JP2014179511A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造工程に関し、特に、DRAM(dynamic random access memory)のキャパシタ形成に於ける製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing process of a semiconductor device, and more particularly to a manufacturing method in forming a capacitor of a dynamic random access memory (DRAM).
DRAMのメモリセルにおいては、近年、セルサイズの微細化に伴い、3次元構造をもつキャパシタが用いられている。このようなキャパシタ構造として、クラウン型キャパシタ構造が主流になっている。クラウン型キャパシタ構造は、筒状の下部電極(蓄積電極)と、この下部電極の内周面と外周面を覆う誘電体膜(容量絶縁膜)と、この誘電体膜上の上部電極(対向電極)とを有する。例えば、特許文献1や特許文献2には、クラウン型キャパシタ構造を有するDRAMとその製造方法が記載されている。
In DRAM memory cells, in recent years, capacitors having a three-dimensional structure have been used with the miniaturization of cell size. As such a capacitor structure, a crown type capacitor structure has become mainstream. The crown-type capacitor structure includes a cylindrical lower electrode (storage electrode), a dielectric film (capacitor insulating film) covering the inner and outer peripheral surfaces of the lower electrode, and an upper electrode (counter electrode) on the dielectric film. ). For example,
当初、クラウン型キャパシタ構造は、特許文献2に記載された製造方法(外抜き無しプロセス)を採用していた。即ち、下部電極の形成の際、メモリマット(メモリセル群)外に犠牲酸化膜を残存させ、メモリマット内外の高さ合わせを下部電極形成と同時に実施するものである。これにより、上部電極形成後のキャパシタ上層間膜形成の際の平坦化工程を削除できるメリットがあった。しかしながら、この製造方法は、特許文献2の図2bの33に見られるように、製品の歩留に大きく影響する染み込み不良が発生しやすいという問題点があった。
At first, the crown type capacitor structure adopted a manufacturing method (a process without external removal) described in
この為、クラウン型キャパシタ構造は、特許文献1に記載されている様な製造方法(外抜き有りプロセス)、即ち、メモリマット外の犠牲酸化膜も除去する事で染み込み不良そのものの発生を抑え込む製造方法が採用される様になった。下部電極の形成に際して、メモリマット外の犠牲酸化膜も同時に除去し、メモリマット内外の高さ合わせは、上部電極形成後のキャパシタ上層間膜の形成の際、成膜した層間膜に対してドライエッチングによるエッチバック法やCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を使って実施するものである。
For this reason, the crown-type capacitor structure is manufactured by a manufacturing method (a process with external removal) as described in
本発明者らが検討した外抜き有りプロセスの製造方法について説明する。クラウン型キャパシタは、その高さが2μm程度に及ぶ為、上部電極形成後(容量プレート(PL)形成後)に層間膜(容量PL層間形成後)を2μm以上成膜する必要がある。その後で、メモリマット内外の層間膜の高さを合わせる為、いきなりCMPを実施しても元々段差が大きいメモリマット内外の高さを合わせこむ事は非常に難しい。 The manufacturing method of the process with an outside opening examined by the present inventors will be described. Since the height of the crown type capacitor reaches about 2 μm, it is necessary to form an interlayer film (after forming the capacitor PL interlayer) of 2 μm or more after forming the upper electrode (after forming the capacitor plate (PL)). Thereafter, in order to match the height of the interlayer film inside and outside the memory mat, it is very difficult to match the height inside and outside the memory mat that originally has a large step even if CMP is suddenly performed.
そこで、本発明者らは、CMP前にリソグラフィとドライエッチングを使って予めメモリマット内外の高低差を予め解消しておく事を検討した。この場合のCMPは、メモリマット外縁とメモリマット外に発生したフレーム状の凸部を除去するのが第1の目的であり、この凸部を除去する事で最終的に平坦化が得られる。 Therefore, the present inventors have studied to eliminate the difference in height between the inside and outside of the memory mat in advance by using lithography and dry etching before CMP. The CMP in this case has a first purpose of removing the outer edge of the memory mat and the frame-shaped convex portion generated outside the memory mat, and finally, planarization can be obtained by removing the convex portion.
しかしながら、CMPはウェハー面内の研磨レートを均一にする事は難しい。特にウェハーのエッジ部(ウェハー外周部側にあるメモリマット端)は、過度に押え付け圧力が加わりやすく、研磨レートが著しく大きくなる。その為、ウェハー外周部では、層間膜がCMPの早い段階で無くなり、クラウン型キャパシタのパターンまでが削られるという不良が発生する。そして、このクラウン型キャパシタの削られた部分がゴミとなり、それがウェハーの内側にある有効チップに付着してパターン破壊等の不良(マイクロスクラッチなど)の新たな問題が発生する事が確認されている。 However, it is difficult for CMP to make the polishing rate in the wafer plane uniform. In particular, the edge portion of the wafer (the end of the memory mat on the wafer outer peripheral side) is subject to excessive pressing pressure, and the polishing rate is remarkably increased. Therefore, in the outer peripheral portion of the wafer, the interlayer film disappears at an early stage of CMP, and a defect that even the pattern of the crown type capacitor is scraped occurs. Then, it was confirmed that the scraped portion of this crown type capacitor becomes dust, and it adheres to the effective chip inside the wafer and causes a new problem of defects such as pattern destruction (such as micro scratch). Yes.
そこで、本発明の課題は、外抜き有りの製造方法に於いて、ウェハー最外周部にあるクラウン型キャパシタのパターンが削られる事を防止する事にある。 Accordingly, an object of the present invention is to prevent the pattern of the crown type capacitor on the outermost peripheral portion of the wafer from being scraped in a manufacturing method with an outer opening.
本発明の一態様によれば、
半導体基板の主面上に、前記半導体基板の最外周を含み第1の幅(外径−内径)を有する第1のリング状領域を除いた第1のパターン領域に於いて、第1のパターンを形成する工程と、
前記第1のパターンの上に、前記半導体基板の前記主面上を覆う様に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜上に第1のレジストを塗布する工程と、
前記半導体基板の前記主面上に、前記半導体基板の最外周から第2の幅(外径−内径)を有する第2のリング状領域に前記第1の層間絶縁膜を覆う第2のパターンを形成する為の第1の露光工程と、
前記第2のリング状領域を除いた第2のパターン領域に於いて、前記半導体基板の前記主面上に開口部が平面視で前記第1のパターンに包含され、且つ第2のパターンとは異なる第3のパターンを形成する為の第2の露光工程と、
前記第1のレジストを現像する第1の現像工程と、
前記第2のパターンと前記第3のパターンとをマスクとして、前記第1のパターン上にある前記第1の層間絶縁膜の一部を除去する工程と、を有し、
前記第2のリング状領域の前記第2の幅は、前記第1のリング状領域の前記第1の幅よりも大きい事を特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
According to one aspect of the invention,
In the first pattern region on the main surface of the semiconductor substrate, excluding the first ring-shaped region including the outermost periphery of the semiconductor substrate and having the first width (outer diameter-inner diameter), the first pattern Forming a step;
Forming a first interlayer insulating film on the first pattern so as to cover the main surface of the semiconductor substrate;
Applying a first resist on the first interlayer insulating film;
On the main surface of the semiconductor substrate, a second pattern that covers the first interlayer insulating film is formed in a second ring-shaped region having a second width (outer diameter-inner diameter) from the outermost periphery of the semiconductor substrate. A first exposure step for forming;
In the second pattern region excluding the second ring-shaped region, an opening is included in the first pattern in plan view on the main surface of the semiconductor substrate, and the second pattern is A second exposure step for forming a different third pattern;
A first developing step for developing the first resist;
Using the second pattern and the third pattern as a mask, removing a part of the first interlayer insulating film on the first pattern,
The semiconductor device manufacturing method is characterized in that the second width of the second ring-shaped region is larger than the first width of the first ring-shaped region.
本発明の半導体装置の製造方法によれば、ウェハー外周部のエッジカット幅を占める領域(第2のリング状領域)とウェハー最外周側のセルマット上を覆う領域(第2のパターン領域)とにレジスト(第2および第3のパターン)を故意に残す様に露光しているので、ウェハー最外周部にあるクラウン型キャパシタのパターンが削られる事を防止する事ができるという効果がある。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the region occupying the edge cut width at the outer peripheral portion of the wafer (second ring region) and the region covering the cell mat on the outermost peripheral side of the wafer (second pattern region) Since exposure is performed so as to intentionally leave the resist (second and third patterns), it is possible to prevent the pattern of the crown type capacitor on the outermost peripheral portion of the wafer from being scraped.
