JP2014216626A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
一般に、半導体装置であるDRAM(Dynamic Random Access Memory)には、電荷を蓄えることにより情報を記憶するコンデンサであるキャパシタが形成されている。DRAMの内部回路は、各キャパシタに対して一つのトランジスタが設けられて構成されたメモリセルと、多数のメモリセルが配列されたメモリセル領域の周囲に設けられた周辺回路と、を備えている。 In general, a DRAM (Dynamic Random Access Memory), which is a semiconductor device, is formed with a capacitor, which is a capacitor that stores information by storing electric charge. An internal circuit of the DRAM includes a memory cell configured by providing one transistor for each capacitor, and a peripheral circuit provided around a memory cell region in which a large number of memory cells are arranged. .
代表的なキャパシタの種類であるシリンダー型キャパシタを製造する際は、層間絶縁膜をエッチングしてシリンダーとなる孔を形成し、その側壁に下部電極を形成して層間絶縁膜をエッチングして下部電極を露出させた後、容量絶縁膜と上部電極を形成する。 When manufacturing a cylinder type capacitor which is a typical type of capacitor, the interlayer insulating film is etched to form a cylinder hole, a lower electrode is formed on the side wall, and the interlayer insulating film is etched to form the lower electrode. Then, the capacitor insulating film and the upper electrode are formed.
上記のシリンダー型キャパシタを製造する工程について、図14〜図18を参照して説明する。図14に示すように、シリンダーとなる孔150は、一般に半導体基板上に周期的に配列され、同一の形状を有する。孔を形成するためのエッチング工程では、図15に示すように、先ずトランジスタのソースドレイン領域に接続して形成された容量コンタクト128に当接する容量コンタクトパッド142を形成する。その後、図16に示すように、容量コンタクトパッド142を覆うようにして、所定の厚み寸法でストッパ膜144と、絶縁膜147と絶縁膜148とが積層された絶縁膜146と、絶縁膜149a,149bと、を順次成膜する。
A process for manufacturing the above-described cylinder type capacitor will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 14, the
次に、絶縁膜149bの上にアモルファスカーボン膜160を成膜した後、孔150の形成予定箇所のアモルファスカーボン膜160が除去されるように、アモルファスカーボン膜160をパターニングする。この際、図17に示すように、半導体基板112の外周部のアモルファスカーボン膜160の厚み寸法は、エッチングの鈍りによって半導体基板112の内方のアモルファスカーボン膜160の厚み寸法より大きくなる。続いて、パターニングされたアモルファスカーボン膜160をマスクとしてドライエッチングを行い、容量コンタクトパッド142上に孔150を形成する。
Next, after the
ところが、上記のドライエッチング工程において、イオンの衝撃は図17に示す矢印のようになり、孔150の半導体基板112上の最外周部の孔150rが閉塞しやすい。孔150rのエッチングが不十分で閉塞したまま、図18に示すように、キャパシタの下部電極154を形成すると、下部電極154の絶縁膜146への接着強度が低くなり、下部電極154が絶縁膜146からはがれ易くなる。
However, in the dry etching process described above, the ion bombardment is as shown by the arrow in FIG. 17, and the
このようにDRAMのメモリセル領域の外周部の孔がエッチング不十分で不良になるのを避けるため、メモリセル領域の最外周部には実孔と同じサイズのダミー孔を設けることがある。ところが、図18に示す孔150rのようにダミー孔が閉塞していると、層間絶縁膜等の絶縁膜のエッチング工程で下部電極がはがれてゴミとなり、メモリセル領域の外周部の孔が不良になる。
Thus, in order to prevent the holes in the outer peripheral portion of the DRAM memory cell region from becoming defective due to insufficient etching, a dummy hole having the same size as the actual hole may be provided in the outermost peripheral portion of the memory cell region. However, if the dummy hole is closed like the
上記説明したようにメモリセル領域の最外周部にダミー孔を設ける方法に関連する技術として、例えば特許文献1には、半導体装置のメモリセル領域の外周にダミーウェルを設けること、マスク上のパターン寸法を中心領域と周辺領域とで異ならせて完成時のゲート電極寸法を均一にすること、及び、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の半導体装置の製造で各マスクの開口率をそろえるため、各マスクの形状が正方形に限定されず、スリット状であってもよいダミーコンタクトを設けることが開示されている。 As described above, as a technique related to a method of providing a dummy hole in the outermost peripheral portion of the memory cell region, for example, Patent Document 1 discloses that a dummy well is provided in the outer periphery of the memory cell region of the semiconductor device, and a pattern on the mask. In order to make the gate electrode dimensions uniform when completed by making the dimensions different between the central area and the peripheral area, and to make the aperture ratio of each mask uniform in manufacturing a semiconductor device such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit), etc. It is disclosed that a dummy contact which may be a slit shape is not limited to a square shape of the mask.
