JP3942814B2 - Manufacturing method of semiconductor device - 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、DRAM型の記憶素子を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
DRAMは、1トランジスタ、1キャパシタで構成できる半導体記憶装置であり、従来より高密度・高集積化された半導体記憶装置を製造するための構造や製造方法が種々検討されている。特に、製造コスト削減の観点から、如何にして製造工程数を削減しつつ所期の目的を達成しうるかが、半導体装置の更なる微細化を図るうえで重要となっている。製造工程数を削減する検討は種々の工程において行われているが、その一つとして、蓄積電極とその下部に接続されたコンタクトプラグとを一体形成することによりトータル工程数を減少する技術が提案されている。
【0003】
以下、蓄積電極とコンタクトプラグとを一体形成する従来の半導体装置の製造方法について図20乃至図23を用いて説明する。なお、図20乃至図22は従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図、図23は従来の半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【0004】
まず、シリコン基板100上に、通常のMOSトランジスタの製造方法と同様にして、ゲート電極102及びソース/ドレイン拡散層104、106を有するメモリセルトランジスタを形成する。
【0005】
次いで、メモリセルトランジスタを覆う層間絶縁膜112上に、プラグ108を介してソース/ドレイン拡散層104に電気的に接続されたビット線114を形成する。なお、図示する断面にはビット線114は現れないため、ビット線114は点線で示している。
【0006】
次いで、ビット線114が形成された層間絶縁膜112上に、層間絶縁膜116を形成する(図20(a))。
【0007】
次いで、層間絶縁膜116上に、例えばCVD法により、例えばシリコン窒化膜よりなるエッチングストッパ膜118と、例えばシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜120と、例えばアモルファスシリコン膜よりなるハードマスク122とを形成する(図20(b))。
【0008】
ここで、エッチングストッパ膜118は、層間絶縁膜120の堆積前に、プラグ110上に開口部が形成されるようにパターニングしておく。また、ハードマスク122は、蓄積電極が形成される領域を画定するものであり、蓄積電極の形成予定領域に開口部が形成されるようにパターニングしておく。ハードマスク122の開口部は、図23に示すように、エッチングストッパ膜118の開口部を囲うように形成される。
【0009】
次いで、ハードマスク122をマスクとして、エッチングストッパ膜118をストッパとして、層間絶縁膜120、116、112を順次異方性エッチングし、層間絶縁膜120、116、112を貫きプラグ110に達する開口部124を形成する(図21(a))。
【0010】
次いで、例えばCVD法により例えばRu膜などよりなる導電膜を堆積した後、層間絶縁膜120の表面が露出するまでこの導電膜及びハードマスク122を平坦に除去し、開口部124内に、この導電膜よりなりプラグ110に接続されたシリンダ状の蓄積電極126を形成する(図22(b))。
【0011】
次いで、通常のリソグラフィー技術により周辺回路領域を覆いメモリセル領域を露出するフォトレジスト膜(図示せず)を形成した後、このフォトレジスト膜をマスクとし、エッチングストッパ膜118をストッパとして、層間絶縁膜124を等方性エッチングし、メモリセル領域の層間絶縁膜124を選択的に除去する。こうして、蓄積電極126の内表面及び外表面を露出する(図22(a))。
【0012】
次いで、全面に、例えばCVD法により、例えばTa2O5やBST膜などよりなる誘電体膜を堆積し、これら誘電体膜よりなり蓄積電極126を覆うキャパシタ誘電体膜128を形成する。
【0013】
次いで、全面に、例えばCVD法により、例えばRu膜よりなる導電膜を堆積してパターニングし、この導電膜よりなりキャパシタ誘電体膜128を介して蓄積電極126を覆うプレート電極130を形成する(図22(b))。
【0014】
こうして、蓄積電極126、キャパシタ誘電体膜128、プレート電極130を有し、メモリセルトランジスタのソース/ドレイン拡散層106に電気的に接続されたキャパシタを形成する。
【0015】
こうして、1トランジスタ、1キャパシタによりメモリセルが構成されたDRAMが製造されていた。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体装置の製造方法を適用した場合、エッチングストッパ膜118又はハードマスク122のパターニングの際の位置合わせずれにより、蓄積電極126のプラグ110に対するコンタクト面積の減少や、エッチングによる下地構造の破壊をもたらすことがあった。
【0017】
蓄積電極126はハードマスク122をマスクとして開口される開口部124内に形成されるが、図23に示すように、そのパターンはビット線114の延在方向に伸びる扁平的な形状である。このため、エッチングストッパ膜118及びハードマスク122のパターニングにおいては、特にワード線(ゲート電極102)の延在方向に対する位置合わせが厳しくなる。
【0018】
ハードマスク122のパターニングがワード線の延在方向に生じ、図24及び図25(a)に示すようにハードマスク122の開口パターンの縁にエッチングストッパ膜122の開口パターンが重なると、層間絶縁膜116,112に形成される開口部124のワード線延在方向に位置する2つの辺は、一方がビット線114の側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜により規定され、他方がハードマスク122により規定されるため、エッチングストッパ膜118に形成されたパターンよりも開口幅の狭い開口部124が形成されることとなる(図25(b))。この結果、蓄積電極126とプラグ110とのコンタクト面積が減少してしまい、最悪の場合には蓄積電極126とプラグ110とのコンタクトがとれなくなる(図26(a))。
【0019】
このような現象は、エッチングストッパ膜118のパターニングがワード線の延在方向に生じた場合にも同様である。更には、ハードマスク122のパターニングとエッチングストッパ膜118のパターニングとが逆方向に位置ずれすると、図27に示すように、層間絶縁膜116,112に形成される開口部124のワード線延在方向に位置する2つの辺は、一方がエッチングストッパ膜118により規定され、他方がハードマスク122により規定されるため、コンタクト面積の減少は更に顕著となる。
【0020】
また、蓄積電極126の形成後に層間絶縁膜120をエッチングすると、層間絶縁膜120の下にはエッチングストッパ膜118が形成されていない領域が存在するため、層間絶縁膜120のエッチングと同時に、層間絶縁膜116,112等がエッチングされ、下地構造にダメージを与えることとなる(図26(b))。
【0021】
このため、コンタクトプラグを兼ねる蓄積電極126を形成するための開口部124を形成するにあたり、位置合わせずれによるコンタクト面積の減少を抑制し、下地構造の破壊をもたらすことのない半導体装置及びその製造方法が望まれていた。
【0022】
本発明の目的は、コンタクトプラグを兼ねる蓄積電極を有する半導体装置において、位置合わせずれによるコンタクト面積の減少を抑制し、且つ、下地構造の破壊をもたらすことのない半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基板上に、第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上に、前記第1の絶縁膜とエッチング特性の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜上に、前記第2の絶縁膜とエッチング特性の異なる第3の絶縁膜を形成する工程と、前記第3の絶縁膜の第1の領域を選択的にエッチングし、前記第1の領域に前記第2の絶縁膜に達しない所定の深さの溝を形成する工程と、前記第3の絶縁膜の前記第1の領域及び前記第1の領域に隣接する第2の領域を選択的にエッチングし、前記第1の領域のみに前記第2の絶縁膜を露出する工程と、前記第1の領域の前記第2の絶縁膜を選択的にエッチングし、前記第1の領域に前記第1の絶縁膜を露出する工程と、前記第2の絶縁膜をストッパとして、前記第1の領域の前記第1の絶縁膜及び前記第2の領域の前記第3の絶縁膜を選択的にエッチングし、前記基板に達するコンタクトホールを有する開口部を形成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達成される。
【0025】
【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17を用いて説明する。
【0026】
