JP2014045003A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、下部電極が形成されるシリンダ孔の深さを深くすることなく、キャパシタの容量を増加させることの可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】複数の容量コンタクトパッド45上に配置され、王冠形状とされ、かつキャパシタ54となる下部電極65と、下部電極65の上部の外面と接触するように配置され、下部電極65の上部を支持する下部電極支持部材53と、を有する。
【選択図】図2
【解決手段】複数の容量コンタクトパッド45上に配置され、王冠形状とされ、かつキャパシタ54となる下部電極65と、下部電極65の上部の外面と接触するように配置され、下部電極65の上部を支持する下部電極支持部材53と、を有する。
【選択図】図2
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
一般的に、シリンダ型キャパシタ(王冠形状とされた下部電極を有するキャパシタ)は、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術により層間絶縁膜にシリンダ孔を形成し、次いで、シリンダ孔の内面(言い換えれば、シリンダ孔の底面及び側面が露出する層間絶縁膜の面)に下部電極を形成し、次いで、下部電極間に位置する層間絶縁膜を除去し、その後、下部電極の表面を覆う容量絶縁膜と、容量絶縁膜の表面を覆う上部電極と、を順次形成することで形成される。
ところで、近年の半導体装置の微細化の進展により、隣り合う位置に配置されたシリンダ型キャパシタの間隔が狭くなってきている。また、半導体装置の微細化の進展により、シリンダ型キャパシタが配置されるシリンダ孔の開口径は小さくなる傾向にある。
特許文献1には、半導体基板上に第1の配線層もしくは第1のコンタクトプラグを形成する工程と、第1の配線層もしくは第1のコンタクトプラグ上に柱状のペデスタルを形成する工程と、柱状のペデスタルを埋め込むように絶縁膜を形成する工程と、柱状のペデスタル表面が露出するように絶縁膜に第1のコンタクトホール(シリンダ孔の上部)を形成する工程と、表面が露出した柱状のペデスタルを選択的に除去して、第1のコンタクトホールに連続する第2のコンタクトホール(シリンダ孔の下部)を形成し、第1の配線層もしくは第1のコンタクトプラグの表面を露出させる工程と、第1のコンタクトホールおよび第1のコンタクトホールに連続する第2のコンタクトホールを導体で埋め込んでコンタクトプラグを形成する工程と、を有し、第1の配線層もしくは第1のコンタクトプラグとコンタクトプラグの上層に位置する第2の配線層もしくは第2のコンタクトプラグとを接続する半導体装置の製造方法が開示されている。
上記特許文献1では、フォトリソグラフィ技術を用いてシリンダ孔の下部となる第2のコンタクトホールの形成領域にペデスタルを形成し、第1のコンタクトホール形成後、アッシングによりペデスタルを除去して、第2のコンタクトホールを形成することで、第2のコンタクトホールの開口径を従来よりも大きくすることが可能となるため、シリンダ型キャパシタの下部の容量を大きくすることが可能となる。
特許文献2には、キャパシタの形成工程が、第一シリンダ層間絶縁膜と第二シリンダ層間絶縁膜とを順次形成する工程と、第一シリンダ層間絶縁膜を開孔してなる第一シリンダ孔と第二シリンダ層間絶縁膜を開孔してなる第二シリンダ孔とを形成することにより、第一シリンダ孔と第二シリンダ孔とが連通されてなるシリンダ孔を形成する工程と、第一シリンダ層間絶縁膜のエッチング速度が第二シリンダ層間絶縁膜のエッチング速度の2倍以上6倍未満となるエッチング液を用いて、シリンダ孔内をウエットエッチングすることにより、第一シリンダ孔の孔径を第二シリンダ孔の孔径よりも大きく形成するとともに、第一シリンダ層間絶縁膜と第二シリンダ層間絶縁膜との境界近傍の第二シリンダ孔の孔径を境界に近づくほど大きく形成するエッチング工程と、シリンダ孔の底面及び側面に下部電極を形成する下部電極形成工程と、下部電極の表面に容量絶縁膜を介して上部電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が開示されている。
上記特許文献2では、エッチング液を用いて、第一シリンダ孔の孔径を第二シリンダ孔の孔径よりも大きく形成することで、シリンダ型キャパシタの下部の容量を大きくすることが可能となる。
しかしながら、特許文献1,2に記載の方法を用いた場合、シリンダ型キャパシタの下部の容量を増加させることは可能であるが、シリンダ型キャパシタの下部の容量を増加させることが困難であった。つまり、シリンダ型キャパシタのさらなる容量の増加を実現することが困難であった。
また、特許文献2に記載の方法を用いた場合、シリンダ孔内をウエットエッチングにより、第一のシリンダ孔の開口径を大きくする際、第一のシリンダ孔の開口径だけでなく、第二のシリンダ孔の開口径も大きくなってしまうため、隣接するシリンダ型キャパシタ間において、ショートが発生する恐れがあった。
本発明の一観点によれば、複数の導体上に配置され、王冠形状とされ、かつキャパシタとなる下部電極と、前記下部電極の上部の外面と接触するように配置され、前記下部電極の上部を支持する下部電極支持部材と、を有することを特徴とする半導体装置が提供される。
本発明の半導体装置によれば、王冠形状とされた下部電極の上部の外面と接触するように配置され、下部電極を支持する下部電極支持部材を有することにより、下部電極が形成されるシリンダ孔(層間絶縁膜に形成される孔)の深さを深くすることなく、下部電極支持部材を上方に延在させることで、下部電極支持部材に配置される下部電極が形成される面積を増加させることが可能となる。これにより、容易に、従来よりもキャパシタの容量を増加させることができる。
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体装置の寸法関係とは異なる場合がある。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の主要部を構成する素子分離領域、第1の溝、第2の溝、活性領域、第1の不純物拡散領域、第2の不純物拡散領域、ゲート電極、ダミーゲート電極、及びビット線の位置関係を説明するための平面図である。
図1では、第1の実施の形態の半導体装置10を構成する構成要素のうち、素子分離領域14、第1の溝16、第2の溝17、活性領域19、第1の不純物拡散領域28、第2の不純物拡散領域29、ゲート電極23、ダミーゲート電極24、ビットコンタクト34、及びビット線35のみを図示する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の主要部を構成する素子分離領域、第1の溝、第2の溝、活性領域、第1の不純物拡散領域、第2の不純物拡散領域、ゲート電極、ダミーゲート電極、及びビット線の位置関係を説明するための平面図である。
図1では、第1の実施の形態の半導体装置10を構成する構成要素のうち、素子分離領域14、第1の溝16、第2の溝17、活性領域19、第1の不純物拡散領域28、第2の不純物拡散領域29、ゲート電極23、ダミーゲート電極24、ビットコンタクト34、及びビット線35のみを図示する。
図2は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の主要部の概略構成を示す断面図であり、図1に示す半導体装置のA−A線断面に対応する図である。
なお、図2では、第1の実施の形態の半導体装置10を説明する際に必要な半導体装置10の構成要素を図示するため、実際には、所定の方向(図1に示すY方向)に延在するゲート電極23に対して交差する方向(図1に示すZ方向)に延在するビット線35の一部のみを図示する。
また、図2では、第1の実施の形態の半導体装置10の一例として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を図示する。
なお、図2では、第1の実施の形態の半導体装置10を説明する際に必要な半導体装置10の構成要素を図示するため、実際には、所定の方向(図1に示すY方向)に延在するゲート電極23に対して交差する方向(図1に示すZ方向)に延在するビット線35の一部のみを図示する。
また、図2では、第1の実施の形態の半導体装置10の一例として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を図示する。
図1及び図2を参照するに、第1の実施の形態の半導体装置10は、半導体基板13のメモリセル領域に配置されたメモリセル部11と、半導体基板13の周辺回路領域にメモリセル部11を囲むように配置され、かつ周辺回路用トランジスタ(図示せず)を含む周辺回路部(図示せず)と、を有する。
以下、第1の実施の形態では、主に、半導体装置10を構成するメモリセル部11について説明する。
以下、第1の実施の形態では、主に、半導体装置10を構成するメモリセル部11について説明する。
メモリセル部11は、半導体基板13と、素子分離領域14と、第1の溝16と、第2の溝17と、活性領域19と、ゲート絶縁膜21と、ゲート電極23と、ダミーゲート電極24と、埋め込み絶縁膜26と、第1の不純物拡散領域28と、第2の不純物拡散領域29と、セルトランジスタ30と、ビットコン用層間絶縁膜32と、ビットコンタクト34と、ビット線35と、キャップ絶縁膜37と、サイドウォール39と、容コン用層間絶縁膜42と、容量コンタクトプラグ44と、導体である容量コンタクトパッド45と、エッチングストッパ膜47と、第1の層間絶縁膜49と、シリンダ孔51と、下部電極支持部材53と、キャパシタ54と、第2の層間絶縁膜57と、ビア58と、配線59と、保護膜61と、を有する。
半導体基板13は、メモリセル領域、及びメモリセル領域を囲む周辺回路領域を有した基板である。半導体基板13の主面13aは、平坦な面とされている。半導体基板13としては、例えば、p型単結晶シリコン基板を用いることができる。
素子分離領域14は、半導体基板13の主面13aに設けられている(図1参照)。素子分離領域14は、半導体基板13に形成された素子分離用溝(図示せず)と、該素子分離用溝を埋め込む絶縁膜(図示せず)と、を有する。
該絶縁膜としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)やシリコン酸化膜(SiO2膜)等の単層の絶縁膜、或いは、これらの膜を積層させた積層膜等を用いることができる。
該絶縁膜としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)やシリコン酸化膜(SiO2膜)等の単層の絶縁膜、或いは、これらの膜を積層させた積層膜等を用いることができる。
素子分離領域14は、X方向(図1参照)に延在しており、Y方向(図1参照)に対して複数配置されている。これにより、素子分離領域14は、X方向に延在する帯状の活性領域(図示せず)を区画している。
第1の溝16は、半導体基板13の主面13aに設けられている。第1の溝16は、素子分離領域14を分断するように、Y方向に延在している。第1の溝16は、2つの第1の溝16が第2の溝17に挟み込まれるように配置されている。
第2の溝17は、半導体基板13の主面13aに設けられている。第2の溝17の深さは、第1の溝16の深さと等しい。
第2の溝17は、素子分離領域14を分断するように、Y方向に延在している。第2の溝17は、素子分離領域14が区画する帯状の活性領域(図示せず)を複数に分割することで、複数の活性領域19を区画している。
第2の溝17は、素子分離領域14を分断するように、Y方向に延在している。第2の溝17は、素子分離領域14が区画する帯状の活性領域(図示せず)を複数に分割することで、複数の活性領域19を区画している。
活性領域19は、素子分離領域14及び第2の溝17により区画された半導体基板13の一部である。活性領域19は、2つのセルトランジスタ30が配置されている。
ゲート絶縁膜21は、第1及び第2の溝16,17の内面を覆うように設けられている。ゲート絶縁膜21としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)を用いることができる。
ゲート絶縁膜21は、第1及び第2の溝16,17の内面を覆うように設けられている。ゲート絶縁膜21としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)を用いることができる。
ゲート電極23は、埋め込み型ゲート電極であり、ゲート絶縁膜21を介して、第1の溝16の下部を埋め込むように配置されている。これにより、ゲート電極23は、Y方向(所定の方向)に延在している。ゲート電極23の上面は、平坦な面とされている。
ゲート電極23の母材となる導電膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)と、タングステン膜(W膜)と、を順次成膜した積層膜を用いることができる。
