JP2015018940A - Semiconductor device - Google Patents

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雅敏 渡會
Masatoshi Watarai
雅敏 渡會
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce parasitic capacitance generated between bit lines and inhibit a short circuit of neighboring contacts through an air gap.SOLUTION: A semiconductor device comprises: capacitors formed in an upper layer above bit lines BT; and capacitor contacts CCON2 each of which connects the capacitor and a substrate and located between neighboring bit lines BT. The neighboring bit lines BT have first parts PT1 in each of which the capacitor contact CCON2 is sandwiched between the neighboring bit lines BT and second parts PT2 in each of which the capacitor contact CCON2 is not sandwiched between the neighboring bit lines BT. In an insulation layer between the second parts PT2, an air gap GT is formed, and in an insulation layer between the first parts PT1, an air gap GP is not formed at apart where the insulation layer overlaps capacitor contact CCON2.

Description

本発明は、半導体装置に関し、例えばメモリを有する半導体装置に適用可能な技術である。   The present invention relates to a semiconductor device, and is a technology applicable to a semiconductor device having a memory, for example.

メモリの一つに、キャパシタを用いたDRAM(Dynamic Random Access Memory)がある。DRAMを用いた半導体装置に関する技術としては、例えば特許文献1,2に記載の技術がある。   One of the memories is a DRAM (Dynamic Random Access Memory) using a capacitor. As a technology related to a semiconductor device using a DRAM, for example, there are technologies described in Patent Documents 1 and 2.

特許文献1には、キャパシタに接続するコンタクトが設けられた部分におけるビット線の間隔を、ビット線に接続するコンタクトが設けられた部分におけるビット線の間隔よりも広くすることが記載されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-228561 describes that the interval between the bit lines in the portion where the contact connecting to the capacitor is provided is wider than the interval between the bit lines in the portion where the contact connecting to the bit line is provided.

特許文献2には、キャパシタに接続するコンタクトを上側のコンタクト及び下側のコンタクトの2つに分けた場合において、上側のコンタクトを、下側のコンタクトに対して、そのキャパシタに接続したビット線から離れる方向にずらすことが記載されている。   In Patent Document 2, when a contact connected to a capacitor is divided into an upper contact and a lower contact, the upper contact is connected to the lower contact from the bit line connected to the capacitor. It is described that it is shifted away.

特開2008−227477号公報JP 2008-227477 A 特開2010−161173号公報JP 2010-161173 A

近年は半導体装置の微細化が進んでいるため、ビット線の間隔も狭くなっている。ビット線の間隔が狭くなると、ビット線間に生じる寄生容量が大きくなってしまう。この寄生容量を低減させる方法の一つに、ビット線間に位置する絶縁膜にエアギャップを設ける方法がある。しかし、本発明者は、ビット線間にエアギャップを設けると、キャパシタに接続するコンタクトを形成する際、隣り合うコンタクトがエアギャップを介して短絡してしまう可能性が出てくる、と考えた。   In recent years, since the miniaturization of semiconductor devices has progressed, the interval between bit lines is also narrowed. When the interval between the bit lines is reduced, the parasitic capacitance generated between the bit lines is increased. One method for reducing this parasitic capacitance is to provide an air gap in an insulating film located between bit lines. However, the present inventor has considered that when an air gap is provided between the bit lines, adjacent contacts may be short-circuited through the air gap when a contact connected to the capacitor is formed. .

一実施の形態によれば、キャパシタは、ビット線よりも上層に形成されている。キャパシタと基板を接続するキャパシタコンタクトは、隣り合うビット線の間に位置している。そして、隣り合うビット線は、互いの間にキャパシタコンタクトを挟んでいる第1部分と、互いの間にキャパシタコンタクトを挟んでいない第2部分と、を有している。第2部分の間に位置する絶縁層にはエアギャップが形成されており、第1部分の間に位置する絶縁層のうちキャパシタコンタクトと重なる部分には、エアギャップが形成されていない。   According to one embodiment, the capacitor is formed above the bit line. A capacitor contact connecting the capacitor and the substrate is located between adjacent bit lines. The adjacent bit lines have a first portion that sandwiches a capacitor contact between them and a second portion that does not sandwich a capacitor contact between them. An air gap is formed in the insulating layer positioned between the second portions, and no air gap is formed in a portion of the insulating layer positioned between the first portions that overlaps the capacitor contact.

