JP2013254860A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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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.
従来から、装置特性を向上させることを目的として、SiO2よりも高い誘電率を有する高誘電率絶縁膜のゲート絶縁膜と、金属材料からなるメタルゲートと、を組み合わせたMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)が提案されている。 Conventionally, for the purpose of improving device characteristics, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field) in which a gate insulating film of a high dielectric constant insulating film having a dielectric constant higher than that of SiO 2 and a metal gate made of a metal material is combined. (Effect Transistor) has been proposed.
特許文献1(特開2007−329237号公報)には、少なくともハフニウム、シリコン、酸素、および窒素を含む高誘電率絶縁膜と、ニッケルシリサイドを含むゲート電極を備えた、nチャネル型とpチャネル型のMISFETが開示されている。 Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-329237) discloses an n-channel type and a p-channel type each having a high dielectric constant insulating film containing at least hafnium, silicon, oxygen, and nitrogen and a gate electrode containing nickel silicide. MISFETs are disclosed.
特許文献2(特開2006−24594号公報)には、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、ジルコニウムシリケート、ハフニウムシリケートなどを含むゲート絶縁膜などの高誘電率絶縁膜と、IV族遷移金属を含むゲート電極を備えた、nチャネル型とpチャネル型のMISFETが開示されている。 Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-24594) discloses a high dielectric constant insulating film such as a gate insulating film containing zirconium oxide, hafnium oxide, zirconium silicate, hafnium silicate, and the like, and a gate electrode containing a group IV transition metal. Provided are n-channel and p-channel MISFETs.
図1〜3は、高誘電率絶縁膜のゲート絶縁膜とメタルゲートを備えた、従来の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。従来の製造方法では、まず、図1に示すように、半導体基板1のメモリセル領域Mに、埋め込みワード線3を含むトランジスタTrを形成した後、メモリセル領域Mおよび周辺回路領域C上の全面に、第1の高誘電率絶縁膜6aを形成する。次に、周辺回路領域CのPウェル1e上に金属膜からなるメタルゲート6cおよび導電膜6d、Nウェル1d上に第2の高誘電率絶縁膜6b、金属膜からなるメタルゲート6cおよび導電膜6dを形成する。この後、Pウェル1eおよびNウェル1d上以外の露出した第1の高誘電率絶縁膜6aに対してダメージ・ドライエッチング処理を行う。これにより、露出した第1の高誘電率絶縁膜6aはダメージ膜6a’に変換され、後のウェットエッチング工程で除去しやすくなる。
1 to 3 are cross-sectional views illustrating a conventional method of manufacturing a semiconductor device including a high dielectric constant insulating film and a metal gate. In the conventional manufacturing method, first, as shown in FIG. 1, after forming a transistor Tr including a
図2に示すように、ウェットエッチングにより、第1の高誘電率絶縁膜6a’を除去する。この際、素子分離領域2もエッチングされて、ひさし部15aが形成されることとなっていた。
As shown in FIG. 2, the first high dielectric constant
図3に示すように、メモリセル領域Mおよび周辺回路領域C上の全面に、導電膜5b、6f、キャップ絶縁膜6gを成膜した後、パターニングを行う。これにより、メモリセル領域M上にビットライン20、周辺回路領域C上にゲート電極21を形成する。この際、図2の工程で形成されたひさし部15aに導電膜5bなどが残って導電膜などの残留部分15bが発生し、ゲート電極21の短絡等が発生していた。
As shown in FIG. 3,
一実施形態は、
半導体基板のメモリセル領域および素子分離領域を有する周辺回路領域上に、第1の高誘電率絶縁膜を形成する第1の工程と、
前記メモリセル領域上の前記第1の高誘電率絶縁膜の少なくとも一部にダメージ・エッチング処理を行った後、ウェットエッチングにより前記第1の高誘電率絶縁膜を除去する第2の工程と、
前記メモリセル領域および周辺回路領域上に第1の導電膜を形成する第3の工程と、
を有する、半導体装置の製造方法に関する。
One embodiment is:
A first step of forming a first high dielectric constant insulating film on a peripheral circuit region having a memory cell region and an element isolation region of a semiconductor substrate;
A second step of removing the first high dielectric constant insulating film by wet etching after performing a damage etching process on at least a part of the first high dielectric constant insulating film on the memory cell region;
A third step of forming a first conductive film on the memory cell region and the peripheral circuit region;
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
周辺回路領域の素子分離領域上へのひさし部の発生により半導体装置の装置特性が劣化することを防止できる。この結果、歩留まりに優れた半導体装置を提供することができる。 It is possible to prevent the device characteristics of the semiconductor device from deteriorating due to the occurrence of the eaves on the element isolation region in the peripheral circuit region. As a result, a semiconductor device with excellent yield can be provided.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。なお、これらの実施例は、本発明のより一層の深い理解のために示される具体例であって、本発明は、これらの具体例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, these Examples are specific examples shown for a deeper understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these specific examples.
(第1実施例)
以下、本発明を適用した第1実施例である半導体装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施例では、例えば半導体装置としてDRAM(Dynamic Random Access Memory)に、本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。第2および第3実施例についても同様である。
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device according to a first embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, a case where the present invention is applied to a DRAM (Dynamic Random Access Memory) as a semiconductor device will be described as an example. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for convenience, and the dimensional ratios of the respective components are the same as the actual ones. Not exclusively. In addition, the materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not necessarily limited thereto, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the invention. . The same applies to the second and third embodiments.
