JP3781136B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術に係り、特に、MOSトランジスタのソース/ドレイン拡散層上に開口されたスルーホールを、ゲート電極に自己整合で形成する半導体装置の構造及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
LSIの大規模化に伴い、素子の微細化が追求されている。より微細な寸法のゲート、配線、スルーホールを有する半導体集積回路を実現するために、従来より、フォトリソグラフィーにおける露光波長を短波長化して解像力を向上することが行われてきた。
【0003】
このようにして最小解像寸法を縮小する一方で、リソグラフィー工程間の位置合わせマージンを小さくするデバイス構造が種々検討されており、転写するパターン寸法を縮小せずにデバイスの寸法自体を小さくすることが試みられている。このようなデバイス構造としては、例えば、セルフアラインコンタクト(Self-Aligned Contact:以下、SACと呼ぶ)が挙げられる。
【0004】
以下に、従来のSACについて、図16を用いて説明する。
シリコン基板10上には、素子領域14、16を画定する素子分離膜12が形成されている。素子領域14、16のシリコン基板10上には、ゲート酸化膜18を介してゲート電極26が形成されている。ゲート電極26は、その側壁及び上面が、シリコン窒化膜よりなるエッチングストッパ膜36により覆われている。ここで、エッチングストッパ膜とは、上部に形成された絶縁膜のエッチングをストップする絶縁膜をいう。ゲート電極26の両脇の素子領域14、16には、ソース/ドレイン拡散層28が形成されている。このようにして、ゲート電極26、ソース/ドレイン拡散層28よりなるMOSトランジスタが構成されている。
【0005】
MOSトランジスタが形成されたシリコン基板10上には、例えばBPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass)膜よりなる層間絶縁膜38が形成されている。層間絶縁膜38には、ソース/ドレイン拡散層28上に開口されたスルーホール42、44、48、及びゲート電極26上に開口されたスルーホール46が形成されている。このうち、スルーホール42、44がいわゆるSACである。
【0006】
以下に、SACによるスルーホールの形成方法を図17(a)を用いて説明する。
シリコン基板10上に、ゲート電極26がエッチングストッパ膜36により覆われたMOSトランジスタを形成した後、BPSG膜よりなる層間絶縁膜38を形成する。
【0007】
次いで、ソース/ドレイン拡散層28上に開口すべきスルーホールのパターンを有するレジストパターン40を形成し、レジストパターン40をマスクとして層間絶縁膜38をエッチングする。
このとき、スルーホール42、44を形成する領域内にはエッチングストッパ膜36に覆われたゲート電極26が存在するが、層間絶縁膜38をエッチングする条件としてシリコン窒化膜に対して選択比が十分に大きい条件を用いれば、エッチングストッパ膜36はほとんどエッチングされず、ソース/ドレイン拡散層28上までスルーホール42、44を開口することができる(図17(a))。
【0008】
このように、ソース/ドレイン拡散層28上に開口するスルーホール42、44はエッチングストッパ膜36の位置に整合して形成されることから、これらスルーホールはSACと呼ばれている。
このようなSAC構造を用いることにより、スルーホール42、44のパターンをゲート電極26の形成された領域に重ねて配置することができる。また、スルーホールの開口位置が若干ずれても、スルーホールはエッチングストッパ膜に整合して開口できるので、位置合わせ精度も緩くすることができる。
【0009】
こうして、SACを用いた高集積の半導体装置が製造されていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のSACを用いた半導体装置の製造方法では、ゲート電極26上に開口するスルーホール46を、スルーホール42、44、48と同時に開口することができなかった。
従来のSAC法では、ゲート電極26の周囲を覆うシリコン窒化膜をエッチングストッパ膜36として自己整合でスルーホールを形成するため、スルーホール42、44、46、48を同時に開口しようとすると、ソース/ドレイン拡散層28が露出するスルーホール42、44、48が開口された後も、スルーホール46内にはゲート電極26を覆うエッチングストッパ膜36が残存してしまうからである。
【0011】
このため、ゲート電極26上にスルーホール46を開口するためには別途エッチングストッパ膜36を除去する必要があり、例えば図17(b)に示すようにゲート電極26上に開口するスルーホール46を形成するためのリソグラフィー工程を1工程追加し、スルーホール46を形成する必要があった。
本発明の目的は、製造工程を複雑にすることなく、ゲート電極上に開口するスルーホールをSACと同時に形成できる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、第1の素子領域及び第2の素子領域を画定する素子分離膜と、前記第1の素子領域に形成されたソース及びドレイン拡散層と、前記ソース及びドレイン拡散層の間の前記半導体基板上に、第1のゲート絶縁膜を介して形成された第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極の側壁と、前記第1のゲート電極周縁から等しい距離内側までの前記第1のゲート電極上面の領域とを覆う第1のエッチングストッパ膜と、前記第2の素子領域上に第2のゲート絶縁膜を介して形成され、且つ前記素子分離膜上まで延在する第2のゲート電極と、前記第2のゲート電極の側壁と、前記第2のゲート電極周縁から前記等しい距離内側までの前記第2のゲート電極上面の領域とを覆う第2のエッチングストッパ膜と、前記第1のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第1のゲート電極上及び前記第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第2のゲート電極上に形成され、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる第1の絶縁膜と、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜が形成された前記半導体基板上の全面に形成され、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる層間絶縁膜とを有し、前記ソース及びドレイン拡散層上の前記層間絶縁膜に一対の第1のスルーホールが形成され、前記素子分離膜上の、前記第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第2のゲート電極上の前記第1の絶縁膜及び前記層間絶縁膜に第2のスルーホールが形成されていることを特徴とする半導体装置によって達成される。このようにして半導体装置を構成することにより、一回のリソグラフィー工程のみで第1のスルーホールと第2のスルーホールを形成することができる。これにより、従来のSACプロセスと比較して、リソグラフィー工程を1工程削減することができる。
【0015】
また、上記の半導体装置において、前記素子分離膜は、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜と同一の材料により構成されていることが望ましい。このようにして半導体装置を構成することにより、スルーホールが素子分離膜上に延在する場合にも素子分離膜がエッチングされることなくスルーホールを開口できる。従って、スルーホールをエッチングストッパ膜及び素子分離膜に自己整合で形成することができる。
【0016】
また、上記の半導体装置において、前記素子分離膜、前記第 1 のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜は、シリコン窒化膜により構成されていることが望ましい。
また、上記目的は、第1の方向に平行に延在する複数のワード線と、前記第1の方向と交差する第2の方向に平行に延在する複数のビット線と、前記ワード線及び前記ビット線の各交差領域に設けられたメモリセルとが半導体基板上に形成された半導体装置において、前記メモリセルは、前記半導体基板上に形成され、第1の素子領域及び第2の素子領域を画定する素子分離膜と、前記第1の素子領域に形成されたソース及びドレイン拡散層と、前記ソース及びドレイン拡散層の間の前記半導体基板上に、第1のゲート絶縁膜を介して形成され、前記ワード線を兼ねる第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極の側壁と、前記第1のゲート電極周縁から等しい距離内側までの前記第1のゲート電極上面の領域とを覆う第1のエッチングストッパ膜とを有し、前記第2の素子領域上に第2のゲート絶縁膜を介して形成され、且つ前記素子分離膜上まで延在する第2のゲート電極と、前記第2のゲート電極の側壁と、前記第2のゲート電極周縁から前記等しい距離内側までの前記第2のゲート電極上面の領域とを覆う第2のエッチングストッパ膜と、前記第1のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第1のゲート電極上及び前記第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第2のゲート電極上に形成され、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる第1の絶縁膜と、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜が形成された前記半導体基板上の全面に形成され、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる層間絶縁膜とを有し、前記ソース及びドレイン拡散層上の前記層間絶縁膜に一対の第1のスルーホールが形成され、前記素子分離膜上の、前記第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第2のゲート電極上の前記第1の絶縁膜及び前記層間絶縁膜に第2のスルーホールが形成されていることを特徴とする半導体装置によっても達成される。このようにして半導体装置を構成することにより、一回のリソグラフィー工程のみで第1のスルーホールと第2のスルーホールを形成することができる。これにより、従来のSACプロセスと比較して、リソグラフィー工程を1工程削減することができる。
【0017】
また、上記の半導体装置において、前記第1のゲート電極は前記素子分離膜上に延在して形成されており、前記素子領域上に形成された前記第1のゲート電極の線幅は、前記素子分離膜上に形成された前記第1のゲート電極の線幅より広いことが望ましい。
また、上記の半導体装置において、前記素子分離膜上の前記第1のゲート電極上に形成された前記第1のエッチングストッパ膜は、前記第1のゲート電極の全面を覆う領域を有することが望ましい。このようにして半導体装置を構成することにより、その領域のゲート電極を含む広い領域に延在するスルーホールを開口することができる。これにより、例えば、スルーホール内壁を利用してキャパシタ蓄積電極をすれば、キャパシタ面積を容易に広げることができる。
【0018】
また、上記目的は、半導体基板上に、第1の素子領域及び第2の素子領域を画定する素子分離膜を形成する工程と、前記半導体基板の前記第1の素子領域上に第1のゲート絶縁膜を形成し、前記半導体基板の前記第2の素子領域上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1のゲート絶縁膜、前記第2のゲート絶縁膜及び前記素子分離膜が形成された前記半導体基板上の全面に、導電膜と、第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜とはエッチング特性の異なる第2の絶縁膜とを形成する工程と、前記第2の絶縁膜、前記第1の絶縁膜及び前記導電膜を同一のパターンに加工し、前記導電膜よりなり、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、前記導電膜よりなり、前記第2のゲート絶縁膜上に形成され、且つ前記素子分離膜上まで延在する第2のゲート電極とを形成する工程と、前記第1のゲート電極の両脇の前記素子領域内に、ソース及びドレイン拡散層を形成する工程と、前記第2の絶縁膜をマスクとして前記第1の絶縁膜を等方的にエッチングし、前記第1の絶縁膜を水平方向に等しい距離だけ後退させる工程と、前記第1の絶縁膜のエッチングにより形成された空隙が埋め込まれるように、前記第2の絶縁膜とエッチング特性が等しく前記第1の絶縁膜とはエッチング特性の異なる第3の絶縁膜を全面に堆積する工程と、前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜を、前記第1の絶縁膜が露出するまで垂直方向にエッチングし、前記第3の絶縁膜よりなり、前記第1のゲート電極の側壁と、前記第1のゲート電極周縁から前記等しい距離内側までの前記第1のゲート電極上面の領域とを覆う第1のエッチングストッパ膜と、前記第3の絶縁膜よりなり、前記第2のゲート電極の側壁と、前記第2のゲート電極周縁から前記等しい距離内側までの前記第2のゲート電極上面の領域とを覆う第2のエッチングストッパ膜とを形成する工程と、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜が形成された前記半導体基板上の全面に、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に形成され、前記ソース及びドレイン拡散層を露出する一対の第1のスルーホールと、前記第1の絶縁膜及び前記層間絶縁膜に形成され、前記素子分離膜上の、前記第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第2のゲート電極を露出する第2のスルーホールとを同時に開口する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法によっても達成される。このようにして半導体装置を製造することにより、素子領域上に開口する第1のスルーホールと、ゲート電極上に開口する第2のスルーホールを1回のリソグラフィー工程により形成することができる。これにより、従来の製造プロセスと比較してリソグラフィー工程を1工程削減することができる。
【0019】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記一対の第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールを形成する工程では、前記第1の絶縁膜のエッチングは、前記素子分離膜、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜よりもエッチング速度が大きい条件で行うことが望ましい。このようにして半導体装置を製造することにより、素子分離膜及び第2の絶縁膜の減耗を抑えつつエッチングストッパ膜を形成することができる。
また、上記目的は、半導体基板上に、第1の素子領域及び第2の素子領域を画定する素子分離膜を形成する工程と、前記半導体基板の前記第1の素子領域上に第1のゲート絶縁膜を形成し、前記半導体基板の前記第2の素子領域上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1のゲート絶縁膜、前記第2のゲート絶縁膜及び前記素子分離膜が形成された前記半導体基板上の全面に、導電膜を形成する工程と、前記導電膜上に、第1の絶縁膜を堆積してパターニングする工程と、前記第1の絶縁膜が形成された前記導電膜上に、前記第1の絶縁膜とはエッチング特性の異なる第2の絶縁膜を堆積して垂直方向にエッチングし、パターニングした前記第1の絶縁膜の側壁に前記第2の絶縁膜よりなる第1のサイドウォールを形成する工程と、前記第1の絶縁膜及び前記第1のサイドウォールをマスクとして前記導電膜をエッチングし、前記導電膜よりなり、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、前記導電膜よりなり、第2のゲート絶縁膜上に形成され、且つ前記素子分離膜上まで延在する第2のゲート電極とを形成する工程と、前記第1のゲート電極の両脇の前記素子領域内に、ソース及びドレイン拡散層を形成する工程と、前記第1の絶縁膜及び前記第1のサイドウォールが形成された前記半導体基板上に、前記第2の絶縁膜とエッチング特性が等しく前記第1の絶縁膜とはエッチング特性の異なる第3の絶縁膜を堆積して垂直方向にエッチングし、前記第1のゲート電極、前記第2のゲート電極及び前記第1のサイドウォールの側壁に前記第3の絶縁膜よりなる第2のサイドウォールを形成し、前記第1のサイドウォール及び前記第2のサイドウォールよりなり、前記第1のゲート電極の側壁と、前記第1のゲート電極周縁から等しい距離内側までの前記第1のゲート電極上面の領域とを覆う第1のエッチングストッパ膜と、前記第1のサイドウォール及び前記第2のサイドウォールよりなり、前記第2のゲート電極の側壁と、前記第2のゲート電極周縁から等しい距離内側までの前記第2のゲート電極上面の領域とを覆う第2のエッチングストッパ膜とを形成する工程と、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜が形成された前記半導体基板上の全面に、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に形成され、前記ソース及びドレイン拡散層を露出する一対の第1のスルーホールと、前記第1の絶縁膜及び前記層間絶縁膜に形成され、前記素子分離膜上の、前記第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第2のゲート電極を露出する第2のスルーホールとを同時に開口する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法によっても達成される。このようにして半導体装置を製造することにより、素子領域上に開口する第1のスルーホールと、ゲート電極上に開口する第2のスルーホールを1回のリソグラフィー工程により形成することができる。これにより、従来の製造プロセスと比較してリソグラフィー工程を1工程削減することができる。
【0020】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記一対の第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールを開口する工程では、前記一対の第1のスルーホールについては、前記第1のエッチングストッパ膜をエッチングストッパとして前記層間絶縁膜をエッチングすることにより、前記第1のエッチングストッパ膜に整合して形成することが望ましい。このようにして半導体装置を製造することにより、通常のSAC技術を第1のスルーホールの開口に用いることができる。
【0021】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記素子分離膜を形成する工程では、前記第1の絶縁膜とはエッチング特性が異なる材料よりなる前記素子分離膜を形成し、前記一対の第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールを開口する工程では、前記一対の第1のスルーホールのうち前記素子分離膜に接している方の前記第1のスルーホールについては、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記素子分離膜をエッチングストッパとして前記層間絶縁膜をエッチングすることにより、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記素子分離膜に整合して形成することが望ましい。このようにして半導体装置を製造することにより、素子分離膜がエッチングされることなく第1のスルーホールを開口することができる。これにより、第1のスルーホールを素子分離膜上に延在してレイアウトできるので、半導体装置の更なる集積化が可能となる。
【0026】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記素子分離膜を形成する工程では、前記層間絶縁膜とはエッチング特性の異なる第4の絶縁膜を堆積してパターニングし、前記第4の絶縁膜よりなる前記素子分離膜を形成することが望ましい。このようにして半導体装置を製造することにより、スルーホールを開口する際に素子分離膜がエッチングされることを防止できる。また、素子分離膜をエッチングのマスクとして用いることもできるので、素子分離膜に自己整合でスルーホールを開口することもできる。
【0027】
また、上記の半導体装置の製造方法おいて、前記素子分離膜、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜はシリコン窒化膜であることが望ましい。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記層間絶縁膜及び前記第1の絶縁膜は、シリコン酸化膜又は不純物を含有したシリコン酸化膜であることが望ましい。
【0028】
【発明の実施の形態】
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による半導体装置及びその製造方法について図1乃至図3を用いて説明する。
図1は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図2及び図3は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【0029】
始めに、本実施形態による半導体装置の構造について図1を用いて説明する。シリコン基板10上には、素子領域14、16を画定する素子分離膜12が形成されている。素子領域14、16には、ゲート酸化膜18を介してゲート電極26が形成されている。ゲート電極26の両脇の素子領域14、16には、ソース/ドレイン拡散層28が形成されている。このようにして、ゲート電極26、ソース/ドレイン拡散層28よりなるMOSトランジスタが形成されている。