図1は本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図、図2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3乃至図13、図16及び図17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、図14及び図15は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す平面レイアウト図である。
【0027】
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図1及び図2を用いて説明する。なお、図2は、図1のA−A′線断面に沿った概略断面図である。
【0028】
シリコン基板10上には、素子領域を画定する素子分離膜12が形成されている。素子領域上には、ゲート電極18とソース/ドレイン拡散層20、22とを有するメモリセルトランジスタが形成されている。ゲート電極18は、図1に示すように、ワード線を兼ねる導電膜としても機能する。メモリセル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36が形成されている。層間絶縁膜36上には、プラグ32を介してソース/ドレイン拡散層20に接続されたビット線42が形成されている。ビット線42は、図1に示すように、ワード線(ゲート電極18)と交わる方向に延在して複数形成されている。ビット線42が形成された層間絶縁膜36上には、層間絶縁膜46が形成されている。層間絶縁膜46上には、エッチングストッパ膜48が形成されている。エッチングストッパ膜48上には、エッチングストッパ膜48、層間絶縁膜46、36を貫きプラグ34に接続され、エッチングストッパ膜48上に突出して形成されたシリンダ状の蓄積電極60が形成されている。蓄積電極60上には、キャパシタ誘電体膜62を介してプレート電極64が形成されている。
【0029】
こうして、1トランジスタ、1キャパシタよりなるメモリセルを有するDRAMが構成されている。
【0030】
本実施形態による半導体装置は、図2に示す断面図においては、図20(a)乃至図22(b)に示す従来の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置と異なるところはないが、後述する製造方法の違いに基づき、以下に示すような構造的な特徴がある。すなわち、本実施形態による半導体装置は、ビット線42の延在する方向に沿った断面においては蓄積電極60はエッチングストッパ膜48の上面上に乗り上げるように形成されているが(図2参照)、ワード線(ゲート電極18)の延在する方向に沿った断面においては蓄積電極60はエッチングストッパ膜48の上面上に形成されておらず、エッチングストッパ膜48の端部と蓄積電極60の端部とが一致するように形成されている点において(図13(b)及び図17(b)参照)、従来の半導体装置とは異なっている。この相違点は、本発明による半導体装置の製造方法により製造したことを表す構造的な特徴である。
【0031】
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3乃至図13を用いて説明する。なお、図3乃至図8は図1のA−A′線断面に沿った工程断面図、図9乃至図13は図1のB−B′線断面に沿った工程断面図である。
【0032】
まず、半導体基板10の主表面上に、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法により素子分離膜12を形成する。
【0033】
次いで、素子分離膜12により画定された複数の素子領域上に、例えば熱酸化法により、シリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜14を形成する。
【0034】
次いで、全面に、例えばCVD法により、例えば多結晶シリコン膜とシリコン窒化膜とを順次堆積した後、この積層膜をパターニングし、上面がシリコン窒化膜16により覆われた多結晶シリコン膜よりなるゲート電極18を形成する。なお、ゲート電極18は、多結晶シリコン膜に限られるものではなく、ポリサイド構造、ポリメタル構造、或いは、金属膜等を適用してもよい。
【0035】
次いで、ゲート電極18をマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極18の両側のシリコン基板10中にソース/ドレイン拡散層20、22を形成する。
【0036】
次いで、全面に、例えばCVD法により、例えばシリコン窒化膜を堆積した後にエッチバックし、ゲート電極18及びシリコン窒化膜16の側壁にシリコン窒化膜よりなるサイドウォール絶縁膜24を形成する。
【0037】
こうして、ゲート電極18と、その両側のシリコン基板10中に形成されたソース/ドレイン拡散層20、22とを有するメモリセルトランジスタを形成する(図3(a)、図9(a))。
【0038】
次いで、全面に、例えばCVD法により例えばシリコン酸化膜を堆積した後、CMP(化学的機械的研磨:Chemical Mechanical Polishing)法等によりシリコン窒化膜16が露出するまでその表面を研磨し、表面が平坦化されたシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜26を形成する。
【0039】
次いで、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26に、ソース/ドレイン拡散層20に達するコンタクトホール28と、ソース/ドレイン拡散層22に達するコンタクトホール30とを、ゲート電極18及びサイドウォール絶縁膜24に対して自己整合的に形成する(図3(b)、図9(b))。
【0040】
次いで、層間絶縁膜26に開口されたコンタクトホール28、30内に、プラグ32、34をそれぞれ埋め込む(図3(c)、図4(c))。例えば、CVD法により多結晶シリコン膜を堆積してエッチバックすることによりコンタクトホール28、30内のみに多結晶シリコン膜を残存させた後、イオン注入法により多結晶シリコン膜にドーピングして低抵抗化し、ドープトポリシリコンよりなるプラグ32、34を形成する。
【0041】
次いで、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚50〜100nmのシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜36を形成する。
【0042】
次いで、通常のリソグラフィー技術及びエッチング技術により、プラグ32に達するコンタクトホール38を層間絶縁膜36に形成する(図3(d)、図9(d))。なお、図3(d)に示す断面にはプラグ32に達するコンタクトホール38は現れないが、他の構成要素との位置関係を明確にするため、以降の図面において点線で表すこととする。
【0043】
次いで、全面に、例えばCVD法によりTi(チタン)膜、TiN(窒化チタン)膜、W(タングステン)膜及びシリコン窒化膜を順次堆積してパターニングし、上面がシリコン窒化膜40により覆われプラグ32を介してソース/ドレイン拡散層20に接続されたビット線42を形成する。なお、図3(e)に示す断面にはビット線42は現れないが、他の構成要素との位置関係を明確にするため、以降の図面において点線で表すこととする。
【0044】
次いで、全面に例えばCVD法によりシリコン窒化膜を堆積した後にエッチバックし、ビット線42及びシリコン窒化膜40の側壁にサイドウォール絶縁膜44を形成する(図3(e)、図9(e))。
【0045】
次いで、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚500nmのシリコン酸化膜を堆積し、CMP法によりシリコン窒化膜40が露出するまでその表面を研磨し、表面が平坦化されたシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜46を形成する(図4(a)、図10(a))。
【0046】
次いで、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚40nm程度のシリコン窒化膜を堆積し、シリコン窒化膜よりなるエッチングストッパ膜48を形成する。
【0047】
次いで、エッチングストッパ膜48上に、例えばCVD法により、例えば膜厚700nmのシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜50を形成する。
【0048】
次いで、層間絶縁膜50上に、例えばCVD法により、例えば膜厚50nmのアモルファスシリコン膜を堆積し、アモルファスシリコン膜よりなるハードマスク52を形成する。
【0049】
次いで、通常のリソグラフィー技術及びエッチング技術によりハードマスク52をパターニングし、蓄積電極の形成予定領域のハードマスク52を除去する(図4(b)、図10(b))。
【0050】
次いで、層間絶縁膜50及びハードマスク52上に、通常のリソグラフィー技術により、蓄積電極をプラグ34に接続するコンタクトホールの形成予定領域を露出し、ワード線(ゲート電極18)の延在する方向に延在するストライプ状の開口部を有するレジスト膜54を形成する(図5(a)、図14)。このレジスト膜54は、ビット線42の延在する方向のみに周期的なパターンを有しており、ワード線の延在する方向には周期性を有していない。したがって、ワード線の延在する方向に位置合わせずれが生じても、その後のプロセスに何ら影響を及ぼすことはない。
【0051】