また、メモリセル領域の最外周部にダミー孔を設ける方法に関連する技術として、例えば特許文献2には、ロジック部のパーン崩れ防止のため,メモリ部とロジック部との境界に同一形状のダミーコンタクトプラグが設けられた半導体装置が開示されている。
更に、例えば特許文献3には、CMP(Chemical Mechanical Planarization)におけるエロージョン防止のため、メモリセルの密集パターン領域の外周部に、パターン被覆率が徐々に低下するようなダミーパターンを設ける半導体装置及びその製造方法が開示されている。
Further, as a technique related to a method of providing a dummy hole in the outermost peripheral part of the memory cell region, for example,
Further, for example, Patent Document 3 discloses a semiconductor device provided with a dummy pattern in which a pattern coverage gradually decreases in an outer peripheral portion of a dense pattern region of memory cells in order to prevent erosion in CMP (Chemical Mechanical Planarization) and its A manufacturing method is disclosed.
しかしながら、特許文献1の半導体装置及びその製造方法では、メモリセル領域に形成されたパターンとダミーウェル形成用のダミーパターンの形状の違いについては開示されておらず、完成時にこれらのパターンの寸法を異ならせることも開示されていない。然も、ダミーコンタクトの配列についても何ら開示されていない。
また、特許文献2の半導体装置及び特許文献3の半導体装置及びその製造方法でも、ダミーコンタクトやダミーパターンの形状に関して何ら開示されていない。
However, the semiconductor device and the manufacturing method thereof in Patent Document 1 do not disclose the difference in the shapes of the pattern formed in the memory cell region and the dummy pattern for forming the dummy well, and the dimensions of these patterns are set when completed. There is also no disclosure of making it different. However, there is no disclosure about the arrangement of dummy contacts.
Further, the semiconductor device disclosed in
本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された絶縁膜に周期的に配列された同一形状の孔を有する半導体装置であって、前記孔の最外周部に前記孔の周期的配列の外側方向に延在して、前記孔と比較して幅寸法が大きい開口であるダミー孔を備えていることを特徴とする。 The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device having holes of the same shape periodically arranged in an insulating film formed on a semiconductor substrate, and is located outside the periodic arrangement of the holes at the outermost peripheral portion of the holes. A dummy hole is provided that extends in a direction and has an opening having a larger width than the hole.
また、本発明の半導体装置は、半導体基板上のメモリセル領域に孔を含むキャパシタを有する半導体装置であって、前記孔の外周に前記孔の開口よりも平面視での面積が広いダミー孔を備えていることを特徴とする。 The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device having a capacitor including a hole in a memory cell region on a semiconductor substrate, and a dummy hole having a larger area in plan view than the opening of the hole is formed on the outer periphery of the hole. It is characterized by having.
更に、本発明の半導体装置は、半導体基板上のメモリセル領域に孔と前記孔の周りにダミー孔とを有する半導体装置であって、前記メモリセル領域の外側四方向に前記孔よりも平面視において広い面積で開口された前記ダミー孔を備えることを特徴とする。 Furthermore, the semiconductor device of the present invention is a semiconductor device having a hole in a memory cell region on a semiconductor substrate and a dummy hole around the hole, and is viewed in plan view from the hole in four directions outside the memory cell region. And the dummy hole having a wide area is provided.
本発明の半導体装置によれば、孔の最外周部に前記孔の周期的配列の外側方向に延在して、前記孔と比較して幅寸法が大きい開口であるダミー孔が形成されているため、孔を形成するエッチング工程後にダミー孔の幅寸法が充分に確保され、ダミー孔の閉塞及びキャパシタの不良が確実に防止される。従って、半導体基板上の孔全体が良好に形成され、半導体装置の不良が回避される。 According to the semiconductor device of the present invention, the dummy hole is formed in the outermost peripheral portion of the hole so as to extend in the outer direction of the periodic arrangement of the holes and has an opening having a larger width dimension than the holes. Therefore, the width dimension of the dummy hole is sufficiently ensured after the etching process for forming the hole, and the blocking of the dummy hole and the defect of the capacitor are surely prevented. Therefore, the entire hole on the semiconductor substrate is formed satisfactorily, and the failure of the semiconductor device is avoided.