【0030】
MOSトランジスタが形成されたシリコン基板10上には層間絶縁膜38が形成されており、層間絶縁膜38には、ソース/ドレイン拡散層28及びゲート電極26に達するスルーホール42、44、46、48が形成されている。
ここで、本実施形態による半導体装置は、ゲート電極26の側壁と、ゲート電極26周縁から所定の距離内側までのゲート電極26上面の領域とを覆うエッチングストッパ膜36を有することに特徴がある。
【0031】
このようにエッチングストッパ膜36を構成することにより、半導体装置の製造工程を簡略化することができる。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図2及び図3を用いて説明する。
まず、シリコン基板10の主表面上に、例えば通常のLOCOS法により膜厚約300nmの素子分離膜12を形成し、素子領域14、16を画定する。次いで、熱酸化法により、素子領域14、16に膜厚約10nmのゲート酸化膜18を形成する。
【0032】
続いて、膜厚約200nmのP(燐)を高濃度に含んだ多結晶シリコン膜20をCVD(化学気相成長:Chemical Vapor Deposition)法により、膜厚約100nmのPSG(Phospho-Silicate Glass)膜22をプラズマCVD法により、膜厚約20nmのシリコン窒化膜24を熱CVD法により、連続して堆積する。
この後、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術を用いてシリコン窒化膜24、PSG膜22、多結晶シリコン膜20を同時にパターニングする。こうして、上面がPSG膜22及びシリコン窒化膜24で覆われたゲート電極26を形成する。
【0033】
次いで、ゲート電極26をマスクとして、例えばPイオンを加速エネルギー30keV、注入量2×1013cm-2の条件でイオン注入し、ソース/ドレイン拡散層28を形成する(図2(a))。
続いて、HF(弗酸)等の溶液中にシリコン基板10を浸漬し、PSG膜22を等方的に約150nmエッチングする。このエッチングにより、PSG膜22のエッチングは水平方向に進行し、シリコン窒化膜24のオーバーハング部30が形成される(図2(b))。
【0034】
なお、このエッチングの際にゲート電極26により覆われていないゲート酸化膜28及び素子分離膜12の一部もエッチングされるが、プラズマCVD法により堆積したPSG膜22のエッチングレートは熱酸化膜と比較して約10倍以上速いため、エッチングによる格別の問題は生じない。エッチング溶液の組成を変えたり、HFベーパーを用いるなどの方法を用いれば、ゲート酸化膜18及び素子分離膜12の膜減りを更に軽減することも可能である。シリコン窒化膜24は、HF溶液ではほとんどエッチングされない。
【0035】
この後、熱酸化法によりシリコン基板10表面を酸化し、ゲート電極26に覆われていない領域に膜厚5nm程度のシリコン酸化膜32を成長する。
次いで、熱CVD法により、膜厚約100nmのシリコン窒化膜34を成長する。PSG膜22のエッチングによって形成したオーバーハングの高さは、PSG膜22の厚さで決定され、その膜厚は100nmであるので、膜厚100nmのシリコン窒化膜34を堆積することによりオーバーハング部30は完全に埋め込まれる(図2(c))。
【0036】
続いて、シリコン窒化膜34、24を異方性エッチングし、ゲート電極26の側壁を覆い、上面の端部に約150nm程度乗り上げて形成されたエッチングストッパ膜36を形成する。ゲート電極26に乗り上げるエッチングストッパ膜36の長さは、PSG膜22を等方性エッチングしたときにPSG膜22が後退した距離となる(図3(a))。
【0037】
この後、必要に応じて、ソース/ドレイン拡散層28に高濃度不純物層(図示せず)を形成する。エッチングストッパ膜36及びゲート電極26をマスクとして、例えばAs(砒素)イオンを加速エネルギー30keV、注入量4×1015cm-2の条件でイオン注入する。このようにすれば、MOSトランジスタの拡散層構造をLDD(Lightly Doped Drain)構造にすることができる。
【0038】
次いで、CVD法によりシリコン酸化膜とBPSG膜を連続して堆積し、リフローによりその表面を平坦化する。こうしてシリコン酸化膜とBPSG膜との積層膜よりなる層間絶縁膜38を形成する。
続いて、通常のリソグラフィー技術により、スルーホールを開口するためのレジストパターン40を形成する。
【0039】
この後、レジストパターン40をマスクとして層間絶縁膜38を異方性エッチングし、ソース/ドレイン拡散層28及びゲート電極26を露出するスルーホール42、44、46、48を形成する(図3(b))。
このとき、スルーホール42、44はゲート電極26上に延在して形成されるが、シリコン窒化膜よりなるエッチングストッパ膜36がゲート電極26の側壁及び肩部を覆っているので、通常のSAC構造と同様に自己整合でスルーホールを開口することができる。
【0040】
また、スルーホール48は、エッチングストッパ膜36を用いない従来のコンタクト構造であり、上記のSACと同時にシリコン基板10表面まで開口することができる。
また、スルーホール46はゲート電極26上に開口されるが、開口部のゲート電極26上にはエッチングストッパ膜36は存在せず、代わりにPSG膜22が形成されている。従って、層間絶縁膜38のエッチングと同時に下地のPSG膜22をエッチングすることができるので、他のスルーホールの開口と同時に、ゲート電極26を露出することができる。
【0041】
こうして、一回のリソグラフィー工程のみで、SACを含む全てのスルーホールを開口することができる。
なお、層間絶縁膜38の下に薄いシリコン窒化膜を形成しておけば、リソグラフィー工程での位置合わせズレ等によってスルーホール42、44、48が素子分離膜12上に開口された場合にも、素子分離膜12が過剰にエッチングされるのを防止することができる。
【0042】
すなわち、層間絶縁膜38のエッチングをこのシリコン窒化膜でストップし、次いでこのシリコン窒化膜を除去することによりスルーホールを開口すれば、層間絶縁膜38の開口に必要なオーバーエッチングを、素子分離膜12が露出した状態で行うことがないので、層間絶縁膜38のエッチングによる素子分離膜12の膜減りを低減することができる。
【0043】
スルーホール46については、シリコン窒化膜の除去後に更にPSG膜22を除去する必要があるが、素子分離膜12などの熱酸化膜と比較して十分に高いエッチング速度が得られる条件でPSG膜22をエッチングすれば、リソグラフィー工程を経ずにPSG膜22をエッチングすることができる。
このように、本実施形態によれば、ゲート電極の側壁と、ゲート電極周縁から所定の距離内側までのゲート電極上面の領域とを覆うエッチングストッパ膜を形成するので、SAC構造のスルーホールと、ゲート電極上に開口するスルーホールを一回のリソグラフィー工程により開口することができる。
【0044】
これにより、従来のSACプロセスと比較して、一回のリソグラフィー工程を減少することができる。
なお、上記実施形態では、素子分離膜12の膜減りを低減する手段として、層間絶縁膜38直下に薄いシリコン窒化膜を形成する例を示したが、他の方法によっても達成することができる。例えば、エッチング特性の異なる膜を積層して層間絶縁膜38を形成し、各層を一層毎にエッチングを行えば、各層のエッチングに必要なオーバーエッチング量を低減することができるので、素子分離膜12の膜減りをも低減することができる。
[参考例]
本発明の参考例による半導体装置及びその製造方法について図4及び図5を用いて説明する。第1実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略し、又は簡略にする。
【0045】
図4は本参考例による半導体装置の構造を示す概略図、図5は本参考例による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
本参考例では、第1実施形態による半導体装置及びその製造方法にサリサイドプロセスを組み合わせた半導体装置及びその製造方法について示す。
始めに、本参考例による半導体装置の構造について図4を用いて説明する。
【0046】
本参考例による半導体装置は、基本的な構造は図1に示す第1実施形態による半導体装置とほぼ同様であるが、エッチングストッパ膜36の形成されていない領域のゲート電極26上及びソース/ドレイン拡散層28上に自己整合でシリサイド膜50が形成されていることに特徴がある。
このように半導体装置を構成することにより、ソース/ドレイン拡散層28の拡散層抵抗を軽減できるとともに、コンタクト特性を良好にすることができる。更に、エッチングストッパ膜36が形成されていることにより、サリサイドプロセスの信頼性をも高めることができる。これについては後に詳述する。
【0047】
次に、本参考例による半導体装置の製造方法について図5を用いて説明する。
まず、図2(a)乃至図3(a)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、ゲート電極26の側壁と、ゲート電極26周縁から所定の距離内側までのゲート電極26上面の領域とを覆うエッチングストッパ膜36を有するMOSトランジスタを形成する。
【0048】
次いで、HF等の溶液中に浸漬し、ゲート電極26上のPSG膜22、ソース/ドレイン拡散層28上のシリコン酸化膜32を除去し、ゲート電極26、ソース/ドレイン拡散層28の一部を表面に露出させる(図5(a))。
続いて、スパッタ法によりTi(チタン)膜を全面に堆積した後にRTA(短時間アニール:Rapid Thermal Annealing)等の熱処理を行い、露出したゲート電極26及びソース/ドレイン拡散層28の領域とTi膜とを反応させ、チタンシリサイド膜50を形成する。
【0049】
この後、シリコンと接していない部分の未反応のTi膜を王水などで除去すると、ゲート電極26、ソース/ドレイン拡散層28上の所定の領域にのみチタンシリサイド膜50が残存される(図5(b))。
次いで、図3(b)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、スルーホール42、44、46、48が開口された層間絶縁膜38を形成する(図5(c))。
【0050】
チタンシリサイド膜50をこのように選択的に形成する上記のプロセスは、サリサイドプロセスとして広く知られた技術である。しかし、本参考例による半導体装置は、ゲート電極26の側壁と、ゲート電極26周縁から所定の距離内側までのゲート電極26上面の領域とを覆うエッチングストッパ膜36を有するので、配線の短絡が生じる確率を通常のサリサイドプロセスと比較して低減できる。
通常のサリサイドプロセスでは、ゲート電極の側壁のみに形成されたサイドウォールを反応のマスクとして、ゲート電極上及びソース/ドレイン拡散層上に選択的にチタンシリサイド膜を形成するが、シリサイド化反応の際の異常反応によりシリサイド化反応が横方向に進行してしまうと、ゲート電極26上に形成されたシリサイド膜とソース/ドレイン拡散28層上に形成されたシリサイド膜とが短絡し、結果として歩留りが低下することがあった。
【0051】
しかし、本参考例による半導体装置の製造方法では、ゲート電極26の側壁から肩部に乗り上げるようにエッチングストッパ膜36が形成されており、ゲート電極26が露出した領域とソース/ドレイン拡散層28との距離を十分に確保することができるので、シリサイド化反応が横方向に進行しにくくなる。この結果、ゲート電極26上のシリサイド膜とソース/ドレイン拡散層28上のシリサイド膜とが短絡する確率を大幅に低減することができる。
【0052】
このように、本参考例によれば、ゲート電極の側壁と、ゲート電極周縁から所定の距離内側までのゲート電極上面の領域とを覆うように形成された、層間絶縁膜とはエッチング特性の異なるエッチングストッパ膜を形成するので、SAC構造のスルーホールと、ゲート電極上に開口するスルーホールを一回のリソグラフィー工程により開口することができる。
【0053】
また、このように形成したエッチングストッパ膜を反応のマスクとして、ゲート電極上及びソース/ドレイン拡散層上に自己整合でシリサイド膜を形成するので、従来のサリサイドプロセスと比較して製造歩留りを向上することができる。
なお、上記参考例ではチタンサリサイドを用いた例を示したが、他の金属シリサイドを用いたサリサイドプロセスを適用してもよい。例えば、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、コバルトシリサイド等の高融点金属シリサイドを用いることができる。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による半導体装置及びその製造方法について図6及び図7を用いて説明する。第1実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略し、又は簡略にする。
【0054】
図6は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図7は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
図1乃至図3に示す第1実施形態による半導体装置及びその製造方法では、ゲート電極26の側壁と、ゲート電極26周縁から所定の距離内側までのゲート電極26上面の領域とを覆うエッチングストッパ膜36を形成することにより、SAC42、44と、ゲート電極26を露出するスルーホール46の開口を一回のリソグラフィー工程で行うことを可能にした。
【0055】
第1実施形態によるこのような効果を得るためには、図3(a)に示す構造を形成することが重要なポイントとなるが、この構造を得るための製造方法は第1実施形態による半導体装置の製造方法には限られない。
本実施形態では、第1実施形態による半導体装置と等価な構造を実現する半導体装置の製造方法を示す。
【0056】
始めに、本実施形態による半導体装置の構造について図6を用いて説明する。
MOSトランジスタのゲート電極26上には、その端部から所定の間隔をおいて中央部に形成されたシリコン酸化膜52が形成されている。シリコン酸化膜52の側壁には、シリコン窒化膜よりなるサイドウォール54が形成されている。シリコン酸化膜52及びサイドウォール54によりその上面が覆われたゲート電極26の側壁には、シリコン窒化膜よりなるサイドウォール56が形成されている。サイドウォール56は、その上部がサイドウォール54の側壁にまで達している。
【0057】
こうして、図3(a)に示す第1実施形態によるエッチングストッパ膜36に相当する構造が、ゲート電極26の周囲に形成されたサイドウォール54及びサイドウォール56により形成されている。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図7を用いて説明する。
【0058】
まず、シリコン基板10の主表面上に、例えば通常のLOCOS法により膜厚約300nmの素子分離膜12を形成し、素子領域14、16を画定する。次いで、熱酸化法により、素子領域14、16に膜厚約10nmのゲート酸化膜18を形成する。
次いで、膜厚約200nmのPを高濃度に含んだ多結晶シリコン膜20をCVD法により、膜厚約100nmのシリコン酸化膜52をプラズマCVD法により堆積する。
【0059】
続いて、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術を用いてシリコン酸化膜52をパターニングする(図7(a))。シリコン酸化膜52は、後工程で形成するゲート電極のパターンを画定するものであり、形成するゲート電極のパターンより所定の幅だけ細いパターンに加工しておく。この幅は、後工程で形成するサイドウォール54の幅とほぼ等しくなるように設定する。
【0060】
この後、膜厚約100nmのシリコン窒化膜を熱CVD法により堆積し、RIE法により垂直にエッチングし、シリコン酸化膜52の側壁にサイドウォール54を形成する(図7(b))。
次いで、シリコン酸化膜52及びサイドウォール54をマスクとして多結晶シリコン膜20をパターニングし、ゲート電極26を形成する。このように、ゲート電極26の線幅はシリコン酸化膜52及びこの側壁に形成したサイドウォール54の幅により決定されるので、シリコン酸化膜52の膜厚やパターン幅等を予め設定しておくことが望ましい。
【0061】
続いて、ゲート電極26をマスクとして、例えばPイオンを加速エネルギー30keV、注入量2×1013cm-2の条件でイオン注入し、ソース/ドレイン拡散層28を形成する(図7(c))。
この後、膜厚約100nmのシリコン窒化膜を熱CVD法により堆積し、RIE法により垂直方向にエッチングし、ゲート電極26及びサイドウォール54の側壁にサイドウォール56を形成する(図7(d))。
【0062】
こうして、サイドウォール54及びサイドウォール56よりなるエッチングストッパ膜36が形成される。
このように、本実施形態によれば、シリコン酸化膜52に自己整合でサイドウォール54及びゲート電極26を形成し、ゲート電極26及びサイドウォール54に自己整合でサイドウォール56を形成するので、ゲート電極26の側壁と、ゲート電極26周縁から所定の距離内側までのゲート電極26上面の領域とを覆うエッチングストッパ膜36を形成することができる。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による半導体装置及びその製造方法について図8乃至図12を用いて説明する。第1実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は簡略にする。
【0063】
図8は本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図、図9は図8の半導体装置のA−A´部の断面を示す概略図、図10乃至図12は本実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
本実施形態では、第1実施形態による半導体装置及びその構造をDRAM(Random Access Memory)に適用した例について説明する。
【0064】
始めに、本実施形態による半導体装置の構造について図8及び図9を用いて説明する。
シリコン基板10には、素子分離膜12により画定された素子領域14、16が形成されている。素子領域14、16上には、ソース/ドレイン拡散層26が独立に形成されている。ソース/ドレイン拡散層26間の素子領域14上には、ゲート酸化膜18を介してゲート電極26が形成されている。こうして、ゲート電極26、ソース/ドレイン拡散層28よりなるメモリセルトランジスタが構成されている。
【0065】
素子領域14上に形成されたゲート電極26は、素子領域14と直行する方向に延在して形成されており、複数のメモリセルトランジスタが連なるワード線を構成している。
ワード線を構成するゲート電極26は、その場所によって線幅が異なっており、素子領域14上では線幅約0.2μmであり(この領域のゲート電極26を、ゲート電極26Mと表す)、他の領域では約0.15μmとなっている(この領域のゲート電極26を、ゲート電極26WLと表す)。また、周辺回路部におけるゲート電極26の線幅は、約0.5μmとなっている(この領域のゲート電極26を、ゲート電極26Pと表す)。
【0066】
ゲート電極26には、その側壁と、周縁から所定の距離内側までのゲート電極26上面の領域とを覆うエッチングストッパ膜36が形成されている。ゲート電極26WLは、その上面が全てエッチングストッパ膜36により覆われ、ゲート電極26M、26Pは、上面の端部のみがエッチングストッパ膜36により覆われている。
【0067】
メモリセルトランジスタが形成された半導体基板10上には、ソース/ドレイン拡散層28上に開口されたスルーホール58、60と、ゲート電極26P上に開口されたスルーホール62とを有する層間絶縁膜64が形成されている。スルーホール58、60は、エッチングストッパ膜36に自己整合で形成されている。
【0068】
スルーホール60の内壁及びソース/ドレイン拡散層28上には、キャパシタ蓄積電極66が形成されており、スルーホール60の底部においてソース/ドレイン拡散層28と接続されている。キャパシタ蓄積電極66の内面及び上面にはキャパシタ誘電体膜68が形成されている。キャパシタ蓄積電極66及びキャパシタ誘電体膜68が形成されたスルーホール60内と、層間絶縁膜64上にはキャパシタ対向電極70が形成されている。こうして、キャパシタ蓄積電極66、キャパシタ誘電体68、キャパシタ対向電極70よりなるキャパシタが構成されている。
【0069】
スルーホール58内壁及びソース/ドレイン拡散層28上には、コンタクト用導電膜72が形成されており、スルーホール58底部においてソース/ドレイン拡散層28に接続されている。また、コンタクト用導電膜72は、キャパシタ対向電極70上に形成された層間絶縁膜74を介してワード線と交差する方向に配されたビット線76にも接続されており、ソース/ドレイン拡散層28とビット線76とを接続する役割を担っている。
【0070】
スルーホール62内壁及びゲート電極26上には、コンタクト用導電膜78が形成されており、スルーホール62底部においてゲート電極26に接続されている。また、コンタクト用導電膜78は、層間絶縁膜64上に形成されたビット線76にも接続されており、ゲート電極26とビット線76とを接続する役割を担っている。
【0071】
こうして、1トランジスタ、1キャパシタからなるDRAMが構成されている。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図10乃至図12を用いて説明する。係る製造方法により半導体装置を製造すれば、上記の半導体装置の形成が容易になる。
【0072】
まず、シリコン基板10の主表面上に、例えば通常のLOCOS法により膜厚約300nmの素子分離膜12を形成し、素子領域14、16を画定する。次いで、熱酸化法により、素子領域14、16に膜厚約10nmのゲート酸化膜18を形成する。
次いで、CVD法により、膜厚約150nmの多結晶シリコン膜20、膜厚約150nmのPSG膜22、膜厚約20nmのシリコン窒化膜24を連続して成膜した後、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術を用いてシリコン窒化膜24、PSG膜22、多結晶シリコン膜20を同時にパターニングする。こうして、上面がPSG膜22及びシリコン窒化膜24で覆われたゲート電極26を形成する。