前記一実施の形態によれば、ビット線間に生じる寄生容量を小さくすることができ、かつ、隣り合うコンタクトがエアギャップを介して短絡してしまうことを抑制できる。   According to the embodiment, the parasitic capacitance generated between the bit lines can be reduced, and the adjacent contacts can be prevented from being short-circuited through the air gap.

実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment. 図1のA−A´断面図である。It is AA 'sectional drawing of FIG. 図1のB−B´断面図である。It is BB 'sectional drawing of FIG. 半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a semiconductor device. 半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a semiconductor device. 半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a semiconductor device.

以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

図1は、実施形態に係る半導体装置SDの構成を示す平面図である。図2は、図1のA−A´断面図であり、図3は、図1のB−B´断面図である。本実施形態に係る半導体装置SDは、基板SUB、複数のビット線BT、層間絶縁膜INS3、キャパシタCND、及びキャパシタコンタクトCCON2を備えている。ビット線BTは、基板SUBの上方に形成されている。層間絶縁膜INS3は、複数のビット線BTの間に位置している。キャパシタCNDは、ビット線BTよりも上層に形成されている。キャパシタコンタクトCCON2は、平面視において隣り合うビット線BTの間に位置し、層間絶縁膜INS3を貫通しており、キャパシタCNDと基板SUBとを接続している。   FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device SD according to the embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. The semiconductor device SD according to the present embodiment includes a substrate SUB, a plurality of bit lines BT, an interlayer insulating film INS3, a capacitor CND, and a capacitor contact CCON2. The bit line BT is formed above the substrate SUB. The interlayer insulating film INS3 is located between the plurality of bit lines BT. The capacitor CND is formed in an upper layer than the bit line BT. The capacitor contact CCON2 is located between the bit lines BT adjacent to each other in plan view, penetrates the interlayer insulating film INS3, and connects the capacitor CND and the substrate SUB.

隣り合うビット線BTは、第1部分PT1及び第2部分PT2を有している。第1部分PT1は、互いの間にキャパシタコンタクトCCON2を挟んでいる。第2部分PT2は、互いの間にキャパシタコンタクトCCON2を挟んでいない。そして、第2部分PT2に対向している層間絶縁膜INS3には、エアギャップGPが形成されている。エアギャップGPは、隣り合うビット線BTの間に位置している。   Adjacent bit lines BT have a first portion PT1 and a second portion PT2. The first parts PT1 sandwich the capacitor contact CCON2 between them. The second part PT2 does not sandwich the capacitor contact CCON2 between them. An air gap GP is formed in the interlayer insulating film INS3 facing the second portion PT2. The air gap GP is located between adjacent bit lines BT.

また、一つのビット線BTにおいて、1つの第1部分PT1は、2つの第2部分PT2で挟まれている。そしてビット線BTが延在する方向において、この1つの第1部分PT1に対向する層間絶縁膜INS3のうちキャパシタコンタクトCCON2と重なる部分には、エアギャップGPが形成されていない。以下、詳細に説明する。   Further, in one bit line BT, one first part PT1 is sandwiched between two second parts PT2. In the direction in which the bit line BT extends, no air gap GP is formed in the portion of the interlayer insulating film INS3 facing this one first portion PT1 that overlaps the capacitor contact CCON2. Details will be described below.

図2,3に示すように、半導体装置SDは、基板SUBを用いて形成されている。基板SUBは、例えばシリコン基板などの半導体基板である。基板SUBの上には、多層配線層MINSが形成されている。本図に示す例において、多層配線層MINSは、層間絶縁膜INS1,INS2,INS3,INS4をこの順に積層した構成を有している。層間絶縁膜INS1,INS2,INS3,INS4は、例えばSiO2、SiOC、SiOCN、SiCOH、及びSiCOHNの少なくとも一つからなる膜、又はこの膜を多孔質化した膜から形成されている。層間絶縁膜INS1,INS2,INS3,INS4は、互いに同一の材料によって形成されても良いし、少なくとも一つが他とは異なる材料によって形成されても良い。   As shown in FIGS. 2 and 3, the semiconductor device SD is formed using a substrate SUB. The substrate SUB is a semiconductor substrate such as a silicon substrate. A multilayer wiring layer MINS is formed on the substrate SUB. In the example shown in this figure, the multilayer wiring layer MINS has a configuration in which interlayer insulating films INS1, INS2, INS3, and INS4 are stacked in this order. The interlayer insulating films INS1, INS2, INS3, and INS4 are formed of, for example, a film made of at least one of SiO2, SiOC, SiOCN, SiCOH, and SiCOHN, or a film obtained by making this film porous. The interlayer insulating films INS1, INS2, INS3, and INS4 may be formed of the same material as each other, or at least one may be formed of a material different from the other.