次いで、レジスト膜54及びハードマスク52をマスクとして、層間絶縁膜50を途中まで異方性エッチングし、層間絶縁膜50に深さDが例えば約100〜300nmの溝56を形成する(図5(b)、図11(a))。
【0052】
次いで、レジスト膜54を除去した後、ハードマスク52をマスクとして、エッチングストッパ膜48をストッパとして、層間絶縁膜50を異方性エッチングし、溝56をエッチングストッパ膜48が露出するまで深くするとともに、蓄積電極の形成予定領域の層間絶縁膜50を途中まで除去する(図6(a)、図11(b))。
【0053】
次いで、ハードマスク52及び層間絶縁膜50をマスクとして、エッチングストッパ膜48を異方性エッチングし、溝56内に露出するエッチングストッパ膜48を選択的に除去する(図6(b))。これにより、蓄積電極とプラグ34とを接続するためのコンタクトホールの形成予定領域のみのエッチングストッパ膜48が除去される。
【0054】
次いで、ハードマスク52をマスクとして、エッチングストッパ膜48をストッパとして、層間絶縁膜50、46、36を異方性エッチングし、層間絶縁膜50、エッチングストッパ膜48、層間絶縁膜46、36を貫きプラグ34に達するコンタクトホールを有する開口部58を形成する(図7(a)、図12(a))。このとき、開口部58は、ビット線42を覆うシリコン窒化膜40及びサイドウォール絶縁膜44に対して自己整合的に開口することができる。
【0055】
ここで、図5(b)及び図11(a)に示す工程において層間絶縁膜50に形成する溝56の深さは、例えば以下に示すように設定する。
【0056】
一般に、膜厚Tの絶縁膜を形成する際には、例えばT±tの膜厚を許容範囲としている。また、エッチング量自体にもばらつきがあり、例えばE±eを許容範囲としている。そして、ばらつきによりエッチング量が少なく(E−e)堆積膜厚が厚く(T+t)なった場合を考慮して、狙い膜厚に対して統計的にa=√(t2+e2)のオーバーエッチングを加えた条件で絶縁膜のエッチングが行われる。
【0057】
図6(a)に示す工程を考慮すると、溝56をエッチングストッパ膜48上までエッチングする過程では、溝56が形成された領域ではエッチングストッパ膜48を露出する必要があるが、他の領域では層間絶縁膜50を残存する必要がある。図6(a)に示す工程においてエッチングすべき層間絶縁膜50の膜厚をT−Dとすると、実際にはばらつきを考慮して(T−D+a)に相当する量のエッチングが行われる。このとき、溝56が形成されていない領域では層間絶縁膜50の膜厚はTであり、この領域の層間絶縁膜50を残すためにはエッチングの量はTよりも少なくする必要がある。したがって、このエッチングでは、T≫(T−D+a)となるように、溝の深さDを(D≫a)に設定することが必要がある。
【0058】
一方、エッチングストッパ膜48上に残存する層間絶縁膜50は、図7(a)に示す工程において、層間絶縁膜46、36を貫くコンタクトホールの開口と同時に除去するため、エッチングストッパ膜48上にあまりに厚い層間絶縁膜50が残存していると、層間絶縁膜50を除去する過程でプラグ34等の下層構造に多大なエッチングダメージを与えることにもなりかねない。したがって、エッチングストッパ膜48上に残存する層間絶縁膜50は層間絶縁膜46、36を貫くコンタクトホールの深さbよりも薄くすることが望ましい。エッチングストッパ膜48上に残存する層間絶縁膜の膜厚は(D−a)であるので、溝56の深さDは、(D−a)<bから、(a+b)よりも薄くすることが有効である。
【0059】
次いで、全面に、例えばCVD法により例えば膜厚30nmのRu膜を堆積した後、例えばCMP法により層間絶縁膜50の表面が露出するまでRu膜及びハードマスク52を平坦に除去する。こうして、開口部58内に、Ru膜よりなりプラグ34に接続された蓄積電極60を形成する(図7(b)、図12(b))。
【0060】
なお、蓄積電極60を構成するための導電膜は、後に形成するキャパシタ誘電体膜62との相性に応じて適宜選択する。例えば、キャパシタ誘電体膜62としてTa2O5のような誘電体膜を用いる場合には、蓄積電極60としてRu(ルテニウム)、RuOx(酸化ルテニウム)、W(タングステン)、WN(窒化タングステン)などを用いることができる。また、キャパシタ誘電体62としてBST(BaSrTiOx)やST(SrTiOx)のような誘電体膜を用いる場合には、蓄積電極60としてはPt(プラチナ)、Ru、RuOx、W、SRO(SrRuO3)などを用いることができる。また、キャパシタ誘電体膜62としてON(SiO2/SiN)膜などの誘電体膜を用いる場合には、蓄積電極60としてドープトポリシリコンなどを用いることができる。更に、キャパシタ誘電体膜62としてPZTのような誘電体膜を用いる場合には、蓄積電極60としてPtなどを用いることができる。その他、TiOx(酸化チタン)、SiN(窒化シリコン)、SiON(窒化酸化シリコン)、Al2O3(アルミナ)、SBT(SrBiTiOx)などの誘電体膜を用いる場合にも、これら誘電体膜との相性に応じて適宜選択すればよい。
【0061】
また、蓄積電極60を構成するRu膜の下地に、エッチングストッパ膜48、層間絶縁膜46等に対して密着性に優れた導電膜を密着層として設けてもよい。密着層を設けることにより、後に層間絶縁膜50を除去する際に、エッチング液がエッチングストッパ膜48等と蓄積電極60との界面から染み込むことを抑止することができる。密着層を構成するための導電膜としては、例えばTiN(窒化チタン)やWN(窒化タングステン)などを用いることができる。密着層と後に形成するキャパシタ誘電体膜との相性は良好であることが望ましいが、これら膜の相性が悪い場合には、例えば同一出願人による特願平10−315370号明細書に記載の種々の技術を用い、層間絶縁膜50のエッチング後に一部の密着層を除去すればよい。
【0062】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、エッチングストッパ膜48をストッパとして、層間絶縁膜50を選択的にエッチングする(図8(a)、図13(a))。
【0063】
次いで、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚10〜30nmのTa2O5膜或いはBST膜を堆積し、Ta2O5或いはBSTよりなるキャパシタ誘電体膜62を形成する。
【0064】
次いで、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚50〜300nmのRu膜を堆積した後、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のRu膜をパターニングし、Ru膜よりなるプレート電極64を形成する(図8(b)、図13(b))。
【0065】
なお、プレート電極64を構成する材料は、蓄積電極60を構成する材料の場合と同様に、キャパシタ誘電体膜62との相性に基づき適宜選択することが望ましい。Ru膜のほか、RuOjsx膜、W膜、WN膜、SRO膜、Pt膜、TiN膜等の材料を選択することができる。
【0066】
次いで、必要に応じて、プレート電極64に接続された配線層(図示せず)や、図示しない周辺回路領域に接続された配線層(図示せず)等を形成する。
【0067】
こうして、1トランジスタ、1キャパシタよりなるDRAMを製造することができる。
【0068】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法において、ハードマスク52をパターニングする際のリソグラフィー工程でワード線の延在方向に位置合わせずれが生じた場合について説明する。
【0069】
図10(b)に示す工程において、ハードマスク52のパターンがワード線の延在方向に位置合わせずれが生じ、図15に示す平面レイアウトとなった場合、B−B′線断面に沿った断面図は図16(a)に示すようになる。
【0070】
このレイアウトで、図11(a)乃至図12(a)に示す工程と同様にして、ハードマスク52をマスクとして、層間絶縁膜50、エッチングストッパ膜48、層間絶縁膜46、36を異方性エッチングすると、層間絶縁膜46、36に形成される開口部56のワード線延在方向に位置する2つの辺は、一方がビット線42の側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜44により規定され、他方がハードマスク52により規定されることになる(図16(b))。この結果、位置合わせずれがない場合と比較すると開口部56の開口幅は減少し、従来の半導体装置の場合と同様に、蓄積電極60とプラグ34とのコンタクト面積が減少してしまう(図17(a))。しかしながら、本実施形態による半導体装置の製造方法では、開口部56のワード線延在方向の開口幅はハードマスク52の位置合わせずれ量のみに依存し、エッチングストッパ膜48のパターンには依存しないため、従来の半導体装置の製造方法のように、ハードマスク52の位置合わせずれ量を超えて開口部56の開口幅が狭まることはない。
【0071】
また、本実施形態による半導体装置の製造方法を適用することにより、層間絶縁膜50の下面はエッチングストッパ膜48によって完全に覆われるので、図13(a)の工程において層間絶縁膜50をエッチングする場合において、エッチング液がエッチングストッパ膜48の下層に染み込むことはない(図17(b))。
【0072】
