aが重なった部分では、シリコン基板1の表面が露出する。ビットコンタクト開口25を形成した後に、ビットコンタクト開口25の底部にN型不純物(ヒ素等)をイオン注入し、シリコン基板1の表面近傍にN型の第1の不純物拡散層26を形成する。形成したN型の第1の不純物拡散層26は、トランジスタのソース・ドレイン領域として機能する。   As shown in FIG. 13, a first interlayer insulating film 24, which is a silicon oxide film by plasma CVD, is formed so as to cover the silicon substrate 1. Thereafter, a part of the first interlayer insulating film 24 is removed by a photolithography technique and a dry etching technique, and a bit contact opening 25 is formed. As shown in FIGS. 1 and 13, the surface of the silicon substrate 1 is exposed at the portion where the bit contact opening 25 and the element formation region 1A overlap. After the bit contact opening 25 is formed, an N-type impurity (such as arsenic) is ion-implanted into the bottom of the bit contact opening 25 to form an N-type first impurity diffusion layer 26 near the surface of the silicon substrate 1. The formed N-type first impurity diffusion layer 26 functions as a source / drain region of the transistor.

図14に示すように、第1の不純物拡散層26と第1層間絶縁膜24を覆うように、熱CVD法によるN型の不純物(リン等)を含有させたポリシリコン膜である導電膜(第1の膜)27と、本発明の方法によるボロン(ホウ素)が添加されたタングステンターゲットを用いたスパッタ法により、ボロン(ホウ素)を含むタングステン(W)である導電膜(第2の高融点金属膜)28と、プラズマCVD法によるシリコン窒化膜であるマスク膜29を順次、堆積する。   As shown in FIG. 14, a conductive film (polysilicon film) containing an N-type impurity (phosphorus or the like) by thermal CVD so as to cover the first impurity diffusion layer 26 and the first interlayer insulating film 24. A conductive film (second high melting point) made of tungsten (W) containing boron (boron) by sputtering using a tungsten target doped with boron (boron) according to the method of the present invention by the first film 27). (Metal film) 28 and a mask film 29 which is a silicon nitride film formed by plasma CVD are sequentially deposited.

図15に示すように、導電膜27と導電膜28とマスク膜29の積層膜をライン形状にパターニングし、導電膜27と導電膜28で構成されるビット線30を形成する。Y方向におけるビット線30の幅Y7と間隔Y8は、夫々50nmとしている。なお、これ以降、ビット線30の上面に残留したマスク膜29を含めてビット線30と称することがある。ビット線30は、埋込ワード線23と交差するX方向に延在するパターンとして形成される。図1では、ビット線30を埋込ワード線23と直交する直線形状で示したが、一部を湾曲させた形状として配置してもよい。ビットコンタクト開口25内に露出させたシリコン基板1の表面部分で、ビット線30の下層を構成している導電膜27と第1の不純物拡散層26(ソース・ドレイン領域の一方)が接続する。   As shown in FIG. 15, the laminated film of the conductive film 27, the conductive film 28, and the mask film 29 is patterned into a line shape, and the bit line 30 composed of the conductive film 27 and the conductive film 28 is formed. The width Y7 and the interval Y8 of the bit line 30 in the Y direction are 50 nm, respectively. Hereinafter, the mask film 29 remaining on the upper surface of the bit line 30 may be referred to as the bit line 30. The bit line 30 is formed as a pattern extending in the X direction intersecting with the buried word line 23. In FIG. 1, the bit line 30 is shown in a straight line shape orthogonal to the embedded word line 23, but may be arranged in a partially curved shape. The conductive film 27 constituting the lower layer of the bit line 30 and the first impurity diffusion layer 26 (one of the source / drain regions) are connected to the surface portion of the silicon substrate 1 exposed in the bit contact opening 25.

図16に示すように、ビット線30の側面を覆うように、熱CVD法によるシリコン窒化膜である絶縁膜31を形成した後に、その上面を覆うように、熱CVD法によるシリコン窒化膜等であるライナー膜32を形成する。   As shown in FIG. 16, after forming an insulating film 31 which is a silicon nitride film by a thermal CVD method so as to cover the side surface of the bit line 30, a silicon nitride film or the like by a thermal CVD method is formed so as to cover the upper surface. A liner film 32 is formed.