先ず、本発明を適用した一実施例であるDRAM(半導体装置)の構成について説明する。本実施例のDRAMは、図4に示すメモリセル領域Mと周辺回路領域Cとから構成されており、6F2セル配置(Fは最少加工寸法)となっている。図4Aに示すように、本実施例のDRAM(半導体装置)のメモリセル領域Mには、素子分離領域2と活性領域1aがY方向に所定間隔で交互に複数、形成されている。また、活性領域1aを縦断するように、ワード線となる埋め込みゲート電極3および素子分離用の埋め込み配線3’が、図4Aに示すY方向に所定の間隔で半導体基板内に埋め込まれることで形成されている。さらに、埋め込みゲート電極3および埋め込み配線3’と直交する方向(図4Aに示すX1方向)に、複数のビットライン20が、所定の間隔で配置されている。そして、埋め込みゲート電極3と活性領域1aとが交差する領域にそれぞれメモリセルが形成されている。
First, the configuration of a DRAM (semiconductor device) as an embodiment to which the present invention is applied will be described. The DRAM of this embodiment is composed of a memory cell region M and a peripheral circuit region C shown in FIG. 4, and has a 6F2 cell arrangement (F is the minimum processing dimension). As shown in FIG. 4A, a plurality of
埋め込みゲート電極(ワード線)3及び埋め込み配線3’は、同一の構造を有しているが、機能が異なっている。埋め込みゲート電極3はメモリセルのゲート電極として用いられるのに対して、素子分離用の埋め込み配線3’は所定の電位をかけて隣接するトランジスタ間を分離するために設けられている。すなわち、同一の活性領域1a上で隣接するトランジスタ間は、素子分離用の埋め込み配線3’を所定の電位に維持することで、寄生トランジスタをオフ状態として分離する。また、メモリセル領域M全体には、複数のメモリセルが形成されており、個々のメモリセルには、それぞれキャパシタ10が設けられている。各キャパシタ10に接続される容量コンタクト8は、図4Aに示すようにそれぞれが重ならないようにメモリセル領域M内に、所定の間隔で配置されている。また、個々のメモリセルは、ビットコンタクト5を介して、ビットライン20に接続されている。
The buried gate electrode (word line) 3 and the buried
図4Bに示すように、周辺回路領域Cは、Nチャネル型のMOSトランジスタ(以下、NMOSと記載する場合がある)が形成される領域Cnと、Pチャネル型のMOSトランジスタ(以下、PMOSと記載する場合がある)が形成される領域Cpが設けられている。領域CnとCpは、これらの間に素子分離領域(STI)2を挟むように配置されている。それぞれの領域CnとCpには、半導体基板の表面が露出した活性領域1aが配置され、メモリセル領域Mのビットライン20と同時に形成されるゲート電極21が活性エリア1aを2分するように形成されている。各領域CnとCpにおいて、ゲート電極21の両側の活性領域1aがソースおよびドレイン1cとなる。領域CnとCp上にそれぞれ形成された、ゲート電極21、ソースおよびドレイン1c、および図示しないゲート絶縁膜は、周辺回路領域のトランジスタTrを構成する。ゲート電極21は、図4Bの右側の図示しない領域で接続されている。また、PMOSおよびNMOSのソースおよびドレイン1cはそれぞれ、周辺トランジスタコンタクト8’および配線コンタクト12を介して、配線13に接続されている。
As shown in FIG. 4B, the peripheral circuit region C includes a region Cn where an N-channel MOS transistor (hereinafter may be referred to as NMOS) is formed, and a P-channel MOS transistor (hereinafter referred to as PMOS). A region Cp is formed in which a region may be formed. The regions Cn and Cp are arranged so as to sandwich the element isolation region (STI) 2 therebetween. In each of the regions Cn and Cp, an
続いて、図4〜21を参照して、第1実施例の半導体装置の製造方法を説明する。なお、図5〜21は、図4のA−A’方向の断面に対応する断面を表す。図22〜33および34Aについても同様である。また、図34Bおよび35は、図4のB−B’方向の断面に対応する断面を表す。第1実施例の半導体装置の製造方法は、
(1)素子分離領域2の形成工程、
(2)メモリセル領域Mの埋め込みゲート電極3、3’の形成工程、
(3)ビットライン20およびゲート電極21の形成工程、
(4)容量コンタクトプラグ8、周辺トランジスタコンタクト8’の形成工程、
(5)キャパシタ10の形成工程、
(6)配線層の形成工程、
とから概略構成されている。以下に、上記の各工程について、詳細に説明する。
Subsequently, with reference to FIGS. 4 to 21, a method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment will be described. 5 to 21 illustrate a cross section corresponding to the cross section in the AA ′ direction in FIG. 4. The same applies to FIGS. 22 to 33 and 34A. 34B and 35 show cross sections corresponding to the cross section in the BB ′ direction of FIG. 4. The manufacturing method of the semiconductor device of the first embodiment is as follows:
(1) Step of forming the
(2) a step of forming the buried
(3) formation process of the
(4) a step of forming the
(5)
(6) wiring layer forming step,
It is roughly composed of Below, each said process is demonstrated in detail.
(1)素子分離領域2の形成工程
図5に示すように、例えばP型の半導体基板1上に、シリコン酸化膜(SiO2)とマスク用のシリコン窒化膜(Si3N4)(何れも図示していない)とを順次、堆積する。次に、フォトリソグラフ及びドライエッチング技術を用いて、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、及びシリコン基板1のパターニングを順次行い、シリコン基板1上に活性領域1aを区画するための素子分離溝(トレンチ)を形成する。この際、シリコン基板1の活性領域1aとなるシリコン表面は、マスク用シリコン窒化膜で覆われている。次に、素子分離溝内に露出するシリコン基板1の表面にシリコン酸化膜を形成する。具体的には、素子分離溝内のシリコン基板1の表面とともにシリコン基板1の活性領域1aを被覆するシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の表面に熱酸化によってシリコン酸化膜を形成する。次に、素子分離溝の内部を充填するようにシリコン窒化膜を堆積した後、エッチバックを行って、素子分離溝の内部の底部にシリコン窒化膜を残存させる。
