JP2015138941A

JP2015138941A - 半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP2015138941A
Application number: JP2014011307A
Authority: JP
Inventors: 祐弥松田; Yuya Matsuda
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: US20150214103A1; JP6129756B2

Abstract

【課題】ストッパ膜の突き抜けを生ずることなく、深さが異なる複数のコンタクトを同時に形成することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】積層された複数の導電膜と導電膜上に形成された絶縁層を有する。複数の導電膜の端部において、各々の導電膜によって形成された階段形状部と、階段形状部において絶縁層の上面から導電膜の各々の上面に接続し、深さが異なる複数のコンタクト電極と、絶縁層中に設けられた調整膜を有する。開口の深さが異なる複数のコンタクト電極を有する第１のコンタクト群と、第２のコンタクト群を有し、第２のコンタクト群に属する複数のコンタクト電極は、調整膜を貫通している。第１のコンタクト群に属する最も浅いコンタクト電極の開口の深さは、第２のコンタクト群に属する最も深いコンタクト電極より深い。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。

複数の導電膜が積層され、階段状に形成された当該導電膜の各層上面に接続するコンタクトを同時に形成する場合、下層膜と上層膜では、コンタクト開口の深さが大きく異なる。そのため、浅いコンタクトの底部においては、下層のストッパ膜に過剰なエッチングが施されるため、ストッパ膜が突き抜けて貫通し、下層の導電膜とショートを生ずる等の問題がある。

特開２０００−２６０８７１号公報

ストッパ膜の突き抜けを生ずることなく、著しく深さが異なる複数のコンタクトを同時に形成することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供する。

積層された複数の導電膜と導電膜上に形成された絶縁層を有する。複数の導電膜の端部において、各々の導電膜によって形成された階段形状部と、階段形状部において絶縁層の上面から導電膜の各々の上面に接続し、深さが異なる複数のコンタクト電極と、絶縁層中に設けられた調整膜を有する。開口の深さが異なる複数のコンタクト電極を有する第１のコンタクト群と、第２のコンタクト群を有し、第２のコンタクト群に属する複数のコンタクト電極は、調整膜を貫通している。第１のコンタクト群に属する最も浅いコンタクト電極の開口の深さは、第２のコンタクト群に属する最も深いコンタクト電極よりも深い。

実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセル部の構成を模式的に示す斜視図の一例。図２（ａ）は、第１の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成を模式的に示す縦断面図の一例であり、図１のＡ−Ａ線における断面構造を示す縦断面図の一例。図２（ｂ）は、メモリ部端部の配線接続部における縦断面図の一例。配線接続部において、導電膜によって形成された階段形状の構成を模式的に示した縦断面図の一例。第１の実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例。第１の実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例。第１の実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例。第１の実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例。第１の実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例。第１の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成の他の例を模式的に示す縦断面図の一例であり、図１のＡ−Ａ線における断面構造を示す縦断面図の一例。第２の実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例。第２の実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例。第２の実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例。第２の実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例。第２の実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例。第２の実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例。第２の実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例。第３の実施形態の構成を説明するための図であり、配線接続部において、導電膜によって形成された階段形状の構成を模式的に示した縦断面図の一例。第４の実施形態の構成を説明するための図であり、配線接続部において、導電膜によって形成された階段形状の構成を模式的に示した縦断面図の一例。調整膜の階段形状の形成方法を説明するための図の一例。調整膜の階段形状の形成方法を説明するための図の一例。調整膜の階段形状の形成方法を説明するための図の一例。調整膜の階段形状の形成方法を説明するための図の一例。調整膜の階段形状の形成方法を説明するための図の一例。

以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。また、上下左右の方向についても、後述する半導体基板における回路形成面側を上とした場合の相対的な方向を示し、必ずしも重力加速度方向を基準としたものとは一致しない。なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。また、以下の説明において、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標系を使用する。この座標系においては、半導体基板の表面に対して平行な方向であって相互に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とし、これらＸ方向およびＹ方向の双方に対して直交する方向をＺ方向とする。

（第１の実施形態）
以下に、図１〜図９を参照して、第１の実施形態について説明する。
図１及び図２に、不揮発性半導体記憶装置の一例として、積層型不揮発性半導体記憶装置の一例を示す。積層型不揮発性半導体記憶装置としては、積層された導電膜を半導体基板に対して垂直方向に貫通するとともに、下部にて相互接続する一対のピラー電極を有し、ピラー電極と導電膜の間に電子捕獲膜を形成して記憶素子としたＮＡＮＤ型不揮発性半導体記憶装置を例示している。

図１は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置１１０のメモリセル部の構成を模式的に示す斜視図の一例である。図１においては、導電部分のみを示し、絶縁部分は省略している。

図２（ａ）は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置１１０の構成を模式的に示す縦断面図の一例であり、図１のＡ−Ａ線における断面構造を示す縦断面図の一例である。図１及び図２（ａ）は、メモリ部ＭＵの構造の一例を示している。

図１及び図２（ａ）において、メモリセル部は、３次元マトリクス状に配列した記憶素子を有するメモリ部ＭＵを有している。メモリ部ＭＵは半導体基板５０上に設けられた絶縁膜１３上に形成されている。絶縁膜１３上にはバックゲートＢＧが設けられている。メモリ部ＭＵは複数の導電膜６０を有している。導電膜６０は、各々が半導体基板５０表面に並行する方向（ＸＹ平面方向）に平面的（二次元的）に延在する帯状の構造を有しており、複数層が積層されている。導電膜６０は不揮発性半導体記憶装置１１０のメモリセルＭＣのワード線となる。積層する導電膜６０間には、電極間絶縁膜５２が設けられている。最上層の導電膜６０の上部には、選択ゲート電極ＳＧが積層して設けられており、導電膜６０と選択ゲート電極ＳＧにより積層構造体ＭＬを構成している。選択ゲート電極ＳＧは、メモリストリングスを選択するドレイン側選択ゲート電極ＳＧＤと、ソース側選択ゲート電極ＳＧＳを有している。

なお、図２（ａ）及び（ｂ）においては導電膜６０が８層描かれているが、積層構造体ＭＬにおいて、積層される導電膜６０の数は任意である。図１においては、図を見やすくするために、導電膜６０を４層として描いている。後述する図３から図９においては、説明の便宜上、導電膜６０を１２層とした一例を示している。

導電体ピラーＳＰは、半導体基板５０に垂直な方向（Ｚ方向）に延伸しており、積層構造体ＭＬを貫通している。導電体ピラーＳＰは例えば二つで一対（図においてＳＰ１とＳＰ２）を構成している。一対の導電体ピラーＳＰ（ＳＰ１とＳＰ２）は、下部において接続部ＳＣを介して相互に接続され、全体としてＵ字型を有している。バックゲートＢＧは絶縁膜を介して接続部ＳＣを囲むように構成されており、バックゲートＢＧに電圧を印加することで、接続部ＳＣにおける導通状態を制御している。

導電体ピラーＳＰは、積層構造体ＭＬ及び選択ゲート電極をＺ方向に貫通するホール中に、例えば半導体膜（例えばアモルファスシリコン）を埋め込むことによって形成することができる。導電体ピラーＳＰは、Ｚ方向に延在する筒状（例えば、円筒状）または、柱状（例えば、円柱状）として形成することができる。導電体ピラーＳＰ内の半導体膜の内側は中空でも良く、あるいは、絶縁層などで埋設されていても良い。

導電体ピラーＳＰ内の半導体膜と導電膜６０の間には、例えば、ブロック膜、チャージ膜、及びトンネル膜を有することができ、情報を記憶するメモリ部ＭＵとなる。ブロック膜として例えばシリコン酸化膜、チャージ膜として例えばシリコン窒化膜、トンネル膜として例えばシリコン酸化膜を用いることができる。

