JP2014072380A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the short-circuit between a contact plug and an LDD layer.SOLUTION: A gate electrode 106 is covered with a side wall 107, and the side wall 107 is covered with a protective film 108. A channel layer is formed under the gate electrode 106, and an LDD layer 111 is formed at the boundary between the channel layer and a high-concentration layer 112. A first interlayer insulating film 115 and a second interlayer insulating film 116 are formed on a semiconductor substrate 101, and a contact hole is etched to the first interlayer insulating film 115 and the second interlayer insulating film 116. In etching the contact hole, the protective film 108 protects the LDD layer 111 from the etching.

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体装置におけるコンタクトプラグの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a contact plug in a semiconductor device.

DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの半導体装置の製造過程においては、半導体基板に形成されるトランジスタは層間絶縁膜により覆われる。次に、トランジスタのソースやドレインに達するまで層間絶縁膜にコンタクトホールを穿孔し、コンタクトホールに導電体を充填することによりコンタクトプラグを形成する。コンタクトプラグは、層間絶縁膜上に形成される配線層と半導体基板内のソースやドレインを電気的に接続する(特許文献1,2参照)。   In a manufacturing process of a semiconductor device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory), a transistor formed on a semiconductor substrate is covered with an interlayer insulating film. Next, contact holes are formed in the interlayer insulating film until reaching the source and drain of the transistor, and a contact plug is formed by filling the contact hole with a conductor. The contact plug electrically connects the wiring layer formed on the interlayer insulating film and the source and drain in the semiconductor substrate (see Patent Documents 1 and 2).

特開2005−150493号公報JP 2005-150493 A 特開2012−019017号公報JP 2012-019017 A

近年のトランジスタピッチの縮小化にともない、コンタクトホールの位置合わせにはますます高い精度が求められている。コンタクトホールがゲート電極に近づきすぎると、ゲート電極の下のLDD(Lightly-Doped-Drain)層とコンタクトプラグが接触する可能性がある。トランジスタピッチを縮小するためにLDD層のpn接合の深さは非常に浅く形成され、LDD層にコンタクトプラグが接触するとコンタクトプラグと半導体基板との間に過大なリーク電流が流れ、トランジスタの動作に不具合が生じる場合がある。   With the recent reduction in transistor pitch, contact hole alignment is required to have higher accuracy. If the contact hole is too close to the gate electrode, there is a possibility that the contact plug contacts an LDD (Lightly-Doped-Drain) layer under the gate electrode. In order to reduce the transistor pitch, the pn junction of the LDD layer is formed to be very shallow. When the contact plug comes into contact with the LDD layer, an excessive leakage current flows between the contact plug and the semiconductor substrate. Problems may occur.

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成されるゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、サイドウォールを覆う保護膜を形成する工程と、ゲート電極および保護膜を第1層間絶縁膜により覆う工程と、第1層間絶縁膜の上に第2層間絶縁膜を形成する工程と、第2層間絶縁膜に、第2の方向に延伸する第2の溝を形成する工程と、第2層間絶縁膜の上にマスク材を形成する工程と、マスク材に第1の方向に延伸する第1の溝を形成する工程と、マスク材および第2層間絶縁膜をエッチングマスクとして、第1層間絶縁膜における第1および第2の溝の交差部分をエッチングすることによりコンタクトホールを形成する工程と、を備える。   A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a sidewall on a side surface of a gate electrode formed on a semiconductor substrate, a step of forming a protective film covering the sidewall, a gate electrode and a protective film. A step of covering with a first interlayer insulating film, a step of forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film, and a step of forming a second groove extending in the second direction in the second interlayer insulating film A step of forming a mask material on the second interlayer insulating film, a step of forming a first groove extending in the first direction in the mask material, and using the mask material and the second interlayer insulating film as an etching mask And a step of forming a contact hole by etching an intersection of the first and second grooves in the first interlayer insulating film.

本発明によれば、DRAM等の半導体装置の製造に際し、コンタクトプラグがLDD層と接触して生じるpn接合リーク電流増大によるトランジスタ動作の不具合を回避することができる。   According to the present invention, when a semiconductor device such as a DRAM is manufactured, it is possible to avoid a malfunction of a transistor operation due to an increase in a pn junction leakage current generated when a contact plug is in contact with an LDD layer.