以下、本発明を適用した半導体装置について、図1〜図13を参照し、説明する。また、図1〜図13においては、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、および厚みの寸法及び比率等は実際のものと同一とは限らない。 A semiconductor device to which the present invention is applied will be described below with reference to FIGS. In addition, in FIGS. 1 to 13, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Note that the drawings used in the following description are schematic, and the dimensions, ratios, and the like of length, width, and thickness are not necessarily the same as actual ones.
(第一実施形態)
本発明を適用した第一実施形態の半導体装置の一例であるDRAM10(半導体装置)について、図1〜図3を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A DRAM 10 (semiconductor device) as an example of the semiconductor device according to the first embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS.
本実施形態のDRAM10には複数のメモリセルが設けられている。なお、これらのメモリセルの周囲にメモリセルを駆動するための不図示の周辺回路が設けられていてもよい。図1に示すように、DRAM10には、半導体基板12の上面に帯状かつ複数の活性領域14が、一定の間隔をおいて形成されている。活性領域14は、埋込ワード線16(ゲート電極)とビット線18の延在方向に対し、一定の角度で傾斜するように延在している。なお、活性領域14の平面形状や整列方向は、図1に示すものに限定されない。
The
埋込ワード線16は、活性領域14を縦断するように一方向に延在して半導体基板12内に埋設されている。また、複数の埋込ワード線16は、活性領域14の延在方向及びビット線18の延在方向に交差する方向に所定の間隔をおいて形成されている。活性領域14と埋込ワード線16が交差する領域に、それぞれメモリセルが形成されている。これらのメモリセルは、活性領域14、埋込ワード線16及びビット線18を含むトランジスタと、このトランジスタに接続して設けられたキャパシタと、を備えている。なお、図1にはキャパシタの構成要素のうち容量コンタクトパッド42のみを示し、その他の構成要素の図示は省略する。
The buried
本実施形態のDRAM10における複数のメモリセルのキャパシタを形成するための孔50は、半導体基板12上に形成されたトランジスタの上の絶縁膜に、X方向及びY方向に周期的に配列されており、平面視で同一形状を有する。但し、図2に示すように、孔50の最外周部には、ダミー孔51,52が設けられている。
The
ダミー孔51は、孔50のX方向の最外周部に設けられており、孔50の周期的配列の外側方向に延在して、孔50よりY方向の幅寸法が大きく形成されている。また、ダミー孔52は、孔50のY方向の最外周部に設けられており、孔50の周期的配列の外側方向に延在している。具体的には、ダミー孔52は、孔50と平面視での寸法が同じであって、孔50の最外周部のX方向に隣接する孔50P,50Qを孔50Rによって連結したものであり、孔50よりX方向の幅寸法が大きく形成されている。このように、孔50が形成されている本実施形態のDRAM10のメモリセル領域の外側四方向には、孔50よりも平面視において広い面積で開口されたダミー孔51,52が設けられている。図2において、外側四方向とはX方向両側(紙面では上下側)及びY方向両側(紙面では左右側)を示す。ダミー孔51及びダミー孔52の形成時のエッチング工程でこれらのダミー孔の閉塞を確実に防ぐ点から、孔50の幅寸法が例えば60nmである場合は、ダミー孔51のY方向の幅寸法及びダミー孔52のX方向の幅寸法が180nm程度に設定されていることが好ましい。
The dummy holes 51 are provided in the outermost peripheral portion in the X direction of the
メモリセルを構成するトランジスタが形成される半導体基板12には、p型シリコン基板が用いられる。図3に示すように、半導体基板12には、メモリセルの形成領域を適宜区分するための絶縁膜13が形成されていてもよい。
A p-type silicon substrate is used as the
埋込ワード線16は、窒化チタンあるいはタングステン等の導電膜から構成されている。
埋込ワード線16の底面及び側面を覆うように、ゲート絶縁膜20が設けられている。ゲート絶縁膜20は、絶縁膜20aと絶縁膜20bから構成されている。絶縁膜20aと絶縁膜20bの材質としては、例えばシリコン酸化膜が挙げられる。
埋込ワード線16の上面を覆うように、保護絶縁膜22が設けられている。保護絶縁膜22は、絶縁膜22aと絶縁膜22bから構成されている。絶縁膜22aと絶縁膜22bの材質としては、例えばシリコン酸化膜が挙げられる。
The buried