メモリセルＭＣ（メモリセルトランジスタ）は、導電膜６０をゲート電極、導電体ピラーＳＰをチャネル部、ブロック膜、チャージ膜、及びトンネル膜をゲート絶縁膜及び電荷蓄積層（記憶層４８）として構成されている。メモリセルトランジスタは３次元マトリクス状に配列され、記憶層４８に電荷を蓄積させることにより、各メモリセルトランジスタが情報（データ）を記憶するメモリセルＭＣとして機能する。

メモリ部ＭＵ上において、一対の導電体ピラーＳＰのうち一方（ＳＰ１）はビット線ＢＬに接続されており、他方（ＳＰ２）はソース線ＳＬに接続されている。これにより、一対の導電体ピラーＳＰ（ＳＰ１とＳＰ２）は、ビット線ＢＬからソース線ＳＬに向かって、一続きに接続された構造となり、一つのメモリストリングスＭＳを形成している。

導電膜６０、及び選択ゲート電極ＳＧは、一対の導電体ピラーＳＰ間（ＳＰ１−ＳＰ２間）を図中Ｘ方向に延伸する分断層５４により、Ｙ方向に分断されている。選択ゲート電極ＳＧは、隣接する導電体ピラーＳＰ２間を、Ｘ方向に延伸する分断層５６により、Ｙ方向に分断されている。

選択ゲート電極ＳＧ上には層間絶縁膜１８が設けられている。導電体ピラーＳＰ上には、ピラーコンタクト部ＳＰＣが配置され、その上に、ソース線ＳＬとコンタクト電極２２とが設けられている。ソース線ＳＬの周りには層間絶縁膜１９が設けられている。ソース線ＳＬの上に層間絶縁膜２３が設けられ、その上にビット線ＢＬが設けられている。ビット線ＢＬは、例えば、Ｙ軸方向に延伸したラインアンドスペース形状を有している。ビット線ＢＬの上に、層間絶縁膜２５、層間絶縁膜２７及びパッシベーション膜２９が設けられる。

図２（ｂ）は、メモリ部ＭＵ端部においてワード線ＷＬ（導電膜６０）を、図示しない周辺回路に接続するための配線接続部ＭＵ２における断面構造の一例を示している。配線接続部ＭＵ２において、導電膜６０端部が階段形状に形成されている。階段形状に形成された複数の導電膜６０端部の各段の上面に、コンタクト電極３１が接続されている。これにより、コンタクト電極３１は、各々の導電膜６０（ワード線）に接続され、それぞれに対して所定の電圧を印加可能に構成される。

コンタクト電極３１は図示しない周辺回路に接続されている。周辺回路は、メモリ部ＭＵの周辺に設けられ、メモリセルＭＣに対して情報の書込み／読み出し、その他の動作を行う。選択ゲート電極ＳＧは、メモリ部コンタクト配線３４に接続されている。メモリ部コンタクト電極３１及びメモリ部コンタクト配線３４の側面は層間絶縁膜１８で覆われている。なお、図２（ｂ）には、説明のため、コンタクト電極３１が同一断面に並列して描かれた構成を示しているが、コンタクト電極３１を、図中手前―奥方向（Ｙ方向）に順にずらすように配置しても良い。

図に示すように、階段形状に形成された導電膜６０上に、ストッパ膜５８、層間絶縁膜１８、及び層間絶縁膜１９が形成されている。各々の複数のコンタクト電極３１は、これら膜を貫通して、各々に対応する導電膜６０表面に接続するように形成されている。選択ゲート電極ＳＧは、例えば、メモリ部コンタクト配線３４によって、選択ゲート電極のための配線３５に接続される。配線３５の上には、層間絶縁膜２５が設けられ、層間絶縁膜２５の上には、配線３５に接続されるメタル配線２８が設けられている。メモリ部のコンタクト電極３１及びメモリ部コンタクト配線３４の側面は層間絶縁膜１８で覆われている。

このように、導電体ピラーＳＰ（ＳＰ１及びＳＰ２）が、ビット線ＢＬまたはソース線ＳＬに接続され、導電体ピラーＳＰのそれぞれに、選択ゲート電極ＳＧ（ＳＧＤ及びＳＧＳ）が設けられることにより、任意の導電体ピラーＳＰの任意のメモリセルＭＣに所望のデータを書き込み、読み出すことができる。

次に、図３を参照して、本実施形態の具体的構成について説明する。図３は、図２（ｂ）に示した配線接続部ＭＵ２において、導電膜６０によって形成された階段形状の構成を模式的に示した縦断面図の一例である。なお、図３〜図９においては、説明の便宜上、導電膜６０を１２層として構成している。導電膜６０の数は上述のように任意であるが、８の倍数とする場合が多い。また、これに、例えば複数層のダミー層を加えて形成しても良い。

図３において、上述のように導電膜６０が１２層設けられている。最下段の導電膜６０を６０１とし、順に次の段を導電膜６０２、導電膜６０３とし、最上段の導電膜６０を６１２とする。導電膜６０間には電極間絶縁膜５２が設けられており、各導電膜６０間を絶縁している。導電膜６０は例えばアモルファスシリコンにより形成されている。アモルファスシリコンには、不純物が導入されていても良いし、不純物が導入されていなくても良い。不純物を導入する場合は、リン、ボロン等の不純物が用いられる。電極間絶縁膜５２としては、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。

階段形状に形成された導電膜６０（６０１〜６１２）上部表面には、ストッパ膜５８が形成されている。ストッパ膜５８としては、例えばシリコン窒化膜を用いることができる。ストッパ膜５８上には層間絶縁膜１８が設けられている。層間絶縁膜１８としては例えばシリコン酸化膜を用いることができる。層間絶縁膜１８内には調整膜（エッチング調整膜）７００が設けられている。調整膜７００としては例えばシリコン窒化膜を用いることができる。

層間絶縁膜１８中にはコンタクト電極８０（８０１〜８１２）が形成されている。各々のコンタクト電極８０（８０１〜８１２）は、層間絶縁膜１８及びストッパ膜５８を貫通し、層間絶縁膜１８表面から、それぞれに対応する導電膜６０１〜６０６表面に達している。コンタクト電極８０７〜８１２は、層間絶縁膜１８、調整膜７００及びストッパ膜５８を貫通し、層間絶縁膜１８表面から、それぞれに対応する導電膜６０７〜６１２表面に達している。コンタクト電極８０は例えばダマシン法によって形成されている。コンタクト電極８０の上部は、コンタクトプラグ部と一体的に形成された配線８２が配置されている。

ここで、コンタクト電極８０１〜８０６をコンタクト電極群ＣＡ１、コンタクト電極８０７〜８１２をコンタクト電極群ＣＡ２と称する。コンタクト電極群ＣＡ１は比較的深い複数のコンタクトホールを有している（深いコンタクト群）。コンタクト電極群ＣＡ２は開口の深さが比較的浅い複数のコンタクトホールを有している（浅いコンタクト群）。コンタクト電極群ＣＡ２の最も深いコンタクト電極８０７の開口の深さは、コンタクト電極群ＣＡ１の最も浅いコンタクト電極８０６の開口深さより浅い。このように、本実施形態では、開口の深さが異なる複数のコンタクトホール又はコンタクト電極を、深さに応じて、複数のコンタクト（電極）群とグループ化している。

コンタクト電極群ＣＡ１が形成される領域には調整膜７００は設けられていない。コンタクト電極群ＣＡ２が形成される領域には調整膜７００が設けられており、コンタクト電極８０７〜８１２は、調整膜７００を貫通して形成されている。浅いコンタクト電極群ＣＡ２が、調整膜７００を貫通してコンタクトホールが形成されることで、コンタクト深さの差を緩和することができ、深さの違いに起因する下地突き抜け等を抑制することができる。

次に、図３〜図８を参照して、第１の実施形態の製造方法について説明する。図３〜図８は、本実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例である。図３〜図８は、配線接続部ＭＵ２の縦断面図を示しており、導電膜６０（６０１〜６１２）の各々の上面に、コンタクト電極８０（８０１〜８１２）が接続形成される様子を工程順に示している。