(1) Process of Forming
次に、例えばCVD法によって、素子分離溝の内部を充填するようにシリコン酸化膜を堆積する。この後、マスク用のシリコン窒化膜が露出するまでCMPを行って基板の表面を平坦化する。このように、素子分離溝の内部を、主に下層のシリコン窒化膜と上層のシリコン酸化膜との層構造で埋め込むことにより、上記素子分離溝の幅が非常に狭い場合であっても当該素子分離溝内に絶縁膜を確実に充填することができる。次に、例えばウェットエッチングによって、マスク用のシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を除去する。これにより、素子分離溝の表面(すなわち、シリコン酸化膜の表面)とシリコン基板1の表面とが概略同等の高さとなる。このようにして、素子分離領域(STI(Shallow Trench Isolation))2を形成する。なお、図5以降の図面では、素子分離領域2の詳細な構造は図示していない。また、この素子分離領域2により、シリコン基板1上に活性領域1aが区画されて形成される。
Next, a silicon oxide film is deposited so as to fill the inside of the element isolation trench by, eg, CVD. Thereafter, the surface of the substrate is flattened by CMP until the silicon nitride film for mask is exposed. Thus, even if the width of the element isolation groove is very narrow by embedding the inside of the element isolation groove mainly with a layer structure of a lower silicon nitride film and an upper silicon oxide film, The insulating film can be reliably filled in the separation groove. Next, the silicon nitride film and the silicon oxide film for the mask are removed by wet etching, for example. As a result, the surface of the element isolation trench (that is, the surface of the silicon oxide film) and the surface of the
次に、露出したシリコン基板1の表面に、熱酸化によってシリコン酸化膜3aを形成する。フォトリソグラフィー技術を利用して、周辺回路領域を覆うようにレジストマスクRを形成する。このレジストマスクRをマスクとして、シリコン基板1の活性領域1aに低濃度のN型の不純物(リン等)をイオン注入する。これにより、メモリセル領域Mのシリコン基板1の表面近傍に拡散層1bを形成する。この拡散層1bは、後に形成するトランジスタのソースおよびドレインの一部として機能する。
Next, a
(2)メモリセル領域Mの埋め込みゲート電極3、3’の形成工程
図6に示すように、シリコン酸化膜3a上に、マスク用のシリコン窒化膜3b及びカーボン膜(アモルファス・カーボン膜)3cを順次、堆積する。この後、フォトリソグラフィー技術により形成したレジストマスクRを用いて、カーボン膜3c、シリコン窒化膜3b及びシリコン酸化膜3aを順次、パターニングして、ハードマスクを形成する。次に、ハードマスクを用いたドライエッチングによって、上記ハードマスクの開口底部に露出した半導体基板1をエッチングすることにより、ゲート電極溝(トレンチ)3dを形成する。このゲート電極溝3dは、活性領域1aと交差する所定の方向(図4A中の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。なお、ゲート電極溝3dを形成する際には、ゲート電極溝3dが素子分離領域2よりも浅くなるように、半導体基板1をエッチングする。
(2) Step of Forming Embedded
図7に示すように、ゲート電極溝3dの内壁面を覆うようにゲート絶縁膜3eを形成する。ゲート絶縁膜3eとしては、例えば、半導体基板1の表面を熱酸化することで形成したシリコン酸化膜等を利用することができる。次に、ゲート絶縁膜3e上にゲート電極材料を順次、堆積して、ゲート電極溝3d内を埋め込む。具体的には、ゲート電極材料として、例えば、窒化チタン(TiN)とタングステン(W)とを用いて、ゲート電極溝3d内に窒化チタン膜とタングステン膜の積層膜3gを埋め込む。次に、ゲート電極溝3d内に埋め込んだ窒化チタン膜及びタングステン膜の積層膜3gをエッチバックして、ゲート電極溝3dの底部にのみ窒化チタン膜及びタングステン膜3gを残存させる。このようにして、半導体基板1に設けられたゲート電極溝3d内に、埋め込みゲート電極(ワード線)3及び埋め込み配線3’を形成する。なお、上記エッチバック時のエッチバック量は、ゲート電極溝3d内の埋め込みゲート電極3および埋め込み配線3’を構成するタングステン膜3gの上面が半導体基板1のシリコン層よりも低い(深い)位置となるように調整する。次に、ゲート電極溝3dの上部内を充填するに、例えば、シリコン窒化膜等でキャップ絶縁膜3iを形成する。次に、CMP処理を行って、マスク用のシリコン窒化膜3bが露出するまで平坦化した後に、周辺回路領域Cの半導体基板1のシリコン表面が露出するように、周辺回路領域Cのマスク用のシリコン窒化膜3bとシリコン酸化膜3aをエッチングによって除去する。
As shown in FIG. 7, a
(3)ビットライン20およびゲート電極21の形成工程
図8に示すように、半導体基板1の全面に、第1の高誘電率絶縁膜(High−K膜)6aを成膜する(第1の工程)。
(3) Step of Forming
図9に示すように、第1の高誘電率絶縁膜6a上に、金属膜からなるメタルゲート6c、導電膜6d、マスク酸化膜6eの順に積層する。次に、全面にレジストマスクRを塗布した後、フォトリソグラフィ技術によって、Pウェル1e上のレジストマスクRのみを残存させる。
As shown in FIG. 9, a
図10に示すように、レジストマスクR(図示していない)を用いたエッチングにより、Pウェル1e上のメタルゲート6c、導電膜6dおよびマスク酸化膜6eのみを残留させ、その他の部分の膜6c、6d、6eを除去する。なお、このエッチングでは、第1の高誘電率絶縁膜6aのエッチングを行わずに、半導体基板1上の全面に残す。この後、レジストマスクRを除去する。半導体基板1上の全面に、第2の高誘電率絶縁膜(High−K膜)6bを成膜する。次に、半導体基板1上の全面に、金属膜からなるメタルゲート6c、導電膜6dの順に積層する。この後、全面にレジストマスクRを塗布した後、フォトリソグラフィ技術によって、Nウェル1d上のレジストマスクRのみを残存させる。
As shown in FIG. 10, only the