半導体装置に形成される1個のトランジスタの平面図である。FIG. 10 is a plan view of one transistor formed in a semiconductor device. トランジスタの配線溝を形成するマスクパターン図である。It is a mask pattern figure which forms the wiring groove | channel of a transistor. 第1実施形態における半導体装置の製造過程(第1工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (1st process) of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1実施形態における半導体装置の製造過程(第2工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (2nd process) of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1実施形態における半導体装置の製造過程(第3工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (3rd process) of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1実施形態における半導体装置の製造過程(第4工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (4th process) of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1実施形態における半導体装置の製造過程(第5工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (5th process) of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1実施形態における半導体装置の製造過程(第6工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (6th process) of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1実施形態における半導体装置の製造過程(第7工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (7th process) of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1実施形態における半導体装置の製造過程(第8工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (8th process) of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1実施形態における半導体装置の製造過程(第9工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (9th process) of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1実施形態において半導体装置のコンタクトプラグがx方向にずれた状態を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state where the contact plug of the semiconductor device is displaced in the x direction in the first embodiment. 比較例において半導体装置のコンタクトプラグがx方向にずれた状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which the contact plug of the semiconductor device shifted | deviated to the x direction in the comparative example. 第2実施形態における半導体装置の製造過程(第1工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (1st process) of the semiconductor device in 2nd Embodiment. 第2実施形態における半導体装置の製造過程(第2工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (2nd process) of the semiconductor device in 2nd Embodiment. 第2実施形態における半導体装置の製造過程(第3工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (3rd process) of the semiconductor device in 2nd Embodiment. 第2実施形態における半導体装置の製造過程(第4工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (4th process) of the semiconductor device in 2nd Embodiment. 第2実施形態における半導体装置の製造過程(第5工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (5th process) of the semiconductor device in 2nd Embodiment. 第3実施形態における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in 3rd Embodiment.

図1は、半導体装置100に形成される1個のトランジスタ150の平面図である。トランジスタ150は素子分離絶縁層102より区画された活性領域内に形成される。トランジスタピッチ、すなわち、ソースSとドレインD間の距離をPとする。y方向(第2の方向)には、配線溝104,121,126(第2の溝)が形成される。配線溝104の中心と配線溝126の中心との距離がソースS・ドレインD間距離Pに対応する。   FIG. 1 is a plan view of one transistor 150 formed in the semiconductor device 100. The transistor 150 is formed in an active region partitioned by the element isolation insulating layer 102. Let P be the transistor pitch, that is, the distance between the source S and the drain D. Wiring grooves 104, 121, and 126 (second grooves) are formed in the y direction (second direction). The distance between the center of the wiring groove 104 and the center of the wiring groove 126 corresponds to the distance P between the source S and the drain D.

配線溝104には、コンタクトプラグ110a,110bが形成される。配線溝104に形成される配線は、2つのコンタクトプラグ110a,110bを介してトランジスタ150のドレインDと接続される。配線溝126にも、コンタクトプラグ114a,114bが形成される。配線溝126に形成される配線は、2つのコンタクトプラグ114a,114bを介してトランジスタ150のソースSと接続される。中央の配線溝121には、コンタクトプラグ123が形成される。配線溝121にはゲート電極106が形成され、ゲート電極106はコンタクトプラグ123により外部に引き出される。   Contact plugs 110 a and 110 b are formed in the wiring groove 104. The wiring formed in the wiring groove 104 is connected to the drain D of the transistor 150 through the two contact plugs 110a and 110b. Contact plugs 114 a and 114 b are also formed in the wiring groove 126. The wiring formed in the wiring groove 126 is connected to the source S of the transistor 150 through the two contact plugs 114a and 114b. A contact plug 123 is formed in the central wiring groove 121. A gate electrode 106 is formed in the wiring groove 121, and the gate electrode 106 is drawn to the outside by a contact plug 123.

ゲートGとソースS、ゲートGとドレインDの境界にはLDD層111が形成され、ソースSやドレインDの下には高濃度層112が形成される。コンタクトプラグ110a,110bやコンタクトプラグ114a,114bは高濃度層112と接続されるが(詳細は後述)、LDD層111と接続されてはならない。トランジスタピッチPを縮小させると、コンタクトプラグ110,114がLDD層111と接触してしまうリスクが高くなる。以下においては、コンタクトプラグ110,114とLDD層111の接触を防止する方法を中心として説明する。   An LDD layer 111 is formed at the boundary between the gate G and the source S and between the gate G and the drain D, and a high concentration layer 112 is formed below the source S and the drain D. The contact plugs 110a and 110b and the contact plugs 114a and 114b are connected to the high concentration layer 112 (details will be described later), but should not be connected to the LDD layer 111. When the transistor pitch P is reduced, the risk that the contact plugs 110 and 114 come into contact with the LDD layer 111 increases. In the following, a method for preventing contact between the contact plugs 110 and 114 and the LDD layer 111 will be mainly described.