ゲート電極23の母材となる導電膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)と、タングステン膜(W膜)と、を順次成膜した積層膜を用いることができる。
ダミーゲート電極24は、ゲート絶縁膜21を介して、第2の溝17の下部を埋め込むように配置されている。これにより、ダミーゲート電極24は、Y方向に延在している。ダミーゲート電極24の上面は、平坦な面とされている。
ダミーゲート電極24の母材となる導電膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)と、タングステン膜(W膜)と、を順次成膜した積層膜を用いることができる。
ダミーゲート電極24の母材となる導電膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)と、タングステン膜(W膜)と、を順次成膜した積層膜を用いることができる。
埋め込み絶縁膜26は、第1の溝16の上部、及び第2の溝17の上部を埋め込むように配置されている。第1の溝16の上部に配置された埋め込み絶縁膜26は、ゲート電極23の上面を覆うように配置されている。
第2の溝17の上部に配置された埋め込み絶縁膜26は、ダミーゲート電極24の上面を覆うように配置されている。
埋め込み絶縁膜26の上面26aは、半導体基板13の主面13aに対して面一とされている。埋め込み絶縁膜26としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
第2の溝17の上部に配置された埋め込み絶縁膜26は、ダミーゲート電極24の上面を覆うように配置されている。
埋め込み絶縁膜26の上面26aは、半導体基板13の主面13aに対して面一とされている。埋め込み絶縁膜26としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
第1の不純物拡散領域28は、第1の溝16と第2の溝17との間に位置する活性領域19に設けられている。第1の不純物拡散領域28は、ソース/ドレイン領域として機能する。
第1の不純物拡散領域28の上面28aは、半導体基板13の主面13aと一致している。半導体基板13としてp型単結晶シリコン基板を用いる場合、第1の不純物拡散領域28としては、n型不純物拡散領域を用いることができる。
第1の不純物拡散領域28の上面28aは、半導体基板13の主面13aと一致している。半導体基板13としてp型単結晶シリコン基板を用いる場合、第1の不純物拡散領域28としては、n型不純物拡散領域を用いることができる。
第2の不純物拡散領域29は、第1の溝16間に位置する活性領域19に設けられている。第2の不純物拡散領域29は、同一の活性領域19に形成された2つのセルトランジスタ30の共通のソース/ドレイン領域として機能する。
第2の不純物拡散領域29の上面29aは、半導体基板13の主面13aと一致している。半導体基板13としてp型単結晶シリコン基板を用いる場合、第2の不純物拡散領域29としては、n型不純物拡散領域を用いることができる。
第2の不純物拡散領域29の上面29aは、半導体基板13の主面13aと一致している。半導体基板13としてp型単結晶シリコン基板を用いる場合、第2の不純物拡散領域29としては、n型不純物拡散領域を用いることができる。
セルトランジスタ30(選択トランジスタ)は、埋め込み型トランジスタであり、1つの活性領域19に対して2つ設けられている。セルトランジスタ30は、ゲート絶縁膜21、ゲート電極23、第1の不純物拡散領域28、及び第2の不純物拡散領域29を有する。
なお、第1の実施の形態では、セルトランジスタ30の一例として、埋め込み型トランジスタを例に挙げて説明したが、埋め込み型トランジスタに替えてプレーナ型トランジスタを設けてもよい。
ビットコン用層間絶縁膜32は、素子分離領域14の上面、及び埋め込み絶縁膜26の上面26aを覆うように設けられている。ビットコン用層間絶縁膜32は、第2の不純物拡散領域29の上面29aを露出するビットコン開口部32Aを有する。
ビットコン用層間絶縁膜32としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)を用いることができる。
ビットコン用層間絶縁膜32としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)を用いることができる。
ビットコンタクト34は、ビットコン開口部32Aを埋め込むように配置されている。ビットコンタクト34の下端は、第2の不純物拡散領域29の上面29aと接触している。
これにより、ビットコンタクト34は、第2の不純物拡散領域29と電気的に接続されている。ビットコンタクト34を構成する導電膜としては、例えば、ポリシリコン膜を用いることができる。
これにより、ビットコンタクト34は、第2の不純物拡散領域29と電気的に接続されている。ビットコンタクト34を構成する導電膜としては、例えば、ポリシリコン膜を用いることができる。
ビット線35は、ビットコン用層間絶縁膜32上に設けられている。ビット線35は、Z方向(図1参照)に延在しており、Y方向に対して所定の間隔で複数配置されている。ビット線35は、Y方向(所定の方向)に延在するゲート電極23と交差している。
ビット線35は、ビットコンタクト34の上端と一体とされている。これにより、ビット線35は、ビットコンタクト34を介して、第2の不純物拡散領域29と電気的に接続されている。
ビット線35を構成する導電膜としては、例えば、ポリシリコン膜と、タングステン膜(W膜)と、を順次積層させた積層膜を用いることができる。
ビット線35を構成する導電膜としては、例えば、ポリシリコン膜と、タングステン膜(W膜)と、を順次積層させた積層膜を用いることができる。
キャップ絶縁膜37は、ビット線35の上面を覆うように設けられている。キャップ絶縁膜37は、ビット線35の上面を保護すると共に、異方性エッチングにより、ビット線35の母材となる導電膜(例えば、ポリシリコン膜と、タングステン膜(W膜)と、を順次積層させた積層膜)をパターニングする際のエッチングマスクとして機能する。
キャップ絶縁膜37としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
キャップ絶縁膜37としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
サイドウォール39は、ビット線35の側面、及びキャップ絶縁膜37の側面を覆うように配置されている。サイドウォール39は、ビット線35の側面を保護する機能を有する。サイドウォール39としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
容コン用層間絶縁膜42は、ビットコン用層間絶縁膜32上に設けられている。容コン用層間絶縁膜42は、キャップ絶縁膜37及びサイドウォール39を覆う厚さとされている。容コン用層間絶縁膜42の上面42aは、平坦な面とされている。
容コン用層間絶縁膜42としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)を用いることができる。
容コン用層間絶縁膜42としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)を用いることができる。
容量コンタクトプラグ44は、第1の不純物拡散領域28上に位置するビットコン用層間絶縁膜32及び容コン用層間絶縁膜42を貫通している。容量コンタクトプラグ44の下端は、第1の不純物拡散領域28の上面28aと接触している。容量コンタクトプラグ44の上端面44aは、平坦な面とされている。
容量コンタクトプラグ44は、複数の第1の不純物拡散領域28に対して、それぞれ1つ設けられている。
容量コンタクトプラグ44は、複数の第1の不純物拡散領域28に対して、それぞれ1つ設けられている。
容量コンタクトパッド45は、容コン用層間絶縁膜42上に配置されており、容量コンタクトプラグ44の上端と接続されている。容量コンタクトパッド45は、複数の容量コンタクトプラグ44に対して、それぞれ1つ設けられている。
容量コンタクトパッド45は、容量コンタクトプラグ44を介して、セルトランジスタ30を構成する第1の不純物拡散領域28と電気的に接続されている。
容量コンタクトパッド45は、容量コンタクトプラグ44を介して、セルトランジスタ30を構成する第1の不純物拡散領域28と電気的に接続されている。
エッチングストッパ膜47は、容コン用層間絶縁膜42上に、複数の容量コンタクトパッド45(導体)の一部を覆うように配置されている。
エッチングストッパ膜47は、シリンダ孔51の第2の部分51−2を形成する際のウエットエッチングにより、エッチングストッパ膜47の下方に配置された容コン用層間絶縁膜42及びセルトランジスタ40がエッチングされることを防止するための膜である。
エッチングストッパ膜47は、シリンダ孔51の第2の部分51−2を形成する際のウエットエッチングにより、エッチングストッパ膜47の下方に配置された容コン用層間絶縁膜42及びセルトランジスタ40がエッチングされることを防止するための膜である。
エッチングストッパ膜47としては、第1の層間絶縁膜49よりもウエットエッチングレートの遅い絶縁膜を用いる。具体的には、第1の層間絶縁膜49としてシリコン酸化膜(SiO2膜)を用いる場合、エッチングストッパ膜47としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
第1の層間絶縁膜49は、容量コンタクトパッド45の一部を覆うエッチングストッパ膜47上に設けられている。第1の層間絶縁膜49は、容量コンタクトパッド45の上面45aの一部を露出するシリンダ孔51を複数有する。シリンダ孔51は、複数の容量コンタクトパッド45に対してそれぞれ1つ設けられている。
シリンダ孔51は、容量コンタクトパッド45上に配置されたエッチングストッパ膜47及び第1の層間絶縁膜49を貫通している。第1の層間絶縁膜49の厚さが2000nmの場合、シリンダ孔51の深さD1(言い換えれば、第1の層間絶縁膜49の上面49aから容量コンタクトパッド45の上面45aまでの深さ)は、例えば、2050nmとすることができる。
シリンダ孔51は、第1の部分51−1と、第2の部分51−2と、を有する。シリンダ孔51の第1の部分51−1は、容量コンタクトパッド45の上方に位置する第1の層間絶縁膜49の上部に配置されている。シリンダ孔51の第1の部分51−1の開口径は、第2の部分51−2からその上方に離間するにつれて大きくなるような形状とされている。
シリンダ孔51の第1の部分51−1の側面51−1aには、下部電極支持部材53が配置されている。つまり、シリンダ孔51の第1の部分51−1の側面51−1aは、下部電極支持部材53の外面53aの一部と接触している。
シリンダ孔51の第1の部分51−1は、第1の層間絶縁膜49の上部を異方性エッチングすることで形成される。シリンダ孔51の第1の部分51−1の深さD2は、例えば、シリンダ孔51の深さD1の1/3〜1/2の範囲内で適宜設定することができる。
シリンダ孔51の第1の部分51−1は、第1の層間絶縁膜49の上部を異方性エッチングすることで形成される。シリンダ孔51の第1の部分51−1の深さD2は、例えば、シリンダ孔51の深さD1の1/3〜1/2の範囲内で適宜設定することができる。
シリンダ孔51の第2の部分51−2は、第1の部分51−1の下方に位置する第1の層間絶縁膜49の下部(具体的には、第1の部分51−1と容量コンタクトパッド45との間に位置する第1の層間絶縁膜49)に設けられている。
シリンダ孔51の第2の部分51−2は、容量コンタクトパッド45の上面45aの一部を露出している。シリンダ孔51の第2の部分51−2は、第1の部分51−1と一体とされている。
シリンダ孔51の第2の部分51−2の深さD3は、シリンダ孔51の深さD1からシリンダ孔51の第1の部分51−1の深さD2を引いた値に設定することができる。
シリンダ孔51の第2の部分51−2は、容量コンタクトパッド45の上面45aの一部を露出している。シリンダ孔51の第2の部分51−2は、第1の部分51−1と一体とされている。
シリンダ孔51の第2の部分51−2の深さD3は、シリンダ孔51の深さD1からシリンダ孔51の第1の部分51−1の深さD2を引いた値に設定することができる。
シリンダ孔51の第2の部分51−2の開口径R1(但し、エッチングストッパ膜47に配置されたシリンダ孔51の第2の部分51−2の開口径は除く)は、シリンダ孔51の第1の部分51−1の下端の開口径R2よりも大きくなるように構成されている。
これにより、下部電極65が形成可能なシリンダ孔51の第2の部分51−2の表面積を増加させることが可能となるので、キャパシタ54の容量を増加できる。
これにより、下部電極65が形成可能なシリンダ孔51の第2の部分51−2の表面積を増加させることが可能となるので、キャパシタ54の容量を増加できる。
