JP2014011299A - Semiconductor device manufacturing method - 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、ゲート絶縁膜として高誘電率絶縁膜(high−K膜)を有し、ゲート電極として金属膜とポリシリコン膜の積層膜を有するトランジスタが提案されている。このタイプのトランジスタは、ゲート絶縁膜である高誘電率絶縁膜により、リーク電流を低減したり、等価酸化膜厚(Equivalent Oxide Thickness:EOT)を薄くして短チャネル効果を抑制することができる。また、ゲート電極として金属膜とポリシリコン膜の積層膜を用いることにより、ゲート電極の空乏化の防止、ゲート電極抵抗の低減を行うことができる。 Conventionally, a transistor having a high dielectric constant insulating film (high-K film) as a gate insulating film and a stacked film of a metal film and a polysilicon film as a gate electrode has been proposed. In this type of transistor, a high-dielectric-constant insulating film that is a gate insulating film can reduce a leak current or reduce an equivalent oxide thickness (EOT) to suppress a short channel effect. In addition, by using a stacked film of a metal film and a polysilicon film as the gate electrode, depletion of the gate electrode can be prevented and gate electrode resistance can be reduced.
特許文献1(特開2007−329237号公報)には、シリサイドのゲート電極と、高誘電率絶縁膜のゲート絶縁膜を有する、nチャネル型とpチャネル型のトランジスタが開示されている。 Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-329237) discloses an n-channel transistor and a p-channel transistor each having a silicide gate electrode and a high dielectric constant gate insulating film.
また、上記のゲート絶縁膜として高誘電率絶縁膜を有し、ゲート電極として金属膜とポリシリコン膜の積層膜を有するnチャネル型のトランジスタとpチャネル型のトランジスタを有し、nチャネル型とpチャネル型のトランジスタの素子特性を変えるために、これらのトランジスタのゲート絶縁膜の構成を変えた半導体装置が提案されている。図1〜4および24は、上記の構造を有する半導体装置としてDRAM(Dynamic Random Access Memory)の製造方法を示したものである。図1〜4のメモリセル領域については図24のA−A’断面に相当する断面の構造を表し、これらの図面において、Xはメモリセル領域、Yは周辺回路領域を表す。なお、図24においては、周辺回路領域Yの構造は省略している。 In addition, the gate insulating film includes a high dielectric constant insulating film, and the gate electrode includes an n-channel transistor and a p-channel transistor each including a stacked film of a metal film and a polysilicon film. In order to change the element characteristics of p-channel transistors, semiconductor devices in which the configuration of the gate insulating film of these transistors is changed have been proposed. 1-4 and 24 show a method of manufacturing a DRAM (Dynamic Random Access Memory) as a semiconductor device having the above structure. 1-4 represents a cross-sectional structure corresponding to the A-A 'cross section of FIG. 24. In these drawings, X represents a memory cell region and Y represents a peripheral circuit region. In FIG. 24, the structure of the peripheral circuit region Y is omitted.