図2は、トランジスタ150の配線溝を形成するマスクパターン図である。y方向に延伸する第2配線パターン128,130,132により、図1の配線溝104,121,126が形成される。x方向(第1の方向)には、第1配線パターン134,136,138が延伸する。第1配線パターン134,136,138は、後述するように第2配線パターン128,130,132の下層に形成される。第1配線パターン134,136,138と第2配線パターン128,130,132のクロス領域に、コンタクトプラグ123,110,114が形成されることになる。   FIG. 2 is a mask pattern diagram for forming a wiring groove of the transistor 150. The wiring grooves 104, 121, and 126 shown in FIG. 1 are formed by the second wiring patterns 128, 130, and 132 extending in the y direction. The first wiring patterns 134, 136, 138 extend in the x direction (first direction). The first wiring patterns 134, 136, 138 are formed below the second wiring patterns 128, 130, 132 as will be described later. Contact plugs 123, 110, 114 are formed in the cross regions of the first wiring patterns 134, 136, 138 and the second wiring patterns 128, 130, 132.

[第1実施形態]
次に、第1実施形態における半導体装置100の製造工程について説明する。以降においては、図1,図2のA−A’断面およびB−B’断面の断面図を並べて示す。半導体基板101には素子分離絶縁層102が形成され、素子分離絶縁層102によって区画された領域に高濃度層112(ソース領域およびドレイン領域)が形成される(図3)。高濃度層112の表面には金属シリサイド113が形成される。
[First Embodiment]
Next, a manufacturing process of the semiconductor device 100 according to the first embodiment will be described. Hereinafter, the cross-sectional views of the AA ′ cross section and the BB ′ cross section of FIGS. 1 and 2 are shown side by side. An element isolation insulating layer 102 is formed on the semiconductor substrate 101, and a high concentration layer 112 (a source region and a drain region) is formed in a region partitioned by the element isolation insulating layer 102 (FIG. 3). A metal silicide 113 is formed on the surface of the high concentration layer 112.

ゲート電極106は、ゲート絶縁膜105を介して半導体基板101を覆う。ゲート絶縁膜105の下部がチャネル層となる。チャネル層のうち、高濃度層112との境界付近にはLDD層111が形成される。LDD層111は、低濃度不純物領域であり、高濃度層112(ソースSやドレインD)の近傍に高電界が発生するのを抑制する。ゲート電極106およびゲート絶縁膜105の側面は酸化シリコンなどを主成分とするサイドウォール107により覆われる。LDD層111はゲート電極106をマスクとしたイオン注入によって形成され、高濃度層112はゲート電極106及びサイドウォール107をマスクとしたイオン注入によって形成されるため、これらLDD層111及び高濃度層112はゲート電極106に対して自己整合的に形成される。ここまでは、既知技術の応用である。   The gate electrode 106 covers the semiconductor substrate 101 with the gate insulating film 105 interposed therebetween. A lower portion of the gate insulating film 105 becomes a channel layer. An LDD layer 111 is formed in the channel layer near the boundary with the high concentration layer 112. The LDD layer 111 is a low-concentration impurity region, and suppresses generation of a high electric field in the vicinity of the high-concentration layer 112 (source S or drain D). Side surfaces of the gate electrode 106 and the gate insulating film 105 are covered with a sidewall 107 containing silicon oxide or the like as a main component. Since the LDD layer 111 is formed by ion implantation using the gate electrode 106 as a mask, and the high concentration layer 112 is formed by ion implantation using the gate electrode 106 and the sidewall 107 as a mask, the LDD layer 111 and the high concentration layer 112 are formed. Are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 106. Up to this point, it is an application of known technology.