層間絶縁膜INS1にはキャパシタコンタクトCCON1及びビットコンタクトBCON1が埋め込まれている。キャパシタコンタクトCCON1の上面はキャパシタコンタクトCCON2の下面が接続しており、ビットコンタクトBCON1の上面はビットコンタクトBCON2の下面が接続している。キャパシタコンタクトCCON2は、層間絶縁膜INS2,INS3を貫通しており、ビットコンタクトBCON2は層間絶縁膜INS2を貫通している。なお、これらの各コンタクトは、例えばWによって形成されている。ただし、少なくとも一つのコンタクトは、他の導電材料によって形成されていても良い。   A capacitor contact CCON1 and a bit contact BCON1 are embedded in the interlayer insulating film INS1. The upper surface of the capacitor contact CCON1 is connected to the lower surface of the capacitor contact CCON2, and the upper surface of the bit contact BCON1 is connected to the lower surface of the bit contact BCON2. The capacitor contact CCON2 passes through the interlayer insulating films INS2 and INS3, and the bit contact BCON2 passes through the interlayer insulating film INS2. Each of these contacts is formed of W, for example. However, at least one contact may be formed of another conductive material.

キャパシタCNDは、下部電極LE、誘電層CINS、及び上部電極UEをこの順に積層した構成を有しており、層間絶縁膜INS4に形成された凹部の中に形成されている。詳細には、下部電極LE及び誘電層CINSは、この凹部の底面及び側面に沿って形成されている。そして上部電極UEは、この凹部の残りの空間を埋めている。下部電極LEは、例えば、Ti膜、TiN膜、Ta膜、TaN膜、Ru膜、又はこれらの少なくとも2つの積層膜である。誘電層CINSは、例えば、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、又はジルコニウムアルミネート(ZrAlOx)、二酸化ジルコニウムにTb、Er、Ybなどのランタノイドを添加した膜である。上部電極UEは、例えば、Ti膜、TiN膜、Ta膜、TaN膜、Ru膜、W膜、又はこれらの少なくとも2つの積層膜である。なお、上部電極UEは、この膜と、Cu膜の積層構造であってもよい。この場合、前者の膜は、凹部の底面及び側面に沿って形成され、Cu膜は、凹部の残りの空間を埋めている。   The capacitor CND has a configuration in which a lower electrode LE, a dielectric layer CINS, and an upper electrode UE are stacked in this order, and is formed in a recess formed in the interlayer insulating film INS4. Specifically, the lower electrode LE and the dielectric layer CINS are formed along the bottom and side surfaces of the recess. The upper electrode UE fills the remaining space of this recess. The lower electrode LE is, for example, a Ti film, a TiN film, a Ta film, a TaN film, a Ru film, or at least two laminated films thereof. The dielectric layer CINS is, for example, a film obtained by adding lanthanoids such as Tb, Er, and Yb to zirconium dioxide (ZrO2), zirconium aluminate (ZrAlOx), or zirconium dioxide. The upper electrode UE is, for example, a Ti film, a TiN film, a Ta film, a TaN film, a Ru film, a W film, or at least two laminated films thereof. The upper electrode UE may have a laminated structure of this film and a Cu film. In this case, the former film is formed along the bottom and side surfaces of the recess, and the Cu film fills the remaining space of the recess.

そして、上記した凹部は、層間絶縁膜INS4を貫通しており、その底面にはキャパシタコンタクトCCON2の上端が位置している。そして、キャパシタコンタクトCCON2の上端は、キャパシタCNDの下部電極LEに接続している。   The above-described recess penetrates the interlayer insulating film INS4, and the upper end of the capacitor contact CCON2 is located on the bottom surface thereof. The upper end of the capacitor contact CCON2 is connected to the lower electrode LE of the capacitor CND.

ビット線BTは、層間絶縁膜INS2上に形成されており、ビットコンタクトBCON2の上面に接続している。ビット線BTは、例えば、窒化チタン膜とタングステン膜の積層膜であるが、これに限定されない。   The bit line BT is formed on the interlayer insulating film INS2, and is connected to the upper surface of the bit contact BCON2. The bit line BT is, for example, a laminated film of a titanium nitride film and a tungsten film, but is not limited to this.

また、半導体装置SDは、複数のメモリセルMCを有している。各メモリセルMCは、上記したキャパシタCNDの他に、図3に示すトランジスタTRを有している。   Further, the semiconductor device SD has a plurality of memory cells MC. Each memory cell MC has a transistor TR shown in FIG. 3 in addition to the capacitor CND.