図1に示すように、半導体基板4の表面に素子分離領域9を形成し、メモリセル領域Xおよび周辺回路領域Y内にそれぞれ、素子分離領域9で区画された活性領域4a、4bを形成する。メモリセル領域Xの活性領域4a内に、溝型のゲート電極1、ゲート絶縁膜2を形成する。溝型のゲート電極1上には、キャップ絶縁膜10を形成する。メモリセル領域Xの半導体基板4上にビットコン層間絶縁膜5を形成する。この後、周辺回路領域Yにnチャネル型のトランジスタ用のゲート絶縁膜6a、金属膜7a、およびポリシリコン膜8aを形成する。この後、周辺回路領域Yにpチャネル型のトランジスタ用のゲート絶縁膜6b、金属膜7b、およびポリシリコン膜8bを形成する。
As shown in FIG. 1, an
図2に示すように、ビットコン層間絶縁膜5内に、半導体基板4を露出させるようにコンタクトホール11を形成する。コンタクトホール形成に用いたフォトレジスト(図示していない)をマスクとして用いてメモリセル領域Xに不純物を注入する。これにより、メモリセル領域Xには、ソースまたはドレインとなる不純物領域3aを形成する。この後、フォトレジストを除去する。
As shown in FIG. 2, a
図3に示すように、半導体基板4上の全面に、ポリシリコン膜13を形成する。この後、マスクを用いずに、ポリシリコン膜13の全面に不純物を注入する。
As shown in FIG. 3, a
図4に示すように、半導体基板4上の全面に、金属膜14、および窒化シリコン膜15を形成する。リソグラフィー技術とエッチング技術により、メモリセル領域Xおよび周辺回路領域Yに形成した積層膜をそれぞれパターニングする。これにより、メモリセル領域Xには、ポリシリコン膜13からなるビットコンタクトプラグ16と、ポリシリコン膜13および金属膜14からなるビット線17が形成される。また、周辺回路領域Yには、ゲート絶縁膜6a、6bと、金属膜7a、ポリシリコン膜8a、13a、金属膜14aからなるゲート電極18aと、金属膜7b、ポリシリコン膜8b、13b、金属膜14bからなるゲート電極18bと、が形成される。
As shown in FIG. 4, a
この後、従来のDRAMの製法に従って、半導体基板4上の全面に、オフセットスペーサーとなる窒化シリコン膜(図示していない)を成膜した後、メモリセル領域Xを覆うようにフォトレジスト(図示していない)を形成する。このフォトレジストをマスクに用いて、窒化シリコン膜のドライエッチバックを行う。これにより、周辺回路領域Yのトランジスタのゲート電極の側壁上に、オフセットスペーサーを形成する。この後、フォトレジストを除去する。 Thereafter, a silicon nitride film (not shown) serving as an offset spacer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 4 in accordance with a conventional DRAM manufacturing method, and then a photoresist (not shown) is formed so as to cover the memory cell region X. Not formed). Using this photoresist as a mask, the silicon nitride film is dry etched back. Thereby, an offset spacer is formed on the side wall of the gate electrode of the transistor in the peripheral circuit region Y. Thereafter, the photoresist is removed.
次に、周辺回路領域Yのnチャネル型のトランジスタおよびpチャネル型のトランジスタの特性に合わせてそれぞれ、周辺回路領域Yの必要箇所にフォトレジストマスク(図示していない)の形成、不純物の注入、およびフォトレジストマスクの除去を行う。周辺回路領域Yのトランジスタのゲート電極の側壁上に、サイドウォールとなる酸化シリコン膜(図示していない)を成膜する。周辺回路領域Yのnチャネル型のトランジスタおよびpチャネル型のトランジスタの特性に合わせてそれぞれ、周辺回路領域Yの必要箇所にフォトレジストマスクの形成、不純物の注入、および、フォトレジストマスクの除去を行う。これにより、周辺回路領域Yにソースおよびドレイン19a、19bを形成する。このようにして、メモリセル領域XにはトランジスタTr、周辺回路領域Yにはnチャネル型のトランジスタTrAと、pチャネル型のトランジスタTrBが形成される。
Next, in accordance with the characteristics of the n-channel transistor and the p-channel transistor in the peripheral circuit region Y, a photoresist mask (not shown) is formed at a necessary portion of the peripheral circuit region Y, impurities are implanted, Then, the photoresist mask is removed. A silicon oxide film (not shown) serving as a sidewall is formed on the sidewall of the gate electrode of the transistor in the peripheral circuit region Y. In accordance with the characteristics of the n-channel transistor and the p-channel transistor in the peripheral circuit region Y, a photoresist mask is formed, an impurity is implanted, and the photoresist mask is removed at a necessary portion of the peripheral circuit region Y, respectively. . Thereby, the source and
上記図1〜4の半導体装置の製造方法では、
(1)周辺回路領域Y上のビットコン層間絶縁膜5を除去するためのリソグラフィーおよびウェットエッチング工程(図1の工程)、
(2)メモリセル領域X上のビットコン層間絶縁膜5内にコンタクトホール11を形成するためのリソグラフィーおよびエッチング工程(図2の工程)、
の2回のリソグラフィーおよびエッチング工程が必要であった。
In the manufacturing method of the semiconductor device of FIGS.