本発明について説明する前に、本発明の理解を容易するために、図1A乃至図1Mおよび図2を参照して、本発明者らが検討した関連技術について説明する。 Before describing the present invention, in order to facilitate understanding of the present invention, related techniques studied by the present inventors will be described with reference to FIGS. 1A to 1M and FIG.
図1A乃至図1Mは、本発明者らが検討した関連技術の半導体装置の製造方法におけるキャパシタ形成工程のフローを示す図である。 FIG. 1A to FIG. 1M are diagrams showing a flow of a capacitor forming process in a method of manufacturing a semiconductor device according to a related technique studied by the present inventors.
図1Aを参照すると、シリコン基板(半導体基板)1には、図示しないトランジスタが形成されている。図示しない容量コンタクトパットを覆うように、シリンダーストッパー窒化膜11が、例えば50nmの膜厚で堆積される。
Referring to FIG. 1A, a transistor (not shown) is formed on a silicon substrate (semiconductor substrate) 1. A cylinder
シリンダーストッパー窒化膜11を成長後、膜厚が2μmのシリンダー層間膜12/犠牲酸化膜を積層した上で平坦化のCMPが実施される。その後、膜厚が100nmのサポート窒化膜13、膜厚が80nmのマスクプラズマ酸化膜14、膜厚が600nmのα-C(アモルファスカーボン)膜15、膜厚が70nmのARL(Anti reflection layer)膜16、およびレジスト17を塗布して、シリンダーフォトレジスト(PR)のレジストパターン(シリンダーホール転写用パターン)を形成する。ARL膜16は、膜厚が55nmのSiO2と、膜厚が15nmのSiONとから成る。
After the cylinder
この時、α-C膜15は、ベベル近辺でのカバレッジが悪く、ウェハー最外周から内側に向かった2mm付近から膜厚は急激に悪くなる。その為、シリンダーフォトレジスト(PR)のレジストパターンは、外周エッジカット幅0.7mm(ウェハー最外周から0.7mmまでは、レジストパターンを除去し、0.7mmから内側は正常なパターンを形成するという意図)であるが、0.7mmから1.7mmまでの内側は、レジストの露光時にオーバー露光気味になりデフォーカスが発生する。すなわち、大穴形状でレジスト膜が薄くなる。
At this time, the α-
外周エッジカットは、フォトレジストとしてポジ型レジストを使用している為、周辺露光機を使ってエッジ部のレジストを露光する事により、その後の現像処理で除去可能である。 Since the peripheral edge cut uses a positive resist as a photoresist, it can be removed by a subsequent development process by exposing the edge resist using a peripheral exposure machine.
引き続き、図1Bに示されるように、酸化膜ドライエッチングにより、ストッパー窒化膜11(容量コンタクトパッド上)まで貫通するシリンダーホール12Aを形成し、レジスト17、ARL膜16、およびα-C膜15をプラズマ剥離、ドライエッチング、プラズマ剥離で除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 1B, a
次に、図1Cに示されるように、シリンダーホール12Aの側壁に膜厚が25nmの下部電極膜18を形成する。この下部電極膜18は、膜厚が15nmのTiNと膜厚が10nmのTiから成る。その後、裏面エッチングにより、ウェハー最外周から0.7mmまでに成膜された下部電極膜18、及びウェハーの裏面に回り込んだ下部電極膜18を除去する。
Next, as shown in FIG. 1C, a
なお、裏面エッチングはスプレー式のウェットエッチングで、裏面にフッ硝酸系の薬液をスプレーする事で裏面に成膜された導電膜(ポリシリコン、金属膜など)を選択的に除去可能である。そして、一部の薬液が表側に回りこみ、表側外周の一部も同時に除去する事も可能である。 Note that the back surface etching is a spray-type wet etching, and a conductive film (polysilicon, metal film, etc.) formed on the back surface can be selectively removed by spraying a hydrofluoric acid chemical solution on the back surface. Then, a part of the chemical solution wraps around the front side, and a part of the outer periphery on the front side can be removed simultaneously.
引き続き、図1Dに示されるように、サポートパターンをサポート窒化膜13上に転写する為、レジスト膜19で形成されたサポートフォトレジスト(PR)20のレジストパターンを設ける。この時、ウェハー外周部のシリンダーホール12Aの多くは、既にサポート窒化膜13が無い状態になっており、レジスト膜19は、サポート窒化膜13が無くなった空間に容易に流れ込む状態となっている。外周エッジカット幅は0.7mmに設定してある。尚、外抜き有りプロセスである為、サポートフォトレジスト(PR)20のレジストパターンは、メモリマット領域のみに存在し、周囲の周辺回路上には存在しない。また、レジスト膜19の塗布前に、レジスト膜19がシリンダーホール12A内に容易に流れ込まない様に、膜厚が80nmのプラズマ酸化膜(図示なし)をシリンダーホール12Aの開口部を閉じる様に成長させる。
Subsequently, as shown in FIG. 1D, in order to transfer the support pattern onto the
次に、図1Eに示されるように、サポートフォトレジスト(PR)20以外の空間領域にある、前述の厚膜80nmのプラズマ酸化膜、下部電極膜18、マスクプラズマ酸化膜14、サポート窒化膜13をドライエッチングで除去する。この時のドライエッチングは、上記4つの膜種を順次選択的に除去できる多ステップの条件を組む。そして、次にプラズマ剥離でサポートフォトレジスト(PR)20を除去し、サポートフォトレジスト(PR)20の下にあって、サポート酸化膜13上にある前述の膜厚80nmのプラズマ酸化膜と下部電極18をトライエッチングで除去する。
Next, as shown in FIG. 1E, the plasma oxide film having a thick film of 80 nm, the
引き続き、図1Fに示されるように、フッ酸系の薬液を使って、ストッパー窒化膜11上のシリンダー層間膜12を全て除去する。図1Fでは、ウェハー最外周にある下部電極18はサポート窒化膜13に連結されずに存在する。この為、ウェハー最外周では、下部電極18が倒れたり、倒れたシリンダーがウェハー上の内側まで飛散して製品歩留を下げる問題が発生する。尚、シリンダーフォトレジスト(PR)のレジストパターン形成で、外周エッジカット幅を1.7mm程度に設定すれば、シリンダーフォトレジストのデフォーカス発生部分は除去でき、下部電極18の飛散は防止できるが、その後のプレート層間膜CMPでの過研磨量が増大する為、容易に外周エッジカット幅を変更できない理由がある。
Subsequently, as shown in FIG. 1F, the
次に、図1Gに示されるように、膜厚が7.2nmの容量絶縁膜(図示せず、アルミナ膜と酸化ジルコニウム膜の積層膜などを使用)、膜厚が10nmの窒化チタンから成る上部電極膜(図示せず)、膜厚が240nmの上部電極上導電膜21、および膜厚が100nmのプレートマスクプラズマ酸化膜22を成膜する。上部電極上導電膜21は、W/B-ドープポリシリコン/B-SiGeから成り、Wの膜厚は100nmで、B-ドープポリシリコン/B-SiGeのトータルの膜厚は140nmである。尚、上部電極膜とB-ドープポリシリコン/B-SiGeは、ベベルと裏面にも成膜されるが、裏面エッチで除去を実施する。
Next, as shown in FIG. 1G, a capacitor insulating film having a film thickness of 7.2 nm (not shown, using a laminated film of an alumina film and a zirconium oxide film, etc.), an upper portion made of titanium nitride having a film thickness of 10 nm. An electrode film (not shown), a
引き続き、図1Hに示されるように、メモリセル上に容量PLフォトレジスト(PR)23のレジストパターンを形成する。この容量PLフォトレジスト(PR)23は、下方にあるキャパシタをメモリマット32(図2参照)単位で覆うものとする。外周エッジカット幅は0.7mmに設定している。尚、図1Hから明らかなように、メモリマット32の周辺には周辺回路部31が存在する。
Subsequently, as shown in FIG. 1H, a resist pattern of a capacitor PL photoresist (PR) 23 is formed on the memory cell. The capacitor PL photoresist (PR) 23 covers the lower capacitor in units of the memory mat 32 (see FIG. 2). The outer peripheral edge cut width is set to 0.7 mm. As is clear from FIG. 1H, the peripheral circuit portion 31 exists around the
次に、図1Iに示されるように、容量PLフォトレジスト(PR)23をマスクとして、マスク外にある膜厚が100nmのプレートマスクプラズマ酸化膜22を選択的にドライエッチする。次に、残存したプレートマスクプラズマ酸化膜22をマスクとして、上記容量絶縁膜、上記上部電極膜、および上記上部電極上導電膜21をドライエッチングする。
Next, as shown in FIG. 1I, the plate mask
図1Jに示されるように、容量PL形成後、膜厚が3μmのプレート層間膜24を成膜する。この時、メモリマット32(図2参照)の内外で大きな段差が発生する。
As shown in FIG. 1J, after the formation of the capacitor PL, a
引き続き、図1Kに示されるように、低部(周辺回路部)に段差低減フォトレジスト(PR)のレジストパターン25を形成する。外周エッジカット幅は0.7mmに設定されている。
Subsequently, as shown in FIG. 1K, a resist
図2は、図1Kのベベル付近の平面図である。 FIG. 2 is a plan view of the vicinity of the bevel in FIG. 1K.