図17に示すように、隣接したビット線30の間のスペース部を充填するように、塗布膜であるSOD膜33を堆積した後に、高温の水蒸気(H2O)雰囲気中でアニール処理を行い、固体の膜に改質する。次に、CMP法で、ライナー膜32の上面が露出するまでSOD膜33を除去した後に、プラズマCVD法でシリコン酸化膜である第2層間絶縁膜34を形成して、SOD膜33の表面を覆う。 As shown in FIG. 17, after depositing an SOD film 33 as a coating film so as to fill a space between adjacent bit lines 30, an annealing process is performed in a high-temperature water vapor (H 2 O) atmosphere. To a solid film. Next, after removing the SOD film 33 by CMP until the upper surface of the liner film 32 is exposed, a second interlayer insulating film 34, which is a silicon oxide film, is formed by plasma CVD, and the surface of the SOD film 33 is formed. cover.

図18に示すように、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、第2層間絶縁膜34とSOD膜33を貫通する容量コンタクト孔35を形成する。ここでは、前述したビット線30の側面に形成した絶縁膜31およびライナー膜32をサイドウォールとして用いたSAC(Self Alignment Contact)法によって、容量コンタクト孔35が形成される。容量コンタクト孔35と素子形成領域1Aが重なった部分で、シリコン基板1の表面が露出する。容量コンタクト孔35の内壁を覆うように、熱CVD法によるシリコン窒化膜を成膜してから、エッチバックすることで、容量コンタクト孔35の側面部にサイドウォール(SW)絶縁膜36を形成する。サイドウォール絶縁膜36を形成後、N型不純物(リン等)をシリコン基板1へイオン注入して、シリコン基板1の表面近傍にN型の第2の不純物拡散層37を形成する。形成したN型の第2の不純物拡散層37は、トランジスタのソース・ドレイン領域として機能する。   As shown in FIG. 18, a capacitor contact hole 35 penetrating through the second interlayer insulating film 34 and the SOD film 33 is formed by using a photolithography method and a dry etching method. Here, the capacitor contact hole 35 is formed by the SAC (Self Alignment Contact) method using the insulating film 31 and the liner film 32 formed on the side surface of the bit line 30 as sidewalls. The surface of the silicon substrate 1 is exposed at the portion where the capacitor contact hole 35 and the element formation region 1A overlap. A silicon nitride film is formed by thermal CVD so as to cover the inner wall of the capacitor contact hole 35, and then etched back to form a sidewall (SW) insulating film 36 on the side surface of the capacitor contact hole 35. . After forming the sidewall insulating film 36, N-type impurities (such as phosphorus) are ion-implanted into the silicon substrate 1 to form an N-type second impurity diffusion layer 37 near the surface of the silicon substrate 1. The formed N-type second impurity diffusion layer 37 functions as a source / drain region of the transistor.

図19に示すように、容量コンタクト孔35の内側に、熱CVD法でリンを含有させたポリシリコン膜を堆積させた後に、エッチバックを行って、容量コンタクト孔35の底部にポリシリコン膜である導電膜(第2の膜)38を残存させる。この後、導電膜38の上面にスパッタ法でコバルトシリサイド(CoSi)である介在層(第3の膜)39を形成してから、容量コンタクト孔35の内部を充填するように、本発明の方法によるボロン(ホウ素)が添加されたタングステンターゲットを用いたスパッタ法で、ボロン(ホウ素)を含むタングステン(W)である導電膜(第3の高融点金属膜)40を堆積する。次に、CMP法によって、マスク膜29の表面が露出するまで導電膜40と第2層間絶縁膜34とライナー膜32と絶縁膜31を除去して、容量コンタクト孔35の内部だけに導電膜40を残存させる。これにより、積層した導電膜38と介在層39と導電膜40で構成された容量コンタクトプラグ41が形成される。   As shown in FIG. 19, a polysilicon film containing phosphorus is deposited inside the capacitor contact hole 35 by thermal CVD, and then etched back to form a polysilicon film at the bottom of the capacitor contact hole 35. A conductive film (second film) 38 is left. Thereafter, an intervening layer (third film) 39 made of cobalt silicide (CoSi) is formed on the upper surface of the conductive film 38 by sputtering, and then the inside of the capacitor contact hole 35 is filled. A conductive film (third refractory metal film) 40 that is tungsten (W) containing boron (boron) is deposited by sputtering using a tungsten target to which boron (boron) is added. Next, the conductive film 40, the second interlayer insulating film 34, the liner film 32, and the insulating film 31 are removed by CMP until the surface of the mask film 29 is exposed, so that the conductive film 40 is only inside the capacitor contact hole 35. To remain. As a result, a capacitive contact plug 41 composed of the laminated conductive film 38, the intervening layer 39, and the conductive film 40 is formed.