【0073】
ここで、ゲート電極26WLの線幅は、例えば約0.15μm、ゲート電極Mの線幅は、例えば約0.2μm、ゲート電極26Pの線幅は、例えば約0.5μmになるようにパターニングする。
続いて、ゲート電極26をマスクとして、例えばPイオンを加速エネルギー20keV、注入量2×1013cm-2の条件でイオン注入し、素子領域14にソース/ドレイン拡散層28を、素子領域16に低濃度拡散層29を形成する。なお、低濃度拡散層29は、LDD構造の周辺回路用トランジスタにおけるn-層となる。
【0074】
この後、希釈HF溶液中にシリコン基板10を浸漬し、PSG膜22を等方的に約0.08μmエッチングする。このエッチングにより、PSG膜22のエッチングは水平方向に進行する。ゲート電極26WL直下のPSG膜22は、その幅が約0.15μmであるので、このエッチングによって全て除去される。一方、ゲート電極26M上及びゲート電極26P上のPSG膜22は、その線幅がエッチングされる膜厚(0.08×2μm)より太いため、その一部がゲート電極26M、26P上に残存する(図10(a))。
【0075】
なお、図10(a)では、ゲート電極26WL上のシリコン窒化膜24はゲート電極26WLから浮いた状態で描かれているが、紙面垂直方向に存在するゲート電極26Mの領域において、残存するPSG膜22によって支えられている。このようにゲート電極26P上にPSG膜22を残存させるのは、第1実施形態による半導体装置の製造方法において示したように、後工程でスルーホール62を開口する際に好適だからである。
【0076】
かかる観点からメモリセル領域について考慮すると、ゲート電極26WL、26M上にPSG膜22を残存させる必要はないが、このように一部で残存させる領域を残しておかないとシリコン窒化膜24が飛散するなどの不都合が生じる虞があるため、PSG膜22を残存させる領域を形成することが望ましい。
次いで、熱CVD法により、膜厚約100nmのシリコン窒化膜34を成長する。これにより、PSG膜22のエッチングによって形成されたサイドエッチ部は、シリコン窒化膜34によって完全に埋め込まれる(図10(b))。
【0077】
続いて、シリコン窒化膜34、24を異方性エッチングし、ゲート電極26の側壁を覆い、上面の端部に約0.08μm程度乗り上げて形成されたエッチングストッパ膜36を形成する。ゲート電極26WLは、エッチングストッパ膜36により完全に覆われる。
この後、素子領域16に、エッチングストッパ膜36をマスクとして、例えばAsイオンを加速エネルギー15keV、注入量4×1015cm-2の条件でイオン注入し、低濃度拡散層29をn-層とするLDD構造を有するソース/ドレイン拡散層28を形成する(図10(c))。
【0078】
次いで、CVD法により、膜厚約50nmのシリコン酸化膜と、膜厚約2μmのBPSG膜を連続して堆積し、リフロー又は研磨によりその表面を平坦化する。こうして、シリコン酸化膜とBPSG膜との積層膜よりなる層間絶縁膜38を形成する。
続いて、通常のリソグラフィー技術及びエッチング技術により、層間絶縁膜38に、ソース/ドレイン拡散層28上に開口されたスルーホール58、60、及びゲート電極26上に開口されたスルーホール62を開口する(図11(a))。
【0079】
このとき、ゲート電極26P上にはエッチングストッパ膜36が形成されていないため、スルーホール62内には、ゲート電極26Pが露出される。一方、スルーホール58、60は、ゲート電極26M、26WL上にまで延在しているが、この領域のゲート電極26M、26WL上にはエッチングストッパ膜36が形成されているため、ゲート電極26M、26WLが露出されることはない。
【0080】
特に、ゲート電極26WLは完全にエッチングストッパ膜36により覆われているので、ゲート電極26WLを内包する領域にスルーホール60を開口してもゲート電極26WLが露出することがない。従って、ゲート電極26WL上にスルーホール60を延在することが可能であり、そのスルーホール60内に大面積のキャパシタを構成することができる。
【0081】
層間絶縁膜38をエッチングする際には、シリコン窒化膜のエッチング速度が十分に小さくなる条件にエッチング条件を設定することが望ましい。こうすることにより、スルーホール58、60底部のエッチングストッパ膜36のエッチングが効果的に抑えられ、ゲート電極26が露出せずに自己整合でスルーホール58、60を開口することができる。
【0082】
この後、CVD法により膜厚約50nmの窒化チタン(TiN)膜を堆積し、層間絶縁膜38上に形成されたTiN膜のみを研磨等により除去する。こうして、スルーホール58の内壁及び底部に形成されたコンタクト用導電膜72、スルーホール60の内壁及び底部に形成されたキャパシタ蓄積電極66、スルーホール62の内壁及び底部に形成されたコンタクト用導電膜78を形成する。
【0083】
コンタクト用導電膜72及びキャパシタ蓄積電極66は、スルーホール58、60底部においてソース/ドレイン拡散層28と接続され、コンタクト用導電膜78はスルーホール62底部においてゲート電極26Pに接続される(図11(b))。
次いで、CVD法により膜厚約150nmのTa2O5膜(タンタル酸化膜)を、CVD法により膜厚約100nmのTiN膜を、プラズマCVD法により膜厚約100nmのシリコン酸化膜を連続して成膜し、通常のリソグラフィー技術及びエッチング技術によりこれらの膜を同一のパターンに加工する。
【0084】
こうして、Ta2O5膜よりなるキャパシタ誘電体膜68と、TiN膜よりなるキャパシタ対向電極70と、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜74を形成する。
続いて、プラズマCVD法により膜厚約100nmのシリコン酸化膜を堆積した後に異方性エッチングし、キャパシタ対向電極70及び層間絶縁膜74の側壁にサイドウォール絶縁膜80を形成する(図12(a))。
【0085】
この後、CVD法により膜厚約100nmのTiN膜を堆積し、通常のリソグラフィー技術及びエッチング技術によりパターニングし、ビット線76を形成する。ビット線76は、コンタクト用導電膜72を介してソース/ドレイン拡散層28に、コンタクト用導電膜78を介してゲート電極26Pに接続される。
このようにして、1トランジスタ、1キャパシタからなるDRAMを形成することができる(図12(b))。
【0086】
このように、本実施形態によれば、第1実施形態による半導体装置及びその製造方法をDRAMの製造方法に適用することにより、SAC構造のスルーホールと、ゲート電極上に開口するスルーホールを一回のリソグラフィー工程により開口することができるので、DRAMの製造工程を簡略にしつつ容易にスルーホールを開口することができる。
【0087】
また、ワード線を構成するゲート電極26の線幅を、その領域に応じて変化することにより、エッチングストッパ膜36により完全に覆われたゲート電極26WLと、その端部のみがエッチングストッパ膜36により覆われたゲート電極26Mとを形成することができる。
これにより、ゲート電極26WL上に延在するスルーホールを開口してもゲート電極26WLが露出することはないので、ゲート電極26M上に延在する大面積のキャパシタを構成することができる。
【0088】
なお、上記実施形態では、SAC構造のソース/ドレイン拡散層28上に開口するスルーホール58、60と、ゲート電極26P上に開口するスルーホール62とを形成する場合について示したが、SACを用いない通常のスルーホールを同時に開口することもできる。
また、上記実施形態では第1実施形態による半導体装置の製造方法によりエッチングストッパ膜を形成したが、第2実施形態による半導体装置を適用してもよい。
【0089】
また、参考例に示したように、サリサイドプロセスを追加してもよい。
[第4実施形態]
本発明の第4実施形態による半導体装置及びその製造方法について図13乃至図15を用いて説明する。第1乃至第3実施形態及び参考例による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略又は簡略にする。
【0090】
図13は第1乃至第3実施形態及び参考例による半導体装置の製造方法における課題を説明する図、図14は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図15は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
上記第1乃至第3実施形態及び参考例による半導体装置及びその製造方法では、素子分離膜の形成方法として、典型的なLOCOS法を用いた例を示した。しかし、LOCOS法では下地のシリコン基板10を酸化して素子分離膜12を形成するため、酸化膜以外の絶縁膜を選択する余地は全くない。
【0091】
一方、層間絶縁膜38には、一般にシリコンプロセスとの整合性等がよいシリコン酸化膜や不純物を含有するシリコン酸化膜を用いることが多いため、層間絶縁膜38に開口するスルーホールエッチングでは、シリコン酸化膜や不純物を含有するシリコン酸化膜のエッチング速度が大きく、シリコン窒化膜のエッチング速度が小さいエッチング条件で行われることになる。
【0092】
このような場合にリソグラフィーの位置合わせズレ等によって素子分離膜12上にスルーホールが開口されると、図13に示すように層間絶縁膜38のエッチングの際にスルーホール44内に露出した素子分離膜12までがエッチングされ、ソース/ドレイン拡散層28が形成されていない領域のシリコン基板10が露出する虞がある。
【0093】
この後、素子分離膜12がエッチングされた領域にAl等の配線層(図示せず)を形成すると配線層とシリコン基板10とがショートしてしまうため、層間絶縁膜38のエッチング制御をより厳密に行ったり、露出したシリコン基板10中に不純物イオンを注入してコンタクトを補償したりする必要がある。
素子分離膜12がエッチングされるこのような不都合は、例えば、第1実施形態において示したように層間絶縁膜38の直下に薄いシリコン窒化膜を形成しておくことによっても解決できるが、工程数が増加するため望ましくはない。
【0094】
本実施形態では、上記不都合を製造工程を複雑にすることなく解決できる半導体装置及びその製造方法を提供する。
始めに、本実施形態による半導体装置の構造を図14を用いて説明する。
本実施形態による半導体装置は、素子分離膜12が、シリコン酸化膜81を介してシリコン基板10上に形成されたシリコン窒化膜82により構成されていることに特徴がある。このように半導体装置を構成することにより、スルーホールのエッチングの際に下地に対して選択性よくエッチングを停止することができる。
【0095】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法を図15を用いて説明する。
まず、シリコン基板10を熱酸化し、全面に膜厚約15nmのシリコン酸化膜81を成長する。
次いで、CVD法により膜厚約200nmのシリコン窒化膜82を堆積し、所望のパターンに加工する。シリコン窒化膜82は、素子分離領域に残存させるようにパターニングする(図15(a))。
【0096】
続いて、CVD法により膜厚約100nmのシリコン窒化膜を堆積した後、このシリコン窒化膜を異方性エッチングし、シリコン窒化膜82の側壁にサイドウォール窒化膜84を形成する(図15(b))。サイドウォール窒化膜84は必ずしも必要ではないが、シリコン窒化膜82のエッジ部での段差を緩和するためには形成しておくことが望ましい。
【0097】
このように形成したシリコン窒化膜82及びサイドウォール窒化膜84が、素子分離膜12を構成する。
この後、例えば、B(ボロン)イオンを加速エネルギー180keV、注入量5×1012cm-2の条件でイオン注入し、素子分離膜12の直下にチャネルストップ不純物層86を形成する。このように形成したチャネルストップ不純物層86により、素子分離領域に構成される寄生トランジスタの閾値電圧を十分に高くすることができる(図15(c))。
【0098】
次いで、図2(a)乃至図3(b)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして素子領域14、16にMOSトランジスタを形成し、その上層にスルーホール42、44、46が開口された層間絶縁膜38を形成する。
このとき、本実施形態による半導体装置では、素子分離膜12がシリコン窒化膜82により構成されているので、素子分離膜12がスルーホール44内に露出した場合であっても、スルーホールエッチングの際に素子分離膜12はエッチングされることはない(図15(d))。
【0099】
従って、スルーホールエッチングの際に素子分離膜12直下のシリコン基板10が露出することはなく、後工程で形成する配線層とシリコン基板10とが短絡することを防止できる。
このように、本実施形態によれば、素子分離膜を、シリコン基板上に形成したシリコン窒化膜により構成するので、スルーホールと素子分離膜とがオーバーラップした場合にも、スルーホールを開口する際に素子分離膜がエッチングされることを防止できる。
【0100】
これにより、拡散層が形成されていない領域のシリコン基板がスルーホール内に露出することを防止できるので、後工程でスルーホール内に配線層が形成された場合にも、シリコン基板と配線層との短絡を防止することができる。
また、上記の素子分離膜の製造方法は、LOCOS法とほぼ同等の製造工程数であり、トータルの製造工程数を増加することなく上記の効果を得ることができる。
【0101】
なお、上記実施形態では、素子分離膜12としてシリコン窒化膜を用いたが、素子分離膜12は、エッチングストッパ膜36と同一の絶縁材料で構成することが望ましい。こうすることにより、スルーホール内に素子分離膜12が露出した場合にも、エッチングストッパ膜36及び素子分離膜12に自己整合でスルーホールを開口することができる。
【0102】
また、本実施形態では、層間絶縁膜38をシリコン酸化膜により形成する場合について示したが、シリコン酸化膜とのエッチング選択性が高い他の絶縁材料を用いて層間絶縁膜38を構成することが可能であれば、素子分離膜12としてLOCOS法により形成した酸化膜を用いることができる。この場合、エッチングストッパ膜36をシリコン酸化膜により構成すれば、素子分離膜12及びエッチングストッパ膜36をマスクとして層間絶縁膜38にスルーホールを自己整合で開口することができる。
【0103】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、半導体基板と、半導体基板上に形成され、第1の素子領域及び第2の素子領域を画定する素子分離膜と、第1の素子領域に形成されたソース及びドレイン拡散層と、ソース及びドレイン拡散層の間の半導体基板上に、第1のゲート絶縁膜を介して形成された第1のゲート電極と、第1のゲート電極の側壁と、第1のゲート電極周縁から等しい距離内側までの第1のゲート電極上面の領域とを覆う第1のエッチングストッパ膜と、第2の素子領域上に第2のゲート絶縁膜を介して形成され、且つ素子分離膜上まで延在する第2のゲート電極と、第2のゲート電極の側壁と、第2のゲート電極周縁から等しい距離内側までの第2のゲート電極上面の領域とを覆う第2のエッチングストッパ膜と、第1のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の第1のゲート電極上及び第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の第2のゲート電極上に形成され、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる第1の絶縁膜と、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜が形成された半導体基板上の全面に形成され、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる層間絶縁膜とを有し、ソース及びドレイン拡散層上の層間絶縁膜に一対の第1のスルーホールが形成され、素子分離膜上の、第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の第2のゲート電極上の第1の絶縁膜及び層間絶縁膜に第2のスルーホールが形成されている半導体装置を構成することにより、一回のリソグラフィー工程のみで第1のスルーホールと第2のスルーホールを形成することができる。これにより、従来のSACプロセスと比較して、リソグラフィー工程を1工程削減することができる。
【0105】
また、上記の半導体装置において、素子分離膜を、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜と同一の材料により構成すれば、スルーホールが素子分離膜上に延在する場合にも、素子分離膜がエッチングされることなくスルーホールを開口することができる。従って、スルーホールをエッチングストッパ膜及び素子分離膜に自己整合で形成することができる。
【0106】
また、上記の半導体装置において、素子分離膜、第 1 のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜としては、シリコン窒化膜を適用することができる。
また、第1の方向に平行に延在する複数のワード線と、第1の方向と交差する第2の方向に平行に延在する複数のビット線と、ワード線及びビット線の各交差領域に設けられたメモリセルとが半導体基板上に形成された半導体装置において、メモリセルは、半導体基板上に形成され、第1の素子領域及び第2の素子領域を画定する素子分離膜と、第1の素子領域に形成されたソース及びドレイン拡散層と、ソース及びドレイン拡散層の間の半導体基板上に、第1のゲート絶縁膜を介して形成され、ワード線を兼ねる第1のゲート電極と、第1のゲート電極の側壁と、第1のゲート電極周縁から等しい距離内側までの第1のゲート電極上面の領域とを覆う第1のエッチングストッパ膜とを有し、第2の素子領域上に第2のゲート絶縁膜を介して形成され、且つ素子分離膜上まで延在する第2のゲート電極と、第2のゲート電極の側壁と、第2のゲート電極周縁から等しい距離内側までの第2のゲート電極上面の領域とを覆う第2のエッチングストッパ膜と、第1のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の第1のゲート電極上及び第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の第2のゲート電極上に形成され、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる第1の絶縁膜と、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜が形成された半導体基板上の全面に形成され、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる層間絶縁膜とを有し、ソース及びドレイン拡散層上の層間絶縁膜に一対の第1のスルーホールが形成され、素子分離膜上の、第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の第2のゲート電極上の第1の絶縁膜及び層間絶縁膜に第2のスルーホールが形成されている半導体装置を構成することにより、一回のリソグラフィー工程のみで第1のスルーホールと第2のスルーホールを形成することができる。これにより、従来のSACプロセスと比較して、リソグラフィー工程を1工程削減することができる。
【0107】
また、上記の半導体装置において、第1のゲート電極を素子分離膜上に延在して形成し、素子領域上に形成された第1のゲート電極の線幅を、素子分離膜上に形成された第1のゲート電極の線幅より広くすることができる。
また、上記の半導体装置において、素子分離膜上の第1のゲート電極上に形成された第1のエッチングストッパ膜に、第1のゲート電極の全面を覆う領域を設ければ、その領域のゲート電極を含む広い領域に延在するスルーホールを開口することができる。これにより、例えば、スルーホール内壁を利用してキャパシタ蓄積電極をすれば、キャパシタ面積を容易に広げることができる。
【0108】
また、半導体基板上に、第1の素子領域及び第2の素子領域を画定する素子分離膜を形成する工程と、半導体基板の第1の素子領域上に第1のゲート絶縁膜を形成し、半導体基板の第2の素子領域上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、第1のゲート絶縁膜、第2のゲート絶縁膜及び素子分離膜が形成された半導体基板上の全面に、導電膜と、第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜とはエッチング特性の異なる第2の絶縁膜とを形成する工程と、第2の絶縁膜、第1の絶縁膜及び導電膜を同一のパターンに加工し、導電膜よりなり、第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、導電膜よりなり、第2のゲート絶縁膜上に形成され、且つ素子分離膜上まで延在する第2のゲート電極とを形成する工程と、第1のゲート電極の両脇の素子領域内に、ソース及びドレイン拡散層を形成する工程と、第2の絶縁膜をマスクとして第1の絶縁膜を等方的にエッチングし、第1の絶縁膜を水平方向に等しい距離だけ後退させる工程と、第1の絶縁膜のエッチングにより形成された空隙が埋め込まれるように、第2の絶縁膜とエッチング特性が等しく第1の絶縁膜とはエッチング特性の異なる第3の絶縁膜を全面に堆積する工程と、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜を、第1の絶縁膜が露出するまで垂直方向にエッチングし、第3の絶縁膜よりなり、第1のゲート電極の側壁と、第1のゲート電極周縁から等しい距離内側までの第1のゲート電極上面の領域とを覆う第1のエッチングストッパ膜と、第3の絶縁膜よりなり、第2のゲート電極の側壁と、第2のゲート電極周縁から等しい距離内側までの第2のゲート電極上面の領域とを覆う第2のエッチングストッパ膜とを形成する工程と、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜が形成された半導体基板上の全面に、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜に形成され、ソース及びドレイン拡散層を露出する一対の第1のスルーホールと、第1の絶縁膜及び層間絶縁膜に形成され、素子分離膜上の、第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の第2のゲート電極を露出する第2のスルーホールとを同時に開口する工程とにより半導体装置を製造することにより、素子領域上に開口する第1のスルーホールと、ゲート電極上に開口する第2のスルーホールを1回のリソグラフィー工程により開口することができる。これにより、従来の製造プロセスと比較して、リソグラフィー工程を1工程削減することができる。
