JP5042285B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、より特定的には、キャパシタを備える半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device including a capacitor and a manufacturing method thereof.
近年、半導体装置、特にDRAM(Dynamic Random Access Memory)などに代表される半導体記憶装置においては、高集積化、微細化の要求がますます強くなってきている。図114は、従来のDRAMのメモリセル領域の一部の平面模式図である。図114を参照して、従来のDRAMのメモリセルは、電界効果型トランジスタとキャパシタ下部電極1170a、1170bを含むキャパシタと、ワード線1043a、1043b、1043e、1043fと、ビット線1174とを備える。上記電界効果型トランジスタは、ゲート電極として作用するワード線1043a、1043eと、ソース/ドレイン領域として作用する活性領域1039とから構成される。具体的には、半導体基板の主表面に活性領域1039が形成され、半導体基板の主表面上にはワード線1043a、1043b、1043e、1043fが形成されている。そして、ワード線1043a、1043b、1043e、1043fと半導体基板の主表面上とには第1の層間絶縁膜(図示せず)が形成されている。そして、この第1の層間絶縁膜上には、ワード線1043a、1043b、1043e、1043fとほぼ直交するように、ビット線1174が形成されている。そして、ビット線1174と第1の層間絶縁膜上とには、第2の層間絶縁膜(図示せず)が形成されている。第2の層間絶縁膜上にはキャパシタ下部電極1170a、1170bが形成されている。ビット線1174は、コンタクトホール1049において、活性領域1039と電気的に接続されている。キャパシタ下部電極1170a、1170bは、それぞれコンタクトホール1038a、1038bにおいて、活性領域1039における上記電界効果型トランジスタのソース/ドレイン領域の一方と電気的に接続されている。そして、このDRAMのメモリセルの線分500−500における断面図が、図115に示されている。
In recent years, semiconductor devices, particularly semiconductor memory devices represented by DRAM (Dynamic Random Access Memory) and the like, have been increasingly demanded for high integration and miniaturization. FIG. 114 is a schematic plan view of a part of a memory cell region of a conventional DRAM. Referring to FIG. 114, a conventional DRAM memory cell includes a field effect transistor, capacitors including capacitor
図115は、図114の線分500−500における断面と、DRAMの周辺回路領域の断面とを示した断面図である。図115を参照して、DRAMのメモリセル領域においては、トレンチ分離酸化膜1040に囲まれた活性領域1039に、電界効果型トランジスタのソース/ドレイン領域1201a、1201bが形成されている。この1対のソース/ドレイン領域1201a、1201bに挟まれたチャネル領域上には、ゲート絶縁膜1042aを介して、ゲート電極1043aが形成されている。ゲート電極1043a上にはシリコン窒化膜1044aが形成されている。ゲート電極1043aはn型ドープトポリシリコンからなる。ゲート電極1043aとシリコン窒化膜1044aとの側面には、シリコン窒化膜からなるサイドウォール1046a、1046bが形成されている。サイドウォール1046a、1046bとシリコン窒化膜1044aと半導体基板1の主表面上との上にはノンドープトシリコン酸化膜1047が形成されている。トレンチ分離酸化膜1040上には、ゲート絶縁膜1042bを介してゲート電極1043bが形成されている。ゲート電極1043b上にはシリコン窒化膜1044bが形成されている。ゲート電極1043bとシリコン窒化膜1044bとの側面にはシリコン窒化膜からなるサイドウォール1046c、1046dが形成されている。サイドウォール1046c、1046dとシリコン窒化膜1044bとの上には、ノンドープトシリコン酸化膜1047が形成されている。このノンドープトシリコン酸化膜1047上には、第1の層間絶縁膜1048が形成されている。第1の層間絶縁膜1048とノンドープトシリコン酸化膜1047との一部をエッチングにより除去することにより、コンタクトホール1049が形成されている。コンタクトホール1049の内部と第1の層間絶縁膜1048上とにドープトポリシリコン膜1052が形成されている。ドープトポリシリコン膜1052上には高融点金属シリサイド膜1053が形成されている。このドープトポリシリコン膜1052と高融点金属シリサイド膜1053とから、ビット線1174が構成されている。高融点金属シリサイド膜1053上には、シリコン窒化膜1054が形成されている。シリコン窒化膜1054と高融点金属シリサイド膜1053とドープトポリシリコン膜1052との側面には、シリコン窒化膜からなるサイドウォール1055a、1055bが形成されている。第1の層間絶縁膜1048とサイドウォール1055a、1055bとシリコン窒化膜1054との上には、第2の層間絶縁膜1037が形成されている。第1および第2の層間絶縁膜1048、1037の一部を除去することにより、キャパシタ下部電極1170aとソース/ドレイン領域の一方とを電気的に接続するためのコンタクトホール1038aが形成されている。コンタクトホール1038aの内部には、ドープトポリシリコンからなるプラグ1057が形成されている。そして、開口部1038aと第2の層間絶縁膜1037との上には、キャパシタ下部電極1170aが形成されている。このキャパシタ下部電極1170aは、少ない占有面積でキャパシタの容量を確保するために、円筒型の構造を備えている。そして、キャパシタ下部電極1170aと第2の層間絶縁膜1037との上には、誘電体膜1150が形成されている。誘電体膜1150上には、キャパシタ上部電極1151が形成されている。キャパシタ上部電極1151上には、第3の層間絶縁膜1205が形成されている。
FIG. 115 is a cross-sectional view showing a cross section taken along line 500-500 in FIG. 114 and a cross section of the peripheral circuit region of the DRAM. Referring to FIG. 115, in the memory cell region of the DRAM, source / drain regions 1201a and 1201b of field effect transistors are formed in
周辺回路領域においては、周辺回路を構成する素子である電界効果型トランジスタと配線202とが形成されている。半導体基板1001の主表面には、ソース/ドレイン領域1201d、1201eが形成されている。ソース/ドレイン領域1201d、1201eに隣接するチャネル領域上には、ゲート絶縁膜1042c、1042dを介して、それぞれゲート電極1043c、1043dが形成されている。ゲート電極1043c、1043d上には、シリコン窒化膜1044c、1044dが形成されている。ゲート電極1043c、1043dとシリコン窒化膜1044c、1044dとの側面には、シリコン窒化膜からなるサイドウォール1046e〜1046gが形成されている。半導体基板1001の主表面とシリコン窒化膜1044c、1044dとサイドウォール1046e〜1046gとの上には、ノンドープトシリコン酸化膜1047が形成されている。ノンドープトシリコン酸化膜1047上には、第1の層間絶縁膜1048が形成されている。第1の層間絶縁膜1048の一部を除去することにより、コンタクトホール1050、1051が形成されている。第1の層間絶縁膜1048上とコンタクトホール1050、1051の内部とには、ドープトポリシリコン膜1052が形成されている。ドープトポリシリコン膜1052上には、高融点金属シリサイド膜1053が形成されている。このドープトポリシリコン膜1052と高融点金属シリサイド膜1053とから周辺回路領域における配線層1202が形成されている。高融点金属シリサイド膜1053上には、シリコン窒化膜1203が形成されている。シリコン窒化膜1203と高融点金属シリサイド膜1053とドープトポリシリコン膜1052との側面には、シリコン窒化膜からなるサイドウォール1204a、1204bが形成されている。第1の層間絶縁膜1048とシリコン窒化膜1203とサイドウォール1204a、1204bとの上には、第2の層間絶縁膜1037が形成されている。第2の層間絶縁膜1037上には、メモリセル領域から延在するように形成されているキャパシタの誘電体膜1150が形成されている。この誘電体膜1150上には、キャパシタ上部電極1151が形成されている。第2の層間絶縁膜1037とキャパシタ上部電極1151との上には、第3の層間絶縁膜1205が形成されている。
In the peripheral circuit region, a field effect transistor that is an element constituting the peripheral circuit and a
図116は、図115に示した従来のDRAMのメモリセルの変形例であり、キャパシタ下部電極1092の形状が厚膜型になっている。ここで、キャパシタ下部電極1092の形状以外の構造は、図115に示した従来のDRAMとほぼ同一である。
FIG. 116 shows a modification of the memory cell of the conventional DRAM shown in FIG. 115, and the shape of the capacitor
図115および116に示すように、従来のDRAMのメモリセルにおいては、高集積化および微細化を進めつつ同時にキャパシタの容量を確保するため、キャパシタ下部電極1170aを高さ方向に延びるように形成している。このように形成することで、メモリセル領域におけるキャパシタ下部電極1170aの占有面積を小さくしても、キャパシタに要求される容量を確保することができる。しかし、このように、メモリセル領域におけるキャパシタ下部電極1170aの構造が高さ方向に延びることにより、メモリセル領域における第3の層間絶縁膜1205の上部表面の高さと、周辺回路領域における第3の層間絶縁膜1205の上部表面の高さとの差が大きくなってきている。そして、この第3の層間絶縁膜1205上には、通常アルミニウムなどからなる配線層を形成する。そして、この配線層を形成するための写真製版加工において、メモリセル領域と周辺回路領域との間において第3の層間絶縁膜1205の上部表面に段差があるために、写真製版時の焦点余裕が取れないという問題が発生していた。このように写真製版加工時の焦点余裕が取れないことにより、第3の層間絶縁膜1205上に形成される配線のパターンが不鮮明になり、これにより、この配線の断線や短絡という問題が発生していた。この結果、半導体装置の信頼性が低下するという問題が発生していた。
As shown in FIGS. 115 and 116, in a conventional DRAM memory cell, a capacitor
また、従来のDRAMの周辺回路領域においては、図117に示すように、周辺回路領域における配線1202およびキャパシタ上部電極1151と第3の層間絶縁膜1205上に形成されるアルミニウムなどからなる配線(図示せず)とを電気的に接続するために、それぞれコンタクトホール1144、1135を形成する。このコンタクトホール1144および1135は通常同じエッチング工程において同時に形成されるが、キャパシタ上部電極1151と周辺回路領域の配線1202とが形成されている深さ方向の位置が異なるため、コンタクトホール1135の底部において、コンタクトホール1144が配線1202に到達するまでキャパシタ上部電極1151が過剰にエッチングされることになる。その結果、図117に示すように、コンタクトホール1135がキャパシタ上部電極1151および誘電体膜1150を突き抜ける場合があった。そして、周辺回路領域における配線層1202およびその他の電界効果型トランジスタなどの素子がコンタクトホール1135を形成するためのエッチングにより損傷を受ける場合があった。この結果、半導体装置が安定して動作しない、あるいは誤動作するというように半導体装置の信頼性が低下するという問題が発生していた。
In the peripheral circuit region of the conventional DRAM, as shown in FIG. 117,
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の1つの目的は、高集積化を図ると同時にキャパシタの容量を確保することが可能であり、かつ高い信頼性を有する半導体装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to achieve high integration and at the same time to ensure the capacitance of the capacitor and to have high reliability. It is to provide a semiconductor device having the characteristics.
本発明のもう1つの目的は、高集積化を図ると同時にキャパシタの容量を確保することが可能であり、かつ、高い信頼性を有する半導体装置の製造方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can achieve high integration while ensuring the capacitance of a capacitor and has high reliability.
この発明に従った半導体装置の製造方法は、以下の工程を含む。その主表面に設けられた電界効果型トランジスタを有する半導体基板であって、電界効果型トランジスタの一対のソースまたはドレイン領域の一方に電気的に接続されるビット線と、電界効果型トランジスタの一対のソースまたはドレイン領域の他方と電気的に接続され、その上面が主表面から見てビット線の上面よりも高い位置にある導電体とをさらに有した半導体基板を準備する第1の工程。第1の工程の後、シリコン窒化膜を前記導電体の上に形成する第2の工程。シリコン窒化膜の上面に接する第1の絶縁膜を形成する第3の工程。第1の絶縁膜の上面に接する第2の絶縁膜を形成する第4の工程。第4の工程の後、シリコン窒化膜、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜を貫通して導電体を露出する開口部を形成する第5の工程。第5の工程の後、第1の絶縁膜のエッチングレートが第2の絶縁膜及びシリコン窒化膜より高くなるエッチング条件で開口部内にエッチング処理を施すことにより、前記開口部の開口幅が第1の絶縁膜で規定される第1の部分における開口幅より、開口部の開口幅が第2の絶縁膜で規定される第2の部分およびシリコン窒化膜で規定される第3の部分における開口幅を狭くする第6の工程。第6の工程の後、導電体に電気的に接続するキャパシタの下部電極を、第2の絶縁膜の上面に接することなく開口部の内部表面に沿って形成する第7の工程。第7の工程の後、誘電体膜を介して下部電極と対向するキャパシタの上部電極を形成する第8の工程。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the following steps. A semiconductor substrate having a field effect transistor provided on its main surface, the bit line being electrically connected to one of a pair of source or drain regions of the field effect transistor, and a pair of field effect transistors A first step of preparing a semiconductor substrate further comprising a conductor electrically connected to the other of the source and drain regions and having an upper surface located higher than the upper surface of the bit line when viewed from the main surface. A second step of forming a silicon nitride film on the conductor after the first step. A third step of forming a first insulating film in contact with the upper surface of the silicon nitride film; A fourth step of forming a second insulating film in contact with the upper surface of the first insulating film; A fifth step of forming an opening exposing the conductor through the silicon nitride film, the first insulating film, and the second insulating film after the fourth step. After the fifth step, the opening width of the opening is set to the first width by performing an etching process in the opening under an etching condition in which the etching rate of the first insulating film is higher than that of the second insulating film and the silicon nitride film . The opening width in the second portion where the opening width of the opening is defined by the second insulating film and the third portion defined by the silicon nitride film is larger than the opening width in the first portion defined by the insulating film. A sixth step of narrowing A seventh step of forming, after the sixth step, the lower electrode of the capacitor electrically connected to the conductor along the inner surface of the opening without being in contact with the upper surface of the second insulating film; An eighth step of forming an upper electrode of the capacitor facing the lower electrode through the dielectric film after the seventh step;
この発明に従った半導体装置は、メモリセル領域と周辺回路領域とを含む半導体装置であって、半導体基板の主表面上に形成された絶縁膜と、キャパシタ下部電極と、誘電体膜と、キャパシタ上部電極とを備える。上部表面を有する上記絶縁膜は、上記半導体基板の主表面上に、上記メモリセル領域から上記周辺回路領域まで延在するように形成されている。上記キャパシタ下部電極は、上記メモリセル領域内において、上記半導体基板の主表面上に上記絶縁膜の上部表面よりも上方に延びるように形成されている。上記キャパシタ上部電極は、上記キャパシタ下部電極の上に上記誘電体膜を介在して、上記絶縁膜の上部表面上にまで延在するように形成されている。上記キャパシタ下部電極は上記キャパシタ上部電極と対向して上方に延び、頂面と底面とを有するキャパシタ下部電極部分を含む。上記絶縁膜の上部表面は、上記キャパシタ下部電極部分の頂面と底面との間に位置する。 A semiconductor device according to the present invention includes a memory cell region and a peripheral circuit region, and includes an insulating film formed on a main surface of a semiconductor substrate, a capacitor lower electrode, a dielectric film, and a capacitor And an upper electrode. The insulating film having an upper surface is formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to extend from the memory cell region to the peripheral circuit region. The capacitor lower electrode is formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to extend above the upper surface of the insulating film in the memory cell region. The capacitor upper electrode is formed to extend to the upper surface of the insulating film with the dielectric film interposed on the capacitor lower electrode. The capacitor lower electrode includes a capacitor lower electrode portion that extends upward to face the capacitor upper electrode and has a top surface and a bottom surface. The upper surface of the insulating film is located between the top surface and the bottom surface of the capacitor lower electrode portion.
このように、上記半導体装置では、上記絶縁膜の上部表面が、上記キャパシタ下部電極部分の頂面と底面との間に位置するので、上記キャパシタ下部電極が上記絶縁膜に部分的に埋込まれた状態となっている。このため、上記メモリセル領域から上記周辺回路領域にまで延在する上記絶縁膜の上部表面と、上記メモリセル領域における上記キャパシタ下部電極部分の頂面との段差を従来より小さくすることできる。これにより、上記キャパシタ下部電極上と上記絶縁膜上とに層間絶縁膜を形成した場合でも、上記メモリセル領域と上記周辺回路領域との間において、上記層間絶縁膜の上部表面における段差を小さくすることが可能となる。その結果、上記絶縁膜上に配線層を写真製版により形成する場合にも、上記層間絶縁膜の上部表面の上記段差に起因して上記配線のパターンが不鮮明になるという問題の発生を防止できる。その結果、上記配線のパターンが不鮮明なために上記配線の断線や短絡といった問題が発生することを防止できる。この結果、高集積化を図ると同時にキャパシタの容量を確保するとともに、高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。 Thus, in the semiconductor device, since the upper surface of the insulating film is located between the top surface and the bottom surface of the capacitor lower electrode portion, the capacitor lower electrode is partially embedded in the insulating film. It is in the state. Therefore, the step between the upper surface of the insulating film extending from the memory cell region to the peripheral circuit region and the top surface of the capacitor lower electrode portion in the memory cell region can be made smaller than before. As a result, even when an interlayer insulating film is formed on the capacitor lower electrode and the insulating film, the step on the upper surface of the interlayer insulating film is reduced between the memory cell region and the peripheral circuit region. It becomes possible. As a result, even when a wiring layer is formed on the insulating film by photolithography, it is possible to prevent the problem that the wiring pattern becomes unclear due to the step on the upper surface of the interlayer insulating film. As a result, it is possible to prevent problems such as disconnection or short circuit of the wiring due to unclear wiring patterns. As a result, it is possible to obtain a highly reliable semiconductor device while ensuring high capacitance and ensuring the capacitance of the capacitor.
また、上記キャパシタ下部電極が上記絶縁膜に部分的に埋込まれた状態になっているので、上記キャパシタ下部電極部分の頂面と上記絶縁膜の上部表面との間に位置する上記キャパシタ下部電極部分の外部側面上に、上記誘電体膜を介在して上記キャパシタ上部電極を形成することができる。これにより、上記キャパシタ下部電極部分の外部側面もキャパシタとして利用することができることにより、キャパシタの容量を増加させることができる。 In addition, since the capacitor lower electrode is partially embedded in the insulating film, the capacitor lower electrode positioned between the top surface of the capacitor lower electrode portion and the upper surface of the insulating film The capacitor upper electrode can be formed on the outer side surface of the portion with the dielectric film interposed therebetween. Thereby, the external side surface of the capacitor lower electrode portion can also be used as a capacitor, so that the capacitance of the capacitor can be increased.
また、上記絶縁膜の上部表面の位置を変化させることにより、キャパシタとして利用できる上記キャパシタ下部電極部分の外部側面の面積を変化させることができる。これにより、上記キャパシタ下部電極の形状を変更することなく、キャパシタの容量を変化させることが可能となる。 Further, by changing the position of the upper surface of the insulating film, the area of the external side surface of the capacitor lower electrode portion that can be used as a capacitor can be changed. As a result, the capacitance of the capacitor can be changed without changing the shape of the capacitor lower electrode.
この発明に従った半導体装置は、メモリセル領域と周辺回路領域とを含む半導体装置であって、主表面を有する半導体基板と、絶縁膜と、キャパシタ下部電極と、誘電体膜と、キャパシタ上部電極とを備える。上記絶縁膜は、上記半導体基板の主表面上に、上記メモリセル領域から上記周辺回路領域まで延在するように形成されている。第1および第2のキャパシタ下部電極を含む上記キャパシタ下部電極は、上記メモリセル領域内で、上記半導体基板の主表面上に上記絶縁膜の上部表面とほぼ同一の高さまで延びるように形成されている。上記第1および第2のキャパシタ下部電極は上記絶縁膜の一部を介して隣接している。上記キャパシタ上部電極は、上記キャパシタ下部電極の上に上記誘電体膜を介在して、上記絶縁膜の上部表面上にまで延在するように形成されている。上記キャパシタ下部電極は、上記キャパシタ上部電極と対向して上方に延び頂面と底面とを有するキャパシタ下部電極部分を含む。上記絶縁膜の一部は写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さい幅を有する。 A semiconductor device according to the present invention includes a memory cell region and a peripheral circuit region, and includes a semiconductor substrate having a main surface, an insulating film, a capacitor lower electrode, a dielectric film, and a capacitor upper electrode. With. The insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to extend from the memory cell region to the peripheral circuit region. The capacitor lower electrode including the first and second capacitor lower electrodes is formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to extend to substantially the same height as the upper surface of the insulating film in the memory cell region. Yes. The first and second capacitor lower electrodes are adjacent to each other through part of the insulating film. The capacitor upper electrode is formed to extend to the upper surface of the insulating film with the dielectric film interposed on the capacitor lower electrode. The capacitor lower electrode includes a capacitor lower electrode portion having a top surface and a bottom surface extending upward to face the capacitor upper electrode. A part of the insulating film has a width smaller than the minimum processing dimension that can be formed by photolithography.
このように、上記半導体装置では、上記キャパシタ下部電極が、上記メモリセル領域内で、上記半導体基板の主表面上に上記絶縁膜の上部表面とほぼ同一の高さまで延びるように形成されているので、上記絶縁膜に上記キャパシタ下部電極の全体が埋込まれた状態となっている。このため、上記メモリセル領域と上記周辺回路領域とに形成されている上記絶縁膜の上部表面において、上記キャパシタ下部電極に起因する段差の発生を防止できる。このため、上記キャパシタ下部電極部分上と上記絶縁膜上とに層間絶縁膜を形成した場合でも、上記メモリセル領域と上記周辺回路領域との間において、上記層間絶縁膜の上部表面における段差の発生を防止することが可能となる。その結果、上記層間絶縁膜上に配線層を写真製版加工により形成する場合にも、上記層間絶縁膜の上部表面の上記段差に起因して上記配線のパターンが不鮮明になるという問題の発生を防止できる。このため、上記配線のパターンが不鮮明なために上記配線の断線や短絡といった問題が発生することを防止できる。この結果、高集積化を図ると同時にキャパシタの容量を確保するとともに、高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。 As described above, in the semiconductor device, the capacitor lower electrode is formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to extend to almost the same height as the upper surface of the insulating film in the memory cell region. The capacitor lower electrode is entirely embedded in the insulating film. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a step due to the capacitor lower electrode on the upper surface of the insulating film formed in the memory cell region and the peripheral circuit region. Therefore, even when an interlayer insulating film is formed on the capacitor lower electrode portion and the insulating film, a step is generated on the upper surface of the interlayer insulating film between the memory cell region and the peripheral circuit region. Can be prevented. As a result, even when a wiring layer is formed on the interlayer insulating film by photolithography, the problem that the wiring pattern becomes unclear due to the step on the upper surface of the interlayer insulating film is prevented. it can. For this reason, since the pattern of the said wiring is unclear, it can prevent that the problem of the disconnection of the said wiring, or a short circuit generate | occur | produces. As a result, it is possible to obtain a highly reliable semiconductor device while ensuring high capacitance and ensuring the capacitance of the capacitor.
また、上記第1および第2のキャパシタ下部電極の間に存在する上記絶縁膜の一部の幅が、写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さいので、従来よりも上記第1および第2のキャパシタ下部電極の間の距離を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより高集積化することが可能となる。 In addition, since the width of a part of the insulating film existing between the first and second capacitor lower electrodes is smaller than the minimum processing dimension that can be formed by photolithography, the first and second portions are more than conventional. The distance between the capacitor lower electrodes can be reduced. As a result, the semiconductor device can be more highly integrated.
この発明に従った半導体装置は、上述した構成において、上記キャパシタ下部電極の側面が湾曲面を有している。このため、従来のキャパシタ下部電極のようにその側面が平面である場合よりも、上記キャパシタ下部電極の側面の表面積を大きくすることができる。このため、一定のキャパシタ容量を確保しながら、よりキャパシタの占有面積を小さくすることが可能となる。この結果、半導体装置をより微細化することができる。 In the semiconductor device according to the present invention, the side surface of the capacitor lower electrode has a curved surface in the configuration described above. For this reason, the surface area of the side surface of the capacitor lower electrode can be increased as compared with the case where the side surface is flat like the conventional capacitor lower electrode. For this reason, it is possible to further reduce the area occupied by the capacitor while securing a certain capacitor capacity. As a result, the semiconductor device can be further miniaturized.