先ず、図４に示すように、半導体基板５０上に、電極間絶縁膜５２及び導電膜６０を積層し、これを階段形状に加工する。具体的には以下に説明する方法を用いることができる。半導体基板５０はシリコン基板を用いることができる。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体基板５０にバックゲートＢＧを形成することができる。また、半導体基板５０はシリコン基板上に絶縁膜を形成した状態であっても良い。

半導体基板５０上に電極間絶縁膜５２を形成する。電極間絶縁膜５２としては、例えば、シリコン酸化膜を用いることができ、例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成することが可能である。次に、導電膜６０（６０１）を形成する。導電膜６０としては、例えばアモルファスシリコンを用いることができる。アモルファスシリコンは、例えばＣＶＤ法によって形成することができる。

次に、上述の電極間絶縁膜５２及び導電膜６０を交互に形成していき、導電膜６０（６０１〜６１２）と電極間絶縁膜５２が１２層、繰り返し積層された積層膜を形成する。導電膜６０１〜６１２の各層の間には電極間絶縁膜５２が形成されており、導電膜６０の各層は相互に絶縁されている。なお、本実施形態では説明のために導電膜６０と電極間絶縁膜５２が１２層積層した積層膜として形成した一例を示しているが、層数は任意であり、これに限定する必要はない。

導電膜６０（６０１〜６１２）を階段形状にするための加工は、例えば以下に説明する方法を用いることができる。半導体基板５０上に複数の導電膜６０（６０１〜６１２）を積層して成膜した後、リソグラフィ法を用いてレジストパターンを形成し、異方性条件を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching、反応性イオンエッチング）法で導電膜６１２及びその下層の電極間絶縁膜５２の１層分をエッチングする。次に、さらにスリミングを施すことによりレジストを後退させ、ＲＩＥ法により、表面に露出した最上層の導電膜６０（６１２及び６１１）及びそれらの下層の電極間絶縁膜５２をエッチングする。次いでスリミングを施すことによりレジストを後退させ、次いでＲＩＥ法により、表面に露出した導電膜６０（６１２、６１１、６１０）及びそれら下層の電極間絶縁膜５２の１層分をエッチングする。これを繰り返して、１層ずつ順に階段形状を形成していき、導電膜６０の階段形状を形成する。また、レジストのスリミングを用いる上記方法に代えて、それぞれのレジストパターンを、リソグラフィ法を用いて形成しても良い。

次に、階段形状に加工した導電膜６０上にストッパ膜５８を形成する。ストッパ膜５８としては例えばＣＶＤ法によって形成したシリコン窒化膜を用いることができる。次に、その上に層間絶縁膜１８を形成し、ＣＭＰ法（Chemical Mechanical Polishing;化学機械研磨法）を用いて層間絶縁膜１８を研磨し、表面を平坦にする。次に、調整膜７００を形成する。調整膜７００としては、層間絶縁膜１８とエッチングレート差を設けることが可能な絶縁膜であればよく、例えばＣＶＤ法によって形成したシリコン窒化膜を用いることができる。調整膜７００としては、シリコン窒化膜に代えて、例えば、熱処理を施して緻密化したシリコン酸化膜を用いても良い。調整膜７００は、成膜した絶縁膜にリソグラフィ法及びＲＩＥ法を施してパターニングすることにより形成することができる。調整膜７００は、導電膜６０７〜６１２によって形成された階段形状部分の上方を覆う位置に形成される。

次に、これらを覆う層間絶縁膜１８を形成し、ＣＭＰ法を用いて上面を平坦化する。次に、コンタクトを形成するためのマスク１００を形成する。マスク１００としては、リソグラフィ法によって形成されたレジストを用いることができる。また、レジストに代えて、例えばリソグラフィ法によってパターニングしたカーボン膜を用いても良い。

次に、図５に示すように、マスク１００をエッチングのマスクとして、ＲＩＥ法を用いてコンタクトホール９０（９０１〜９１２）を形成する。図５はコンタクトホール９０の形成過程の途中の状態を示したものであり、コンタクトホール９０１〜９１２の底面が調整膜７００上面高さまで形成された状態を示している。ここでのエッチングでは、層間絶縁膜１８を構成するシリコン酸化膜のエッチングレートに比較して、調整膜７００を構成するシリコン窒化膜のエッチングレートが低い条件を用いている。

次に、図６に示すように、さらにエッチングを進める。図６は、コンタクトホール９０７〜９１２が、調整膜７００を貫通した時点での状態を示している。コンタクトホール９０１〜９０６においては、層間絶縁膜１８中をさらに下方にエッチングが進んでいる。

ここで、コンタクトホール９０１底面から導電膜６０１上のストッパ膜５８上面までの距離をＤ１とする。コンタクトホール９０２底面から導電膜６０２上のストッパ膜５８上面までの距離をＤ２とする。コンタクトホール９０３底面から導電膜６０３上のストッパ膜５８上面までの距離をＤ３とする。コンタクトホール９０４底面から導電膜６０４上のストッパ膜５８上面までの距離をＤ４とする。コンタクトホール９０５底面から導電膜６０５上のストッパ膜５８上面までの距離をＤ５とする。コンタクトホール９０６底面から導電膜６０６上のストッパ膜５８上面までの距離をＤ６とする。この時、コンタクトホール９０７底面から導電膜６０７上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ１となる。コンタクトホール９０８底面から導電膜６０８上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ２となる。コンタクトホール９０９底面から導電膜６０９上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ３となる。コンタクトホール９１０底面から導電膜６１０上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ４となる。コンタクトホール９１１底面から導電膜６１１上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ５となる。コンタクトホール９１２底面から導電膜６１２上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ６となる。

すなわち、コンタクト電極群ＣＡ１、ＣＡ２を、それぞれ一つのまとまりとして考えると、コンタクト電極群ＣＡ１の下部と導電膜６０１〜６０６上のストッパ膜５８上面までの距離との関係は、コンタクト電極群ＣＡ２の下部と導電膜６０７〜６１２上のストッパ膜５８上面までの距離の関係と、略同じになる。

また、調整膜７００の膜厚をＴ１１、調整膜７００（シリコン窒化膜）のエッチングレートをｒ１、コンタクトホール９０１〜９０６の調整膜７００上面高さからの深さをＴ１２、層間絶縁膜１８（シリコン酸化膜）のエッチングレートをｒ２とすると、Ｔ１１／ｒ１＝Ｔ１２／ｒ２の関係が成り立つ。すなわち、調整膜７００の膜厚Ｔ１１のエッチング時間と、層間絶縁膜１８の膜厚Ｔ１２のエッチング時間は略同じになる。

次に、図７に示すように、さらにエッチングを進める。図７は、コンタクトホール９０１〜９１２の底部が、ストッパ膜５８表面に到達した状態を示している。上述のように、ストッパ膜５８は例えばシリコン窒化膜によって形成されており、層間絶縁膜１８は例えばシリコン酸化膜により形成されている。このエッチングにおいては、シリコン酸化膜のエッチングレートが、シリコン窒化膜のエッチングレートよりも低くなるように設定している。以下、このエッチングレートの比（すなわちｒ２／ｒ１）をエッチングの選択比Ｓと称する。シリコン酸化膜のエッチングレートと、シリコン窒化膜のエッチングレートは任意に設定可能である。これにより、選択比を任意に設定可能である。選択比を適正に設定することにより、浅いコンタクトホール９０において、ストッパ膜５８を突き抜け、下地膜をエッチングすることを抑制することができる。また、ストッパ膜５８を一定膜厚以上に形成しておくことにより、浅いコンタクトホール９０において、ストッパ膜５８を突き抜けを抑制し、ひいては下地膜がエッチングされることを抑制することができる。