なお、容量コンタクトパッド45の上面45aがシリンダ孔51の第2の部分51−2の下端よりも十分に大きい場合(言い換えれば、第2の部分51−2の下端が容量コンタクトパッド45からはみ出すことがない場合)、エッチングストッパ膜47は設けなくてもよい。
この場合、シリンダ孔51の第2の部分51−2の下端の開口径は、図1に示すエッチングストッパ膜47に位置するシリンダ孔51の第2の部分51−2の下端の開口径よりも大きくすることが可能となる。
これにより、シリンダ孔51に配置される下部電極65と容量コンタクトパッド45との間のコンタクト抵抗を低減できる。
これにより、シリンダ孔51に配置される下部電極65と容量コンタクトパッド45との間のコンタクト抵抗を低減できる。
上記構成とされたシリンダ孔51内には、下部電極支持部材53、下部電極65、容量絶縁膜66、及び上部電極68が配置される。
下部電極支持部材53は、シリンダ孔51の第1の部分51−1の側面51−1aを覆うように配置されている。下部電極支持部材53は、王冠形状とされた下部電極65の上部(具体的には、シリンダ孔51の第2の部分51−2よりも上方に位置する下部電極65)が形成される部材であると共に、下部電極65の上部(第2の部分51−2よりも上方に配置された下部電極65)を支持する部材である。
下部電極支持部材53の形状は、シリンダ孔51の第1の部分51−1の下端からその上方に向かうにつれて、開口径が大きくなる筒状とされている。
下部電極支持部材53は、第1の層間絶縁膜49の上面49aからその上方に突出する突出部53−1を有する。第1の層間絶縁膜49の上面49aを基準としたときの突出部53−1の高さH1は、例えば、500nmとすることができる。突出部53−1の表面53−1aは、下部電極65で覆われている。
下部電極支持部材53は、第1の層間絶縁膜49の上面49aからその上方に突出する突出部53−1を有する。第1の層間絶縁膜49の上面49aを基準としたときの突出部53−1の高さH1は、例えば、500nmとすることができる。突出部53−1の表面53−1aは、下部電極65で覆われている。
このように、シリンダ孔51の第1の部分51−1の側面51−1aに、第1の層間絶縁膜49の上面49aからその上方に突出し、かつ下部電極65が配置される突出部53−1を有した下部電極支持部材53を設けることにより、下部電極65が形成されるシリンダ孔51の深さを深くすることなく、下部電極65が形成される面積を増加させることが可能となる。これにより、従来よりもキャパシタ54の容量を増加させることができる。
下部電極支持部材53は、例えば、導電膜で構成するとよい。該導電膜としては、例えば、ポリシリコン膜や金属膜(例えば、窒化チタン膜(TiN膜)や、チタン膜(Ti膜)と窒化チタン膜(TiN膜)とを順次積層させた積層膜)等を用いることができる。
このように、下部電極支持部材53を導電膜で構成することにより、下部電極支持部材53を下部電極65の一部として機能させることができる。
このように、下部電極支持部材53を導電膜で構成することにより、下部電極支持部材53を下部電極65の一部として機能させることができる。
キャパシタ54は、下部電極支持部材53が配置されたシリンダ孔51内に設けられている。キャパシタ54は、容量コンタクトパッド45上に配置されており、容量コンタクトパッド45を介して、第1の不純物拡散領域28と電気的に接続されている。
キャパシタ54は、下部電極65と、容量絶縁膜66と、上部電極68と、を有する。
キャパシタ54は、下部電極65と、容量絶縁膜66と、上部電極68と、を有する。
下部電極65は、シリンダ孔51の第2の部分51−2の内面51−2a(第2の部分51−2が露出する容量コンタクトパッド45の上面45aの一部を含む)と、第1の層間絶縁膜49から露出された下部電極支持部材53の表面53b(突出部53−1の表面53−1aを含む)と、を覆うように配置されている。下部電極65の形状は、王冠形状とされている。
突出部53−1の表面53−1aに設けられた下部電極65は、第1の層間絶縁膜49の上面49aよりも上方に配置されている。
下部電極65は、シリンダ孔51を埋め込まない厚さとされている。下部電極65を構成する導電膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。
突出部53−1の表面53−1aに設けられた下部電極65は、第1の層間絶縁膜49の上面49aよりも上方に配置されている。
下部電極65は、シリンダ孔51を埋め込まない厚さとされている。下部電極65を構成する導電膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。
容量絶縁膜66は、第1の層間絶縁膜49から露出された下部電極65の表面65a、及び第1の層間絶縁膜49の上面49aを覆うように配置されている。容量絶縁膜66は、下部電極支持部材53及び下部電極65が配置されたシリンダ孔51を埋め込まない厚さとされている。
容量絶縁膜66としては、例えば、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)と、酸化ジルコニウム(ZrO膜)と、を交互に積層させた積層膜を用いることができる。
容量絶縁膜66としては、例えば、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)と、酸化ジルコニウム(ZrO膜)と、を交互に積層させた積層膜を用いることができる。
上部電極68は、容量絶縁膜66の表面66aを覆うと共に、容量絶縁膜66を介して、王冠形状とされた複数の下部電極65内を埋め込むように配置されている。言い換えれば、上部電極68は、下部電極支持部材53、下部電極65、及び容量絶縁膜66が配置された複数のシリンダ孔51を埋め込むように配置されている。
上部電極68の厚さは、第1の層間絶縁膜49の上面49aから突出し、かつ容量絶縁膜66で覆われた複数の突出部53−1を埋め込む厚さとされている。
これにより、上部電極68の上面68aは、突出部53−1に配置された容量絶縁膜66よりも上方に配置されている。また、上部電極68の上面68aは、平坦な面とされている。
上部電極68を構成する導電膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。
これにより、上部電極68の上面68aは、突出部53−1に配置された容量絶縁膜66よりも上方に配置されている。また、上部電極68の上面68aは、平坦な面とされている。
上部電極68を構成する導電膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。
第2の層間絶縁膜57は、上部電極68の上面68aを覆うように配置されている。第2の層間絶縁膜57としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)を用いることができる。
ビア58は、第2の層間絶縁膜57を貫通しており、その下端が上部電極68の上面68aと接続されている。これにより、ビア58は、キャパシタ54と電気的に接続されている。ビア58の上端面は、平坦な面とされており、第2の層間絶縁膜57の上面57aに対して面一とされている。
ビア58は、第2の層間絶縁膜57を貫通しており、その下端が上部電極68の上面68aと接続されている。これにより、ビア58は、キャパシタ54と電気的に接続されている。ビア58の上端面は、平坦な面とされており、第2の層間絶縁膜57の上面57aに対して面一とされている。
配線59は、第2の層間絶縁膜57の上面57aに配置されている。配線59は、第2の層間絶縁膜57のビア58の上端と接続されている。これにより、配線59は、キャパシタ54と電気的に接続されている。
保護膜61は、配線59を覆うように、第2の層間絶縁膜57の上面57aに設けられている。保護膜61としては、例えば、パッシベーション膜を用いることができる。
保護膜61は、配線59を覆うように、第2の層間絶縁膜57の上面57aに設けられている。保護膜61としては、例えば、パッシベーション膜を用いることができる。
第1の実施の形態の半導体装置によれば、容量コンタクトパッド54上に配置され、第1の部分51−1、及び容量コンタクトパッド54の上面54aの一部を露出する第2の部分51−2を有するシリンダ孔51を含む第1の層間絶縁膜49と、シリンダ孔51の第1の部分51−1の側面51−1aを覆うように配置され、下部電極65の上部を支持し、かつ第1の層間絶縁膜49の上面49aから上方に突出した突出部53−1を有する下部電極支持部材53と、シリンダ孔51の第2の部分51−2の内面51−2a、下部電極65の上部の内面65a、及び突出部53−1の表面53−1aを覆う下部電極65と、を有することにより、下部電極65が形成されるシリンダ孔51の深さを深くすることなく、下部電極65が形成される面積を増加させることが可能となる。これにより、従来よりもキャパシタ54の容量を増加させることができる。
また、下部電極支持部材53を導電膜で構成することにより、下部電極支持部材53を下部電極65の一部として機能させることができる。
図3〜図16は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図3〜図16に示す構造体の断面は、図2に示す第1の実施の形態の半導体装置10の切断面に対応している。
図3〜図16において、第1の実施の形態の半導体装置10と同一構成部分には、同一符号を付す。また、図3〜図16には、先に説明した図1に示す素子分離領域14を図示することが困難なため、素子分離領域14の図示を省略する。
また、図3〜図16では、第1の実施の形態の半導体装置10の一例として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を製造する場合を例に挙げる。
図3〜図16において、第1の実施の形態の半導体装置10と同一構成部分には、同一符号を付す。また、図3〜図16には、先に説明した図1に示す素子分離領域14を図示することが困難なため、素子分離領域14の図示を省略する。
また、図3〜図16では、第1の実施の形態の半導体装置10の一例として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を製造する場合を例に挙げる。
次に、図3〜図16を参照して、第1の実施の形態の半導体装置10の製造方法について説明する。
始めに、図3に示す工程では、メモリセル領域及びメモリセル領域を囲む周辺回路領域を有する半導体基板13として、例えば、p型単結晶シリコン基板を準備する。
次いで、周知の手法を用いて、半導体基板13の主面13aに、X方向に延在する帯状の活性領域(図示せず)を区画すると共に、上面が半導体基板13の主面13aに対して面一とされた素子分離領域14を形成する(図1参照。)。
始めに、図3に示す工程では、メモリセル領域及びメモリセル領域を囲む周辺回路領域を有する半導体基板13として、例えば、p型単結晶シリコン基板を準備する。
次いで、周知の手法を用いて、半導体基板13の主面13aに、X方向に延在する帯状の活性領域(図示せず)を区画すると共に、上面が半導体基板13の主面13aに対して面一とされた素子分離領域14を形成する(図1参照。)。
素子分離領域14は、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)法を用いて形成する。この場合、具体的には、半導体基板13に素子分離用溝(図示せず)を形成し、次いで、該素子分離用溝を図示していない絶縁膜(例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)やシリコン酸化膜(SiO2膜)等の単層の絶縁膜、或いは、これらの膜を積層させた積層膜)で埋め込むことで、素子分離領域14を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術により、半導体基板13の主面13aに、第1及び第2の溝16,17を一括形成する。
このとき、第1及び第2の溝16,17は、Y方向(図1参照)に延在し、かつ素子分離領域14を分断するように形成する。第2の溝17は、2つの第1の溝16を挟み込むように形成する。
上記第2の溝17を形成することで、上記帯状の活性領域(図示せず)が複数に分割され、複数の活性領域19が区画される。
このとき、第1及び第2の溝16,17は、Y方向(図1参照)に延在し、かつ素子分離領域14を分断するように形成する。第2の溝17は、2つの第1の溝16を挟み込むように形成する。
上記第2の溝17を形成することで、上記帯状の活性領域(図示せず)が複数に分割され、複数の活性領域19が区画される。
次いで、周知の手法により、第1及び第2の溝16,17の内面を覆うゲート絶縁膜21を形成する。具体的には、例えば、熱酸化法により、第1及び第2の溝16,17の内面を構成する半導体基板13を酸化させることで、ゲート絶縁膜21としてシリコン酸化膜(SiO2膜)を形成する。