このように、本実施形態によれば、コンタクトプラグを兼ねる蓄積電極を有する半導体装置において、位置合わせずれによるコンタクト面積の減少を抑制することができる。また、蓄積電極の外側面を露出する層間絶縁膜のエッチング過程において、下層構造体がエッチングダメージを受けることを防止することができる。
【0073】
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法について図18及び図19を用いて説明する。なお、図1乃至図17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と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【0074】
図18及び図19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。
【0075】
まず、例えば図3(a)乃至図4(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、メモリセルトランジスタ、ビット線42、層間絶縁膜46等を形成する。
【0076】
次いで、層間絶縁膜46上に、例えばCVD法により、例えば膜厚40nm程度のシリコン窒化膜を堆積し、シリコン窒化膜よりなるエッチングストッパ膜48を形成する。
【0077】
次いで、エッチングストッパ膜48上に、例えばCVD法により、例えば膜厚700nmのシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜50を形成する。
【0078】
次いで、層間絶縁膜50上に、例えばCVD法により、例えば膜厚50nmのアモルファスシリコン膜を堆積し、アモルファスシリコン膜よりなるハードマスク52を形成する。
【0079】
次いで、ハードマスク52上に、蓄積電極60の形成予定領域を露出するレジスト膜66を形成する。
【0080】
次いで、レジスト膜66をマスクとして、ビット線42の延在方向に所定角度傾斜した方向から傾斜イオン注入を行う(図18(a))。例えば、P(燐)イオンを、加速エネルギーを20keV、ドーズ量を1×1015cm-2として、20°傾斜した方向からイオン注入する。傾斜イオン注入は、レジスト膜66の開口部の約2/3の領域にのみイオン注入がされ、残りの約1/3の領域がシャドー効果によりイオン注入されないように、イオンの入射角度を調整する。例えば、レジスト膜66の開口幅が0.4μmであり、レジスト膜66の膜厚が3μmであるとすると、基板の垂直方向から約24°傾斜してイオン注入を行うことにより、レジスト膜66の開口部の約2/3の領域にのみイオン注入を行うことができる。このようなイオン注入をビット線の延在する両方向に傾斜して行うことにより、レジスト膜66の開口部の中央の約1/3の領域に、他の領域の倍のドーズ量でイオン注入を行うことができる。
【0081】
倍のドーズ量でイオン注入を行う領域は、蓄積電極60とプラグ34とを接続するためのコンタクトホールの形成予定領域に相当する。本実施形態においてレジスト膜66の開口部の中央の約1/3の領域に2倍のドーズ量でイオン注入を行うのは、図1に示す平面レイアウトにおいて蓄積電極60とプラグ34とを接続するためのコンタクトホールを形成する領域がこの広さに相当するからである。したがって、1/3という数値に臨界的な意義があるのではなく、倍のドーズ量でイオン注入を行う領域は、蓄積電極60とプラグ34とを接続するためのコンタクトホールの形成予定領域に応じて適宜設定すればよい。
【0082】
なお、4方向から傾斜イオン注入を行う技術は、装置面においても既に確立しており、上記プロセスを採用するにあたり何ら問題はない。
【0083】
次いで、例えばHF+HNO3+CH3COOH=1:3:8のエッチング液を用いたウェットエッチングにより、倍のドーズ量でイオン注入を行った領域のハードマスク52を選択的に除去する(図18(b))。
【0084】
このエッチング液は、p形シリコンの不純物濃度が高くなると急激にエッチングレートが低下するという性質を有している。したがって、ハードマスク52を堆積する過程でP形のシリコン膜を堆積し、上記イオン注入工程においてN形不純物を注入し、倍のドーズ量でイオン注入を行った中央領域のみ選択的にN形に反転することで、この領域のマスク膜を上記エッチング液で選択的に除去することができる。
【0085】
その他、エッチング量がドーズ量に依存しやすいNaOH、KOH、ヒドラジン、エチレンジアミン等をエッチング液として用い、エッチング条件を制御することにすることによっても、倍のドーズ量でイオン注入を行った領域のハードマスク52を選択的に除去することができる。
【0086】
ハードマスク52のエッチングレートは、イオン注入のドーズ量に依存し、あるドーズ量以上になるとエッチングレートが急激に増加する。したがって、ドーズ量がこの臨界値を下回り、倍のドーズ量がこの臨界値を上回るように、上記イオン注入のドーズ量を設定することにより、倍のドーズ量でイオン注入を行った領域のハードマスク52を選択的に除去することが可能となる。
【0087】
次いで、図5(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、レジスト膜66及びハードマスク52をマスクとして、層間絶縁膜50を異方性エッチングし、層間絶縁膜50に溝56を形成する(図19(a))。
【0088】
次いで、レジスト膜66をマスクとしてハードマスク52を異方性エッチングし、蓄積電極60の形成予定領域のハードマスク52を除去する(図19(b))。これにより、図5(b)に示すと同様の構造を形成することができる。
【0089】
次いで、図6(a)乃至図8(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、1トランジスタ、1キャパシタよりなるDRAMを製造する。
【0090】
このように、本実施形態によれば、傾斜イオン注入に伴うシャドー効果を利用することにより、一回のリソグラフィー工程によって、蓄積電極60とプラグ34とを接続するためのコンタクトホールの形成予定領域と、蓄積電極60の形成予定領域とを画定することができるので、製造コストに多大な影響を与えるリソグラフィー工程を1工程削減することができる。
【0091】
[変形実施形態]
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【0092】
例えば、上記実施形態では、シリンダ状のキャパシタを有する半導体装置に本発明を適用した場合について示したが、柱状のキャパシタを有する半導体装置においても同様に適用することができる。この場合、図7(b)、図12(b)及び図17(a)の工程において、開口部58内を完全に埋め込むように蓄積電極60を形成すればよい。
【0093】
また、上記実施形態では、開口部58の形成過程でエッチングストッパ膜48をストッパとしてエッチングしたが、エッチングストッパ膜48を形成する代わりにエッチング時間等のエッチング条件をコントロールすることにより同様のエッチングを行ってもよい。この場合、Dの深さをbと同じか少し深めにして、溝56の先端がプラグ34に達した時点でエッチングを停止するようにすればよい。ただし、制御性の観点からはエッチングストッパ膜48を形成することが望ましい。
【0094】
また、上記実施形態では、DRAMのキャパシタに本発明を適用した例を説明したが、DRAMに限られるものではなく、多数のキャパシタを必要とする半導体集積回路装置に広く適用することができる。特に、DRAMと同様な構成を有する強誘電体メモリ(FeRAM)に適用することによって、高集積度のFeRAMを製造することができる。
【0095】
また、上記実施形態では、蓄積電極60を埋め込むための開口部58を形成する工程に本発明を適用した場合について示したが、本発明は、下層絶縁膜にコンタクトホール並びにコンタクトを形成し、エッチングストッパ膜を介して形成された上層絶縁膜にコンタクトホールより広い開口部を形成する半導体装置の製造方法に広く適用することができる。例えば、デュアルダマシンプロセスにおけるビアホール及び配線溝の開口に、本発明を適用してもよい。
【0096】
また、上記実施形態では、ビット線の上層にキャパシタを配置するCOB(Capacitor Over Bit Line)構造に本発明を適用した場合について示したが、本発明はキャパシタの形成に関わるものであり、ビット線の位置との直接的な関連はない。したがって、本発明は、キャパシタの上層にビット線を配置するCUB(Capacitor Under Bit Line)構造においても同様に適用することができる。
【0097】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、コンタクトプラグを兼ねる蓄積電極を有する半導体装置において、位置合わせずれによるコンタクト面積の減少を抑制することができる。また、蓄積電極の外側面を露出する層間絶縁膜のエッチング過程において、下層構造体がエッチングダメージを受けることを防止することができる。
【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平面図である。
【図2】本発明の第1実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【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1)である。