上記半導体装置において、上記絶縁膜がエッチングレートのそれぞれ異なる上部絶縁膜と下部絶縁膜とを含んでいる。このため、後述する製造工程において、上記絶縁膜の一部の幅をエッチングを用いて写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さくする工程を行なう際、上記下部絶縁膜が選択的に除去されるエッチング条件を用いることで、上記絶縁膜の一部における下部絶縁膜の側面の一部のみを、エッチングにより除去することができる。このため、上記絶縁膜の一部の幅を小さくすることができると同時に、上記上部絶縁膜はほとんどエッチングされずに残存させることができる。これにより、上記絶縁膜の一部の幅を小さくするエッチング工程において、上記上部絶縁膜の上部表面がエッチングにより除去されることを防止できる。その結果、その後の工程において形成される上記キャパシタ下部電極の側面の高さが低くなることを防止できる。この結果、上記キャパシタ下部電極の表面積が小さくなることが防止でき、キャパシタの容量が低下することを防止できる。 In the semiconductor device, the insulating film includes an upper insulating film and a lower insulating film having different etching rates. For this reason, in the manufacturing process described later, the lower insulating film is selectively removed when performing a step of making the width of a part of the insulating film smaller than the minimum processing dimension that can be formed by photolithography using etching. By using the etching conditions, only a part of the side surface of the lower insulating film in the part of the insulating film can be removed by etching. For this reason, the width of a part of the insulating film can be reduced, and at the same time, the upper insulating film can be left without being etched. Thereby, it is possible to prevent the upper surface of the upper insulating film from being removed by etching in the etching step of reducing the width of a part of the insulating film. As a result, it is possible to prevent the height of the side surface of the capacitor lower electrode formed in the subsequent process from being lowered. As a result, the surface area of the capacitor lower electrode can be prevented from being reduced, and the capacitance of the capacitor can be prevented from decreasing.
上記半導体装置において、上記キャパシタ下部電極が第1および第2のキャパシタ下部電極を含んでいる。上記第1および第2のキャパシタ下部電極は、上記絶縁膜の一部を介して隣接するように上記メモリセル領域内において形成されている。上記絶縁膜の一部は、写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さい幅を有する。このように、上記第1および第2のキャパシタ下部電極の間に存在する上記絶縁膜の一部の幅が写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さいので、従来よりも上記第1および第2のキャパシタ下部電極の間の距離を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより高集積化することが可能となる。 In the semiconductor device, the capacitor lower electrode includes first and second capacitor lower electrodes. The first and second capacitor lower electrodes are formed in the memory cell region so as to be adjacent to each other through a part of the insulating film. A part of the insulating film has a width smaller than the minimum processing dimension that can be formed by photolithography. As described above, since the width of a part of the insulating film existing between the first and second capacitor lower electrodes is smaller than the minimum processing dimension that can be formed by photolithography, the first and second capacitors can be formed as compared with the prior art. The distance between the two capacitor lower electrodes can be reduced. As a result, the semiconductor device can be more highly integrated.
上記半導体装置は、上記絶縁膜の上部表面より上に位置する上記キャパシタ下部電極の側面に形成された、サイドウォール電極部を備える。このため、上記サイドウォール電極部を形成することにより、従来より、上記キャパシタ下部電極の側面の表面積を大きくすることができる。これにより、キャパシタの容量を大きくすることが可能となる。このため、一定のキャパシタ容量を確保しながら、従来よりも、上記キャパシタ下部電極の占有面積を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより微細化することができる。 The semiconductor device includes a sidewall electrode portion formed on a side surface of the capacitor lower electrode located above the upper surface of the insulating film. For this reason, the surface area of the side surface of the capacitor lower electrode can be increased conventionally by forming the sidewall electrode portion. As a result, the capacitance of the capacitor can be increased. Therefore, the area occupied by the capacitor lower electrode can be reduced as compared with the prior art while ensuring a certain capacitor capacity. As a result, the semiconductor device can be further miniaturized.
上記半導体装置は、上記キャパシタ下部電極部分の側面もしくは底面の一部のみと上記絶縁膜との間に形成された上記誘電体膜を備える。このようにすれば、キャパシタ下部電極部分の側面もしくは底面の一部のみと上記絶縁膜との間に上記誘電体膜を備えるので、上記キャパシタ下部電極部分の側面もしくは底面の一部をキャパシタとして利用できる。このため、上記キャパシタ下部電極の形状を変えることなく、キャパシタの容量を増大させることができる。 The semiconductor device includes the dielectric film formed between only a part of a side surface or a bottom surface of the capacitor lower electrode portion and the insulating film. In this case, since the dielectric film is provided between only the side or bottom part of the capacitor lower electrode part and the insulating film, the side or bottom part of the capacitor lower electrode part is used as a capacitor. it can. For this reason, the capacitance of the capacitor can be increased without changing the shape of the capacitor lower electrode.
また、この半導体装置の製造工程において、上記キャパシタ下部電極部分の側面もしくは底面のみの一部と上記絶縁膜との間に上記誘電体膜を形成するので、このために上記誘電体膜が形成される領域に空隙を形成する。そのため、上記空隙を形成する工程において、上記キャパシタ下部電極部分の底面の他の一部と他の絶縁膜などの層とが接触した状態を保つことができる。このため、上記空隙が形成された状態で、この半導体装置が形成されている上記半導体基板を洗浄するような場合にも、上記キャパシタ下部電極部分の底面の他の一部と接触している上記絶縁膜などが物理的な衝撃に対する補強部材として作用する。これにより、上記洗浄工程などにおける振動などの衝撃により、上記キャパシタ下部電極の一部が折損するというような問題の発生を防止することができる。この結果、上記キャパシタ下部電極の部分的な折損などの不良に起因する上記半導体装置の誤動作を防止でき、高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。 Further, in the manufacturing process of the semiconductor device, the dielectric film is formed between the insulating film and a part of only the side surface or the bottom surface of the capacitor lower electrode portion. Therefore, the dielectric film is formed for this purpose. A void is formed in a region where Therefore, in the step of forming the gap, it is possible to keep the other part of the bottom surface of the capacitor lower electrode portion in contact with a layer such as another insulating film. For this reason, even when the semiconductor substrate on which the semiconductor device is formed is cleaned in the state where the gap is formed, the part in contact with the other part of the bottom surface of the capacitor lower electrode part. An insulating film or the like acts as a reinforcing member against physical impact. Accordingly, it is possible to prevent a problem that a part of the capacitor lower electrode is broken due to an impact such as vibration in the cleaning process. As a result, malfunction of the semiconductor device due to defects such as partial breakage of the capacitor lower electrode can be prevented, and a highly reliable semiconductor device can be obtained.
上記半導体装置は、その構成において、上記キャパシタ下部電極の表面または上記サイドウォール電極部表面の少なくとも一部に粒状結晶を備える。このため、上記キャパシタ下部電極の占有面積を大きくすることなく、上記キャパシタ下部電極の表面積を大きくすることが可能となる。これにより、キャパシタの容量を大きくすることが可能となる。このため、キャパシタ容量を確保しながら、従来よりキャパシタ下部電極の占有面積を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより微細化することが可能となる。 The semiconductor device includes a granular crystal on a surface of the capacitor lower electrode or a surface of the sidewall electrode portion in the configuration. Therefore, the surface area of the capacitor lower electrode can be increased without increasing the area occupied by the capacitor lower electrode. As a result, the capacitance of the capacitor can be increased. For this reason, the area occupied by the capacitor lower electrode can be made smaller than before while securing the capacitor capacity. As a result, the semiconductor device can be further miniaturized.
上記半導体装置は、上述した構成において、第1の配線層と第1の層間絶縁膜とを備える。上記第1の配線層は、上記キャパシタ下部電極下に位置する領域において、上記半導体基板の主表面上に形成されている。上記第1の層間絶縁膜は、上記第1の配線層上において、上記第1の配線層と上記キャパシタ下部電極部分とに接触するように形成されている。このように、上記第1の配線層と上記キャパシタ下部電極部分とに接触するように上記第1の層間絶縁膜を形成するので、上記第1の配線層と上記第1の層間絶縁膜との間に上記第1の配線を保護するための保護絶縁膜を形成する場合よりも、メモリセル領域において形成される層の数を削減することができる。このため、上記メモリセル領域における上記キャパシタ下部電極部分の頂面の高さを低くすることができる。これにより、上記キャパシタ下部電極上と上記絶縁膜上とに層間絶縁膜を形成した場合でも、上記メモリセル領域と上記周辺回路領域との間の上記層間絶縁膜の上部表面における段差を小さくすることができる。その結果、上記層間絶縁膜上に配線層を写真製版加工により形成する場合にも、上記層間絶縁膜の上部表面の段差に起因して上記配線のパターンが不鮮明になるなどの問題の発生を防止できる。この結果、上記配線のパターンが不鮮明なために上記配線の断線や短絡といった問題が発生することをより有効に防止することができる。 In the above-described configuration, the semiconductor device includes a first wiring layer and a first interlayer insulating film. The first wiring layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate in a region located under the capacitor lower electrode. The first interlayer insulating film is formed on the first wiring layer so as to be in contact with the first wiring layer and the capacitor lower electrode portion. Thus, since the first interlayer insulating film is formed so as to be in contact with the first wiring layer and the capacitor lower electrode portion, the first wiring layer and the first interlayer insulating film The number of layers formed in the memory cell region can be reduced as compared with the case where a protective insulating film for protecting the first wiring is formed therebetween. For this reason, the height of the top surface of the capacitor lower electrode portion in the memory cell region can be reduced. Thereby, even when an interlayer insulating film is formed on the capacitor lower electrode and the insulating film, the step on the upper surface of the interlayer insulating film between the memory cell region and the peripheral circuit region is reduced. Can do. As a result, even when a wiring layer is formed on the interlayer insulating film by photolithography, the occurrence of problems such as unclear wiring patterns due to the steps on the upper surface of the interlayer insulating film is prevented. it can. As a result, it is possible to more effectively prevent a problem such as disconnection or short circuit of the wiring due to the unclear wiring pattern.
上記半導体装置は、その構成において、第1の導電領域と、第2の層間絶縁膜と、第2の配線層と、接続導電体膜とを備える。上記第1の導電領域は、上記キャパシタ下部電極下に位置する領域において、上記半導体基板の主表面に形成されている。上記第2の層間絶縁膜は、上記第1の導電領域上に形成され、その第1の導電領域の表面を露出させる第1のコンタクトホールを有する。上記第2の配線層は、上記第2の層間絶縁膜上に形成されている。上記接続導電体膜は、上記第1のコンタクトホールの内部に、上記第1の導電領域と上記第2の配線層とを電気的に接続するように形成されている。上記第2の配線層は、上記第1のコンタクトホールの幅よりも小さい幅を有する。 The semiconductor device includes, in its configuration, a first conductive region, a second interlayer insulating film, a second wiring layer, and a connection conductor film. The first conductive region is formed on the main surface of the semiconductor substrate in a region located under the capacitor lower electrode. The second interlayer insulating film is formed on the first conductive region, and has a first contact hole exposing the surface of the first conductive region. The second wiring layer is formed on the second interlayer insulating film. The connection conductor film is formed in the first contact hole so as to electrically connect the first conductive region and the second wiring layer. The second wiring layer has a width smaller than the width of the first contact hole.
このように、上記第2の配線層の幅が上記第1のコンタクトホールの幅よりも小さいので、従来のように、上記第2の配線層の幅を上記第1のコンタクトホールを完全に覆うような大きさにする場合よりも、半導体装置を微細化することができる。 Thus, since the width of the second wiring layer is smaller than the width of the first contact hole, the width of the second wiring layer completely covers the first contact hole as in the prior art. The semiconductor device can be miniaturized as compared with the case of such a size.
上記半導体装置は、その構成において、第2の導電領域と、第3の層間絶縁膜と、第3の配線層と、配線保護膜と、導電体膜とを備える。上記第2の導電領域は、上記キャパシタ下部電極下に位置する領域において、上記半導体基板の主表面に形成されている。上記第3の層間絶縁膜は上記第2の導電領域上に形成され、その第2の導電領域の表面を露出させる第2のコンタクトホールを有する。上記導電体膜は、上記第2のコンタクトホールの内部に、上記第2の導電領域と上記キャパシタ下部電極とを電気的に接続するように形成されている。上記配線保護膜は、上記キャパシタ下部電極もしくは上記導電体膜と接触している。 The semiconductor device includes, in its configuration, a second conductive region, a third interlayer insulating film, a third wiring layer, a wiring protective film, and a conductor film. The second conductive region is formed on the main surface of the semiconductor substrate in a region located under the capacitor lower electrode. The third interlayer insulating film is formed on the second conductive region and has a second contact hole exposing the surface of the second conductive region. The conductor film is formed in the second contact hole so as to electrically connect the second conductive region and the capacitor lower electrode. The wiring protective film is in contact with the capacitor lower electrode or the conductor film.
このように、上記配線保護膜が上記キャパシタ下部電極もしくは上記導電体膜と接触しているので、半導体装置の製造工程において、上記第2のコンタクトホールを形成する際のエッチングのためのマスクとして、上記配線保護膜を利用できる。このため、上記第2のコンタクトホールを形成するために、独立してマスクとして用いるレジストパターンを形成する工程が不要となり、半導体装置の製造工程数を削減することができる。 Thus, since the wiring protective film is in contact with the capacitor lower electrode or the conductor film, as a mask for etching when forming the second contact hole in the manufacturing process of the semiconductor device, The wiring protective film can be used. For this reason, in order to form the said 2nd contact hole, the process of forming the resist pattern used as a mask independently becomes unnecessary, and the manufacturing process number of a semiconductor device can be reduced.
上記半導体装置は、その構成において、第4の層間絶縁膜と、周辺回路素子保護膜とを備える。上記キャパシタ上部電極は上記周辺回路領域にまで延在するように形成されている。上記第4の層間絶縁膜は上記キャパシタ上部電極上に形成され、そのキャパシタ上部電極の表面を露出させる第3のコンタクトホールを有する。上記周辺回路素子保護膜は、上記第3のコンタクトホール下に位置する領域において、上記絶縁膜下に形成されている。 The semiconductor device includes a fourth interlayer insulating film and a peripheral circuit element protective film in its configuration. The capacitor upper electrode is formed to extend to the peripheral circuit region. The fourth interlayer insulating film is formed on the capacitor upper electrode and has a third contact hole exposing the surface of the capacitor upper electrode. The peripheral circuit element protective film is formed under the insulating film in a region located under the third contact hole.
このように、上記周辺回路素子保護膜が上記第3のコンタクトホール下に位置する領域において、上記絶縁膜下に形成されているので、上記第3のコンタクトホールをエッチングにより形成する際に、上記第3のコンタクトホールが上記キャパシタ上部電極を突き抜けて上記絶縁膜にまで到達した場合でも、上記周辺回路素子保護膜においてエッチングの進行を阻止することができる。このため、上記周辺回路領域における電界効果型トランジスタや配線などの周辺回路素子が上記第3のコンタクトホールを形成するためのエッチングによって損傷を受けることを防止できる。これにより、上記周辺回路領域の素子配線の損傷に起因して、半導体装置が動作不良を起こすことを防止できる。この結果、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 Thus, since the peripheral circuit element protective film is formed under the insulating film in the region located under the third contact hole, when the third contact hole is formed by etching, Even when the third contact hole penetrates the capacitor upper electrode and reaches the insulating film, the progress of etching can be prevented in the peripheral circuit element protective film. For this reason, it is possible to prevent peripheral circuit elements such as field effect transistors and wirings in the peripheral circuit region from being damaged by the etching for forming the third contact hole. This can prevent the semiconductor device from malfunctioning due to damage to the element wiring in the peripheral circuit region. As a result, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
上記半導体装置は、その構成において、周辺回路絶縁膜と、第4の層間絶縁膜とを備える。上記周辺回路絶縁膜は、周辺回路領域において周辺回路領域開口部を有する。上記キャパシタ上部電極は、上記周辺回路領域開口部の内部にまで延在するように形成されている。上記第4の層間絶縁膜は、上記周辺回路領域開口部上に形成され上記キャパシタ上部電極の表面を露出させる第4のコンタクトホールを有する。 The semiconductor device includes a peripheral circuit insulating film and a fourth interlayer insulating film in its configuration. The peripheral circuit insulating film has a peripheral circuit region opening in the peripheral circuit region. The capacitor upper electrode is formed to extend to the inside of the peripheral circuit region opening. The fourth interlayer insulating film has a fourth contact hole formed on the peripheral circuit region opening and exposing the surface of the capacitor upper electrode.
このように、上記周辺回路領域開口部の内部にまで延在するように上記キャパシタ上部電極を形成し、上記周辺回路領域開口部の上に上記第4のコンタクトホールを形成するので、上記周辺回路領域開口部の内部において、上記第4のコンタクトホールを上記キャパシタ上部電極に到達するように形成することができる。このため、上記周辺回路領域開口部の深さと上記キャパシタ上部電極の膜厚とを調整することにより、上記周辺回路領域における他のコンタクトホールの到達深さとの差を小さくするように、上記第4のコンタクトホールの到達深さを変更することができる。これにより、上記第4のコンタクトホールと周辺回路領域における上記他のコンタクトホールとの到達深さが異なることに起因して、第4のコンタクトホールが上記キャパシタ上部電極を突き抜けて、電界効果型トランジスタや配線などの周辺回路素子が損傷を受けることを防止できる。これにより、上記周辺回路素子の損傷に起因して、半導体装置が誤動作などの動作不良を起こすことを防止できる。この結果、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 Thus, the capacitor upper electrode is formed so as to extend to the inside of the peripheral circuit region opening, and the fourth contact hole is formed on the peripheral circuit region opening. The fourth contact hole can be formed so as to reach the capacitor upper electrode inside the region opening. For this reason, by adjusting the depth of the peripheral circuit region opening and the film thickness of the capacitor upper electrode, the fourth difference is made so as to reduce the difference between the depths of the other contact holes in the peripheral circuit region. The reach depth of the contact hole can be changed. As a result, the fourth contact hole penetrates the capacitor upper electrode due to a difference in the arrival depth between the fourth contact hole and the other contact hole in the peripheral circuit region, and the field effect transistor It is possible to prevent peripheral circuit elements such as wiring and wiring from being damaged. Thereby, it is possible to prevent the semiconductor device from causing malfunction such as malfunction due to damage of the peripheral circuit element. As a result, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
上記半導体装置は、その構成において、第4の層間絶縁膜と、周辺回路素子とを備える。上記キャパシタ上部電極は、上記周辺回路領域にまで延在するように形成されている。上記第4の層間絶縁膜は、上記キャパシタ上部電極上に形成され、そのキャパシタ上部電極の表面を露出させる第5のコンタクトホールを有する。上記周辺回路素子は、上記周辺回路領域において、上記絶縁膜下に形成されている。上記第5のコンタクトホールは、上記周辺回路素子と平面的に重ならない領域に形成されている。このように、上記第5のコンタクトホールを上記周辺回路素子と平面的に重ならない領域に形成しているので、上記第5のコンタクトホールを形成するためのエッチングを行なう際、上記キャパシタ上部電極を突き抜けて上記エッチングが進んでも、上記周辺回路素子が上記エッチングによって損傷を受けることを防止できる。これにより、上記周辺回路素子の損傷に起因して、半導体装置が誤動作などの動作不良を起こすことを防止できる。この結果、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 The semiconductor device includes a fourth interlayer insulating film and a peripheral circuit element in its configuration. The capacitor upper electrode is formed to extend to the peripheral circuit region. The fourth interlayer insulating film is formed on the capacitor upper electrode and has a fifth contact hole exposing the surface of the capacitor upper electrode. The peripheral circuit element is formed under the insulating film in the peripheral circuit region. The fifth contact hole is formed in a region that does not overlap the peripheral circuit element in plan view. Thus, since the fifth contact hole is formed in a region that does not overlap with the peripheral circuit element in a plan view, the capacitor upper electrode is formed when etching for forming the fifth contact hole is performed. Even if the etching progresses through, the peripheral circuit element can be prevented from being damaged by the etching. Thereby, it is possible to prevent the semiconductor device from causing malfunction such as malfunction due to damage of the peripheral circuit element. As a result, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
この発明に従った半導体装置の製造方法は、メモリセル領域と周辺回路領域とを含む半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備える。半導体基板の主表面上に、上記メモリセル領域から上記周辺回路領域まで延在するように、上部表面を有する絶縁膜を形成する。上記メモリセル領域内で、上記絶縁膜の一部をエッチングにより除去することにより、開口部を形成する。上記半導体基板の主表面上において、上記開口部の内部にキャパシタ下部電極を形成する。上記キャパシタ下部電極上に誘電体膜を介在して、上記絶縁膜の上部表面上にまで延在するようにキャパシタ上部電極を形成する。上記キャパシタ下部電極を形成する工程は、上記キャパシタ上部電極と対向して上方に延び、頂面と底面とを有するキャパシタ下部電極部分を形成する工程を含む。上記絶縁膜を形成する工程は、上記絶縁膜の上部表面の位置を上記キャパシタ下部電極部分の頂面と底面との間に位置させる工程を含む。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a memory cell region and a peripheral circuit region, and includes the following steps. An insulating film having an upper surface is formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to extend from the memory cell region to the peripheral circuit region. In the memory cell region, an opening is formed by removing a part of the insulating film by etching. A capacitor lower electrode is formed inside the opening on the main surface of the semiconductor substrate. A capacitor upper electrode is formed to extend over the upper surface of the insulating film with a dielectric film interposed on the capacitor lower electrode. The step of forming the capacitor lower electrode includes a step of forming a capacitor lower electrode portion that extends upward to face the capacitor upper electrode and has a top surface and a bottom surface. The step of forming the insulating film includes a step of positioning the position of the upper surface of the insulating film between the top surface and the bottom surface of the capacitor lower electrode portion.
このように、上記絶縁膜を形成する工程が、上記絶縁膜の上部表面の位置を上記キャパシタ下部電極部分の頂面と底面との間に位置させる工程を含むので、上記キャパシタ下部電極を上記絶縁膜に部分的に埋込まれた状態にすることができる。このため、従来と比べて、上記メモリセル領域から上記周辺回路領域まで延在する上記絶縁膜の上部表面と、上記メモリセル領域における上記キャパシタ下部電極部分の頂面との段差を小さくすることができる。このため、上記キャパシタ下部電極部分上と上記絶縁膜上とに層間絶縁膜を形成した場合でも、上記メモリセル領域と上記周辺回路領域との間において、上記層間絶縁膜の上部表面における段差を小さくすることが可能となる。その結果、上記層間絶縁膜上に配線層を写真製版加工により形成する場合にも、上記層間絶縁膜の上部表面の段差に起因して上記配線層のパターンが不鮮明になることを防止できる。このため、上記配線層のパターンが不鮮明であるため、上記配線層の断線や短絡といった問題が発生することを防止できる。この結果、高集積化を図ると同時にキャパシタの容量を確保するとともに、高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。 As described above, the step of forming the insulating film includes the step of positioning the position of the upper surface of the insulating film between the top surface and the bottom surface of the capacitor lower electrode portion. The film can be partially embedded in the film. For this reason, the step between the upper surface of the insulating film extending from the memory cell region to the peripheral circuit region and the top surface of the capacitor lower electrode portion in the memory cell region can be reduced compared to the conventional case. it can. For this reason, even when an interlayer insulating film is formed on the capacitor lower electrode portion and the insulating film, the step on the upper surface of the interlayer insulating film is reduced between the memory cell region and the peripheral circuit region. It becomes possible to do. As a result, even when a wiring layer is formed on the interlayer insulating film by photolithography, the pattern of the wiring layer can be prevented from becoming unclear due to a step on the upper surface of the interlayer insulating film. For this reason, since the pattern of the said wiring layer is unclear, it can prevent that problems, such as a disconnection and a short circuit of the said wiring layer, generate | occur | produce. As a result, it is possible to obtain a highly reliable semiconductor device while ensuring high capacitance and ensuring the capacitance of the capacitor.
また、上記キャパシタ下部電極を上記絶縁膜に部分的に埋込まれた状態にすることができるので、上記キャパシタ下部電極部分の頂面と上記絶縁膜の上部表面との間に位置する上記キャパシタ下部電極部分の外部側面上に、上記誘電体膜を介在して上記キャパシタ上部電極を形成することができる。これにより、上記キャパシタ下部電極部分の外部側面をキャパシタとして利用できることにより、キャパシタの容量を増加させることができる。 Further, since the capacitor lower electrode can be partially embedded in the insulating film, the capacitor lower electrode located between the top surface of the capacitor lower electrode portion and the upper surface of the insulating film. The capacitor upper electrode can be formed on the outer side surface of the electrode portion with the dielectric film interposed therebetween. Thereby, the external side surface of the capacitor lower electrode portion can be used as a capacitor, so that the capacitance of the capacitor can be increased.