次いで、周知の手法により、ゲート絶縁膜21を介して、第1の溝16の下部を埋め込むように配置され、所定の方向(図1に示すY方向)に延在するゲート電極23と、ゲート絶縁膜21を介して、第2の溝17の下部を埋め込むように配置されたダミーゲート電極24と、を一括形成する。
具体的には、例えば、第1及び第2の溝16,17を埋め込むように、ゲート電極23及びダミーゲート電極24の母材となる窒化チタン膜(TiN膜)と、タングステン膜(W膜)と、を順次成膜し、その後、エッチバックにより、第1及び第2の溝16,17の下部のみに窒化チタン膜(TiN膜)及びタングステン膜(W膜)を残存させることで、ゲート電極23及びダミーゲート電極24を形成する。
次いで、周知の手法により、第1及び第2の溝16,17の上部を埋め込み、かつ上面26aが半導体基板13の主面13aに対して面一とされた埋め込み絶縁膜26を形成する。
これにより、ゲート電極23の上面及びダミーゲート電極24の上面は、埋め込み絶縁膜26で覆われる。埋め込み絶縁膜26としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
これにより、ゲート電極23の上面及びダミーゲート電極24の上面は、埋め込み絶縁膜26で覆われる。埋め込み絶縁膜26としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
次いで、フォトリソグラフィ技術及びイオン注入技術により、第1の溝16と第2の溝17との間に位置する活性領域19に配置された第1の不純物拡散領域28と、第1の溝16間に位置する活性領域19に配置された第2の不純物拡散領域29と、を一括形成する。これにより、第1及び第2の不純物拡散領域28,29の上面28a,29aは、半導体基板13の主面13aと一致する。
具体的には、半導体基板13がp型単結晶シリコン基板の場合、上記イオン注入では、活性領域19の主面にn型不純物をドープすることで、第1及び第2の不純物拡散領域28,29を形成する。
これにより、1つの活性領域19に、第1の不純物拡散領域28、第2の不純物拡散領域29、ゲート絶縁膜21、及びゲート電極23を有するセルトランジスタ30(選択トランジスタ)が2つ形成される。
これにより、1つの活性領域19に、第1の不純物拡散領域28、第2の不純物拡散領域29、ゲート絶縁膜21、及びゲート電極23を有するセルトランジスタ30(選択トランジスタ)が2つ形成される。
なお、第1の実施の形態では、セルトランジスタ30の一例として、埋め込み型トランジスタを形成する場合を例に挙げて説明したが、該埋め込み型トランジスタに替えて、プレーナ型トランジスタを形成してもよい。
次いで、周知の手法により、第1の不純物拡散領域28の上面28a、第2の不純物拡散領域29の上面29a、埋め込み絶縁膜26の上面26aを覆うビットコン用層間絶縁膜32を形成する。
具体的には、ビットコン用層間絶縁膜32は、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜することで形成する。この段階では、ビットコン開口部32Aは形成されていない。
具体的には、ビットコン用層間絶縁膜32は、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜することで形成する。この段階では、ビットコン開口部32Aは形成されていない。
次いで、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術により、ビットコン用層間絶縁膜32に、第2の不純物拡散領域29の上面29aを露出するビットコン開口部32Aを形成する。
次いで、周知の手法により、ビットコン開口部32Aを埋め込む厚さで、ビットコン用層間絶縁膜32の上面を覆うように、ビットコンタクト34及びビット線35の母材となる導電膜(例えば、ポリシリコン膜と、タングステン膜(W膜)と、が順次積層された積層膜)を形成する。
次いで、該導電膜の上面を覆うシリコン窒化膜73を形成し、次いで、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術により、シリコン窒化膜73をパターニングすることで、シリコン窒化膜73よりなるキャップ絶縁膜37を形成する。
次いで、キャップ絶縁膜37をマスクとするドライエッチングにより、ビットコン用層間絶縁膜32が露出するまで、上記導電膜をパターニングすることで、ビットコンタクト34及びビット線35を一括形成する。
このとき、ビット線35は、ゲート電極23と交差する方向に延在するように形成される。
次いで、周知の手法により、ビット線35の側面及びキャップ絶縁膜37の側面を覆い、かつシリコン窒化膜(SiN膜)よりなるサイドウォール39を形成する。
このとき、ビット線35は、ゲート電極23と交差する方向に延在するように形成される。
次いで、周知の手法により、ビット線35の側面及びキャップ絶縁膜37の側面を覆い、かつシリコン窒化膜(SiN膜)よりなるサイドウォール39を形成する。
次いで、周知の手法により、ビットコン用層間絶縁膜32上に、キャップ絶縁膜37及びサイドウォール39を覆い、かつ上面42aが平坦化された容コン用層間絶縁膜42を形成する。
具体的には、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、容コン用層間絶縁膜42の母材となるシリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜し、その後、CMP法により、該シリコン酸化膜(SiO2膜)の上面を平坦化することで、容コン用層間絶縁膜42形成する。
具体的には、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、容コン用層間絶縁膜42の母材となるシリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜し、その後、CMP法により、該シリコン酸化膜(SiO2膜)の上面を平坦化することで、容コン用層間絶縁膜42形成する。
次いで、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術により、第1の不純物拡散領域28上に位置するビットコン用層間絶縁膜32及び容コン用層間絶縁膜42を貫通する容量コンタクト孔75を形成する。
このとき、容量コンタクト孔75は、第1の不純物活性領域28の上面28aを露出するように形成する。
このとき、容量コンタクト孔75は、第1の不純物活性領域28の上面28aを露出するように形成する。
次いで、周知の手法により、容量コンタクト孔75を埋め込む容量コンタクトプラグ44を形成する。
このとき、容量コンタクトプラグ44は、その上面44aが容コン用層間絶縁膜42の上面42aに対して面一となるように形成する
このとき、容量コンタクトプラグ44は、その上面44aが容コン用層間絶縁膜42の上面42aに対して面一となるように形成する
次いで、周知の手法により、容コン用層間絶縁膜42の上面42aに、容量コンタクトプラグ44の上面と接続された容量コンタクトパッド45を形成する。
これにより、容量コンタクトパッド45は、容量コンタクトプラグ44を介して、第1の不純物拡散領域28と電気的に接続される。
これにより、容量コンタクトパッド45は、容量コンタクトプラグ44を介して、第1の不純物拡散領域28と電気的に接続される。
次いで、図4に示す工程では、周知の手法により、容コン用層間絶縁膜42の上面42aに、容量コンタクトパッド68を覆い、かつ第1の層間絶縁膜49よりもウエットエッチングレートの遅いエッチングストッパ膜47を形成する。
第1の層間絶縁膜49としてシリコン酸化膜(SiO2膜)を用いる場合、例えば、CVD法により、容コン用層間絶縁膜42の上面42aにシリコン窒化膜(SiN膜)を成膜することで、エッチングストッパ膜47を形成する。
第1の層間絶縁膜49としてシリコン酸化膜(SiO2膜)を用いる場合、例えば、CVD法により、容コン用層間絶縁膜42の上面42aにシリコン窒化膜(SiN膜)を成膜することで、エッチングストッパ膜47を形成する。
次いで、周知の手法により、エッチングストッパ膜47の上面47aを覆う第1の層間絶縁膜49を形成する。具体的には、CVD法を用いて、エッチングストッパ膜47上にシリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜することで、第1の層間絶縁膜49を形成する。
第1の層間絶縁膜49は、後述する図9に示す工程において、複数のシリンダ孔51が形成される層間絶縁膜である。第1の層間絶縁膜49の厚さは、例えば、2000nmとすることができる。
第1の層間絶縁膜49は、後述する図9に示す工程において、複数のシリンダ孔51が形成される層間絶縁膜である。第1の層間絶縁膜49の厚さは、例えば、2000nmとすることができる。
次いで、周知の手法により、第1の層間絶縁膜49の上面49aに、アモルファスカーボン膜77を形成する。第1の層間絶縁膜49の厚さが2000nmの場合、アモルファスカーボン膜77の厚さは、例えば、800nmとすることができる。また、アモルファスカーボン膜77の厚さは、後述する図7に示す工程で形成される下部電極支持部材53の突出部53−1の高さと等しい。
アモルファスカーボン膜77は、後述する図5に示す工程において、第1の開口部77Aが形成されることで、図6に示す工程において、シリンダ孔51の第1の部分51−1を形成する際のエッチングマスクとして機能する。
アモルファスカーボン膜77は、シリンダ孔51の第2の部分51−2を形成後に除去される膜である。
アモルファスカーボン膜77は、シリンダ孔51の第2の部分51−2を形成後に除去される膜である。
次いで、図5に示す工程では、フォトリソグラフィ技術により、アモルファスカーボン膜77上に、複数の開口部79Aを有したレジスト膜79を形成する。
開口部79Aは、アモルファスカーボン膜77の上面77aのうち、アモルファスカーボン膜77に形成される第1の開口部77Aの形成領域を露出するように形成する。言い換えれば、開口部79Aは、容量コンタクトパッド45の上方に位置するレジスト膜79を貫通するように形成する。
開口部79Aは、アモルファスカーボン膜77の上面77aのうち、アモルファスカーボン膜77に形成される第1の開口部77Aの形成領域を露出するように形成する。言い換えれば、開口部79Aは、容量コンタクトパッド45の上方に位置するレジスト膜79を貫通するように形成する。
次いで、複数の開口部79Aを有したレジスト膜79をマスクとする異方性ドライエッチングにより、第1の層間絶縁膜49の上面49aが露出するまで、アモルファスカーボン膜77をエッチングすることで、アモルファスカーボン膜77を貫通する複数の第1の開口部77Aを形成する。
次いで、図6に示す工程では、複数の第1の開口部77Aが形成されたアモルファスカーボン膜77をマスクとする異方性エッチング(例えば、異方性ドライエッチング)により、第1の層間絶縁膜49の一部をエッチングする(言い換えれば、第1の層間絶縁膜49を途中までエッチングする)ことで、シリンダ孔51の第1の部分51−1(後述する図9に示すシリンダ孔51の一部)を形成する。
このとき、シリンダ孔51の第1の部分51−1は、その下端から上端に向かうにつれて、開口径が大きくなるような形状に加工される。
このとき、シリンダ孔51の第1の部分51−1は、その下端から上端に向かうにつれて、開口径が大きくなるような形状に加工される。
シリンダ孔51の第1の部分51−1の深さD2は、例えば、図2に示すシリンダ孔51の深さD1の1/3〜1/2の範囲内の深さに設定することができる。具体的には、第1の層間絶縁膜49の厚さが2000nmの場合、シリンダ孔51の第1の部分51−1の深さD2は、例えば、1000nmとすることができる。
次いで、図7に示す工程では、第1の開口部77Aに露出されたアモルファスカーボン膜77の面77b、及びシリンダ孔51の第1の部分51−1の側面51−1aを覆うように、突出部53−1を有した下部電極支持部材53を形成する。
具体的には、下部電極支持部材53は、例えば、以下の方法により形成する。始めに、第1の開口部77A及びシリンダ孔51の第1の部分51−1を埋め込まない厚さで、アモルファスカーボン膜77の上面77a、第1の開口部77Aに露出されたアモルファスカーボン膜77の面77b、及び第1の部分51−1の内面51−1c(第1の部分51−1の側面51−1a及び底面51−1bよりなる面)を覆うように、下部電極支持部材53の母材となる導電膜82を成膜する。
上記導電膜82としては、例えば、ポリシリコン膜や金属膜(例えば、窒化チタン膜(TiN膜)や、チタン膜(Ti膜)と窒化チタン膜(TiN膜)とを順次積層させた積層膜)等を用いることができる。
このように、導電膜82を用いて下部電極支持部材53を形成することにより、下部電極支持部材53を下部電極65の一部として機能させることができる。
このように、導電膜82を用いて下部電極支持部材53を形成することにより、下部電極支持部材53を下部電極65の一部として機能させることができる。