図3に示すように、トランジスタTRは、ゲート電極GE、並びにソース/ドレインとなる2つの拡散層DIFを有している。ゲート電極GEはワード線WDの一部であり、例えばポリシリコンを用いて形成されている。ワード線WDは、複数互いに平行に延在している。拡散層DIFは基板SUBに形成されており、表層にシリサイドSILを有している。シリサイドSILは、例えばNiシリサイドであるが、Coシリサイドであっても良い。なお、拡散層DIFの表層にシリサイドSILが形成されていなくても良い。そして、一方の拡散層DIF(例えばドレイン)は、ビットコンタクトBCON1,BCON2を介してビット線BTに接続しており、他方の拡散層DIF(例えばソース)は、キャパシタコンタクトCCON1,CCON2を介してキャパシタCNDの下部電極LEに接続している。   As shown in FIG. 3, the transistor TR includes a gate electrode GE and two diffusion layers DIF serving as a source / drain. The gate electrode GE is a part of the word line WD and is formed using, for example, polysilicon. A plurality of word lines WD extend in parallel with each other. The diffusion layer DIF is formed in the substrate SUB and has a silicide SIL in the surface layer. The silicide SIL is, for example, Ni silicide, but may be Co silicide. Note that the silicide SIL may not be formed on the surface layer of the diffusion layer DIF. One diffusion layer DIF (for example, drain) is connected to the bit line BT via the bit contacts BCON1, BCON2, and the other diffusion layer DIF (for example, source) is connected to the capacitor via the capacitor contacts CCON1, CCON2. It is connected to the lower electrode LE of CND.

なお、複数のトランジスタTRは、素子分離膜EIによって互いに分離されている。素子分離膜EIは、例えば酸化シリコン膜であり、例えばSTI法を用いて基板SUBに埋め込まれている。   The plurality of transistors TR are separated from each other by the element isolation film EI. The element isolation film EI is, for example, a silicon oxide film, and is embedded in the substrate SUB using, for example, the STI method.

次にビット線BTのレイアウトについて、図1及び図2を用いて説明する。複数のビット線BTは、第1の方向(図1のX方向)に延在しており、ワード線WDとほぼ直交している。また、トランジスタTRは、ビット線BTに対して斜めに設けられている。そして、第1部分PT1におけるビット線BTの間隔又は中心間距離は、第2部分PT2におけるビット線BTの間隔又は中心間距離よりも大きい。このようにすると、後述するように、第1部分PT1にエアギャップGPを形成せずに、第2部分PT2にエアギャップGPを形成しやすくなる。なお、dは、例えば30nm以上120nm以下であり、dは、例えば60nm以上240nm以下である。 Next, the layout of the bit line BT will be described with reference to FIGS. The plurality of bit lines BT extend in the first direction (X direction in FIG. 1) and are substantially orthogonal to the word line WD. The transistor TR is provided obliquely with respect to the bit line BT. The interval or center distance between the bit lines BT in the first portion PT1 is larger than the interval or center distance between the bit lines BT in the second portion PT2. If it does in this way, it will become easy to form air gap GP in 2nd part PT2, without forming air gap GP in 1st part PT1, as mentioned later. Incidentally, d 1 is, for example, 30nm or more 120nm or less, d 2 is, for example, 60nm or more 240nm or less.

また、第2部分PT2におけるビット線BTの間隔dは、ビット線BTの高さhの2倍以下であるのが好ましい、このようにすると、第1部分PT1にエアギャップGPを形成しやすくなる。 The distance d 2 of the bit line BT in the second part PT2 is twice or less is preferably the height h of the bit line BT, In this way, it is easy to form the air gap GP to the first part PT1 Become.

なお、図1に示すように、ビットコンタクトBCON1,BCON2は、ビット線BTの第2部分PT2に接続している。ビットコンタクトBCON1,BCON2は、エアギャップGPよりも下の層に設けられているため、ビットコンタクトBCON1,BCON2を第2部分PT2に設けても、隣り合うビットコンタクトBCON1,BCON2がエアギャップGPを介して短絡することはない。このため、ビットコンタクトBCON1,BCON2を第2部分PT2以外の場所に配置する必要がなくなるため、半導体装置SDを小型化できる。   As shown in FIG. 1, the bit contacts BCON1 and BCON2 are connected to the second portion PT2 of the bit line BT. Since the bit contacts BCON1 and BCON2 are provided in a layer below the air gap GP, even if the bit contacts BCON1 and BCON2 are provided in the second portion PT2, the adjacent bit contacts BCON1 and BCON2 pass through the air gap GP. Will not cause a short circuit. For this reason, it is not necessary to arrange the bit contacts BCON1 and BCON2 at a place other than the second portion PT2, and thus the semiconductor device SD can be reduced in size.