また、上記絶縁膜上の上部表面の位置を変化させることにより、キャパシタとして利用される上記キャパシタ下部電極部分の外部側面の面積を変化させることができる。これにより、キャパシタの容量を上記キャパシタ下部電極の形状を変えることなく制御することが可能となる。 Further, by changing the position of the upper surface on the insulating film, the area of the external side surface of the capacitor lower electrode portion used as a capacitor can be changed. As a result, the capacitance of the capacitor can be controlled without changing the shape of the capacitor lower electrode.
この発明に従った半導体装置の製造方法は、メモリセル領域と周辺回路領域とを含む半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備える。半導体基板の主表面上に、上記メモリセル領域から上記周辺回路領域まで延在するように、上部表面を有する絶縁膜を形成する。上記メモリセル領域内において、上記絶縁膜の一部をエッチングにより除去することにより、隣接した第1および第2の開口部を含む開口部を形成する。上記開口部の幅をエッチングにより広げることにより、上記第1および第2の開口部の間に形成されている上記絶縁膜の一部の幅を、写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さくする。上記半導体基板の主表面上に上記絶縁膜の上部表面とほぼ同一の高さまで延びるように、上記開口部の内部にキャパシタ下部電極を形成する。上記キャパシタ下部電極上に誘電体膜を介在して、上記絶縁膜の上部表面上にまで延在するようにキャパシタ上部電極を形成する。上記キャパシタ下部電極を形成する工程は、上記第1および第2の開口部の内部に、それぞれ第1および第2のキャパシタ下部電極を形成する工程を含む。また、上記キャパシタ下部電極を形成する工程は、それぞれ上記キャパシタ上部電極と対向して上方に延び、頂面と底面とを有するキャパシタ下部電極部分を形成する工程を含む。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a memory cell region and a peripheral circuit region, and includes the following steps. An insulating film having an upper surface is formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to extend from the memory cell region to the peripheral circuit region. In the memory cell region, a part of the insulating film is removed by etching, thereby forming an opening including the adjacent first and second openings. By expanding the width of the opening by etching, the width of a part of the insulating film formed between the first and second openings is smaller than the minimum processing dimension that can be formed by photolithography. To do. A capacitor lower electrode is formed in the opening so as to extend to substantially the same height as the upper surface of the insulating film on the main surface of the semiconductor substrate. A capacitor upper electrode is formed to extend over the upper surface of the insulating film with a dielectric film interposed on the capacitor lower electrode. The step of forming the capacitor lower electrode includes the step of forming first and second capacitor lower electrodes in the first and second openings, respectively. Further, the step of forming the capacitor lower electrode includes a step of forming a capacitor lower electrode portion extending upward facing the capacitor upper electrode and having a top surface and a bottom surface.
このように、上記半導体基板の主表面上に上記絶縁膜の上部表面とほぼ同一の高さまで延びるように、上記開口部の内部にキャパシタ下部電極を形成するので、上記絶縁膜に上記キャパシタ下部電極の全体が埋込まれた状態にすることができる。このため、上記メモリセル領域と上記周辺回路領域と形成されている上記絶縁膜の上部表面において、上記キャパシタ下部電極に起因する段差の発生を防止できる。このため、上記キャパシタ下部電極上と上記絶縁膜上とに層間絶縁膜を形成した場合でも、上記メモリセル領域と上記周辺回路領域との間において、上記層間絶縁膜の上部表面における段差の発生を防止できる。その結果、上記層間絶縁膜上に配線層を写真製版加工により形成する場合も、上記層間絶縁膜上の上部表面の上記段差に起因して上記配線層のパターンが不鮮明になることを防止できる。このため、上記配線層のパターンが不鮮明なために、上記配線層の断線や短絡といった問題が発生することを防止できる。この結果、高集積化を図ると同時にキャパシタの容量を確保するとともに、高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。 In this way, the capacitor lower electrode is formed in the opening so as to extend to the same height as the upper surface of the insulating film on the main surface of the semiconductor substrate. Therefore, the capacitor lower electrode is formed on the insulating film. Can be embedded entirely. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a step due to the capacitor lower electrode on the upper surface of the insulating film formed with the memory cell region and the peripheral circuit region. Therefore, even when an interlayer insulating film is formed on the capacitor lower electrode and the insulating film, a step is generated on the upper surface of the interlayer insulating film between the memory cell region and the peripheral circuit region. Can be prevented. As a result, even when the wiring layer is formed on the interlayer insulating film by photolithography, it is possible to prevent the pattern of the wiring layer from becoming unclear due to the step on the upper surface of the interlayer insulating film. For this reason, since the pattern of the said wiring layer is unclear, it can prevent that the problem of the disconnection of the said wiring layer or a short circuit generate | occur | produces. As a result, it is possible to obtain a highly reliable semiconductor device while ensuring high capacitance and ensuring the capacitance of the capacitor.
また、上記第1および第2のキャパシタ下部電極の間に存在する上記絶縁膜の一部の幅が、写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さいので、従来より上記第1および第2のキャパシタ下部電極の間の間隔を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより高集積化することが可能となる。 In addition, since the width of a part of the insulating film existing between the first and second capacitor lower electrodes is smaller than the minimum processing dimension that can be formed by photolithography, the first and second types have been conventionally achieved. The interval between the capacitor lower electrodes can be reduced. As a result, the semiconductor device can be more highly integrated.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、上記開口部の幅をエッチングにより広げる工程は、上記開口部の側面を湾曲面を有するように形成する工程を含む。このため、上記開口部の内部に上記キャパシタ下部電極を形成する工程において、上記キャパシタ下部電極の側面も湾曲面を有するように形成することができる。これにより、従来のキャパシタ下部電極の平面状の側面よりも、上記キャパシタ下部電極の側面の表面積を大きくすることができる。その結果、一定のキャパシタ容量を確保しながら、よりキャパシタの占有面積を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより微細化することができる。 In the method of manufacturing the semiconductor device, in the configuration, the step of increasing the width of the opening by etching includes a step of forming a side surface of the opening to have a curved surface. Therefore, in the step of forming the capacitor lower electrode inside the opening, the side surface of the capacitor lower electrode can also be formed to have a curved surface. Thereby, the surface area of the side surface of the capacitor lower electrode can be made larger than the planar side surface of the conventional capacitor lower electrode. As a result, the area occupied by the capacitor can be further reduced while securing a certain capacitor capacity. As a result, the semiconductor device can be further miniaturized.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、上記絶縁膜を形成する工程が、下部絶縁膜を形成する工程と、上記下部絶縁膜とはエッチングレートの異なる上部絶縁膜を、上記下部絶縁膜上に形成する工程とを含む。このため、上記絶縁膜の一部の幅を写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さくする工程において、上記下部絶縁膜が選択的にエッチングされる条件を用いることで、上記絶縁膜の一部である上記下部絶縁膜の側面の一部のみを、エッチングにより除去することができる。これにより、上記絶縁膜の一部の幅を小さくすることができると同時に、上記上部絶縁膜はほとんどエッチングされずに残存させることができる。これにより、上記絶縁膜の一部の幅を小さくする工程において、上記上部絶縁膜の上部表面がエッチングにより除去されることにより、その後に形成される上記キャパシタ下部電極の側面の高さが小さくなることを防止できる。この結果、キャパシタ下部電極の表面積が小さくなることを防止でき、キャパシタの容量が低減することを防止できる。 In the structure of the method for manufacturing a semiconductor device, in the configuration, the step of forming the insulating film includes a step of forming a lower insulating film, and an upper insulating film having a different etching rate from the lower insulating film. Forming. For this reason, in the step of reducing the width of a part of the insulating film to be smaller than the minimum processing dimension that can be formed by photolithography, one condition of the insulating film is obtained by using a condition that the lower insulating film is selectively etched. Only a part of the side surface of the lower insulating film, which is a part, can be removed by etching. Thereby, the width of a part of the insulating film can be reduced, and at the same time, the upper insulating film can be left without being etched. Thereby, in the step of reducing the width of a part of the insulating film, the upper surface of the upper insulating film is removed by etching, so that the height of the side surface of the capacitor lower electrode formed thereafter is reduced. Can be prevented. As a result, the surface area of the capacitor lower electrode can be prevented from being reduced, and the capacitance of the capacitor can be prevented from being reduced.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、上記絶縁膜を形成する工程が、下部絶縁膜を形成する工程と、上記下部絶縁膜とはエッチングレートの異なる上部絶縁膜を上記下部絶縁膜上に形成する工程とを含む。上記絶縁膜の上部表面を上記キャパシタ下部電極部分の頂面と底面との間に位置させる工程は、上記上部絶縁膜を除去する工程を含む。このため、上記上部絶縁膜の膜厚を変更することにより、上記絶縁膜の上部表面の位置を任意に変更することができる。このため、キャパシタとして利用される上記キャパシタ下部電極部分の外部側面の面積を変化させることができる。その結果、キャパシタの容量を上記キャパシタ下部電極の形状を変えることなく変更することが可能となる。 In the method of manufacturing the semiconductor device, in the configuration, the step of forming the insulating film includes a step of forming a lower insulating film, and an upper insulating film having a different etching rate from the lower insulating film on the lower insulating film. Forming. The step of positioning the upper surface of the insulating film between the top surface and the bottom surface of the capacitor lower electrode portion includes a step of removing the upper insulating film. For this reason, the position of the upper surface of the insulating film can be arbitrarily changed by changing the film thickness of the upper insulating film. For this reason, the area of the external side surface of the capacitor lower electrode portion used as a capacitor can be changed. As a result, the capacitance of the capacitor can be changed without changing the shape of the capacitor lower electrode.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、上記絶縁膜の上部表面を上記キャパシタ下部電極部分の頂面と底面との間に位置させる工程は、上記絶縁膜の一部をエッチングにより除去する工程を含む。このため、上記絶縁膜の一部をエッチングにより除去する工程において、このエッチングにより除去する上記絶縁膜の一部の膜厚を変更することにより、上記絶縁膜の上部表面の位置を任意に変更することができる。これにより、キャパシタとして利用される上記キャパシタ下部電極部分の外部側面の面積を変化させることができる。この結果、キャパシタの容量を、上記キャパシタ下部電極の形状を変えることなく変更することが可能となる。 In the method of manufacturing the semiconductor device, in the configuration, the step of positioning the upper surface of the insulating film between the top surface and the bottom surface of the capacitor lower electrode portion is a step of removing a part of the insulating film by etching. including. Therefore, in the step of removing a part of the insulating film by etching, the position of the upper surface of the insulating film is arbitrarily changed by changing the film thickness of a part of the insulating film to be removed by the etching. be able to. Thereby, the area of the external side surface of the capacitor lower electrode portion used as a capacitor can be changed. As a result, the capacitance of the capacitor can be changed without changing the shape of the capacitor lower electrode.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、上記開口部を形成する工程が、上記絶縁膜の一部をエッチングにより除去することにより、互いに隣接する第1の開口部と第2の開口部とを形成する工程を含む。上記キャパシタ下部電極を形成する工程は、上記第1および第2の開口部の内部にそれぞれ、第1および第2のキャパシタ下部電極を形成する工程を含む。そして、上記第1および第2の開口部の幅を、エッチングにより広げることにより、上記第1および第2の開口部の間に形成されている上記絶縁膜の一部の幅を、写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さくする工程を備える。このように、上記第1および第2の開口部の間に形成されている上記絶縁膜の一部の幅を写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さくするので、従来よりも、上記第1および第2のキャパシタ下部電極の間の間隔を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより高集積化することが可能となる。 In the method of manufacturing the semiconductor device, in the configuration, the step of forming the opening includes removing the part of the insulating film by etching, so that the first opening and the second opening adjacent to each other Forming a step. The step of forming the capacitor lower electrode includes a step of forming first and second capacitor lower electrodes in the first and second openings, respectively. Then, by widening the width of the first and second openings by etching, the width of a part of the insulating film formed between the first and second openings is changed to photolithography. The process of making smaller than the minimum processing dimension which can be formed is provided. Thus, the width of a part of the insulating film formed between the first and second openings is made smaller than the minimum processing dimension that can be formed by photolithography, so that the first The interval between the first and second capacitor lower electrodes can be reduced. As a result, the semiconductor device can be more highly integrated.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、上記絶縁膜の上部表面より上に位置する上記キャパシタ下部電極の側面に、サイドウォール電極部を形成する工程を備える。このように、上記サイドウォール電極部を形成することにより、従来よりも上記キャパシタ下部電極の側面の表面積を大きくすることができる。これにより、キャパシタ容量を大きくすることが可能となる。このため、一定のキャパシタ容量を確保しながら、従来より、上記キャパシタ下部電極の占有面積を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより微細化することができる。 The method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a sidewall electrode portion on a side surface of the capacitor lower electrode located above the upper surface of the insulating film. Thus, by forming the sidewall electrode portion, the surface area of the side surface of the capacitor lower electrode can be increased as compared with the conventional case. As a result, the capacitor capacity can be increased. Therefore, the area occupied by the capacitor lower electrode can be reduced as compared with the prior art while ensuring a certain capacitor capacity. As a result, the semiconductor device can be further miniaturized.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、さらに以下の工程を備える。上記開口部の側面もしくは底面の一部に空隙形成用絶縁膜を形成する。上記キャパシタ下部電極を形成した後、上記空隙形成用絶縁膜の少なくとも一部をエッチングにより除去することにより、上記キャパシタ下部電極部分の側面もしくは底面の一部のみと上記絶縁膜との間に空隙を形成する。このように、上記キャパシタ下部電極部分の側面もしくは底面の一部のみと前記絶縁膜との間に空隙を形成するので、この空隙において上記キャパシタ下部電極部分上に上記誘電体膜と上記キャパシタ上部電極とを形成することにより、上記キャパシタ下部電極部分の側面もしくは底面の一部をキャパシタとして利用できる。このため、上記キャパシタ下部電極の形状を変えずに、キャパシタの容量を増大させることができる。 The semiconductor device manufacturing method further includes the following steps in its configuration. A gap forming insulating film is formed on a part of the side or bottom of the opening. After forming the capacitor lower electrode, by removing at least part of the gap forming insulating film by etching, a gap is formed between only the side or bottom part of the capacitor lower electrode part and the insulating film. Form. Thus, since a gap is formed between only part of the side surface or bottom surface of the capacitor lower electrode portion and the insulating film, the dielectric film and the capacitor upper electrode are formed on the capacitor lower electrode portion in the gap. As a result, a part of the side surface or bottom surface of the capacitor lower electrode portion can be used as a capacitor. For this reason, the capacitance of the capacitor can be increased without changing the shape of the capacitor lower electrode.
また、上記キャパシタ下部電極部分の側面もしくは底面の一部のみと上記絶縁膜との間に空隙を形成するので、上記キャパシタ下部電極部分の底面の他の一部を他の絶縁膜などの層と接触した状態に保つことができる。このため、上記空隙が形成された状態で、半導体装置が形成されている半導体基板を洗浄するような工程においても、上記キャパシタ下部電極部分の底面の他の一部と接触している上記絶縁膜などが、補強部材として作用する。これにより、上記洗浄工程における物理的な振動などにより、上記キャパシタ下部電極の一部が折損するといった問題の発生を防止することができる。この結果、キャパシタ下部電極の部分的な折損などの不良に起因する半導体装置の誤動作を防止でき、高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。 In addition, since a gap is formed between only part of the side surface or bottom surface of the capacitor lower electrode part and the insulating film, another part of the bottom surface of the capacitor lower electrode part is formed with another layer such as an insulating film. It can be kept in contact. Therefore, even in the step of cleaning the semiconductor substrate on which the semiconductor device is formed in the state where the gap is formed, the insulating film that is in contact with the other part of the bottom surface of the capacitor lower electrode portion Etc. act as a reinforcing member. Accordingly, it is possible to prevent a problem that a part of the capacitor lower electrode is broken due to physical vibration in the cleaning process. As a result, malfunction of the semiconductor device due to defects such as partial breakage of the capacitor lower electrode can be prevented, and a highly reliable semiconductor device can be obtained.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、上記キャパシタ下部電極表面または上記サイドウォール表面の少なくとも一部に粒状結晶を形成する工程を備える。このため、キャパシタ下部電極の占有面積を大きくすることなく、キャパシタ下部電極の表面積を大きくすることが可能とする。これにより、一定のキャパシタ容量を確保しながら、従来より上記キャパシタ下部電極の占有面積を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより微細化することができる。 The method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a granular crystal on at least a part of the surface of the capacitor lower electrode or the surface of the sidewall. For this reason, it is possible to increase the surface area of the capacitor lower electrode without increasing the area occupied by the capacitor lower electrode. As a result, the area occupied by the capacitor lower electrode can be reduced as compared with the prior art while ensuring a certain capacitor capacity. As a result, the semiconductor device can be further miniaturized.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、以下の工程を備える。上記キャパシタ下部電極下に位置する領域において、上記半導体基板の主表面上に第1の配線層を形成する。上記第1の配線層上において、上記第1の配線層と接触するように第1の層間絶縁膜を形成する。上記キャパシタ下部電極を形成する工程は、上記第1の層間絶縁膜に接触するように上記キャパシタ下部電極部分を形成する工程を含む。このように、上記第1の配線層と上記キャパシタ下部電極部分とに接触するように上記第1の層間絶縁膜を形成するので、上記第1の配線層と上記第1の層間絶縁膜との間に上記第1の配線を保護するための保護絶縁膜を形成する場合よりも、上記メモリセル領域における上記キャパシタ下部電極部分の頂面の高さを低くすることができる。これにより、上記キャパシタ下部電極上と上記絶縁膜上とに層間絶縁膜を形成した場合でも、上記メモリセル領域と上記周辺回路領域との間の上記層間絶縁膜の上部表面における段差を小さくすることができる。その結果、上記層間絶縁膜上に配線層を写真製版加工により形成する場合にも、上記層間絶縁膜の上部表面の段差に起因して上記配線層のパターンが不鮮明になることを防止できる。このため、上記配線層のパターンが不鮮明なために上記配線層の断線や短絡といった問題が発生することを防止できる。この結果、高集積化を図ると同時に、キャパシタの容量を確保するとともに、高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。 The semiconductor device manufacturing method includes the following steps in its configuration. In a region located under the capacitor lower electrode, a first wiring layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate. A first interlayer insulating film is formed on the first wiring layer so as to be in contact with the first wiring layer. The step of forming the capacitor lower electrode includes the step of forming the capacitor lower electrode portion so as to be in contact with the first interlayer insulating film. Thus, since the first interlayer insulating film is formed so as to be in contact with the first wiring layer and the capacitor lower electrode portion, the first wiring layer and the first interlayer insulating film The height of the top surface of the capacitor lower electrode portion in the memory cell region can be made lower than when a protective insulating film for protecting the first wiring is formed therebetween. Thereby, even when an interlayer insulating film is formed on the capacitor lower electrode and the insulating film, the step on the upper surface of the interlayer insulating film between the memory cell region and the peripheral circuit region is reduced. Can do. As a result, even when a wiring layer is formed on the interlayer insulating film by photolithography, the pattern of the wiring layer can be prevented from becoming unclear due to a step on the upper surface of the interlayer insulating film. For this reason, since the pattern of the said wiring layer is unclear, it can prevent that the problem of the disconnection of the said wiring layer or a short circuit generate | occur | produces. As a result, it is possible to obtain a semiconductor device having high reliability while ensuring the capacitance of the capacitor while achieving high integration.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、以下の工程をさらに備える。上記キャパシタ下部電極下に位置する領域において、上記半導体基板の主表面に第1の導電領域を形成する。上記第1の導電領域上に第2の層間絶縁膜を形成する。上記第2の層間絶縁膜上に第2の配線層を形成する。上記第2の層間絶縁膜の一部をエッチングにより除去することにより、第1のコンタクトホールを形成する。上記第1のコンタクトホールの内部に、上記第1の導電領域と上記第2の配線層とを電気的に接続する接続導電体膜を形成する。上記第2の配線層を形成する工程は、上記第2の配線層の幅を、上記第1のコンタクトホールの幅よりも小さくする工程を含む。 The semiconductor device manufacturing method further includes the following steps in its configuration. In a region located under the capacitor lower electrode, a first conductive region is formed on the main surface of the semiconductor substrate. A second interlayer insulating film is formed on the first conductive region. A second wiring layer is formed on the second interlayer insulating film. A part of the second interlayer insulating film is removed by etching to form a first contact hole. A connection conductor film for electrically connecting the first conductive region and the second wiring layer is formed inside the first contact hole. The step of forming the second wiring layer includes a step of making the width of the second wiring layer smaller than the width of the first contact hole.
このように、上記第2の配線層の幅が上記第1のコンタクトホールの幅よりも小さくなっているので、従来のように、上記第2の配線層の幅を、上記第1のコンタクトホールを完全に覆うような大きさにする場合よりも、半導体装置より微細化することができる。 As described above, since the width of the second wiring layer is smaller than the width of the first contact hole, the width of the second wiring layer is set to the first contact hole as in the prior art. The semiconductor device can be made finer than the case where the size of the semiconductor device is completely covered.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、以下のような工程をさらに備える。上記キャパシタ下部電極下に位置する領域において、上記半導体基板の主表面に第2の導電領域を形成する。上記第2の導電領域上に第3の層間絶縁膜を形成する。上記第3の層間絶縁膜上に第3の配線層を形成する。上記第3の配線層上に配線保護膜を形成する。上記第2の導電領域と上記キャパシタ下部電極とを電気的に接続するために、少なくとも上記第3の層間絶縁膜の一部をエッチングにより除去することにより、第2のコンタクトホールを形成する。上記第2のコンタクトホールを形成する工程におけるエッチングに用いるマスクの一部として、上記配線保護膜を用いる。 The semiconductor device manufacturing method further includes the following steps in its configuration. In a region located below the capacitor lower electrode, a second conductive region is formed on the main surface of the semiconductor substrate. A third interlayer insulating film is formed on the second conductive region. A third wiring layer is formed on the third interlayer insulating film. A wiring protective film is formed on the third wiring layer. In order to electrically connect the second conductive region and the capacitor lower electrode, at least a part of the third interlayer insulating film is removed by etching to form a second contact hole. The wiring protective film is used as part of a mask used for etching in the step of forming the second contact hole.
このように、上記第2のコンタクトホールを形成する工程におけるエッチングにおいて、上記配線保護膜をマスクとして利用するので、上記第2のコンタクトホールを形成するために、独立してマスクとして用いるレジストパターンを形成する工程を省略できる。これにより、半導体装置の製造工程数を削減することができる。 Thus, since the wiring protective film is used as a mask in the etching in the step of forming the second contact hole, a resist pattern used as a mask independently is used to form the second contact hole. The forming step can be omitted. Thereby, the number of manufacturing steps of the semiconductor device can be reduced.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、以下の工程をさらに備える。上記周辺回路にまで延在するように上記キャパシタ上部電極を形成する。上記キャパシタ上部電極上に第4の層間絶縁膜を形成する。上記周辺回路領域において、少なくとも上記第4の層間絶縁膜の一部をエッチングにより除去することにより、第3のコンタクトホールを形成する。上記第3のコンタクトホール下に位置する領域において、上記絶縁膜下に周辺回路素子保護膜を形成する。上記第3のコンタクトホールを形成する工程は、上記第3のコンタクトホールの側面もしくは底面において、上記キャパシタ上部電極の一部を露出させる工程を含む。 The semiconductor device manufacturing method further includes the following steps in its configuration. The capacitor upper electrode is formed so as to extend to the peripheral circuit. A fourth interlayer insulating film is formed on the capacitor upper electrode. In the peripheral circuit region, a third contact hole is formed by removing at least a part of the fourth interlayer insulating film by etching. In the region located under the third contact hole, a peripheral circuit element protective film is formed under the insulating film. The step of forming the third contact hole includes a step of exposing a part of the capacitor upper electrode on a side surface or a bottom surface of the third contact hole.