図11に示すように、レジストマスクR(図示していない)を用いたエッチングにより、Nウェル1d上の第2の高誘電率絶縁膜6b、メタルゲート6c、および導電膜6dのみを残留させ、その他の部分の膜6b、6c、6dを除去する。なお、このエッチングにおいても、第1の高誘電率絶縁膜6aのエッチングを行わずに、半導体基板1上の全面に残す。また、この際、Pウェル1e上のマスク酸化膜6eの下に位置する導電膜6dおよびメタルゲート6cは除去されずに残留する。この後、レジストマスクRを除去する。Pウェル1eおよびNウェル1d上にそれぞれ独立して設けられたメタルゲート6cと導電膜6dの積層膜は、図11のX方向に、Pウェル1eとNウェル1d間に位置する素子分離領域2上にまで延在している。
As shown in FIG. 11, only the second high dielectric constant
図12に示すように、半導体基板1上の全面にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィー技術によりビットコンタクト部分が開口するように、レジストマスクRを形成する。次に、レジストマスクRの開口底部に露出した第1の高誘電率絶縁膜6aの部分にダメージ・エッチングを施して、ダメージ層6a’に変換する(第2の工程)。このダメージ・エッチングによりダメージ層6a’はダメージを受けており、後述する図13のウェットエッチングによって除去される。このダメージ・エッチングの際、本実施例では、周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aは全てレジストマスクRで保護された状態となるため、ダメージ層6a’に変換されない。
As shown in FIG. 12, after applying a resist on the entire surface of the
図13に示すように、レジストマスクRを除去した後、ウェットエッチングにより、ダメージ層6a’とマスク酸化膜6eを除去する。これにより、メモリセル領域Mでは、ビットコンタクト部分にシリコン窒化膜3bの表面が現れた状態になる。なお、この際、ダメージ・エッチングを行わなかったビットコンタクト部分以外の第1の高誘電率絶縁膜6aはダメージを受けていないため、ウェットエッチングによって除去されずに残留する。
As shown in FIG. 13, after removing the resist mask R, the damaged
図14に示すように、第1の高誘電率絶縁膜6aをマスクに用いたドライエッチングによって、ビットコンタクト部分のシリコン窒化膜3bおよびシリコン酸化膜3a、半導体基板1の表面をエッチングし、ビットコンタクトホール5aを形成する。これにより、ビットコンタクトホール5aの底部には、半導体基板1の表面が露出した状態になる。
As shown in FIG. 14, the
図15に示すように、半導体基板1上の全面に、ビットコンタクトホール5aを充填するように導電膜5b(例えば、不純物を含有するポリシリコン膜)を成膜し、その上に導電膜6f(例えば、基板側からWN/W)、キャップ絶縁膜6g(例えば、シリコン窒化膜)を順に成膜する(第3の工程)。この際、前述したように、従来の製造方法によれば、周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aはダメージ・エッチング処理を受けている。このため、その後のウェットエッチング工程において周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aが除去され、その下に位置する素子分離領域2には、ウェットエッチングによりひさし部が発生する。このため、導電膜5bの成膜後に、ひさし部の下に導電膜5bの材料が残留して短絡等が発生し、装置特性を劣化させるといった問題点が生じていた。これに対して、本実施例では、周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aはダメージ・エッチングを受けないため、図13のウェットエッチング後でも素子分離領域2上に残留して、素子分離領域2がウェットエッチングに晒されるのを防止する。この結果、導電膜5bを成膜しても、素子分離領域2にひさし部が発生して、ひさし部の下に残留した導電膜5bによる短絡等の装置特性の劣化が起こることを防止できる。
As shown in FIG. 15, a
図16に示すように、半導体基板1上の全面にレジストを塗布する。この後、フォトリソグラフィー技術を利用して、メモリセル領域Mのビットラインを形成する領域と、周辺回路領域Cのゲート電極を形成する領域を覆うレジストマスクRを形成する。
As shown in FIG. 16, a resist is applied to the entire surface of the
図17に示すように、レジストマスクRを用いたエッチングにより、メモリセル領域Mのビットコンタクト部分上と、周辺回路領域CのPウェル1eおよびNウェル1d上に、積層膜が残留するようにパターニングを行う(第4の工程)。具体的には、ビットコンタクト部分上では、導電膜5b、6f、およびキャップ絶縁膜6gをパターニングする。これにより、導電膜5bからなるビットコンタクト5と、導電膜5b、6fからなるビットライン20が形成される。ビットライン20上には、キャップ絶縁膜6gが形成される。このビットライン20は、埋め込みワード線3及び埋め込み配線3’と交差する方向(図4に示すX1方向)に延在するパターンとして形成される。なお、図4では、ビットライン20は一例として、埋め込みワード線3と直交する直線形状の例を示したが、ビットライン20の形状はこれに限定されるものではない。例えば、ビットライン20は、一部を湾曲させた形状として配置しても良い。
As shown in FIG. 17, patterning is performed by etching using the resist mask R so that the stacked film remains on the bit contact portion in the memory cell region M and on the
また、周辺回路領域CのPウェル1e上では、第1の高誘電率絶縁膜6a、メタルゲート6c、導電膜6d、5b、6f、およびキャップ絶縁膜6gをパターニングする。これにより、メタルゲート6c、導電膜6d、5b、6fからなる、Nチャネル型のMOSトランジスタ用のゲート電極21が形成される。周辺回路領域CのNウェル1d上では、第1の高誘電率絶縁膜6a、第2の高誘電率絶縁膜6b、メタルゲート6c、導電膜6d、5b、6f、およびキャップ絶縁膜6gをパターニングする。これにより、メタルゲート6c、導電膜6d、5b、6fからなる、Pチャネル型のMOSトランジスタ用のゲート電極21が形成される。各ゲート電極21上には、キャップ絶縁膜6gが形成される。次に、周辺回路領域CのPウェル1e内にN型の不純物を注入して、ソースおよびドレイン1cを形成する。この後、Nウェル1d内にP型の不純物を注入して、ソースおよびドレイン1cを形成する。この後、レジストマスクRを除去する。
On the
(4)容量コンタクトプラグの形成工程