また、平面視において、ビット線BTが延在する方向(図1におけるX方向)を第1方向、この第1方向に直交する方向(図1におけるY方向)を第2方向としたとき、複数のビット線BTは、平面視でワード線WDと交わるたびに、第2方向に沿ってずれ、かつ、そのずれ方向は、2本のワード線WDと交わるたびに反転する。そして互いに隣り合う2本のビット線BTを比較すると、第1のビット線BTは、第2のビット線BTに対して、第2方向のずれの周期が1ピッチずれている。そして、この第1のビット線において、第2部分PT2は、第1のビット線BTのずれ方向が第2のビット線BTに近づく方向に反転してから、その次にずれ方向が反転するまでの間の部分である。また、第1部分PT1は、第1のビット線BTのずれ方向が第1のビット線BTから離れる方向に反転してから、その次にずれ方向が反転するまでの間の部分である。このようにすると、メモリセルをさらに小さくすることができる。   In plan view, a direction in which the bit line BT extends (X direction in FIG. 1) is a first direction, and a direction orthogonal to the first direction (Y direction in FIG. 1) is a second direction. Each time the bit line BT crosses the word line WD in plan view, the bit line BT shifts along the second direction, and the shift direction is reversed every time it crosses the two word lines WD. When comparing two adjacent bit lines BT, the first bit line BT is shifted by one pitch in the shift direction in the second direction with respect to the second bit line BT. In the first bit line, the second portion PT2 is reversed until the displacement direction of the first bit line BT is reversed in the direction approaching the second bit line BT and then the displacement direction is reversed. The part between. The first portion PT1 is a portion from when the shift direction of the first bit line BT is reversed in the direction away from the first bit line BT until the shift direction is reversed next. In this way, the memory cell can be further reduced.

なお、半導体装置SDは、例えばメモリチップであるが、メモリセルとロジック回路を混載したチップであっても良い。   The semiconductor device SD is, for example, a memory chip, but may be a chip in which a memory cell and a logic circuit are mixedly mounted.

図4,5,6は、半導体装置SDの製造方法を示す断面図である。まず、図4に示すように、基板SUBにトランジスタTRを形成する。この工程は、例えば以下の通りである。   4, 5 and 6 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor device SD. First, as shown in FIG. 4, the transistor TR is formed on the substrate SUB. This process is as follows, for example.

まず、基板SUBに素子分離膜EIを形成する。これにより、トランジスタTRが形成される領域(素子形成領域)が互いに分離される。次いで、素子形成領域に位置する基板SUBに、ゲート絶縁膜及びゲート電極GEを形成する。ゲート絶縁膜は酸化シリコン膜であってもよいし、酸化シリコン膜よりも誘電率が高い高誘電率膜(例えばハフニウムシリケート膜)であってもよい。ゲート絶縁膜が酸化シリコン膜である場合、ゲート電極GEはポリシリコン膜により形成される。またゲート絶縁膜が高誘電率膜である場合、ゲート電極GEは、金属膜(例えばTiN)とポリシリコン膜の積層膜により形成される。また、ゲート電極GEがポリシリコンにより形成される場合、ゲート電極GEを形成する工程において、素子分離膜EI上にポリシリコン抵抗を形成しても良い。なお、ゲート電極GEを形成する工程において、ワード線WDも形成される。   First, the element isolation film EI is formed on the substrate SUB. Thereby, regions (element formation regions) where the transistors TR are formed are separated from each other. Next, a gate insulating film and a gate electrode GE are formed on the substrate SUB located in the element formation region. The gate insulating film may be a silicon oxide film or a high dielectric constant film (for example, a hafnium silicate film) having a higher dielectric constant than that of the silicon oxide film. When the gate insulating film is a silicon oxide film, the gate electrode GE is formed of a polysilicon film. When the gate insulating film is a high dielectric constant film, the gate electrode GE is formed of a laminated film of a metal film (for example, TiN) and a polysilicon film. Further, when the gate electrode GE is formed of polysilicon, a polysilicon resistor may be formed on the element isolation film EI in the step of forming the gate electrode GE. Note that the word line WD is also formed in the step of forming the gate electrode GE.