【0109】
また、上記の半導体記憶装置の製造方法において、一対の第1のスルーホール及び第2のスルーホールを形成する工程において、第1の絶縁膜のエッチングを、素子分離膜、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜よりもエッチング速度が大きい条件で行えば、素子分離膜及び第2の絶縁膜の減耗を抑えつつエッチングストッパ膜を形成することができる。
また、半導体基板上に、第1の素子領域及び第2の素子領域を画定する素子分離膜を形成する工程と、半導体基板の第1の素子領域上に第1のゲート絶縁膜を形成し、半導体基板の第2の素子領域上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、第1のゲート絶縁膜、第2のゲート絶縁膜及び素子分離膜が形成された半導体基板上の全面に、導電膜を形成する工程と、導電膜上に、第1の絶縁膜を堆積してパターニングする工程と、第1の絶縁膜が形成された導電膜上に、第1の絶縁膜とはエッチング特性の異なる第2の絶縁膜を堆積して垂直方向にエッチングし、パターニングした第1の絶縁膜の側壁に第2の絶縁膜よりなる第1のサイドウォールを形成する工程と、第1の絶縁膜及び第1のサイドウォールをマスクとして導電膜をエッチングし、導電膜よりなり、第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、導電膜よりなり、第2のゲート絶縁膜上に形成され、且つ素子分離膜上まで延在する第2のゲート電極とを形成する工程と、第1のゲート電極の両脇の素子領域内に、ソース及びドレイン拡散層を形成する工程と、第1の絶縁膜及び第1のサイドウォールが形成された半導体基板上に、第2の絶縁膜とエッチング特性が等しく第1の絶縁膜とはエッチング特性の異なる第3の絶縁膜を堆積して垂直方向にエッチングし、第1のゲート電極、第2のゲート電極及び第1のサイドウォールの側壁に第3の絶縁膜よりなる第2のサイドウォールを形成し、第1のサイドウォール及び第2のサイドウォールよりなり、第1のゲート電極の側壁と、第1のゲート電極周縁から等しい距離内側までの第1のゲート電極上面の領域とを覆う第1のエッチングストッパ膜と、第1のサイドウォール及び第2のサイドウォールよりなり、第2のゲート電極の側壁と、第2のゲート電極周縁から等しい距離内側までの第2のゲート電極上面の領域とを覆う第2のエッチングストッパ膜とを形成する工程と、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜が形成された半導体基板上の全面に、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜に形成され、ソース及びドレイン拡散層を露出する一対の第1のスルーホールと、第1の絶縁膜及び層間絶縁膜に形成され、素子分離膜上の、第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の第2のゲート電極を露出する第2のスルーホールとを同時に開口する工程とにより半導体装置を製造することにより、素子領域上に開口する第1のスルーホールと、ゲート電極上に開口する第2のスルーホールを1回のリソグラフィー工程により開口することができる。これにより、従来の製造プロセスと比較して、リソグラフィー工程を1工程削減することができる。
【0110】
また、一対の第1のスルーホール及び第2のスルーホールを開口する工程において、一対の第1のスルーホールについては、第1のエッチングストッパ膜をエッチングストッパとして層間絶縁膜をエッチングすることにより、第1のエッチングストッパ膜に整合して形成すれば、通常のSAC技術を第1のスルーホールの開口に用いることができる。
また、素子分離膜を形成する工程において、第1の絶縁膜とはエッチング特性が異なる材料よりなる素子分離膜を形成し、一対の第1のスルーホール及び第2のスルーホールを開口する工程において、一対の第1のスルーホールのうち素子分離膜に接している方の第1のスルーホールについては、第1のエッチングストッパ膜及び素子分離膜をエッチングストッパとして層間絶縁膜をエッチングすることにより、第1のエッチングストッパ膜及び素子分離膜に整合して形成すれば、素子分離膜がエッチングされることなく第1のスルーホールを開口することができる。これにより、第1のスルーホールを素子分離膜上に延在してレイアウトできるので、半導体装置の更なる集積化が可能となる。
【0114】
また、素子分離膜を形成する工程において、層間絶縁膜とはエッチング特性の異なる第4の絶縁膜を堆積してパターニングし、第4の絶縁膜よりなる素子分離膜を形成すれば、スルーホールを開口する際に素子分離膜がエッチングされることを防止できる。また、素子分離膜をエッチングのマスクとして用いることもできるので、素子分離膜に自己整合でスルーホールを開口することもできる。
【0115】
また、上記の半導体装置の製造方法おいて、素子分離膜、第1のエッチングストッパ膜及び第2のエッチングストッパ膜にはシリコン窒化膜を適用することができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜及び第1の絶縁膜には、シリコン酸化膜又は不純物を含有したシリコン酸化膜を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図2】 本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。
【図3】 本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。
【図4】 本発明の参考例による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図5】 本発明の参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図6】 本発明の第2実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図7】 本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図8】 本発明の第3実施形態による半導体装置の構造を示す平面図である。
【図9】 図8に示す本発明の第3実施形態による半導体装置のA−A´部の断面を示す概略図である。
【図10】 本発明の第3実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。
【図11】 本発明の第3実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。
【図12】 本発明の第3実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。
【図13】 第1乃至第3実施形態及び参考例による半導体装置の製造方法の課題を説明する図である。
【図14】 本発明の第4実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図15】 本発明の第4実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図16】 従来の半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図17】 従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
10…シリコン基板
12…素子分離膜
14…素子領域
16…素子領域
18…ゲート酸化膜
20…多結晶シリコン膜
22…PSG膜
24…シリコン窒化膜
26…ゲート電極
28…ソース/ドレイン拡散層
29…低濃度拡散層
30…オーバーハング部
32…シリコン酸化膜
34…シリコン窒化膜
36…エッチングストッパ膜
38…層間絶縁膜
40…レジストパターン
42…スルーホール
44…スルーホール
46…スルーホール
48…スルーホール
50…チタンシリサイド膜
52…シリコン酸化膜
54…サイドウォール
56…サイドウォール
58…スルーホール
60…スルーホール
62…スルーホール
64…層間絶縁膜
66…キャパシタ蓄積電極
68…キャパシタ誘電体膜
70…キャパシタ対向電極
72…コンタクト用導電膜
74…層間絶縁膜
76…ビット線
78…コンタクト用導電膜
80…サイドウォール絶縁膜
81…シリコン酸化膜
82…シリコン窒化膜
84…サイドウォール窒化膜
86…チャネルストップ不純物層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a structure of a semiconductor device in which a through hole opened on a source / drain diffusion layer of a MOS transistor is formed in a gate electrode in a self-aligned manner and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
As LSIs become larger, device miniaturization is being pursued. In order to realize a semiconductor integrated circuit having gates, wirings, and through holes with finer dimensions, conventionally, the exposure wavelength in photolithography has been shortened to improve the resolution.
[0003]
Various device structures that reduce the alignment margin between lithography processes while reducing the minimum resolution size in this way have been studied, and the device size itself can be reduced without reducing the pattern size to be transferred. Has been tried. An example of such a device structure is self-aligned contact (hereinafter referred to as SAC).
[0004]
Hereinafter, a conventional SAC will be described with reference to FIG.
An
[0005]
On the
[0006]
Hereinafter, a method for forming a through hole by SAC will be described with reference to FIG.
After forming a MOS transistor having the
[0007]
Next, a
At this time, the
[0008]
Thus, since the
By using such a SAC structure, the pattern of the through
[0009]
Thus, a highly integrated semiconductor device using SAC has been manufactured.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional method of manufacturing a semiconductor device using SAC, the through
In the conventional SAC method, a through-hole is formed by self-alignment using a silicon nitride film covering the periphery of the
[0011]
Therefore, in order to open the through
An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, in which a through hole opening on a gate electrode can be formed simultaneously with SAC without complicating the manufacturing process.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The above object is formed on a semiconductor substrate and the semiconductor substrate.The firstElement areaAnd second element regionAn element isolation film definingFirstFormed in the element regionSource and drainA diffusion layer;Source and drainOn the semiconductor substrate between the diffusion layers, the firstGateFormed through an insulating filmFirstA gate electrode;FirstA side wall of the gate electrode;FirstThe distance from the gate electrode edge to the inside at an equal distanceFirstCovers the area on the top surface of the gate electrodeFirstEtching stopper film andA second gate electrode formed on the second element region via a second gate insulating film and extending to the element isolation film; a sidewall of the second gate electrode; A second etching stopper film covering a region of the upper surface of the second gate electrode from the periphery of the second gate electrode to the inner side of the same distance, and the first etching stopper film in a region where the first etching stopper film is not formed It is formed on the second gate electrode on the gate electrode and in the region where the second etching stopper film is not formed, and has different etching characteristics from the first etching stopper film and the second etching stopper film. A first insulating film formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the first etching stopper film and the second etching stopper film are formed; The topper film and the second etching stopper film have an interlayer insulating film having different etching characteristics, a pair of first through holes are formed in the interlayer insulating film on the source and drain diffusion layers, and the element A second through hole is formed in the first insulating film and the interlayer insulating film on the second gate electrode in a region on the separation film where the second etching stopper film is not formed.This is achieved by a semiconductor device. By configuring the semiconductor device in this way,The first through hole and the second through hole can be formed by only one lithography process. Thereby, compared with the conventional SAC process, the number of lithography processes can be reduced by one.
[0015]
In the above semiconductor device, the element isolation film isFirstEtching stopper filmAnd the second etching stopper filmIt is desirable to be made of the same material. By configuring the semiconductor device in this manner, the through hole can be opened without being etched even when the through hole extends on the element isolation film. Therefore, the through hole can be formed in the etching stopper film and the element isolation film by self-alignment.
[0016]
In the above semiconductor device, the element isolation filmThe first 1 Etching stopper filmAnd saidSecondThe etching stopper film is preferably composed of a silicon nitride film.