第1実施形態においては、更に、LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)により保護膜108を成膜する。保護膜108の主成分は窒化シリコンである。異方性エッチングによるエッチバックにより、サイドウォール107(酸化シリコン)の側面部にのみ保護膜108を残す。保護膜108は、LDD層111をカバーできるだけの厚みを有することが望ましい。   In the first embodiment, the protective film 108 is further formed by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). The main component of the protective film 108 is silicon nitride. The protective film 108 is left only on the side surface portion of the sidewall 107 (silicon oxide) by etching back by anisotropic etching. The protective film 108 desirably has a thickness that can cover the LDD layer 111.

次に、トランジスタ150の上に第1層間絶縁膜115が形成される(図4)。第1層間絶縁膜115の主成分は酸化シリコンである。具体的には、酸化シリコンをCVD(Chemical Vapor Deposition)により堆積し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化することで第1層間絶縁膜115を形成する。平坦化後、第1層間絶縁膜115の上にも同様に第2層間絶縁膜116を形成する。第2層間絶縁膜116の主成分は、保護膜108と同じく窒化シリコンである。ここで第1層間絶縁膜115の材料は酸化シリコンに限定されず、BPSGやPSGなどの不純物を添加した酸化シリコン膜、あるいはSOD(Spin On Dielectric)膜を用いても同様な効果が得られる。また、保護膜108および第2層間絶縁膜116も窒化シリコン膜に限定されず、SiON膜やSiCN膜でも同様な効果が得られる。   Next, a first interlayer insulating film 115 is formed on the transistor 150 (FIG. 4). The main component of the first interlayer insulating film 115 is silicon oxide. Specifically, silicon oxide is deposited by CVD (Chemical Vapor Deposition) and planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing) to form the first interlayer insulating film 115. After the planarization, a second interlayer insulating film 116 is similarly formed on the first interlayer insulating film 115. The main component of the second interlayer insulating film 116 is silicon nitride like the protective film 108. Here, the material of the first interlayer insulating film 115 is not limited to silicon oxide, and a similar effect can be obtained by using a silicon oxide film to which impurities such as BPSG and PSG are added, or an SOD (Spin On Dielectric) film. Further, the protective film 108 and the second interlayer insulating film 116 are not limited to the silicon nitride film, and a similar effect can be obtained with a SiON film or a SiCN film.

第2層間絶縁膜116の上に、更に、第1マスク材122を形成する(図5)。第1マスク材122には、y方向(第2の方向)に延伸する第2配線パターン128,130,132が形成される。具体的には、アモルファスカーボンをプラズマCVD法により第2層間絶縁膜116の上に成膜し、その表面を薄い酸化シリコン膜で覆うことにより第1マスク材122を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術により、第1マスク材122に第2配線パターン128,130,132を加工する。   A first mask material 122 is further formed on the second interlayer insulating film 116 (FIG. 5). On the first mask material 122, second wiring patterns 128, 130, 132 extending in the y direction (second direction) are formed. Specifically, amorphous carbon is formed on the second interlayer insulating film 116 by plasma CVD, and the first mask material 122 is formed by covering the surface with a thin silicon oxide film. Then, the second wiring patterns 128, 130, and 132 are processed on the first mask material 122 by photolithography.

第1マスク材122をエッチングマスクとして、第2層間絶縁膜116を第1層間絶縁膜115が露出するまでエッチングする(図6)。第2配線パターン128,130,132にあわせて、第2層間絶縁膜116にはy方向に延伸する配線溝104,121,126(第2の溝)が形成される。第1マスク材122を酸素プラズマ処理により除去する(図7)。   Using the first mask material 122 as an etching mask, the second interlayer insulating film 116 is etched until the first interlayer insulating film 115 is exposed (FIG. 6). In accordance with the second wiring patterns 128, 130, and 132, wiring grooves 104, 121, and 126 (second grooves) extending in the y direction are formed in the second interlayer insulating film 116. The first mask material 122 is removed by oxygen plasma treatment (FIG. 7).