上記エッチング中に、同じコンタクト電極群ＣＡに属する浅いコンタクトホール９０（例えば９０６）の底面は、深いコンタクトホール９０（例えば９０１）よりも先にストッパ膜５８表面に到達することになる。コンタクトホール９０１において層間絶縁膜１８（シリコン酸化膜）中をエッチングしていくうちに、コンタクトホール９０６はエッチングレートの低いストッパ膜５８（シリコン窒化膜）をエッチングすることとなる。すなわち、浅いコンタクトホール９０下のストッパ膜５８は、深いコンタクトホール９０下のストッパ膜５８に比較して、エッチングされる時間が長くなる。

仮に、エッチング選択比がＳであるとすると、コンタクトホール９０６においてエッチングされるストッパ膜５８の厚さは、コンタクトホール９０１においてはエッチングされる層間絶縁膜１８の厚さの１／Ｓの厚さとなる。ストッパ膜５８の膜厚が、コンタクトホール９０６とコンタクトホール９０１との深さの差（Ｄ１−Ｄ６）の１／Ｓ以上の膜厚を有していれば、コンタクトホール９０６が、ストッパ膜５８を貫通することはない。ストッパ膜５８は、成膜時に、十分に貫通しないような膜厚に形成されている。

上述のように、コンタクトホール９０１と９０６の深さの差分だけ、コンタクトホール９０６においては余分にエッチングが施されることになる。本実施形態におけるエッチングにおいては、コンタクトホール９０１と９０６の深さの差程度であれば、調整膜７００（シリコン窒化膜）に対する層間絶縁膜１８（シリコン酸化膜）の選択比を十分に大きく設定し、さらに、ストッパ膜５８を、エッチング中に貫通が生じない膜厚に設定することで、ストッパ膜５８を貫通しないようにすることができる。このことは、コンタクトホール９０７と９１２においても同様である。

なお、コンタクトホール９０底面がストッパ膜５８を貫通しても、その下の導電膜６０を貫通しなければ、積層する導電膜６０同士が導通することがない。従って、コンタクトホール９０がストッパ膜５８を突き抜けても、その下の導電膜６０を貫通し、さらにその下層の導電膜６０に達することがなければ、デバイスの動作上支障はない（配線間のショートは発生していない）。従って、ストッパ膜５８は必ずしも貫通しないような膜厚に設定する必要はない。また、さらに、ストッパ膜５８を形成することなく、導電膜６０をストッパ膜として用いても良い。すなわち、上述の例で、コンタクトホール９０６とコンタクトホール９０１との深さの差分のシリコン酸化膜（層間絶縁膜１８）をエッチングする間に、導電膜６０（ポリシリコン）が貫通しないようなエッチング選択比となるようにエッチング条件を設定することができる。あるいは、導電膜６０の膜厚を厚くして、エッチング中に貫通しないようにしてもよい。このようにすれば、コンタクトホール９０１〜９０６、及びコンタクトホール９０７〜９１２のコンタクト深さの差を有していても、浅いコンタクトホールが、ストッパ膜５８、さらには導電膜６０を突き抜けることを回避できる。

本実施形態では、比較的浅いコンタクトホール９０７〜９１２（コンタクト電極群ＣＡ２）が調整膜７００をエッチングしている間に、エッチング量が調整され、比較的深いコンタクトホール９０１〜９０６（コンタクト電極群ＣＡ１）のエッチングが進行する。これにより、浅いコンタクト電極群ＣＡ２が調整膜７００を貫通した時点での残りのエッチング量（深さ）と、深いコンタクト電極群ＣＡ１の残りのエッチング量（深さ）を略等しい状況とすることができる。

本実施形態では、コンタクトホールの深さの差があっても、ストッパ膜５８を貫通することがないコンタクトホール９０の一群を、コンタクト電極群ＣＡ１、及びコンタクト電極群ＣＡ２と呼んでいる。すなわち、コンタクトホール９０１〜９０６の深さの差程度であれば、ストッパ膜５８によってエッチング量が調整され、コンタクトホール９０はストッパ膜５８を貫通することなく、ひいては下地膜に達することがない。同じく、コンタクトホール９０７〜９１２の深さの差程度であれば、ストッパ膜５８によってエッチング量が調整され、コンタクトホール９０はストッパ膜５８を貫通することなく、ひいては下地膜に達することはない。すなわち、調整膜７００によって、深さの大きく異なるコンタクト電極群ＣＡ１−ＣＡ２間のコンタクトホールの深さの差を緩和することが可能となる。

次に、図８に示すように、コンタクトホール９０の底面のストッパ膜５８を、ＲＩＥ法を用いてエッチング除去する。これにより、コンタクトホール９０は、層間絶縁膜１８上面から、それぞれ導電膜６０１〜６１２上面までを貫通する。

次に、図３に示すように、コンタクトホール９０上部に、配線８２を形成するための溝を形成する。次に、コンタクトホール９０内に金属膜を埋設形成し、さらに層間絶縁膜１８の上面を覆うように成膜する。次に、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜１８上の金属膜を除去する。以上の工程により、コンタクト電極８０及び配線８２を形成することができる。金属膜は、例えば、ＣＶＤ法を用いて、窒化チタン（ＴｉＮ）をコンタクトホール９０内及び層間絶縁膜１８上面を覆うように薄く形成した後、例えば、ＣＶＤ法を用いて、タングステン（Ｗ）を成膜することにより形成することができる。上記方法に代えて、コンタクトホール９０内に金属膜をプラグ状に形成した後、配線層となる金属を成膜し、ＣＭＰ法を用いて層間絶縁膜１８上面の金属膜を除去して、配線８２を形成しても良い。

以上説明したように、同一のコンタクト電極群ＣＡ中、コンタクトホール９０のエッチングにおいて、深いコンタクトホール９０１がストッパ膜５８表面に到達する前に浅いコンタクトホール９０６はストッパ膜５８表面に到達する。コンタクトホール９０１と９０６の深さの差分だけ、コンタクトホール９０６は余分にエッチングが施されることになる。

本実施形態におけるエッチングにおいては、コンタクトホール９０１と９０６の深さの差程度であれば、ストッパ膜５８（シリコン窒化膜）に対する層間絶縁膜１８（シリコン酸化膜）の選択比を十分に大きく設定し、さらに、ストッパ膜５８の膜厚を十分に厚く設定することで、ストッパ膜５８を貫通しないように調整することができる。このことはコンタクトホール９０７と９１２においても同じである。本実施形態では、同時に深さの大きく異なるコンタクトホールを開口する場合に、ストッパ膜５８によって、浅いコンタクトホール９０が貫通しないように調整可能な高低差の範囲を、コンタクト電極群ＣＡ（ＣＡ１、ＣＡ２）と位置付けている。

しかし、例えば、コンタクトホール９０１と９１２では、深さの差が非常に大きい。従って、これらコンタクトホール９０１と９１２を同時に形成する場合に、浅いコンタクトホール９１２は、高低差分、ストッパ膜５８に施されるエッチング量が多い。従って、コンタクトホール９１２底部のストッパ膜５８の貫通を抑制することが困難となる。また、ストッパ膜５８の膜厚を厚くするにも限度がある。従って、コンタクトホール９０１〜９１２を、ストッパ膜５８の貫通を回避しつつ同時にエッチングすることは困難である。

本実施形態では、コンタクト電極群ＣＡのコンタクト開口深さに応じて調整膜７００を形成する。ストッパ膜５８によってコンタクトホール９０底面が貫通しないように調整可能な深さ範囲内のコンタクトホール９０を、コンタクト電極群ＣＡ１、ＣＡ２とする。そして、深さ範囲の異なるコンタクト電極群ＣＡ１、ＣＡ２に対応させて、上述の調整膜７００を形成する領域と、形成しない領域を設定する。深いコンタクト電極群ＣＡ（ＣＡ１）に対しては、調整膜７００を設けない。浅いコンタクト電極群ＣＡ（ＣＡ２）については、調整膜７００を形成する。