【図4】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5】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3)である。
【図6】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4)である。
【図7】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5)である。
【図8】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6)である。
【図9】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7)である。
【図10】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8)である。
【図11】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9)である。
【図12】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10)である。
【図13】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11)である。
【図14】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平面レイアウト図(その1)である。
【図15】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平面レイアウト図(その2)である。
【図16】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12)である。
【図17】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13)である。
【図18】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(その1)である。
【図19】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(その2)である。
【図20】従来の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21】従来の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22】従来の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23】従来の半導体装置の製造方法を示す平面レイアウト図である。
【図24】従来の半導体装置の製造方法における課題を説明する平面レイアウト図である。
【図25】従来の半導体装置の製造方法における課題を説明する工程断面図(その1)である。
【図26】従来の半導体装置の製造方法における課題を説明する工程断面図(その2)である。
【図27】従来の半導体装置の製造方法における課題を説明する工程断面図(その3)である。
【符号の説明】
10…シリコン基板
12…素子分離膜
14…ゲート絶縁膜
16…シリコン窒化膜
18…ゲート電極
20、22…ソース/ドレイン拡散層
24、44…サイドウォール絶縁膜
26、36、46、50…層間絶縁膜
28、30、38…コンタクトホール
32、34…プラグ
40…シリコン窒化膜
42…ビット線
48…エッチングストッパ膜
52…ハードマスク
54、66…レジスト膜
56…溝
58…開口部
60…蓄積電極
62…キャパシタ誘電体膜
64…プレート電極
100…シリコン基板
102…ゲート電極
104、106…ソース/ドレイン拡散層
108、110…プラグ
112、116、120…層間絶縁膜
114…ビット線
118…エッチングストッパ膜
122…ハードマスク
124…開口部
126…蓄積電極
128…キャパシタ誘電体膜
130…プレート電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly, to a semiconductor device having a DRAM type memory element and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
A DRAM is a semiconductor memory device that can be configured with one transistor and one capacitor. Various structures and manufacturing methods for manufacturing a semiconductor memory device with higher density and higher integration have been studied. In particular, from the viewpoint of manufacturing cost reduction, how to achieve the intended purpose while reducing the number of manufacturing steps is important for further miniaturization of semiconductor devices. Although various studies are underway to reduce the number of manufacturing processes, one of them is a technology that reduces the total number of processes by integrally forming the storage electrode and the contact plug connected to the storage electrode. Has been.
[0003]
Hereinafter, a conventional method for manufacturing a semiconductor device in which a storage electrode and a contact plug are integrally formed will be described with reference to FIGS. 20 to 22 are process cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device, and FIG. 23 is a plan view illustrating the conventional method for manufacturing a semiconductor device.
[0004]
First, a memory cell transistor having a
[0005]
Next, a
[0006]
Next, an
[0007]
Next, an
[0008]
Here, the
[0009]
Next, using the
[0010]
Next, after depositing a conductive film made of, for example, a Ru film by, for example, a CVD method, the conductive film and the
[0011]
Next, after forming a photoresist film (not shown) that covers the peripheral circuit region and exposes the memory cell region by a normal lithography technique, the interlayer insulating film is formed using the photoresist film as a mask and the
[0012]
Next, on the entire surface, for example, by the CVD method, for example, Ta2OFiveA dielectric film made of a BST film or the like is deposited, and a capacitor
[0013]
Next, a conductive film made of, for example, a Ru film is deposited and patterned on the entire surface by, eg, CVD, and a
[0014]
Thus, a capacitor having the
[0015]
Thus, a DRAM in which a memory cell is constituted by one transistor and one capacitor has been manufactured.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the above-described conventional method for manufacturing a semiconductor device is applied, the contact area of the