図20に示すように、シリコン基板(ウェハ)1の上方に、スパッタ法によって窒化タングステン(WN)と、本発明の方法によるボロン(ホウ素)が添加されたタングステンターゲットを用いたスパッタ法でボロン(ホウ素)を含むタングステン(W)の膜(第4の高融点金属膜)を順次、堆積した積層膜を形成する。次に、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、積層膜をパターニングすることで、容量コンタクトパッド42を形成する。ここで、容量コンタクトパッド42は、容量コンタクトプラグ41を構成している導電膜40と接続している。   As shown in FIG. 20, above the silicon substrate (wafer) 1, boron (WN) by sputtering and boron (boron) added with boron (boron) according to the method of the present invention are sputtered using boron ( A laminated film in which a tungsten (W) film (fourth refractory metal film) containing boron is sequentially deposited is formed. Next, the capacitor contact pad 42 is formed by patterning the laminated film using a photolithography method and a dry etching method. Here, the capacitor contact pad 42 is connected to the conductive film 40 constituting the capacitor contact plug 41.

図21に示すように、容量コンタクトパッド42の上面を覆うように、熱CVD法によるシリコン窒化膜であるストッパー膜43を形成後、ストッパー膜43上に、プラズマCVD法によるシリコン酸化膜である第3層間絶縁膜44を形成する。   As shown in FIG. 21, after a stopper film 43, which is a silicon nitride film formed by thermal CVD, is formed so as to cover the upper surface of the capacitor contact pad 42, a first silicon oxide film formed by plasma CVD is formed on the stopper film 43. A three-layer insulating film 44 is formed.

図22に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、容量コンタクトパッド42の上面の少なくとも一部を露出させるように、第3層間絶縁膜44とストッパー膜43を貫通するシリンダーホール44Aを形成する。次に、シリンダーホール44Aの内壁を覆うように、CVD法による窒化チタンでキャパシタの下部電極45を形成する。シリンダーホール44Aの底部における下部電極45の下面は、容量コンタクトパッド42と接続している。   As shown in FIG. 22, a cylinder hole 44A that penetrates the third interlayer insulating film 44 and the stopper film 43 so as to expose at least a part of the upper surface of the capacitive contact pad 42 by using a photolithography method and a dry etching method. Form. Next, a capacitor lower electrode 45 is formed of titanium nitride by CVD so as to cover the inner wall of the cylinder hole 44A. The lower surface of the lower electrode 45 at the bottom of the cylinder hole 44 </ b> A is connected to the capacitor contact pad 42.

図23に示すように、下部電極45の表面を覆うように、ALD(Atomic Layer Deposition)法による容量絶縁膜46を形成した後に、CVD法による窒化チタンであるキャパシタの上部電極47を形成する。ここで、容量絶縁膜46としては、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化アルミニウム(Al23)、酸化ハフニウム(HfO2)や、それらの積層膜を用いることができる。 As shown in FIG. 23, after forming a capacitive insulating film 46 by an ALD (Atomic Layer Deposition) method so as to cover the surface of the lower electrode 45, an upper electrode 47 of a capacitor made of titanium nitride by a CVD method is formed. Here, as the capacitor insulating film 46, zirconium oxide (ZrO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), or a laminated film thereof can be used.

図24に示すように、上部電極47を覆うように、プラズマCVD法によるシリコン酸化膜である第4層間絶縁膜49を形成後、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、第4層間絶縁膜49にコンタクトホール(図示せず)を形成する。次に、CVD法によるタングステンでコンタクトホールを埋め込んでから、第4層間絶縁膜49の上面で余剰となっているタングステンをCMP法で除去して、コンタクトプラグ50を形成する。次に、第4層間絶縁膜49の上面にアルミニウム(Al)や銅(Cu)等を成膜してからパターニングすることで、上部金属配線51を形成する。このとき上部金属配線51は、コンタクトプラグ50を介して、上部電極47と接続している。この後、上部金属配線51を覆うように保護膜52を形成すれば、DRAM100のメモリセルが完成する。   As shown in FIG. 24, after forming a fourth interlayer insulating film 49 which is a silicon oxide film by plasma CVD so as to cover the upper electrode 47, the fourth interlayer insulating film is formed by using a photolithography method and a dry etching method. A contact hole (not shown) is formed in 49. Next, after filling the contact hole with tungsten by CVD, excess tungsten on the upper surface of the fourth interlayer insulating film 49 is removed by CMP to form the contact plug 50. Next, an upper metal wiring 51 is formed by patterning after depositing aluminum (Al), copper (Cu), or the like on the upper surface of the fourth interlayer insulating film 49. At this time, the upper metal wiring 51 is connected to the upper electrode 47 through the contact plug 50. Thereafter, if the protective film 52 is formed so as to cover the upper metal wiring 51, the memory cell of the DRAM 100 is completed.