次いで、導電膜82をエッチバックして、アモルファスカーボン膜77の面77b、及びシリンダ孔51の第1の部分51−1の側面51−1aのみに導電膜82を残存させることで、導電膜82よりなり、かつ突出部53−1を有した下部電極支持部材53を形成する。
下部電極支持部材53は、下部電極65の上部(図2に示す第1の部分51−1よりも上方に配置された下部電極65)が形成される部材である。下部電極支持部材53は、シリンダ孔51の第1の部分51−1の下端からその上方に向かうにつれて、開口径が大きくなる筒状に形成される。
下部電極支持部材53は、下部電極65の上部(図2に示す第1の部分51−1よりも上方に配置された下部電極65)が形成される部材である。下部電極支持部材53は、シリンダ孔51の第1の部分51−1の下端からその上方に向かうにつれて、開口径が大きくなる筒状に形成される。
突出部53−1は、アモルファスカーボン膜77の面77bを覆うように形成される。第1の層間絶縁膜49の上面49aを基準としたときの突出部53−1の高さH1は、第1の層間絶縁膜49上に形成されたアモルファスカーボン膜77の厚さと等しい。
アモルファスカーボン膜77の厚さが800nmの場合、突出部53−1の高さH1は、例えば、800nmとすることができる。
アモルファスカーボン膜77の厚さが800nmの場合、突出部53−1の高さH1は、例えば、800nmとすることができる。
次いで、図8に示す工程では、アモルファスカーボン膜77及び下部電極支持部材53をマスクとする異方性エッチング(例えば、異方性ドライエッチング)により、図7に示すシリンダ孔51の第1の部分51−1の下方に位置する第1の層間絶縁膜49をエッチングすることで、シリンダ孔51の第1の部分51−1と一体とされ、かつ容量コンタクトパッド45の上面45aを露出する孔84を形成する。
このとき、孔84は、その上端から下端に向かうにつれて、開口径が小さくなる形状に加工される。
また、上記異方性エッチングにより、アモルファスカーボン膜77の上部がエッチングされることで、アモルファスカーボン膜77の上面77aの位置は、突出部53−1の上端から下方に移動する。
これにより、この段階において、突出部53−1の一部は、アモルファスカーボン膜77の上面77aからその上方に突出する。
また、上記異方性エッチングにより、アモルファスカーボン膜77の上部がエッチングされることで、アモルファスカーボン膜77の上面77aの位置は、突出部53−1の上端から下方に移動する。
これにより、この段階において、突出部53−1の一部は、アモルファスカーボン膜77の上面77aからその上方に突出する。
次いで、図9に示す工程では、孔84の側壁84A(図8参照)を構成する第1の層間絶縁膜49をウエットエッチングすることで、シリンダ孔51の第1の部分51−1と一体とされ、かつ容量コンタクトパッド45の上面45aを露出するシリンダ孔51の第2の部分51−2を形成する。
これにより、第1及び第2の部分51−1,51−2を有するシリンダ孔51が形成される。また、シリンダ孔51の第2の部分51−2の内面51−2aには、後述する図11に示す工程において、下部電極65が形成される。
これにより、第1及び第2の部分51−1,51−2を有するシリンダ孔51が形成される。また、シリンダ孔51の第2の部分51−2の内面51−2aには、後述する図11に示す工程において、下部電極65が形成される。
具体的には、第1の層間絶縁膜49を選択的にエッチングするエッチング液(例えば、フッ化水素水)を用いたウエットエッチングにより、孔84の側壁84A(図8参照)を構成する第1の層間絶縁膜49を選択的にエッチングすることで、孔84(図8参照)よりも開口径の大きいシリンダ孔51の第2の部分51−2を形成する。
このとき、シリンダ孔51の第2の部分51−2の開口径R1(但し、エッチングストッパ膜47に配置されたシリンダ孔51の第2の部分51−2の開口径は除く)は、シリンダ孔51の第1の部分51−1の下端の開口径R2よりも大きくなるように形成される。
これにより、下部電極65が形成されるシリンダ孔51の第2の部分51−2の表面積を増加させることが可能となるので、キャパシタ54(図2参照)の容量を増加させることができる。
これにより、下部電極65が形成されるシリンダ孔51の第2の部分51−2の表面積を増加させることが可能となるので、キャパシタ54(図2参照)の容量を増加させることができる。
また、シリンダ孔51の第2の部分51−2を形成するウエットエッチングを行う前の段階において、シリンダ孔51の側面51−1aが導電膜よりなる下部電極支持部材53で覆われると共に、第1の層間絶縁膜49の上面49aがアモルファスカーボン膜77で覆われている。
これにより、2の部分51−2を形成するウエットエッチングを行う際、下部電極支持部材53及びアモルファスカーボン膜77がエッチングストッパ膜として機能するため、第1の部分51−1の側壁を構成する第1の層間絶縁膜49がエッチングされることを防止可能となる。
よって、後述する図11〜図14に示す工程において、シリンダ孔51内に下部電極54を形成した際、隣接する下部電極65が接触することを抑制可能となるので、隣接するキャパシタ54間においてショートが発生することを抑制できる。
したがって、半導体装置10のさらなる微細に対応することができる。
よって、後述する図11〜図14に示す工程において、シリンダ孔51内に下部電極54を形成した際、隣接する下部電極65が接触することを抑制可能となるので、隣接するキャパシタ54間においてショートが発生することを抑制できる。
したがって、半導体装置10のさらなる微細に対応することができる。
第1の層間絶縁膜49の厚さが2000nmの場合、シリンダ孔51の深さD1(言い換えれば、第1の層間絶縁膜49の上面49aから容量コンタクトパッド45の上面45aまでの深さ)は、例えば、2050nmとすることができる。
シリンダ孔51の深さD1が2050nm、シリンダ孔51の第1の部分51−1の深さD2が1000nmの場合、シリンダ孔51の第2の部分51−2の深さD3は、例えば、1050nmとすることができる。
シリンダ孔51の深さD1が2050nm、シリンダ孔51の第1の部分51−1の深さD2が1000nmの場合、シリンダ孔51の第2の部分51−2の深さD3は、例えば、1050nmとすることができる。
次いで、図10に示す工程では、図9に示すアモルファスカーボン膜77を除去することで、第1の層間絶縁膜49の上面49aを露出させる。具体的には、例えば、O2アッシングを行うことで、アモルファスカーボン膜77を除去する。
これにより、高さH1とされた突出部53−1が、第1の層間絶縁膜49の上面49aからその上方に突出する。
これにより、高さH1とされた突出部53−1が、第1の層間絶縁膜49の上面49aからその上方に突出する。
次いで、図11に示す工程では、第1の層間絶縁膜49から露出された下部電極支持部材53の表面53b(突出部53−1の表面53−1aを含む)、及びシリンダ孔51の第2の部分51−2の内面51−2aを覆うように、下部電極65(図13参照)の母材となる導電膜86を成膜する。
具体的には、導電膜86は、例えば、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて成膜することができる。また、導電膜86としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。
具体的には、導電膜86は、例えば、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて成膜することができる。また、導電膜86としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。
次いで、図12に示す工程では、フォトリソグラフィ技術により、下部電極65を介して複数のシリンダ孔51内を埋め込むと共に、突出部53−1の上端に形成された下部電極65を覆うレジスト膜87を形成する。
このとき、第1の層間絶縁膜49上に形成された導電膜86がレジスト膜87から露出されるように、レジスト膜87を形成する。
このとき、第1の層間絶縁膜49上に形成された導電膜86がレジスト膜87から露出されるように、レジスト膜87を形成する。
次いで、図13に示す工程では、レジスト膜87をマスクとする異方性エッチング(例えば、異方性ドライエッチング)により、第1の層間絶縁膜49上に形成された不要な導電膜86(図12参照)を除去することで、第1の層間絶縁膜49の上面49aを露出させる。
これにより、各シリンダ孔51に、第1の層間絶縁膜49から露出された下部電極支持部材53の表面53b、及びシリンダ孔51の第2の部分51−2の内面51−2aを覆い、かつ王冠形状とされた下部電極65(導電膜86を母材とする電極)が形成される。
これにより、各シリンダ孔51に、第1の層間絶縁膜49から露出された下部電極支持部材53の表面53b、及びシリンダ孔51の第2の部分51−2の内面51−2aを覆い、かつ王冠形状とされた下部電極65(導電膜86を母材とする電極)が形成される。
このように、シリンダ孔51の第1の部分51−1の内面51−1aに、第1の層間絶縁膜49の上面49aからその上方に突出し、かつ下部電極65の上部が形成される突出部53−1を有した下部電極支持部材53を形成することにより、下部電極65が形成されるシリンダ孔51の深さを深くすることなく、下部電極65が形成される面積を増加させることが可能となる。これにより、従来よりもキャパシタ54(図2参照)の容量を増加させることができる。
次いで、図14に示す工程では、周知の手法により、図13に示すレジスト膜87を除去する。これにより、シリンダ孔51内に形成された下部電極65が露出される。
次いで、図15に示す工程では、王冠形状とされた下部電極65内を埋め込まない厚さで、下部電極65の表面65aを覆うように、キャパシタ54となる容量絶縁膜66を形成する。
具体的には、例えば、ALD法により、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)と、酸化ジルコニウム(ZrO膜)と、を交互に積層させることで、容量絶縁膜66を形成する。
次いで、図15に示す工程では、王冠形状とされた下部電極65内を埋め込まない厚さで、下部電極65の表面65aを覆うように、キャパシタ54となる容量絶縁膜66を形成する。
具体的には、例えば、ALD法により、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)と、酸化ジルコニウム(ZrO膜)と、を交互に積層させることで、容量絶縁膜66を形成する。
次いで、容量絶縁膜66を介して、王冠形状とされた複数の下部電極65内を埋め込み、かつ第1の層間絶縁膜49上に突出する容量絶縁膜66(言い換えれば、突出部53−1に形成された容量絶縁膜66)を覆う厚さで、キャパシタ54となる上部電極68を形成する。このとき、上部電極68は、その上面68aが平坦な面となるように形成する。
具体的には、例えば、ALD法により、窒化チタン膜(TiN膜)を成膜することで、上部電極68を形成する。
具体的には、例えば、ALD法により、窒化チタン膜(TiN膜)を成膜することで、上部電極68を形成する。
次いで、図16に示す工程では、周知の手法により、上部電極68の上面68aを覆う第2の層間絶縁膜57を形成する。
具体的には、例えば、CVD法により、上部電極68の上面68aを覆うシリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜することで、該シリコン酸化膜(SiO2膜)よりなる第2の層間絶縁膜57を形成する。
具体的には、例えば、CVD法により、上部電極68の上面68aを覆うシリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜することで、該シリコン酸化膜(SiO2膜)よりなる第2の層間絶縁膜57を形成する。
次いで、周知の手法により、第2の層間絶縁膜57を貫通し、下端が上部電極68の上面68aと接続されたビア58を形成する。このとき、ビア58の上端面が、第2の層間絶縁膜57の上面57aに対して平坦な面となるように、ビア58を形成する。
次いで、周知の手法により、第2の層間絶縁膜57の上面57aに、配線59を形成する。このとき、配線59は、第2の層間絶縁膜57のビア58の上端と接続されるように形成する。これにより、配線59は、キャパシタ54と電気的に接続される。
次いで、第2の層間絶縁膜57の上面57aに、配線59を覆う保護膜61を形成する。保護膜61としては、例えば、パッシベーション膜を用いることができる。
次いで、第2の層間絶縁膜57の上面57aに、配線59を覆う保護膜61を形成する。保護膜61としては、例えば、パッシベーション膜を用いることができる。
これにより、メモリセル部11が形成され、メモリセル部11を有した第1の実施の形態の半導体装置10が製造される。