次いで、素子形成領域に位置する基板SUBに、ソース及びドレインのエクステンション領域を形成する。次いでゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する。次いで、素子形成領域に位置する基板SUBに、ソース及びドレインとなる拡散層DIFを形成する。次いで、シリサイドSILを形成する。このようにして、基板SUBにトランジスタTRが形成される。   Next, source and drain extension regions are formed in the substrate SUB located in the element formation region. Next, sidewalls are formed on the sidewalls of the gate electrode. Next, a diffusion layer DIF serving as a source and a drain is formed on the substrate SUB located in the element formation region. Next, a silicide SIL is formed. In this way, the transistor TR is formed on the substrate SUB.

次いで、基板SUBの上、素子分離膜EIの上、及びトランジスタTRの上に、層間絶縁膜INS1を形成する。次いで、層間絶縁膜INS1上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜INS1をエッチングする。これにより、層間絶縁膜INS1には接続孔が形成される。その後、レジストパターンを除去する。   Next, an interlayer insulating film INS1 is formed on the substrate SUB, the element isolation film EI, and the transistor TR. Next, a resist pattern (not shown) is formed on the interlayer insulating film INS1, and the interlayer insulating film INS1 is etched using the resist pattern as a mask. Thereby, a connection hole is formed in the interlayer insulating film INS1. Thereafter, the resist pattern is removed.

次いで、この接続孔内及び層間絶縁膜INS1上に、導電膜(例えばW膜)を形成する。次いで、この導電膜のうち層間絶縁膜INS1上に位置する部分を、例えばCMP法を用いて除去する。これにより、層間絶縁膜INS1にはキャパシタコンタクトCCON1及びビットコンタクトBCON1が埋め込まれる。   Next, a conductive film (for example, a W film) is formed in the connection hole and on the interlayer insulating film INS1. Next, a portion of the conductive film located on the interlayer insulating film INS1 is removed using, for example, a CMP method. As a result, the capacitor contact CCON1 and the bit contact BCON1 are embedded in the interlayer insulating film INS1.

次いで、図5に示すように、層間絶縁膜INS1上に、層間絶縁膜INS2を形成する。次いで、層間絶縁膜INS2に、ビットコンタクトBCON2を埋め込む。ビットコンタクトBCON2の埋め込み方法は、キャパシタコンタクトCCON1の埋め込み方法と同様である。   Next, as shown in FIG. 5, an interlayer insulating film INS2 is formed on the interlayer insulating film INS1. Next, a bit contact BCON2 is embedded in the interlayer insulating film INS2. The method for filling the bit contact BCON2 is the same as the method for filling the capacitor contact CCON1.

次いで、層間絶縁膜INS2上に導電膜を形成する。次いで、この導電膜上にレジストパターン(図示せず)を形成し、この導電膜をエッチングする。これにより、複数のビット線BTが形成される。その後、レジストパターンを除去する。   Next, a conductive film is formed over the interlayer insulating film INS2. Next, a resist pattern (not shown) is formed on the conductive film, and the conductive film is etched. Thereby, a plurality of bit lines BT are formed. Thereafter, the resist pattern is removed.

次いで、図6に示すように、層間絶縁膜INS2上及びビット線BT上に、層間絶縁膜INS3を形成する。この際、ビット線BTのうち、第2部分PT2の間に位置する部分には、エアギャップGPが形成されるが、第1部分PT1の間に位置する部分には、エアギャップGPが形成されない。特に本実施形態では、第2部分PT2におけるビット線BTの間隔d2は、第1部分PT1におけるビット線BTの間隔d1よりも狭くなっている。このため、層間絶縁膜INS3のうち、平面視で第1部分PT1の間に位置する部分にのみ、エアギャップGPを形成しやすくなる。別の言い方をすれば、第1部分PT1にはエアギャップGPが形成されにくい。   Next, as shown in FIG. 6, an interlayer insulating film INS3 is formed on the interlayer insulating film INS2 and the bit line BT. At this time, an air gap GP is formed in a portion of the bit line BT positioned between the second portions PT2, but no air gap GP is formed in a portion positioned between the first portions PT1. . In particular, in the present embodiment, the interval d2 between the bit lines BT in the second portion PT2 is narrower than the interval d1 between the bit lines BT in the first portion PT1. For this reason, it becomes easy to form the air gap GP only in the portion of the interlayer insulating film INS3 located between the first portions PT1 in plan view. In other words, the air gap GP is hardly formed in the first portion PT1.