このように、上記周辺回路素子保護膜を形成するので、上記第3のコンタクトホールをエッチングにより形成する際に、上記第3のコンタクトホールが上記キャパシタ上部電極を突き抜け、上記絶縁膜にまで到達した場合でも、上記周辺回路素子保護膜によりエッチングの進行を阻止することができる。このため、上記周辺回路領域における電界効果型トランジスタや配線などの周辺回路素子が上記第3のコンタクトホールを形成するためのエッチングにより損傷を受けることを防止できる。これにより、上記周辺回路素子の損傷に起因して、半導体装置が動作不良を起こすことを防止できる。この結果、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 As described above, since the peripheral circuit element protective film is formed, when the third contact hole is formed by etching, the third contact hole penetrates the capacitor upper electrode and reaches the insulating film. Even in this case, the progress of etching can be prevented by the peripheral circuit element protective film. For this reason, it is possible to prevent peripheral circuit elements such as field effect transistors and wirings in the peripheral circuit region from being damaged by the etching for forming the third contact hole. Thereby, it is possible to prevent the semiconductor device from malfunctioning due to the damage of the peripheral circuit element. As a result, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、以下の工程をさらに備える。上記周辺回路領域において、周辺回路絶縁膜を形成する。上記周辺回路絶縁膜の一部をエッチングにより除去することにより、周辺回路領域開口部を形成する。上記周辺回路領域開口部の内部にまで延在するように、上記キャパシタ上部電極を形成する。上記キャパシタ上部電極上に第4の層間絶縁膜を形成する。上記周辺回路領域開口部上に位置する領域における上記第4の層間絶縁膜の一部をエッチングにより除去することにより、第4のコンタクトホールを形成する。上記第4のコンタクトホールを形成する工程は、上記第4のコンタクトホールの底部において、上記キャパシタ上部電極の一部を露出させる工程を含む。 The semiconductor device manufacturing method further includes the following steps in its configuration. A peripheral circuit insulating film is formed in the peripheral circuit region. A peripheral circuit region opening is formed by removing a part of the peripheral circuit insulating film by etching. The capacitor upper electrode is formed so as to extend to the inside of the peripheral circuit region opening. A fourth interlayer insulating film is formed on the capacitor upper electrode. A part of the fourth interlayer insulating film in the region located on the peripheral circuit region opening is removed by etching to form a fourth contact hole. The step of forming the fourth contact hole includes a step of exposing a part of the capacitor upper electrode at the bottom of the fourth contact hole.
このように、上記周辺回路領域開口部の内部にまで延在するように上記キャパシタ上部電極を形成し、上記周辺回路領域開口部上に上記第4のコンタクトホールを形成するので、上記周辺回路領域開口部の内部において、上記第4のコンタクトホールを上記キャパシタ上部電極にまで到達するように形成することができる。このため、上記周辺回路領域開口部の深さと上記キャパシタ上部電極の厚さとを調整することにより、上記周辺回路領域における他のコンタクトホールの到達深さとの差を小さくするように、上記第4のコンタクトホールの到達深さを変更することができる。これにより、上記第4のコンタクトホールと上記周辺回路領域における他の上記コンタクトホールとの到達深さが異なることに起因して、上記第4のコンタクトホールが上記キャパシタ上部電極を突き抜け、電界効果型トランジスタや配線などの周辺回路素子が損傷を受けることを防止できる。これにより、上記周辺回路素子の損傷に起因して半導体装置が動作不良を起こすことを防止できる。この結果、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 Thus, the capacitor upper electrode is formed so as to extend to the inside of the peripheral circuit region opening, and the fourth contact hole is formed on the peripheral circuit region opening. Within the opening, the fourth contact hole can be formed to reach the capacitor upper electrode. Therefore, by adjusting the depth of the peripheral circuit region opening and the thickness of the capacitor upper electrode, the difference between the reach depth of other contact holes in the peripheral circuit region is reduced. The reach depth of the contact hole can be changed. As a result, the fourth contact hole penetrates the capacitor upper electrode due to a difference in reach depth between the fourth contact hole and the other contact hole in the peripheral circuit region, and the field effect type It is possible to prevent peripheral circuit elements such as transistors and wirings from being damaged. Thereby, it is possible to prevent the semiconductor device from malfunctioning due to damage to the peripheral circuit element. As a result, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
上記半導体装置の製造方法は、その構成において、以下のような工程をさらに備える。上記周辺回路領域にまで延在するように上記キャパシタ上部電極を形成する。上記キャパシタ上部電極上に第4の層間絶縁膜を形成する。上記周辺回路領域において、少なくとも上記第4の層間絶縁膜の一部をエッチングにより除去することにより、第5のコンタクトホールを形成する。上記周辺回路領域において、上記絶縁膜下に位置する領域に周辺回路素子を形成する。上記第5のコンタクトホールを形成する工程は、さらに以下の工程を含む。上記第5のコンタクトホールの底部において、上記キャパシタ上部電極の一部を露出させる。上記第5のコンタクトホールを、上記周辺回路素子と平面的に重ならない領域に形成する。 The semiconductor device manufacturing method further includes the following steps in its configuration. The capacitor upper electrode is formed to extend to the peripheral circuit region. A fourth interlayer insulating film is formed on the capacitor upper electrode. In the peripheral circuit region, a fifth contact hole is formed by removing at least part of the fourth interlayer insulating film by etching. In the peripheral circuit region, a peripheral circuit element is formed in a region located under the insulating film. The step of forming the fifth contact hole further includes the following steps. A part of the capacitor upper electrode is exposed at the bottom of the fifth contact hole. The fifth contact hole is formed in a region that does not overlap the peripheral circuit element in plan view.
このように、上記第5のコンタクトホールを、上記周辺回路素子と平面的に重ならない領域に形成しているので、上記第5のコンタクトホールを形成するためのエッチングを行なう際、上記キャパシタ上部電極を突き抜けてエッチングが進行しても、上記周辺回路素子が損傷を受けることを防止できる。これにより、上記周辺回路素子の損傷に起因して、半導体装置が動作不良を起こすことを防止できる。この結果、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 Thus, since the fifth contact hole is formed in a region that does not overlap with the peripheral circuit element in a planar manner, the capacitor upper electrode is formed when performing etching for forming the fifth contact hole. Even if etching proceeds through the substrate, the peripheral circuit element can be prevented from being damaged. Thereby, it is possible to prevent the semiconductor device from malfunctioning due to the damage of the peripheral circuit element. As a result, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
このように、本発明によれば、メモリセル領域と周辺回路領域とを備え、絶縁膜と、キャパシタ下部電極部分を含むキャパシタ下部電極と、誘電体膜と、キャパシタ上部電極とを含むように半導体装置を構成する。そして、上記絶縁膜の上部表面は上記キャパシタ下部電極部分の頂面とほぼ同一もしくは上記キャパシタ下部電極部分の頂面と底面との間に位置する。これにより、一定のキャパシタ容量を確保すると同時に高集積化を図ることができ、かつ、信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the semiconductor includes a memory cell region and a peripheral circuit region, and includes an insulating film, a capacitor lower electrode including a capacitor lower electrode portion, a dielectric film, and a capacitor upper electrode. Configure the device. The upper surface of the insulating film is substantially the same as the top surface of the capacitor lower electrode portion or between the top surface and the bottom surface of the capacitor lower electrode portion. As a result, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device and a method for manufacturing the same, while ensuring a certain capacitor capacity and simultaneously achieving high integration.
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1によるDRAMのメモリセル領域の平面模式図を示している。図1を参照して、本発明の実施の形態1によるDRAMのメモリセルは、半導体基板の主表面に形成された活性領域39と、半導体基板の主表面上に形成され、電界効果型トランジスタのゲート電極としても作用するワード線43a、43b、43e、43fと、ビット線174と、キャパシタ下部電極170a、170bを含むキャパシタとを含む。ビット線174は、コンタクトホール49において活性領域39と電気的に接続されている。キャパシタ下部電極170a、170bは、コンタクトホール38a、38bにおいて、活性領域39と電気的に接続されている。そして、このメモリセル領域の線分500−500における断面図が図2に示されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic plan view of a memory cell region of a DRAM according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a DRAM memory cell according to a first embodiment of the present invention includes an
図2は、本発明の実施の形態1によるDRAMのメモリセルの線分500−500断面における断面図と周辺回路領域の一部の断面図とを示している。図2を参照して、本発明の実施の形態1によるDRAMの構造を説明する。 FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along line 500-500 of the memory cell of the DRAM according to the first embodiment of the present invention and a partial cross-sectional view of the peripheral circuit region. The structure of the DRAM according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図2を参照して、本発明の実施の形態1によるDRAMのメモリセル領域においては、トレンチ分離酸化膜40に囲まれた活性領域39に、電界効果型トランジスタのソース/ドレイン領域201a〜201cが形成されている。1対のソース/ドレイン領域201a、201bに挟まれたチャネル領域上には、ゲート絶縁膜42aを介してゲート電極43aが形成されている。ここで、ゲート絶縁膜42aは、熱酸化膜、シリコン窒化膜もしくは窒化酸化膜などにより構成される。また、ゲート電極43aは、リンやヒ素をドープしたポリシリコンやアモルファスシリコンあるいはタングステンもしくはチタンなどの高融点金属膜、あるいはこれらのシリサイド膜から構成してもよく、また、これらの材質を重ねた多層構造であってもよい。ゲート電極43a上には、シリコン窒化膜44aが形成されている。ゲート電極43aとシリコン窒化膜44aとの側面には、シリコン窒化膜からなるサイドウォール46a、46bが形成されている。サイドウォール46aとシリコン窒化膜44aとの上には、ノンドープトシリコン酸化膜47が形成されている。
Referring to FIG. 2, in the memory cell region of the DRAM according to the first embodiment of the present invention, source /
トレンチ分離酸化膜40上には、ゲート絶縁膜42bを介してゲート電極43bが形成されている。ゲート電極43b上にはシリコン窒化膜44bが形成されている。ゲート電極43bとシリコン窒化膜44bとの側面には、シリコン窒化膜からなるサイドウォール46c、46dが形成されている。サイドウォール46dとシリコン窒化膜44bとの上には、ノンドープトシリコン酸化膜47が形成されている。このノンドープトシリコン酸化膜47上には、第1の層間絶縁膜48が形成されている。第1の層間絶縁膜48とノンドープトシリコン酸化膜47との一部をエッチングにより除去することにより、コンタクトホール49が形成されている。コンタクトホール49の内部と第1の層間絶縁膜48上とには、ドープトポリシリコン膜52が形成されている。ドープトポリシリコン膜52上には高融点金属シリサイド膜53が形成されている。このドープトポリシリコン膜52と高融点金属シリサイド膜53とから、ビット線174が構成されている。高融点金属シリサイド膜53上には、シリコン窒化膜54が形成されている。シリコン窒化膜54と高融点金属シリサイド膜53とドープトポリシリコン膜52との側面には、シリコン窒化膜からなるサイドウォール55a、55bが形成されている。第1の層間絶縁膜48とサイドウォール55a、55bとシリコン窒化膜54との上には、第2の層間絶縁膜37が形成されている。
A
第1および第2の層間絶縁膜48、37およびノンドープトシリコン酸化膜47の一部を除去することにより、キャパシタ下部電極170aとソース/ドレイン領域の一方とを電気的に接続するためのコンタクトホール38aが形成されている。コンタクトホール38aの内部には、ドープトポリシリコンからなるプラグ57が形成されている。第2の層間絶縁膜37上には、シリコン窒化膜58が形成されている。そして、プラグ57aと第2の層間絶縁膜37との上には、キャパシタ下部電極170aが形成されている。このキャパシタ下部電極170aは、少ない占有面積でキャパシタの容量を確保するために、円筒型の構造を備えている。シリコン窒化膜58上とキャパシタ下部電極170aの側面上とには、第3の層間絶縁膜59が形成されている。そして、この第3の層間絶縁膜59の上部表面は、円筒型のキャパシタ下部電極170aの側面部であるキャパシタ下部電極部分の頂面301と底面302との間に位置するように形成されている。キャパシタ下部電極170aと第3の層間絶縁膜59との上には、誘電体膜150が形成されている。誘電体膜150上には、キャパシタ上部151が形成されている。キャパシタ上部電極151上には、第4の層間絶縁膜205が形成されている。
Contact holes for electrically connecting capacitor
本発明の実施の形態1によるDRAMの周辺回路領域においては、半導体基板1の主表面上に電界効果型トランジスタと配線202とが形成されている。具体的には、半導体基板1の主表面には、ソース/ドレイン領域201d、201eが形成されている。ソース/ドレイン領域201d、201eに隣接するチャネル領域上には、ゲート絶縁膜42c、42dを介して、ゲート電極43c、43dが形成されている。ゲート電極43c、43d上には、シリコン窒化膜44c、44dが形成されている。ゲート電極43c、43dとシリコン窒化膜44c、44dとの側面には、シリコン窒化膜からなるサイドウォール46e〜46gが形成されている。半導体基板1の主表面とシリコン窒化膜44c、44dとサイドウォール46e〜46gとの上には、ノンドープトシリコン酸化膜47が形成されている。ノンドープトシリコン酸化膜47上には、第1の層間絶縁膜48が形成されている。第1の層間絶縁膜48とノンドープトシリコン酸化膜47とシリコン窒化膜44cとの一部を除去することにより、コンタクトホール50、51が形成されている。第1の層間絶縁膜48上とコンタクトホール50、51の内部とには、ドープトポリシリコン膜52が形成されている。ドープトポリシリコン膜52上には、高融点金属シリサイド膜53が形成されている。このドープトポリシリコン膜52と高融点金属シリサイド膜53とから、周辺回路領域における配線202が形成されている。高融点金属シリサイド膜53上には、シリコン窒化膜203が形成されている。シリコン窒化膜203と配線層202との側面には、シリコン窒化膜からなるサイドウォール204a、204bが形成されている。第1の層間絶縁膜48とシリコン窒化膜203とサイドウォール204a、204bとの上には、第2の層間絶縁膜37が形成されている。第2の層間絶縁膜37上には、シリコン窒化膜58が形成されている。シリコン窒化膜58上には、第3の層間絶縁膜59が形成されている。第3の層間絶縁膜59上には、メモリセル領域から延在するように形成されているキャパシタの誘電体膜150が形成されている。この誘電体膜150上にはキャパシタ上部電極151が形成されている。第3の層間絶縁膜59上とキャパシタ上部電極151上とには、メモリセル領域から延在するように第4の層間絶縁膜205が形成されている。
In the peripheral circuit region of the DRAM according to the first embodiment of the present invention, field effect transistors and
このように、本発明の実施の形態1によるDRAMにおいては、キャパシタ下部電極170aが第3の層間絶縁膜59に部分的に埋込まれた状態になっている。このため、第3の層間絶縁膜59の上部表面とキャパシタ下部電極170aの頂面301との段差を小さくすることができる。このため、この第4の層間絶縁膜205を形成した場合にも、第4の層間絶縁膜205のメモリセル領域における上部表面と、周辺回路領域における上部表面との段差を従来より小さくすることができる。このため、第4の層間絶縁膜205上にアルミニウムなどからなる配線層を写真製版加工により形成する場合でも、第4の層間絶縁膜205の上部表面における段差に起因して、この配線層のパターンが不鮮明になることを防止できる。このため、上記パターンが不鮮明なために、上記配線層の断線や短絡とった問題が発生することを防止できる。この結果、高集積化を図ると同時にキャパシタの容量を確保するとともに、高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。
As described above, in the DRAM according to the first embodiment of the present invention, the capacitor
また、本発明の実施の形態1によるDRAMにおいては、キャパシタ下部電極170aが第3の層間絶縁膜59に部分的に埋込まれた状態になっているので、キャパシタ下部電極170aの外部側面上にも誘電体膜150とキャパシタ上部電極151とを形成することができる。このため、キャパシタ下部電極170aの外部側面もキャパシタとして利用することができるので、キャパシタの容量を増加させることができる。
Further, in the DRAM according to the first embodiment of the present invention, capacitor
また、第3の層間絶縁膜59の上部表面の位置を変化させることにより、キャパシタとして利用されるキャパシタ下部電極170aの外部側面の面積を変化させることができる。これにより、このキャパシタ下部電極170aの形状を変えることなく、キャパシタの容量を変更することが可能となる。
Further, by changing the position of the upper surface of the third
図3〜13は、本発明の実施の形態1によりDRAMの製造工程を説明するための断面図である。以下、図3〜13を参照して、本発明の実施の形態1によるDRAMの製造工程を説明する。 3 to 13 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the DRAM according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, a manufacturing process of the DRAM according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図3は、本発明の実施の形態1によるDRAMの製造工程の第1工程を説明するための断面図である。図3を参照して、本発明の実施の形態1によるDRAMのメモリセル領域においては、半導体基板1の主表面にトレンチ分離酸化膜40を形成する。半導体基板1の主表面上にゲート絶縁膜となる絶縁膜(図示せず)を形成する。この絶縁膜上にポリシリコン膜(図示せず)を形成する。このポリシリコン膜上にシリコン窒化膜(図示せず)を形成する。このシリコン窒化膜上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、異方性エッチングにより上記絶縁膜とドープトポリシリコン膜とシリコン窒化膜との一部を除去する。その後、レジストパターンを除去する。このようにして、図3に示すようなゲート絶縁膜42a、42bとゲート電極43a、43bとシリコン窒化膜44a、44bとを形成する。そして、このシリコン窒化膜44a、44bをマスクとして用いて、半導体基板1の活性領域39に不純物を注入することにより、電界効果型トランジスタのソース/ドレイン領域201a〜201cを形成する。その後、半導体基板の全面を900℃以下のドライ雰囲気において酸化する。これにより、シリコン窒化膜44a、44b上とゲート電極43a、43bとの側面と、半導体基板1の主表面上とに、50〜100Å程度の膜厚を有する酸化膜(図示せず)を形成する。その後、全体を覆うように、シリコン窒化膜45を形成する。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a first step of the manufacturing process of the DRAM according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, trench
そして、周辺回路領域においても、メモリセル領域において行なわれた製造工程と同様の工程により、半導体基板1上に電界効果型トランジスタのソース/ドレイン領域201d、201eとゲート絶縁膜42c、42dとゲート電極43c、43dとシリコン窒化膜42c、42d、45とを形成する。
In the peripheral circuit region, the source /
次に、異方性エッチングによりシリコン窒化膜45の一部を除去することにより、シリコン窒化膜44a〜44dとゲート電極43a〜43dとゲート絶縁膜42a〜42dとの側面上にサイドウォール46a〜46gを形成する。そして、図4に示すように、全体を覆うようにノンドープトシリコン酸化膜47を形成する。ノンドープトシリコン酸化膜47上にリンドープトシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜48を形成する。このノンドープトシリコン酸化膜47とリンドープトシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜48とは、減圧あるいは常圧CVD法を用いて形成する。また、ここではノンドープトシリコン酸化膜37とリンドープトシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜48との2層を形成しているが、いずれか一方の材質により第1の層間絶縁膜を形成してもよい。そして、第1の層間絶縁膜48を形成した後、この第1の層間絶縁膜48の表面を化学機械研磨法(CMP法)あるいはリフロー法により平坦化する。
Next, by removing a part of the
次に、第1の層間絶縁膜48上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして用いたエッチングにより、第1の層間絶縁膜48とノンドープトシリコン酸化膜47との一部を除去することにより、図5に示すようにコンタクトホール49を形成する。その後、レジストパターンを除去する。このコンタクトホール49を形成するエッチングにおいては、ゲート電極43a上に形成されているシリコン窒化膜44aとサイドウォール46aとをマスクの一部として用いて、自己整合的にコンタクトホール49を形成してもよい。
Next, after forming a resist pattern (not shown) on the first
次に、周辺回路領域において、第1の層間絶縁膜48上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして、第1の層間絶縁膜48とノンドープトシリコン酸化膜47とシリコン窒化膜44cとの一部を除去することにより、図6に示したような、コンタクトホール50、51を形成する。その後、レジストパターンを除去する。
Next, a resist pattern (not shown) is formed on the first
次に、コンタクトホール49、50、51の内部と第1の層間絶縁膜48上とにドープトポリシリコン膜(図示せず)を形成する。このドープトポリシリコン膜上に高融点金属シリサイド膜(図示せず)を形成する。この高融点金属シリサイド膜上にシリコン窒化膜(図示せず)を形成する。このシリコン窒化膜上にレジストパターン(図示せず)を形成する。このレジストパターンをマスクとして、シリコン窒化膜と高融点金属シリサイド膜とドープトポリシリコン膜との一部をエッチングにより除去することにより、図7に示すように、ビット線174を構成するドープトポリシリコン膜52および高融点金属シリサイド膜53と、シリコン窒化膜54とを形成する。また同様に、周辺回路領域における配線202を構成するドープトポリシリコン膜52および高融点金属シリサイド膜53と、シリコン窒化膜203とを形成する。その後、全体を覆うように、シリコン窒化膜(図示せず)を形成した後、このシリコン窒化膜の一部を異方性エッチングにより除去することにより、サイドウォール55a、55b、204a、204bを形成する。このようにして、図7に示すような構造を得る。
Next, a doped polysilicon film (not shown) is formed in the contact holes 49, 50, 51 and on the first
次に、第1の層間絶縁膜48とシリコン窒化膜54、203とサイドウォール55a、55b、204a、204bとの上にリンドープトシリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁膜37(図8参照)を形成する。この第2の層間絶縁膜37上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして用いたエッチングにより第2の層間絶縁膜37と第1の層間絶縁膜48とノンドープトシリコン酸化膜47との一部を除去することにより、コンタクトホール38a(図8参照)を形成する。このコンタクトホール38aを形成するためのエッチングにおいては、反応性イオンエッチング法(Reactive Ion Etching法:以下RIE法と記す)を用いてもよい。また、サイドウォール46b、46cをマスクの一部として用いて、コンタクトホール38aを自己整合的に形成してもよい。その後、コンタクトホール38aの内部と第2の層間絶縁膜37上とにCVD法を用いて、ポリシリコン膜56を形成する。このポリシリコン膜56はアモルファスシリコン膜を用いてもよい。このようにして、図8に示すような構造を得る。
Next, a second
そして、CMP法あるいはドライエッチングにより第2の層間絶縁膜37上に位置するポリシリコン膜56を除去する。このようにして、図9に示すような構造を得る。
Then, the
次に、全体を覆うように、シリコン窒化膜58(図10参照)を形成する。このシリコン窒化膜58上に、シリコン酸化膜からなる第3の層間絶縁膜59(図10参照)を形成する。この第3の層間絶縁膜59上にボロンドープトシリコン酸化膜60(図10参照)を形成する。このボロンドープトシリコン酸化膜60の代わりに、リンドープトシリコン酸化膜を用いてもよい。ボロンドープトシリコン酸化膜60上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、ボロンドープトシリコン酸化膜60と第3の層間絶縁膜59との一部をエッチングにより除去することにより、開口部61(図10参照)を形成する。開口部61の底部に存在するシリコン窒化膜58の一部をリン酸溶液あるいはドライエッチングにより除去する。その後、レジストパターンを除去する。このようにして、図10に示すような構造を得る。なお、開口部61を形成するためのエッチングにはRIE法を用いてもよい。
Next, a silicon nitride film 58 (see FIG. 10) is formed so as to cover the whole. On the
次に、全体を覆うように、ポリシリコン膜62(図11参照)を形成する。このポリシリコン膜62の代わりにアモルファスシリコンを用いてもよい。このようにして、図11に示すような構造を得る。
Next, a polysilicon film 62 (see FIG. 11) is formed so as to cover the whole. Instead of this
次に、開口部61の内部に位置するポリシリコン膜62上にレジスト70(図12参照)を形成する。その後、ドライエッチングによりボロンドープトシリコン酸化膜60上に位置するポリシリコン膜62を除去する。このようにして、図12に示すように、キャパシタ下部電極170aが分離される。ここで、ボロンドープトシリコン酸化膜60上に位置するポリシリコン膜62を除去する工程においては、CMP法を用いてもよい。
Next, a resist 70 (see FIG. 12) is formed on the
次に、ボロンドープトシリコン酸化膜60を気相HFを用いることにより除去することで、図13に示すような構造を得る。なお、ここではキャパシタ下部電極170aの材質としてポリシリコンやアモルファスシリコンを用いているが、キャパシタの誘電体膜としてBSTやPZTなどの高誘電体膜を用いる場合には、白金やルテニウムなどの金属、チタンなどの高融点金属、窒化チタン、さらにはこれらの複数の層からなる膜を用いてもよい。
Next, the boron-doped
その後、キャパシタ下部電極170aと第3の層間絶縁膜59上とに誘電体膜150(図2参照)を形成する。誘電体膜150上にキャパシタ上部電極151(図2参照)を形成する。キャパシタ上部電極151と第3の層間絶縁膜59との上に第4の層間絶縁膜205(図2参照)を形成することにより、図2に示すような構造を得る。
Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 2) is formed on the capacitor
図14および15は、本発明の実施の形態1の製造工程の変形例を説明するための断面図である。図14および15を参照して、本発明の実施の形態1のDRAMの製造工程の変形例を説明する。 14 and 15 are cross-sectional views for explaining a modification of the manufacturing process according to the first embodiment of the present invention. A modification of the manufacturing process of the DRAM according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の実施の形態1によるDRAMの製造工程の図9に示した第7工程を実施した後、シリコン窒化膜58(図14参照)、第3の層間絶縁膜59(図14参照)、ボロンドープトシリコン酸化膜60(図14参照)を形成する。そして、ボロンドープトシリコン酸化膜60上にポリシリコン膜141(図14参照)を形成する。そして、このポリシリコン膜141上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして、ポリシリコン膜141の一部を異方性エッチングにより除去する。その後、レジストパターンを除去する。そして、ポリシリコン膜141をマスクとして、ボロンドープトシリコン酸化膜60と第3の層間絶縁膜59との一部を除去することにより、開口部61を形成する。そして、開口部61の底部においてシリコン窒化膜58を除去し、図14に示すような構造を得る。ここで、開口部61を形成するためのエッチングのマスクとして、ポリシリコン膜141のような導電膜を用いているので、マスクとしてレジストなどを用いる場合よりもより精度の高いマスクパターンを形成することができる。このため、半導体装置の高集積化が可能となる。
After performing the seventh step shown in FIG. 9 of the manufacturing process of the DRAM according to the first embodiment of the present invention, silicon nitride film 58 (see FIG. 14), third interlayer insulating film 59 (see FIG. 14), boron A doped silicon oxide film 60 (see FIG. 14) is formed. Then, a polysilicon film 141 (see FIG. 14) is formed on the boron-doped
その後、図15に示すように、開口部61の内部とポリシリコン膜141との上に、ポリシリコン膜62を形成する。そして、この工程以降の製造工程については、図11〜13に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの製造工程と同様の工程を実施する。
Thereafter, as shown in FIG. 15, a
図16は、本発明の実施の形態1によるDRAMの第1の変形例を説明するための断面図である。図16を参照して、本発明の実施の形態1によるDRAMの第1の変形例は、基本的に図2に示した本発明の実施の形態1と同様の構造を備える。ただし、本発明の実施の形態1のDRAMの第1の変形例では、キャパシタ下部電極170aの表面にシリコンからなる粒状結晶74を形成している。この粒状結晶74の形成方法としては、キャパシタ下部電極170aをリンやヒ素をドープしたアモルファスシリコンもしくはノンドープのアモルファスシリコンにより形成し、加熱炉内においてSiH4 ガスを雰囲気ガスの一部として利用することにより、キャパシタ下部電極170aの露出部分表面にシリコンの核を付着させる。その後、雰囲気ガスの一部としてPH3 ガスを導入し、高温でアニールすることにより粒状結晶74を形成する。また、キャパシタ下部電極170aにノンドープのアモルファスシリコンを用いた場合には、粒状結晶74を形成した後、イオン注入法や気相法を用いてリンやヒ素をキャパシタ下部電極170aに導入してもよい。このように、キャパシタ下部電極170aの表面に粒状結晶74を形成するので、キャパシタ下部電極170aの表面積を大きくすることができる。これにより、キャパシタの容量を大きくすることが可能となる。このため、一定のキャパシタ容量を確保しながら、従来よりキャパシタ下部電極170aの占有面積を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより微細化することが可能となる。
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a first modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 16, the first modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention basically has the same structure as that of the first embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the first modification of the DRAM of the first embodiment of the present invention, the
この実施の形態1によるDRAMの第1の変形例の製造方法としては、実施の形態1によるDRAMの図13に示した製造工程の後、キャパシタ下部電極170aの表面に上記したような方法を用いて粒状結晶74を形成する。その後、誘電体膜150(図16参照)、キャパシタ上部電極151(図16参照)、第4の層間絶縁膜205(図16参照)を実施の形態1によるDRAMと同様の工程により形成することで、図16に示すような構造を得る。
As a manufacturing method of the first modification of the DRAM according to the first embodiment, the method as described above is used on the surface of the capacitor
図17は、本発明の実施の形態1によるDRAMの第2の変形例を説明するための断面図である。図17を参照して、本発明の実施の形態1のDRAMの第2の変形例は、基本的には図2に示した本発明の実施の形態1によるDRAMと同様の構造を備える。しかし、この第2の変形例においては、キャパシタ下部電極170aの内部側面および底面に粒状結晶74が形成されている。このように、実施の形態1のDRAMの第2の変形例においては、図16に示した第1の変形例と同様、粒状結晶74を形成しているので、キャパシタ下部電極170aの表面積を増やすことができる。このため、図16に示した第1の変形例と同様の効果が得られる。
FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining a second modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 17, the second modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. However, in this second modification,
図18〜20は、本発明の実施の形態1によるDRAMの第2の変形例の製造工程を説明するための断面図である。以下、図18〜20を参照して、本発明の実施の形態1によるDRAMの第2の変形例の製造工程を説明する。 18 to 20 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the second modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention. A manufacturing process of the second modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
本発明の実施の形態1によるDRAMの図11に示した製造工程の後、図18に示すように、ポリシリコン膜62上に粒状結晶74を形成する。
After the manufacturing process shown in FIG. 11 of the DRAM according to the first embodiment of the present invention,
その後、開口部61の内部における粒状結晶74上にレジスト70(図19参照)を形成した後、ドライエッチングを用いて、ボロンドープトシリコン酸化膜60上に位置する粒状結晶74とポリシリコン膜62とを除去する。このようにしてい、図19に示すような構造を得る。
Thereafter, a resist 70 (see FIG. 19) is formed on the
次に、レジスト70を除去した後、気相HFを用いてボロンドープトシリコン酸化膜60を除去する。このようにして、図20に示すような構造を得る。
Next, after removing the resist 70, the boron-doped
その後、誘電体膜150(図17参照)、キャパシタ上部電極151(図17参照)、および第4の層間絶縁膜205(図17参照)などを本発明の実施の形態1によるDRAMの製造工程と同様の工程により形成することによって、図17に示すような構造を得る。 Thereafter, the dielectric film 150 (see FIG. 17), the capacitor upper electrode 151 (see FIG. 17), the fourth interlayer insulating film 205 (see FIG. 17), and the like are manufactured in the DRAM manufacturing process according to the first embodiment of the present invention. By forming in the same process, a structure as shown in FIG. 17 is obtained.