次に、配線溝121を埋設するように第2マスク材124(マスク材)を形成する(図8)。具体的には、BARC(Bottom Anti-Reflection Coating)を塗布することにより第2マスク材124を形成し、フォトリソグラフィー技術により第2マスク材124に第1配線パターン134,136,138を加工する。すなわち、第2マスク材124は、x方向(第1の方向)に延伸する第1配線パターン134,136a,136b,138a、138bの5つの開口部(第1の溝)を有する。まとめると、図2に示す第2配線パターン128,130,132は第2層間絶縁膜116の開口部として形成され、第1配線パターン134,136a,136b,138a、138bは第2マスク材124の開口部として形成される。この結果、これらのパターンのクロス領域のみから第1層間絶縁膜115が露出する。これらのクロス領域が5つのコンタクトプラグ123,110a,110b,114a,114bに対応する(図1,図2参照)。   Next, a second mask material 124 (mask material) is formed so as to bury the wiring trench 121 (FIG. 8). Specifically, the second mask material 124 is formed by applying Bottom Anti-Reflection Coating (BARC), and the first wiring patterns 134, 136, and 138 are processed on the second mask material 124 by a photolithography technique. That is, the second mask material 124 has five openings (first grooves) of the first wiring patterns 134, 136a, 136b, 138a, and 138b extending in the x direction (first direction). In summary, the second wiring patterns 128, 130, and 132 shown in FIG. 2 are formed as openings in the second interlayer insulating film 116, and the first wiring patterns 134, 136 a, 136 b, 138 a, and 138 b are formed on the second mask material 124. It is formed as an opening. As a result, the first interlayer insulating film 115 is exposed only from the cross regions of these patterns. These cross regions correspond to the five contact plugs 123, 110a, 110b, 114a, 114b (see FIGS. 1 and 2).

第2層間絶縁膜116および第2マスク材124をマスクとして、第1層間絶縁膜115をエッチングすることにより第1層間絶縁膜115にコンタクトホール118を形成する(図9)。コンタクトホール118のサイズは、第1配線パターン134等と第2配線パターン128等のパターン幅によって決まる。このときのエッチングにおいては、第1層間絶縁膜115のエッチングレートが第2層間絶縁膜116や第2マスク材124のエッチングレートよりも大きくなるエッチング条件により実行する。いいかえれば、第1層間絶縁膜115よりも第2層間絶縁膜116や第2マスク材124がエッチングされにくい条件でエッチングを行う。   Using the second interlayer insulating film 116 and the second mask material 124 as a mask, the first interlayer insulating film 115 is etched to form a contact hole 118 in the first interlayer insulating film 115 (FIG. 9). The size of the contact hole 118 is determined by the pattern width of the first wiring pattern 134 and the like and the second wiring pattern 128 and the like. The etching at this time is performed under an etching condition in which the etching rate of the first interlayer insulating film 115 is higher than the etching rates of the second interlayer insulating film 116 and the second mask material 124. In other words, the etching is performed under the condition that the second interlayer insulating film 116 and the second mask material 124 are less likely to be etched than the first interlayer insulating film 115.

コンタクトホール118を形成する際には、保護膜108が露出する可能性がある。しなしながら、本実施形態においては、保護膜108と第2層間絶縁膜116は主成分がいずれも窒化シリコンであるため、第1層間絶縁膜115がエッチングされても保護膜108はエッチングに耐えることができる。なお、保護膜108と第2層間絶縁膜116は同一材料である必要はない。少なくとも、コンタクトホール118のエッチングは、第1層間絶縁膜115のエッチングレートが保護膜108のエッチングレートよりも大きくなるエッチング条件により実行する必要がある。すなわち、保護膜108がエッチングストッパーとしてLDD層111をエッチングから守るため、LDD層111とコンタクトホール118が接続するのを防ぐことができる。   When the contact hole 118 is formed, the protective film 108 may be exposed. However, in this embodiment, since the protective film 108 and the second interlayer insulating film 116 are both composed mainly of silicon nitride, the protective film 108 can withstand etching even if the first interlayer insulating film 115 is etched. be able to. Note that the protective film 108 and the second interlayer insulating film 116 need not be made of the same material. At least the etching of the contact hole 118 needs to be performed under the etching conditions that the etching rate of the first interlayer insulating film 115 is higher than the etching rate of the protective film 108. In other words, since the protective film 108 serves as an etching stopper to protect the LDD layer 111 from etching, the connection between the LDD layer 111 and the contact hole 118 can be prevented.

コンタクトホール118の形成後、第2マスク材124を除去する(図10)。コンタクトホール118にバリアメタル125を成膜し、配線材料を充填し、余分な配線材料をCMPにより除去することで配線層120を形成する(図11)。バリアメタル125はチタンや窒化チタンを順次成膜した積層膜であり、配線材料としてはタングステンを使用する。   After the contact hole 118 is formed, the second mask material 124 is removed (FIG. 10). A barrier metal 125 is formed in the contact hole 118, filled with wiring material, and excess wiring material is removed by CMP to form the wiring layer 120 (FIG. 11). The barrier metal 125 is a laminated film in which titanium and titanium nitride are sequentially formed, and tungsten is used as a wiring material.