(1) Lithography and wet etching process (process of FIG. 1) for removing the bit-con
(2) Lithography and etching process (process of FIG. 2) for forming the
Two lithography and etching steps were required.
このため、製造工程が多くなって、製造コストが増加することとなっていた。 For this reason, a manufacturing process increased and the manufacturing cost would increase.
一実施形態は、
半導体基板の第1および第2の領域上に、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の領域上の層間絶縁膜内へのコンタクトホールの形成と、前記第2の領域上の層間絶縁膜の除去を同時に行う第1の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
One embodiment is:
Forming an interlayer insulating film on the first and second regions of the semiconductor substrate;
A first step of simultaneously forming a contact hole in the interlayer insulating film on the first region and removing the interlayer insulating film on the second region;
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
第1の領域上の層間絶縁膜内へのコンタクトホールの形成と、第2の領域上の層間絶縁膜の除去を同時に行うことにより、製造コストを低減することができる。 By simultaneously forming the contact hole in the interlayer insulating film on the first region and removing the interlayer insulating film on the second region, the manufacturing cost can be reduced.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の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, 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)
本実施例は、本発明の製造方法を適用した、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を有する半導体装置の製造方法に関するものである。本実施例では、後述するように、メモリセル領域(第1の領域)X上のビットコン層間絶縁膜5内へのコンタクトホール11の形成と、周辺回路領域(第2の領域)Y上のビットコン層間絶縁膜5の除去を同時に行う。従って、コンタクトホール11の形成工程と、周辺回路領域Y上のビットコン層間絶縁膜5の除去工程をそれぞれ、別々に行う場合と比べて、工程数を削減することができ、製造コストを低減することができる。
(First embodiment)
The present embodiment relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a DRAM (Dynamic Random Access Memory) to which the manufacturing method of the present invention is applied. In this embodiment, as will be described later, the
以下、図5〜24を参照して、本実施例の半導体装置の製造方法を説明する。なお、図5〜23のメモリセル領域Xは、図24のA―A’方向に相当する断面図である。図24では、メモリセル領域Xの溝型のゲート電極1、活性領域4a、ビット線17及び容量コンタクトプラグ20など主要な構造しか示していない。また、図24には、周辺回路領域Yは示していない。
Hereinafter, with reference to FIGS. 5 to 24, a method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. The memory cell region X in FIGS. 5 to 23 is a cross-sectional view corresponding to the direction A-A ′ in FIG. 24. FIG. 24 shows only main structures such as the groove-type gate electrode 1, the
まず、図5に示すように、STI法により、半導体基板4のメモリセル領域(第1の領域)X、および周辺回路領域(第2の領域)Y内に、素子分離領域9を形成する。これにより、メモリセル領域X、および周辺回路領域Yの半導体基板4内にはそれぞれ、素子分離領域9で区画された活性領域4a、4bが形成される。
First, as shown in FIG. 5,