第1の実施形態では、図9の導電膜18の成膜工程、図14の導電膜28の成膜工程、図19の導電膜40の成膜工程、図20のボロンを含むタングステン(W)膜(積層膜の一部)の成膜工程を、ボロンが添加されたタングステンターゲットを用いたスパッタ法により行う。この結果、導電膜18、28、40、およびボロンを含むタングステン(W)膜の結晶粒径(グレインサイズ)を大きくして、その電気抵抗を低減することができる。また、このスパッタ法は、従来のスパッタ装置においてターゲットを、ボロンが添加された高融点金属を含むものに変更するだけで実施できるため、製造コストを増大させず、低コストで導電膜等を形成することができる。   In the first embodiment, the step of forming the conductive film 18 in FIG. 9, the step of forming the conductive film 28 in FIG. 14, the step of forming the conductive film 40 in FIG. 19, and the tungsten (W) containing boron in FIG. A film (a part of the laminated film) is formed by a sputtering method using a tungsten target to which boron is added. As a result, it is possible to increase the crystal grain size (grain size) of the conductive films 18, 28, 40 and the tungsten (W) film containing boron, and to reduce the electrical resistance. In addition, this sputtering method can be performed simply by changing the target to a material containing a refractory metal to which boron is added in a conventional sputtering apparatus, so that a conductive film or the like can be formed at a low cost without increasing the manufacturing cost. can do.

なお、第1の実施形態では、ボロンが添加されたタングステンターゲットを用いたスパッタ法により、4つの導電膜18、28、40、および図20のタングステン膜の成膜を行った。しかし、上記4つの導電膜18、28、40、および図20のタングステン膜のうち、少なくとも一つの膜を、ボロンが添加されたタングステンターゲットを用いたスパッタ法により成膜する場合であっても、同様に、低コストで、成膜した膜の低抵抗化を図ることができる。   In the first embodiment, the four conductive films 18, 28, and 40 and the tungsten film in FIG. 20 were formed by sputtering using a tungsten target to which boron was added. However, even when the four conductive films 18, 28, and 40 and the tungsten film in FIG. 20 are formed by sputtering using a tungsten target to which boron is added, Similarly, the resistance of the formed film can be reduced at low cost.