本実施形態においては第1層間絶縁膜115と第2層間絶縁膜116をz方向に貫くコンタクトプラグを形成できる(図12)。また、配線溝104,121,126の間隔を保つことができる。図1に示すように、コンタクトホール118の位置合わせは、素子分離絶縁層102および配線溝126等を対象として行われる。また、コンタクトホール118の位置がx方向やy方向に多少ずれたとしても、保護膜108の介在によりLDD層111とコンタクトプラグの短絡を防止できる。   In the present embodiment, a contact plug that penetrates the first interlayer insulating film 115 and the second interlayer insulating film 116 in the z direction can be formed (FIG. 12). Further, the interval between the wiring grooves 104, 121, and 126 can be maintained. As shown in FIG. 1, the contact hole 118 is aligned with respect to the element isolation insulating layer 102, the wiring trench 126, and the like. Further, even if the position of the contact hole 118 is slightly shifted in the x direction or the y direction, the LDD layer 111 and the contact plug can be prevented from being short-circuited by the protective film 108.

一方、第1層間絶縁膜115にコンタクトホールをいったん形成したあと、第2層間絶縁膜116を成膜し、更に、第2層間絶縁膜116に配線層120を形成するという製造方法も考えられる(図13:比較例)。この場合には、第1層間絶縁膜115のコンタクトホールと、第2層間絶縁膜116の配線層120に位置ずれが生じるため、配線層120の幅をコンタクトホールの幅よりも大きめに設計しなければならない。配線層120の拡幅の結果、配線間距離が短くなるため寄生容量が増加し信号品質が劣化してしまう。また、図13のように保護膜108を設けない場合には、コンタクトホールがLDD層111まで到達することにより、LDD層111がコンタクトプラグ123を介して配線層120とショートしてしまう可能性がある。特に、トランジスタピッチが縮小化するほどこのようなリスクが顕在化しやすい。これに対して、第1実施形態に示した半導体装置100によれば、過度に配線層120を太くする必要はなく、LDD層111とコンタクトプラグ123の短絡を防止できる。   On the other hand, a manufacturing method is also conceivable in which a contact hole is once formed in the first interlayer insulating film 115, a second interlayer insulating film 116 is formed, and a wiring layer 120 is further formed in the second interlayer insulating film 116 ( FIG. 13: Comparative example). In this case, a positional shift occurs between the contact hole of the first interlayer insulating film 115 and the wiring layer 120 of the second interlayer insulating film 116. Therefore, the width of the wiring layer 120 must be designed to be larger than the width of the contact hole. I must. As a result of the widening of the wiring layer 120, the inter-wiring distance is shortened, so that parasitic capacitance increases and signal quality deteriorates. Further, when the protective film 108 is not provided as shown in FIG. 13, there is a possibility that the LDD layer 111 may be short-circuited with the wiring layer 120 via the contact plug 123 when the contact hole reaches the LDD layer 111. is there. In particular, such a risk becomes more apparent as the transistor pitch is reduced. On the other hand, according to the semiconductor device 100 shown in the first embodiment, the wiring layer 120 does not need to be excessively thick, and a short circuit between the LDD layer 111 and the contact plug 123 can be prevented.

[第2実施形態]
第1実施形態においては、保護膜108をLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)により成膜したあと、異方性エッチングによるエッチバックにより、サイドウォール107の側面部にのみ保護膜108を残しているが、第2実施形態においては異方性エッチバックを行わない(図14)。このため、サイドウォール107の側面だけでなく、ゲート電極106や半導体基板101(高濃度層112と素子分離絶縁層102)の上面にも保護膜108が残る。第1層間絶縁膜115や第2層間絶縁膜116を形成し、配線溝104等を第2層間絶縁膜116に形成するプロセスは第1実施形態と同じである。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, after the protective film 108 is formed by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition), the protective film 108 is left only on the side surface portion of the sidewall 107 by etch back by anisotropic etching. In the second embodiment, anisotropic etch back is not performed (FIG. 14). Therefore, the protective film 108 remains not only on the side surface of the sidewall 107 but also on the gate electrode 106 and the upper surface of the semiconductor substrate 101 (the high concentration layer 112 and the element isolation insulating layer 102). The process of forming the first interlayer insulating film 115 and the second interlayer insulating film 116 and forming the wiring trench 104 and the like in the second interlayer insulating film 116 is the same as in the first embodiment.