次に、図6に示すように、周辺回路領域Yのnチャネル型のトランジスタを形成する領域にPウェル24を形成し、pチャネル型のトランジスタを形成する領域にNウェル25を形成する。更に、レジストマスク35cを用いて、半導体基板4内に不純物を注入し、セルウェル27を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, the P well 24 is formed in the region where the n-channel transistor is formed in the peripheral circuit region Y, and the N well 25 is formed in the region where the p-channel transistor is formed. Further, impurities are implanted into the semiconductor substrate 4 using the resist
続いて、図7に示すように、不純物をドープし、ソースおよびドレイン領域となる不純物領域3a、3bを形成する。続けて、メモリセル領域X内に、素子分離領域9と交差する方向に延在する溝状のトレンチ26を形成する。そして、トレンチ26の内壁をISSG(in−situ steam generation)法により酸化して、酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜2を形成する。次に、トレンチ26内を導体膜で埋め込むことで、溝型のゲート電極1を形成する。ゲート電極1は、DRAMにおいてワード配線を構成する。
Subsequently, as shown in FIG. 7, impurities are doped to form
次に、図8に示すように、半導体基板4上の主面に、窒化シリコン膜からなるビットコン層間絶縁膜5を形成する。続けて、レジストマスク35dを形成する。
Next, as shown in FIG. 8, a bit-con
次に、図9に示すように、レジストマスク35dを用いたウェットエッチング技術を利用して、周辺回路領域Y上のビットコン層間絶縁膜5を除去すると共に、メモリセル領域X上のビットコン層間絶縁膜5内に、半導体基板4内の不純物領域(第1の拡散層)3aを露出させるようにコンタクトホール11を形成する(第1の工程)。
Next, as shown in FIG. 9, by using a wet etching technique using a resist
図10に示すように、半導体基板4上の全面に酸化ハフニウム(HfO2)からなる高誘電率絶縁膜30を形成する。この後、半導体基板4上の全面に窒化チタン(TiN)膜(第1の金属膜)31a、周辺Nチャネル型のトランジスタ用のポリシリコン膜32a、および酸化シリコン膜33を形成する。リソグラフィー技術を利用して、Pウェル24上に、レジストマスク35aを形成する。
As shown in FIG. 10, a high dielectric constant insulating
図11に示すように、レジストマスク35aをマスクに用いたドライエッチングにより酸化シリコン膜33をパターニングして、酸化シリコン膜33のマスクを形成した後、マスク33を用いたドライエッチングまたはウェットエッチングによりポリシリコン膜32a、および窒化チタン膜31aを順次、パターニングする。これにより、Pウェル24上には積層構造が形成される。この後、レジストマスク35aを除去する。
As shown in FIG. 11, after the
図12に示すように、半導体基板4上の全面に窒化チタン(TiN)膜(第1の金属膜)31bおよびポリシリコン膜32bを形成する。リソグラフィー技術により、Nウェル25上にレジストマスク35bを形成する。
As shown in FIG. 12, a titanium nitride (TiN) film (first metal film) 31b and a
図13に示すように、レジストマスク35bを用いて、ポリシリコン膜32bおよび窒化チタン膜31bのドライエッチングを順次、行う。次に、レジストマスク35bをマスクに用いて、高誘電率絶縁膜30のウェットエッチングを行い、高誘電率絶縁膜30bを形成する。これにより、Nウェル25上には積層構造が形成される。この後、レジストマスク35bを除去する。なお、この工程では、Pウェル24上には酸化シリコン膜33が形成されているため、酸化シリコン膜33の下の膜は除去されずに残り、高誘電率絶縁膜30aが形成される。
As shown in FIG. 13, dry etching of the
図14に示すように、Pウェル24上の酸化シリコン膜33を除去した後、半導体基板4上の全面に、周辺Pチャネル型のトランジスタ及びビットコンプラグ用のポリシリコン膜(導電膜)37を形成する。この際、ポリシリコン膜37は、コンタクトホール11内を埋め込むように形成する。ポリシリコン膜37には、高濃度の不純物がドープされる。この高濃度の不純物は、ポリシリコン膜37が形成する時に同時に導入されても良いし、ポリシリコン膜37が形成された後に全面に不純物を注入することにより導入されても良い。
As shown in FIG. 14, after removing the
図15に示すように、熱処理を行い、ポリシリコン膜37中の不純物を半導体基板4中に拡散させて、コンタクト不純物領域3aを形成する。
As shown in FIG. 15, heat treatment is performed to diffuse the impurities in the