Also,The above purpose isA plurality of word lines extending parallel to the first direction, a plurality of bit lines extending parallel to the second direction intersecting the first direction, and each intersection of the word line and the bit line In a semiconductor device in which a memory cell provided in a region is formed over a semiconductor substrate, the memory cell is formed over the semiconductor substrate,FirstElement areaAnd second element regionAn element isolation film definingFirstFormed in the element regionSource and drainA diffusion layer;Source and drainOn the semiconductor substrate between the diffusion layers,FirstGateIt is formed through an insulating film and doubles as the word lineFirstA gate electrode;FirstA side wall of the gate electrode;FirstThe distance from the gate electrode edge to the inside at an equal distanceFirstCovers the area on the top surface of the gate electrodeFirstEtching stopper film andA second gate electrode formed on the second element region via a second gate insulating film and extending to the element isolation film; and a sidewall of the second gate electrode; , A second etching stopper film covering a region of the upper surface of the second gate electrode from the periphery of the second gate electrode to the inner side of the same distance, and the region of the region where the first etching stopper film is not formed Formed on the first gate electrode and on the second gate electrode in a region where the second etching stopper film is not formed, and is etched with the first etching stopper film and the second etching stopper film Formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the first insulating film having different characteristics, the first etching stopper film, and the second etching stopper film are formed; And an interlayer insulating film having different etching characteristics from the second etching stopper film, and a pair of first through holes are formed in the interlayer insulating film on the source and drain diffusion layers, A second through hole is formed in the first insulating film and the interlayer insulating film on the second gate electrode in a region on the separation film where the second etching stopper film is not formed.This is also achieved by a semiconductor device characterized by the above. By configuring the semiconductor device in this way,The first through hole and the second through hole can be formed by only one lithography process. Thereby, compared with the conventional SAC process, the number of lithography processes can be reduced by one.
[0017]
In the above semiconductor device,The first gate electrode is formed extending on the element isolation film,Formed on the element region.FirstThe gate electrode has a line width that is formed on the device isolation film.FirstIt is desirable that the width is wider than the line width of the gate electrode.
Further, in the above semiconductor device, on the element isolation filmOn the first gate electrodeFormed in the aboveFirstThe etching stopper film isFirstIt is desirable to have a region covering the entire surface of the gate electrode. By configuring the semiconductor device in this manner, a through hole extending in a wide region including the gate electrode in that region can be opened. Thereby, for example, if the capacitor storage electrode is formed using the inner wall of the through hole, the capacitor area can be easily expanded.
[0018]
Also,The above purpose isOn the semiconductor substrate,FirstElement areaAnd second element regionForming an isolation film for definingWorkAboutOf the semiconductor substrateSaidFirstelementOn areaFirstGateInsulating film is formedAnd forming a second gate insulating film on the second element region of the semiconductor substrate.YouWorkAboutA conductive film, a first insulating film, and a first insulating film are formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the first gate insulating film, the second gate insulating film, and the element isolation film are formed. Forming a second insulating film having different etching characteristics, processing the second insulating film, the first insulating film and the conductive film into the same pattern, and comprising the conductive film,The firstGateOn insulating filmFormed firstGate electrodeAnd a second gate electrode made of the conductive film, formed on the second gate insulating film and extending to the element isolation film,Forming a step;Forming a source and drain diffusion layer in the element region on both sides of the first gate electrode; and isotropically etching the first insulating film using the second insulating film as a mask; The step of retracting the first insulating film by an equal distance in the horizontal direction and the second insulating film have the same etching characteristics as the second insulating film so that the void formed by etching the first insulating film is buried. A step of depositing a third insulating film having an etching characteristic different from that of the first insulating film on the entire surface, and the second insulating film and the third insulating film in a vertical direction until the first insulating film is exposed. Etching into the third insulating film,SaidFirstA side wall of the gate electrode;FirstFrom the periphery of the gate electrodeSaidThe same distance to the insideFirstCovers the area on the top surface of the gate electrodeFirstEtching stopper filmAnd a second insulating layer that covers a side wall of the second gate electrode and a region of the upper surface of the second gate electrode from the periphery of the second gate electrode to the inside of the same distance. Etching stopper film andFormWorkAbout the aboveFirstEtching stopper filmAnd the second etching stopper filmOn the semiconductor substrate formed withThe whole surfaceAnd saidFirstEtching stopper filmAnd the second etching stopper filmEtching characteristics are different fromInterlayerForm an insulating filmWorkAbout the aboveInterlayerInsulating filmThe source and drain diffusion layers are formedTo be exposedA pair ofA first through hole;Formed on the first insulating film and the interlayer insulating film, on the element isolation film;SaidSecondThe region where the etching stopper film is not formedSecondOpen a second through hole that exposes the gate electrode at the same timeWorkIt is also achieved by a method of manufacturing a semiconductor device characterized by having By manufacturing the semiconductor device in this manner, the first through hole opened on the element region and the second through hole opened on the gate electrode can be formed by one lithography process. As a result, the number of lithography steps can be reduced by one compared with the conventional manufacturing process.
[0019]
Further, in the above method for manufacturing a semiconductor device,In the step of forming the pair of first through holes and the second through holes, the etching of the first insulating film includes the element isolation film, the first etching stopper film, and the second etching stopper. It is desirable to carry out under conditions where the etching rate is higher than that of the film. By manufacturing the semiconductor device in this manner, the etching stopper film can be formed while suppressing the wear of the element isolation film and the second insulating film.
Further, the object is to form a device isolation film for defining a first device region and a second device region on a semiconductor substrate, and a first gate on the first device region of the semiconductor substrate. Forming an insulating film and forming a second gate insulating film on the second element region of the semiconductor substrate; the first gate insulating film; the second gate insulating film; and the element isolation film. A step of forming a conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate on which the film is formed, a step of depositing and patterning a first insulating film on the conductive film, and a step of forming the first insulating film. A second insulating film having a different etching characteristic from that of the first insulating film is deposited on the conductive film, etched in a vertical direction, and patterned on the side wall of the patterned first insulating film. Forming a first sidewall comprising: The conductive film is etched using the first insulating film and the first sidewall as a mask, the first gate electrode made of the conductive film and formed on the first gate insulating film, and the conductive film Forming a second gate electrode made of a film and formed on the second gate insulating film and extending to the element isolation film; and the element region on both sides of the first gate electrode Forming a source and drain diffusion layer therein, and on the semiconductor substrate on which the first insulating film and the first sidewall are formed, the second insulating film has the same etching characteristics as the second insulating film. A third insulating film having an etching characteristic different from that of the first insulating film is deposited and etched in a vertical direction, and the first gate electrode, the second gate electrode, and the first sidewall are side walls of the first insulating film. 3 Insulating film A second side wall formed of the first side wall and the second side wall, the side wall of the first gate electrode and the inner periphery of the first gate electrode from the periphery of the first gate electrode by an equal distance. A first etching stopper film covering a region of the upper surface of the first gate electrode; the first sidewall; and the second sidewall; a sidewall of the second gate electrode; A step of forming a second etching stopper film covering a region of the upper surface of the second gate electrode from the periphery of the gate electrode to an equal distance inside, and the first etching stopper film and the second etching stopper film On the entire surface of the formed semiconductor substrate, an interlayer insulation having different etching characteristics from the first etching stopper film and the second etching stopper film. Forming an edge film; a pair of first through holes formed in the interlayer insulating film, exposing the source and drain diffusion layers; and formed in the first insulating film and the interlayer insulating film, And a step of simultaneously opening a second through hole that exposes the second gate electrode in a region where the second etching stopper film is not formed on the element isolation film. This method can also be achieved. By manufacturing the semiconductor device in this manner, the first through hole opened on the element region and the second through hole opened on the gate electrode can be formed by one lithography process. As a result, the number of lithography processes can be reduced by one compared with the conventional manufacturing process.