配線溝121を埋設する第2マスク材124を形成し、第2マスク材124には第1配線パターン136,138等が加工される(図15)。第2マスク材124と第2層間絶縁膜116をマスクとして第1層間絶縁膜115(酸化シリコン)をエッチング(以下、「第1エッチング」とよぶ)することによりコンタクトホール118を形成する(図16)。このとき、半導体基板101の上に残っている保護膜108がエッチングストッパーとして機能するため、コンタクトホール118が高濃度層112を突き抜けて半導体基板101まで穿孔されてしまう可能性は格段に低くなる。   A second mask material 124 for embedding the wiring groove 121 is formed, and first wiring patterns 136, 138, etc. are processed in the second mask material 124 (FIG. 15). Using the second mask material 124 and the second interlayer insulating film 116 as a mask, the first interlayer insulating film 115 (silicon oxide) is etched (hereinafter referred to as “first etching”) to form a contact hole 118 (FIG. 16). ). At this time, since the protective film 108 remaining on the semiconductor substrate 101 functions as an etching stopper, the possibility that the contact hole 118 penetrates the high concentration layer 112 and is drilled to the semiconductor substrate 101 is remarkably reduced.

保護膜108が露出したら、保護膜108(窒化シリコン)を対象としたエッチング条件に変更し、エッチング(以下、「第2エッチング」とよぶ)を続行する(図17)。こうして、高濃度層112(ソース領域とドレイン領域)と接続するコンタクトホール118を形成する。第2実施形態においては、保護膜108をエッチングストッパーとすることで、コンタクトホール118の深さを高濃度層112の位置に調整しやすいというメリットがある。最後に、保護膜108にバリアメタル125および配線溝126を埋設する(図18)。こうして、コンタクトホール118内に導電性のコンタクトプラグ123が形成される。   When the protective film 108 is exposed, the etching conditions for the protective film 108 (silicon nitride) are changed, and etching (hereinafter referred to as “second etching”) is continued (FIG. 17). Thus, a contact hole 118 connected to the high concentration layer 112 (source region and drain region) is formed. In the second embodiment, there is an advantage that the depth of the contact hole 118 can be easily adjusted to the position of the high concentration layer 112 by using the protective film 108 as an etching stopper. Finally, the barrier metal 125 and the wiring trench 126 are embedded in the protective film 108 (FIG. 18). Thus, the conductive contact plug 123 is formed in the contact hole 118.

[第3実施形態]
第3実施形態においては、第2層間絶縁膜116の材料を任意とする代わりに、第2層間絶縁膜116の上層に窒化シリコンのエッチングストッパー層117を形成する(図19)。一般的には窒化シリコンの比誘電率は7程度あるが、酸化シリコンの比誘電率は4程度である。このため、第2層間絶縁膜116を酸化シリコンを主成分として形成すれば、配線間容量を抑制できるというメリットがある。
[Third Embodiment]
In the third embodiment, instead of using an arbitrary material for the second interlayer insulating film 116, an etching stopper layer 117 of silicon nitride is formed on the second interlayer insulating film 116 (FIG. 19). In general, the relative dielectric constant of silicon nitride is about 7, but the relative dielectric constant of silicon oxide is about 4. Therefore, if the second interlayer insulating film 116 is formed using silicon oxide as a main component, there is an advantage that the capacitance between wirings can be suppressed.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