これにより、コンタクトホール９０が調整膜７００を貫通した時点で、コンタクト電極群ＣＡ１、ＣＡ２のコンタクトホール９０底面と、下地（導電膜６０及びその上部のストッパ膜５８）表面との距離が同じ関係となる。コンタクト電極群ＣＡ１、ＣＡ２それぞれの範囲内で、ストッパ膜５８により、コンタクトホール９０底面からストッパ膜５８までの距離の範囲を、ストッパ膜５８が貫通しないように調整可能となる。以上の構成により、ストッパ膜５８の貫通を回避しつつ、コンタクトホール９０１〜９１２を同時にエッチングすることが可能となる。なお、同じコンタクト電極群ＣＡに属するコンタクトホール９０の数は任意であり、上述のように６個に限定されない。

以上に説明した方法を用いることにより、コンタクト電極８０を形成することができる。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、ストッパ膜の突き抜けを生ずることなく、著しく深さが異なる複数のコンタクトを同時に形成することが可能となる。すなわち、著しく深さが異なるコンタクト電極群ＣＡ１（深いコンタクト群）とコンタクト電極群ＣＡ２（浅いコンタクト群）間において、同時にコンタクトホール９０を形成する際に、調整膜７００によって、深さの異なるコンタクトホール９０間のエッチング量を調整することが可能となる。すなわち、調整膜７００を貫通するコンタクト電極群ＣＡ（コンタクト電極群ＣＡ２）と、調整膜７００を貫通しないコンタクト電極群ＣＡ（コンタクト電極群ＣＡ１）を設けることでエッチング量を調整し、コンタクトホールの著しい深さの差を緩和することができる。これにより、コンタクトホール９０はがストッパ層を貫通することを回避することが可能となる。

なお、本実施形態において、エッチングのストッパ層は、ストッパ膜５８と考えることも可能であるし、ストッパ膜５８と導電膜６０の積層膜として考えることも可能である。また、ストッパ膜５８を設けない場合は、導電膜６０をストッパ層として考えることができる。

図９に示すように、調整膜７００を貫通するコンタクトホール９０、すなわちコンタクト電極群ＣＡ２に属するコンタクトホール９０７〜９１２は、調整膜７００を貫通する箇所において、テーパ形状となる場合がある。すなわち、調整膜７００上面から下面に向かって、コンタクト径が小さくなる場合がある。一方、調整膜７００を貫通しないコンタクトホール９０（コンタクト電極群ＣＡ１）は、層間絶縁膜１８上面から導電膜６０上面にかけて、緩くテーパ形状を有する場合がある。ここで、本実施形態では、調整膜７００（例えばシリコン窒化膜）は、層間絶縁膜１８（例えばシリコン酸化膜）に比較して、エッチングレートが小さくなるように設定している。

従って、この場合、テーパ角は、調整膜７００を貫通する箇所におけるテーパ形状の方が大きくなる。調整膜７００がなければ、浅いコンタクトホール９０と、深いコンタクトホール９０では、底面におけるコンタクト径が異なる場合がある。しかし、本実施形態のように、浅いコンタクト群（コンタクト電極群ＣＡ２）を、調整膜７００を貫通するように形成することによって、コンタクト電極群ＣＡ１に属するコンタクトホール９０の底面におけるコンタクト径と、コンタクト電極群ＣＡ２に属するコンタクトホール９０の底面におけるコンタクト径を、略等しくなるように形成することができる。すなわち、調整膜７００により、コンタクトホール９０のホール（穴）径を調整することが可能となる。これにより、コンタクトホール９０１〜９１２のコンタクト抵抗値のバラつきを小さくすることが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、図を参照しながら説明する。図１０は、第２の実施形態の構成を説明するための図であり、図２（ｂ）に示した配線接続部ＭＵ２において、導電膜６０によって形成された階段形状の構成を模式的に示した縦断面図の一例である。なお、図１０〜図１６においては、説明の便宜上、導電膜６０を１２層として構成しているが、導電膜６０の数は任意に設定できる。

図１０において、上述のように導電膜６０が１２層設けられている。最下段の導電膜６０を導電膜６０１とし、順に次の段を導電膜６０２、導電膜６０３とし、最上段を導電膜６１２とする。導電膜６０間には電極間絶縁膜５２が設けられており、各導電膜６０間を絶縁している。導電膜６０は例えばアモルファスシリコンにより形成されている。アモルファスシリコンには、不純物が導入されていても良いし、不純物が導入されていなくても良い。電極間絶縁膜５２としては、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。

階段形状に形成された導電膜６０（６０１〜６１２）上部表面には、ストッパ層としてストッパ膜５８が形成されている。ストッパ膜５８としては、例えばシリコン窒化膜を用いることができる。ストッパ膜５８上には層間絶縁膜１８が設けられている。層間絶縁膜１８としては例えばシリコン酸化膜を用いることができる。層間絶縁膜１８内には調整膜（エッチング調整膜）７０２が設けられている。調整膜７０２としては、例えばシリコン窒化膜、又は緻密化シリコン酸化膜を用いることができる。

層間絶縁膜１８中にはコンタクト電極８０（８０１〜８１２）が形成されている。コンタクト電極８０１〜８０６は、層間絶縁膜１８及びストッパ膜５８を貫通し、層間絶縁膜１８表面から、導電膜６０１〜６０３表面に達している。コンタクト電極８０１〜８０６は、調整膜７０２は貫通していない。コンタクト電極８０４〜８１２は、層間絶縁膜１８、調整膜７０２及びストッパ膜５８を貫通し、層間絶縁膜１８表面から、導電膜６０４〜６１２表面に達している。コンタクト電極８０は例えばダマシン法によって形成されている。コンタクト電極８０の上部は、コンタクトプラグ部と一体的に形成された配線８２が配置されている。

また、ここで、コンタクト電極８０１〜８０３をコンタクト電極群ＣＡ１、コンタクト電極８０４〜８０６をコンタクト電極群ＣＡ２、コンタクト電極８０７〜８０９をコンタクト電極群ＣＡ３、コンタクト電極８１０〜８１２をコンタクト電極群ＣＡ４と称する。コンタクトホールの深さは、コンタクト電極群ＣＡ１が最も深く、ＣＡ２、ＣＡ３、ＣＡ４の順に浅くなっている。コンタクト電極群ＣＡ２に属する中で最も深いコンタクトホール９０４は、コンタクト電極群ＣＡ１に属する中で最も浅いコンタクト電極８０３よりも浅い。コンタクト電極群ＣＡ３に属する中で最も深いコンタクトホール８０７は、コンタクト電極群ＣＡ２に属する中で最も浅いコンタクト電極８０６よりも浅い。第４コンタクト電極群ＣＡ４に属する中で最も深いコンタクトホール８１０は、コンタクト電極群ＣＡ３に属する中で最も浅いコンタクト電極８０９よりも浅い。

コンタクト電極群ＣＡ１が形成される領域には調整膜７０２は設けられていない。コンタクト電極群ＣＡ２〜ＣＡ４が形成される領域には調整膜７０２が設けられており、コンタクト電極８０４〜８１２は、調整膜７０２を貫通している。調整膜７０２は、３つの異なる膜厚を有する領域を有している。コンタクト電極群ＣＡ２が形成される領域の調整膜７０２は最も薄くなっている。コンタクト電極群ＣＡ４が形成される領域の調整膜７０２は最も厚く形成されている。コンタクト電極群ＣＡ３が形成される領域は、コンタクト電極群ＣＡ２とコンタクト電極群ＣＡ４の間に設けられており、その膜厚は、ＣＡ２とＣＡ３の略中間程度の膜厚となっている。貫通するコンタクト電極８０の深さに応じて、調整膜７０２の膜厚を異ならせている。すなわち、コンタクト電極８０が深くなるほど、調整膜７０の膜厚を小さく（薄く）、コンタクト電極８０が浅くなるほど調整膜７０２の膜厚を大きく（厚く）形成している。このように、コンタクト電極８０の深さに応じて膜厚の異なる調整膜７０２を貫通させるようにして、コンタクト深さの違いによる下地突き抜け等を抑制することができる。