A
A protective insulating
埋込ワード線16の間の半導体基板12は、活性領域14であり、トランジスタのソースドレイン領域として機能する。埋込ワード線16に電圧が印加された際には、ゲート絶縁膜20に接する半導体基板12がトランジスタのチャネル領域となる。
The
ビット線18は、導電膜18aと導電膜18bから構成されている。導電膜18aの底面は、埋込ワード線16間の半導体基板12に当接している。このような構成により、ビット線18とトランジスタのチャネル領域が電気的に接続されている。導電膜18aの材質としては、例えば多結晶シリコンが挙げられる。また、導電膜18bの材質としては、例えばタングステン及びタングステン化合物が挙げられる。ビット線18の上には、キャップ絶縁膜24が設けられている。ビット線18の側面には、サイドウォール絶縁膜26が設けられている。キャップ絶縁膜24とサイドウォール絶縁膜26の材質としては、例えばシリコン窒化膜が挙げられる。
The
容量コンタクト28は、導電膜28aと、導電膜28bと、導電膜28cから構成されている。導電膜28aの底面は、埋込ワード線16を挟んでビット線18が接続されている半導体基板12とは反対側の半導体基板12に当接している。このような構成により、容量コンタクト28とトランジスタのチャネル領域が電気的に接続されている。即ち、本実施形態のDRAM10は、隣接する2つの埋込ワード線16が同一のビット線18を共有するダブルゲート型トランジスタを備えている。
導電膜28aの材質としては、例えば多結晶シリコンが挙げられる。また、導電膜28bの材質としては、例えばコバルトシリサイドが挙げられる。更に、導電膜28cの材質としては、例えばタングステンが挙げられる。容量コンタクト28の側面には、ライナー膜30が設けられている。ライナー膜30の材質としては、例えばシリコン酸化膜が挙げられる。
The
An example of the material of the
ビット線18を介さない容量コンタクト28の幅方向の間には、層間絶縁膜32が形成されている。層間絶縁膜32は、単一の材質からなる絶縁膜36であってもよく、絶縁膜37,38,39,40の積層膜であってもよく、半導体基板12上の箇所により絶縁膜36と前記積層膜が適宜選択されていてもよい。絶縁膜36,37,40の材質としては、例えばスピンオン誘電材料(Spin On Dielectric:SOD)が挙げられる。絶縁膜36と半導体基板12との間には、シリコン酸化膜等からなるハードマスク膜34が形成されている。
An interlayer insulating
容量コンタクトパッド42(パッド)は、容量コンタクト28に接続して設けられている。図10を参照するとわかるように、ダミー孔51,52の下部にはダミー孔51,52の幅寸法に応じて容量コンタクトパッド42より幅寸法が大きい容量コンタクトパッド42d(ダミーパッド)が形成されている。容量コンタクトパッド42,42dの材質としては、例えばタングステンが挙げられる。容量コンタクトパッド42,42dの上と幅方向両側には、後述するキャパシタ53の下部電極54を形成するエッチング工程においてストッパとなるストッパ膜44が形成されている。ストッパ膜44の材質としては、例えばシリコン窒化膜が挙げられる。以降では、特に記載がない場合は、容量コンタクトパッド42,42dをまとめて容量コンタクトパッド42とする。
The capacitive contact pad 42 (pad) is provided in connection with the
半導体基板12上には、ビット線18、容量コンタクト28及び層間絶縁膜32を介して、絶縁膜46(絶縁膜)が形成されている。絶縁膜46は、図3に示すように絶縁膜47,48の積層膜であってもよく、単一の材質からなる絶縁膜であってもよい。絶縁膜46には、図2を参照して説明したように、平面視で周期的に配列された同一形状の孔50が設けられている。また、図2及び図3に示すように、孔50の最外周部にはY方向において孔50と同一の幅寸法を有し、X方向において隣接する孔50P,50Qが孔50Rで連結されることによって孔50よりも大きな幅寸法を有するダミー孔52が形成されている。
An insulating film 46 (insulating film) is formed on the
キャパシタ53は、シリンダー型の容量部であり、下部電極54と、容量膜56と、上部プレート電極58と、を備えている。下部電極54は、底面が容量コンタクトパッド42に当接しており、絶縁膜46に形成された孔50及びダミー孔51,52の内壁にシリンダー状に設けられている。下部電極54の材質としては、例えば窒化チタンが挙げられる。また、容量膜56の材質としては、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウムやそれらの積層膜が挙げられる。更に、上部プレート電極58の材質としては、タングステンと多結晶シリコンと窒化シリコンの積層膜が挙げられる。
The
キャパシタ53の容量は、基本的に下部電極54の表面積に比例するが、DRAM等の半導体装置の高密度化により容量コンタクトパッド42の面積は縮小される傾向にある。そのため、下部電極54の高さ寸法は、下部電極54の幅寸法に比べて大きくなり、例えば1μm程度になる。
The capacitance of the
次いで、DRAM10の製造方法について、図4〜図11を参照しながら説明する。