次に、図1Lに示されるように、メモリマット32の内外の段差を減らすべく、段差低減フォトレジスト(PR)25の無い高部(即ちメモリマット外縁を除くメモリマット上)をドライエッチングでエッチングする。この段階でメモリセル内外の段差を完全に無くしても良い。これは、CMP後の出来栄えをフィードバックして如何様にも調整してよい。更に段差低減フォトレジスト(PR)25をプラズマ剥離で除去する。
Next, as shown in FIG. 1L, in order to reduce the level difference between the inside and outside of the
ここで、メモリマット32内の外周側一部とメモリマット32間にある周辺回路部の段差低減フォトレジスト(PR)25に覆われた部分が凸部24Aとなって残る。そして、図2からも分かる様に、ウェハー最外周側に面したメモリマット(外周エッジカット幅0.7mmの線を跨いだメモリマットのウェハー外周側側面)32には、凸部が残らない部分24Bが多く存在する。
Here, a portion covered with the step-reducing photoresist (PR) 25 in the peripheral circuit portion between the
そして、図1Mに示されるように、酸化膜CMPを使って、プレート層間膜24上の前記凸部24Aの領域を選択的に研磨する。また、CMPにより更なる平坦化を実施してもよい。更に研磨後所定のプレート層間膜の膜厚に届かない時は、再度、プレート層間膜(第2のプレート酸化膜)を追加成長しても良い。
Then, as shown in FIG. 1M, the region of the
ウェハー外周部は、CMP時ウェハー押し付け圧力が特に強い部分でもあり、プレート層間膜24の研磨レートも異常に大きくなる。その為、シリンダーパターンの最外周に過研磨が発生する。また、過研磨で削られたシリンダーパターンがウェハーの内側に再付着してゴミ(パターン異常)となったり、研磨中にそのゴミ起因のマイクロスクラッチの多発を誘発させる。
The wafer outer peripheral portion is also a portion where the wafer pressing pressure during CMP is particularly strong, and the polishing rate of the
[発明の前提]
次に、本発明の実施形態の前提について説明する。
[Premise of invention]
Next, the premise of the embodiment of the present invention will be described.
一般的にウェハー上のパターンは、Lithography技術でレジストパターンを形成して、それをマスクにして半導体基板上に転写する事で形成される。このレジストパターンは、ウェハー上に、1)塗布機によるレジスト塗布→2)露光機による露光→3)現像機によるレジスト現像、という基本的なフローで形成される。 In general, a pattern on a wafer is formed by forming a resist pattern by Lithography technology and transferring it onto a semiconductor substrate using the resist pattern as a mask. This resist pattern is formed on the wafer in the basic flow of 1) resist application by a coating machine → 2) exposure by an exposure machine → 3) resist development by a developing machine.
ところで、露光機は、非常に高価な装置となっている為、単位時間当たりのウェハー処理量を最大にして投資回収をいかに早めるかという事が求められている。 By the way, since the exposure apparatus is a very expensive apparatus, it is required to maximize the wafer processing amount per unit time and speed up the investment recovery.
図3は、露光機でのショット配置の一例を示している。ウェハー上の露光は、数チップ単位のショットと呼ばれる単位で実施される。このショット数が少ない程、単位時間のウェハー処理量が上がる。その為、ウェハー内をくまなく露光される事はなく、非ショット領域33(露光されない部分)がウェハー外周付近に存在する。つまり、ウェハー外周付近のショットでは、ショット内のいずれのチップも有効チップ34(製品出荷可能と成り得るチップ)が存在しない場合、敢えて、ショットしない(露光しない)事が普通である。 FIG. 3 shows an example of shot arrangement in the exposure machine. Exposure on the wafer is performed in units called shots of several chips. The smaller the number of shots, the higher the wafer throughput per unit time. For this reason, the entire wafer is not exposed, and the non-shot region 33 (non-exposed portion) exists in the vicinity of the outer periphery of the wafer. That is, in a shot near the wafer outer periphery, if there is no effective chip 34 (a chip that can be shipped), it is normal that the shot is not shot (not exposed).
図3において、35はシリコン基板最外周線を示し、36は有効領域最外周線を示す。チップ全体が有効領域最外周線36の内側にあった場合に有効チップ34となる。また、37はフィールドショット単位を示し、38は非有効チップを示す。
In FIG. 3, 35 indicates the outermost peripheral line of the silicon substrate, and 36 indicates the outermost peripheral line of the effective region. The
図4はチップ内パターン配置を示す平面図である。図4において、39はスクライブ線中央を示し、40はスクライブ領域を示す。 FIG. 4 is a plan view showing an in-chip pattern arrangement. In FIG. 4, 39 indicates the center of the scribe line, and 40 indicates the scribe area.
図5は、図3で示したショット配置に対する実際のウェハー上転写状況(チップ配置)を示す図である。ウェハーの外周部は、露光時にデフォーカス不良が発生しやすい。このデフォーカス不良が発生すると、後工程でハターン剥がれを誘発する為、レジストパターンの形成段階でその外周部分を除去/エッジカット(Wafer Edge Exclusion、周辺除去、等とも呼ばれる。)するのが一般的である。また、有効チップ34の領域は、このエッジカット幅Wecよりも内側の領域で設定され、一般的には、ウェハー最外周から2.0mm(1.8〜2.2mm)程度内側に入った領域で区切られる。
FIG. 5 is a diagram showing an actual on-wafer transfer state (chip arrangement) with respect to the shot arrangement shown in FIG. Defocus failure tends to occur at the outer periphery of the wafer during exposure. When this defocusing failure occurs, it will cause peeling of the pattern in the subsequent process. Therefore, the outer periphery of the resist pattern is removed / edge cut (also referred to as Wafer Edge Exclusion). It is. The area of the
尚、図5から明らかなように、エッジカット幅Wecとは、シリコン基板最外周線35と有効領域最外周線36までの間で設定された任意の円形線で仕切られた領域を指す。
As can be seen from FIG. 5, the edge cut width Wec refers to a region partitioned by an arbitrary circular line set between the silicon substrate outermost
[実施形態]
次に、本発明の実施形態について説明する。
[Embodiment]
Next, an embodiment of the present invention will be described.
ウェハー最外周部の過研磨を防止する為には、CMP前にウェハー外周側にあるメモリマット32の角を厚く、且つ幅のある状態でプレート層間膜24を設置する事が必要である。これにより、ウェハー最外周部の過研磨を防止する。厚さとしては、プレート層間膜24の初期膜厚(エッチング前膜厚)を確保し、幅としては、隣接するメモリマット32間の距離(数十μm)程度では足らず、最低限0.1mm程度(チップ内マット端とスクライブ線中央39までの距離、図4参照)以上が必要である。図5の図下に楕円で囲んだ部分は、外周有効チップ34のスクライブ領域40に近い部分であって、過研磨が発生しない。その事から0.1mm程度は必要と考えられる。
In order to prevent overpolishing of the outermost peripheral portion of the wafer, it is necessary to install the
一つの手段として、段差低減フォトレジスト(PR)のレジストパターン形成に於いて、ポジタイプレジストを使い、エッジカットを実施しない事も検討したが、図3の様にウェハー外周部には、必ず露光される部分(非有効チップ38)が存在する為、ウェハー外周部全体に渡り、連続的にレジストを残す事は不可能と考えられる。 As one means, in the resist pattern formation of the step-reduced photoresist (PR), we also considered using positive type resist and not performing edge cutting. However, as shown in FIG. Since there is a portion to be processed (ineffective chip 38), it is considered impossible to leave the resist continuously over the entire outer periphery of the wafer.