第1の実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、複数の容量コンタクトパッド45を覆う第1の層間絶縁膜49上に、第1の開口部77Aを有したアモルファスカーボン膜77を形成し、次いで、アモルファスカーボン膜77をマスクとする異方性エッチングにより、第1の層間絶縁膜49の一部をエッチングすることで、シリンダ孔51の第1の部分51−1を形成し、次いで、第1の開口部77Aに露出されたアモルファスカーボン膜77の面77b、及び第1の部分51−1の側面51−1aを覆う下部電極支持部材53を形成し、次いで、第1の部分51−1の下方に位置する第1の層間絶縁膜49をエッチングすることで、第1の部分51−1と一体とされ、かつ容量コンタクトパッド45の上面45aを露出するシリンダ孔51の第2の部分51−2を形成し、その後、アモルファスカーボン膜77を除去することで、下部電極支持部材53の突出部53−1を第1の層間絶縁膜49の上面49aからその上方に突出させることが可能となる。
また、第1の層間絶縁膜49から露出された下部電極支持部材53の表面53b、及び第2の部分51−2の内面51−2aを覆う下部電極65を形成することにより、突出部53−1の表面53−1aを覆うように下部電極65が形成される。
このように、シリンダ孔51が形成される第1の層間絶縁膜49の上面49aから突出する突出部53−1を有した下部電極支持部材53を形成すると共に、第1の層間絶縁膜49から露出された下部電極支持部材53の表面53bを覆うように下部電極65を形成することにより、下部電極65が形成されるシリンダ孔51の深さを深くすることなく、下部電極65が形成される面積を増加させることが可能となる。これにより、従来よりもキャパシタ54の容量を増加させることができる。
さらに、導電膜82を用いて、下部電極支持部材53を形成することで、下部電極支持部材53を下部電極65の一部として機能させることができる。
さらに、導電膜82を用いて、下部電極支持部材53を形成することで、下部電極支持部材53を下部電極65の一部として機能させることができる。
なお、第1の実施の形態では、下部電極65の下端と接続される容量コンタクトパッド45を形成した場合を例に挙げて説明したが、容量コンタクトパッド45がシリンダ孔51の第2の部分51−2の下端よりも十分に大きい場合(言い換えれば、第2の部分の下端が容量コンタクトパッド45からはみ出すことがない場合)、エッチングストッパ膜47は設けなくてもよい。
この場合、シリンダ孔51の第2の部分51−2の下端の開口径は、図16に示すエッチングストッパ膜47に位置するシリンダ孔51の第2の部分51−2の下端の開口径よりも大きくすることが可能となる。
これにより、シリンダ孔51内に形成される下部電極65と容量コンタクトパッド45との間のコンタクト抵抗を低減することができる。
これにより、シリンダ孔51内に形成される下部電極65と容量コンタクトパッド45との間のコンタクト抵抗を低減することができる。
(第2の実施の形態)
図17は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の主要部の概略構成を示す断面図である。図17において、第1の実施の形態の半導体装置10と同一構成部分には同一符号を付す。また、図17では、第2の実施の形態の半導体装置100の一例として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を図示する。
図17は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の主要部の概略構成を示す断面図である。図17において、第1の実施の形態の半導体装置10と同一構成部分には同一符号を付す。また、図17では、第2の実施の形態の半導体装置100の一例として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を図示する。
図17を参照するに、第2の実施の形態の半導体装置100は、第1の実施の形態の半導体装置10のメモリセル部11に替えて、メモリセル部101を設けたこと以外は、第1の実施の形態の半導体装置10と同様に構成される。
メモリセル部101は、第1の実施の形態で説明したメモリセル部11に設けられた第1の層間絶縁膜49及びキャパシタ54の替わりに、サポート膜103、空間104、及びキャパシタ107を設けたこと以外は、メモリセル部11と同様に構成される。
メモリセル部101は、第1の実施の形態で説明したメモリセル部11に設けられた第1の層間絶縁膜49及びキャパシタ54の替わりに、サポート膜103、空間104、及びキャパシタ107を設けたこと以外は、メモリセル部11と同様に構成される。
サポート膜103は、層状とされており、複数の下部電極支持部材53の外面53aと接続されている。サポート膜103は、第2の開口部113を有する。第2の開口部113は、後述する図26に示す工程において、ウエットエッチング法により、図18に示すサポート膜103の直下に配置された第1の層間絶縁膜49を除去する際、エッチング液を第1の層間絶縁膜49に供給するための貫通部である。
サポート膜103は、複数の下部電極支持部材53を介して、複数の下部電極65を連結している。サポート膜103としては、後述する図25に示す第1の層間絶縁膜49よりもウエットエッチングレートの遅い絶縁膜を用いる。
第1の層間絶縁膜49としてシリコン酸化膜(SiO2膜)を用いる場合、サポート膜103としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
第1の層間絶縁膜49としてシリコン酸化膜(SiO2膜)を用いる場合、サポート膜103としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
下部電極65の下部(下部電極支持部材53よりも下方に配置された下部電極65)の開口径(但し、エッチングストッパ膜47に形成された下部電極65の下部は除く)は、下部電極65の上部(下部電極支持部材53に配置された下部電極65)の下端の開口径よりも大きくなるように構成されている。
空間104は、エッチングストッパ膜47とサポート膜103との間に位置する下部電極65間に形成されている。空間104は、後述する図26に示す工程において、図25に示す第1の層間絶縁膜49を除去することで形成される空間である。
空間104は、サポート膜103の下方に配置されており、下部電極支持部材53の外面53a、及び下部電極65の下部の外面65−2bを露出している。空間104は、容量絶縁膜66を介して、上部電極68で充填されている。
空間104は、サポート膜103の下方に配置されており、下部電極支持部材53の外面53a、及び下部電極65の下部の外面65−2bを露出している。空間104は、容量絶縁膜66を介して、上部電極68で充填されている。
容量絶縁膜66は、下部電極65の上部の表面65−1a、下部電極65の下部の内面65−2a、下部電極65の下部の外面65−2b、下部電極支持部材53の外面53a、エッチングストッパ膜47の上面47a、サポート膜103の上面103a及び下面103b、及び第2の開口部113に露出されたサポート膜103の面を覆うように配置されている。
容量絶縁膜66は、第2の開口部113、王冠形状とされた下部電極65内、及び空間104を埋め込まない厚さとされている。
容量絶縁膜66は、第2の開口部113、王冠形状とされた下部電極65内、及び空間104を埋め込まない厚さとされている。
上部電極68は、容量絶縁膜66の表面66aを覆うと共に、容量絶縁膜66を介して、下部電極65内及び空間104を埋め込むように配置されている。
第2の実施の形態の半導体装置によれば、サポート膜103の上面103aから上方に、下部電極65で覆われた下部電極支持部材53の突出部53−1を突出させると共に、エッチングストッパ膜47とサポート膜103との間に位置する下部電極65間に形成され、かつ下部電極65の下部の外面65−2b、及びサポート膜103の下方に位置する下部電極支持部材53の外面53aを露出する空間104を容量絶縁膜66及び上部電極68で充填することにより、第1の実施の形態の半導体装置10と比較して、さらにキャパシタ107の容量を大きくすることができる。
図18〜図28は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図18〜図28に示す構造体の断面は、図17に示す第2の実施の形態の半導体装置100の切断面に対応している。
図18〜図28において、第2の実施の形態の半導体装置100、及び第1の実施の形態で説明した図4〜図16に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
また、図18〜図28では、第2の実施の形態の半導体装置100の一例として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を製造する場合を例に挙げる。
図18〜図28において、第2の実施の形態の半導体装置100、及び第1の実施の形態で説明した図4〜図16に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
また、図18〜図28では、第2の実施の形態の半導体装置100の一例として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を製造する場合を例に挙げる。
次に、主に図18〜図28を参照して、第2の実施の形態の半導体装置100の製造方法について説明する。
始めに、第1の実施の形態の図3に示す工程と同様な処理を行うことで、図3に示す構造体を形成する。
始めに、第1の実施の形態の図3に示す工程と同様な処理を行うことで、図3に示す構造体を形成する。
次いで、図18に示す工程では、第1の実施の形態の図4に示す工程と同様な手法により、容コン層間絶縁膜42の上面42aに、容量コンタクトパッド68を覆い、かつ第1の層間絶縁膜49よりもウエットエッチングレートの遅いエッチングストッパ膜47(例えば、シリコン窒化膜(SiN膜))と、エッチングストッパ膜47の上面47aを覆う第1の層間絶縁膜49(例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜))と、を順次成膜する。第1の層間絶縁膜49の厚さは、例えば、2000nmとすることができる。
次いで、周知の手法により、第1の層間絶縁膜49の上面49aを覆い(言い換えれば、エッチングストッパ膜47上に形成される第1の層間絶縁膜49とアモルファスカーボン膜77との間に配置され)、かつ第1の層間絶縁膜49よりもウエットエッチングレートの遅いサポート膜形成用絶縁膜111を形成する。
具体的には、例えば、CVD法により、第1の層間絶縁膜49の上面49aを覆うシリコン窒化膜(SiN膜)を成膜することで、サポート膜形成用絶縁膜111を形成する。サポート膜形成用絶縁膜111は、図25に示すサポート膜103の母材となる膜である。
サポート膜形成用絶縁膜111の厚さは、例えば、100nmとすることができる。
サポート膜形成用絶縁膜111の厚さは、例えば、100nmとすることができる。
次いで、第1の実施の形態で説明した図4に示す工程と同様な手法により、サポート膜形成用絶縁膜111上にアモルファスカーボン膜77を形成する。第1の層間絶縁膜49の厚さが2000nmの場合、アモルファスカーボン膜77の厚さは、例えば、800nmとすることができる。
アモルファスカーボン膜77は、後述する図19に示す工程において、第1の開口部77Aが形成されることで、図20に示す工程において、シリンダ孔51の第1の部分51−1を形成する際のエッチングマスクとして機能する。
アモルファスカーボン膜77は、シリンダ孔51の第2の部分51−2を形成後に除去される膜である。
アモルファスカーボン膜77は、後述する図19に示す工程において、第1の開口部77Aが形成されることで、図20に示す工程において、シリンダ孔51の第1の部分51−1を形成する際のエッチングマスクとして機能する。
アモルファスカーボン膜77は、シリンダ孔51の第2の部分51−2を形成後に除去される膜である。
次いで、図19に示す工程では、第1の実施の形態で説明した図5に示す工程と同様な手法により、アモルファスカーボン膜77上に、複数の開口部79Aを有したレジスト膜79を形成する。
次いで、複数の開口部79Aを有したレジスト膜79をマスクとする異方性ドライエッチングにより、サポート膜形成用絶縁膜111の上面111aが露出するまで、アモルファスカーボン膜77をエッチングすることで、アモルファスカーボン膜77を貫通する複数の第1の開口部77Aを形成する。
次いで、図20に示す工程では、複数の第1の開口部77Aが形成されたアモルファスカーボン膜77をマスクとする異方性エッチング(例えば、異方性ドライエッチング)により、サポート膜形成用絶縁膜111、及び第1の層間絶縁膜49の一部をエッチングする(言い換えれば、第1の層間絶縁膜49を途中までエッチングする)ことで、シリンダ孔51の第1の部分51−1を形成する。