[0017]
The
[0018]
When the patterning of the
[0019]
Such a phenomenon is the same when patterning of the
[0020]
Further, when the
[0021]
Therefore, when forming the
[0022]
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a storage electrode that also serves as a contact plug, a semiconductor device that suppresses a decrease in contact area due to misalignment, and does not cause destruction of an underlying structure, and a method for manufacturing the same. There is.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The above purpose isForming a first insulating film on the substrate; forming a second insulating film having etching characteristics different from those of the first insulating film on the first insulating film; and Forming a third insulating film having etching characteristics different from those of the second insulating film on the insulating film; selectively etching the first region of the third insulating film; and Forming a groove having a predetermined depth that does not reach the second insulating film, and selectively selecting the first region of the third insulating film and the second region adjacent to the first region. Etching the second insulating film only in the first region, selectively etching the second insulating film in the first region, and removing the second insulating film in the first region. Exposing the first insulating film and using the second insulating film as a stopper, the first insulating film in the first region. And a step of selectively etching the film and the third insulating film in the second region to form an opening having a contact hole reaching the substrate. Is done.
[0025]
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.
[0026]
1 is a plan view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIGS. 3 to 13, 16 and 17 are semiconductors according to the present embodiment. FIG. 14 and FIG. 15 are plan layout views showing the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment.
[0027]
First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
[0028]
An
[0029]
Thus, a DRAM having a memory cell composed of one transistor and one capacitor is formed.
[0030]
The semiconductor device according to the present embodiment is not different from the semiconductor device manufactured by the conventional method for manufacturing a semiconductor device shown in FIGS. 20A to 22B in the cross-sectional view shown in FIG. Based on the difference in the manufacturing method described later, there are the following structural features. That is, in the semiconductor device according to the present embodiment, the
[0031]
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. 3 to 8 are cross-sectional views taken along the line AA 'in FIG.,9 to 13 are process cross-sectional views along the line BB 'in FIG.
[0032]
First, the
[0033]
Next, a
[0034]
Next, for example, a polycrystalline silicon film and a silicon nitride film are sequentially deposited on the entire surface by, eg, CVD, and then this laminated film is patterned, and a gate made of a polycrystalline silicon film whose upper surface is covered with the
[0035]
Next, ion implantation is performed using the
[0036]
Next, a silicon nitride film, for example, is deposited on the entire surface by, eg, CVD, and then etched back to form a
[0037]
Thus, a memory cell transistor having the
[0038]
Next, a silicon oxide film, for example, is deposited on the entire surface by, for example, a CVD method, and then the surface is polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like until the
[0039]
Subsequently, the
[0040]
Next, plugs 32 and 34 are embedded in the contact holes 28 and 30 opened in the interlayer insulating film 26 (FIGS. 3C and 4C). For example, a polycrystalline silicon film is deposited by CVD and etched back to leave the polycrystalline silicon film only in the contact holes 28 and 30, and then doped into the polycrystalline silicon film by ion implantation to reduce the resistance. Then, plugs 32 and 34 made of doped polysilicon are formed.