[0020]
In the method of manufacturing a semiconductor device,A pair of firstThrough holeAnd the second through holeThe openingDoIn the processFor the pair of first through holes,SaidFirstUsing the etching stopper film as an etching stopperInterlayerEtching insulation filmByThe aboveFirstShaped to match the etching stopper filmCompleteIt is desirable. By manufacturing the semiconductor device in this manner, a normal SAC technique can be used for opening the first through hole.
[0021]
In the method of manufacturing a semiconductor device, the element isolationForm a filmIn the process,1Etching characteristics are different from other insulating filmsmaterialForming the element isolation film comprising:A pair of firstThrough holeAnd the second through holeThe openingDoIn the processOf the pair of first through holes, the first through hole that is in contact with the element isolation film,SaidFirstThe etching stopper film and the element isolation film as an etching stopperInterlayerEtching insulation filmByThe aboveFirstAligned with the etching stopper film and the element isolation filmCompleteIt is desirable. By manufacturing the semiconductor device in this manner, the first through hole can be opened without etching the element isolation film. As a result, the first through-hole can be extended and laid out on the element isolation film, so that the semiconductor device can be further integrated.
[0026]
In the method of manufacturing a semiconductor device, the element isolationForm a filmIn the process,InterlayerThe etching characteristics differ from those of insulating films.4The insulating film is deposited and patterned, and the first4Made of insulating filmSaidIt is desirable to form an element isolation film. By manufacturing the semiconductor device in this way, it is possible to prevent the element isolation film from being etched when the through hole is opened. In addition, since the element isolation film can be used as an etching mask, a through hole can be opened in a self-aligned manner in the element isolation film.
[0027]
In the method of manufacturing a semiconductor device, the element isolation filmThe first etching stopper filmAnd saidSecondThe etching stopper film is preferably a silicon nitride film.
In the method of manufacturing a semiconductor device,InterlayerInsulating film and said first1The insulating film is preferably a silicon oxide film or a silicon oxide film containing impurities.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIGS. 2 and 3 are process cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
[0029]
First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. An
[0030]
An interlayer insulating
Here, the semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that it has the
[0031]
By configuring the
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
First, an
[0032]
Subsequently, a PSG (Phospho-Silicate Glass) having a film thickness of about 100 nm is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method on the
Thereafter, the
[0033]
Next, using the
Subsequently, the
[0034]
In this etching, the
[0035]
Thereafter, the surface of the
Next, a
[0036]
Subsequently, the
[0037]
Thereafter, a high concentration impurity layer (not shown) is formed in the source /
[0038]
Next, a silicon oxide film and a BPSG film are successively deposited by CVD, and the surface is flattened by reflow. Thus, an
Subsequently, a resist
[0039]
Thereafter, the
At this time, the through
[0040]
The through
Further, although the through
[0041]
In this way, all the through holes including the SAC can be opened by only one lithography process.
If a thin silicon nitride film is formed under the
[0042]
That is, if the etching of the
[0043]
With respect to the through
As described above, according to the present embodiment, the etching stopper film that covers the side wall of the gate electrode and the region of the upper surface of the gate electrode from the periphery of the gate electrode to the inside of the predetermined distance is formed. A through hole opened on the gate electrode can be opened by one lithography process.
[0044]
Thereby, compared with the conventional SAC process, one lithography process can be reduced.
In the above-described embodiment, an example in which a thin silicon nitride film is formed immediately below the
[Reference example]
Of the present inventionReference exampleA semiconductor device and a method for manufacturing the same will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
[0045]
Figure 4 shows the bookReference exampleFIG. 5 is a schematic view showing the structure of a semiconductor device according to FIG.Reference exampleIt is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device by this.
BookReference exampleThe semiconductor device according to the first embodiment and the method for manufacturing the same will now be described with respect to the semiconductor device combined with the salicide process and the method for manufacturing the same.
First, bookReference exampleThe structure of the semiconductor device according to FIG.TheoryLight up.
[0046]
BookReference exampleThe basic structure of the semiconductor device is substantially the same as that of the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 1, but the
By configuring the semiconductor device in this manner, the diffusion layer resistance of the source /
[0047]
Then bookReference exampleA method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIG.
First, in the same manner as in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIGS. 2A to 3A, the side wall of the
[0048]
Next, the substrate is immersed in a solution such as HF, and the
Subsequently, a Ti (titanium) film is deposited on the entire surface by sputtering, and then heat treatment such as RTA (Rapid Thermal Annealing) is performed to expose the exposed region of the
[0049]
Thereafter, when the unreacted Ti film not in contact with silicon is removed with aqua regia or the like, the
Next, in the same manner as in the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment shown in FIG. 3B, an
[0050]
The above process for selectively forming the
In a normal salicide process, a titanium silicide film is selectively formed on the gate electrode and the source / drain diffusion layer using the sidewall formed only on the side wall of the gate electrode as a reaction mask. If the silicidation reaction proceeds in the lateral direction due to the abnormal reaction, the silicide film formed on the
[0051]
But bookReference exampleIn the method of manufacturing a semiconductor device according to the method, the
[0052]
Like thisReference exampleTherefore, an etching stopper film having a different etching characteristic from the interlayer insulating film is formed so as to cover the side wall of the gate electrode and the region of the upper surface of the gate electrode from the periphery of the gate electrode to a predetermined distance inside. The through hole having the SAC structure and the through hole opened on the gate electrode can be opened by a single lithography process.
[0053]
In addition, since the silicide film is formed on the gate electrode and the source / drain diffusion layer by using the etching stopper film formed in this manner as a reaction mask, the manufacturing yield is improved as compared with the conventional salicide process. be able to.
The aboveReference exampleAlthough an example using titanium salicide has been shown, a salicide process using another metal silicide may be applied. For example, refractory metal silicides such as tungsten silicide, molybdenum silicide, and cobalt silicide can be used.
[No.2Embodiment]
First of the present invention2The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
[0054]
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 7 is a process cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
In the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the etching stopper film that covers the sidewall of the
[0055]
In order to obtain such an effect according to the first embodiment, it is important to form the structure shown in FIG. 3A. The manufacturing method for obtaining this structure is the semiconductor according to the first embodiment. It is not restricted to the manufacturing method of an apparatus.
In the present embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device that realizes a structure equivalent to the semiconductor device according to the first embodiment will be described.
[0056]
First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
On the
[0057]
Thus, a structure corresponding to the
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
[0058]
First, an
Next, a
[0059]
Subsequently, the
[0060]
Thereafter, a silicon nitride film having a thickness of about 100 nm is deposited by a thermal CVD method and etched vertically by the RIE method to form a
Next, the
[0061]
Subsequently, using the
Thereafter, a silicon nitride film having a thickness of about 100 nm is deposited by a thermal CVD method and etched in the vertical direction by an RIE method to form a
[0062]
Thus, the
As described above, according to the present embodiment, the
[No.3Embodiment]
First of the present invention3The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
[0063]
FIG. 8 is a plan view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, FIG. 9 is a schematic view showing a cross section of the AA ′ portion of the semiconductor device of FIG. 8, and FIGS. It is process sectional drawing explaining a manufacturing method.
In the present embodiment, an example in which the semiconductor device according to the first embodiment and the structure thereof are applied to a DRAM (Random Access Memory) will be described.
[0064]
First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
On the
[0065]
The
The
[0066]
An
[0067]
On the
[0068]
A
[0069]
A contact
[0070]
A contact
[0071]
Thus, a DRAM composed of one transistor and one capacitor is constructed.
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. If a semiconductor device is manufactured by such a manufacturing method, the above-described semiconductor device can be easily formed.
[0072]
First, an
Next, a
[0073]
Here, patterning is performed so that the line width of the gate electrode 26WL is, for example, about 0.15 μm, the line width of the gate electrode M is, for example, about 0.2 μm, and the line width of the
Subsequently, using the
[0074]
Thereafter, the
[0075]
In FIG. 10A, the
[0076]
Considering the memory cell region from this point of view, it is not necessary to leave the
Next, a
[0077]
Subsequently, the
Thereafter, using the
[0078]
Next, a silicon oxide film with a film thickness of about 50 nm and a BPSG film with a film thickness of about 2 μm are successively deposited by CVD, and the surface is flattened by reflow or polishing. Thus, an
Subsequently, through
[0079]
At this time, since the
[0080]
In particular, since the gate electrode 26WL is completely covered with the
[0081]
When etching the
[0082]
Thereafter, a titanium nitride (TiN) film having a thickness of about 50 nm is deposited by CVD, and only the TiN film formed on the
[0083]
Contact
Next, Ta having a film thickness of about 150 nm is formed by CVD.2OFiveA film (tantalum oxide film) is formed by continuously forming a TiN film having a film thickness of about 100 nm by a CVD method and a silicon oxide film having a film thickness of about 100 nm by a plasma CVD method. These films are formed by a normal lithography technique and an etching technique. Process the membrane into the same pattern.
[0084]
Thus, Ta2OFiveA
Subsequently, a silicon oxide film having a thickness of about 100 nm is deposited by plasma CVD and then anisotropically etched to form sidewall insulating
[0085]
Thereafter, a TiN film having a thickness of about 100 nm is deposited by the CVD method, and is patterned by a normal lithography technique and an etching technique to form the
In this way, a DRAM composed of one transistor and one capacitor can be formed (FIG. 12B).
[0086]
As described above, according to the present embodiment, by applying the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment to a DRAM manufacturing method, the SAC structure through hole and the through hole opened on the gate electrode are combined. Since the opening can be performed by one lithography process, the through hole can be easily opened while simplifying the DRAM manufacturing process.
[0087]
Further, by changing the line width of the
Thereby, even if a through hole extending on the gate electrode 26WL is opened, the gate electrode 26WL is not exposed, so that a large-area capacitor extending on the
[0088]
In the above-described embodiment, the case where the through
In the above embodiment, the etching stopper film is formed by the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.2The semiconductor device according to the embodiment may be applied.
[0089]
Also,Reference exampleAs shown in Fig. 5, a salicide process may be added.
[No.4Embodiment]
First of the present invention4The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1st to 1st3EmbodimentAnd reference examplesThe same components as those of the semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the present invention are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
[0090]
FIG. 13 shows the first through3EmbodimentAnd reference examplesFIG. 14 is a schematic sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 15 is a process sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
1st to 1st above3EmbodimentAnd reference examplesIn the semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the above, an example in which a typical LOCOS method is used as a method for forming an element isolation film is shown. However, since the
[0091]
On the other hand, since a silicon oxide film having good consistency with a silicon process or a silicon oxide film containing impurities is often used for the
[0092]
In such a case, when a through hole is opened on the
[0093]
Thereafter, if a wiring layer (not shown) such as Al is formed in the region where the
Such inconvenience that the
[0094]
In the present embodiment, a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can solve the above disadvantages without complicating the manufacturing process are provided.
First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
The semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that the
[0095]
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
First, the
Next, a
[0096]
Subsequently, after a silicon nitride film having a thickness of about 100 nm is deposited by CVD, the silicon nitride film is anisotropically etched to form a
[0097]
The
Thereafter, for example, B (boron) ions are accelerated at an energy of 180 keV, and the implantation amount is 5 × 10.12cm-2The channel
[0098]
Next, in the same manner as in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIGS. 2A to 3B, MOS transistors are formed in the
At this time, in the semiconductor device according to the present embodiment, since the
[0099]
Therefore, the
As described above, according to the present embodiment, since the element isolation film is constituted by the silicon nitride film formed on the silicon substrate, the through hole is opened even when the through hole and the element isolation film overlap. At this time, the element isolation film can be prevented from being etched.
[0100]
As a result, the silicon substrate in the region where the diffusion layer is not formed can be prevented from being exposed in the through hole. Therefore, even when the wiring layer is formed in the through hole in a later process, the silicon substrate, the wiring layer, Can be prevented.
The device isolation film manufacturing method described above has almost the same number of manufacturing steps as the LOCOS method, and the above-described effects can be obtained without increasing the total number of manufacturing steps.
[0101]
In the above embodiment, a silicon nitride film is used as the
[0102]
In this embodiment, the case where the
[0103]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a semiconductor substrate is formed on the semiconductor substrate.The firstElement areaAnd second element regionAn element isolation film that defines:FirstFormed in the element regionSource and drainA diffusion layer;Source and drainOn the semiconductor substrate between the diffusion layers, the firstGateFormed through an insulating filmFirstA gate electrode;FirstA side wall of the gate electrode;FirstFrom the edge of the gate electrode to the same distance insideFirstCovers the area on the top surface of the gate electrodeFirstEtching stopper film andA second gate electrode formed on the second element region via a second gate insulating film and extending to the element isolation film; a sidewall of the second gate electrode; and a second gate electrode A second etching stopper film covering a region on the upper surface of the second gate electrode from the periphery to an equal distance inside, a first etching on the first gate electrode and a second etching in a region where the first etching stopper film is not formed A first insulating film formed on the second gate electrode in a region where the stopper film is not formed and having different etching characteristics from the first etching stopper film and the second etching stopper film, and the first etching stopper Formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the film and the second etching stopper film are formed and having different etching characteristics from the first etching stopper film and the second etching stopper film. A pair of first through holes is formed in the interlayer insulating film on the source and drain diffusion layers, and the second etching stopper film is not formed on the element isolation film. Second through holes are formed in the first insulating film and the interlayer insulating film on the two gate electrodes.By configuring the semiconductor device, the first lithography can be performed only by one lithography process.Through holeAnd secondThrough holeCan be formed. Thereby, compared with the conventional SAC process, the number of lithography processes can be reduced by one.
[0105]
In the above semiconductor device, the element isolation film isFirstEtching stopper filmAnd second etching stopper filmIf the through hole extends on the element isolation film, the through hole can be opened without etching the element isolation film. Therefore, the through hole can be formed in the etching stopper film and the element isolation film by self-alignment.
[0106]
In the above semiconductor device, the element isolation filmThe second 1 Etching stopper filmas well asSecondA silicon nitride film can be applied as the etching stopper film.