始めに、上記説明したように活性領域14、埋込ワード線16及びビット線18等を含むトランジスタを半導体基板12上に形成する。DRAM10のトランジスタは、一般にDRAM等の半導体装置に適用されているトランジスタの製造方法によって形成できるため、その詳細の説明を省略する。なお、CMP等を用いて、キャップ絶縁膜24と容量コンタクト28と層間絶縁膜32の上面は同一の高さになるように平坦化する。
Next, a method for manufacturing the
First, as described above, a transistor including the
次に、キャップ絶縁膜24と容量コンタクト28と層間絶縁膜32の上にタングステン等の導電膜を成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング技術を用いて導電膜をパターニングした後、ドライエッチングする。これにより、図4に示す容量コンタクトパッド42を形成する。但し、半導体基板12上の外周部には、ダミー孔52のX方向に幅寸法を勘案して、容量コンタクトパッド42よりX方向に幅寸法の大きい容量コンタクトパッド42dを形成する。容量コンタクトパッド42の厚みは、例えば100nmとすることができる。
Next, a conductive film such as tungsten is formed on the
次に、図5に示すように、CVD等により、容量コンタクトパッド42を覆うように、例えば50nmの厚み寸法でストッパ膜44を形成する。続いて、ストッパ膜44の上に絶縁膜47と絶縁膜48とが積層された絶縁膜46と、シリコン窒化膜等からなる絶縁膜49a,49bと、を所定の厚み寸法で成膜する。絶縁膜47,48の厚みはそれぞれ、例えば1000nm、800nmとすることができる。また、絶縁膜49a,49bの厚みは、例えば100nmとすることができる。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、絶縁膜49bの上に、例えば厚み寸法600nmでアモルファスカーボン膜60を成膜した後、孔50及びその最外周部の孔50P,50Q,50Rの形成予定箇所のアモルファスカーボン膜60が除去されるように、フォトリソグラフィ・エッチング技術を用いてアモルファスカーボン膜60をパターニングする。この際、図6に示すように、半導体基板12の外周部のアモルファスカーボン膜60の厚み寸法は、エッチングの鈍りによって半導体基板12の外周部より内方のアモルファスカーボン膜60の厚み寸法より大きくなる。
Next, an
次に、図6に示すように、パターニングされたアモルファスカーボン膜60をマスクとして、ドライエッチングにより、容量コンタクトパッド42上のシリンダー形成部分のストッパ膜44と、絶縁膜46と、絶縁膜49a,49bを開口し、孔50と、孔50の最外周部の孔50P,50Q,50Rが連結されたダミー孔52を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, by using the patterned
上記工程において、ドライエッチング時のイオンの衝撃は図6に示す矢印のようになり、前述のように孔50の最外周部の孔50P,50Q,50Rを連結して平面視における開口面積を広くしているため、ダミー孔52は閉塞し難くなる。また、リソグラフィ・エッチング技術において用いるマスクレイアウトの解像度を超える非解像ダミー孔のレイアウトが緩和されて、マスクレイアウトの自由度が増すため、本工程においてメモリセルとその端部が容易に同時開口される。なお、ダミー孔52の閉塞を確実に防ぐ点から、孔50の幅寸法を例えば60nmとすれば、ダミー孔52のX方向の幅寸法を180nm程度に設定することが好ましい。
In the above process, the impact of ions during dry etching is as shown by the arrow in FIG. 6, and as described above, the
次に、図7に示すように、残存したアモルファスカーボン膜60と絶縁膜49bとを除去する。続いて、孔50及びダミー孔52の内壁と絶縁膜49aの上面に、孔50を埋め込まない程度に小さい厚み寸法の窒化チタン膜を形成する。この窒化チタン膜の厚みは、例えば15nmとすることができる。その後、CMP等を用いて、絶縁膜46の上面、即ち絶縁膜48の上面が露出するまで窒化チタン膜及び絶縁膜49aを研磨除去する。これにより、図8に示すように、容量コンタクトパッド42に当接したシリンダー状の窒化チタンからなる下部電極54が形成される。続いて、半導体基板12のX方向及びY方向に隣接する下部電極54の間の絶縁膜46を除去する。
Next, as shown in FIG. 7, the remaining
次に、下部電極54と残存した絶縁膜46の上面を覆うように、所定の厚み寸法の容量膜56を形成する。続いて、容量膜56に囲まれた孔50及びダミー孔51,52の内部を埋め込み、絶縁膜46の上方に一定の厚み寸法を有するように、タングステンと多結晶シリコンと窒化シリコンの積層膜を成膜する。その後、積層膜の上面を研磨除去し、絶縁膜46の上面から所定の厚み寸法を有する上部プレート電極58を形成する。これにより、下部電極54と容量膜56と上部プレート電極58からなるキャパシタ53が形成される。
Next, a
以上の工程により、図1〜図3に示すDRAM100が完成する。
なお、上記のDRAM10の製造方法においては、図4〜図8を参照して図2に示すDRAM10のY方向における断面図によって孔50及びダミー孔52へのキャパシタ53の形成工程を説明したが、図2に示すX方向においては、Y方向におけるダミー孔52をダミー孔51に置き換えて同様の工程を行えばよい。ダミー孔51のように、孔50のX方向の最外周部に設けられており、且つ孔50よりY方向に幅寸法が大きく形成されているダミー孔へのキャパシタ53の形成工程については、後述する。