そこで、本発明の実施形態では、段差低減フォトレジスト(PR)をネガタイプのレジストを使って本露光を行い、その後、半導体装置製造ラインで一般的に使用されている周辺露光機を使って、ウェハー外周部のエッジカット幅を占める領域とウェハー最外周側のセルマット上を覆う領域(幅0.1mm以上)とにレジストを故意に残す様、周辺露光する。この周辺露光機で露光され、現像処理を通す事で形成されるレジストパターンは、微細なパターンではなく、ウェハー外周部に幅のある帯状に残るレジストパターン(ブランクパターン)である為、剥がれ等の問題は気にしなくて良い。また、この場合、非ショット領域33は、露光がない為、レジストが残る事はない。尚、ネガタイプのレジストは、ポジタイプのレジストとは反対で露光された部分のレジストが現像後に残存する。その為、通常、ネガタイプのレジストを塗布し、ウェハー外周部をエッジカットしたい場合は、周辺露光機を使わず、レジスト塗布直後にレジストを溶解できる有機溶剤を細いノズル管を通してウェハー外周部に噴射して(ウェハー回転させながら)除去するのが一般的である。
Therefore, in the embodiment of the present invention, a step-reducing photoresist (PR) is subjected to a main exposure using a negative type resist, and then a wafer using a peripheral exposure machine generally used in a semiconductor device manufacturing line. Peripheral exposure is performed so that the resist is intentionally left in a region occupying the edge cut width of the outer peripheral portion and a region (width of 0.1 mm or more) covering the cell mat on the outermost peripheral side of the wafer. The resist pattern that is exposed by this peripheral exposure machine and passed through the development process is not a fine pattern, but is a resist pattern (blank pattern) that remains in a wide band on the outer periphery of the wafer, so that peeling, etc. Don't worry about the problem. In this case, since the
次に、本発明の第1の実施例について説明する。 Next, a first embodiment of the present invention will be described.
本発明の第1の実施例に係る半導体装置の製造方法における、キャパシタ形成工程について説明する前に、図6乃至図11を参照して、シリコン基板(半導体基板)にトランジスタを形成する工程(キャパシタを形成する前までの工程)について説明する。 Before describing the capacitor forming step in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, a step of forming a transistor on a silicon substrate (semiconductor substrate) with reference to FIGS. The process up to before forming is described.
図6に示すように、P型のシリコンからなる半導体基板(シリコン基板)1の主面に活性領域を区画するため、STI(Shallow Trench Isolation)法により、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁膜を埋設した素子分離領域3を、活性領域以外の部分に形成する。
As shown in FIG. 6, in order to partition the active region on the main surface of a semiconductor substrate (silicon substrate) 1 made of P-type silicon, an insulating film such as silicon oxide (SiO 2 ) is formed by STI (Shallow Trench Isolation) method. An
次に、MOSトランジスタTr1(図14参照)のゲート電極用の溝パターン2を形成する。溝パターン2は半導体基板1のシリコンをフォトレジストで形成したパターン(図示せず)をマスクとしてエッチングすることによって形成する。
Next, the
次に図7に示すように、熱酸化法により半導体基板1のシリコン表面を酸化して酸化シリコンとすることにより、トランジスタ形成領域に厚さ4nm程度のゲート絶縁膜5aを形成する。ゲート絶縁膜としては、酸化シリコンと窒化シリコンの積層膜やHigh−K膜(高誘電体膜)を使用してもよい。
Next, as shown in FIG. 7, the silicon surface of the
この後に、ゲート絶縁膜5a上にモノシラン(SiH4)及びフォスフィン(PH3)を原料ガスとしたCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、N型の不純物としてリン(P)が含有された多結晶シリコン膜を堆積する。この際に、ゲート電極用の溝パターン2の内部が完全に多結晶シリコン膜で充填されるような膜厚に設定する。リン等の不純物を含まない多結晶シリコン膜を形成して、後の工程で所望の不純物をイオン注入法にて多結晶シリコン膜に導入してもよい。次に、上記多結晶シリコン膜上に、スパッタリング法により金属膜として、例えばタングステン、窒化タングステン、タングステンシリサイド等の高融点金属を50nm程度の厚さに堆積させる。この多結晶シリコン膜及び金属膜が、後述する工程を経てゲート電極5に形成される。
Thereafter, polycrystalline silicon containing phosphorus (P) as an N-type impurity by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using monosilane (SiH 4 ) and phosphine (PH 3 ) as source gases on the
次に、ゲート電極5を構成することになる金属膜上に、モノシランとアンモニア(NH3)を原料ガスとして、プラズマCVD法により、窒化シリコンからなるキャップ絶縁膜5cを厚さ70nm程度に堆積する。次に、キャップ絶縁膜5c上にフォトレジスト(図示せず)を塗布し、ゲート電極5形成用のマスクを用い、フォトリソグラフィ法によりゲート電極5形成用のフォトレジストパターンを形成する。
Next, a
そして、上記フォトレジストパターンをマスクとして、異方性エッチングにより、キャップ絶縁膜5cをエッチングする。フォトレジストパターンを除去した後、キャップ絶縁膜5cをハードマスクとして金属膜及び多結晶シリコン膜をエッチングし、ゲート電極5を形成する。ゲート電極はワード線として機能する。
Then, the
次に図8に示すように、N型不純物としてリンのイオン注入を行い、ゲート電極5で覆われていない活性領域に不純物拡散層8を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, phosphorus is ion-implanted as an N-type impurity to form an
この後に、CVD法により、全面に窒化シリコン膜を20〜50nm程度の厚さに堆積し、エッチバックを行うことにより、ゲート電極5の側壁にサイドウォール5bを形成する。
Thereafter, a silicon nitride film is deposited to a thickness of about 20 to 50 nm on the entire surface by CVD, and etching back is performed to form a
次に、ゲート電極上のキャップ絶縁膜5c及びサイドウォール5bを覆うように、CVD法により酸化シリコン膜の層間絶縁膜(図示せず)を形成した後に、ゲート電極5に由来する凹凸を平坦化するため、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により、表面の研磨を行う。表面の研磨はゲート電極上のキャップ絶縁膜5cの上面が露出した時点で停止する。
Next, an interlayer insulating film (not shown) of a silicon oxide film is formed by a CVD method so as to cover the
この後に、図9に示したように基板コンタクトプラグ9を形成する。具体的には、先ず、基板コンタクト部の位置に開口を形成するように、フォトレジストで形成したパターンをマスクとしてエッチングを行い、先に形成した層間絶縁膜を除去する。開口は窒化シリコンで形成されているキャップ絶縁膜5c、サイドウォール5bを利用してセルフアラインにてゲート電極5の間に設けることができる。この後に、CVD法にてリンを含有した多結晶シリコン膜を堆積した後に、CMP法にて研磨を行い、キャップ絶縁膜5c上の多結晶シリコン膜を除去し、開口内に充填された基板コンタクトプラグ9とする。
Thereafter, the
この後に、CVD法により、ゲート電極上のキャップ絶縁膜5c及び基板コンタクトプラグ9を覆うように、酸化シリコンからなる層間絶縁膜4を例えば600nm程度の厚みで形成する。その後、CMP法により、層間絶縁膜4の表面を、例えば300nm程度の厚みになるまで研磨して平坦化する。
Thereafter, an
次に図10に示したように、層間絶縁膜4に対して、基板コンタクト部の位置に開口(コンタクトホール)を形成し、基板コンタクトプラグ9の表面を露出させる。この開口の内部を充填するように、TiN/Ti等のバリア膜上にタングステン(W)を積層した膜を堆積し、表面をCMP法にて研磨することにより、ビット線コンタクトプラグ4Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 10, an opening (contact hole) is formed at the position of the substrate contact portion in the
この後に、ビット線コンタクト4Aと接続するようにビット配線6を形成する。
Thereafter, bit wiring 6 is formed so as to be connected to bit
ビット配線6を覆うように、酸化シリコン等で層間絶縁膜7を形成する。
An interlayer insulating
次に図11に示したように、層間絶縁膜4及び層間絶縁膜7を貫通するように、基板コンタクト部の位置に開口(コンタクトホール)を形成し、基板コンタクトプラグ9の表面を露出させる。この開口の内部を充填するように、TiN/Ti等のバリア膜上にタングステン(W)を積層した膜を堆積し、表面をCMP法にて研磨することにより、容量コンタクトプラグ7Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 11, an opening (contact hole) is formed at the position of the substrate contact portion so as to penetrate the
層間絶縁膜7上に、タングステンを含む積層膜を用いて容量コンタクトパッド10を形成する。容量コンタクトパッド10は容量コンタクトプラグ7Aと導通し、後に形成するキャパシタ素子の下部電極の底部のサイズよりも大きくなるようなサイズで配置する。
A
この後に、容量コンタクトパッド10を覆うように、窒化シリコンを用いてストッパー窒化膜11を、例えば50nmの厚さで堆積する。
Thereafter, a
次に、図12A乃至図12Mおよび図13を参照して、本発明の第1の実施例に係る半導体装置の製造方法における、キャパシタ形成工程のフローについて説明する。 Next, with reference to FIG. 12A thru | or FIG. 12M and FIG. 13, the flow of the capacitor formation process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Example of this invention is demonstrated.