図18に示すように、半導体基板1の全面に、サイドウォール絶縁膜6hを形成する。サイドウォール絶縁膜6hとしては、シリコン窒化膜(Si3N4)や、シリコン酸窒化膜(SiON)等を用いることが出来る。次に、半導体基板1の全面に、ビットライン20およびゲート電極21を覆うようにSOD(Spin On Dielectric)を塗布する。この後、水蒸気(H2O)雰囲気中でSODのアニール処理を行って固体の膜に改質することにより、SOD膜7aを形成する。次に、サイドウォール絶縁膜6hの上面が露出するまで、SOD膜7aのCMP処理を行い、その表面を平坦化する。この後、SOD膜7a及びサイドウォール絶縁膜6hの上面を覆うように、シリコン酸化膜からなる第2層間絶縁膜7bを形成する。次に、フォトリソグラフィ技術を利用して、第2層間絶縁膜7b上にレジストマスクRを形成する。次に、レジストマスクRを用いたドライエッチングにより、メモリセル領域Mのソースおよびドレイン1bの一方と、周辺回路領域Cのソースおよびドレイン1cを露出させるように、コンタクトホール8aを形成する。周辺回路領域Cでは、このコンタクトホール8aは、ゲート電極21を覆うように形成されたサイドウォール絶縁膜6hをサイドウォールとして用いたSAC(Self Alignment Contact)法によって形成する。なお、この際、第2層間絶縁膜7bおよびSOD膜7a内に開口を形成した際に、底部に露出したサイドウォール絶縁膜6hを除去することにより、コンタクトホール8aを形成する。
(4) Capacitor Contact Plug Formation Step As shown in FIG. 18, a
図19に示すように、コンタクトホール8aの内壁上に、例えばシリコン窒化膜からなるサイドウォール8bを形成する。次に、第2層間絶縁膜7をマスクに用いて、メモリセル領域Mおよび周辺回路領域CのPウェル1eにおける、コンタクトホール8aの底部に露出した半導体基板1の表面に、例えばリン等のN型の不純物をイオン注入する。これにより、シリコン基板1のシリコン表面近傍にN型の不純物拡散層1b’を形成する。また、同様にして、周辺回路領域CのNウェル1dにおける半導体基板1の表面に、P型の不純物をイオン注入して、P型の不純物拡散層1b’を形成する。これらの不純物拡散層1b’は、ソースおよびドレインの一部を構成する。
As shown in FIG. 19, a
次に、第2層間絶縁膜7上に、コンタクトホール8a内を埋め込むようにして、リンを含有したポリシリコン膜を堆積する。この後、ポリシリコン膜のエッチバックを行って、コンタクトホール8aの底部にポリシリコン膜8cを形成する。次に、ポリシリコン膜8cの表面にコバルトシリサイド(CoSi)膜8dを形成した後、コンタクトホール8aの内部を充填するようにタングステン膜を成膜する。次に、CMPによって、第2層間絶縁膜7の表面が露出するまでタングステン膜の平坦化を行い、タングステンプラグ8fを形成する。このようにして、メモリセル領域Mでは、ポリシリコン層8c、コバルトシリサイド層8d、およびタングステンプラグ8fからなる容量コンタクトプラグ8を形成する。また、周辺回路領域Cでは、ポリシリコン層8c、コバルトシリサイド層8d、およびタングステンプラグ8fからなる周辺トランジスタコンタクト8’を形成する。
Next, a polysilicon film containing phosphorus is deposited on the second
次に、容量コンタクトプラグ8および周辺トランジスタコンタクト8’を形成後の第2層間絶縁膜7上に、窒化タングステン(MN)及びタングステン(W)を順次、堆積して積層膜を形成する。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により、この積層膜をパターニングする。これにより、メモリセル領域Mの容量コンタクトプラグ8上には容量コンタクトパッド10aを形成し、周辺回路領域Cの周辺トランジスタコンタクト8’上には周辺配線10a’を形成する。ここで、メモリセル領域Mには、容量コンタクトパッド10aを均等な間隔で形成する必要があるため、平面視で、容量コンタクトパッド10aは容量コンタクトプラグ8からずれた位置に形成される。しかし、平面視で、容量コンタクトパッド10aの少なくとも一部が容量コンタクトプラグ8と重なるように配置されるため、容量コンタクトパッド10aは容量コンタクトプラグ8と接する部分を介して接続される。
Next, tungsten nitride (MN) and tungsten (W) are sequentially deposited on the second
次に、第2層間絶縁膜7上に、容量コンタクトパッド10aおよび周辺配線10a’を覆うように、例えば、シリコン窒化膜等を用いてストッパー膜10bを形成する。次に、このストッパー膜10b上に、例えば、シリコン酸化膜等を用いて第3層間絶縁膜9を形成する。次に、容量コンタクトパッド10aに対応する位置に開口を有するレジストマスクRを、第3層間絶縁膜9上に形成する。レジストマスクRをマスクに用いたドライエッチングにより、第3層間絶縁膜9および容量コンタクトパッド8上のストッパー膜10bを貫通するように容量シリンダー開口10cを形成する。これにより、容量コンタクトパッド10aの上面の一部を露出させる。
Next, a
(5)キャパシタ10の形成工程
図20に示すように、容量シリンダー開口10cの内壁面、および露出した容量コンタクトパッド10aの上面を覆うよう、例えば、窒化チタン等を用いてキャパシタ素子の下部電極10dを形成する。これにより、下部電極10dの底部は、容量コンタクトパッド10aの上面と接続される。次に、第3層間絶縁膜9上に、下部電極10dの表面を覆うようにして、容量絶縁膜10eを形成する。容量絶縁膜10eとしては、例えば、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)、およびこれらの積層膜を用いることができる。次に、容量絶縁膜10eの表面を覆うように、例えば、窒化チタン等を用いてキャパシタの上部電極10fを形成する。このようにして、下部電極10d、容量絶縁膜10e、および上部電極10fからなるキャパシタ10を形成する。次に、上部電極10fを覆うようにして、例えば、シリコン酸化膜等からなる第4層間絶縁膜11を形成する。
(5) Step of Forming
(6)配線層の形成工程
図21に示すように、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、メモリセル領域Mでは第4層間絶縁膜11を貫通して上部電極10fに達し、周辺回路領域Cでは第4層間絶縁膜11、第3層間絶縁膜9およびストッパ膜10bを貫通して周辺配線10a’に達するコンタクトホール12aを形成する。次に、コンタクトホール12aの内壁上にバリア膜(図示していない)を成膜した後、コンタクトホール12aの内部を充填するようにタングステン膜を成膜する。次に、CMP処理によって、第4層間絶縁膜11の表面が露出するまでタングステン膜の平坦化を行い、コンタクトホール12aの内部にタングステン膜を残存させることで配線コンタクト12を形成する。次に、配線コンタクト12の上面と第4層間絶縁膜11の表面を覆うようにして、例えば、アルミニウム(Al)や銅(Cu)等の導電膜13aとマスク絶縁膜13bを積層する。この後、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、導電膜13aおよびマスク絶縁膜13bをパターニングすることで配線13を形成する。その後、配線13を覆うように保護絶縁膜14を形成することにより、本実施例のDRAMのメモリセルが完成する。
(6) Wiring Layer Formation Step As shown in FIG. 21, using the photolithography technique and the etching technique, the memory cell region M passes through the fourth