次に、図１０〜図１６を参照して、第２の実施形態の製造方法について説明する。図１０〜図１６は、本実施形態における製造工程を示す縦断面図の一例である。図１０〜図１６は、配線接続部ＭＵ２の縦断面図を示しており、導電膜６０（６０１〜６１２）の各々の上面に、コンタクト電極８０（８０１〜８１２）を接続形成するための製造方法を示している。

先ず、図１１に示すように、半導体基板５０上に、電極間絶縁膜５２及び導電膜６０を積層し、これを階段形状に加工する。調整膜７０２形成前までの具体的な製造方法は、図４において説明した方法と同じである。

次に、調整膜７０２を形成する。調整膜７０２としては例えばＣＶＤ法によって形成したシリコン窒化膜を用い、これにリソグラフィ法及びＲＩＥ法を施してパターニングすることにより形成することができる。調整膜７０２は、コンタクト電極群ＣＡ１が形成される領域には形成されない。調整膜７０２は、コンタクト電極群ＣＡ２が形成される領域の膜厚が最も小さく（薄く）、コンタクト電極群ＣＡ３が形成される領域の膜厚が最も大きく（厚く）、コンタクト電極群ＣＡ２が形成される領域ではその中間程度の膜厚を有している。すなわち、調整膜７０２は、全体としては階段形状に形成されている。

調整膜７０２の階段形状の形成方法は、例えば、以下のような方法を採ることができる。図１９〜図２３は、調整膜７０２の階段形状の形成方法を説明するための図であり、各工程の縦断面図を模式的に示している。先ず、図１９に示すように、例えば、半導体基板５０上に形成された層間絶縁膜１８上に、ＣＶＤ法を用いて、シリコン窒化膜７０９を形成する。シリコン窒化膜７０９は以下に示す工程を経て、階段形状の調整膜７０２となる。また、図において、半導体基板５０は省略している。層間絶縁膜１８はＣＶＤ法により形成される。

次に、層間絶縁膜１８にＣＭＰ法を施して表面が平坦化される。次に、リソグラフィ法を用いてパターニングしたレジスト２００を形成する。レジスト２００の端部はコンタクト電極群ＣＡ２の形成領域端（コンタクト電極群ＣＡ１の形成領域との境界）に位置するように形成する。次に、レジストをマスクとしてＲＩＥ法を用いて、シリコン窒化膜７０９をエッチング除去する。この時、異方性条件によるＲＩＥ法を用いることができる。これにより、コンタクト電極群ＣＡ１の形成領域のシリコン窒化膜７０９が除去される。

次に、図２０に示すように、レジスト２００にスリミングを施してレジスト２００を後退させ、レジスト２００端をコンタクト電極群ＣＡ３の形成領域端（コンタクト電極群ＣＡ２の形成領域との境界）に位置するように形成する。

次に、図２１に示すように、レジスト２００をマスクとして、ＲＩＥ法により、シリコン窒化膜７０９の膜厚のうち、例えば１／３程度の膜厚分をエッチングする。これにより、コンタクト電極群ＣＡ２の形成領域におけるシリコン窒化膜７０９の膜厚は２／３程度となる。

次に、図２２に示すように、レジスト２００にスリミングを施してレジスト２００を後退させ、レジスト２００端をコンタクト電極群ＣＡ４の形成領域端（コンタクト電極群ＣＡ３の形成領域との境界）に位置するように形成する。次に、図２３に示すように、レジスト２００をマスクとして、ＲＩＥ法により、シリコン窒化膜７０９の膜厚のうち、例えば１／３程度の膜厚分をエッチングする。これにより、コンタクト電極群ＣＡ３の形成領域におけるシリコン窒化膜７０９の膜厚は２／３程度となる。コンタクト電極群ＣＡ２におけるシリコン窒化膜７０９は膜厚が１／３程度となる。以上により、階段形状に調整膜７０２を形成することができる。また、レジスト２００のスリミングを用いずに、それぞれのレジスト２００のパターンを、それぞれリソグラフィ法を用いて形成しても良い。

次に、図１１に示すように、層間絶縁膜１８を形成し、ＣＭＰ法を用いて上面を平坦化する。次に、コンタクトを形成するためのマスク１００を形成する。マスク１００としては、リソグラフィ法によって形成されたレジストを用いることができる。また、レジストに代えて、例えばリソグラフィ法によってパターニングしたカーボン膜を用いても良い。

次に、マスク１００をエッチングのマスクとして、ＲＩＥ法を用いてコンタクトホール９０（９０１〜９１２）を形成する。図１１はコンタクトホール９０の形成過程の途中の状態を示したものであり、コンタクトホール９０がコンタクト電極群ＣＡ２における調整膜７０２上面高さまで形成された状態を示している。ここでのエッチングでは、層間絶縁膜１８を構成するシリコン酸化膜のエッチングレートに比較して、調整膜７０２を構成するシリコン窒化膜のエッチングレートが低い条件を用いている。コンタクト電極群ＣＡ２、ＣＡ３、及びＣＡ４のコンタクトホール９０（９０４〜９１２）は調整膜７０２上面でストップしている。コンタクト電極群ＣＡ３、及びコンタクト電極群ＣＡ４の形成領域のストッパ膜５８は、上面高さが高い。従って、コンタクト電極群ＣＡ３、及びコンタクト電極群ＣＡ４のコンタクトホール９０（９０７〜９１２）の底面は、コンタクト電極群ＣＡ２のコンタクトホール９０よりも早く調整膜７０２表面に届き、その分エッチングは余分に施されている。しかし、その差は僅かであり、この時点でのコンタクトホール９０４〜９１２の下面の調整膜７０２のエッチングによる掘れは略無いに等しい。

次に、図１２に示すように、さらにエッチングを進める。図１２は、コンタクト電極群ＣＡ２のコンタクトホール９０４〜９０６が、調整膜７０２を貫通した時点での状態を示している。コンタクト電極群ＣＡ１のコンタクトホール９０１〜９０３においては、層間絶縁膜１８中をさらに下方にエッチングが進んでいる。

コンタクト電極群ＣＡ２の形成領域の調整膜７０２の膜厚をＴ２１、調整膜７０２（シリコン窒化膜）のエッチングレートをｒ１、コンタクト電極群ＣＡ２の形成領域の調整膜７０２上面高さから、コンタクトホール９０１〜９０３底面までの深さをＴ２２、層間絶縁膜１８（シリコン酸化膜）のエッチングレートをｒ２とすると、Ｔ２１／ｒ１＝Ｔ２２／ｒ２の関係が成り立つ。すなわち、調整膜７０２の膜厚Ｔ２１のエッチング時間と、層間絶縁膜１８の膜厚Ｔ２２のエッチング時間は略同じになる。この時、コンタクト電極群ＣＡ３及びコンタクト電極群ＣＡ４のコンタクトホール９０７〜９１２の底部において、調整膜７０２は、Ｔ２１程度の掘れ量を有している。

次に、図１３に示すように、さらにエッチングを進める。図１３は、コンタクト電極群ＣＡ３のコンタクトホール９０７〜９０９が、調整膜７０２を貫通した時点での状態を示している。コンタクト電極群ＣＡ１及びコンタクト電極群ＣＡ２のコンタクトホール９０１〜９０６においては、層間絶縁膜１８中をさらに下方にエッチングが進んでいる。

コンタクト電極群ＣＡ３が形成される領域の調整膜７０２の膜厚をＴ３１、調整膜７０２（シリコン窒化膜）のエッチングレートをｒ１、コンタクト電極群ＣＡ３の形成領域の調整膜７０２上面高さから、コンタクトホール９０１〜９０３底面までの深さをＴ３２、層間絶縁膜１８（シリコン酸化膜）のエッチングレートをｒ２とすると、Ｔ３１／ｒ１＝Ｔ３２／ｒ２の関係が成り立つ。すなわち、調整膜７０２の膜厚Ｔ３１のエッチング時間と、層間絶縁膜１８の膜厚Ｔ３２のエッチング時間は略同じになる。