尚、図1A乃至図1Mに示した本発明者らが検討した関連技術のキャパシタ形成工程と同じ工程(構成要素)については、同一の参照符号を付して、説明の簡略化のために、それらの説明を省略する。したがって、以下では、相違点についてのみ説明する。 Note that the same reference numerals are assigned to the same steps (components) as the capacitor forming step of the related art examined by the present inventors shown in FIG. 1A to FIG. 1M, for the sake of simplifying the description. Those descriptions are omitted. Accordingly, only the differences will be described below.
まず図12Aを参照すると、膜構成を、図1Aに示した本発明者らが検討した関連技術と同じに設定する。但し、外周エッジカット幅を0.7mmから1.7mmに変更した。 Referring first to FIG. 12A, the membrane configuration is set to be the same as the related art discussed by the inventors shown in FIG. 1A. However, the outer peripheral edge cut width was changed from 0.7 mm to 1.7 mm.
外周エッジカット幅は、第1の幅又は第1のウェハーエッジカット幅とも呼ばれる。第1の幅を有する領域は、第1のリング状領域とも呼ばれる。また、第1のリング状領域を除いた領域は、第1のパターン領域とも呼ばれる。 The peripheral edge cut width is also called a first width or a first wafer edge cut width. The region having the first width is also called a first ring-shaped region. The area excluding the first ring-shaped area is also called a first pattern area.
これにより、ウェハー上にデフォーカスが発生するポイントは無くなる。(前記発明者らが検討した関連技術ではウェハー最外周部からウェハー内側に1.7mm入った領域でデフォーカスが散発)また、有効チップ領域は、従来と同じく、シリコン基板1の最外周から1.9mmを有する領域を除いた領域に設定した。
This eliminates the point where defocusing occurs on the wafer. (In the related art studied by the inventors, defocusing occurs sporadically in an area of 1.7 mm inside the wafer from the outermost peripheral portion of the wafer.) The effective chip area is 1 from the outermost periphery of the
ここで、シリコン基板(半導体基板)1の最外周から1.9mmの幅は、第2の幅(外径−内径)又は第2のウェハーエッジカット幅とも呼ばれる。そして、半導体基板1の最外周から第2の幅(外径―内径)を有する領域は、第2のリング状領域とも呼ばれる。第2のリング状領域の除いた領域である、上記有効チップ領域は、第2のパターン領域とも呼ばれる。したがって、第2のリング状領域の第2の幅(第2のウェハーエッジカット幅)は、第1のリング状領域の第1の幅(第1のウェハーエッジカット幅)よりも大きい。
Here, a width of 1.9 mm from the outermost periphery of the silicon substrate (semiconductor substrate) 1 is also referred to as a second width (outer diameter-inner diameter) or a second wafer edge cut width. A region having a second width (outer diameter−inner diameter) from the outermost periphery of the
次に図12Bに示すように、本発明者らが検討した関連技術(図1B参照)と同じく、酸化膜ドライエッチングにより、ストッパー窒化膜11(容量コンタクトパッド10)まで貫通するシリンダーホール12Aを形成し、レジスト17、ARL膜16、α-C膜15をプラズマ剥離、ドライエッチ、プラズマ剥離で除去する。
Next, as shown in FIG. 12B, a
次に図12Cに示すように、本発明者らが検討した関連技術(図1C参照)と同じく、シリンダーホール12Aの側壁に、膜厚が25nmの下部電極膜18を形成する。下部電極膜18は、膜厚が15nmのTiNと、膜厚が10nmのTiから構成される。その後、裏面エッチングにより、ウェハー最外周から0.7mmまでに成膜された下部電極膜18、及びウェハーの裏面に回り込んだ下部電極膜18を除去する。
Next, as shown in FIG. 12C, the
次に図12Dに示すように、本発明者らが検討した関連技術(図1D参照)と同じく、サポートパターンをサポート窒化膜13上に転写する為、サポートフォトレジスト(PR)20のレジストパターンを設ける。シリンダーPRのデフォーカスが無い為、サポート窒化膜13が消失したパターンも無く、サポートフォトレジと(PR)20のレジストパターンは全て正常に形成される。尚、外周エッジカット幅は、シリンダーフォトレジスト(PR)に合わせて1.7mmに設定される。この1.7mmの外周エッジカット幅は、上述したように、第1の幅又は第1のウェハーエッジカット幅とも呼ばれる。
Next, as shown in FIG. 12D, in order to transfer the support pattern onto the
次に図12Eに示すように、本発明者らが検討した関連技術(図1E参照)と同じく、サポートパターン以外の空間領域にある、下部電極膜18、マスクプラズマ酸化膜14をドライエッチングで除去し、その後、サポートフォトレジスト(PR)20の下にあるサポート窒化膜13上の下部電極18を除去する。
Next, as shown in FIG. 12E, the
次に図12Fに示すように、本発明者らが検討した関連技術(図1F参照)と同じく、フッ酸系の薬液を使って、ストッパー窒化膜11上のシリンダー層間膜12を全て除去する。ウェハー外周部にあるシリンダーでも全てサポート窒化膜13で連結される。
Next, as shown in FIG. 12F, the
次に図12Gに示すように、本発明者らが検討した関連技術(図1G参照)と同じく、アルミナ膜と酸化ジルコニウム膜の積層膜などから成る膜厚が7.2nmの容量絶縁膜(図示せず)、窒化チタンから成る膜厚が10nmの上部電極膜(図示せず)、W/B-ドープポリシリコン/B-SiGeから成る膜厚が240nmの上部電極上導電膜21、および膜厚が100nmのプレートマスクプラズマ酸化膜22を成膜する。
Next, as shown in FIG. 12G, as in the related technique examined by the present inventors (see FIG. 1G), a capacitive insulating film having a thickness of 7.2 nm composed of a laminated film of an alumina film and a zirconium oxide film (see FIG. 12G). (Not shown), an upper electrode film (not shown) made of titanium nitride with a thickness of 10 nm, an upper electrode
次に図12Hに示すように、本発明者らが検討した関連技術(図1H参照)と同じく、メモリマット上に容量PLフォトレジスト(PR)23のレジストパターンを形成する。容量PLフォトレジスト(PR)23は、下方にあるキャパシタをメモリマット単位で覆うものとする。外周エッジカット幅は、1.7mmの第1の幅(第1のウェハーエッジカット幅)に設定されている。 Next, as shown in FIG. 12H, a resist pattern of a capacitor PL photoresist (PR) 23 is formed on the memory mat, as in the related technique (see FIG. 1H) studied by the present inventors. The capacitor PL photoresist (PR) 23 covers the underlying capacitor in units of memory mats. The outer peripheral edge cut width is set to a first width of 1.7 mm (first wafer edge cut width).