これにより、シリンダ孔51の第1の部分51−1は、容量コンタクトパッド45の上方に位置するサポート膜形成用絶縁膜111を貫通するように形成される。また、シリンダ孔51の第1の部分51−1は、その下端から上端に向かうにつれて、開口径が大きくなるような形状に加工される。
これにより、シリンダ孔51の第1の部分51−1は、容量コンタクトパッド45の上方に位置するサポート膜形成用絶縁膜111を貫通するように形成される。また、シリンダ孔51の第1の部分51−1は、その下端から上端に向かうにつれて、開口径が大きくなるような形状に加工される。
シリンダ孔51の第1の部分51−1の深さD2は、例えば、後述する図22に示すシリンダ孔51の深さD1の1/3〜1/2の範囲内の深さに設定することができる。具体的には、第1の層間絶縁膜49の厚さが2000nm、サポート膜形成用絶縁膜111の厚さが100nmの場合、シリンダ孔51の第1の部分51−1の深さD2は、例えば、1100nmとすることができる。
次いで、図21に示す工程では、第1の実施の形態で説明した図7に示す工程と同様な手法により、第1の開口部77Aに露出されたアモルファスカーボン膜77の面77b、及びシリンダ孔51の第1の部分51−1の側面51−1a(この場合、第1の部分51−1に露出されたサポート膜形成用絶縁膜111の面も含む)を覆い、かつ突出部53−1を有した下部電極支持部材53を形成する。
具体的には、下部電極支持部材53の母材となる導電膜82を成膜し、その後、導電膜82をエッチバックすることで、下部電極支持部材53を形成する。
上記導電膜82として、例えば、ポリシリコン膜や金属膜(例えば、窒化チタン膜(TiN膜)や、チタン膜(Ti膜)と窒化チタン膜(TiN膜)とを順次積層させた積層膜)等を用いることができる。
このように、導電膜82で下部電極支持部材53を構成することにより、下部電極支持部材53を下部電極65の一部として機能させることができる。
上記導電膜82として、例えば、ポリシリコン膜や金属膜(例えば、窒化チタン膜(TiN膜)や、チタン膜(Ti膜)と窒化チタン膜(TiN膜)とを順次積層させた積層膜)等を用いることができる。
このように、導電膜82で下部電極支持部材53を構成することにより、下部電極支持部材53を下部電極65の一部として機能させることができる。
下部電極支持部材53は、下部電極65の上部(図24参照)が形成される部材である。下部電極支持部材53は、シリンダ孔51(図22参照)の第1の部分51−1の下端からその上方に向かうにつれて、開口径が大きくなる筒状となるように形成される。
サポート膜形成用絶縁膜111の上面111aを基準としたときの突出部53−1の高さH1は、サポート膜形成用絶縁膜111上に形成されたアモルファスカーボン膜77の厚さと等しい。
アモルファスカーボン膜77の厚さが800nmの場合、突出部53−1の高さH1は、例えば、800nmとすることができる。
アモルファスカーボン膜77の厚さが800nmの場合、突出部53−1の高さH1は、例えば、800nmとすることができる。
次いで、図22に示す工程では、第1の実施の形態で説明した図8及び図9に示す工程と同様な処理(具体的には、異方性エッチング(異方性ドライエッチング)工程、及び等方性エッチング(ウエットエッチング)工程)を行うことで、シリンダ孔51の第1の部分51−1と一体とされ、かつ容量コンタクトパッド45の上面45aを露出するシリンダ孔51の第2の部分51−2を形成する。これにより、第1及び第2の部分51−1,51−2を有するシリンダ孔51が形成される。
このとき、シリンダ孔51の第2の部分51−2の開口径R1(但し、エッチングストッパ膜47に配置された第2の部分51−2の開口径は除く)は、シリンダ孔51の第1の部分51−1の下端の開口径R2よりも広くなるように形成される。
これにより、下部電極65が形成されるシリンダ孔51の第2の部分51−2の表面積を増加させることが可能となるため、キャパシタ107(図27参照)の容量を増加させることができる。
これにより、下部電極65が形成されるシリンダ孔51の第2の部分51−2の表面積を増加させることが可能となるため、キャパシタ107(図27参照)の容量を増加させることができる。
また、上記異方性エッチングにより、アモルファスカーボン膜77の上部がエッチングされることで、アモルファスカーボン膜77の上面77aの位置は、突出部53−1の上端から下方に移動する。
これにより、この段階において、突出部53−1の一部は、アモルファスカーボン膜77の上面77aからその上方に突出する。
これにより、この段階において、突出部53−1の一部は、アモルファスカーボン膜77の上面77aからその上方に突出する。
第1の層間絶縁膜49の厚さが2000nm、サポート膜形成用絶縁膜111の厚さが100nmの場合、シリンダ孔51の深さD1は、例えば、2150nmとすることができる。
シリンダ孔51の深さD1が2150nm、シリンダ孔51の第1の部分51−1の深さD2が1100nmの場合、シリンダ孔51の第2の部分51−2の深さD3は、例えば、1050nmとすることができる。
シリンダ孔51の深さD1が2150nm、シリンダ孔51の第1の部分51−1の深さD2が1100nmの場合、シリンダ孔51の第2の部分51−2の深さD3は、例えば、1050nmとすることができる。
次いで、図23に示す工程では、図22に示すアモルファスカーボン膜77を除去することで、複数の下部電極支持部材53を連結するサポート膜形成用絶縁膜111の上面111aを露出させる。具体的には、例えば、O2アッシングを行うことで、アモルファスカーボン膜77を除去する。
これにより、高さH1とされた突出部53−1が、サポート膜形成用絶縁膜111の上面111aからその上方に突出する、
これにより、高さH1とされた突出部53−1が、サポート膜形成用絶縁膜111の上面111aからその上方に突出する、
次いで、図24に示す工程では、第1の実施の形態で説明した図11〜図14に示す工程と同様な処理を行うことで、サポート膜形成用絶縁膜111及び第1の層間絶縁膜49から露出された下部電極支持部材53の表面53b(突出部53−1の表面53−1aを含む)、及びシリンダ孔51の第2の部分51−2の内面51−2aを覆う下部電極65を形成する。
これにより、下部電極65は、その下端が容量コンタクトパッド45の上面45aと接続されることで、容量コンタクトパッド45を介して、第1の不純物拡散領域28と電気的に接続される。
これにより、下部電極65は、その下端が容量コンタクトパッド45の上面45aと接続されることで、容量コンタクトパッド45を介して、第1の不純物拡散領域28と電気的に接続される。
具体的には、例えば、ALD法により、下部電極65の母材となる導電膜86(例えば、窒化チタン膜(TiN膜))を成膜し、その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチバック技術により、導電膜86をパターニングすることで、各シリンダ孔51内に、突出部53−1の表面53−1aを覆うと共に、王冠形状とされた下部電極65を形成する。
このように、シリンダ孔51の第1の部分51−1の内面51−1aに、サポート膜形成用絶縁膜111の上面111aからその上方に突出する突出部53−1を有した下部電極支持部材53を形成し、その後、サポート膜形成用絶縁膜111及び第1の層間絶縁膜49から露出された下部電極支持部材53の表面53b(突出部53−1の表面53−1aを含む)、及びシリンダ孔51の第2の部分51−2の内面51−2aを覆う下部電極65を形成することにより、下部電極65が形成されるシリンダ孔51の深さを深くすることなく、下部電極65が形成される面積を増加させることが可能となる。これにより、従来よりもキャパシタ107(図17参照)の容量を増加させることができる。
次いで、図25に示す工程では、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術により、図24に示すサポート膜形成用絶縁膜111をパターニングすることで、下部電極支持部材53間に位置する第1の層間絶縁膜49の上面49aを露出する第2の開口部113を有し、かつ下部電極支持部材53を介して、複数の下部電極65を連結するサポート膜103を形成する。
なお、図25では、1つの第2の開口部113のみを図示したが、実際には、複数の第2の開口部113が形成されている。
なお、図25では、1つの第2の開口部113のみを図示したが、実際には、複数の第2の開口部113が形成されている。
次いで、図26に示す工程では、第2の開口部113を介したウエットエッチングにより、サポート膜103とエッチングストッパ膜47との間に位置する第1の層間絶縁膜49(図25参照)を選択的に除去することで、複数の下部電極65の下部の外面65−2b(下部電極65の表面65aの一部)、サポート膜65の下方に位置する下部電極支持部材53の外面53a、サポート膜103の下面103b、及びエッチングストッパ膜47の上面47aを露出する空間104を形成する。
上記ウエットエッチングでは、図25に示す第1の層間絶縁膜49を選択的に除去するエッチング液として、例えば、フッ化水素水を用いることができる。
上記ウエットエッチングでは、図25に示す第1の層間絶縁膜49を選択的に除去するエッチング液として、例えば、フッ化水素水を用いることができる。
次いで、図27に示す工程では、第1の実施の形態で説明した図15に示す工程と同様な手法により、下部電極65の上部の表面65−1a、下部電極65の下部の内面65−2a、下部電極65の下部の外面65−2b、下部電極支持部材53の外面53a、エッチングストッパ膜47の上面47a、サポート膜103の上面103a及び下面103b、及び第2の開口部113に露出されたサポート膜103の面を覆う容量絶縁膜66を形成する。
このとき、王冠形状とされた下部電極65内、第2の開口部113、及び空間104を埋め込まない厚さで、容量絶縁膜66を形成する。
具体的には、例えば、ALD法により、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)と、酸化ジルコニウム(ZrO膜)と、を交互に積層させることで、容量絶縁膜66を形成する。
具体的には、例えば、ALD法により、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)と、酸化ジルコニウム(ZrO膜)と、を交互に積層させることで、容量絶縁膜66を形成する。
次いで、第1の実施の形態で説明した図15に示す工程と同様な手法により、容量絶縁膜66を介して、王冠形状とされた複数の下部電極65内、第2の開口部113、及び空間104を埋め込み、かつサポート膜103上に突出する容量絶縁膜66(言い換えれば、突出部53−1に形成された容量絶縁膜66)を覆う厚さで、キャパシタ107となる上部電極68を形成する。このとき、上部電極68は、その上面68aが平坦な面となるように形成する。
具体的には、例えば、ALD法により、窒化チタン膜(TiN膜)を成膜することで、上部電極68を形成する。
具体的には、例えば、ALD法により、窒化チタン膜(TiN膜)を成膜することで、上部電極68を形成する。
次いで、図28に示す工程では、周知の手法により、上部電極68の上面68aを覆う第2の層間絶縁膜57(例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜))を形成する。次いで、周知の手法により、第2の層間絶縁膜57を貫通し、下端が上部電極68の上面68aと接続されたビア58を形成する。
次いで、周知の手法により、第2の層間絶縁膜57の上面57aに、配線59を形成する。このとき、配線59は、第2の層間絶縁膜57のビア58の上端と接続されるように形成する。これにより、配線59は、キャパシタ107と電気的に接続される。
次いで、周知の手法により、第2の層間絶縁膜57の上面57aに、配線59を覆う保護膜61を形成する。保護膜61としては、例えば、パッシベーション膜を用いることができる。
次いで、周知の手法により、第2の層間絶縁膜57の上面57aに、配線59を覆う保護膜61を形成する。保護膜61としては、例えば、パッシベーション膜を用いることができる。
これにより、半導体基板13にメモリセル部101が形成され、メモリセル部101を有した第2の実施の形態の半導体装置100が製造される。
第2の実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、エッチングストッパ膜47上に、第1の層間絶縁膜49と、サポート膜形成用絶縁膜111と、を順次積層させ、次いで、第1の層間絶縁膜49及びサポート膜形成用絶縁膜111にシリンダ孔51の第1の部分51−1を形成し、次いで、第1の部分51−1の下方にシリンダ孔51の第2の部分51−2を形成し、シリンダ孔51内及び下部電極支持部材53に下部電極65を形成し、次いで、サポート膜形成用絶縁膜111をパターニングして第2の開口部113を有したサポート膜103を形成し、その後、エッチングストッパ膜47とサポート膜103との間に位置する第1の層間絶縁膜49を除去して、空間104を形成し、シリンダ51内及び空間104を埋め込むように、容量絶縁膜66及び上部電極68を埋め込む。