次に、図１４に示すように、さらにエッチングを進める。図１４は、コンタクト電極群ＣＡ４のコンタクトホール９１０〜９１２が、調整膜７０２を貫通した時点での状態を示している。コンタクト電極群ＣＡ１、コンタクト電極群ＣＡ２、コンタクト電極群ＣＡ３のコンタクトホール９０７〜９０９においては、層間絶縁膜１８中をさらに下方にエッチングが進んでいる。

コンタクト電極群ＣＡ４が形成される領域の調整膜７０２の膜厚をＴ４１、調整膜７０２（シリコン窒化膜）のエッチングレートをｒ１、コンタクト電極群ＣＡ４の形成領域の調整膜７０２上面高さから、コンタクトホール９０１〜９０３底面までの深さをＴ４２、層間絶縁膜１８（シリコン酸化膜）のエッチングレートをｒ２とすると、Ｔ４１／ｒ１＝Ｔ４２／ｒ２の関係が成り立つ。すなわち、調整膜７０２の膜厚Ｔ４１のエッチング時間と、層間絶縁膜１８の膜厚Ｔ４２のエッチング時間は略同じになる。

ここで、コンタクトホール９０１底面から直下の導電膜６０１上のストッパ膜５８上面までの距離をＤ１とする。コンタクトホール９０２底面から直下の導電膜６０２上のストッパ膜５８上面までの距離をＤ２とする。コンタクトホール９０３底面から直下の導電膜６０３上のストッパ膜５８上面までの距離をＤ３とする。

この時、コンタクトホール９０４底面から直下の導電膜６０４上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ１となる。コンタクトホール９０５底面から直下の導電膜６０５上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ２となる。コンタクトホール９０６底面から直下の導電膜６０６上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ３となる。

コンタクトホール９０７底面から直下の導電膜６０７上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ１となる。コンタクトホール９０８底面から直下の導電膜６０８上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ２となる。コンタクトホール９０９底面から直下の導電膜６０９上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ３となる。

コンタクトホール９１０底面から直下の導電膜６１０上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ１となる。コンタクトホール９１１底面から直下の導電膜６１１上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ２となる。コンタクトホール９１２底面から直下の導電膜６１２上のストッパ膜５８上面までの距離は略Ｄ３となる。

すなわち、コンタクト電極群ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３、ＣＡ４のそれぞれを一群として考えると、これらコンタクト電極群ＣＡ１（最も深いコンタクトホールの群）、ＣＡ２（深いコンタクトホールの群）、ＣＡ３（浅いコンタクトホールの群）、ＣＡ４（最も浅いコンタクトホールの群）それぞれのコンタクトホール９０下部と、導電膜６０１〜６１２間の距離の関係は、略同じとなる。すなわち、コンタクト電極群ＣＡ１の下部と導電膜６０１〜６０３上のストッパ膜５８上面までの距離と、コンタクト電極群ＣＡ２の下部と導電膜６０４〜６０６上のストッパ膜５８上面までの距離と、コンタクト電極群ＣＡ３の下部と導電膜６０７〜６０９上のストッパ膜５８上面までの距離と、コンタクト電極群ＣＡ４の下部と導電膜６１０〜６１２上のストッパ膜５８上面までの距離との関係は、略同じになる。このように、本実施形態では、開口の深さが異なる複数のコンタクトホール又はコンタクト電極を、深さに応じて、複数のコンタクト（電極）群とグループ化している。

次に、図１５に示すように、さらにエッチングを進める。図１５は、コンタクトホール９０１〜９１２が、ストッパ膜５８表面に到達した状態を示している。上述のように、ストッパ膜５８は例えばシリコン窒化膜によって形成されており、層間絶縁膜１８は例えばシリコン酸化膜により形成されている。このエッチングにおいては、シリコン酸化膜のエッチングレートが、シリコン窒化膜のエッチングレートよりも低くなるように設定してある。ストッパ膜５８を一定膜厚以上に形成しておくことにより、コンタクトホール９０底面はストッパ膜５８でストップされており、下層膜を突き抜けることを抑制することができる。

次に、図１６に示すように、コンタクトホール９０底面のストッパ膜５８を、ＲＩＥ法を用いてエッチング除去する。これにより、層間絶縁膜１８上面から、それぞれ導電膜６０１〜６１２上面までを貫通するコンタクトホール９０（９０１〜９１２）を形成することができる。

次に、図１０に示すように、コンタクトホール９０上部に、配線８２を形成するための溝を形成する。次に、コンタクトホール９０内に金属膜を埋設形成し、さらに層間絶縁膜１８の上面を覆うように成膜する。次に、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜１８上の金属膜を除去する。以上の工程により、コンタクトホール９０内に金属膜を埋設し、コンタクト電極８０及び配線８２を形成することができる。

以上説明したように、コンタクトホール９０のエッチングにおいて、深いコンタクトホール９０１がストッパ膜５８表面に到達する前に浅いコンタクトホール９０３はストッパ膜５８表面に到達する。コンタクトホール９０１と９０３の深さの差分だけ、コンタクトホール９０３においては余分にエッチングが施されることになる。

本実施形態におけるエッチングにおいては、コンタクトホール９０１と９０３の深さの差程度であれば、ストッパ膜５８（シリコン窒化膜）に対する層間絶縁膜１８（シリコン酸化膜）の選択比を十分に大きく設定し、さらに、ストッパ膜５８の膜厚を十分に厚く設定することで、ストッパ膜５８を貫通しないように調整することができる。本実施形態では、深さの大きく異なるコンタクトホールを同時に開口する場合に、ストッパ膜５８によって、浅いコンタクトホール９０の底面が貫通しないように調整可能な高低差の範囲内のコンタクトホール９０を、コンタクト電極群ＣＡ（ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３、ＣＡ４）と位置付けている。

例えば、コンタクトホール９０１と９１２では、深さの差が非常に大きい。従って、これらコンタクトホール９０１と９１２を同時に形成する場合に、浅いコンタクトホール９１２は高低差分、ストッパ膜５８に施されるエッチング量が多いため、底部のストッパ膜５８の貫通を抑制することが困難となる。またストッパ膜５８の膜厚を厚くするにも限度がある。従って、コンタクトホール９０１〜９１２を、ストッパ膜５８の貫通を回避しつつ同時にエッチングすることは困難である。

本実施形態では、調整膜７０２を階段形状に形成することにより、複数の膜厚を有する領域を形成する。深さ範囲の異なるコンタクト電極群ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３、ＣＡ４に対応させて、上述の調整膜７０２の膜厚を異なる膜厚に設定する。すなわち、最も深いコンタクト電極群ＣＡ（ＣＡ１）に対しては、調整膜７０２を設けない。次に深いコンタクト電極群（ＣＡ２）については、調整膜７０２の膜厚が最も薄い部分を対応させる。次に深いコンタクト電極群（ＣＡ３）については、調整膜７０２の膜厚がその次に薄い部分を対応させる。最も浅いコンタクト電極群ＣＡ（ＣＡ４）については、調整膜７０２の膜厚が最も厚い部分を対応させる。

これにより、コンタクトホール９０が調整膜７０２を貫通した時点で、コンタクト電極群ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３、ＣＡ４のコンタクトホール９０底面と、下地（導電膜６０及びその上部のストッパ膜５８）表面との距離が同じ関係となる。同一のコンタクト電極群ＣＡ内で、ストッパ膜５８により、コンタクトホール９０底面からストッパ膜５８までの距離の範囲を、ストッパ膜５８が貫通しないように調整可能となる。これにより、ストッパ膜５８の貫通を回避しつつ、深さが大きく異なるコンタクトホール９０１〜９１２を同時にエッチングすることが可能となる。