Through the above steps, the
In the manufacturing method of the
本実施形態のDRAM10及びその製造方法によれば、シリンダー型のキャパシタ53を形成するための孔50の最外周部に、孔50の周期的配列の外側方向に延在して、平面視において孔50よりも幅寸法が大きいダミー孔51,52が設けられている。ダミー孔52は、孔50と平面視での寸法が同じであって、孔50の最外周部のX方向に隣接する孔50P,50Qが孔50Rによって連結された孔である。そのため、孔50を形成するエッチング工程において、エッチング深さが減少しやすい最外周部のダミー孔51,52の開口面積が孔50に比べて拡張されており、ダミー孔51,52の幅寸法を充分に確保して閉塞されるのを防ぎ、不良になるのを防止できる。従って、半導体基板12上の孔50全体を確実に開口し、良好に形成できる。これにより、孔50及びダミー孔51,52にキャパシタ53の下部電極54が安定して形成され、はがれてゴミとなることがなく、DRAM10の不良を防止できる。
According to the
また、本実施形態のDRAM10及びその製造方法によれば、上記のように孔50の最外周部のダミー孔51,52の開口面積が拡張されているため、リソグラフィ・エッチング技術において用いるマスクレイアウトの解像度を超える非解像ダミー孔のレイアウトが緩和されて、マスクレイアウトの自由度が増すため、メモリセルとその端部を容易に、且つ同時に開口できる。
Further, according to the
(第二実施形態)
次いで、本発明を適用した第二実施形態の半導体装置の一例であるDRAM11(半導体装置)について、図9を参照し、説明する。また、図9に示すDRAM11の構成要素のうち、第一実施形態のDRAM10と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a DRAM 11 (semiconductor device) as an example of the semiconductor device according to the second embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. Also, among the components of the
本実施形態のDRAM11では、第一実施形態のDRAM10と同様に、複数のメモリセルが設けられている。図9に示すように、複数のメモリセルのキャパシタを形成するための孔50が半導体基板12上に形成されたトランジスタの上の絶縁膜に、X方向及びY方向に周期的に配列されており、平面視で同一形状を有する。孔50の最外周部には、ダミー孔51,52が設けられている。また、孔50が形成されている本実施形態のDRAM11のメモリセル領域の外側四方向には、孔50よりも平面視において広い面積で開口されたダミー孔51,52が設けられている。図9において、外側四方向とはX方向両側(紙面では上下側)及びY方向両側(紙面では左右側)を示す。
In the
但し、本実施形態のDRAM11のダミー孔51は、孔50のX方向の最外周部に設けられているが、X方向において孔50より大きい幅寸法を有し、Y方向において孔50と略同一の幅寸法を有して形成されている。また、ダミー孔52は、孔50のY方向の最外周部に設けられており、孔50の周期的配列の外側方向に延在しているが、複数の孔50が連結された孔ではなく、X方向において孔50と略同一の幅寸法を有し、Y方向において孔50より大きい幅寸法を有して形成されている。ダミー孔51及びダミー孔52の形成時のエッチング工程でこれらのダミー孔の閉塞を確実に防ぐ点から、孔50の幅寸法が例えば60nmである場合は、ダミー孔51のX方向の幅寸法及びダミー孔52のY方向の幅寸法が120nm程度に設定されていることが好ましい。ダミー孔51,52以外のDRAM11の構成は、第一実施形態のDRAM10の構成と同一であるため、説明を省略する。
However, although the
次いで、DRAM11の製造方法について、図10〜図13を参照しながら説明する。
先ず、第一実施形態のDRAM10の製造方法と同様に、一般にDRAM等の半導体装置に適用されているトランジスタの製造方法によって、活性領域14、埋込ワード線16及びビット線18等を含むトランジスタを半導体基板12上に形成する。CMP等を用いて、キャップ絶縁膜24と容量コンタクト28と層間絶縁膜32の上面は同一の高さになるように平坦化する。
Next, a method for manufacturing the
First, similar to the method of manufacturing the
次に、キャップ絶縁膜24と容量コンタクト28と層間絶縁膜32の上にタングステン等の導電膜を成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング技術を用いて導電膜をパターニングした後、ドライエッチングする。この際、半導体基板12上のX方向の最外周部の導電膜は、X方向の幅寸法が大きくなるようにパターニングし、且つY方向の最外周部の導電膜は、図10に示すようにY方向の幅寸法が大きくなるようにパターニングする。本工程により、図10に示す容量コンタクトパッド42と、容量コンタクトパッド42よりY方向に幅寸法の大きい容量コンタクトパッド42dを形成する。を形成する。なお、以下では半導体基板12上をY方向に断面視した状態について説明を行う。