図16に示すように、半導体基板4上の全面に、キャップ絶縁膜として窒化シリコン膜38を形成する。メモリセル領域Xおよび周辺回路領域Y上の積層膜に対してそれぞれ、リソグラフィー技術とエッチング技術を適用する。これにより、メモリセル領域Xではコンタクトホール11内に埋め込まれたビットコンタクトプラグ16と、ビットコンタクトプラグ16に接続されビットコン層間絶縁膜5上に位置するビット線17と、周辺回路領域Yではプレナー型のトランジスタ(第2のトランジスタ)用のゲート電極40aおよび40bと、が同時に形成される。以上の工程によって、メモリセル領域Xにおいて、一つの活性領域4a内に、第1のトランジスタTr1を完成させる。第1のトランジスタTr1は、ゲート絶縁膜2、溝型のゲート電極1、不純物領域3a、3bで構成される。なお、本実施例中では、1つの活性領域4aに2つの第1のトランジスタTr1が形成され、2つのトランジスタTr1の間でソースとなる不純物領域3aが共有化される。なお、バイアス印加状態が逆転すればソースとドレインは入れ替わることとなる。
As shown in FIG. 16, a
この後、従来のDRAMの製法に従って、半導体基板4上の全面に、窒化シリコン膜(図示していない)を形成した後、メモリセル領域X上にフォトレジスト(図示していない)を形成する。フォトレジストをマスクに用いて、窒化シリコン膜のドライエッチバックを行うことにより、周辺回路領域Yのトランジスタのゲート電極の側壁上に、オフセットスペーサー(図示していない)を形成する。この後、メモリセル領域X上のフォトレジストを除去する。次に、周辺回路領域Yのnチャネル型のトランジスタおよびpチャネル型のトランジスタの特性に合わせてそれぞれ、周辺回路領域Yの必要箇所にフォトレジストマスク(図示していない)の形成、不純物の注入、およびフォトレジストマスクの除去を行う。 Thereafter, a silicon nitride film (not shown) is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 4 in accordance with a conventional DRAM manufacturing method, and then a photoresist (not shown) is formed on the memory cell region X. An offset spacer (not shown) is formed on the side wall of the gate electrode of the transistor in the peripheral circuit region Y by performing dry etching back of the silicon nitride film using the photoresist as a mask. Thereafter, the photoresist on the memory cell region X is removed. Next, in accordance with the characteristics of the n-channel transistor and the p-channel transistor in the peripheral circuit region Y, a photoresist mask (not shown) is formed at a necessary portion of the peripheral circuit region Y, impurities are implanted, Then, the photoresist mask is removed.
図17に示すように、周辺回路領域Yのトランジスタのゲート電極の側壁上、およびビット線17の側壁上に、サイドウォールとなる酸化シリコン膜41を成膜する。周辺回路領域Yのnチャネル型のトランジスタおよびpチャネル型のトランジスタの特性に合わせてそれぞれ、周辺回路領域Yの必要箇所にフォトレジストマスク(図示していない)の形成、不純物の注入、およびフォトレジストマスクの除去を行い、ソースおよびドレイン19a、19bを形成する。これにより、周辺回路領域Yには、nチャネル型の第2のトランジスタTr2nと、pチャネル型の第2のトランジスタTr2pが形成される。トランジスタTr2nは、半導体基板4上に順に設けられた第1のゲート絶縁膜30a及び第1のゲート電極40aと、半導体基板4内に設けられた不純物領域19aを有する。第1のゲート絶縁膜30aは、HfO2膜からなる高誘電率絶縁膜であり、第1のゲート電極40aは、第1のゲート絶縁膜30a上に順に設けられた窒化チタン膜31a、不純物を含有するポリシリコン膜32a、37aを有する。トランジスタTr2pは、半導体基板4上に順に設けられた第2のゲート絶縁膜30b、および第2のゲート電極40bと、半導体基板4内に設けられた不純物領域19bを有する。第2のゲート絶縁膜30bはHfO2膜からなる高誘電率絶縁膜であり、第2のゲート電極40bは、第2のゲート絶縁膜30b上に順に設けられた窒化チタン膜31b、不純物を含有するポリシリコン膜32b、37bを有する。
As shown in FIG. 17, a
半導体基板4上の全面に、SOD(Spin On Dielectrics)膜などの塗布系絶縁膜からなる層間絶縁膜42を形成する。この後、キャップ絶縁膜38をストッパに用いて、層間絶縁膜42にCMP処理を行うことにより、平坦化させる。リソグラフィ技術およびエッチング技術により、層間絶縁膜42内に、第1のトランジスタの不純物領域3b(第2の拡散層)を露出させる容量コンタクトホール(図示していない)および第2のトランジスタの不純物領域19a、19bを露出させるコンタクトホール45を形成する。容量コンタクトホールおよびコンタクトホール45の中に導電材料を埋め込むことで、容量コンタクトプラグ(図示していない)およびコンタクトプラグ46を形成する。
On the entire surface of the semiconductor substrate 4, an
図18に示すように、メモリセル領域Xでは容量コンタクトプラグに電気的に接続された容量コンタクトパッド48、周辺回路領域Y内ではコンタクトプラグ46に電気的に接続された配線49を形成する。層間絶縁膜42上の全面に、窒化シリコン膜47を形成する。