In addition, a plurality of word lines extending in parallel to the first direction, a plurality of bit lines extending in parallel to the second direction intersecting the first direction, and each intersection region of the word lines and the bit lines In the semiconductor device in which the memory cell provided on the semiconductor substrate is formed on the semiconductor substrate, the memory cell is formed on the semiconductor substrate,FirstElement areaAnd second element regionAn element isolation film that defines:FirstFormed in the element regionSource and drainA diffusion layer;Source and drainOn the semiconductor substrate between the diffusion layers,FirstGateIt is formed through an insulating film and doubles as a word lineFirstA gate electrode;FirstA side wall of the gate electrode;FirstFrom the edge of the gate electrode to the same distance insideFirstCovers the area on the top surface of the gate electrodeFirstEtching stopper film andA second gate electrode formed on the second element region via the second gate insulating film and extending to the element isolation film; a sidewall of the second gate electrode; A second etching stopper film covering a region of the upper surface of the second gate electrode from the periphery of the gate electrode to an equal distance inside, and on the first gate electrode and in the region where the first etching stopper film is not formed A first insulating film formed on the second gate electrode in a region where the etching stopper film is not formed and having different etching characteristics from the first etching stopper film and the second etching stopper film; The etching stopper film and the second etching stopper film are formed on the entire surface of the semiconductor substrate, and the first etching stopper film and the second etching stopper film have etching characteristics. A region having a different interlayer insulating film, a pair of first through holes formed in the interlayer insulating film on the source and drain diffusion layers, and a region where the second etching stopper film is not formed on the element isolation film A second through hole is formed in the first insulating film and the interlayer insulating film on the second gate electrode.By configuring the semiconductor device,The first through hole and the second through hole can be formed by only one lithography process. Thereby, compared with the conventional SAC process, the number of lithography processes can be reduced by one.
[0107]
In the above semiconductor device,Forming a first gate electrode on the device isolation film;Formed on the device regionFirstThe line width of the gate electrode is formed on the element isolation filmFirstIt can be made wider than the line width of the gate electrode.
In the above semiconductor device, on the element isolation filmOn the first gate electrode ofFormed inFirstEtching stopper filmFirstIf a region covering the entire surface of the gate electrode is provided, a through hole extending in a wide region including the gate electrode in that region can be opened. Thereby, for example, if the capacitor storage electrode is formed using the inner wall of the through hole, the capacitor area can be easily expanded.
[0108]
In addition, on the semiconductor substrate,FirstElement areaAnd second element regionForming an isolation film for definingWorkAboutSemiconductor substrate firstelementOn areaFirstGateInsulating film is formedAnd forming a second gate insulating film on the second element region of the semiconductor substrate.YouWorkAboutThe conductive film, the first insulating film, and the first insulating film have different etching characteristics over the entire surface of the semiconductor substrate on which the first gate insulating film, the second gate insulating film, and the element isolation film are formed. The step of forming the second insulating film, the second insulating film, the first insulating film, and the conductive film are processed into the same pattern, and the conductive film is formed.FirstGateOn insulating filmFormed firstGate electrodeA second gate electrode made of a conductive film and formed on the second gate insulating film and extending to the element isolation film;Forming a step;A step of forming source and drain diffusion layers in the element regions on both sides of the first gate electrode, and isotropically etching the first insulating film using the second insulating film as a mask, The step of retracting the film by an equal distance in the horizontal direction and the etching characteristics of the first insulating film are the same as those of the second insulating film so that the gap formed by the etching of the first insulating film is buried. A third insulating film having a different thickness and a second insulating film and a third insulating film are etched in a vertical direction until the first insulating film is exposed to form a third insulating film. The firstA side wall of the gate electrode;FirstFrom the edge of the gate electrode to the same distance insideFirstCovers the area on the top surface of the gate electrodeFirstEtching stopper filmAnd a second etching stopper film covering the side wall of the second gate electrode and the region of the upper surface of the second gate electrode from the periphery of the second gate electrode to the same distance inside from the periphery of the second gate electrode,FormWorkAboutFirstEtching stopper filmAnd second etching stopper filmOn a semiconductor substrate on which is formedThe whole surfaceIn addition,FirstEtching stopper filmAnd second etching stopper filmEtching characteristics are different fromInterlayerForm an insulating filmWorkAboutInterlayerInsulating filmFormed source and drain diffusion layersTo be exposedA pair ofA first through hole;A second insulating film formed on the first insulating film and the interlayer insulating film;In the region where the etching stopper film is not formed.SecondOpen a second through hole that exposes the gate electrode at the same timeWorkBy manufacturing the semiconductor device as described above, the first through hole opened on the element region and the second through hole opened on the gate electrode can be opened by one lithography process. Thereby, the lithography process can be reduced by one process as compared with the conventional manufacturing process.
[0109]
In the above method for manufacturing a semiconductor memory device,In the step of forming the pair of first through holes and second through holes, the first insulating film is etched at a higher etching rate than the element isolation film, the first etching stopper film, and the second etching stopper film. If performed under large conditions, the etching stopper film can be formed while suppressing the wear of the element isolation film and the second insulating film.
A step of forming an element isolation film for defining the first element region and the second element region on the semiconductor substrate; and forming a first gate insulating film on the first element region of the semiconductor substrate; Forming a second gate insulating film on the second element region of the semiconductor substrate, and an entire surface of the semiconductor substrate on which the first gate insulating film, the second gate insulating film, and the element isolation film are formed, Etching characteristics of the step of forming a conductive film, the step of depositing and patterning a first insulating film on the conductive film, and the first insulating film on the conductive film on which the first insulating film is formed Depositing a second insulating film having a different thickness and etching in the vertical direction to form a first side wall made of the second insulating film on the side wall of the patterned first insulating film, and the first insulating film Etching the conductive film using the first sidewall as a mask A first gate electrode made of a conductive film and formed on the first gate insulating film; and a first gate electrode made of the conductive film, formed on the second gate insulating film and extending to the element isolation film. Forming the second gate electrode, forming the source and drain diffusion layers in the element regions on both sides of the first gate electrode, and forming the first insulating film and the first sidewall. A third insulating film having the same etching characteristics as that of the second insulating film and having a different etching characteristic from that of the first insulating film is deposited on the semiconductor substrate and etched in the vertical direction, so that the first gate electrode, the second gate electrode, A second sidewall made of a third insulating film is formed on the side wall of the first gate electrode and the first sidewall, the first sidewall and the second sidewall are formed, and the side wall of the first gate electrode , The edge of the first gate electrode A first etching stopper film covering a region of the upper surface of the first gate electrode up to an equal distance inside, a first sidewall and a second sidewall, and a sidewall of the second gate electrode; Forming a second etching stopper film covering a region of the upper surface of the second gate electrode from the periphery of the gate electrode to an equal distance inside, and forming the first etching stopper film and the second etching stopper film Forming an interlayer insulating film having different etching characteristics from the first etching stopper film and the second etching stopper film on the entire surface of the semiconductor substrate; and exposing the source and drain diffusion layers formed on the interlayer insulating film. A pair of first through holes, a first insulating film and an interlayer insulating film are formed, and a second etching stopper film is formed on the element isolation film. The semiconductor device is manufactured by simultaneously opening the second through hole exposing the second gate electrode in the unexposed region, thereby opening the first through hole opened on the element region and the gate electrode. The second through hole can be opened by one lithography process. Thereby, compared with the conventional manufacturing process, the lithography process can be reduced by one process.
[0110]
Also,A pair of firstThrough holeAnd second through holeThe openingDoIn the processFor the pair of first through holes, the firstUsing the etching stopper film as an etching stopperInterlayerEtching insulation filmBy,FirstShaped to match the etching stopper filmCompleteThen, a normal SAC technique can be used for opening the first through hole.
Also, element isolationForm a filmIn the process1Etching characteristics are different from other insulating filmsmaterialForming an element isolation film consisting ofA pair of firstThrough holeAnd second through holeThe openingDoIn the processOf the pair of first through holes, the first through hole in contact with the element isolation film is the firstEtching stopper film and element isolation film as etching stopperInterlayerEtching insulation filmBy,FirstShaped to match the etching stopper film and element isolation filmCompleteThen, the first through hole can be opened without etching the element isolation film. As a result, the first through-hole can be extended and laid out on the element isolation film, so that the semiconductor device can be further integrated.
[0114]
Also, element isolationForm a filmIn the processInterlayerThe etching characteristics differ from those of insulating films.4An insulating film is deposited and patterned, and the first4If the element isolation film made of the insulating film is formed, the element isolation film can be prevented from being etched when the through hole is opened. In addition, since the element isolation film can be used as an etching mask, a through hole can be opened in a self-aligned manner in the element isolation film.
[0115]
Further, in the above method for manufacturing a semiconductor device, an element isolation film, First etching stopper filmas well asSecondA silicon nitride film can be applied to the etching stopper film.
Further, in the above method for manufacturing a semiconductor device,InterlayerInsulating film and second1As the insulating film, a silicon oxide film or a silicon oxide film containing impurities can be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a process cross-sectional view (part 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 3 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 of the present inventionReference exampleIt is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device by.
FIG. 5 shows the present invention.Reference exampleCross section showing the method of manufacturing a semiconductor deviceIn the figureis there.
FIG. 6 shows the first of the present invention.2It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device by embodiment.
FIG. 7 shows the first of the present invention.2It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by embodiment.
FIG. 8 shows the first of the present invention.3It is a top view which shows the structure of the semiconductor device by embodiment.
FIG. 9 shows a first embodiment of the present invention shown in FIG.3It is the schematic which shows the cross section of the AA 'part of the semiconductor device by embodiment.
FIG. 10 shows the first of the present invention.3It is process sectional drawing (the 1) which shows the manufacturing method of the semiconductor device by embodiment.
FIG. 11 shows the first of the present invention.3It is process sectional drawing (the 2) which shows the manufacturing method of the semiconductor device by embodiment.
FIG. 12 shows the first of the present invention.3It is process sectional drawing (the 3) which shows the manufacturing method of the semiconductor device by embodiment.
FIG. 13 shows the first to the first3EmbodimentAnd reference examplesIt is a figure explaining the subject of the manufacturing method of the semiconductor device by this.
FIG. 14 shows the first of the present invention.4It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device by embodiment.
FIG. 15 shows the first of the present invention.4It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by embodiment.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor device.
FIG. 17 is a process sectional view showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
[Explanation of symbols]
10 ... Silicon substrate
12 ... element isolation film
14: Element region
16: Element region
18 ... Gate oxide film
20 ... polycrystalline silicon film
22 ... PSG film
24. Silicon nitride film
26 ... Gate electrode
28 ... Source / drain diffusion layer
29 ... Low concentration diffusion layer
30 ... Overhang part
32 ... Silicon oxide film
34 ... Silicon nitride film
36 ... Etching stopper film
38. Interlayer insulating film
40 ... resist pattern
42 ... Through hole
44 ... Through hole
46 ... Through hole
48 ... Through hole
50. Titanium silicide film
52. Silicon oxide film
54 ... sidewall
56 ... Sidewall
58 ... Through hole
60 ... Through hole
62 ... Through hole
64 ... interlayer insulating film
66. Capacitor storage electrode
68. Capacitor dielectric film
70: Capacitor counter electrode
72. Conductive conductive film
74. Interlayer insulating film
76: Bit line
78. Contact conductive film
80. Side wall insulating film
81 ... Silicon oxide film
82. Silicon nitride film
84 ... Sidewall nitride film
86 ... Channel stop impurity layer
Claims (16)
前記半導体基板上に形成され、第1の素子領域及び第2の素子領域を画定する素子分離膜と、
前記第1の素子領域に形成されたソース及びドレイン拡散層と、
前記ソース及びドレイン拡散層の間の前記半導体基板上に、第1のゲート絶縁膜を介して形成された第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極の側壁と、前記第1のゲート電極周縁から等しい距離内側までの前記第1のゲート電極上面の領域とを覆う第1のエッチングストッパ膜と、
前記第2の素子領域上に第2のゲート絶縁膜を介して形成され、且つ前記素子分離膜上まで延在する第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極の側壁と、前記第2のゲート電極周縁から前記等しい距離内側までの前記第2のゲート電極上面の領域とを覆う第2のエッチングストッパ膜と、
前記第1のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第1のゲート電極上及び前記第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第2のゲート電極上に形成され、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる第1の絶縁膜と、
前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜が形成された前記半導体基板上の全面に形成され、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる層間絶縁膜とを有し、
前記ソース及びドレイン拡散層上の前記層間絶縁膜に一対の第1のスルーホールが形成され、前記素子分離膜上の、前記第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第2のゲート電極上の前記第1の絶縁膜及び前記層間絶縁膜に第2のスルーホールが形成されている
ことを特徴とする半導体装置。A semiconductor substrate;
An element isolation film formed on the semiconductor substrate and defining a first element region and a second element region ;
A source and drain diffusion layer formed in the first element region;
A first gate electrode formed on the semiconductor substrate between the source and drain diffusion layers via a first gate insulating film;
A side wall of said first gate electrode, the first etching stopper film covering said first of said first gate electrode upper surface of the gate electrode periphery to equal distances inner region,
A second gate electrode formed on the second element region via a second gate insulating film and extending to the element isolation film;
A second etching stopper film covering a side wall of the second gate electrode and a region of the upper surface of the second gate electrode from the periphery of the second gate electrode to the inside of the equal distance;
Formed on the first gate electrode in a region where the first etching stopper film is not formed and on the second gate electrode in a region where the second etching stopper film is not formed; A first insulating film having etching characteristics different from those of the etching stopper film and the second etching stopper film;
The first etching stopper film and the second etching stopper film are formed on the entire surface of the semiconductor substrate, and have different etching characteristics from the first etching stopper film and the second etching stopper film. An interlayer insulating film,
A pair of first through holes are formed in the interlayer insulating film on the source and drain diffusion layers, and the second gate in a region on the element isolation film where the second etching stopper film is not formed. A semiconductor device, wherein a second through hole is formed in the first insulating film and the interlayer insulating film on the electrode .
前記素子分離膜は、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜と同一の材料により構成されている
ことを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1 Symbol placement,
The device isolation film is made of the same material as the first etching stopper film and the second etching stopper film . A semiconductor device, wherein:
前記素子分離膜、前記第 1 のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜は、シリコン窒化膜により構成されている
ことを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 2 ,
The element isolation film , the first etching stopper film, and the second etching stopper film are formed of a silicon nitride film.