Next, a conductive film such as tungsten is formed on the
次に、図11に示すように、CVD等により、容量コンタクトパッド42を覆うように、所定の厚み寸法でストッパ膜44を形成する。続いて、ストッパ膜44の上に絶縁膜47と絶縁膜48とが積層された絶縁膜46と、シリコン窒化膜等からなる絶縁膜49a,49bと、を所定の厚み寸法で成膜する。
Next, as shown in FIG. 11, a
次に、絶縁膜49bの上に、例えば厚み寸法600nmでアモルファスカーボン膜60を成膜した後、孔50及びその最外周部のダミー孔52の形成予定箇所のアモルファスカーボン膜60が除去されるように、フォトリソグラフィ・エッチング技術を用いてアモルファスカーボン膜60をパターニングする。この際、図12に示すように、半導体基板12の外周部のアモルファスカーボン膜60の厚み寸法は、エッチングの鈍りによって半導体基板12の外周部より内方のアモルファスカーボン膜60の厚み寸法より大きくなる。
Next, after the
次に、図6に示すように、パターニングされたアモルファスカーボン膜60をマスクとして、ドライエッチングにより、容量コンタクトパッド42上のシリンダー形成部分のストッパ膜44と、絶縁膜46と、絶縁膜49a,49bを開口し、孔50と、孔50の最外周部のダミー孔52を形成する。本工程により、半導体基板12上の容量コンタクトパッド42のうちY方向に幅寸法が大きい最外周部の容量コンタクトパッド42に当接して、孔50よりY方向に幅寸法が大きいダミー孔52が形成される。
Next, as shown in FIG. 6, by using the patterned
上記工程において、ドライエッチング時のイオンの衝撃は図12に示す矢印のようになり、前述のようにY方向の幅寸法を大きくすることによって平面視における開口面積を広くしているため、ダミー孔52は閉塞し難くなる。また、第一実施形態のDRAM10の製造時と同様に、リソグラフィ・エッチング技術において用いるマスクレイアウトの解像度を超える非解像ダミー孔のレイアウトが緩和されて、マスクレイアウトの自由度が増すため、本工程においてメモリセルとその端部が容易に同時開口される。なお、ダミー孔52の閉塞を確実に防ぐ点から、孔50の幅寸法を例えば60nmとすれば、ダミー孔52のY方向の幅寸法を120nm程度に設定することが好ましい。
In the above process, the impact of ions during dry etching is as shown by the arrow in FIG. 12, and the opening area in plan view is increased by increasing the width dimension in the Y direction as described above. 52 becomes difficult to close. Further, as in the manufacturing of the
次に、図13に示すように、残存したアモルファスカーボン膜60と絶縁膜49bとを除去する。この後、第一実施形態のDRAM10の製造方法において図8を参照して説明した工程以降と同様の工程を行う。
Next, as shown in FIG. 13, the remaining
以上の工程により、図9に示すDRAM11が完成する。
なお、上記のDRAM11の製造方法においては、図10〜図13を参照して図9に示すY方向における断面視によって孔50及びダミー孔52へのキャパシタ53の形成工程を説明したが、図9に示すX方向においては、Y方向におけるダミー孔52をダミー孔51に置き換えて同様の工程を行えばよい。
Through the above steps, the
In the manufacturing method of the
本実施形態のDRAM11及びその製造方法によれば、シリンダー型のキャパシタ53を形成するための孔50の最外周部に、孔50の周期的配列の外側方向に延在して、平面視において孔50よりも幅寸法が大きいダミー孔51,52が設けられている。ダミー孔51は、半導体基板12上のX方向において孔50より大きい幅寸法を有し、Y方向において孔50と略同一の幅寸法を有して形成された孔である。また、ダミー孔52は、X方向において孔50と略同一の幅寸法を有し、Y方向において孔50より大きい幅寸法を有して形成された孔である。そのため、孔50を形成するエッチング工程において、エッチング深さが減少しやすい最外周部のダミー孔51,52の開口面積が孔50に比べて拡張されており、ダミー孔51,52の幅寸法を充分に確保して閉塞されるのを防ぎ、不良になるのを防止できる。従って、半導体基板12上の孔50全体を確実に開口し、良好に形成できる。これにより、孔50及びダミー孔51,52にキャパシタ53の下部電極54が安定して形成され、はがれてゴミとなることがなく、DRAM11の不良を防止できる。
According to the
また、本実施形態のDRAM11及びその製造方法によれば、上記のように孔50の最外周部のダミー孔51,52の開口面積が拡張されているため、リソグラフィ・エッチング技術において用いるマスクレイアウトの解像度を超える非解像ダミー孔のレイアウトが緩和されて、マスクレイアウトの自由度が増すため、メモリセルとその端部を容易に、且つ同時に開口できる。
Further, according to the