As shown in FIG. 18, a
図19に示すように、窒化シリコン膜47上に、BPSG膜50aと、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を原料ガスに用いたプラズマCVD法により酸化シリコン膜50bと、を順次、形成すると共に、CMP法によりこれらの膜50a及び50bの平坦化を行う。次に、酸化シリコン膜50b上に窒化シリコン膜51を形成する。窒化シリコン膜51は、後の工程で形成するキャパシタの下部電極の倒壊を防ぐサポート膜として機能する。
As shown in FIG. 19, a
図20に示すように、リソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて、膜51、50b、50a、および47内に順次、開口部を形成する。これにより、メモリセル領域Xにはキャパシタホール52aが形成され、その底面にコンタクトパッド48が露出する。周辺回路領域Yとメモリセル領域Xの境界にはガードリング用トレンチ52bが形成される。キャパシタホール52aは断面が略円形となる円筒状であり、ガードリング用トレンチ52bはメモリセル領域Xを四角状に囲むように形成される。全面に、窒化チタン膜を形成した後、エッチバックにより窒化シリコン膜51上の窒化チタン膜を除去する。これにより、下部電極53を形成する。
As shown in FIG. 20, openings are sequentially formed in the
図21に示すように、リソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて、窒化シリコン膜51内に、層間絶縁膜50a及び50bのウェットエッチング用の開口(図示していない)を形成する。フッ化酸(HF)を用いたウェットエッチングにより、メモリセル領域X内の層間絶縁膜50a及び50bを除去する。この際、周辺回路領域Yは、メモリセル領域Xとガードリング用のトレンチ52bによって分断されているため、ウェットエッチング時に、HF水溶液は周辺回路領域Yには侵入せず、周辺回路領域Y内の層間絶縁膜50a及び50bは除去されない。
As shown in FIG. 21, openings (not shown) for wet etching of the interlayer insulating
図22に示すように、全面に、容量絶縁膜として、酸化ジルコニウム(ZrO2)膜(図示していない)を形成する。この後、窒化チタン膜と、ボロン(B)をドープしたSiGe膜を成膜し、更にこの上にタングステン膜を成膜する。以降では、これらの膜を合わせて、上部電極55と表記する。この後、上部電極55、容量絶縁膜及び窒化シリコン膜51のドライエッチングを行うことにより、メモリセル領域X近傍に、これらの膜を残存させる。これにより、下部電極53の内壁面及び外壁側面上に容量絶縁膜が形成され、容量絶縁膜上に上部電極55が形成されたクラウン構造のキャパシタが完成する。
As shown in FIG. 22, a zirconium oxide (ZrO 2 ) film (not shown) is formed on the entire surface as a capacitive insulating film. Thereafter, a titanium nitride film and an SiGe film doped with boron (B) are formed, and a tungsten film is further formed thereon. Hereinafter, these films are collectively referred to as the
図23に示すように、層間絶縁膜50b上に更に、層間絶縁膜56を形成した後、配線49および上部電極55に接続されるようにコンタクトプラグ57を形成する。この後、コンタクトプラグ57に接続されるように、層間絶縁膜56上に配線60を形成する。さらに、上層のコンタクトプラグと配線(図示していない)を形成することにより、キャパシタとキャパシタに接続されたMOSトランジスタを備えたメモリセルを複数、有するDRAMを完成させることができる。
As shown in FIG. 23, after further forming an
本実施例では、図9に示すように、1回のリソグラフィー工程とウェットエッチング工程により、メモリセル形成領域X上のビットコン層間絶縁膜5内へのコンタクトホール11の形成と、周辺回路形成領域(第2の領域)Y上のビットコン層間絶縁膜5の除去を同時に行う。このため、コンタクトホール11の形成工程と、周辺回路形成領域Y上のビットコン層間絶縁膜5の除去工程をそれぞれ、別々に行う場合と比べて、工程数を削減することができる。この結果、製造コストを低減することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the
なお、本実施例では図13の工程で、高誘電率絶縁膜30を除去した。本実施例は一例であり、高誘電率絶縁膜30を除去するタイミングは図13の工程に限定されず、少なくともポリシリコン膜37を形成する前に、高誘電率絶縁膜30を除去すれば良い。
In this embodiment, the high dielectric constant insulating
また、本発明では、周辺回路領域Yに3つ以上のトランジスタを設け、各トランジスタのゲート電極を別々に形成する場合にも適用することができる。この場合、周辺回路領域Yに、各トランジスタ用に個別にゲート電極用の積層構造を形成する最後の工程の後で、ポリシリコン膜37を形成する前に、高誘電率絶縁膜30を除去することが好ましい。