以上のように、本実施例では、周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aは、図12のダメージ・エッチング処理を受けない。このため、周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aは、図13のウェットエッチング工程時に素子分離領域2上に残留して、素子分離領域2がウェットエッチングに晒されるのを防止する。この結果、素子分離領域2にひさし部が発生して、ひさし部の下に残留した導電膜5bによる短絡等の装置特性の劣化が起こることを防止できる。この結果、歩留まりに優れた半導体装置を提供することができる。また、図14の工程では、第1の高誘電率絶縁膜6aをマスクに用いたエッチングにより、ビットコンタクトホール5aを形成することができる。
As described above, in this embodiment, the first high dielectric constant
(第2実施例)
図22〜27は、本実施例の半導体装置の製造方法を表す図である。第1実施例では、図12の工程で、ビットコンタクト部分に対応する第1の高誘電率絶縁膜6aに対してのみダメージ・エッチング処理を行い、図13の工程でこの部分の第1の高誘電率絶縁膜6aのみを除去した。これに対して、本実施例では、メモリセル領域M全体の第1の高誘電率絶縁膜6aに対してダメージ・エッチング処理を行い、その後、この部分の第1の高誘電率絶縁膜6aを除去する点が異なる。以下では、第1実施例と異なる工程を中心に、本実施例の製造方法を説明する。
(Second embodiment)
22 to 27 are views showing a method of manufacturing the semiconductor device of this example. In the first embodiment, in the step shown in FIG. 12, only the first high dielectric constant
まず、第1実施例の図5〜11の工程を実施する。次に、図22に示すように、半導体基板1上の全面に、レジストを塗布した後、フォトリソグラフィー技術により、周辺回路領域C上にのみレジストが残留するレジストマスクRを形成する。次に、レジストマスクRをマスクに用いて、メモリセル領域M上の全面に位置する第1の高誘電率絶縁膜6aに対して、ダメージ・エッチング処理を行い、ダメージ層6a’に変換する(第2の工程)。ダメージ層6a’はダメージ・エッチングによるダメージを受けており、後述する図23の工程のウェットエッチングにより除去される。また、このダメージ・エッチングの際、周辺回路領域Cの半導体基板1上の第1の高誘電率絶縁膜6aは全て、レジストマスクRで保護された状態となる。このため、周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aは、ダメージ層6a’に変換されない。
First, the steps of FIGS. 5 to 11 of the first embodiment are performed. Next, as shown in FIG. 22, after a resist is applied to the entire surface of the
図23に示すように、レジストマスクRを除去した後、ウェットエッチングにより、ダメージ層6a’とPウェル1e上のマスク酸化膜6eを除去する。これにより、メモリセル領域Mでは、ビットコンタクト部分にシリコン窒化膜3bの表面が現れた状態になる。なお、この際、ダメージ・エッチングを行わなかった周辺回路領域Cの第1の高誘電率絶縁膜6aはダメージを受けていないため、ウェットエッチングによって除去されずに残留する。
As shown in FIG. 23, after removing the resist mask R, the damaged
図24に示すように、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を利用して、ビットコンタクト部分のシリコン窒化膜3b、シリコン酸化膜3aおよび半導体基板1の表面の一部を除去して、ビットコンタクトホール5aを形成する。これにより、ビットコンタクトホール5aの底部に半導体基板1の表面が現れた状態になる。
As shown in FIG. 24, the
図25に示すように、半導体基板1上の全面に、ビットコンタクトホール5a内を埋設するように、導電膜5b(例えば、ポリシリコン膜)を成膜し、その上に、導電膜6f(例えば、WN/W)と、キャップ絶縁膜6g(例えば、シリコン窒化膜)を順に成膜する(第3の工程)。この際、前述したように、従来の製造方法によれば、周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aはダメージ・エッチング処理を受けている。このため、その後のウェットエッチング工程において周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aが除去され、その下に位置する素子分離領域2には、ウェットエッチングによりひさし部が発生する。このため、導電膜5bの成膜後に、ひさし部の下に導電膜5bの材料が残留して短絡等が発生し、装置特性を劣化させるといった問題点が生じていた。これに対して、本実施例では、周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aはダメージ・エッチング処理を受けていないため、図23のウェットエッチング工程でも素子分離領域2上に残留して、素子分離領域2がウェットエッチングに晒されるのを防止する。この結果、素子分離領域2にひさし部が発生して、導電膜5b等の成膜後に、導電膜5bがひさし部の下に残留し、短絡等の装置特性の劣化が起こることを防止できる。
As shown in FIG. 25, a
図26に示すように、半導体基板1上の全面にレジストを塗布する。この後、フォトリソグラフィー技術を利用して、メモリセル領域Mのビットラインを形成する領域と、周辺回路領域Cのゲート電極を形成する領域のレジストが残るようにレジストマスクRを形成する。
As shown in FIG. 26, a resist is applied to the entire surface of the
以降は、第1実施例の図17〜21の工程を実施することにより、本実施例の半導体装置が完成する。 Thereafter, the semiconductor device of this embodiment is completed by performing the steps of FIGS. 17 to 21 of the first embodiment.
以上のように、本実施例では、周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aは、図22の工程でダメージ・エッチング処理を受けない。このため、周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aは、図23のウェットエッチング工程でも素子分離領域2上に残留して、素子分離領域2がウェットエッチングに晒されるのを防止する。この結果、素子分離領域2にひさし部が発生して、ひさし部の下に残留した導電膜5bによる短絡等の装置特性の劣化が起こることを防止できる。これにより、歩留まりに優れた半導体装置を提供することができる。
As described above, in the present embodiment, the first high dielectric constant
(第3実施例)
図27〜35は、本実施例の半導体装置の製造方法を表す図である。第1実施例では、図9および10の工程で、X方向に対してPウェル1eおよびNウェル1d上の全面を覆うようにレジストマスクRを形成した。これに対して、本実施例では、X方向に対してPウェル1eおよびNウェル1d上の一部を覆うようにレジストマスクRを形成する点が異なる。以下では、第1実施例と異なる工程を中心に、本実施例の製造方法を説明する。
(Third embodiment)