前記メモリセルは、
前記半導体基板上に形成され、第1の素子領域及び第2の素子領域を画定する素子分離膜と、
前記第1の素子領域に形成されたソース及びドレイン拡散層と、
前記ソース及びドレイン拡散層の間の前記半導体基板上に、第1のゲート絶縁膜を介して形成され、前記ワード線を兼ねる第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極の側壁と、前記第1のゲート電極周縁から等しい距離内側までの前記第1のゲート電極上面の領域とを覆う第1のエッチングストッパ膜とを有し、
前記第2の素子領域上に第2のゲート絶縁膜を介して形成され、且つ前記素子分離膜上まで延在する第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極の側壁と、前記第2のゲート電極周縁から前記等しい距離内側までの前記第2のゲート電極上面の領域とを覆う第2のエッチングストッパ膜と、
前記第1のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第1のゲート電極上及 び前記第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第2のゲート電極上に形成され、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる第1の絶縁膜と、
前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜が形成された前記半導体基板上の全面に形成され、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる層間絶縁膜とを有し、
前記ソース及びドレイン拡散層上の前記層間絶縁膜に一対の第1のスルーホールが形成され、前記素子分離膜上の、前記第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第2のゲート電極上の前記第1の絶縁膜及び前記層間絶縁膜に第2のスルーホールが形成されている
ことを特徴とする半導体装置。A plurality of word lines extending parallel to the first direction, a plurality of bit lines extending parallel to the second direction intersecting the first direction, and each intersection of the word line and the bit line In a semiconductor device in which a memory cell provided in a region is formed on a semiconductor substrate,
The memory cell is
An element isolation film formed on the semiconductor substrate and defining a first element region and a second element region ;
A source and drain diffusion layer formed in the first element region;
On said semiconductor substrate between said source and drain diffusion layers are formed through a first gate insulating film, a first gate electrode which also serves as the word line,
Has the a sidewall of the first gate electrode, and a first etching stopper film covering said first of said first gate electrode upper surface of the gate electrode periphery to equal distances inner region,
A second gate electrode formed on the second element region via a second gate insulating film and extending to the element isolation film;
A second etching stopper film covering a side wall of the second gate electrode and a region of the upper surface of the second gate electrode from the periphery of the second gate electrode to the inside of the equal distance;
Is formed on the first etching stopper film is not formed region of the first on the gate electrode及 beauty the second etching stopper film is not formed on the second gate electrode region, the second A first insulating film having etching characteristics different from those of the first etching stopper film and the second etching stopper film;
The first etching stopper film and the second etching stopper film are formed on the entire surface of the semiconductor substrate, and have different etching characteristics from the first etching stopper film and the second etching stopper film. An interlayer insulating film,
A pair of first through holes are formed in the interlayer insulating film on the source and drain diffusion layers, and the second gate in a region on the element isolation film where the second etching stopper film is not formed. A semiconductor device, wherein a second through hole is formed in the first insulating film and the interlayer insulating film on the electrode .
前記第1のゲート電極は前記素子分離膜上に延在して形成されており、前記素子領域上に形成された前記第1のゲート電極の線幅は、前記素子分離膜上に形成された前記第1のゲート電極の線幅より広い
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4 .
The first gate electrode is formed to extend on the element isolation film, and a line width of the first gate electrode formed on the element region is formed on the element isolation film. semiconductor equipment, characterized in that wider than the line width of the first gate electrode.
前記素子分離膜上の前記第1のゲート電極上に形成された前記第1のエッチングストッパ膜は、前記第1のゲート電極の全面を覆う領域を有する
ことを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 5 .
The semiconductor device, wherein the first etching stopper film formed on the first gate electrode on the element isolation film has a region covering the entire surface of the first gate electrode.
前記半導体基板の前記第1の素子領域上に第1のゲート絶縁膜を形成し、前記半導体基板の前記第2の素子領域上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のゲート絶縁膜、前記第2のゲート絶縁膜及び前記素子分離膜が形成された前記半導体基板上の全面に、導電膜と、第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜とはエッチング特性の異なる第2の絶縁膜とを形成する工程と、
前記第2の絶縁膜、前記第1の絶縁膜及び前記導電膜を同一のパターンに加工し、前記導電膜よりなり、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、前記導電膜よりなり、前記第2のゲート絶縁膜上に形成され、且つ前記素子分離膜上まで延在する第2のゲート電極とを形成する工程と、
前記第1のゲート電極の両脇の前記素子領域内に、ソース及びドレイン拡散層を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜をマスクとして前記第1の絶縁膜を等方的にエッチングし、前記第1の絶縁膜を水平方向に等しい距離だけ後退させる工程と、
前記第1の絶縁膜のエッチングにより形成された空隙が埋め込まれるように、前記第2の絶縁膜とエッチング特性が等しく前記第1の絶縁膜とはエッチング特性の異なる第3の絶縁膜を全面に堆積する工程と、
前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜を、前記第1の絶縁膜が露出するまで垂直方向にエッチングし、前記第3の絶縁膜よりなり、前記第1のゲート電極の側壁と、前記第1のゲート電極周縁から前記等しい距離内側までの前記第1のゲート電極上面の領域とを覆う第1のエッチングストッパ膜と、前記第3の絶縁膜よりなり、前記第2のゲート電極の側壁と、前記第2のゲート電極周縁から前記等しい距離内側までの前記第2のゲート電極上面の領域とを覆う第2のエッチングストッパ膜とを形成する工程と、
前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜が形成された前記半導体基板上の全面に、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記ソース及びドレイン拡散層を露出する一対の第1のスルーホールと、前記第1の絶縁膜及び前記層間絶縁膜に形成され、前記素子分離膜上の、前記第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第2のゲート電極を露出する第2のスルーホールとを同時に開口する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。On a semiconductor substrate, as engineering you forming an isolation layer defining a first element region and the second element region and,
And wherein the first gate insulating film formed on a semiconductor substrate of said first element region, as engineering that form a second gate insulating film on the second element region of said semiconductor substrate,
A conductive film, a first insulating film, and a first insulating film are formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the first gate insulating film, the second gate insulating film, and the element isolation film are formed. Forming a second insulating film having different etching characteristics;
The second insulating film, said first insulating film and then processed into the conductive film of the same pattern, the conductive film made of a first gate electrode formed on the first gate insulating film, Forming a second gate electrode made of the conductive film and formed on the second gate insulating film and extending to the element isolation film;
Forming source and drain diffusion layers in the element region on both sides of the first gate electrode;
Etching the first insulating film isotropically using the second insulating film as a mask, and retracting the first insulating film by an equal distance in the horizontal direction;
A third insulating film having the same etching characteristics as the second insulating film and different etching characteristics from the first insulating film is formed on the entire surface so as to fill a gap formed by etching the first insulating film. Depositing, and
Etching the second insulating film and the third insulating film in a vertical direction until the first insulating film is exposed, and comprising the third insulating film, the sidewall of the first gate electrode, a first etching stopper film covering the region of the first gate electrode upper surface from said first gate electrode periphery to said equal distance inside, made of the third insulating film, the second gate electrode and the side wall, and from the second gate electrode margins as the second second factory you form the etching stopper film covering the region of the gate electrode upper surface to the same distance inward,
Over the entire surface of said first of said semiconductor substrate etching stopper film and the second etching stopper film is formed, different interlayer insulating etching characteristics from the first etching stopper film and the second etching stopper film and as factories that form a film,
Wherein formed in the interlayer insulating film, wherein a pair of first through-hole exposing the source and drain diffusion layers, are formed on the first insulating film and the interlayer insulating film, on the isolation layer, the second the method of manufacturing a semiconductor device characterized by having a degree second factory you simultaneously opening a through hole exposing a 2 of said second gate electrode regions etching stopper film is not formed.
前記一対の第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールを形成する工程では、前記第1の絶縁膜のエッチングは、前記素子分離膜、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜よりもエッチング速度が大きい条件で行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7 .
In the step of forming the pair of first through holes and the second through holes, the etching of the first insulating film includes the element isolation film , the first etching stopper film, and the second etching stopper. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the etching is performed at a higher etching rate than the film .
前記半導体基板の前記第1の素子領域上に第1のゲート絶縁膜を形成し、前記半導体基板の前記第2の素子領域上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のゲート絶縁膜、前記第2のゲート絶縁膜及び前記素子分離膜が形成された前記半導体基板上の全面に、導電膜を形成する工程と、
前記導電膜上に、第1の絶縁膜を堆積してパターニングする工程と、
前記第1の絶縁膜が形成された前記導電膜上に、前記第1の絶縁膜とはエッチング特性の異なる第2の絶縁膜を堆積して垂直方向にエッチングし、パターニングした前記第1の絶縁膜の側壁に前記第2の絶縁膜よりなる第1のサイドウォールを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜及び前記第1のサイドウォールをマスクとして前記導電膜をエッチングし、前記導電膜よりなり、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、前記導電膜よりなり、第2のゲート絶縁膜上に形成され、且つ前記素子分離膜上まで延在する第2のゲート電極とを形成する工程と、
前記第1のゲート電極の両脇の前記素子領域内に、ソース及びドレイン拡散層を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜及び前記第1のサイドウォールが形成された前記半導体基板上に、前記第2の絶縁膜とエッチング特性が等しく前記第1の絶縁膜とはエッチング特性の異なる第3の絶縁膜を堆積して垂直方向にエッチングし、前記第1のゲート電極、前記第2のゲート電極及び前記第1のサイドウォールの側壁に前記第3の絶縁膜よりなる第2のサイドウォールを形成し、前記第1のサイドウォール及び前記第2のサイドウォールよりなり、前記第1のゲート電極の側壁と、前記第1のゲート電極周縁から等しい距離内側までの前記第1のゲート電極上面の領域とを覆う第1のエッチングストッパ膜と、前記第1のサイドウォール及び前記第2のサイドウォールよりなり、前記第2のゲート電極の側壁と、前記第2のゲート電極周縁から等しい距離内側までの前記第2のゲート電極上面の領域とを覆う第2のエッチングストッパ膜とを形成する工程と、
前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜が形成された前記半導体基板上の全面に、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜とはエッチング特性の異なる層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記ソース及びドレイン拡散層を露出する一対の第1のスルーホールと、前記第1の絶縁膜及び前記層間絶縁膜に形成され、前記素子分離膜上の、前記第2のエッチングストッパ膜が形成されていない領域の前記第2のゲート電極を露出する第2のスルーホールとを同時に開口する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。On a semiconductor substrate, as engineering you forming an isolation layer defining a first element region and the second element region and,
And wherein the first gate insulating film formed on a semiconductor substrate of the first device area on, as engineering that form a second gate insulating film on the second element region of said semiconductor substrate,
Forming a conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate on which the first gate insulating film, the second gate insulating film, and the element isolation film are formed;
Depositing and patterning a first insulating film on the conductive film;
On the conductive film on which the first insulating film is formed, a second insulating film having etching characteristics different from that of the first insulating film is deposited, etched in the vertical direction, and patterned, the first insulating film Forming a first sidewall made of the second insulating film on the sidewall of the film;
The conductive film is etched using the first insulating film and the first sidewall as a mask, the first gate electrode made of the conductive film and formed on the first gate insulating film, and the conductive film Forming a second gate electrode made of a film and formed on the second gate insulating film and extending to the element isolation film;
Forming source and drain diffusion layers in the element region on both sides of the first gate electrode;
On the semiconductor substrate on which the first insulating film and the first sidewall are formed, a third insulating film having the same etching characteristics as the second insulating film and different in etching characteristics from the first insulating film. A film is deposited and etched in the vertical direction to form a second sidewall made of the third insulating film on the sidewalls of the first gate electrode, the second gate electrode, and the first sidewall. A side wall of the first gate electrode, and a region of the upper surface of the first gate electrode from the peripheral edge of the first gate electrode to an equal distance inside. a first etching stopper film that covers the made from the first sidewall and the second sidewall, and the sidewall of the second gate electrode, etc. from the second gate electrode margins A second etching stopper film had covering said second gate electrode upper surface region of the distance to the inner side as engineering you form,
Over the entire surface of said first of said semiconductor substrate etching stopper film and the second etching stopper film is formed, different interlayer insulating etching characteristics from the first etching stopper film and the second etching stopper film and as factories that form a film,
Wherein formed in the interlayer insulating film, wherein a pair of first through-hole exposing the source and drain diffusion layers, are formed on the first insulating film and the interlayer insulating film, on the isolation layer, the second the method of manufacturing a semiconductor device characterized by having a degree second factory you simultaneously opening a through hole exposing a 2 of said second gate electrode regions etching stopper film is not formed.
前記一対の第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールを開口する工程では、前記一対の第1のスルーホールについては、前記第1のエッチングストッパ膜をエッチングストッパとして前記層間絶縁膜をエッチングすることにより、前記第1のエッチングストッパ膜に整合して形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 7 to 9 ,
In the step of opening the pair of first through holes and the second through hole , the interlayer insulating film is etched using the first etching stopper film as an etching stopper for the pair of first through holes. it the method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that that form the shape in alignment with the first etching stopper film.
前記素子分離膜を形成する工程では、前記第1の絶縁膜とはエッチング特性が異なる材料よりなる前記素子分離膜を形成し、
前記一対の第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールを開口する工程では、前記一対の第1のスルーホールのうち前記素子分離膜に接している方の前記第1のスルーホールについては、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記素子分離膜をエッチングストッパとして前記層間絶縁膜をエッチングすることにより、前記第1のエッチングストッパ膜及び前記素子分離膜に整合して形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。In the manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 7 thru / or 10 ,
In the step of forming the element isolation film, the element isolation film made of a material having etching characteristics different from that of the first insulating film is formed,
In the step of opening the pair of first through holes and the second through hole , the first through hole that is in contact with the element isolation film among the pair of first through holes, by etching the interlayer insulating film using the first etching stopper film and the isolation layer as an etching stopper, characterized in that that form the first etching stopper film and form in alignment with the isolation layer A method for manufacturing a semiconductor device.
前記素子分離膜を形成する工程では、前記層間絶縁膜とはエッチング特性の異なる第4の絶縁膜を堆積してパターニングし、前記第4の絶縁膜よりなる前記素子分離膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 7 to 1 1,
In the step of forming the isolation layer, wherein the interlayer insulating film is patterned by depositing a different fourth insulating film etching characteristics to form the isolation layer made of the fourth insulating film A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1の絶縁膜は、シリコン酸化膜又は不純物を含有したシリコン酸化膜である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 7 to 1 2,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first insulating film is a silicon oxide film or a silicon oxide film containing impurities.
前記層間絶縁膜は、シリコン酸化膜又は不純物を含有したシリコン酸化膜である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 7 to 1 3,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the interlayer insulating film is a silicon oxide film or a silicon oxide film containing impurities.
前記第1のエッチングストッパ膜及び前記第2のエッチングストッパ膜は、シリコン窒化膜である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。Keep method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 7 to 1 4,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first etching stopper film and the second etching stopper film are silicon nitride films.
前記素子分離膜は、シリコン窒化膜であるThe element isolation film is a silicon nitride film.
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device.
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