また、第１の実施形態に比較して、コンタクト電極群ＣＡの数を多くし、コンタクト電極群ＣＡに応じた調整膜７０２の膜厚を細かく調整することで、貫通に対するプロセスマージンをより細かく調整することができる。従って、同一のコンタクト電極群ＣＡにおけるコンタクトホール９０に深さの差を少なくすることができるため、ストッパ膜５８の膜厚を薄くすることが可能となる。従って、プロセスが容易となる。

なお、同じコンタクト電極群ＣＡに属するコンタクトホール９０の数は任意であり、上述のように３個に限定されない。また、本実施形態においても、エッチングのストッパ層は、ストッパ膜５８と考えることも可能であるし、ストッパ膜５８と導電膜６０の積層膜として考えることも可能であるし、また、導電膜６０として考えることも可能である。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について、図を参照しながら説明する。図１７は、第３の実施形態の構成を説明するための図であり、図２（ｂ）に示した配線接続部ＭＵ２において、導電膜６０によって形成された階段形状の構成を模式的に示した縦断面図の一例である。なお、図１７においては、説明の便宜上、導電膜６０を１２層として構成しているが、第１、第２の実施例と同じく、導電膜６０の数は任意に設定できる。

本実施形態が、第２の実施形態と異なる点は、調整膜（エッチング調整膜）７０３、７０４、７０５を別々の膜として設けた点である。調整膜７０３は、コンタクト電極群ＣＡ２〜コンタクト電極群ＣＡ４の形成領域に延伸して形成されている。調整膜７０４は、コンタクト電極群ＣＡ３〜コンタクト電極群ＣＡ４の形成領域に延伸して形成されている。調整膜７０５は、コンタクト電極群ＣＡ４の形成領域に形成されている。従って、コンタクト電極群ＣＡ２は調整膜７０３の１層を貫通している。コンタクト電極群ＣＡ３は、調整膜７０３、７０４の２層を貫通している。コンタクト電極群ＣＡ４は、調整膜７０３、７０４、７０５の３層を貫通している。深いコンタクトホール９０においては、調整膜７０を貫通しないか、又は、貫通する調整膜７０の数を少なくしている。浅いコンタクトホール９０においては、貫通する調整膜７０の数を多くしている。すなわち、本実施形態においては、コンタクト電極群の深さに応じて貫通する膜の数を異ならせて、全体として貫通する膜の膜厚を大きくし、エッチング量の調整を行っている。これにより、第２の実施形態と同様の効果を有している。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について、図を参照しながら説明する。図１８は、第４の実施形態の構成を説明するための図であり、図２（ｂ）に示した配線接続部ＭＵ２において、導電膜６０によって形成された階段形状の構成を模式的に示した縦断面図の一例である。なお、図１８においては、説明の便宜上、導電膜６０を１２層として構成しているが、第１〜第３の実施形態と同様に、導電膜６０の数は任意に設定できる。

本実施形態が、第２の実施形態と異なる点は、調整膜（エッチング調整膜）７０６、７０７、７０８を設けた点である。調整膜７０６は、コンタクト電極群ＣＡ２の形成領域に形成されている。調整膜７０６は、最上層の導電膜６０（６１２）高さよりも低い位置に形成されている。調整膜７０７は、コンタクト電極群ＣＡ３〜コンタクト電極群ＣＡ４の形成領域に延伸して形成されている。調整膜７０８は、コンタクト電極群ＣＡ４の形成領域に形成されている。本実施形態では、調整膜７０７の膜厚を調整膜７０６及び７０８よりも厚く形成している例を示している。これは、浅いコンタクト電極群ＣＡほど厚い調整膜７０を貫通するように形成するためである。このように、調整膜７０の膜厚を、異なるように形成しても良い。すなわち、浅いコンタクト電極群ＣＡは貫通する調整膜７０の総和の膜厚を厚く調整することができる。浅いコンタクト電極群ＣＡは、貫通する調整膜７０の膜厚を薄く調整することができる。本実施形態においては、調整膜７０の膜厚を適宜異ならせるようにして、エッチングの調整を行っている。

また、最上層の導電膜６０よりも低い位置に調整膜７０（７０６）を形成するようにしても良い。これにより、プロセスの自由度を大きくすることができる。
また、本実施例は、第２の実施形態と同様の効果を有している。

（他の実施形態）
積層型不揮発性半導体記憶装置としては、例えばＵ字型及びＩ字型等が知られている。上述した実施形態において、Ｕ字型の積層型不揮発性半導体記憶装置を例示して説明したが、本実施形態は、Ｕ字型の積層型不揮発性半導体記憶装置にも、Ｉ字型の積層型不揮発性半導体記憶装置にも適用することができる。

上述した実施形態において、著しく深さが異なるコンタクト電極群ＣＡのコンタクト開口深さに応じて、調整膜７００（７００〜７０８）の膜厚を異なるように調整する例を例示したが、これに限らず、著しく深さが異なるコンタクトホールは、例えば、コンタクトホールが一つであっても良い。例えば、一つのコンタクトホールに対して、調整膜７００（７００〜７０８）を設けても良い。

上記に説明した実施形態は、ＮＡＮＤ型又はＮＯＲ型のフラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、あるいはＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、その他の半導体記憶装置、あるいは種々のロジックデバイス、その他の半導体装置の製造方法に適用しても良い。

上述のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、６０、６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、６０６、６０７、６０８、６０９、６１０、６１１、６１２は導電膜、１８、１９、２３、２５、２７は層間絶縁膜、５２は電極間絶縁膜、５８はストッパ膜、８０、８０１、８０２、８０３、８０４、８０５、８０６、８０７、８０８、８０９、８１０、８１１、８１２はコンタクト電極、９０、９０１、９０２、９０３、９０４、９０５、９０６、９０７、９０８、９０９、９１０、９１１、９１２はコンタクトホール、７０、７００、７０２、７０３、７０４、７０５、７０６、７０７、７０９は調整膜である。

Claims

積層された複数の導電膜と、
前記導電膜上に形成された絶縁層と、を有し、
前記複数の導電膜の端部において、各々の前記導電膜によって形成された階段形状部と、
前記階段形状部において、前記絶縁層の上面から前記導電膜の各々の上面に接続し、深さが異なる複数のコンタクト電極と、
前記絶縁層中に設けられた調整膜と、を有し、
開口の深さが異なる複数の前記コンタクト電極を有する第１のコンタクト群と、第２のコンタクト群を有し、
第２のコンタクト群に属する複数のコンタクト電極は、前記調整膜を貫通しており、
前記第１のコンタクト群に属する最も浅いコンタクト電極の深さは、前記第２のコンタクト群に属する最も深いコンタクト電極より深いことを特徴とする半導体装置。
前記調整膜は、第１の膜厚を有する領域と、第２の膜厚を有する領域を有しており、
前記第１のコンタクト群に属するコンタクト電極は、前記調整膜の前記第１の膜厚を有する領域を貫通し、
前記第２のコンタクト群に属するコンタクト電極は、前記調整膜の前記第２の膜厚を有する領域を貫通することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記調整膜は、一体的に形成され、階段形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記調整膜は、深さ方向に分離されている複数の膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
半導体基板上に、複数の導電膜と電極間絶縁膜との積層膜を形成する工程と、
前記積層膜の端部において、前記導電膜と前記電極間絶縁膜によって階段形状部を形成する工程と、
前記階段形状部を含む前記積層膜上に、膜厚が異なる複数の領域を有する調整膜を含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上面から、前記導電膜の各々の上面に達する開口の深さが異なる複数のコンタクトホールを深さに応じて、複数のコンタクト群とグループ化し、前記コンタクト群のうち最も深いコンタクト群に属するコンタクトホールは、前記調整膜を貫通しておらず、他のコンタクト群に属するコンタクトホールは、前記調整膜を貫通させて形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。