100 半導体装置、101 半導体基板、102 素子分離絶縁層、104 配線溝、105 ゲート絶縁膜、106 ゲート電極、107 サイドウォール、108 保護膜、110 コンタクトプラグ、111 LDD層、112 高濃度層、113 金属シリサイド、114 コンタクトプラグ、115 第1層間絶縁膜、116 第2層間絶縁膜、117 エッチングストッパー層、118 コンタクトホール、120 配線層、121 配線溝、122 第1マスク材、123 コンタクトプラグ、124 第2マスク材、125 バリアメタル、126 配線溝、128 第2配線パターン、130 第2配線パターン、132 第2配線パターン、134 第1配線パターン、136 第1配線パターン、138 第1配線パターン、150 トランジスタ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor device, 101 Semiconductor substrate, 102 Element isolation insulating layer, 104 Wiring groove, 105 Gate insulating film, 106 Gate electrode, 107 Side wall, 108 Protective film, 110 Contact plug, 111 LDD layer, 112 High concentration layer, 113 Metal Silicide, 114 contact plug, 115 first interlayer insulating film, 116 second interlayer insulating film, 117 etching stopper layer, 118 contact hole, 120 wiring layer, 121 wiring groove, 122 first mask material, 123 contact plug, 124 second Mask material, 125 barrier metal, 126 wiring groove, 128 second wiring pattern, 130 second wiring pattern, 132 second wiring pattern, 134 first wiring pattern, 136 first wiring pattern, 138 first wiring pattern, 150 ton Njisuta.

Claims (10)

半導体基板上に形成されるゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールを覆う保護膜を形成する工程と、
前記ゲート電極および前記保護膜を第1層間絶縁膜により覆う工程と、
前記第1層間絶縁膜の上に第2層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜に、第2の方向に延伸する第2の溝を形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜の上にマスク材を形成する工程と、
前記マスク材に第1の方向に延伸する第1の溝を形成する工程と、
前記マスク材および前記第2層間絶縁膜をエッチングマスクとして、前記第1層間絶縁膜における前記第1および第2の溝の交差部分をエッチングすることによりコンタクトホールを形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a sidewall on the side surface of the gate electrode formed on the semiconductor substrate;
Forming a protective film covering the sidewall;
Covering the gate electrode and the protective film with a first interlayer insulating film;
Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film;
Forming a second groove extending in a second direction in the second interlayer insulating film;
Forming a mask material on the second interlayer insulating film;
Forming a first groove extending in a first direction in the mask material;
Forming a contact hole by etching an intersection of the first and second grooves in the first interlayer insulating film using the mask material and the second interlayer insulating film as an etching mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記コンタクトホールの形成に際し、前記保護膜を露出させ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。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the protective film is exposed when the contact hole is formed. 前記コンタクトホールの形成に際して前記第1層間絶縁膜よりも前記保護膜の方がエッチングレートが小さくなるように、前記第1層間絶縁膜と前記保護膜のエッチング条件を設定することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   The etching conditions for the first interlayer insulating film and the protective film are set so that the etching rate of the protective film is smaller than that of the first interlayer insulating film when the contact hole is formed. Item 3. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 1 or 2. 前記コンタクトホールの形成後、前記コンタクトホールおよび前記第2の溝の双方に導電体を埋設する工程、を更に備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of embedding a conductor in both the contact hole and the second groove after forming the contact hole. 5. . 前記第1層間絶縁膜は酸化シリコンを主成分として形成され、前記保護膜は窒化シリコンを主成分として形成されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first interlayer insulating film is formed with silicon oxide as a main component, and the protective film is formed with silicon nitride as a main component. . 前記第2層間絶縁膜と前記保護膜は同一材料を主成分とすることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second interlayer insulating film and the protective film are mainly composed of the same material. 前記保護膜は、前記ゲート電極および前記半導体基板の表面に形成された後、異方性エッチングにより前記ゲート電極の側面部分を残して他は除去されることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   7. The protective film according to claim 1, wherein the protective film is formed on the surfaces of the gate electrode and the semiconductor substrate, and the rest of the protective film is removed by anisotropic etching while leaving a side surface portion of the gate electrode. The manufacturing method of the semiconductor device in any one. 前記保護膜は、前記ゲート電極および前記半導体基板の表面に形成され、
前記コンタクトホールの形成時には、前記半導体基板の表面の前記保護膜をエッチングストッパーとして利用することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
The protective film is formed on the surface of the gate electrode and the semiconductor substrate,
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein when forming the contact hole, the protective film on the surface of the semiconductor substrate is used as an etching stopper. 8.
前記半導体基板の表面の前記保護膜が露出したとき、エッチング条件を変更した上でコンタクトホールの開口を続行することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。   9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein when the protective film on the surface of the semiconductor substrate is exposed, the opening of the contact hole is continued after changing the etching conditions. 前記第2層間絶縁膜の上に、更に、エッチングストッパー層を形成する工程を備えることを特徴とする請求項8または9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising a step of forming an etching stopper layer on the second interlayer insulating film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016039226A (en) * 2014-08-07 2016-03-22 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device

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