図21は、本発明の実施の形態1によるDRAMの第3の変形例を示した断面図である。図21を参照して、本発明の実施の形態1によるDRAMの第3の変形例は、基本的には、図17に示した第2の変形例と同様の構造を備える。しかし、この第3の変形例においては、後述する製造工程に示すように、第3の層間絶縁膜77の上部をエッチングなどにより除去することによって、図21に示すような構造を得る。
FIG. 21 is a sectional view showing a third modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 21, the third modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention basically has the same structure as the second modification shown in FIG. However, in the third modification example, as shown in a manufacturing process described later, the upper portion of the third
図22〜24は、本発明の実施の形態1によるDRAMの第3の変形例の製造工程を説明するための断面図である。以下、図22〜24を参照して、本発明の実施の形態1によるDRAMの第3の変形例の製造工程を説明する。 22 to 24 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the third modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention. A manufacturing process of the third modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
まず、図3〜9に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの製造工程を実施した後、第2の層間絶縁膜37(図22参照)上にシリコン窒化膜58(図22参照)を形成する。その後、シリコン窒化膜58上に第3の層間絶縁膜77(図22参照)を形成する。第3の層間絶縁膜77上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、第3の層間絶縁膜77とシリコン窒化膜58との一部を除去することにより、開口部61(図22参照)を形成する。開口部61内部と第3の層間絶縁膜77上とにポリシリコン膜62(図22参照)を形成する。ポリシリコン膜62の表面に粒状結晶74(図22参照)を形成する。このようにして、図22に示すような構造を得る。
First, after performing the manufacturing process of the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 3 to 9, a silicon nitride film 58 (see FIG. 22) is formed on the second interlayer insulating film 37 (see FIG. 22). Form. Thereafter, a third interlayer insulating film 77 (see FIG. 22) is formed on the
次に、開口部61内部における粒状結晶74上にレジスト70(図23参照)を形成した後、第3の層間絶縁膜77上に位置するポリシリコン膜62と粒状結晶74とをドライエッチングにより除去する。このようにして、図23に示すような構造を得る。
Next, after a resist 70 (see FIG. 23) is formed on the
次に、レジスト70を除去した後、第3の層間絶縁膜77の一部をHF水溶液によって除去する。このようにして、図24に示すような構造を得る。このように、第3の層間絶縁膜77の一部をHF水溶液により除去するので、このHF水溶液に第3の層間絶縁膜77が接触している時間を制御することにより、第3の層間絶縁膜77の除去される膜厚を制御することができる。これによって、キャパシタ下部電極170aの外部側面において露出している面積を変更することができる。これにより、キャパシタとして利用されるキャパシタ下部電極170aの外部側面の面積を変化させることによって、キャパシタの容量を制御することが可能となる。
Next, after removing the resist 70, a part of the third
その後、誘電体膜150(図21参照)などを本発明の実施の形態1によるDRAMの製造工程と同様に形成することによって、図21に示すような構造を得る。 Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 21) and the like are formed in the same manner as the DRAM manufacturing process according to the first embodiment of the present invention, thereby obtaining a structure as shown in FIG.
図25は、本発明の実施の形態1によるDRAMの第4の変形例を示した断面図である。図25を参照して、本発明の実施の形態1によるDRAMの第4の変形例は、基本的には図21に示した本発明の実施の形態1の第3の変形例とほぼ同様の構造を備える。しかし、この第4の変形例では、第3の層間絶縁膜77(図21参照)をほとんど除去している。そして、キャパシタ下部電極170aの内部側面上に粒状結晶74を形成することによって、キャパシタ下部電極170aの第2の層間絶縁膜37の上部表面からの高さを低くしている。これにより、メモリセル領域と周辺回路領域との間の第4の層間絶縁膜205の上部表面における段差の低減を図っている。
FIG. 25 is a cross sectional view showing a fourth modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 25, the fourth modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention is basically the same as the third modification of the first embodiment of the present invention shown in FIG. Provide structure. However, in the fourth modification, the third interlayer insulating film 77 (see FIG. 21) is almost removed. Then, by forming the
図26は、本発明の実施の形態1によるDRAMの第4の変形例の製造工程を説明するための断面図である。 FIG. 26 is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing step of the fourth modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention.
本発明の実施の形態1によるDRAMの第4の変形例の製造工程は、図23に示した第3の変形例の製造工程の後、第3の層間絶縁膜77(図23参照)をほとんどすべてエッチングにより除去する。そのようにして、図26に示すような構造を得る。 In the manufacturing process of the fourth modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention, the third interlayer insulating film 77 (see FIG. 23) is almost completed after the manufacturing process of the third modification shown in FIG. All are removed by etching. In this way, a structure as shown in FIG. 26 is obtained.
その後、誘電体膜150(図25参照)などを形成し、図25に示すような構造を得る。 Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 25) is formed to obtain a structure as shown in FIG.
(実施の形態2)
図27は、本発明の実施の形態2によるDRAMの断面図である。図27を参照して、本発明の実施の形態2によるDRAMは、基本的には、図2に示した本発明の実施の形態1によるDRAMと同様の構造を備える。ただし、この実施の形態2によるDRAMでは、キャパシタ下部電極92が厚膜型である。そして、このようにキャパシタ下部電極92が第3の層間絶縁膜59に部分的に埋込まれた状態になっているので、第3の層間絶縁膜59の上部表面とキャパシタ下部電極92の上部表面との段差を従来より小さくすることができる。これにより、メモリセル領域と周辺回路領域とにおける第4の層間絶縁膜205の上部表面での段差を従来より小さくすることができる。また、第3の層間絶縁膜59の上部表面の位置を変更することにより、キャパシタ下部電極92のキャパシタとして作用する表面積を変更することができ、これによりキャパシタの容量を任意に変更することができる。
(Embodiment 2)
FIG. 27 is a cross-sectional view of a DRAM according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 27, the DRAM according to the second embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the DRAM according to the second embodiment, the capacitor
図28および29は、本発明の実施の形態2によるDRAMの製造工程を説明するための断面図である。以下、図28および29を参照して、本発明の実施の形態2によるDRAMの製造工程を説明する。 28 and 29 are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the DRAM according to the second embodiment of the present invention. A manufacturing process of the DRAM according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
まず、図3〜10に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの製造工程を実施した後、図28に示すように、開口部61の内部とボロンドープトシリコン酸化膜60上とにポリシリコン膜91を形成する。
First, the DRAM manufacturing process according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 3 to 10 is performed, and then, as shown in FIG. 28, a polycrystal is formed inside the
次に、ドライエッチングもしくはCMP法を用いて、ボロンドープトシリコン酸化膜60上に位置するポリシリコン膜91を除去する。そして、ボロンドープトシリコン酸化膜60を、気相HFを用いて除去する。このようにして、図29に示すような構造を得る。
Next, the
その後、誘電体膜150(図27参照)、キャパシタ上部電極151(図27参照)、および第4の層間絶縁膜205(図27参照)などを形成することによって、図27に示すような構造を得る。なお、周辺回路領域は図3〜13に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの周辺回路領域と同様の製造工程により形成される。 Thereafter, by forming a dielectric film 150 (see FIG. 27), a capacitor upper electrode 151 (see FIG. 27), a fourth interlayer insulating film 205 (see FIG. 27), etc., the structure as shown in FIG. 27 is obtained. obtain. The peripheral circuit region is formed by the same manufacturing process as the peripheral circuit region of the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS.
図30は、本発明の実施の形態2によるDRAMの第1の変形例を説明するための断面図である。図30を参照して、本発明の実施の形態2によるDRAMの第1の変形例は、基本的には図27に示した本発明の実施の形態2によるDRAMと同様の構造を備える。しかし、この第1の変形例では、キャパシタ下部電極92の上部側面にポリシリコンからなるサイドウォール96、97が形成されている。そして、このサイドウォール96、97の表面は、曲面状の部分を有している。このため、このサイドウォール96、97を形成しない場合よりも、キャパシタ下部電極92のキャパシタとして作用する表面積を大きくすることができる。これにより、キャパシタの容量を大きくすることが可能となる。このため、キャパシタの容量を確保しながら、従来よりキャパシタ下部電極92の占有面積を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより微細化することが可能となる。
FIG. 30 is a cross sectional view for illustrating a first modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 30, the first modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the first modification, sidewalls 96 and 97 made of polysilicon are formed on the upper side surface of the capacitor
図31および32は、本発明の実施の形態2によるDRAMの第1の変形例の製造工程を説明するための断面図である。以下、図31および32を参照して、本発明の実施の形態2によるDRAMの第2の変形例の製造工程を説明する。 31 and 32 are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the first modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention. A manufacturing process of the second modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
まず、図28および29に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの製造工程を実施した後、図31に示すように、第3の層間絶縁膜59とキャパシタ下部電極92との上にアモルファスシリコン膜95を形成する。
First, after the DRAM manufacturing process according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. 28 and 29 is performed, an amorphous layer is formed on third
次に、このアモルファスシリコン膜95の一部を異方性エッチングにより除去することにより、図32に示すように、サイドウォール96、97を形成する。
Next, a part of the
その後、誘電体膜150(図30参照)、キャパシタ上部電極151(図30参照)および第4の層間絶縁膜205(図30参照)などを形成することにより、図30に示すような構造を得る。 Thereafter, a structure as shown in FIG. 30 is obtained by forming dielectric film 150 (see FIG. 30), capacitor upper electrode 151 (see FIG. 30), fourth interlayer insulating film 205 (see FIG. 30), and the like. .
図33は、本発明の実施の形態2によるDRAMの第2の変形例を示した断面図である。図33を参照して、本発明の実施の形態2によるDRAMの第2の変形例は、基本的には図27に示した本発明の実施の形態2によるDRAMと同様の構造を備える。しかし、この第2の変形例では、キャパシタ下部電極92の第3の層間絶縁膜59より上に位置する表面に、粒状結晶74が形成されている。これにより、キャパシタ下部電極92の占有面積を大きくすることなく、キャパシタ下部電極の表面積を大きくすることが可能となる。これにより、キャパシタの容量を大きくすることができる。
FIG. 33 is a cross sectional view showing a second modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 33, the second modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the second modification, the
図34は、本発明の実施の形態2によるDRAMの第2の変形例の製造工程を説明するための断面図である。以下、図34を参照して、本発明の実施の形態2によるDRAMの第2の変形例の製造工程を説明する。 FIG. 34 is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing step of the second modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention. A manufacturing process of the second modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
まず、図28および29に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの製造工程を実施した後、図34に示すように、キャパシタ下部電極92の表面に粒状結晶74を形成する。この粒状結晶74の形成方法としては、本発明の実施の形態1の第1の変形例または第2の変形例で用いた方法と同様の方法を用いる。
First, after performing the manufacturing process of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. 28 and 29, a
その後、誘電体膜150(図33参照)などを形成して、図33に示すような構造を得る。 Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 33) is formed to obtain a structure as shown in FIG.
図35は、本発明の実施の形態2によるDRAMの第3の変形例を示した断面図である。図35を参照して、本発明の実施の形態2によるDRAMの第3の変形例は、基本的には図30に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの第1の変形例と同様の構造を備える。しかし、この第3の変形例では、アモルファスシリコンからなるサイドウォール96、97の表面にシリコンからなる粒状結晶98を形成している。このため、この第3の変形例では、サイドウォール96、97の形成によりキャパシタ下部電極92の表面積を増大させると同時に、粒状結晶98によってもキャパシタ下部電極92の表面積を増加させることができる。これにより、キャパシタの容量をより増大させることができる。
FIG. 35 is a cross sectional view showing a third modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 35, the third modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention is basically the same as the first modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. The structure is provided. However, in the third modification,
図36は、図35に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの第3の変形例の製造工程を説明するための断面図である。以下、図36を参照して、本発明の実施の形態2によるDRAMの第3の変形例の製造工程を説明する。 FIG. 36 is a cross sectional view for illustrating a manufacturing step of the third modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. A manufacturing process of the third modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
まず、図31および32に示した、本発明の実施の形態2によるDRAMの第1の変形例の製造工程を実施した後、図33に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの第2の変形例における粒状結晶74(図33参照)を形成したのと同様の工程により、サイドウォール96、97の表面に粒状結晶98を形成する。
First, after the manufacturing process of the first modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. 31 and 32, the second process of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. The
その後、誘電体膜150(図35参照)などを形成することによって、図35に示すような構造を得る。 Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 35) and the like are formed to obtain a structure as shown in FIG.
図37は、本発明の実施の形態2によるDRAMの第4の変形例を示した断面図である。図37を参照して、本発明の実施の形態2によるDRAMの第4の変形例は、基本的には図30に示した本発明の実施の形態2のDRAMの第1の変形例と同様の構造を備える。ただし、この第4の変形例では、キャパシタ下部電極92とサイドウォール96、97との表面上に粒状結晶98が形成されている。このため、キャパシタ下部電極の表面積をサイドウォール96、97や粒状結晶98が形成されていない場合よりも増大させることができ、よりキャパシタの容量を大きくすることができる。これにより、一定のキャパシタ容量を確保しながら、従来よりキャパシタ下部電極の占有面積をより小さくすることができる。この結果、半導体装置をより微細化することができる。
FIG. 37 is a cross sectional view showing a fourth modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 37, the fourth modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention is basically the same as the first modification of the DRAM of the second embodiment of the present invention shown in FIG. The structure is provided. However, in the fourth modification,
図38は、図37に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの第4の変形例の製造工程を説明するための断面図である。図38を参照して、図37に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの第4の変形例の製造工程を説明する。 FIG. 38 is a cross sectional view for illustrating a manufacturing process of the fourth modification example of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. Referring to FIG. 38, description will be given of a manufacturing process of the fourth modification example of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIG.
まず、図31および32に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの第1の変形例の製造工程を実施する。その際、キャパシタ下部電極92はアモルファスシリコンにより形成する。そして、図38に示すように、キャパシタ下部電極92とサイドウォール96、97との表面に、図18に示したような本発明の実施の形態1の第2の変形例の製造工程において用いた工程により、粒状結晶98を形成する。
First, the manufacturing process of the first modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. 31 and 32 is performed. At that time, the capacitor
その後、誘電体膜150(図37参照)などを形成して、図37に示すような構造を得る。 Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 37) is formed to obtain a structure as shown in FIG.
(実施の形態3)
図39は、本発明の実施の形態3によるDRAMを説明するための断面図である。この図39におけるメモリセル領域の断面図は、図1における線分600−600における断面を示している。図39を参照して、本発明の実施の形態3によるDRAMのメモリセル領域には、半導体基板1の主表面に活性領域39を囲むようにトレンチ分離酸化膜40が形成されている。半導体基板1の主表面には、ソース/ドレイン領域201a〜201cが形成されている。ソース/ドレイン領域201a〜201cに隣接するチャネル領域上には、ゲート絶縁膜42a、42b、42eを介してゲート電極43a、43b、43eが形成されている。ゲート電極43a、43b、43e上にはシリコン窒化膜44a、44b、44eが形成されている。そして、このゲート絶縁膜42a、42b、42eとゲート電極43a、43b、43eとシリコン窒化膜44a、44b、44eとの側面には、シリコン窒化膜からなるサイドウォール46a〜46d、46h、46iが形成されている。シリコン窒化膜44a、44b、44eとサイドウォール46a〜46d、46h、46iと半導体基板1の主表面との上にはノンドープトシリコン酸化膜47が形成されている。ノンドープトシリコン酸化膜47上には第1の層間絶縁膜48が形成されている。第1の層間絶縁膜48上には第2の層間絶縁膜37が形成されている。第1および第2の層間絶縁膜48、37とノンドープトシリコン酸化膜47との一部を除去することにより、コンタクトホール38a、38bが形成されている。コンタクトホール38a、38bの内部にはそれぞれポリシリコンからなるプラグ57a、57bが形成されている。第2の層間絶縁膜37の上部表面の一部にはシリコン窒化膜58が形成されている。プラグ57a、57bと第2の層間絶縁膜37との上にはキャパシタ下部電極170a、170bが形成されている。キャパシタ下部電極170aと170bとの横には第3の層間絶縁膜77が形成されている。キャパシタ下部電極170a、170bの内側表面には粒状結晶74が形成されている。粒状結晶74と第3の層間絶縁膜77との上にはキャパシタの誘電体膜150が形成されている。誘電体膜150上にはキャパシタ上部電極151が形成されている。キャパシタ上部電極151上には第4の層間絶縁膜205が形成されている。そして、キャパシタ下部電極170aと170bとの間に位置する第3の層間絶縁膜77の一部の幅W2は、写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さい。
(Embodiment 3)
FIG. 39 is a cross sectional view for illustrating a DRAM according to the third embodiment of the present invention. 39 is a cross-sectional view taken along line 600-600 in FIG. Referring to FIG. 39, a trench
本発明の実施の形態3によるDRAMの周辺回路領域における断面図は、基本的に図2に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの周辺回路領域における断面図と同様の構造を示している。 The cross-sectional view in the peripheral circuit region of the DRAM according to the third embodiment of the present invention basically shows the same structure as the cross-sectional view in the peripheral circuit region of the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. .