次に図12Iに示すように、本発明者らが検討した関連技術(図1I参照)と同じく、容量PLフォトレジスト(PR)23のレジストパターンをマスクとして、マスク外にある、膜厚が100nmのプレートマスクプラズマ酸化膜22を選択的にドライエッチする。次に、残存したプレートマスクプラズマ酸化膜22をマスクとして、上記容量絶縁膜、上記上部電極膜、および上記上部電極上導電膜21をドライエッチングする。これにより、半導体基板1の主面上に、第1のウェハーエッジカット幅を持つ第1のパターンが形成される。換言すれば、半導体基板1の主面上の第1のパターン領域に、第1のパターンが形成される。
Next, as shown in FIG. 12I, similarly to the related technology examined by the present inventors (see FIG. 1I), the resist pattern of the capacitor PL photoresist (PR) 23 is used as a mask and the film thickness is 100 nm. The plate mask
次に図12Jに示すように、本発明者らが検討した関連技術(図1J参照)と同じく、容量PL形成後、膜厚が3μmのプレート層間膜24を成膜する。この時、メモリセル内外で大きな段差が発生する。プレート層間膜24は、第1の層間絶縁膜又は単に層間絶縁膜とも呼ばれる。したがって、上記第1のパターン上に、半導体基板1の主面上を覆う様に、第1の層間絶縁膜(層間絶縁膜)24が形成される。
Next, as shown in FIG. 12J, the
次に図12Kに示すように、レジストをポジタイプのレジストからネガタイプのレジスト25Aに変更してウェハー上に塗布する。このネガタイプのレジスト25Aは、第1のレジストとも呼ばれる。したがって、プレート層間膜24上にネガタイプのレジスト(第1のレジスト)25Aが塗布される。
Next, as shown in FIG. 12K, the resist is changed from the positive type resist to the negative type resist 25A, and is applied onto the wafer. This negative type resist 25A is also referred to as a first resist. Therefore, a negative type resist (first resist) 25 </ b> A is applied on the
ウェハー外周(最外周から1.8mm程度の領域)に帯状にレジスト26Aを残す為の周辺露光(第1の露光工程)を周辺露光機により実施すると共に、プレート層間膜24の高さが低い部分(周辺回路部)にレチクルを使用して段差低減フォトレジスト(PR)26Bのレジストパターンを形成する露光(第2の露光工程)を実施する。ここで、露光の順番は問わない。
Peripheral exposure (first exposure process) for leaving the resist 26A in a strip shape on the outer periphery of the wafer (an area of about 1.8 mm from the outermost periphery) is performed by a peripheral exposure machine, and the portion where the
帯状のレジスト26Aは第2のパターンとも呼ばれ、段差低減PRフォトレジスト(PR)26Bは第3のパターンとも呼ばれる。したがって、第1の露光工程は、半導体基板1の主面上に、第2のリング状領域にプレート層間膜24を覆う第2のパターン26Aを形成する為の露光工程である。そして、第2の露光工程は、第2のパターン領域に於いて、半導体基板1の主面上に開口部が平面視で上記第1のパターンに包含され、且つ第2のパターン26Aとは異なる第3のパターン26Bを形成する為の露光工程である。
The strip-shaped resist 26A is also called a second pattern, and the step-reduced PR photoresist (PR) 26B is also called a third pattern. Therefore, the first exposure process is an exposure process for forming the
その後、現像処理を行う事で、図13に示されるように、周辺回路部とメモリマット32の外周にレジストパターン26Bを残し、ウェハー外周部に帯状(リング状)にレジストパターン26Aを残す事ができる。この現像処理は、第1のレジスト25Aを現像する第1の現像工程である。
Thereafter, by performing development processing, as shown in FIG. 13, the resist
したがって、ネガタイプのレジスト25Aに現像処理を実施することにより、第2のウェハーエッジカット幅を占める領域に設けられた幅のある帯状に残るレジストパターン(ブランクパターン)であり、第1のパターンの一部と平面視で重なる第2のパターン26Aと、第2のウェハーエッジカット幅を持つ第3のパターン26Bとが形成される。
Therefore, by performing development processing on the negative type resist 25A, it is a resist pattern (blank pattern) that remains in a strip shape with a width provided in a region occupying the second wafer edge cut width, A
第3のパターン26Bは、第2のパターン26Aと接続されるとともに、平面視で上記第1のパターンと重なる。上述したように、第3のパターン26Bは、開口部を持つパターンであり、開口部は、平面視で上記第1のパターンを包含する。
The
また、第2のパターン26Aと第3のパターン26Bとは、総称して、第2のパターン(26A,26B)とも呼ばれる。したがって、第2のパターン(26A,26B)は、ネガタイプのレジスト25Aを露光・現像する事により、層間絶縁膜24上の真下に形成される、第1のパターンの反転パターンである。
The
周辺露光機(US Patent No:US 7,651,285 B2参照)、単体でも現像装置や本露光機に組み込まれているものを使用しても良い。例えば、光源として500W超高圧水銀ランプを使い、照度が1000mW/cm2以上あれば十分活用できる。参考として、周辺露光機は、東京エレクトロン社製のACT12(塗布・現像兼用仕様)やウシオ電機社製のPE-250 R2などが使用できる。 Peripheral exposure machines (see US Patent No: US 7,651,285 B2), single units or those incorporated in the developing device or the present exposure machine may be used. For example, if a 500 W ultra-high pressure mercury lamp is used as the light source and the illuminance is 1000 mW / cm 2 or more, it can be fully utilized. For reference, the peripheral exposure machine can be ACT12 (coating / development specification) manufactured by Tokyo Electron or PE-250 R2 manufactured by USHIO.
周辺露光では、図12Kの様に最外周の先端が覆われていなくとも特に問題はない。本発明の第1の実施例で使用した周辺露光機の様に先端に十分な照度(光量)が届かない場合があるが、先端のごく一部、ウェハー外周に対してごく一部であれば特に問題ない。 In the peripheral exposure, there is no particular problem even if the outermost peripheral tip is not covered as shown in FIG. 12K. As in the case of the peripheral exposure machine used in the first embodiment of the present invention, there is a case where sufficient illuminance (light quantity) does not reach the tip, but if it is only a part of the tip and a part of the wafer outer periphery. There is no particular problem.
次に図12Lに示すように、本発明者らが検討した関連技術(図1L参照)と同じく、メモリマット32の内外の段差を減らすべく、レジストパターンの無いプレート層間膜24の高さが高い部分をドライエッチングでエッチングする。したがって、第2のパターンと第3のパターンとをマスクとして、第1のパターン上にあるプレート層間膜24の一部が除去される。この段階でメモリマット内外の段差を完全に無くしても良い。これは、CMP後の出来栄えをフィードバックして如何様にも調整してよい。更にレジストパターンをプラズマ剥離で除去する。すなわち、第2のパターン26Aと第3のパターン26Bとが除去される。
Next, as shown in FIG. 12L, the height of the
図13から分かる様に、シリンダーパターンの最外周の外側に向いた一端は、全てプレート層間膜24がエッチングされずに残存する事になる。
As can be seen from FIG. 13, the
尚、図12Lにおいて、楕円で囲んだ部分は、後のCMPで押し付け圧力を強く受ける部分である。 In FIG. 12L, a portion surrounded by an ellipse is a portion that receives a strong pressing pressure in the subsequent CMP.
次に図12Mに示すように、本発明者らが検討した関連技術(図1M参照)と同じく、酸化膜CMPを使って、プレート層間膜24上の凸部の領域を選択的に研磨する。研磨後、所定のプレート層間膜厚に届かない時は、再度プレート層間膜(第2のプレート層間膜)を追加成長しても良い。このように、CMPを使って、プレート層間膜24が平坦化される。
Next, as shown in FIG. 12M, similarly to the related technique examined by the present inventors (see FIG. 1M), the region of the convex portion on the
ここで、ウェハー外周部は、プレート層間膜24がアズデポの状態で残る為、研磨レートが例え高くとも、シリンダーのパターンまで過研磨される危険性は無くなる。
Here, since the
以上のようにして、キャパシタ素子30(図14参照)が形成される。 As described above, the capacitor element 30 (see FIG. 14) is formed.
次に、図14を参照すると、メモリセル部では、キャパシタ素子30の上部電極上導電膜21に電位を与えるための引き出し用コンタクトプラグ(図示せず)を形成する。
Next, referring to FIG. 14, in the memory cell portion, a lead contact plug (not shown) for applying a potential to the upper electrode
この後に、上層の配線層27をアルミニウム(Al)や銅(Cu)等で形成する。さらに、表面の保護膜28を酸窒化シリコン(SiON)等で形成すればDRAM素子のメモリセル部が完成する。
Thereafter, the
上述したように、本発明の第1の実施例による半導体の製造方法は、
半導体基板(1)の主面上に、第1のウェハーエッジカット幅を持つ第1のパターンを形成する工程と、
前記第1のパターン上に層間絶縁膜(24)を形成する工程と、
前記層間絶縁膜(24)上にネガタイプのレジスト(25A)を塗布する工程と、
前記ネガタイプのレジスト(25A)に周辺露光機を使った第1の露光を行う工程と、
前記ネガタイプのレジスト(25A)に第2の露光を行う工程と、
前記ネガタイプのレジスト(25A)に現像処理を実施して、前記第1のウェハーエッジカット幅よりも大きい第2のウェハーエッジカット幅を占める領域に設けられたブランクパターンであり、前記第1のパターンの一部を覆う第2のパターン(26A)と、前記第2のウェハーエッジカット幅を持つ第3のパターン(26B)とを形成する工程と、
前記第2のパターン(26A)と前記第3のパターン(26B)とをマスクとして前記第1のパターン上にある前記層間絶縁膜(24)の一部を除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法である。
As described above, the semiconductor manufacturing method according to the first embodiment of the present invention is as follows.