このような方法を用いた第2の実施の形態の半導体装置100の製造方法は、第1の実施の形態の半導体装置10の製造方法と同様な効果を得ることができる。
また、エッチングストッパ膜47とサポート膜103との間に位置する下部電極65間に形成され、かつ下部電極65の下部の外面65−2b、及びサポート膜103の下方に位置する下部電極支持部材53の外面53aを露出する空間104を、容量絶縁膜66及び上部電極68で埋め込む(充填する)ことにより、第1の実施の形態の半導体装置10と比較して、さらにキャパシタ107の容量を大きくすることができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明は、半導体装置及びその製造方法に適用可能である。
10,100…半導体装置、11,101…メモリセル部、13…半導体基板、13a…主面、14…素子分離領域、16…第1の溝、17…第2の溝、19…活性領域、21…ゲート絶縁膜、23…ゲート電極、24…ダミーゲート電極、26…埋め込み絶縁膜、26a,28a,29a,42a,44a,45a,47a,49a,57a,68a,77a,103a,111a…上面、28…第1の不純物拡散領域、29…第2の不純物拡散領域、30…セルトランジスタ、32…ビットコン用層間絶縁膜、32A…ビットコン開口部、34…ビットコンタクト、35…ビット線、37…キャップ絶縁膜、39…サイドウォール、42…容コン用層間絶縁膜、44…容量コンタクトプラグ、44a…上端面、45…容量コンタクトパッド、47…エッチングストッパ膜、49…第1の層間絶縁膜、51…シリンダ孔、51−1…第1の部分、51−2…第2の部分、51−1a…側面、51−1b…底面、51−1c,51−2a,65−2a…内面、53…下部電極支持部材、53a,65−2b…外面、53b,53−1a,65a,65−1a,66a…表面、53−1…突出部、54,107…キャパシタ、57…第2の層間絶縁膜、58…ビア、59…配線、61…保護膜、65…下部電極、66…容量絶縁膜、68…上部電極、73…シリコン窒化膜、75…容量コンタクト孔、77…アモルファスカーボン膜、77b…面、77A…第1の開口部、79…レジスト膜、79A…開口部、82…導電膜、84…孔、84A…側壁、86…導電膜、87…レジスト膜、103…サポート膜、103b…下面、104…空間、111…サポート膜形成用絶縁膜、113…第2の開口部、D1,D2,D3…深さ、H1…高さ、R1,R2…開口径
Claims (27)
- 複数の導体上に配置され、王冠形状とされ、かつキャパシタとなる下部電極と、
前記下部電極の上部の外面と接触するように配置され、前記下部電極の上部を支持する下部電極支持部材と、
を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記導体上に配置され、かつシリンダ孔を有する層間絶縁膜を含み、
前記シリンダ孔は、前記下部電極支持部材の外面と接触する第1の部分と、該第1の部分の下方に配置され、前記導体の上面の一部を露出すると共に、前記第1の部分と一体とされた第2の部分と、を有し、
前記下部電極支持部材は、前記層間絶縁膜の上面から上方に突出し、前記下部電極が配置された突出部を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 前記下部電極は、前記第2の部分の内面、及び前記層間絶縁膜から露出された前記下部電極支持部材の表面を覆うことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
- 前記第2の部分の開口径は、前記第1の部分の下端の開口径よりも大きいことを特徴とする請求項2または3記載の半導体装置。
- 前記第1の部分の開口径は、前記第2の部分から上方に離間するにつれて大きくなることを特徴とする請求項2ないし4のうち、いずれか1項記載の半導体装置。
- 複数の前記下部電極支持部材と接続され、複数の該下部電極支持部材を介して、複数の前記下部電極を連結するサポート膜と、
前記層間絶縁膜に替えて、前記サポート膜の下方に配置され、前記下部電極支持部材の外面、及び前記下部電極の下部の外面を露出する空間と、
を有し、
前記下部電極支持部材は、前記サポート膜の上面から上方に突出し、かつ前記下部電極が配置された突出部を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 前記下部電極の下部の開口径は、前記下部電極の上部の下端の開口径よりも大きいことを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
- 前記下部電極支持部材は、導電膜よりなることを特徴とする請求項1ないし7のうち、いずれか1項記載の半導体装置。
- 前記下部電極支持部材の形状は、筒状であることを特徴とする請求項1ないし8のうち、いずれか1項記載の半導体装置。
- 前記下部電極の表面を覆い、かつ前記キャパシタとなる容量絶縁膜を有することを特徴とする請求項1ないし9のうち、いずれか1項記載の半導体装置。
- 前記容量絶縁膜は、前記空間に露出された前記下部電極支持部材の外面及び前記下部電極の下部の外面を覆うことを特徴とする請求項10記載の半導体装置。
- 前記容量絶縁膜の表面を覆うと共に、前記容量絶縁膜を介して、前記下部電極内を埋め込むように配置され、前記キャパシタとなる上部電極を有することを特徴とする請求項10または11記載の半導体装置。
- 前記上部電極は、前記容量絶縁膜を介して、前記空間を埋め込むように配置することを特徴とする請求項12記載の半導体装置。
- 前記導体は、容量コンタクトパッドであることを特徴とする請求項1ないし13のうち、いずれか1項記載の半導体装置。
- 半導体基板上に設けられたセルトランジスタを有し、
前記容量コンタクトパッドは、前記セルトランジスタの第1の不純物拡散領域と電気的に接続されていることを特徴とする請求項14記載の半導体装置。 - 前記セルトランジスタは、第2の不純物拡散領域、及び所定の方向に延在するゲート電極を有し、
前記第2の不純物拡散領域と電気的に接続され、かつ前記ゲート電極と交差する方向に延在するビット線を有することを特徴とする請求項15記載の半導体装置。 - 複数の導体を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にアモルファスカーボン膜を形成する工程と、
前記導体の上方に位置する前記アモルファスカーボン膜を貫通する第1の開口部を形成する工程と、
前記第1の開口部を形成後、前記アモルファスカーボン膜をマスクとする異方性エッチングにより、前記層間絶縁膜の一部をエッチングすることで、シリンダ孔の第1の部分を形成する工程と、
前記第1の開口部に露出された前記アモルファスカーボン膜の面、及び前記第1の部分の側面を覆う下部電極支持部材を形成する工程と、
前記シリンダ孔の第1の部分の下方に位置する前記層間絶縁膜をエッチングすることで、前記第1の部分と一体とされ、かつ前記導体の上面を露出する前記シリンダ孔の第2の部分を形成する工程と、
前記シリンダ孔の第2の部分を形成後、前記アモルファスカーボン膜を除去する工程と、
前記層間絶縁膜から露出された前記下部電極支持部材の表面、及び前記シリンダ孔の第2の部分の内面を覆うように、王冠形状とされ、かつキャパシタとなる下部電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記下部電極支持部材を形成する工程は、前記第1の開口部及び前記第1の部分を埋め込まない厚さで、前記アモルファスカーボン膜の上面、前記第1の開口部に露出された前記アモルファスカーボン膜の面、及び前記第1の部分の内面を覆うように、前記下部電極支持部材の母材となる導電膜を成膜する工程と、
前記導電膜をエッチバックする工程と、
を有することを特徴とする請求項17記載の半導体装置の製造方法。 - 前記シリンダ孔の第2の部分を形成する工程では、前記アモルファスカーボン膜及び前記下部電極支持部材をマスクとする異方性エッチングにより、前記第1の部分の下方に位置する前記層間絶縁膜をエッチングすることで、前記第1の部分と一体とされ、かつ前記導体の上面を露出する孔を形成する異方性エッチング工程と、
ウエットエッチングにより、前記孔の側壁を構成する前記層間絶縁膜を選択的にエッチングすることで、前記孔よりも開口径の大きい前記シリンダ孔の第2の部分を形成するウエットエッチング工程と、
を有することを特徴とする請求項17または18記載の半導体装置の製造方法。 - 前記下部電極内を埋め込まない厚さで、前記下部電極の表面を覆うように、前記キャパシタとなる容量絶縁膜を形成する工程と、
前記容量絶縁膜を介して、前記下部電極内を埋め込み、前記キャパシタとなる上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項17ないし19のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 - 前記上部電極を形成する工程では、前記層間絶縁膜上に突出する前記容量絶縁膜を覆う厚さで、前記上部電極を形成することを特徴とする請求項20記載の半導体装置の製造方法。
- 前記層間絶縁膜を形成する工程の前に、複数の前記導体を覆うように、前記層間絶縁膜よりもウエットエッチングレートの遅いエッチングストッパ膜を形成する工程と、
前記エッチングストッパ膜上に形成された前記層間絶縁膜と前記アモルファスカーボン膜との間に、前記層間絶縁膜よりもウエットエッチングレートの遅いサポート膜形成用絶縁膜を形成する工程と、
を有し、
前記シリンダ孔の第1の部分を形成する工程では、前記導体の上方に位置する前記サポート膜形成用絶縁膜を貫通させることで、前記第1の部分を形成することを特徴とする請求項17ないし21のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 - 前記アモルファスカーボン膜を除去する工程では、前記アモルファス膜を除去することで、複数の前記下部電極支持部材を連結する前記サポート膜形成用絶縁膜の上面を露出させ、
前記下部電極を形成する工程では、前記サポート膜形成用絶縁膜及び前記層間絶縁膜から露出された前記下部電極支持部材の表面、及び前記第2の部分の内面を覆うように、前記下部電極を形成することを特徴とする請求項22記載の半導体装置の製造方法。 - 前記下部電極を形成後、前記サポート膜形成用絶縁膜をパターニングすることで、前記下部電極支持部材間に位置する前記層間絶縁膜の上面を露出する第2の開口部を有したサポート膜を形成する工程と、
前記第2の開口部を介したウエットエッチングにより、複数の前記下部電極の下部の外面、及び前記サポート膜の下方に位置する前記下部電極支持部材の外面が露出する空間が形成されるように、前記サポート膜と前記エッチングストッパ膜との間に位置する前記層間絶縁膜を選択的に除去する工程と、
を有し、
前記容量絶縁膜を形成する工程では、前記下部電極の下部の外面を含む前記下部電極の表面、前記サポート膜の下方に位置する前記下部電極支持部材の外面、前記サポート膜の上下面、及び前記エッチングストッパ膜の上面を覆うように、前記容量絶縁膜を形成し、
前記上部電極を形成する工程では、前記容量絶縁膜を介して、前記空間を充填するように、前記上部電極を形成することを特徴とする請求項23記載の半導体装置の製造方法。 - 前記エッチングストッパ膜を形成する工程では、シリコン窒化膜を成膜することで、前記エッチングストッパ膜を形成し、
前記層間絶縁膜を形成する工程では、シリコン酸化膜を成膜することで、前記層間絶縁膜を形成し、
前記サポート膜形成用絶縁膜を形成する工程では、シリコン窒化膜を成膜することで、前記サポート膜形成用絶縁膜を形成することを特徴とする請求項22ないし24のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 - 前記層間絶縁膜を形成する工程の前に、半導体基板上に、セルトランジスタを形成する工程と、
前記セルトランジスタを形成後、複数の前記導体として、前記セルトランジスタの第1の不純物拡散領域と電気的に接続される容量コンタクトパッドを形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項17ないし25のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 - 前記セルトランジスタを形成する工程は、所定の方向に延在するゲート電極を形成する工程を含み、
前記ゲート電極と交差する方向に延在するビット線を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項26記載の半導体装置の製造方法。
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