[0041]
Next, a silicon oxide film having a film thickness of, for example, 50 to 100 nm is deposited on the entire surface by, eg, CVD, and an
[0042]
Next, a contact hole 38 reaching the
[0043]
Next, a Ti (titanium) film, a TiN (titanium nitride) film, a W (tungsten) film, and a silicon nitride film are sequentially deposited and patterned on the entire surface by, for example, the CVD method, and the upper surface is covered with the
[0044]
Next, a silicon nitride film is deposited on the entire surface by, eg, CVD, and then etched back to form a
[0045]
Next, a silicon oxide film of, eg, a 500 nm-thickness is deposited on the entire surface by, eg, CVD, the surface is polished by CMP until the
[0046]
Next, a silicon nitride film having a thickness of, eg, about 40 nm is deposited on the entire surface by, eg, CVD, and an
[0047]
Next, a silicon oxide film of, eg, a 700 nm-thickness is deposited on the
[0048]
Next, an amorphous silicon film of, eg, a 50 nm-thickness is deposited on the
[0049]
Next, the
[0050]
Next, on the
[0051]
Next, using the resist
[0052]
Next, after removing the resist
[0053]
Next, the
[0054]
Next, using the
[0055]
Here, the depth of the
[0056]
In general, when an insulating film having a thickness T is formed, for example, a thickness of T ± t is allowed. Further, the etching amount itself varies, and for example, E ± e is within an allowable range. Then, considering the case where the etching amount is small due to variation (E−e) and the deposited film thickness is increased (T + t), a = √ (t2+ E2Etching of the insulating film is performed under the condition of adding over-etching).
[0057]
In consideration of the process shown in FIG. 6A, in the process of etching the
[0058]
On the other hand, the
[0059]
Next, after depositing a Ru film of, eg, a 30 nm-thickness on the entire surface by, eg, CVD, the Ru film and the
[0060]
The conductive film for constituting the
[0061]
In addition, a conductive film having excellent adhesion to the
[0062]
Next, the
[0063]
Next, Ta, for example, with a film thickness of 10 to 30 nm is formed on the entire surface by, eg, CVD.2OFiveA film or BST film is deposited and Ta2OFiveAlternatively, a
[0064]
Next, a Ru film having a film thickness of 50 to 300 nm, for example, is deposited on the entire surface by, eg, CVD, and then this Ru film is patterned by a normal lithography technique and etching technique to form a
[0065]
The material constituting the
[0066]
Next, if necessary, a wiring layer (not shown) connected to the
[0067]
Thus, a DRAM comprising one transistor and one capacitor can be manufactured.
[0068]
Next, in the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment, a case where misalignment occurs in the word line extending direction in the lithography process when the
[0069]
In the step shown in FIG. 10B, when the pattern of the
[0070]
In this layout, similarly to the steps shown in FIGS. 11A to 12A, the
[0071]
Further, by applying the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment, the lower surface of the
[0072]
As described above, according to this embodiment, in the semiconductor device having the storage electrode that also serves as the contact plug, it is possible to suppress a decrease in contact area due to misalignment. Further, it is possible to prevent the lower layer structure from being damaged by etching in the etching process of the interlayer insulating film exposing the outer surface of the storage electrode.
[0073]
[Second Embodiment]
A method for fabricating a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention 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 shown in FIGS. 1 to 17 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
[0074]
18 and 19 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment.
[0075]
First, in the same way as in the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment shown in FIGS. 3A to 4A, for example, a memory cell transistor, a
[0076]
Next, a silicon nitride film of, eg, a 40 nm-thickness is deposited on the
[0077]
Next, a silicon oxide film of, eg, a 700 nm-thickness is deposited on the
[0078]
Next, an amorphous silicon film of, eg, a 50 nm-thickness is deposited on the
[0079]
Next, a resist
[0080]
Next, using the resist
[0081]
A region where ion implantation is performed with a double dose corresponds to a region where a contact hole for connecting the
[0082]
In addition, the technique for performing tilted ion implantation from four directions has already been established in terms of the apparatus, and there is no problem in adopting the above process.
[0083]
Then, for example, HF + HNOThree+ CHThreeBy wet etching using an etching solution of COOH = 1: 3: 8, the
[0084]
This etching solution has a property that the etching rate rapidly decreases as the impurity concentration of p-type silicon increases. Therefore, a P-type silicon film is deposited in the process of depositing the
[0085]
In addition, by using NaOH, KOH, hydrazine, ethylenediamine, etc. whose etching amount is dependent on the dose amount as an etching solution and controlling the etching conditions, it is possible to harden the region where ion implantation has been performed at a double dose amount. The
[0086]
The etching rate of the
[0087]
Next, in the same manner as in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 5B, the
[0088]
Next, the
[0089]
Next, a DRAM including one transistor and one capacitor is manufactured in the same manner as the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIGS. 6A to 8B.
[0090]
As described above, according to the present embodiment, by utilizing the shadow effect associated with the tilted ion implantation, the contact hole formation scheduled region for connecting the
[0091]
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
[0092]
For example, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a semiconductor device having a cylindrical capacitor has been described, but the present invention can be similarly applied to a semiconductor device having a columnar capacitor. In this case, the
[0093]
In the above-described embodiment, etching is performed using the
[0094]
In the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the capacitor of the DRAM has been described. However, the present invention is not limited to the DRAM, and can be widely applied to semiconductor integrated circuit devices that require a large number of capacitors. In particular, when applied to a ferroelectric memory (FeRAM) having a configuration similar to that of a DRAM, a highly integrated FeRAM can be manufactured.
[0095]
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the step of forming the
[0096]
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a COB (Capacitor Over Bit Line) structure in which a capacitor is disposed above the bit line has been described. However, the present invention relates to formation of a capacitor, There is no direct relationship with the position of Therefore, the present invention can be similarly applied to a CUB (Capacitor Under Bit Line) structure in which a bit line is arranged on an upper layer of a capacitor.
[0097]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a semiconductor device having a storage electrode that also serves as a contact plug, a reduction in contact area due to misalignment can be suppressed. Further, it is possible to prevent the lower layer structure from being damaged by etching in the etching process of the interlayer insulating film that exposes the outer surface of the storage electrode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 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. 4 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 5 is a process cross-sectional view (part 3) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
6 is a process cross-sectional view (No. 4) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention; FIG.