このように、本発明の実施の形態3によるDRAMでは、図39に示すように、キャパシタ下部電極170a、170bの頂面と第3の層間絶縁膜77の上部表面とのそれぞれの高さがほぼ同一になっているので、メモリセル領域と周辺回路領域との間における、第4の層間絶縁膜205の上部表面での段差の発生を防止できる。このため、この第4の層間絶縁膜205上に配線層を写真製版加工により形成する場合にも、上記段差があることに起因して配線層のパターンが不鮮明になることを防止できる。これにより、上記配線層のパターンが不鮮明なことによって上記配線の断線や短絡といった問題が発生することを防止できる。これにより、高集積化を図ると同時にキャパシタの容量を確保するとともに、高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。また、第3の層間絶縁膜77の幅W2が写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さいので、従来よりもキャパシタ下部電極107a、107bの間の間隔を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより高集積化することができる。なお、第1および第2の実施の形態においても、この実施の形態3と同様にキャパシタ下部電極の間の層間絶縁膜の幅を写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さくすれば、同様の効果が得られる。
As described above, in the DRAM according to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 39, the heights of the top surfaces of the capacitor
図40〜42は、図39に示した本発明の実施の形態3によるDRAMの製造工程を説明するための断面図である。以下、図40〜42を参照して、本発明の実施の形態3によるDRAMの製造工程を説明する。 40 to 42 are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the DRAM according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. Hereinafter, a manufacturing process of the DRAM according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、本発明の実施の形態3によるDRAMのメモリセル領域においては、半導体基板1(図40参照)の主表面にトレンチ分離酸化膜40(図40参照)を形成する。半導体基板1の主表面上にゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜(図示せず)を形成する。このシリコン酸化膜上にゲート電極となるポリシリコン膜(図示せず)を形成する。このポリシリコン膜上にシリコン窒化膜(図示せず)を形成する。このシリコン窒化膜上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして、シリコン窒化膜とポリシリコン膜とシリコン酸化膜とをエッチングすることにより、ゲート絶縁膜42a、42b、42eと、ゲート電極43a、43b、43eと、シリコン窒化膜44a、44b、44e(図40参照)とを形成する。そして、全体を覆うように、シリコン窒化膜(図示せず)を形成する。その後、このシリコン窒化膜を異方性エッチングすることにより、サイドウォール46a〜46d、46h、46i(図40参照)を形成する。そして、全体を覆うように、ノンドープトシリコン酸化膜47(図40参照)を形成する。ノンドープトシリコン酸化膜47上に、リンドープトシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜48(図40参照)を形成する。第1の層間絶縁膜48上に、第2の層間絶縁膜37(図40参照)を形成する。第2の層間絶縁膜37上にレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして、第1および第2の層間絶縁膜48、37およびノンドープトシリコン酸化膜47の一部を除去することにより、コンタクトホール38a、38b(図40参照)を形成する。コンタクトホール38a、38bの内部にポリシリコンからなるプラグ57a、57bを形成する。第2の層間絶縁膜37とプラグ57a、57bとの上に、シリコン窒化膜58(図40参照)を形成する。シリコン窒化膜58上にシリコン酸化膜からなる第3の層間絶縁膜77を形成する。第3の層間絶縁膜77上にレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして、第3の層間絶縁膜77とシリコン窒化膜58との一部を除去することにより、開口部61a、61bを形成する。このようにして、図40に示すような構造を得る。ここで、開口部61aの幅をL1、開口部61aと61bとの間に位置する第3の層間絶縁膜77の一部の幅をW1とする。
First, in the memory cell region of the DRAM according to the third embodiment of the present invention, trench isolation oxide film 40 (see FIG. 40) is formed on the main surface of semiconductor substrate 1 (see FIG. 40). A silicon oxide film (not shown) serving as a gate insulating film is formed on the main surface of
次に、アルカリや酸などの水溶液を用いたウェットエッチングにより、第3の層間絶縁膜77の表面の一部を除去する。これにより、開口部61aの幅がL1からL2(図41参照)へ広がると同時に、開口部61aと61bとの間に位置する第3の層間絶縁膜77の一部の幅が、W1からW2(図41参照)へと小さくなる。このようにして、図41に示すような構造を得る。
Next, a part of the surface of the third
次に、図22および23に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの第3の変形例の製造工程を用いて、第3の層間絶縁膜77上と開口部61a、61bの内部とにアモルファスシリコン膜(図示せず)を形成する。そして、このアモルファスシリコン膜上に粒状結晶74(図42参照)を形成する。そして、第3の層間絶縁膜77の上部表面上に位置するアモルファスシリコン膜と粒状結晶とをドライエッチングなどを用いて除去することにより、図42に示すような構成を得る。
Next, by using the manufacturing process of the third modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 22 and 23, on the third
その後、粒状結晶74上と第3の層間絶縁膜77上とに誘電体膜150(図39参照)などを形成することにより、図39に示すような構造を得る。なお周辺回路領域は図3〜13に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの周辺回路領域と同様の製造工程により形成される。
Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 39) or the like is formed on the
図43は、本発明の実施の形態3によるDRAMの第1の変形例を示した断面図である。図43を参照して、本発明の実施の形態3によるDRAMの第1の変形例は、基本的には図39に示した本発明の実施の形態3によるDRAMと同様の構造を備える。ただし、この図43に示した本発明の実施の形態3によるDRAMの第1の変形例では、第3の層間絶縁膜をノンドープトシリコン酸化膜85とボロンドープトシリコン酸化膜86とから構成している。このように、第3の層間絶縁膜を2層構造にすることによって、後述する製造工程において、開口部61a、61bの幅を広げる際に、気相HFを用いて、上層のノンドープトシリコン酸化膜85をエッチングすることなく、ボロンドープトシリコン酸化膜86のみをエッチングし、開口部61a、61bの幅を広げることができる。これにより、開口部61a、61bの幅を広げ、その間に位置する第3の層間絶縁膜の一部の幅を小さくする工程において、この第3の層間絶縁膜の上部表面がエッチングにより除去されることを防止できる。このため、その後に形成されるキャパシタ下部電極170a、170bの側面の高さが低くなることを防止できる。この結果、キャパシタ下部電極の表面積が小さくなることを防止し、キャパシタの容量が低減することを防止できる。
FIG. 43 is a cross sectional view showing a first modification of the DRAM according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 43, the first modification of the DRAM according to the third embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the first modification of the DRAM according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 43, the third interlayer insulating film is composed of non-doped
図44〜46は、図43に示した本発明の実施の形態3によるDRAMの第1の変形例の製造工程を説明するための断面図である。以下、図44〜46を参照して、本発明の実施の形態3によるDRAMの第1の変形例の製造工程を説明する。 44 to 46 are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the first modification of the DRAM according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. A manufacturing process of the first modification of the DRAM according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
まず、図40に示した本発明の実施の形態3によるDRAMの製造工程と基本的に同様の工程により、図44に示したような構造を得る。ただし、図40に示した工程においては、第3の層間絶縁膜77は1層であったのに対し、この図44に示した工程においては、第3の層間絶縁膜はシリコン窒化膜58上にボロンドープトシリコン酸化膜86を形成した後、このボロンドープトシリコン酸化膜上にノンドープトシリコン酸化膜85を形成している。そして、このときの開口部61aの幅をL1、開口部61aと61bとの間に位置する第3の層間絶縁膜86、85の一部の幅をW1とする。
First, a structure as shown in FIG. 44 is obtained by a process basically similar to the manufacturing process of the DRAM according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the process shown in FIG. 40, the third
次に、図45に示すように、気相HFを用いて、ボロンドープトシリコン酸化膜86の側面のみをエッチングにより除去する。このため、開口部61aの幅はL2となり、開口部61aと61bの間に位置する第3の層間絶縁膜86の一部の幅をW2と、最初のエッチングにより形成された幅W1よりも小さくすることができる。
Next, as shown in FIG. 45, only the side surfaces of the boron-doped
そして、図42に示した本発明の実施の形態3によるDRAMの製造工程において、キャパシタ下部電極170a、170b(図42参照)と粒状結晶74(図42参照)とを形成した工程と同様の工程により、図46に示すように、開口部61a、61bの内部にキャパシタ下部電極170a、170bと粒状結晶74とを形成する。
Then, in the manufacturing process of the DRAM according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 42, the same process as the process of forming capacitor
その後、誘電体膜150(図43参照)などを形成することにより、図43に示すような構造を得る。 Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 43) and the like are formed to obtain a structure as shown in FIG.
図47は、本発明の実施の形態3によるDRAMの第2の変形例を示した断面図である。図47を参照して、本発明の実施の形態3によるDRAMの第2の変形例は、基本的には、図39に示した本発明の実施の形態3によるDRAMと同様の構造を備えている。ただし、この図47に示した本発明の実施の形態3によるDRAMの第2の変形例では、キャパシタ下部電極170a、170bの側面が湾曲面を有している。このため、キャパシタ下部電極170a、170bの側面の表面積を、図39に示したようなキャパシタの下部電極170a、170bのように平面状にした場合よりも、大きくすることができる。このため、一定のキャパシタ容量を確保しながら、従来よりもよりキャパシタの占有面積を小さくすることができ、この結果、半導体装置をより微細化することが可能となる。
FIG. 47 is a cross sectional view showing a second modification of the DRAM according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 47, the second modification of the DRAM according to the third embodiment of the present invention basically has a structure similar to that of the DRAM according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. Yes. However, in the second modification of the DRAM according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 47, the side surfaces of capacitor
図48および49は、図47に示した本発明の実施の形態3によるDRAMの第2の変形例の製造工程を説明するための断面図である。図48および49を参照して、以下に本発明の実施の形態3によるDRAMの第2の変形例の製造工程を説明する。 48 and 49 are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the second modification of the DRAM according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. Referring to FIGS. 48 and 49, the manufacturing process of the second modification of the DRAM according to the third embodiment of the present invention will be described below.
まず、図40に示した本発明の実施の形態3によるDRAMの製造工程の第1工程を実施する。ただし、第3の層間絶縁膜77(図48参照)をドライエッチングする際に、このエッチングの雰囲気圧力を高圧にする。これにより、図48に示すように、開口部61a、61bの内部における第3の層間絶縁膜77の側面を湾曲面を有するように形成することができる。なお、このエッチング工程においては、第3の層間絶縁膜77の側面を保護する膜を形成するためのエッチングガスの雰囲気ガスへの混入量を減少させてもよい。このエッチング工程において用いるエッチングガスとしては、CHF3 /CF4 系のガスを用いてもよい。この場合には、CF4 の流量を増やすことが湾曲面を形成することに対し有効であり、また、O2 などのガスを混合することも有効である。
First, the first step of the manufacturing process of the DRAM according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 40 is performed. However, when the third interlayer insulating film 77 (see FIG. 48) is dry-etched, the atmospheric pressure of this etching is increased. Thus, as shown in FIG. 48, the side surface of the third
次に、図49に示すように、本発明の実施の形態3によるDRAMの図42に示した製造工程と同じように、開口部61a、61bの内部にキャパシタ下部電極170a、170bと粒状結晶74とを形成する。
Next, as shown in FIG. 49, capacitor
その後、誘電体膜150(図47参照)などを形成することにより、図47に示すような構成を得る。なお、このようにキャパシタ下部電極170a、170bの側面を湾曲面を有するように形成することは、図1〜26に示した本発明の実施の形態1によるDRAMのキャパシタ下部電極に適用しても、また他の円筒型キャパシタ下部電極を有する実施例に適用しても同様の効果が得られる。
Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 47) and the like are formed to obtain a configuration as shown in FIG. Forming the side surfaces of capacitor
(実施の形態4)
図50は、本発明の実施の形態4によるDRAMの断面図を示している。ここで、図50に示したメモリセル領域の断面は、図1に示したDRAMのメモリセルの平面模式図の線分500−500における断面を示している。そして、この図50に示した本発明の実施の形態4によるDRAMは、基本的には図2に示した本発明の実施の形態1によるDRAMと同様の構造を備える。ただし、この実施の形態4によるDRAMでは、キャパシタ下部電極170aと第3の層間絶縁膜77との間に後述する製造工程に示すように空隙が形成され、この空隙において誘電体膜150とキャパシタ上部電極151とが形成されている。また、第3の層間絶縁膜77の上部表面の位置はキャパシタ下部電極170aの頂面とほぼ同様の高さに位置するように形成されている。このように、本発明の実施の形態4によるDRAMでは、後述する製造工程においてキャパシタ下部電極170aと第3の層間絶縁膜77との間に空隙を形成するので、キャパシタ下部電極170aの側面をキャパシタとして利用できる。このため、キャパシタ下部電極170aの形状を変えずに、キャパシタの容量を増大させることができる。
(Embodiment 4)
FIG. 50 is a sectional view of a DRAM according to the fourth embodiment of the present invention. Here, the cross section of the memory cell region shown in FIG. 50 is a cross section taken along line segment 500-500 in the schematic plan view of the memory cell of the DRAM shown in FIG. The DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 50 basically has the same structure as the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the DRAM according to the fourth embodiment, a gap is formed between capacitor
また、第3の層間絶縁膜77をメモリセル領域から周辺回路領域にまで延在するように形成しているので、メモリセル領域と周辺回路領域とにおいてキャパシタ上部電極151上に第4の層間絶縁膜を形成した場合でも、メモリセル領域と周辺回路領域との間における上記第4の層間絶縁膜の上部表面において段差の発生を防止できる。また、後述する製造工程において示すように、キャパシタ下部電極170aの側面のみに空隙を形成するので、キャパシタ下部電極170aの底面においてはキャパシタ下部電極170aと第2の層間絶縁膜37とが上記空隙を形成した際にも、常に接触した状態になっている。このため、上記空隙が形成された状態で半導体基板を洗浄するような工程においても、キャパシタ下部電極170aの底面が第2の層間絶縁膜37と接触していることにより、この第2の層間絶縁膜37が物理的な衝撃に対する補強部材として作用する。このため、上記したような洗浄工程などにおける物理的な振動によりキャパシタ下部電極170aが折損するといった問題の発生を防止できる。
Further, since the third
図51〜55は、図50に示した本発明の実施の形態4によるDRAMの製造工程を説明するための断面図である。図51〜55を参照して、本発明の実施の形態4によるDRAMの製造工程を説明する。 51 to 55 are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. A manufacturing process of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、図3〜9に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの製造工程を実施した後、第2の層間絶縁膜37(図51参照)上にシリコン窒化膜58(図51参照)と第3の層間絶縁膜77(図51参照)とを形成する。第3の層間絶縁膜77上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして第3の層間絶縁膜77の一部を異方性エッチングにより除去する。これにより開口部61(図51参照)を形成する。そして、開口部61の底部においてシリコン窒化膜58をエッチングにより除去する。ここで、図39に示した本発明の実施の形態3のように、エッチングにより開口部61の幅を広げてもよい。このようにすることにより、さらに実施の形態3と同様の効果が得られる。その後、第3の層間絶縁膜77上と開口部61の内部とにシリコン窒化膜99(図51参照)を形成する。このようにして、図51に示すような構造を得る。この際、開口部61の底部におけるシリコン窒化膜58を除去せずに、シリコン窒化膜99を第3の層間絶縁膜77上と開口部61の内部とに形成してもよい。
First, after performing the manufacturing process of the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 3 to 9, the silicon nitride film 58 (see FIG. 51) and the second interlayer insulating film 37 (see FIG. 51) are formed. A third interlayer insulating film 77 (see FIG. 51) is formed. After a resist pattern (not shown) is formed on the third
次に、シリコン窒化膜99の一部を異方性エッチングにより除去することにより、開口部61の内部にシリコン窒化膜からなるサイドウォール100を形成することにより、図52に示すような構造を得る。
Next, a part of the
次に、図53に示すように、第3の層間絶縁膜77上と開口部61内部とにポリシリコンやアモルファスシリコンなどの導電体膜101を形成する。
Next, as shown in FIG. 53, a
次に、実施の形態1と同様にエッチングなどにより第3の層間絶縁膜77上に位置する導電体膜101の一部を除去する。これにより、図54に示すような構造を得る。この工程により、各ビットごとのキャパシタ下部電極170aが分離される。
Next, as in the first embodiment, a part of the
次に、エッチングによりシリコン窒化膜からなるサイドウォール100を選択的に除去することにより、キャパシタ下部電極170aと第3の層間絶縁膜77との間に空隙を形成する。このようにして、図55に示すような構造を得る。
Next, by selectively removing the
その後、誘電体膜150(図50参照)などを形成することにより、図50に示すような構造を得る。なお周辺回路領域は図3〜13に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの周辺回路領域と同様の製造工程により形成される。 Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 50) and the like are formed to obtain a structure as shown in FIG. The peripheral circuit region is formed by the same manufacturing process as the peripheral circuit region of the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS.
図56は、本発明の実施の形態4によるDRAMの第1の変形例を示した断面図である。図56を参照して、本発明の実施の形態4によるDRAMの第1の変形例は、基本的には図50に示した本発明の実施の形態4によるDRAMと同様の構造を備える。ただし、この第1の変形例では、キャパシタ下部電極170aと第3の層間絶縁膜77との間に位置するシリコン窒化膜からなるサイドウォール100が一部残存した状態で、キャパシタが形成されている。このように、サイドウォール100を一部残存させているので、このサイドウォール100の残存量を変更することで、キャパシタとして作用するキャパシタ下部電極170aの外部側面の表面積を変更することができる。これにより、キャパシタ下部電極170aの構造を変更することなく、キャパシタの容量を変更することが可能となる。また、残存するサイドウォール100の一部も物理的衝撃に対する上記補強部材の一部として作用するので、洗浄工程などにおける物理的な振動によるキャパシタ下部電極170aの折損といった問題の発生をより有効に防止できる。
FIG. 56 is a cross sectional view showing a first modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 56, the first modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. However, in this first modification, the capacitor is formed with a portion of the
図57は、図56に示した本発明の実施の形態4によるDRAMの第1の変形例の製造工程を説明するための断面図である。以下、図57を参照して、本発明の実施の形態4によるDRAMの第1の変形例の製造工程を説明する。 FIG. 57 is a cross sectional view for illustrating a manufacturing step in the first modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. The manufacturing process of the first modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
まず、図51〜54に示した本発明の実施の形態4によるDRAMの製造工程を実施した後、図57に示すように、サイドウォール100の一部が残存するようにサイドウォール100の一部をエッチングにより除去する。この際、ウェットエッチングを用いる場合には、エッチング液への浸漬時間を制御することにより、このようにサイドウォール100の一部のみを除去することができる。
First, after performing the manufacturing process of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIGS. 51 to 54, a part of the
その後、誘電体膜150(図56参照)などを形成することにより、図56に示すような構造を得る。 Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 56) and the like are formed to obtain a structure as shown in FIG.
図58は、本発明の実施の形態4によるDRAMの第2の変形例を示した断面図である。図58を参照して、本発明の実施の形態4によるDRAMの第2の変形例は、基本的には図50に示した本発明の実施の形態4によるDRAMと同様の構造を備える。ただし、図58に示した本発明の実施の形態4によるDRAMの第2の変形例では、後述する製造工程において、キャパシタ下部電極170aと第3の層間絶縁膜77との間に位置する空隙が、キャパシタ下部電極170aの底面の一部も露出させるように形成されている。そして、このキャパシタ下部電極170aの底面の一部もその上に誘電体膜150などが形成されることにより、キャパシタとして作用している。このように形成することで、キャパシタの容量をより増大させることができる。
FIG. 58 is a cross sectional view showing a second modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 58, the second modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the second modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 58, a gap located between capacitor
図59は、図58に示した本発明の実施の形態4によるDRAMの第2の変形例の製造工程を説明するための断面図である。図59を参照して、以下に本発明の実施の形態4によるDRAMの第2の変形例の製造工程を説明する。 FIG. 59 is a cross sectional view for illustrating a manufacturing process of the second variation of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. Referring to FIG. 59, the manufacturing process of the second modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention will be described below.
まず、図51〜54に示した本発明の実施の形態4によるDRAMの製造工程を実施した後、図59に示すように、キャパシタ下部電極170aと第3の層間絶縁膜77との間に位置するサイドウォール100(図54参照)を除去するエッチングを実施した後、そのサイドウォール100の下に位置する第2の層間絶縁膜37の一部も除去するようにエッチングを行なう。このようにして、キャパシタ下部電極170aの外部側面と底面の一部とを露出させるように、空隙を形成することができる。そして、このときキャパシタ下部電極170aの底面のその他の一部は、第2の層間絶縁膜37と接触した状態なので、この後に洗浄工程などを実施した場合でも、洗浄工程などにおける物理的な衝撃に対して、第2の層間絶縁膜37がキャパシタ下部電極170aの折損などを防止する補強部材として作用する。
First, after performing the manufacturing process of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIGS. 51 to 54, as shown in FIG. 59, it is located between the capacitor
その後、誘電体膜150(図58参照)などを形成することにより、図58に示すような構造を得る。 Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 58) is formed to obtain a structure as shown in FIG.
図60は、本発明の実施の形態4によるDRAMの第3の変形例を示した断面図である。図60を参照して、本発明の実施の形態4によるDRAMの第3の変形例は、基本的には図50に示した本発明の実施の形態4によるDRAMと同様の構造を備える。ただし、この本発明の実施の形態4によるDRAMの第3の変形例では、キャパシタ下部電極170aの内側表面に粒状結晶74が形成されている。このため、キャパシタ下部電極170aの占有面積を大きくすることなく、キャパシタ下部電極170aの表面積を大きくすることができる。これにより、キャパシタの容量を大きくすることができる。その結果、一定のキャパシタ容量を確保しながら、キャパシタ下部電極170aの占有面積を小さくすることができる。これにより、半導体装置の微細化を図ることが可能となる。
FIG. 60 is a cross sectional view showing a third modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 60, the third modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the third modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention,
図61〜63は、図60に示した本発明の実施の形態4によるDRAMの第3の変形例の製造工程を説明するための断面図である。以下、図61〜63を参照して、本発明の実施の形態4によるDRAMの第3の変形例の製造工程を説明する。 61 to 63 are cross-sectional views for describing a manufacturing process of the third modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. A manufacturing process of the third modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
まず、図51〜53に示した本発明の実施の形態4によるDRAMの製造工程を実施した後、導電体膜101上に粒状結晶74を実施の形態1などで用いた工程と同様の工程により形成する。このようにして、図61に示すような構造を得る。
First, after performing the manufacturing process of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIGS. 51 to 53, the
次に、図62に示すように、第3の層間絶縁膜77上に位置する導電体膜101と粒状結晶74とをエッチングにより除去する。なお、ここではCMP法を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 62, the
次に、開口部61の内部におけるサイドウォール100をエッチングにより除去することにより、図63に示すように、キャパシタ下部電極170aと第3の層間絶縁膜77との間に空隙を形成する。
Next, by removing the
その後、キャパシタの誘電体膜150(図60参照)などを形成することにより、図60に示したような構造を得る。 Thereafter, a capacitor dielectric film 150 (see FIG. 60) and the like are formed to obtain a structure as shown in FIG.
図64は、本発明の実施の形態4によるDRAMの第4の変形例を示した断面図である。図64を参照して、本発明の実施の形態4によるDRAMの第4の変形例は、基本的には、図50に示した本発明の実施の形態4によるDRAMと同様の構造を備える。ただし、この本発明の実施の形態4によるDRAMの第4の変形例では、キャパシタ下部電極170aの内側表面および外部側面全体に粒状結晶74が形成されている。このため、キャパシタ下部電極170aの占有面積を大きくすることなく、キャパシタ下部電極170aの表面積をより大きくできる。これにより、一定のキャパシタ容量を確保しながら、従来よりキャパシタ下部電極170aの占有面積をより小さくすることが可能となる。この結果、半導体装置をより微細化することができる。また、ここで、開口部61を形成した後、実施の形態3のようにこの開口部61の幅をエッチングにより広げることにより、キャパシタ下部電極170aと他のキャパシタ下部電極との間に位置する第3の層間絶縁膜77の幅を写真製版加工により形成可能な最終加工寸法よりも小さくしてもよい。これにより、半導体装置をより高集積化することが可能となる。
FIG. 64 is a cross sectional view showing a fourth modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 64, the fourth modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the fourth modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention,
図65は、図64に示した本発明の実施の形態4によるDRAMの第4の変形例の製造工程を説明するための断面図である。図65を参照して、図64に示した本発明の実施の形態4によるDRAMの第4の変形例の製造工程を説明する。 FIG. 65 is a cross sectional view for illustrating a manufacturing process of the fourth variation of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. Referring to FIG. 65, the manufacturing process of the fourth modification of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 64 will be described.
まず、図51〜55に示した本発明の実施の形態4によるDRAMの製造工程を実施する。その後、キャパシタ下部電極170aの表面に本発明の実施の形態1で用いた工程と同じ工程により粒状結晶74(図65参照)を形成する。このようにして、図65に示すような構造を得る。
First, the manufacturing process of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIGS. Thereafter, granular crystals 74 (see FIG. 65) are formed on the surface of capacitor
その後、誘電体膜150(図64参照)などを形成することにより、図64に示したような構造を得る。 Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 64) and the like are formed to obtain a structure as shown in FIG.