その後、層間絶縁膜INS3の上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜INS3をエッチングする。これにより、層間絶縁膜INS3には、キャパシタコンタクトCCON1となる接続孔が形成される。上記したように、エアギャップGPは、平面視で第1部分PT1の間に位置する部分にのみ形成される。このため、隣り合う接続孔がエアギャップGPを介して互いに繋がることはない。   Thereafter, a resist pattern (not shown) is formed on the interlayer insulating film INS3, and the interlayer insulating film INS3 is etched using the resist pattern as a mask. As a result, a connection hole to be the capacitor contact CCON1 is formed in the interlayer insulating film INS3. As described above, the air gap GP is formed only in a portion located between the first portions PT1 in plan view. For this reason, adjacent connection holes are not connected to each other via the air gap GP.

次いで、これらの接続孔内及び層間絶縁膜INS3上に、導電膜(例えばW膜)を形成する。次いで、この導電膜のうち層間絶縁膜INS3上に位置する部分を、例えばCMP法を用いて除去する。これにより、層間絶縁膜INS3にはキャパシタコンタクトCCON2が埋め込まれる。   Next, a conductive film (for example, a W film) is formed in these connection holes and on the interlayer insulating film INS3. Next, a portion of the conductive film located on the interlayer insulating film INS3 is removed using, for example, a CMP method. Thereby, the capacitor contact CCON2 is embedded in the interlayer insulating film INS3.

次いで、層間絶縁膜INS3上に層間絶縁膜INS4を形成する。次いで、層間絶縁膜INS4上に凹部を形成する。この工程において、凹部の底面には、キャパシタコンタクトCCON2の上面が露出する。次いで、この凹部の底面及び側面に、下部電極LEを形成する。次いで、下部電極LE上部電極UE及び層間絶縁膜INS4上に、誘電層CINS及び上部電極UEを形成する。このようにして、キャパシタCNDが形成される。   Next, an interlayer insulating film INS4 is formed over the interlayer insulating film INS3. Next, a recess is formed on the interlayer insulating film INS4. In this step, the upper surface of the capacitor contact CCON2 is exposed on the bottom surface of the recess. Next, the lower electrode LE is formed on the bottom and side surfaces of the recess. Next, the dielectric layer CINS and the upper electrode UE are formed on the lower electrode LE upper electrode UE and the interlayer insulating film INS4. In this way, the capacitor CND is formed.

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、隣り合うビット線BTの間に位置する層間絶縁膜INS3のうち、キャパシタコンタクトCCON2が貫通していない領域の少なくとも一部には、エアギャップGPが形成されている。従って、隣り合うビット線BTの間で生じる寄生容量を小さくすることができる。また、エアギャップGPは、平面視でキャパシタコンタクトCCON2と重なっていない。従って、エアギャップGPを介して隣り合うキャパシタコンタクトCCON2が短絡することを抑制できる。   Next, the operation and effect of this embodiment will be described. According to the present embodiment, the air gap GP is formed in at least a part of the region where the capacitor contact CCON2 does not penetrate in the interlayer insulating film INS3 positioned between the adjacent bit lines BT. Therefore, the parasitic capacitance generated between the adjacent bit lines BT can be reduced. The air gap GP does not overlap with the capacitor contact CCON2 in plan view. Therefore, it is possible to suppress a short circuit between adjacent capacitor contacts CCON2 through the air gap GP.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えばキャパシタCNDの構成は、本実施形態に示した例に限定されない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, the configuration of the capacitor CND is not limited to the example shown in the present embodiment.

BCON1 ビットコンタクト
BCON2 ビットコンタクト
BT ビット線
CCON1 キャパシタコンタクト
CCON2 キャパシタコンタクト
CINS 誘電層
CND キャパシタ
DIF 拡散層
EI 素子分離膜
GE ゲート電極
GP エアギャップ
GT エアギャップ
LE 下部電極
MC メモリセル
MINS 多層配線層
PT1 第1部分
PT2 第2部分
SD 半導体装置
SIL シリサイド
SUB 基板
TR トランジスタ
UE 上部電極
WD ワード線
BCON1 Bit contact BCON2 Bit contact BT Bit line CCON1 Capacitor contact CCON2 Capacitor contact CINS Dielectric layer CND Capacitor DIF Diffusion layer EI Element isolation film GE Gate electrode GP Air gap GT Air gap LE Lower electrode MC Memory cell MINS Multilayer wiring layer PT1 First part PT2 Second part SD Semiconductor device SIL Silicide SUB Substrate TR Transistor UE Upper electrode WD Word line