Forming a first pattern having a first wafer edge cut width on the main surface of the semiconductor substrate (1);
Forming an interlayer insulating film (24) on the first pattern;
Applying a negative type resist (25A) on the interlayer insulating film (24);
Performing a first exposure using a peripheral exposure machine on the negative type resist (25A);
Performing a second exposure on the negative type resist (25A);
The first pattern is a blank pattern provided in a region occupying a second wafer edge cut width larger than the first wafer edge cut width by developing the negative resist (25A). Forming a second pattern (26A) covering a part of the second pattern and a third pattern (26B) having the second wafer edge cut width;
Removing a part of the interlayer insulating film (24) on the first pattern using the second pattern (26A) and the third pattern (26B) as a mask;
A method for manufacturing a semiconductor device having
本発明の第1の実施例の効果について説明する。 The effect of the first embodiment of the present invention will be described.
段差低減PRをネガタイプのレジスト25Aを使って本露光(第2の露光)を行い、その後で周辺露光機を使って、ウェハー外周部のエッジカット幅(第2の幅)を占める領域(第2のリング状領域)とウェハー最外周側のセルマット32上を覆う領域(幅0.1μm以上)とにレジスト(第1および第2のパターン)26Aおよび26Bを故意に残す事で、CMP時の押し付け圧力が一番強い部分(図12Lの楕円で囲んだ部分)に厚いプレート層間膜24を残す事ができる。これにより、過研磨でウェハー最外周側のセルマット32にあるキャパシタ素子30を破壊する事がなくなった。それで、従来発生していた過研磨によるゴミ、及びゴミ起因のマイクロスクラッチという問題を回避する事ができた。これにより、製品歩留が3%から4%向上し、製品の信頼性に関わる問題も抑えられる様になった。
Step exposure reduction PR is performed using the negative type resist 25A (second exposure), and then the peripheral exposure machine is used to occupy the edge cut width (second width) of the outer periphery of the wafer (second width). The resist (first and second patterns) 26A and 26B are intentionally left in the region covering the
次に、本発明の第2の実施例に係る半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described.
第2の実施例は、段差低減PRのレジストとして、ネガレジストでウェハー外周部のエッジカット幅(第2の幅)をもつ領域(第2のリング状領域)にブランクパターン(第2のパターン)を形成し、次にポジレジストで本露光パターン(第3のパターン)を形成する方法である。順番は、どちらでも先でも良いが、プロセス上の問題の少ないネガレジストでのパターン形成を先に選ぶ。 In the second embodiment, a blank pattern (second pattern) is formed in a region (second ring-shaped region) having an edge cut width (second width) at the outer periphery of the wafer as a resist for level difference reduction PR. And then forming a main exposure pattern (third pattern) with a positive resist. Either order may be used first, but pattern formation with a negative resist with few process problems is selected first.
すなわち、本発明の第2の実施例に係る半導体装置の製造方法は、図12Kで示した段差低減フォトレジスト(PR)を形成する工程が、後述する図15Aおよび図15Bの2つの工程に分割されている点を除いて、上述した本発明の第1の実施例に係る半導体装置の製造方法と同様である。 That is, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, the step of forming the step-reducing photoresist (PR) shown in FIG. 12K is divided into two steps of FIG. Except for these points, the method is the same as that of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention described above.
詳述すると、段差低減PRを形成する工程の前までは、第1の実施例(図12Aから図12J参照)と同じである。 More specifically, the steps up to the step of forming the step reduction PR are the same as those in the first embodiment (see FIGS. 12A to 12J).
第2の実施例においては、図15Aに示すように、段差低減PRを形成する工程では、まず、ネガタイプのレジスト25Aをウェハー上に塗布して、ウェハー外周の所定の幅Aに周辺露光(第1の露光)した後、現像によりウェハー外周部(第2のリング状領域)にブランクパターン(第2のパターン)26Aを形成する。 In the second embodiment, as shown in FIG. 15A, in the step of forming the step reduction PR, first, a negative type resist 25A is applied onto the wafer, and peripheral exposure (first exposure) is performed to a predetermined width A on the outer periphery of the wafer. 1), a blank pattern (second pattern) 26A is formed on the outer peripheral portion of the wafer (second ring-shaped region) by development.
次に、図15Bに示すように、ポジタイプのレジスト25をウェハー上に塗布し、レチクルを使って本露光(第2の露光)を実施する。このポジタイプのレジスト25は、第2のレジストとも呼ばれる。また、非ショット部にレジストが全面に残ると後のCMP工程で前述の様に研磨レートの低下を引き起こすため、非ショット部を形成しないウェハー全面ショット化とする。更に、ブランクパターン(第2のパターン)を超えない領域であるウェハー外周の所定の幅Bに周辺露光し、現像する。これにより、第3のパターン26Bが形成される。
Next, as shown in FIG. 15B, a positive type resist 25 is applied on the wafer, and a main exposure (second exposure) is performed using a reticle. This positive type resist 25 is also called a second resist. Further, if the resist remains on the entire surface in the non-shot portion, the polishing rate is lowered in the subsequent CMP process as described above. Therefore, the entire wafer surface is shot without forming the non-shot portion. Further, peripheral exposure is performed to a predetermined width B on the outer periphery of the wafer, which is an area not exceeding the blank pattern (second pattern), and development is performed. Thereby, the
その後のフローは、第1の実施例(図12Lから図12M参照)と同じである。 The subsequent flow is the same as that of the first embodiment (see FIGS. 12L to 12M).
本発明の第2の実施例に係る半導体装置の製造方法の効果について説明する。 The effect of the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described.
段差低減PRをネガタイプのレジスト(第1のレジスト)25Aを使って周辺露光機を使って、ウェハー外周部のエッジカット幅を占める領域にレジスト(第2のパターン)26Aを故意に残し、その後でポジタイプのレジスト25をウェハー上に塗布し、レチクルを使って本露光(第2の露光)を行う事で、CMP時の押し付け圧力が一番強い部分(図12Lの楕円で囲んだ部分)に厚いプレート層間膜24を残す事ができる。これにより、過研磨でウェハー最外周側のセルマット32にあるキャパシタ素子を破壊する事がなくなった。それで、従来発生していた過研磨によるゴミ、及びゴミ起因のマイクロスクラッチという問題を回避する事ができた。これにより、製品歩留が3%から4%向上し、製品の信頼性に関わる問題も抑えられる様になった。
Using a peripheral exposure machine with a negative resist (first resist) 25A, the resist (second pattern) 26A is intentionally left in the region occupying the edge cut width of the outer periphery of the wafer. By applying a positive type resist 25 on the wafer and performing a main exposure (second exposure) using a reticle, the portion with the strongest pressing pressure during CMP (the portion surrounded by an ellipse in FIG. 12L) is thick. The
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、上記の実施例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. However, 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.
本発明は、DRAM、又はDRAMのキャパシタの様に、高段差素子をもつその他のメモリ製品の平坦化に関する製造方法に利用することができる。 The present invention can be used in a manufacturing method related to planarization of a DRAM or other memory product having a high step element such as a DRAM capacitor.