(実施の形態5)
図66は、本発明の実施の形態5によるDRAMを示した断面図である。図66を参照して、本発明の実施の形態5によるDRAMは、基本的には図50に示した本発明の実施の形態4によるDRAMと同様の構造を備える。ただし、この実施の形態5によるDRAMのキャパシタ下部電極105は、厚膜型の形状を有している。そして、このように本発明の実施の形態5によるDRAMでは、キャパシタ下部電極105の側面と第3の層間絶縁膜77との間に空隙を形成し、キャパシタ下部電極105の側面上に誘電体膜150およびキャパシタ上部電極151を形成しているので、キャパシタの容量を増大させることができる。また、キャパシタ下部電極105の側面と第3の層間絶縁膜77との間にのみ、後述する製造工程において空隙を形成するので、このような空隙を形成した状態において、キャパシタ下部電極105の底面と第2の層間絶縁膜37とが接触した状態にすることができる。このため、上記空隙が形成された状態で、この半導体装置が形成されている半導体基板を洗浄するような工程を実施しても、このキャパシタ下部電極105の底面と接触している第2の層間絶縁膜37が補強部材として作用し、上記洗浄工程などにおける物理的な振動によりキャパシタ下部電極105の一部が折損するというような問題の発生を防止できる。
(Embodiment 5)
FIG. 66 is a cross sectional view showing a DRAM according to the fifth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 66, the DRAM according to the fifth embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. However, the capacitor
また、キャパシタ下部電極105が第3の層間絶縁膜77に埋込まれた状態になっているので、このキャパシタ下部電極105に起因して、メモリセル領域と周辺回路領域等における第4の層間絶縁膜205の上部表面に段差が発生することを防止できる。このため、第4の層間絶縁膜205上にアルミニウムなどからなる配線層を写真製版加工により形成する場合にも、第4の層間絶縁膜205の上部表面に段差があることに起因してこの配線層のパターンが不鮮明になることを防止できる。このため、上記配線層のパターンが不鮮明なことに起因して、上記配線層の断線や短絡といった問題が発生することを防止できる。この結果、高集積化を図ると同時に、キャパシタの容量を確保するとともに、高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。
Further, since the capacitor
また、この実施の形態5において、開口部61の幅をエッチングにより広げることにより、キャパシタ下部電極105と他のキャパシタ下部電極との間に位置する第3の層間絶縁膜77の一部の幅を写真製版加工により形成可能な最小加工寸法より小さくしてもよい。これにより、従来よりもキャパシタ下部電極105と他のキャパシタ下部電極との間の間隔を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより高集積化することも可能となる。
In the fifth embodiment, the width of the
図67〜69は、図66に示した本発明の実施の形態5によるDRAMの製造工程を説明するための断面図である。図67〜69を参照して、以下に本発明の実施の形態5によるDRAMの製造工程を説明する。 67 to 69 are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the DRAM according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. With reference to FIGS. 67 to 69, a manufacturing process of the DRAM according to the fifth embodiment of the present invention will be described below.
まず、図51および52に示した本発明の実施の形態4によるDRAMの製造工程を実施した後、図67に示すように第3の層間絶縁膜77上と開口部61内部とに、アモルファスシリコンなどからなる誘電体膜104を形成する。
First, after performing the manufacturing process of the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIGS. 51 and 52, amorphous silicon is formed on the third
次に、ドライエッチングもしくはCMP法を用いて、第3の層間絶縁膜77上に位置する誘電体膜104の一部を除去することにより、図68に示すような構造を得る。このようにして、キャパシタ下部電極105が形成される。
Next, a part of the
次に、図69に示すようにサイドウォール100(図68参照)をエッチングにより除去することにより、キャパシタ下部電極105と第3の層間絶縁膜77との間に空隙を形成する。
Next, as shown in FIG. 69, the sidewall 100 (see FIG. 68) is removed by etching to form a gap between the capacitor
その後、キャパシタ下部電極105の表面と第3の層間絶縁膜77上とに誘電体膜150(図66参照)などを形成することにより、図66に示すような構造を得る。なお周辺回路領域は図3〜13に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの周辺回路領域と同様の製造工程により形成される。
Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 66) or the like is formed on the surface of the capacitor
図70は、本発明の実施の形態5によるDRAMの変形例を示した断面図である。図70を参照して、本発明の実施の形態5によるDRAMの変形例は、基本的には図66に示した本発明の実施の形態5によるDRAMと同様の構造を備える。ただし、この本発明の実施の形態5によるDRAMの変形例では、キャパシタ下部電極105の表面に粒状結晶74が形成されている。このため、図66に示した本発明の実施の形態5による効果に加えて、キャパシタ下部電極105の占有面積を大きくすることなく、キャパシタ下部電極の表面積をより大きくすることが可能となる。これにより、キャパシタの容量を大きくすることができる。このため、一定のキャパシタ容量を確保しながら、従来よりキャパシタ下部電極105の占有面積をより小さくすることができる。この結果、半導体装置をより微細化することができる。
FIG. 70 is a cross sectional view showing a modification of the DRAM according to the fifth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 70, the modification of the DRAM according to the fifth embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the modification of the DRAM according to the fifth embodiment of the present invention,
図71は、図70に示した本発明の実施の形態5によるDRAMの変形例の製造工程を説明するための断面図である。図71を参照して、以下に本発明の実施の形態5によるDRAMの製造工程を説明する。 71 is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing process of a variation of the DRAM according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. Referring to FIG. 71, a manufacturing process of the DRAM according to the fifth embodiment of the present invention will be described below.
まず、図67〜69に示した本発明の実施の形態5によるDRAMの製造工程を実施した後、図71に示すように、キャパシタ下部電極105の表面に粒状結晶74を形成する。この粒状結晶74の形成工程としては、実施の形態1において用いた粒状結晶を形成する工程と同様の工程を用いる。
First, after implementing the manufacturing process of the DRAM according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIGS. 67 to 69, a
その後、第3の層間絶縁膜77上とキャパシタ下部電極105の表面上とに誘電体膜150(図70参照)などを形成することにより、図70に示すような構造を得る。
Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 70) or the like is formed on the third
(実施の形態6)
図72は、本発明の実施の形態6によるDRAMを示した断面図である。図72におけるメモリセル領域の断面図は、図1に示したDRAMのメモリセルの平面模式図における線分700−700における断面を示している。
(Embodiment 6)
FIG. 72 is a cross sectional view showing a DRAM according to the sixth embodiment of the present invention. 72 is a cross-sectional view taken along line 700-700 in the schematic plan view of the memory cell of the DRAM shown in FIG.
図72を参照して、本発明の実施の形態6によるDRAMのメモリセル領域においては、半導体基板1の主表面に活性領域39を囲むようにトレンチ分離酸化膜40が形成されている。半導体基板1の主表面には、ソース/ドレイン領域201b、201cが形成されている。半導体基板1の主表面上には、ゲート絶縁膜42bを介してゲートで43bが形成されている。ゲート電極43b上にはシリコン窒化膜44bが形成されている。シリコン窒化膜44bとゲート電極43bとゲート絶縁膜42bとの側面には、シリコン窒化膜からなるサイドウォール46c、46dが形成されている。シリコン窒化膜44bとサイドウォール46c、46dと半導体基板1の主表面上とには、ノンドープトシリコン酸化膜47が形成されている。ノンドープトシリコン酸化膜47上には、第1の層間絶縁膜48が形成されている。第1の層間絶縁膜48上には、ドープトポリシリコン膜52と高融点金属シリサイド膜53とからなるビット線174が形成されている。ビット線174上には、シリコン窒化膜54が形成されている。シリコン窒化膜54とビット線174との側面には、シリコン窒化膜からなるサイドウォール55a、55bが形成されている。シリコン窒化膜54とサイドウォール55a、55bと第1の層間絶縁膜48との上には、第2の層間絶縁膜37が形成されている。第1および第2の層間絶縁膜48、37とノンドープトシリコン酸化膜47との一部を除去することにより、開口部110が形成されている。そして、この第2の層間絶縁膜37は、メモリセル領域から周辺回路領域にまで延在するように形成されている。開口部110の内部には、アモルファスシリコンもしくはポリシリコンからなるキャパシタ下部電極112が、その一部が第2の層間絶縁膜37の上方に延びるように形成されている。キャパシタ下部電極112上と第2の層間絶縁膜37上とに、誘電体膜150が形成されている。誘電体膜150上には、キャパシタ上部電極151が形成されている。キャパシタ下部電極151上には、第3の層間絶縁膜205が形成されている。そして、この実施の形態6によるDRAMの周辺回路領域における構造は、基本的に図2に示した本発明の実施の形態1によるDRAMと同様である。
Referring to FIG. 72, in the memory cell region of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention, trench
このように、本発明の実施の形態6によるDRAMでは、キャパシタ下部電極112が、第2の層間絶縁膜37に部分的に埋込まれた状態になっている。このため、従来と比べて、メモリセル領域における第2の層間絶縁膜37の上部表面と、キャパシタ下部電極112の頂面との段差を小さくすることができる。これにより、第3の層間絶縁膜205をメモリセル領域と周辺回路領域とに形成した場合でも、第3の層間絶縁膜205の上部表面において、メモリセル領域と周辺回路領域との間における段差を小さくすることができる。この結果、第3の層間絶縁膜205上にアルミニウムなどからなる配線層を写真製版加工により形成する場合にも、第3の層間絶縁膜205の上部表面の段差に起因して、この配線層のパターンが不鮮明になることを防止できる。その結果、この配線層のパターンが不鮮明なために上記配線層の断線や短絡といった問題の発生を防止できる。この結果、高集積化を図ると同時にキャパシタの容量を確保するとともに、高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。
As described above, in the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention, the capacitor
また、図72に示すように、キャパシタ下部電極112とシリコン窒化膜54とサイドウォール55bとが接触しているので、後述する製造工程において、開口部110を形成するためのエッチングにおいて、シリコン窒化膜54とサイドウォール55bとをマスクとして利用できる。このため、従来のように、キャパシタ下部電極と、半導体基板1の主表面におけるソース/ドレイン領域201bとを接続するためのコンタクトホールを形成するために、レジストパターンのパターニングをする工程が不要となる。このため、製造工程数を削減することができる。
72, since the capacitor
図73〜77は、図72に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの製造工程を説明するための断面図である。図73〜77を参照して、以下に本発明の実施の形態6によるDRAMの製造工程を説明する。 73 to 77 are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. A manufacturing process of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
まず、半導体基板1(図73参照)の主表面に活性領域39を囲むようにトレンチ分離酸化膜40(図73参照)を形成する。半導体基板1の主表面上にゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜(図示せず)を形成する。シリコン酸化膜上にゲート電極となるポリシリコン膜(図示せず)を形成する。ポリシリコン膜上にシリコン窒化膜(図示せず)を形成する。シリコン窒化膜上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして、上記シリコン窒化膜、ポリシリコン膜、シリコン酸化膜の一部をエッチングにより除去する。このようにして、ゲート絶縁膜42b(図73参照)、ゲート電極43b(図73参照)、シリコン窒化膜44b(図73参照)を形成する。その後、レジストパターンを除去する。次に、全体を覆うようにシリコン窒化膜(図示せず)を形成する。このシリコン窒化膜の一部を異方性エッチングにより除去することにより、ゲート絶縁膜42b、ゲート電極43b、シリコン窒化膜44bの側面にサイドウォール46c、46d(図73参照)を形成する。全体を覆うように、ノンドープトシリコン酸化膜47(図73参照)を形成する。ノンドープトシリコン酸化膜47上に第1の層間絶縁膜48(図73参照)を形成する。第1の層間絶縁膜48上にドープトポリシリコン膜(図示せず)を形成する。ドープトポリシリコン膜上に高融点金属シリサイド膜(図示せず)を形成する。高融点金属シリサイド膜上にシリコン窒化膜(図示せず)を形成する。シリコン窒化膜上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、上記シリコン窒化膜、高融点金属シリサイド膜、ドープトポリシリコン膜の一部を除去することにより、ドープトポリシリコン膜52(図73参照)と高融点金属シリサイド膜53(図73参照)とからなるビット線174(図73参照)とシリコン窒化膜54(図73参照)とを形成する。全体を覆うようにシリコン窒化膜(図示せず)を形成した後、このシリコン窒化膜の一部を異方性エッチングにより除去することにより、サイドウォール55a、55b(図73参照)を形成する。シリコン窒化膜54上に第2の層間絶縁膜37(図73参照)を形成する。第2の層間絶縁膜37上にボロンドープトシリコン酸化膜60(図73参照)を形成する。このようにして、図73に示すような構造を得る。なお、周辺回路領域における電界効果型トランジスタおよび配線の製造工程は、本発明の実施の形態1によるDRAMの周辺回路領域の電界効果型トランジスタおよび配線の製造工程と同様である。
First, a trench isolation oxide film 40 (see FIG. 73) is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 (see FIG. 73) so as to surround the
次に、ボロンドープトシリコン酸化膜60上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして用いて、ボロンドープトシリコン酸化膜60と第2の層間絶縁膜37と第1の層間絶縁膜48とノンドープトシリコン酸化膜47との一部を除去することにより、開口部110(図74参照)を形成する。この開口部110を形成するエッチングにおいては、シリコン窒化膜54、44bと、サイドウォール55b、46cとが、マスクの一部として使用されることになり、開口部110を自己整合的にソース/ドレイン領域201bにまで到達させることができる。その後、レジストパターンを除去することにより、図74に示すような構造を得る。
Next, after forming a resist pattern (not shown) on the boron-doped
ここで、開口部110の幅を等方性エッチングを用いることによって、この開口部110の幅を広げてもよい。これにより、開口部110と他のキャパシタ下部電極のための開口部との間に位置する第2の層間絶縁膜37の一部の幅を写真製版加工による形成可能な最小加工寸法よりも小さくすることが可能となる。これにより、この開口部110においてキャパシタ下部電極112(図72参照)を形成した場合にも、このキャパシタ下部電極112と他のキャパシタ下部電極との間の間隔を従来よりも小さくすることができる。この結果、半導体装置をより高集積化することが可能となる。
Here, the width of the
次に、図75に示すように、ボロンドープトシリコン酸化膜60上と開口部110の内部とにアモルファスシリコンなどからなる導電体膜111を形成する。
Next, as shown in FIG. 75, a
次に、図76に示すように、ボロンドープトシリコン酸化膜60上に位置する導電体膜111(図75参照)をドライエッチングもしくはCMP法を用いて除去することにより、キャパシタ下部電極112を形成する。
Next, as shown in FIG. 76, the capacitor
次に、図77に示すように、ボロンドープトシリコン酸化膜(図76参照)をエッチングにより除去する。 Next, as shown in FIG. 77, the boron-doped silicon oxide film (see FIG. 76) is removed by etching.
その後、キャパシタ下部電極112上と第2の層間絶縁膜37上とに誘電体膜150(図72参照)などを形成することにより、図72に示すような構造を得る。
Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 72) or the like is formed on the capacitor
図78は、本発明の実施の形態6によるDRAMの第1の変形例を示した断面図である。図78を参照して、本発明の実施の形態6によるDRAMの第1の変形例は、基本的には図72に示した本発明の実施の形態6によるDRAMと同じ構造を備える。但し、この本発明の実施の形態6によるDRAMの第1の変形例では、キャパシタ下部電極112の内部表面に粒状結晶74が形成されている。このため、キャパシタ下部電極112の半導体基板1上での占有面積を大きくすることなく、キャパシタ下部電極112の表面積を大きくすることができる。これにより、キャパシタの容量を大きくすることができる。この結果、一定のキャパシタ容量を確保しつつキャパシタ下部電極112の占有面積を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより微細化することができる。
FIG. 78 is a cross sectional view showing a first modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 78, the first modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the first modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention,
この実施の形態6によるDRAMの第1の変形例の製造工程としては、図73〜75に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの製造工程を実施した後、図22に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの第3の変形例の製造工程を実施する。その後、図76および77に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの製造工程を実施することにより、図78に示すような構造を得ることができる。 As a manufacturing process of the first modification of the DRAM according to the sixth embodiment, the manufacturing process of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIGS. 73 to 75 is performed, and then the present invention shown in FIG. A manufacturing process of the third modification of the DRAM according to the first embodiment is performed. Thereafter, the structure shown in FIG. 78 can be obtained by performing the manufacturing process of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIGS.
図79は、本発明の実施の形態6によるDRAMの第2の変形例を示した断面図である。図79を参照して、本発明の実施の形態6によるDRAMの第2の変形例は、基本的には図72に示した本発明の実施の形態6によるDRAMと同様の構造を備える。しかし、この図79に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの第2の変形例では、キャパシタ下部電極112の内側表面および外部側面にも粒状結晶74が形成されている。このため、キャパシタ下部電極112の占有面積を大きくすることなく、キャパシタ下部電極112の表面積を大きくすることができる。このため、一定のキャパシタ容量を確保しながら、よりキャパシタ下部電極112の占有面積を小さくすることが可能となる。
FIG. 79 is a cross sectional view showing a second modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 79, the second modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the second modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 79,
図80は、図79に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの第2の変形例の製造工程を説明するための断面図である。図80を参照して、以下に本発明の実施の形態6によるDRAMの第2の変形例の製造工程を説明する。 FIG. 80 is a cross sectional view for illustrating a manufacturing step in the second modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. Referring to FIG. 80, the manufacturing process of the second modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention will be described below.
まず、図73〜77に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの製造工程を実施した後、キャパシタ下部電極112の表面に粒状結晶74(図80参照)を形成する。この粒状結晶74の形成工程としては、本発明の実施の形態1において粒状結晶を形成するのに用いた工程を用いる。このようにして、図80に示すような構造を得る。
First, after performing the manufacturing process of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIGS. 73 to 77, granular crystals 74 (see FIG. 80) are formed on the surface of the capacitor
その後、粒状結晶74上と第2の層間絶縁膜37上とに誘電体膜150(図79参照)などを形成することにより、図79に示すような構造を得る。
Thereafter, a dielectric film 150 (see FIG. 79) or the like is formed on the
図81は、本発明の実施の形態6によるDRAMの第3の変形例を示した断面図である。図81を参照して、本発明の実施の形態6によるDRAMの第3の変形例は、基本的には図72に示した本発明の実施の形態6によるDRAMと同様の構造を備える。ただし、この本発明の実施の形態6によるDRAMの第3の変形例では、キャパシタ下部電極92が厚膜型となるように形成されている。そして、この図81に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの第3の変形例においても、図72に示した本発明の実施の形態6によるDRAMと同様の効果が得られる。
FIG. 81 is a cross sectional view showing a third modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 81, the third modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the third modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention, capacitor
この図81に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの第3の変形例の製造工程としては、まず、図73および74に示した、本発明の実施の形態6によるDRAMの製造工程を実施した後、図28および29に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの製造工程を実施する。このようにして、図81に示すような構造を得る。 As a manufacturing process of the third modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 81, the manufacturing process of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIGS. Then, the manufacturing process of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. 28 and 29 is performed. In this way, a structure as shown in FIG. 81 is obtained.
図82は、本発明の実施の形態6によるDRAMの第4の変形例を示した断面図である。図82を参照して、本発明の実施の形態6によるDRAMの第4の変形例は、基本的には図81に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの第3の変形例と同様の構造を備える。しかし、この図82に示した第4の変形例では、キャパシタ下部電極92の側面にサイドウォール96、97を備えている。サイドウォール96、97は、その表面の少なくとも1部が曲面状に形成されている。このため、キャパシタ下部電極92にサイドウォール96、97を形成しない場合よりも、キャパシタ下部電極92の側面における表面積を大きくすることができる。これにより、キャパシタ容量を大きくすることが可能となる。このため、一定のキャパシタ容量を確保しながら、従来よりキャパシタ下部電極の占有面積を小さくすることができる。この結果、半導体装置をより微細化することができる。
FIG. 82 is a cross sectional view showing a fourth modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 82, the fourth modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention is basically the same as the third modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. The structure is provided. However, in the fourth modification shown in FIG. 82, sidewalls 96 and 97 are provided on the side surface of the capacitor
この図82に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの第4の変形例の製造工程としては、図73および74に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの製造工程を実施した後、図28および29に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの製造工程を実施する。その後、図31、32に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの第1の変形例の製造工程を実施する。このようにして、図82に示すような構造を得る。 As a manufacturing process of the fourth modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 82, the manufacturing process of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIGS. 28 and 29, the manufacturing process of the DRAM according to the second embodiment of the present invention is carried out. Thereafter, the manufacturing process of the first modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. 31 and 32 is performed. In this way, a structure as shown in FIG. 82 is obtained.
図83は、本発明の実施の形態6によるDRAMの第5の変形例を示した断面図である。図83を参照して、本発明の実施の形態6によるDRAMの第5の変形例は、基本的には図82に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの第4の変形例と同様の構造を備えるが、キャパシタ下部電極92の側面に形成されたサイドウォール96、97の表面に粒状結晶98をさらに備える。このため、この本発明の実施の形態6によるDRAMの第5の変形例は、粒状結晶98を備えるので、キャパシタ下部電極92の占有面積を大きくすることなく、キャパシタ下部電極の表面積をさらに大きくすることができる。これにより、キャパシタの容量を大きくすることができる。これにより、一定のキャパシタ容量を確保しながら、従来よりキャパシタ下部電極92の占有面積を小さくすることができ、半導体装置をより微細化することができる。
FIG. 83 is a cross sectional view showing a fifth modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 83, the fifth modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention is basically the same as the fourth modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. However, a
この図83に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの第5の変形例の製造工程としては、まず、図73および74に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの製造工程を実施した後、図28および29に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの製造工程を実施する。そして、図31および32に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの第1の変形例の製造工程を実施した後、図36に示した本発明の実施の形態2によるDRAMの第3の変形例の製造工程を実施する。このようにして、図83に示すような構造を得る。 As a manufacturing process of the fifth modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 83, first, the manufacturing process of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIGS. Thereafter, the manufacturing process of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. Then, after performing the manufacturing process of the first modification of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. 31 and 32, the third step of the DRAM according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. The manufacturing process of the modified example is performed. In this way, a structure as shown in FIG. 83 is obtained.