Claims (6)

基板と、
前記基板の上方に形成された複数のビット線と、
前記複数のビット線の間に位置する絶縁層と、
前記ビット線よりも上層に形成されたキャパシタと、
平面視において隣り合う前記ビット線の間に位置し、前記絶縁層を貫通しており、前記キャパシタと前記基板とを接続するキャパシタコンタクトと、
を備え、
前記隣り合うビット線は、互いの間に前記キャパシタコンタクトを挟んでいる第1部分と、互いの間に前記キャパシタコンタクトを挟んでいない第2部分と、を有しており、
前記第2部分に対向している前記絶縁層の少なくとも一部には、前記隣り合うビット線の間に位置するエアギャップが形成されており、
同一の前記ビット線において、1つの前記第1部分は、2つの前記第2部分で挟まれており、
前記ビット線が延在する方向において、前記1つの第1部分に対向する前記絶縁層のうち前記キャパシタコンタクトと重なる部分には、前記エアギャップが形成されていない半導体装置。
A substrate,
A plurality of bit lines formed above the substrate;
An insulating layer positioned between the plurality of bit lines;
A capacitor formed above the bit line;
A capacitor contact located between the adjacent bit lines in plan view, penetrating through the insulating layer, and connecting the capacitor and the substrate;
With
The adjacent bit lines have a first portion that sandwiches the capacitor contact between each other, and a second portion that does not sandwich the capacitor contact between each other,
An air gap located between the adjacent bit lines is formed in at least a part of the insulating layer facing the second portion,
In the same bit line, one first portion is sandwiched between two second portions,
A semiconductor device in which the air gap is not formed in a portion overlapping the capacitor contact in the insulating layer facing the one first portion in a direction in which the bit line extends.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1部分における前記隣り合うビット線の間隔は、前記第2部分における前記隣り合うビット線の間隔よりも大きい半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device wherein an interval between the adjacent bit lines in the first portion is larger than an interval between the adjacent bit lines in the second portion.
請求項2に記載の半導体装置において、
前記第2部分における前記ビット線の間隔は、前記ビット線の高さの2倍以下である半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The interval between the bit lines in the second portion is a semiconductor device that is not more than twice the height of the bit lines.
請求項3に記載の半導体装置において、
前記第1部分における前記隣り合うビット線の間隔は30nm以上120nm以下であり、
前記第2部分における前記隣り合うビット線の間隔は60nm以上240nm以下である半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3.
The interval between the adjacent bit lines in the first portion is not less than 30 nm and not more than 120 nm,
The semiconductor device, wherein an interval between the adjacent bit lines in the second portion is not less than 60 nm and not more than 240 nm.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記ビット線と前記基板とを接続するビットコンタクトを備え、
前記ビットコンタクトは、前記ビット線の前記第2部分に接続している半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A bit contact connecting the bit line and the substrate;
The bit contact is a semiconductor device connected to the second portion of the bit line.
請求項1に記載の半導体装置において、
平面視において、前記ビット線が延在する方向を第1方向、前記第1方向に直交する方向を第2方向としたとき、
平面視において前記複数のビット線と重なり、前記第2方向に延在する複数のワード線を備え、
前記複数のビット線は、平面視で前記ワード線と交わるたびに、前記第2方向に沿ってずれ、かつ、そのずれ方向は、2本の前記ワード線と交わるたびに反転し、
第1の前記ビット線は、前記第1のビット線の隣に位置する第2の前記ビット線に対して、前記第2方向のずれの周期が1ピッチずれており、
前記第1のビット線において、前記第2部分は、前記第1のビット線のずれ方向が前記第2のビット線に近づく方向に反転してから、その次に前記ずれ方向が反転するまでの間の部分である半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
In a plan view, when the direction in which the bit line extends is a first direction and the direction orthogonal to the first direction is a second direction,
A plurality of word lines that overlap the plurality of bit lines in plan view and extend in the second direction;
The plurality of bit lines are displaced along the second direction each time they intersect the word line in plan view, and the displacement direction is reversed each time the two word lines intersect.
The first bit line has a shift period of one pitch shift in the second direction with respect to the second bit line located next to the first bit line,
In the first bit line, the second portion is a period from when the shift direction of the first bit line is reversed in a direction approaching the second bit line until the next shift direction is reversed. A semiconductor device that is in between.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022075278A1 (en) * 2020-10-05 2022-04-14 Tokyo Electron Limited Method for fabricating semiconductor device with oxide semiconductor material

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