1 半導体基板(シリコン基板)
2 ゲート電極用の溝パターン
3 素子分離領域
4 層間絶縁膜
4A ビット線コンタクトプラグ
5 ゲート電極
5a ゲート絶縁膜
5b サイドウォール
5c キャップ絶縁膜
6 ビット配線
7 層間絶縁膜
7A 容量コンタクトプラグ
8 不純物拡散層
9 基板コンタクトプラグ
10 容量コンタクトパッド
11 ストッパー窒化膜
12 シリンダー層間膜
12A シリンダーホール
13 サポート窒化膜
14 マスクプラズマ酸化膜
15 アモルファスカーボン膜(α-C膜)
16 ARL膜
17 レジスト
18 下部電極膜
19 レジスト膜
20 サポートフォトレジスト(PR)
21 上部電極上導電膜
22 プレートマスクプラズマ酸化膜
23 容量PLフォトレジスト(PR)
24 プレート層間膜
24A 凸部
24B 凸部が残らない部分
25 ポジタイプのレジスト(段差低減フォトレジスト(PR))
25A ネガタイプのレジスト
26A、26B 段差低減フォトレジスト(PR)
27 配線層
28 保護膜
30 キャパシタ素子
31 周辺回路部
32 メモリマット
33 非ショット領域
34 有効チップ
35 シリコン基板最外周線
36 有効領域最外周線
37 フィールドショット単位
38 非有効チップ
39 スクライブ線中央
40 スクライブ領域
1 Semiconductor substrate (silicon substrate)
2
16
21 upper electrode
24
25A Negative type resist 26A, 26B Step-reducing photoresist (PR)
27
Claims (18)
前記第1のパターンの上に、前記半導体基板の前記主面上を覆う様に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜上に第1のレジストを塗布する工程と、
前記半導体基板の前記主面上に、前記半導体基板の最外周から第2の幅(外径−内径)を有する第2のリング状領域に前記第1の層間絶縁膜を覆う第2のパターンを形成する為の第1の露光工程と、
前記第2のリング状領域を除いた第2のパターン領域に於いて、前記半導体基板の前記主面上に開口部が平面視で前記第1のパターンに包含され、且つ第2のパターンとは異なる第3のパターンを形成する為の第2の露光工程と、
前記第1のレジストを現像する第1の現像工程と、
前記第2のパターンと前記第3のパターンとをマスクとして、前記第1のパターン上にある前記第1の層間絶縁膜の一部を除去する工程と、を有し、
前記第2のリング状領域の前記第2の幅は、前記第1のリング状領域の前記第1の幅よりも大きい事を特徴とする半導体装置の製造方法。 In the first pattern region on the main surface of the semiconductor substrate, excluding the first ring-shaped region including the outermost periphery of the semiconductor substrate and having the first width (outer diameter-inner diameter), the first pattern Forming a step;
Forming a first interlayer insulating film on the first pattern so as to cover the main surface of the semiconductor substrate;
Applying a first resist on the first interlayer insulating film;
On the main surface of the semiconductor substrate, a second pattern that covers the first interlayer insulating film is formed in a second ring-shaped region having a second width (outer diameter-inner diameter) from the outermost periphery of the semiconductor substrate. A first exposure step for forming;
In the second pattern region excluding the second ring-shaped region, an opening is included in the first pattern in plan view on the main surface of the semiconductor substrate, and the second pattern is A second exposure step for forming a different third pattern;
A first developing step for developing the first resist;
Using the second pattern and the third pattern as a mask, removing a part of the first interlayer insulating film on the first pattern,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second width of the second ring-shaped region is larger than the first width of the first ring-shaped region.
前記第2のパターンと前記第3のパターンとを除去する工程と、
CMPを使って前記第1の層間絶縁膜を平坦化する工程と、
を有する事を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 After removing the part of the first interlayer insulating film on the first pattern using the second pattern and the third pattern as a mask,
Removing the second pattern and the third pattern;
Planarizing the first interlayer insulating film using CMP; and
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
第2の層間絶縁膜を形成する工程を有する事を特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 After the step of planarizing the first interlayer insulating film using the CMP,
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, further comprising a step of forming a second interlayer insulating film.
シリンダー形状を呈したクラウン型キャパシタの下部電極を形成する工程と、
前記下部電極を覆う容量絶縁膜を形成する工程と、
前記容量絶縁膜上を覆う上部電極を形成する工程と、を有し、
前記第1のパターンは、メモリマット単位で形成される事を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of forming the first pattern,
Forming a lower electrode of a crown-shaped capacitor having a cylindrical shape;
Forming a capacitive insulating film covering the lower electrode;
Forming an upper electrode covering the capacitive insulating film,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first pattern is formed in units of memory mats.
Bドープポリシリコン膜とB-SiGe膜の積層膜を有する事を特徴とする、請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the first pattern further includes a laminated film of a B-doped polysilicon film and a B—SiGe film on the upper electrode.
前記第1の現像工程と、
前記第1のレジストの剥離工程と、
ポジタイプである第2のレジストの塗布工程と、を有し、
更に前記第2の露光工程の後に、
前記第2のレジストを現像する第2の現像工程、を有する事を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 Before the second exposure step, the first development step,
A step of stripping the first resist;
And a positive resist second resist coating step,
Furthermore, after the second exposure step,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a second development step of developing the second resist.
前記第1のパターン上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にネガタイプのレジストを塗布する工程と、
前記ネガタイプのレジストに周辺露光機を使った第1の露光を行う工程と、
前記ネガタイプのレジストに第2の露光を行う工程と、
前記ネガタイプのレジストに現像処理を実施して、前記第1のウェハーエッジカット幅よりも大きい第2のウェハーエッジカット幅を占める領域に設けられたブランクパターンであり、前記第1のパターンの一部と平面視で重なる第2のパターンと、前記第2のウェハーエッジカット幅を持つ第3のパターンとを形成する工程と、
前記第2パターンと前記第3パターンとをマスクとして前記第1のパターン上にある前記層間絶縁膜の一部を除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 Forming a first pattern having a first wafer edge cut width on a main surface of a semiconductor substrate;
Forming an interlayer insulating film on the first pattern;
Applying a negative type resist on the interlayer insulating film;
Performing a first exposure using a peripheral exposure machine on the negative type resist;
Performing a second exposure on the negative type resist;
A blank pattern provided in a region occupying a second wafer edge cut width larger than the first wafer edge cut width by developing the negative resist, and a part of the first pattern Forming a second pattern that overlaps in plan view and a third pattern having the second wafer edge cut width;
Removing a part of the interlayer insulating film on the first pattern using the second pattern and the third pattern as a mask;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記第2のパターンと前記第3のパターンとを除去する工程と、
CMPを使って、前記層間絶縁膜を平坦化する工程と、
を有する事を特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法 After the step of removing a part of the interlayer insulating film using the second pattern and the third pattern as a mask,
Removing the second pattern and the third pattern;
Using CMP to planarize the interlayer insulating film; and
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, comprising:
シリンダー形状を呈したクラウン型キャパシタの下部電極を形成する工程と、
前記下部電極を覆う容量絶縁膜を形成する工程と、
前記容量絶縁膜上を覆う上部電極を形成する工程と、を有し、
前記第1のパターンは、メモリマット単位で形成される事を特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the first pattern includes:
Forming a lower electrode of a crown-shaped capacitor having a cylindrical shape;
Forming a capacitive insulating film covering the lower electrode;
Forming an upper electrode covering the capacitive insulating film,
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the first pattern is formed in units of memory mats.
Bドープポリシリコン膜とB-SiGe膜の積層膜を有する事を特徴とする、請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein the first pattern further includes a laminated film of a B-doped polysilicon film and a B—SiGe film on the upper electrode.
前記第1のパターン上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にネガタイプのレジストを塗布する工程と
前記ネガタイプのレジストを露光・現像する事により、前記層間絶縁膜上の直下に前記第1のパターンの反転パターンである第2のパターンを形成する工程と、
前記第2のパターンをマスクとして前記第1のパターン上にある前記層間絶縁膜の一部を除去する工程と、を有し、
前記露光は、周辺露光機を使った第1の露光とレチクルを使った第2の露光とに分けられる事を特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first pattern with a first wafer edge cut width on a main surface of a semiconductor substrate;
Forming an interlayer insulating film on the first pattern;
A step of applying a negative type resist on the interlayer insulating film and exposing / developing the negative type resist to form a second pattern which is a reverse pattern of the first pattern immediately below the interlayer insulating film And a process of
Removing a part of the interlayer insulating film on the first pattern using the second pattern as a mask,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the exposure is divided into first exposure using a peripheral exposure machine and second exposure using a reticle.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013053362A JP2014179511A (en) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Semiconductor device manufacturing method |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11217457B2 (en) | 2019-08-16 | 2022-01-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of fabricating a semiconductor device |
WO2022028112A1 (en) * | 2020-08-05 | 2022-02-10 | 长鑫存储技术有限公司 | Manufacturing method for semiconductor structure, and semiconductor structure |
-
2013
- 2013-03-15 JP JP2013053362A patent/JP2014179511A/en active Pending
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