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施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。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Deformation / change is possible.
即ち、本発明の半導体装置における複数のメモリセルのキャパシタを形成するための孔50の最外周部のダミー孔51,52は、半導体基板12上に形成されたトランジスタの上の絶縁膜に、X方向及びY方向に周期的に配列されており、孔50より平面視での面積が拡張されていればよく、面積の拡張方向は限定されない。例えば、ダミー孔51,52は、X方向及びY方向の両方において孔50よりも幅寸法が大きい孔であってもよい。また、ダミー孔51,52は、孔50の最外周部が周方向に複数連結された孔であってもよい。
That is, the dummy holes 51 and 52 at the outermost periphery of the
10,11,100…DRAM(半導体装置)、12,112…半導体基板、42…容量コンタクトパッド(パッド)、46,146…絶縁膜、50,50P,50Q,50R,150,150r…孔、51,52…ダミー孔、53…キャパシタ 10, 11, 100 ... DRAM (semiconductor device), 12, 112 ... semiconductor substrate, 42 ... capacitive contact pad (pad), 46, 146 ... insulating film, 50, 50P, 50Q, 50R, 150, 150r ... hole, 51 52 ... dummy holes, 53 ... capacitors
Claims (8)
前記孔の最外周部に前記孔の周期的配列の外側方向に延在して、前記孔と比較して幅寸法が大きい開口であるダミー孔を備えていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having holes of the same shape periodically arranged in an insulating film formed on a semiconductor substrate,
A semiconductor device comprising: a dummy hole that extends in an outer direction of the periodic arrangement of the holes at an outermost peripheral portion of the hole and has an opening having a larger width dimension than the hole.
前記孔の外周に前記孔の開口よりも平面視での面積が広いダミー孔を備えていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a capacitor including a hole in a memory cell region on a semiconductor substrate,
A semiconductor device comprising a dummy hole having a larger area in plan view than the opening of the hole on the outer periphery of the hole.
前記メモリセル領域の外側四方向に前記孔よりも平面視において広い面積で開口された前記ダミー孔を備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a hole in a memory cell region on a semiconductor substrate and a dummy hole around the hole,
A semiconductor device comprising: the dummy holes opened in a wider area in plan view than the holes in four directions outside the memory cell region.
Priority Applications (1)
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Cited By (1)
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CN108962910A (en) * | 2017-05-17 | 2018-12-07 | 三星电子株式会社 | Vertical memory device |
-
2013
- 2013-04-30 JP JP2013095863A patent/JP2014216626A/en active Pending
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CN108962910B (en) * | 2017-05-17 | 2023-08-29 | 三星电子株式会社 | vertical memory device |
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