1 シリコン基板
1A 素子形成領域(活性領域)
1B シリコン突起部
1C シリコン突起部
1D シリコン突起部
2 犠牲膜
3 マスク膜
4 素子分離溝(トレンチ)
5 埋め込み配線
6 絶縁膜
7 絶縁膜
8 埋込膜
9 STI
10 犠牲膜
11 低濃度不純物拡散層
12 下層マスク膜
13 上層マスク膜
13A 開口部
14 チャネル領域
15 ゲート電極溝(トレンチ)
15A ホール
16 ゲート絶縁膜
17 介在層
17A 介在層
18 導電膜
18A 導電膜
19 カバー膜
20 ライナー膜
21 埋込絶縁膜
22 素子分離用の埋込配線
23 埋込ワード線
24 第1層間絶縁膜
25 ビットコンタクト開口
26 第1の不純物拡散層
27 導電膜
28 導電膜
29 マスク膜
30 ビット線
31 絶縁膜
32 ライナー膜
33 SOD(塗布絶縁膜)
34 第2層間絶縁膜
35 容量コンタクト孔
36 サイドウォール絶縁膜
37 第2の不純物拡散層
38 導電膜
39 介在層
40 導電膜
41 容量コンタクトプラグ
42 容量コンタクトパッド
43 ストッパー膜
44 第3層間絶縁膜
44A シリンダーホール
45 下部電極
46 容量絶縁膜
47 上部電極
48 キャパシタ
49 第4層間絶縁膜
50 コンタクトプラグ
51 上部金属配線
52 保護膜
60 メモリセル領域
100 DRAM
200 DRAM
1 Silicon substrate 1A Element formation region (active region)
1B Silicon protrusion 1C Silicon protrusion 1D Silicon protrusion 2 Sacrificial film 3 Mask film 4 Element isolation trench (trench)
5 buried wiring 6 insulating film 7 insulating film 8 buried film 9 STI
10 Sacrificial film 11 Low-concentration impurity diffusion layer 12 Lower mask film 13 Upper mask film 13A Opening 14 Channel region 15 Gate electrode trench (trench)
15A hole 16 gate insulating film 17 intervening layer 17A intervening layer 18 conductive film 18A conductive film 19 cover film 20 liner film 21 buried insulating film 22 buried wiring 23 for element isolation buried word line 24 first interlayer insulating film 25 bit Contact opening 26 First impurity diffusion layer 27 Conductive film 28 Conductive film 29 Mask film 30 Bit line 31 Insulating film 32 Liner film 33 SOD (coating insulating film)
34 Second interlayer insulating film 35 Capacitor contact hole 36 Side wall insulating film 37 Second impurity diffusion layer 38 Conductive film 39 Intervening layer 40 Conductive film 41 Capacitor contact plug 42 Capacitor contact pad 43 Stopper film 44 Third interlayer insulating film 44A Cylinder Hole 45 Lower electrode 46 Capacitance insulating film 47 Upper electrode 48 Capacitor 49 Fourth interlayer insulating film 50 Contact plug 51 Upper metal wiring 52 Protective film 60 Memory cell region 100 DRAM
200 DRAM

Claims (14)