27 to 35 are views showing a method for manufacturing the semiconductor device of this example. In the first embodiment, the resist mask R is formed so as to cover the entire surface on the
まず、第1実施例の図5〜8の工程を実施する。図27に示すように、第1の高誘電率絶縁膜6a上に、金属膜からなるメタルゲート6c、導電膜6d、マスク酸化膜6eの順に積層する。次に、全面にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィー技術によって、Pウェル1e上の一部の上に位置するレジストのみを残存させてレジストマスクRを形成する。
First, the process of FIGS. 5-8 of 1st Example is implemented. As shown in FIG. 27, a
図28に示すように、レジストマスクR(図示していない)を用いたエッチングにより、レジストマスクRの下に位置するメタルゲート6c、導電膜6dおよびマスク酸化膜6eのみを残留させ、その他の部分の膜6c、6d、6eを除去する。なお、このエッチングでは、第1の高誘電率絶縁膜6aのエッチングを行わずに、半導体基板1上の全面に残す。この後、レジストマスクRを除去する。半導体基板1上の全面に、第2の高誘電率絶縁膜(High−K膜)6bを成膜する。次に、半導体基板1上の全面に、金属膜からなるメタルゲート6c、導電膜6dの順に積層する。この後、全面にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィー技術によって、Nウェル1d上の一部の上に位置するレジストのみを残存させて、レジストマスクRを形成する。
As shown in FIG. 28, only the
図29に示すように、レジストマスクR(図示していない)を用いたエッチングにより、Nウェル1d上の第2の高誘電率絶縁膜6b、メタルゲート6c、および導電膜6dのみを残留させ、その他の部分の膜6b、6c、6dを除去する。なお、このエッチングにおいても、第1の高誘電率絶縁膜6aのエッチングを行わずに、半導体基板1上の全面に残す。また、この際、Pウェル1e上のマスク酸化膜6eの下に位置する導電膜6dおよびメタルゲート6cは除去されずに残留する。この後、レジストマスクRを除去する。Pウェル1eおよびNウェル1d上にそれぞれ独立して、メタルゲート6cと導電膜6dの積層膜が設けられている。図29において、これらの積層膜はそれぞれ、Pウェル1eおよびNウェル1d上にのみ設けられ、Pウェル1eとNウェル1d間に位置する素子分離領域2上にまで延在していない。
As shown in FIG. 29, only the second high dielectric constant
図30に示すように、半導体基板1上の全面にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィー技術によりビットコンタクト部分が開口するレジストマスクRを形成する。次に、レジストマスクRをマスクに用いて、開口の底部に露出した第1の高誘電率絶縁膜6aの部分にダメージ・エッチングを施して、ダメージ層6a’に変換する(第2の工程)。このダメージ・エッチングによりダメージ層6a’はダメージを受けており、後述する図31のウェットエッチングによって除去される。このダメージ・エッチングの際、本実施例では、周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aは全てレジストマスクRで保護された状態となるため、ダメージ層6a’に変換されない。
As shown in FIG. 30, after applying a resist on the entire surface of the
図31に示すように、レジストマスクRを除去した後、ウェットエッチングにより、ダメージ層6a’とマスク酸化膜6eを除去する。これにより、メモリセル領域Mでは、ビットコンタクト部分にシリコン窒化膜3bの表面が現れた状態になる。なお、この際、ダメージ・エッチングを行わなかったビットコンタクト部分以外の第1の高誘電率絶縁膜6aはダメージを受けていないため、ウェットエッチングによって除去されずに残留する。
As shown in FIG. 31, after removing the resist mask R, the damaged
図32に示すように、第1の高誘電率絶縁膜6aをマスクに用いたドライエッチングによって、ビットコンタクト部分のシリコン窒化膜3b、シリコン酸化膜3a、および半導体基板1の表面の一部をエッチングし、ビットコンタクトホール5aを形成する。これにより、ビットコンタクトホール5aの底部には、半導体基板1の表面が露出した状態になる。
As shown in FIG. 32, the
図33に示すように、半導体基板1上の全面に、ビットコンタクトホール5aを充填するように導電膜5b(例えば、ポリシリコン膜)を成膜し、その上に導電膜6f(例えば、WN/W)、キャップ絶縁膜6g(例えば、シリコン窒化膜)を順に成膜する(第3の工程)。この際、第1および第2実施例と同様に、本実施例では、ダメージ・エッチング処理を受けていない周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aは、図31のウェットエッチング工程でも素子分離領域2上に残留して、素子分離領域2がウェットエッチングに晒されるのを防止する。この結果、素子分離領域2にひさし部が発生して、導電膜5bの成膜後にひさし部の下に残留した導電膜5bによる短絡等の装置特性の劣化が起こることを防止できる。
As shown in FIG. 33, a
図34に示すように、半導体基板1上の全面にレジストを塗布する。この後、フォトリソグラフィー技術を利用して、メモリセル領域Mのビットラインを形成する領域と、周辺回路領域Cのゲート電極を形成する領域のレジストRが残るようにパターニングする。
As shown in FIG. 34, a resist is applied to the entire surface of the
図35に示すように、レジストマスクR(図示していない)を用いたエッチングにより、メモリセル領域Mのビットコンタクト部分上と、周辺回路領域CのPウェル1eおよびNウェル1d(図示していない)上に、積層膜が残留するようにパターニングを行う(第4の工程)。この際、本実施例では、図27〜29の工程で形成したメタルゲート6c、および導電膜6dのB−B’方向(図4B参照)の幅を、第1および第2実施例と比べて狭くしている。このため、NMOSおよびPMOSのゲート電極21を構成する各メタルゲート6cおよび導電膜6d間の間隔Lが広くなり、これらのメタルゲート6cおよび導電膜6dと半導体基板1で形成される窪み部分のアスペクト比が小さくなる。従って、図33の工程で導電膜5bおよび6fを形成する際に、これらの導電膜は間隔Lが広くアスペクト比の小さな領域に形成されることとなり、導電膜5bおよび6fの断線や高抵抗化を防止することができる。
As shown in FIG. 35, by etching using a resist mask R (not shown), the P-
以降は、第1実施例の図18〜21の工程を実施することにより、本実施例の半導体装置が完成する。 Thereafter, the semiconductor device of this embodiment is completed by carrying out the steps of FIGS. 18 to 21 of the first embodiment.