FIG. 7 is a process sectional view (No. 5) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 8 is a process cross-sectional view (No. 6) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 9 is a process cross-sectional view (No. 7) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 10 is a process cross-sectional view (No. 8) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 11 is a process cross-sectional view (No. 9) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 12 is a process cross-sectional view (No. 10) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 13 is a process cross-sectional view (No. 11) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 14 is a plan layout view (No. 1) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 15 is a plan layout view (No. 2) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 16 is a process cross-sectional view (No. 12) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 17 is a process cross-sectional view (No. 13) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 18 is a process cross-sectional view (part 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the invention;
FIG. 19 is a process cross-sectional view (No. 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the invention;
FIG. 20 is a process cross-sectional view (part 1) illustrating the conventional method for manufacturing a semiconductor device;
FIG. 21 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the conventional method for manufacturing a semiconductor device;
FIG. 22 is a process cross-sectional view (part 3) illustrating the conventional method for manufacturing a semiconductor device;
FIG. 23 is a plan layout view showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
FIG. 24 is a plan layout view illustrating a problem in the conventional method of manufacturing a semiconductor device.
FIG. 25 is a process cross-sectional view (No. 1) for explaining a problem in the conventional method of manufacturing a semiconductor device;
FIG. 26 is a process cross-sectional view (No. 2) for explaining a problem in the conventional method of manufacturing a semiconductor device;
FIG. 27 is a process cross-sectional view (part 3) for explaining a problem in the conventional method of manufacturing a semiconductor device;
[Explanation of symbols]
10 ... Silicon substrate
12 ... element isolation film
14 ... Gate insulating film
16 ... Silicon nitride film
18 ... Gate electrode
20, 22 ... Source / drain diffusion layer
24, 44 ... sidewall insulating film
26, 36, 46, 50 ... interlayer insulating film
28, 30, 38 ... contact holes
32, 34 ... plug
40. Silicon nitride film
42 ... bit line
48 ... Etching stopper film
52 ... Hard mask
54, 66 ... resist film
56 ... Groove
58 ... Opening
60 ... Storage electrode
62. Capacitor dielectric film
64 ... Plate electrode
100: Silicon substrate
102 ... Gate electrode
104, 106 ... Source / drain diffusion layer
108, 110 ... plug
112, 116, 120 ... interlayer insulating film
114: Bit line
118 ... Etching stopper film
122 ... Hard mask
124 ... opening
126 ... Storage electrode
128: Capacitor dielectric film
130 ... Plate electrode
Claims (3)
前記第1の絶縁膜上に、前記第1の絶縁膜とエッチング特性の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜上に、前記第2の絶縁膜とエッチング特性の異なる第3の絶縁膜を形成する工程と、
前記第3の絶縁膜の第1の領域を選択的にエッチングし、前記第1の領域に前記第2の絶縁膜に達しない所定の深さの溝を形成する工程と、
前記第3の絶縁膜の前記第1の領域及び前記第1の領域に隣接する第2の領域を選択的にエッチングし、前記第1の領域のみに前記第2の絶縁膜を露出する工程と、
前記第1の領域の前記第2の絶縁膜を選択的にエッチングし、前記第1の領域に前記第1の絶縁膜を露出する工程と、
前記第2の絶縁膜をストッパとして、前記第1の領域の前記第1の絶縁膜及び前記第2の領域の前記第3の絶縁膜を選択的にエッチングし、前記基板に達するコンタクトホールを有する開口部を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a first insulating film on the substrate;
Forming a second insulating film having etching characteristics different from those of the first insulating film on the first insulating film;
Forming a third insulating film having etching characteristics different from those of the second insulating film on the second insulating film;
Selectively etching the first region of the third insulating film to form a groove having a predetermined depth that does not reach the second insulating film in the first region;
Selectively etching the first region of the third insulating film and the second region adjacent to the first region to expose the second insulating film only in the first region; ,
Selectively etching the second insulating film in the first region to expose the first insulating film in the first region;
Using the second insulating film as a stopper, the first insulating film in the first region and the third insulating film in the second region are selectively etched to have a contact hole reaching the substrate. And a step of forming an opening. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第3の絶縁膜を形成する工程の後に、前記第1の領域及び前記第2の領域を露出する第1のマスク膜を形成する工程と、前記第2の領域を覆い前記第1の領域を露出する第2のマスク膜を形成する工程とを有し、
前記溝を形成する工程では、前記第1のマスク膜及び前記第2のマスク膜をマスクとして前記第3の絶縁膜をエッチングし、
前記第2の絶縁膜を露出する工程、前記第1の絶縁膜を露出する工程、前記開口部を形成する工程では、前記第1のマスク膜のみをマスクとして前記第1の絶縁膜、前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜をエッチングする
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 claim 1 ,
After the step of forming the third insulating film, a step of forming a first mask film that exposes the first region and the second region, and the first region covering the second region Forming a second mask film that exposes
In the step of forming the groove, the third insulating film is etched using the first mask film and the second mask film as a mask,
In the step of exposing the second insulating film, the step of exposing the first insulating film, and the step of forming the opening, the first insulating film, the first insulating film using only the first mask film as a mask Etching the second insulating film and the third insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第3の絶縁膜を形成する工程の後に、前記第3の絶縁膜上に第1のマスク膜を形成する工程と、前記第1のマスク膜上に前記第1の領域及び前記第2の領域を露出する第2のマスク膜を形成する工程と、前記第2のマスク膜によるシャドー効果を利用して前記第1の領域に前記第2の領域よりも高濃度にイオン注入を行う工程と、注入したイオンの濃度の違いによるエッチングレートの違いを利用して前記第1の領域の前記第1のマスク膜を選択的にエッチングする工程とを、
前記溝を形成する工程の後に、前記第2のマスク膜をマスクとして、前記第2の領域の前記第1のマスク膜を選択的に除去する工程を更に有し、
前記溝を形成する工程、前記第2の絶縁膜を露出する工程、前記第1の絶縁膜を露出する工程、前記開口部を形成する工程では、前記第1のマスク膜及び前記第2のマスク膜をマスクとして前記第1の絶縁膜、前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜をエッチングする
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 claim 1 ,
After the step of forming the third insulating film, a step of forming a first mask film on the third insulating film, and the first region and the second region on the first mask film Forming a second mask film exposing the region, and performing ion implantation in the first region at a higher concentration than the second region using the shadow effect of the second mask film; And selectively etching the first mask film in the first region using a difference in etching rate due to a difference in concentration of implanted ions ,
After the step of forming the groove, the method further comprises a step of selectively removing the first mask film in the second region using the second mask film as a mask,
In the step of forming the groove, the step of exposing the second insulating film, the step of exposing the first insulating film, and the step of forming the opening, the first mask film and the second mask Etching the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film using a film as a mask. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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