半導体基板上に、ボロンが添加された高融点金属を含むターゲットを用いたスパッタ法により、高融点金属膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。   A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a refractory metal film on a semiconductor substrate by a sputtering method using a target containing a refractory metal to which boron is added. 前記高融点金属はタングステンであることを特徴とする請求項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 refractory metal is tungsten. 前記ターゲットは、0.01重量%以上1.0重量%以下のボロンを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the target contains 0.01 wt% or more and 1.0 wt% or less of boron. 前記半導体基板の活性領域内に溝を形成する工程と、
前記溝の内面上に、絶縁膜を形成する工程と、
請求項1〜3の何れか1項に記載の前記高融点金属膜を形成する工程により、前記溝内を埋め込むように第1の高融点金属膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a trench in the active region of the semiconductor substrate;
Forming an insulating film on the inner surface of the groove;
A step of forming a first refractory metal film so as to fill the groove by the step of forming the refractory metal film according to any one of claims 1 to 3,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記絶縁膜は、ゲート絶縁膜であり、
前記第1の高融点金属膜は、ゲート電極であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
The insulating film is a gate insulating film;
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the first refractory metal film is a gate electrode.
前記半導体基板上に、第1の膜を形成する工程と、
請求項1〜3の何れか1項に記載の前記高融点金属膜を形成する工程により、前記第1の膜上に、第2の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第1の膜および前記第2の高融点金属膜をパターニングする工程と、
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 film on the semiconductor substrate;
Forming the second refractory metal film on the first film by forming the refractory metal film according to any one of claims 1 to 3;
Patterning the first film and the second refractory metal film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の膜および前記第2の高融点金属膜をパターニングする工程において、
前記第1の膜および前記第2の高融点金属膜をパターニングすることにより、前記第1の膜および前記第2の高融点金属膜を有するビット線を形成することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
In the step of patterning the first film and the second refractory metal film,
7. The bit line having the first film and the second refractory metal film is formed by patterning the first film and the second refractory metal film. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
前記半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜内にコンタクト孔を形成する工程と、
前記コンタクト孔の底部に、第2および第3の膜を形成する工程と、
請求項1〜3の何れか1項に記載の前記高融点金属膜を形成する工程により、前記コンタクト孔を埋め込むように、前記第3の膜上に第3の高融点金属膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a contact hole in the insulating film;
Forming second and third films at the bottom of the contact hole;
A step of forming a third refractory metal film on the third film so as to embed the contact hole by the step of forming the refractory metal film according to claim 1. When,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記コンタクト孔に埋め込まれた前記第2および第3の膜ならびに前記第3の高融点金属膜は、コンタクトプラグであることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。   9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the second and third films and the third refractory metal film embedded in the contact hole are contact plugs. 前記第3の高融点金属膜を形成する工程の後に更に、
請求項1〜3の何れか1項に記載の前記高融点金属膜を形成する工程により、前記絶縁膜上に更に、第4の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第4の高融点金属膜の少なくとも一部が前記第3の高融点金属膜上に残留するように、前記第4の高融点金属膜をパターニングする工程と、
を有することを特徴とする請求項8または9に記載の半導体装置の製造方法。
After the step of forming the third refractory metal film,
A step of further forming a fourth refractory metal film on the insulating film by the step of forming the refractory metal film according to any one of claims 1 to 3.
Patterning the fourth refractory metal film such that at least a part of the fourth refractory metal film remains on the third refractory metal film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein:
前記第4の高融点金属膜をパターニングする工程において、
前記第4の高融点金属膜をパターニングすることにより、コンタクトパッドを形成することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
In the step of patterning the fourth refractory metal film,
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the contact pad is formed by patterning the fourth refractory metal film.
半導体基板の活性領域内に溝を形成する工程と、
前記溝の内面上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記溝内を埋め込むように第1の高融点金属膜を形成することにより、第1の高融点金属膜からなるゲート電極を形成する工程と、
前記活性領域内の、前記溝を挟んだ両側の領域のうち一方の領域に第1の不純物拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板上に、第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜上に、第2の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第1の膜および前記第2の高融点金属膜の少なくとも一部が、前記第1の不純物拡散層上に残留するように、前記第1の膜および前記第2の高融点金属膜をパターニングすることにより、前記第1の膜および前記第2の高融点金属膜を有するビット線を形成する工程と、
前記半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程と、
前記活性領域内の、前記溝を挟んだ両側の領域のうち他方の領域を露出させるように、前記絶縁膜内にコンタクト孔を形成する工程と、
前記活性領域内の、前記他方の領域に第2の不純物拡散層を形成する工程と、
前記コンタクト孔の下部に、第2および第3の膜を形成する工程と、
前記コンタクト孔を埋め込むように、前記第3の膜上に第3の高融点金属膜を形成することにより、前記第2および第3の膜ならびに前記第3の高融点金属膜を有するコンタクトプラグを形成する工程と、
前記絶縁膜上に更に、第4の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第4の高融点金属膜の少なくとも一部が前記第3の高融点金属膜上に残留するように前記第4の高融点金属膜をパターニングすることにより、コンタクトパッドを形成する工程と、
を有し、
前記第1、第2、第3および第4の高融点金属膜を形成する工程のうち少なくとも一つの工程では、ボロンが添加された高融点金属を含むターゲットを用いたスパッタ法により高融点金属膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a groove in the active region of the semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film on the inner surface of the groove;
Forming a gate electrode made of the first refractory metal film by forming a first refractory metal film so as to fill the trench;
Forming a first impurity diffusion layer in one of the regions on both sides of the active region and sandwiching the groove;
Forming a first film on the semiconductor substrate;
Forming a second refractory metal film on the first film;
The first film and the second refractory metal film are patterned so that at least a part of the first film and the second refractory metal film remain on the first impurity diffusion layer. Forming a bit line having the first film and the second refractory metal film;
Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a contact hole in the insulating film so as to expose the other region of the active region on both sides of the groove.
Forming a second impurity diffusion layer in the other region of the active region;
Forming second and third films below the contact holes;
A contact plug having the second and third films and the third refractory metal film is formed by forming a third refractory metal film on the third film so as to fill the contact hole. Forming, and
Forming a fourth refractory metal film on the insulating film;
Forming a contact pad by patterning the fourth refractory metal film such that at least part of the fourth refractory metal film remains on the third refractory metal film;
Have
In at least one of the steps of forming the first, second, third and fourth refractory metal films, the refractory metal film is formed by sputtering using a target containing a refractory metal to which boron is added. Forming a semiconductor device.
前記コンタクトパッドを形成する工程の後に更に、
前記コンタクトパッド上にキャパシタを形成する工程を有することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
After the step of forming the contact pad,
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising a step of forming a capacitor on the contact pad.
前記キャパシタは、シリンダー型またはクラウン型のキャパシタであることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。   14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the capacitor is a cylinder type or a crown type capacitor.
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