以上のように、本実施例では、図30のダメージ・エッチング処理を受けていない周辺回路領域C上の第1の高誘電率絶縁膜6aは、図31のウェットエッチング工程の時に素子分離領域2上に残留して、素子分離領域2がウェットエッチングに晒されるのを防止する。この結果、素子分離領域2にひさし部が発生して、導電膜5bの成膜後に、ひさし部の下に残留した導電膜5bによる短絡等の装置特性の劣化が起こることを防止できる。これにより、歩留まりに優れた半導体装置を提供することができる。また、周辺回路領域Cが全て第1の高誘電率絶縁膜6aによって覆われているため、NMOSが形成される領域CnとPMOSが形成される領域Cpの境界を、素子分離領域2上に配置する必要が無くなる。これにより、PN境界マージンが拡大し、目合わせを容易にすることができ、微細化に対応した半導体装置とすることができる。また、図32の工程で、第1の高誘電率絶縁膜6aをマスクに用いたエッチングにより、ビットコンタクトホール5aを形成することができる。
As described above, in this embodiment, the first high dielectric constant
なお、上記第1〜第3実施例において、導電膜5b、6fは、特許請求の範囲に記載の「第1の導電膜」に相当する。また、メタルゲート6cおよび導電膜6dは、特許請求の範囲に記載の「第2の導電膜」に相当する。
In the first to third embodiments, the
上記第1〜第3実施例において、第1および第2の高誘電率絶縁膜6a、6bとは、SiO2よりも比誘電率(SiO2の場合は約3.6)が大きい絶縁膜のことを表す。典型的には、高誘電率絶縁膜の比誘電率としては数十〜数千のものを挙げることができる。第1および第2の高誘電率絶縁膜としては例えば、HfSiO、HfSiON、HfZrSiO、HfZrSiON、ZrSiO、ZrSiON、HfAlO、HfAlON、HfZrAlO、HfZrAlON、ZrAlO、またはZrAlONなどを用いることができる。
In the first to third embodiments, the first and second high-
1 半導体基板
1a 活性領域
1b、1c ソースおよびドレイン
1b’コンタクト拡散領域
1d Nウェル
1e Pウェル
2 素子分離領域(STI:Shallow trench insulator)
3 埋め込みワード線
3’埋め込み配線
3a シリコン酸化膜
3b シリコン窒化膜
3c アモルファス・カーボン膜
3d ゲート電極溝(トレンチ)
3e ゲート酸化膜
3g 窒化チタン膜とタングステン膜の積層膜3i キャップ絶縁膜(シリコン酸化膜)
5 ビットコンタクト
5a ビットコンタクトホール
5b 導電膜
6a 第1の高誘電率絶縁膜
6a’ ダメージ膜
6b 第2の高誘電率絶縁膜
6c メタルゲート
6d 導電膜
6e マスク酸化膜
6f 導電膜(WN/W)
6g キャップ絶縁膜
6h サイドウォール絶縁膜
7 第2層間絶縁膜
7a SOD膜
7b シリコン酸化膜
8 容量コンタクトプラグ
8’ 周辺トランジスタコンタクト
8a コンタクトホール
8b サイドウォール
8c ポリシリコン層
8d CoSi層
8f タングステンプラグ
9 第3層間絶縁膜
10 キャパシタ
10a 容量コンタクトパッド
10a’ 周辺配線
10b ストッパー膜
10c 容量シリンダー開口
10d 下部電極(TiN)
10e 容量絶縁膜
10f 上部電極(TiN)
11 第4層間絶縁膜
12 配線コンタクト
12a コンタクトホール
13 配線
13a 導電膜
13b マスク絶縁膜
14 保護絶縁膜
15a ひさし部
15b ポリシリコン膜の残り
20 ビットライン
21 ゲート電極
R レジストマスク
M メモリセル領域
Tr トランジスタ
C 周辺回路領域
Cn NMOS領域
Cp PMOS領域
DESCRIPTION OF
3 buried word line 3 'buried
3e
5
6g
10e capacitive insulating
11 Fourth
Claims (11)
前記メモリセル領域上の前記第1の高誘電率絶縁膜の少なくとも一部にダメージ・エッチング処理を行った後、ウェットエッチングにより前記第1の高誘電率絶縁膜を除去する第2の工程と、
前記メモリセル領域および周辺回路領域上に第1の導電膜を形成する第3の工程と、
を有する、半導体装置の製造方法。 A first step of forming a first high dielectric constant insulating film on a peripheral circuit region having a memory cell region and an element isolation region of a semiconductor substrate;
A second step of removing the first high dielectric constant insulating film by wet etching after performing a damage etching process on at least a part of the first high dielectric constant insulating film on the memory cell region;
A third step of forming a first conductive film on the memory cell region and the peripheral circuit region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記メモリセル領域上におけるビットコンタクトホールに対応する位置の前記第1の高誘電率絶縁膜に対して前記ダメージ・エッチング処理を行った後、前記ウェットエッチングにより前記第1の高誘電率絶縁膜を除去する、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In the second step,
After the damage / etching process is performed on the first high dielectric constant insulating film at a position corresponding to the bit contact hole on the memory cell region, the first high dielectric constant insulating film is formed by the wet etching. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is removed.
前記メモリセル領域上の前記第1の高誘電率絶縁膜に対して前記ダメージ・エッチング処理を行った後、前記ウェットエッチングにより前記第1の高誘電率絶縁膜を除去する、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In the second step,
2. The first high dielectric constant insulating film is removed by the wet etching after the damage etching process is performed on the first high dielectric constant insulating film on the memory cell region. Semiconductor device manufacturing method.
前記周辺回路領域上のPウェルおよびNウェル上にそれぞれ、独立した第2の導電膜を形成する工程を更に有する、請求項1〜3の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。 After the first step and before the second step,
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming an independent second conductive film on each of the P well and the N well on the peripheral circuit region. 5.
前記第2の導電膜を形成する工程において、
前記PウェルおよびNウェル上の第2の導電膜はそれぞれ、前記素子分離領域上まで延在するように形成される、請求項4に記載の半導体装置の製造方法。 The P well and the N well are positioned so as to sandwich the element isolation region between these wells,
In the step of forming the second conductive film,
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein each of the second conductive films on the P well and the N well is formed to extend to the element isolation region.
前記第2の導電膜を形成する工程において、
前記PウェルおよびNウェル上の第2の導電膜はそれぞれ、前記素子分離領域上まで延在しないように形成される、請求項4に記載の半導体装置の製造方法。 The P well and the N well are positioned so as to sandwich the element isolation region between these wells,
In the step of forming the second conductive film,
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein each of the second conductive films on the P well and the N well is formed so as not to extend to the element isolation region.
前記メモリセル領域内に、ソースおよびドレインならびに埋め込みゲート電極を有するトランジスタを形成する工程を更に有し、
前記第2の工程において、
前記ソースおよびドレインの一方の上に位置する前記第1の高誘電率絶縁膜を除去し、
前記第2の工程の後で、前記第3の工程の前に更に、
前記ソースおよびドレインの一方を露出させるようにビットコンタクトホールを形成する工程を有する、請求項1〜7の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。 Before the second step,
Forming a transistor having a source and drain and a buried gate electrode in the memory cell region;
In the second step,
Removing the first high dielectric constant insulating film located on one of the source and drain;
After the second step and before the third step,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming a bit contact hole so that one of the source and the drain is exposed.
前記第1の導電膜をパターニングすることにより、前記メモリセル領域における前記ソースおよびドレインの一方に接続されたビットコンタクトおよび前記ビットコンタクトに接続されたビットラインを形成し、前記周辺回路領域においてゲート電極を形成する第4の工程を有する、請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 After the third step,
By patterning the first conductive film, a bit contact connected to one of the source and drain in the memory cell region and a bit line connected to the bit contact are formed, and a gate electrode is formed in the peripheral circuit region. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising a fourth step of forming the semiconductor device.
前記メモリセル領域におけるソースおよびドレインの他方に接続されるようにキャパシタを形成する工程を有する、請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 After the fourth step,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising forming a capacitor so as to be connected to the other of the source and the drain in the memory cell region.
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WO2014126201A1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル | Semiconductor device |
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WO2014126201A1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル | Semiconductor device |
US9461053B2 (en) | 2013-02-15 | 2016-10-04 | Ps4 Luxco S.A.R.L. | Semiconductor device |
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