The present invention can also be applied to the case where three or more transistors are provided in the peripheral circuit region Y and the gate electrodes of the transistors are formed separately. In this case, the high-dielectric-constant
本実施例では、図14の工程で、第2のトランジスタ用のゲート電極、ビットコンタクトプラグおよびビット線の材料として不純物を含有するポリシリコン膜37を形成した。しかし、図14の工程で形成する膜は不純物を含有するポリシリコン膜に限定されるわけではなく、製造工程上、形成可能な膜であれば良い。例えば、金属膜や、不純物を含有するポリシリコン膜と金属膜の積層膜などを形成することができる。
In the present embodiment, the
更に、図18の工程にて、容量コンタクトパッド48を形成しているが、このパッド48を形成せずに下部電極53を形成しても良い。また、図20の工程にて、ガードリング用トレンチ52bを形成してガードリングを設けているが、このガードリングを形成せずにDRAMを形成しても良い。
Furthermore, although the
ゲート絶縁膜として用いる高誘電率絶縁膜30は、酸化ハフニウム(HfO2)膜、酸化アルミニウム(AlO2)膜に限定されない。高誘電率絶縁膜30a、30bは、酸化ハフニウム(HfO2)膜、酸化アルミニウム(Al2O3)膜、ケイ酸化ハフニウム(HfSiO)膜、および酸化ランタン(La2O3)膜からなる群から選択された少なくとも一種の膜を使用することができる。また、第1の金属膜としては、窒化チタン(TiN)膜および窒化タンタル(TaN)膜からなる群から選択された少なくとも一種の膜を使用することができる。なお、「高誘電率絶縁膜」とは、二酸化シリコンよりも誘電率が高い絶縁膜のことを表す。
The high dielectric constant insulating
1 溝型のゲート電極
2 ゲート絶縁膜
3a コンタクト不純物領域
3b 不純物領域
4 半導体基板
4a、4b 活性領域
5 ビットコン層間絶縁膜
6a、6b ゲート絶縁膜
7a、7b、14 金属膜
8a、8b、12、13 ポリシリコン膜
9 素子分離領域
10 キャップ絶縁膜
11 コンタクトホール
15 窒化シリコン膜
16 ビットコンタクトプラグ
17 ビット線
18a、18b ゲート電極
19a、19b 不純物領域
20 容量コンタクトプラグ
24 Pウェル
25 Nウェル
26 溝状のトレンチ
27 セルウェル
30、30a、30b 酸化ハフニウム(HfO2)(高誘電率絶縁膜)
31a、31b 窒化チタン膜
32a、32b ポリシリコン膜
33 酸化シリコン膜
35a、35b、35c、35d レジストマスク
37、37a、37b 不純物を含有するポリシリコン膜
38、47、51 窒化シリコン膜
40a、40b ゲート電極
41 サイドウォール
42、56 層間絶縁膜
45 コンタクトホール
46、57 コンタクトプラグ
48 容量コンタクトパッド
49、60 配線
50a BPSG膜
50b 酸化シリコン膜
52a キャパシタホール
52b ガードリング用トレンチ
53 下部電極
55 上部電極
Tr トランジスタ
TrA nチャネル型のトランジスタ
TrB pチャネル型のトランジスタ
Tr1 第1のトランジスタ
Tr2n 第2のトランジスタ(nチャネル型トランジスタ)
Tr2p 第2のトランジスタ(pチャネル型トランジスタ)
X メモリセル領域
Y 周辺回路領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Groove
31a, 31b
Tr2p second transistor (p-channel transistor)
X Memory cell area Y Peripheral circuit area
Claims (10)
前記第1の領域上の層間絶縁膜内へのコンタクトホールの形成と、前記第2の領域上の層間絶縁膜の除去を同時に行う第1の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an interlayer insulating film on the first and second regions of the semiconductor substrate;
A first step of simultaneously forming a contact hole in the interlayer insulating film on the first region and removing the interlayer insulating film on the second region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体基板の第1の領域に、第1のトランジスタを形成する工程を有し、
前記第1の工程において、
前記第1のトランジスタの第1の拡散層を露出させるように、前記層間絶縁膜内にコンタクトホールを形成す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。 Further before the first step,
Forming a first transistor in a first region of the semiconductor substrate;
In the first step,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a contact hole is formed in the interlayer insulating film so as to expose the first diffusion layer of the first transistor.
前記第1のトランジスタの第2の拡散層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ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 After the step of forming the first transistor,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising a step of forming a capacitor so as to be connected to the second diffusion layer of the first transistor.
前記半導体基板の第1および第2の領域上に、高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板の第1の領域上の高誘電率絶縁膜を除去する工程と、
前記半導体基板の第1および第2の領域上に、導電膜を形成する工程と、
前記導電膜をパターニングすることにより、前記コンタクトホール内にコンタクトプラグ、および前記コンタクトプラグに接続されたビット線を形成し、前記第2の領域に第2のトランジスタ用のゲート電極の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項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,
Forming a high dielectric constant insulating film on the first and second regions of the semiconductor substrate;
Removing the high dielectric constant insulating film on the first region of the semiconductor substrate;
Forming a conductive film on the first and second regions of the semiconductor substrate;
By patterning the conductive film, a contact plug and a bit line connected to the contact plug are formed in the contact hole, and at least a part of the gate electrode for the second transistor is formed in the second region. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed.
前記高誘電率絶縁膜上に第1の金属膜を形成する工程と、
前記第1の金属膜上に、不純物を含有するポリシリコン膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項4または5に記載の半導体装置の製造方法。 After the step of forming the high dielectric constant insulating film, and before the step of forming the conductive film,
Forming a first metal film on the high dielectric constant insulating film;
Forming a polysilicon film containing impurities on the first metal film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein:
前記高誘電率絶縁膜を形成する工程において、
前記NウェルおよびPウェル上にそれぞれ、高誘電率絶縁膜を有する第1および第2のゲート絶縁膜を形成し、
前記第1の金属膜を形成する工程において、
前記第1および第2のゲート絶縁膜上にそれぞれ別々に、第1および第2のゲート電極の一部として前記第1の金属膜を形成し、
前記ポリシリコン膜を形成する工程において、
前記NウェルおよびPウェル上にそれぞれ、前記第1および第2のゲート電極の一部として別々に、前記ポリシリコン膜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。 The second region has an N well and a P well,
In the step of forming the high dielectric constant insulating film,
Forming first and second gate insulating films having a high dielectric constant insulating film on the N well and the P well, respectively;
In the step of forming the first metal film,
Forming the first metal film as a part of the first and second gate electrodes separately on the first and second gate insulating films, respectively;
In the step of forming the polysilicon film,
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the polysilicon film is formed separately as part of the first and second gate electrodes on the N well and the P well, respectively.
前記第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極を有する前記第2のトランジスタは、pチャネル型のトランジスタを構成することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 The second transistor having the first gate insulating film and the first gate electrode constitutes an n-channel transistor,
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the second transistor having the second gate insulating film and the second gate electrode constitutes a p-channel transistor.
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JP2012146804A JP2014011299A (en) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | Semiconductor device manufacturing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2014148423A1 (en) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル | Semiconductor device and method for producing same |
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2012
- 2012-06-29 JP JP2012146804A patent/JP2014011299A/en active Pending
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