図84は、本発明の実施の形態6によるDRAMの第6の変形例を示した断面図である。図84を参照して、本発明の実施の形態6によるDRAMの第6の変形例は、基本的には図83に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの第5の変形例と同様の構造を備える。ただし、この図84に示した第6の変形例では、キャパシタ下部電極92の上部表面にも粒状結晶98が形成されている。このため、キャパシタ下部電極92の占有面積を大きくせずに、キャパシタ下部電極92の表面積をより大きくすることができる。これにより、図83に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの第5の変形例と同様の効果が得られる。
FIG. 84 is a cross sectional view showing a sixth modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 84, the sixth modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention is basically the same as the fifth modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. The structure is provided. However, in the sixth modification shown in FIG. 84, the
この図84に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの第6の変形例の製造工程は、図83に示した本発明の実施の形態6によるDRAMの第5の変形例の製造工程によりサイドウォール96、97を形成した後、図38に示す本発明の実施の形態2によるDRAMの第4の変形例の製造工程を実施することにより、図84に示すような構造を得る。
The manufacturing process of the sixth modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 84 is the same as the manufacturing process of the fifth modification of the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. After forming the
(実施の形態7)
図85は、本発明の実施の形態7によるDRAMのメモリセルの平面模式図である。この実施の形態7によるDRAMのメモリセルは、基本的には図1に示した本発明の実施の形態1によるDRAMのメモリセルと同様の構造を備える。しかし、この実施の形態7によるDRAMにおいては、コンタクトホール49の幅よりもビット線174の幅の方が小さくなっている。そして、線分500−500における断面を、図86に示す。図86を参照して、本発明の実施の形態7によるDRAMは、基本的には図16に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの第1の変形例と同様の構造を備える。ただし、この図86に示した本発明の実施の形態7によるDRAMは、ビット線174の幅がコンタクトホール49の幅よりも小さくなるように形成されている。このため、図16に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの第1の変形例による効果に加えて、従来のように、ビット線174の幅をコンタクトホール49の幅よりも大きくする場合に比べて、半導体装置をより微細化することができる。また、ビット線174は第2の層間絶縁膜37と直接接触しており、ビット線174と第2の層間絶縁膜37との間にシリコン窒化膜などの配線保護絶縁膜は形成されていない。このため、従来のように、ビット線174上に配線保護絶縁膜を形成する場合よりも、メモリセル領域において形成される層の数を削減することができる。これにより、メモリセル領域における第4の層間絶縁膜205の上部表面の高さを低くすることが可能となり、第4の層間絶縁膜205の上部表面のメモリセル領域における高さと周辺回路領域における高さとの段差をより低減することが可能となる。これにより、第4の層間絶縁膜205上にアルミニウムなどからなる配線層を写真製版加工により形成する場合にも、第4の層間絶縁膜205の上部表面における上記段差に起因して、この配線層のパターンが不鮮明になることを防止できる。これにより、上記配線層の断線や短絡といった欠陥の発生を防止でき、高集積化しつつキャパシタの容量を確保するとともに高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。
(Embodiment 7)
FIG. 85 is a schematic plan view of a memory cell of a DRAM according to the seventh embodiment of the present invention. The memory cell of the DRAM according to the seventh embodiment basically has the same structure as the memory cell of the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the DRAM according to the seventh embodiment, the width of
この図86に示した本発明の実施の形態7によるDRAMの製造工程は、基本的には図16に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの第1の変形例の製造工程と同様であるが、図7に示した製造工程において、コンタクトホール49の内部にチタンなどの高融点金属膜127およびタングステン膜126を形成する。そして、このタングステン膜126上にレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして、タングステン膜126と高融点金属膜127との一部をエッチングにより除去することによって、図86に示すようなビット線174を形成する。そして、このビット線174上には、シリコン窒化膜などの配線保護絶縁膜を形成しないので、第2の層間絶縁膜37を形成した後、その表面の平坦化がより容易になる。
The manufacturing process of the DRAM according to the seventh embodiment of the present invention shown in FIG. 86 is basically the same as the manufacturing process of the first modification of the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the manufacturing process shown in FIG. 7, a
図87は、本発明の実施の形態7によるDRAMの変形例を示した断面図である。図87を参照して、本発明の実施の形態7によるDRAMの変形例は、基本的には図86に示した本発明の実施の形態7によるDRAMと同様の構造を備える。ただし、この図87に示した本発明の実施の形態7によるDRAMの変形例では、コンタクトホール49の内部にリンドープトポリシリコンからなるプラグ128を形成する。このプラグ128上にチタンなどの高融点金属膜127とタングステン膜126とからなるビット線174を形成する。そして、このビット線174の幅はコンタクトホール49の幅よりも小さくなるように形成されている。このように形成することで、図86に示した本発明の実施の形態7によるDRAMと同様の効果が得られる。
FIG. 87 is a cross sectional view showing a modification of the DRAM according to the seventh embodiment of the present invention. Referring to FIG. 87, the modification of the DRAM according to the seventh embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the seventh embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the modification of the DRAM according to the seventh embodiment of the present invention shown in FIG. 87, plug 128 made of phosphorus-doped polysilicon is formed inside
図87に示した本発明の実施の形態7によるDRAMの変形例の製造工程は、基本的には図86に示した本発明の実施の形態7によるDRAMと同様である。ただし、この図87に示した実施の形態7によるDRAMの変形例のビット線174を形成する工程は、まずコンタクトホール49の内部にリンドープトポリシリコンからなるプラグ128を形成した後、ビット線174を形成している。
The manufacturing process of the modification of the DRAM according to the seventh embodiment of the present invention shown in FIG. 87 is basically the same as that of the DRAM according to the seventh embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the step of forming the
(実施の形態8)
図88は、本発明の実施の形態8によるDRAMの断面図である。この実施の形態8によるDRAMのメモリセル領域の構造は、基本的には図2に示した本発明の実施の形態1によるDRAMのメモリセル領域の構造と同様である。また、実施の形態8によるDRAMの周辺回路領域の構造は、基本的には図2に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの周辺回路領域の構造と同様である。しかし、この図88に示した本発明の実施の形態8によるDRAMでは、周辺回路領域において、第4の層間絶縁膜205上に形成される配線とキャパシタ上部電極151とを接続するためのコンタクトホール135が形成されている。また、コンタクトホール135の下に位置する領域には、周辺回路領域における電界効果トランジスタなどの周辺回路素子を保護するためのダミー配線138が形成されている。このように、ダミー配線138を備えるので、コンタクトホール135を形成するエッチングにおいて、コンタクトホール135がキャパシタ上部電極151および誘電体膜150を突き抜けてその下に位置する第3の層間絶縁膜59などに到達した場合でも、ドープトポリシリコン膜52と高融点金属シリサイド膜53とからなるダミー配線138においてそのエッチングの進行を停止させることができる。その結果、このダミー配線138の下に位置する上記周辺回路素子が上記エッチングによって損傷を受けることを防止できる。これにより、半導体装置がこの周辺回路素子の損傷に起因して動作不良を起こすことを防止できる。この結果、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
(Embodiment 8)
FIG. 88 is a cross sectional view of a DRAM according to the eighth embodiment of the present invention. The structure of the memory cell region of the DRAM according to the eighth embodiment is basically the same as the structure of the memory cell region of the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The structure of the peripheral circuit region of the DRAM according to the eighth embodiment is basically the same as the structure of the peripheral circuit region of the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 88, a contact hole for connecting a wiring formed on fourth
この図88に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの製造工程は、基本的には図3〜14に示した本発明の実施の形態1によるDRAMの製造工程と同様である。ただし、ダミー配線138は、図2に示した周辺回路領域における配線202と同じ工程において形成される。
The manufacturing process of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 88 is basically the same as the manufacturing process of the DRAM according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. However, the
図89は、本発明の実施の形態8によるDRAMの第1の変形例を示した断面図である。図89を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの第1の変形例は、基本的には図88に示した本発明の実施の形態8によるDRAMと同様の構造を備える。ただし、図89に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの第1の変形例では、周辺回路領域において、コンタクトホール135の下に位置する領域には、周辺回路領域における配線および電界効果型トランジスタなどの周辺回路素子が形成されていない。これにより、コンタクトホール135を形成するためのエッチング工程において、コンタクトホール135がキャパシタ上部電極151などを突き抜けてその下に位置する第3の層間絶縁膜59に到達した場合にも、上記エッチングによって周辺回路素子が損傷を受けることがない。
FIG. 89 is a cross sectional view showing a first modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 89, the first modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention basically has the same structure as the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. However, in the first modification example of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 89, in the peripheral circuit region, the region located below
図89に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの第1の変形例の製造工程は、基本的には図88に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの製造工程と同様である。ただし、コンタクトホール135と周辺回路素子とは、それぞれ平面的に重ならない領域に形成する。
The manufacturing process of the first modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 89 is basically the same as the manufacturing process of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. . However, the
図90は、本発明の実施の形態8によるDRAMの第2の変形例を示した断面図である。図90を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの第2の変形例のメモリセル領域は、基本的に図88に示した本発明の実施の形態8によるDRAMと同様の構造を備える。そして、周辺回路領域においては、第3の層間絶縁膜59とシリコン窒化膜58との一部を除去することにより、開口部303が形成されている。開口部303の内部には、メモリセル領域におけるキャパシタ下部電極170aと同様の材質からなるダミーのキャパシタ下部電極140が形成されている。第3の層間絶縁膜59上とダミーのキャパシタ下部電極140上とには、誘電体膜150が形成されている。誘電体膜150上にはキャパシタ上部電極151が形成されている。そして、コンタクトホール135は、ダミーのキャパシタ下部電極140の底部においてキャパシタ上部電極151に到達している。このように、ダミーのキャパシタ下部電極140を形成し、その上部に位置する領域においてコンタクトホール135を形成するので、コンタクトホール135の深さを、図88に示した本発明の実施の形態8によるDRAMにおけるコンタクトホール135の深さよりも深くすることができる。これにより、周辺回路領域における配線層202(図2参照)にまで到達させる他のコンタクトホール(図示せず)と、本発明の実施の形態8によるDRAMのコンタクトホール135(図90参照)との深さの差を短縮することができる。その結果、コンタクトホール135を形成するためのエッチングにおいて、コンタクトホール135の底部においてキャパシタ上部電極151が過剰にエッチングされることを防止できる。この結果、そのエッチングがキャパシタ上部電極151を突き抜けてその下の第2の層間絶縁膜37にまで到達することを防止できる。
FIG. 90 is a cross sectional view showing a second modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 90, the memory cell region of the second modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention basically has the same structure as that of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. Prepare. In the peripheral circuit region, an
この図90に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの第2の変形例の製造工程は、基本的には図89に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの第1の変形例と同様であるが、ダミーのキャパシタ下部電極140は、メモリセル領域におけるキャパシタ下部電極170aを形成する工程により、キャパシタ下部電極170aと同時に形成する。
The manufacturing process of the second modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 90 is basically the first modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. The dummy capacitor
図91は、本発明の実施の形態8によるDRAMの第3の変形例を示した断面図である。図91を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの第3の変形例は、基本的には図90に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの第2の変形例と同様の構造を備える。ただし、図91に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの第3の変形例では、ダミーのキャパシタ下部電極140の水平方向の幅を小さくし、ダミーのキャパシタ下部電極140の内部におけるキャパシタ上部電極151の垂直方向の厚さを図90に示した第2の変形例よりも厚くしている。そして、この垂直方向の厚さが厚くなっているキャパシタ上部電極151の上部にコンタクトホール135が形成されている。このように、コンタクトホール135の下に位置するキャパシタ上部電極151の垂直方向の厚さを厚くしているので、コンタクトホール135を形成するエッチングの際、コンタクトホール135がキャパシタ上部電極151を突き抜けて第2の層間絶縁膜37にまで到達することを防止できる。また、開口部303の幅およびキャパシタ上部電極151の膜厚を調整することで、コンタクトホール135の到達深さを任意に変更することができる。
FIG. 91 is a cross sectional view showing a third modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 91, the third modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention is basically the same as the second modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. The structure is provided. However, in the third modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 91, the horizontal width of dummy capacitor
図91に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの第3の変形例の製造工程は、基本的には図90に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの第2の変形例の製造工程と同様である。 The manufacturing process of the third modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 91 is basically the same as that of the second modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. It is the same as the manufacturing process.
ここで、一定のキャパシタ容量を確保しながら高集積化を可能とし、かつ高い信頼性を有する半導体装置を得るためには、メモリセル領域や周辺回路領域において用いられる配線についても、より低抵抗かつ低容量の配線が求められる。 Here, in order to obtain a semiconductor device that can be highly integrated while securing a certain capacitor capacity and has high reliability, the wiring used in the memory cell region and the peripheral circuit region also has lower resistance. Low-capacity wiring is required.
図118は、ダマシン法を用いて形成された従来の配線を示す断面図である。図118を参照して、従来の配線は、半導体基板1001の主表面上にシリコン窒化膜1002が形成されている。シリコン窒化膜1002上にはノンドープトシリコン酸化膜1143が形成されている。ノンドープトシリコン酸化膜1143とシリコン窒化膜1002との一部を除去することにより、開口部1003が形成されている。開口部1003の内部にはポリシリコンからなる配線1005が形成されている。
FIG. 118 is a cross-sectional view showing a conventional wiring formed by using the damascene method. Referring to FIG. 118, in the conventional wiring, a
図119および120は、図118に示した従来の配線の製造工程を説明するための断面図である。図119および120を参照して、以下に従来の配線の製造工程を説明する。 119 and 120 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the conventional wiring shown in FIG. With reference to FIGS. 119 and 120, a conventional wiring manufacturing process will be described below.
まず、半導体基板1001(図119参照)の主表面上にシリコン窒化膜1002(図119参照)を形成する。このシリコン窒化膜1002はシリコン酸化窒化膜またはシリコン窒化膜とシリコン酸化窒化膜との積層構造を有する膜でもよい。シリコン窒化膜1002上にノンドープトシリコン酸化膜1143(図119参照)を形成する。このノンドープトシリコン酸化膜1143はリンあるいはボロンをドープしたシリコン酸化膜でもよい。このノンドープトシリコン酸化膜1143上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、ノンドープトシリコン酸化膜1143とシリコン窒化膜1002との一部を除去することにより、開口部1003(図119参照)を形成する。このようにして、図119に示すような構造を得る。
First, a silicon nitride film 1002 (see FIG. 119) is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1001 (see FIG. 119). The
次に、図120に示すように、ノンドープトシリコン酸化膜1143上と開口部1003の内部とにポリシリコン膜1004を形成する。このポリシリコン膜1004は、アモルファスシリコンを用いてもよい。また、リンまたはヒ素をドープしてもよいし不純物をドープしなくてもよい。また、タングステンあるはチタンなどの高融点金属膜を用いてもよいし上記高融点金属のシリサイドを用いてもよい。また銅あるいはアルミニウムといった金属膜を用いてもよいしこれらを積層した構造を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 120, a
その後、ノンドープトシリコン酸化膜1143上に位置するポリシリコン膜1004をエッチングもしくはCPM法を用いて除去することにより、図118に示すような構造を得る。
Thereafter, the
また、従来提案されている配線の構造のもう1つの例としては、図121に示すようなものが挙げられる。図121を参照して、従来のもう1つの提案された配線は、半導体基板1001の主表面上にシリコン窒化膜1002を形成する。シリコン窒化膜1002上にはノンドープトシリコン酸化膜1143が形成されている。ノンドープトシリコン酸化膜1143とシリコン窒化膜1002との一部を除去することにより、開口部1003が形成されている。開口部1003の内部には、ポリシリコンからなる配線1015が形成されている。配線1015の表面には粒状結晶1016が形成されている。このように、配線1015の表面に粒状結晶1016が形成されているので、配線1015の抵抗を下げることができる。
Another example of the conventionally proposed wiring structure is as shown in FIG. Referring to FIG. 121, another conventionally proposed wiring forms a
図122〜124は、図121に示した従来の提案されているもう1つの配線の製造工程を説明するための断面図である。以下、図122〜124を参照して、従来の提案されているもう1つの配線の製造工程を説明する。 122 to 124 are cross-sectional views for explaining another conventional manufacturing process of the wiring shown in FIG. Hereinafter, another conventionally proposed wiring manufacturing process will be described with reference to FIGS.
半導体基板1001(図122参照)の主表面上にシリコン窒化膜1002(図122参照)を形成する。シリコン窒化膜1002上にノンドープトシリコン酸化膜1143(図122参照)を形成する。ノンドープトシリコン酸化膜1143上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、ノンドープトシリコン酸化膜1143とシリコン窒化膜1002との一部をエッチングにより除去することにより、開口部1003(図122参照)を形成する。その後、レジストパターンを除去する。このようにして、図122に示すような構造を得る。
A silicon nitride film 1002 (see FIG. 122) is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1001 (see FIG. 122). A non-doped silicon oxide film 1143 (see FIG. 122) is formed on the
次に、図123に示すように、開口部1003の内部とノンドープトシリコン酸化膜1143上とにポリシリコンからなる導電体膜1014を形成する。
Next, as shown in FIG. 123, a
次に、ノンドープトシリコン酸化膜1143上に位置する導電体膜1014の一部をエッチングにより除去することにより、図124に示すような構造を得る。この後、配線1015の表面に、本発明の実施の形態1の変形例で用いた工程と同様の工程により粒状結晶1016(図121参照)を形成する。このようにして、図121に示すような構造を得る。
Next, a part of the
このように、従来も低抵抗な配線が提案されてはいるが、半導体装置の微細化が進み、従来の提案されている配線においても配線抵抗の上昇によるアクセスの遅延などデバイス特性の劣化が問題となってきている。このため、配線のさらなる低抵抗化および低容量化が求められている。そして、このような要求を満たす配線を得る目的で、本発明においてキャパシタ下部電極の形状に適用された構造を応用することができる。以下に、このような考えに基づいた本発明の実施の形態8によるDRAMにおける配線の変形例を説明する。 As described above, wiring with low resistance has been proposed in the past. However, miniaturization of semiconductor devices has progressed, and degradation of device characteristics such as access delay due to increase in wiring resistance is also a problem with conventional wiring. It has become. For this reason, further reduction in resistance and capacitance of the wiring is required. For the purpose of obtaining wiring satisfying such requirements, the structure applied to the shape of the capacitor lower electrode in the present invention can be applied. A modification of the wiring in the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention based on such an idea will be described below.
図92は、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第1の変形例を示した断面図である。図92を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第1の変形例は、半導体基板1の主表面上にシリコン窒化膜2を形成している。シリコン窒化膜2上にノンドープトシリコン酸化膜143が形成されている。ノンドープトシリコン酸化膜143とシリコン窒化膜2とに部分的に埋込まれた状態になるように、ポリシリコンからなる配線5が形成されている。配線5の内側表面と外側側面とには粒状結晶9が形成されている。このように、配線5をノンドープトシリコン酸化膜143の上部表面より上に延びるように形成するので、配線5の占有面積を小さくしても、配線5の断面積を大きくすることができる。これにより、配線5の抵抗を低減することができる。また、配線5の表面に粒状結晶9を形成しているので、より低抵抗な配線を得ることができる。
FIG. 92 is a cross sectional view showing a first modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 92, in the first modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention,
図93〜96は、図92に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第1の変形例の製造工程を説明するための断面図である。以下、図93〜96を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第1の変形例の製造工程を説明する。 93 to 96 are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the first modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. A manufacturing process of the first modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
まず、半導体基板1(図93参照)の主表面上にシリコン窒化膜2(図93参照)を形成する。シリコン窒化膜2上にノンドープトシリコン酸化膜143(図93参照)を形成する。ノンドープトシリコン酸化膜143上にボロンドープトシリコン酸化膜6(図93参照)を形成する。ボロンドープトシリコン酸化膜6上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、ボロンドープトシリコン酸化膜6とノンドープトシリコン酸化膜143とシリコン窒化膜2との一部を異方性エッチングにより除去する。これにより、開口部3(図93参照)を形成する。その後、レジストパターンを除去することにより、図93に示すような構造を得る。
First, a silicon nitride film 2 (see FIG. 93) is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 (see FIG. 93). A non-doped silicon oxide film 143 (see FIG. 93) is formed on the
次に、図94に示すように、ボロンドープトシリコン酸化膜6上と開口部3の内部とにポリシリコン膜4を形成する。
Next, as shown in FIG. 94, a
次に、ボロンドープトシリコン酸化膜6上に位置するポリシリコン膜4をエッチングもしくはCMP法により除去することにより、図95に示すような構造を得る。
Next, the
次に、ボロンドープトシリコン酸化膜6をエッチングにより除去することにより、図96に示すような構造を得る。
Next, the boron-doped
その後、本発明の実施の形態1の変形例において用いた工程を応用して、配線5の表面に粒状結晶9(図92参照)を形成することにより、図92に示すような構造を得る。
Thereafter, by applying the process used in the modification of the first embodiment of the present invention, a granular crystal 9 (see FIG. 92) is formed on the surface of the
図97〜100は、図92に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第1の変形例のプロセスの変形例を説明するための断面図である。以下、図97〜100を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第1の変形例の製造工程の変形例を説明する。 97 to 100 are cross-sectional views for illustrating a modification of the process of the first modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. A modification of the manufacturing process of the first modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
半導体基板1(図97参照)上にシリコン窒化膜2(図97参照)を形成する。シリコン窒化膜2上にノンドープトシリコン酸化膜143(図97参照)を形成する。ノンドープトシリコン酸化膜143上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、ノンドープトシリコン酸化膜143とシリコン窒化膜2との一部を異方性エッチングにより除去する。これにより、開口部3(図97参照)を形成する。このようにして、図97に示すような構造を得る。
A silicon nitride film 2 (see FIG. 97) is formed on the semiconductor substrate 1 (see FIG. 97). A non-doped silicon oxide film 143 (see FIG. 97) is formed on the
次に、ノンドープトシリコン酸化膜143上と開口部3の内部とにポリシリコン膜4(図98参照)を形成する。このようにして、図98に示すような構造を得る。
Next, a polysilicon film 4 (see FIG. 98) is formed on the non-doped
次に、ノンドープトシリコン酸化膜143上に位置するポリシリコン膜4をエッチングもしくはCMP法により除去することにより、図99に示すような構造を得る。ここで開口部3の内部には配線5が形成されている。
Next, the
次に、図100に示すように、HF水溶液によるウェットエッチングによって、ノンドープトシリコン酸化膜143の上部の一部を除去する。このとき、HF水溶液への浸漬時間を変えることにより、ノンドープトシリコン酸化膜143が除去される量を制御することができる。
Next, as shown in FIG. 100, a part of the upper portion of the non-doped
その後、配線5の表面に粒状結晶9を形成することにより、図92に示すような構造を得る。
Thereafter, a granular crystal 9 is formed on the surface of the
図101は、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第2の変形例を示した断面図である。図101を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第2の変形例は、半導体基板1の主表面上にシリコン窒化膜2が形成されている。シリコン窒化膜2上にはノンドープトシリコン酸化膜143が形成されている。ノンドープトシリコン酸化膜143とシリコン窒化膜2とに部分的に埋込まれた状態になるように、ポリシリコンからなる配線15が形成されている。ポリシリコンからなる配線15の側面には、サイドウォール23が形成されている。このように、配線15がポリシリコンからなるサイドウォール23を備えるので、配線の断面積を大きくすることができる。このため、配線をより低抵抗にすることができる。
FIG. 101 is a cross sectional view showing a second modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 101, in the second modification of the wiring of DRAM according to the eighth embodiment of the present invention,
図102〜104は、図101に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第2の変形例の製造工程を説明するための断面図である。以下、図102〜104を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第2の変形例の製造工程を説明する。 102 to 104 are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the second modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. A manufacturing process of the second modified example of the DRAM wiring according to the eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
まず、図93に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第1の変形例の製造工程を実施した後、ボロンドープトシリコン酸化膜6(図102参照)上と開口部3(図93参照)の内部とにポリシリコン膜(図示せず)を形成する。その後、ボロンドープトシリコン酸化膜6上に位置するポリシリコン膜を除去することにより、図102に示すような配線15を形成する。
First, after performing the manufacturing process of the first modified example of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 93, the boron doped silicon oxide film 6 (see FIG. 102) and the opening 3 ( A polysilicon film (not shown) is formed on the inside (see FIG. 93). Thereafter, the polysilicon film located on the boron-doped
次に、ボロンドープトシリコン酸化膜6をエッチングにより除去することにより、図103に示すような構造を得る。これにより、配線15の側面の一部25を露出させることができる。
Next, the boron-doped
次に、図104に示すように、全体を覆うようにポリシリコン膜24を形成する。
その後、ポリシリコン膜24の一部を異方性エッチングにより除去することにより、図101に示すような構造を得る。
Next, as shown in FIG. 104, a
Thereafter, a part of the
図105は、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第3の変形例を示した断面図である。図105を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第3の変形例は、基本的には図101に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの第2の変形例と同様の構造を備える。ただし、この図105に示した第3の変形例では、配線304がアモルファスシリコンにより構成されている。また、サイドウォール23もアモルファスシリコンにより構成されており、配線304とサイドウォール23との表面には粒状結晶26が形成されている。このように、配線304とサイドウォール23との表面に粒状結晶を備えるので、より配線の低抵抗化を図ることができる。
FIG. 105 is a cross sectional view showing a third modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 105, the third modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention is basically the second modification of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. With the same structure. However, in the third modification shown in FIG. 105, the
また、この本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第3の変形例の製造工程としては、図102〜104に示した製造工程を実施した後、本発明の実施の形態1の変形例において実施した粒状結晶の形成工程を実施することにより、図105に示すような構造を得ることができる。 Further, as a manufacturing process of the third modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention, after the manufacturing process shown in FIGS. 102 to 104 is performed, the modification of the first embodiment of the present invention is performed. A structure as shown in FIG. 105 can be obtained by carrying out the step of forming granular crystals performed in step (1).
図106は、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第4の変形例を示した断面図である。図106を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第4の変形例は、基本的には図105に示した第3の変形例と同様の構造を備える。ただし、図106に示した第4の変形例では、配線15がポリシリコンにより構成されており、アモルファスシリコンからなるサイドウォール23の表面に粒状結晶26が形成されている。また、配線15の上部表面には、粒状結晶26より小さい粒状結晶35が形成されている。このように構成することで、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第3の変形例と同様の効果が得られる。
FIG. 106 is a cross sectional view showing a fourth modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 106, the fourth modification example of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention basically has the same structure as the third modification example shown in FIG. However, in the fourth modified example shown in FIG. 106, the
図107は、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第5の変形例を示した断面図である。図107を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第5の変形例は、半導体基板1の主表面上にシリコン窒化膜2が形成されている。シリコン窒化膜2上にはノンドープトシリコン酸化膜143が形成されている。ノンドープトシリコン酸化膜143とシリコン窒化膜2とに埋込まれた状態になるように、ポリシリコンからなる配線30が形成されている。配線30とノンドープトシリコン酸化膜143およびシリコン窒化膜2との間には、空隙33が形成されている。そして、全体を覆うように、シリコン酸化膜32が形成されている。このように、配線30の側面に空隙33を備えるので、配線30における寄生容量を低減することができる。これにより、寄生容量があることによる半導体素子のアクセス時間の遅延を防止でき、デバイスの電気的特性の劣化を防止することができる。
FIG. 107 is a cross sectional view showing a fifth modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 107, in the fifth modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention,
図108〜112は、図107に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第5の変形例の製造工程を説明するための断面図である。以下、図108〜112を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第5の変形例の製造工程を説明する。 108 to 112 are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the fifth modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. A manufacturing process of the fifth modification example of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
まず、半導体基板1(図108参照)の主表面上にシリコン窒化膜2(図108参照)を形成する。シリコン窒化膜2上にノンドープトシリコン酸化膜143(図108参照)を形成する。ノンドープトシリコン酸化膜143上にレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、ノンドープトシリコン酸化膜143とシリコン窒化膜2との一部をエッチングにより除去することにより、開口部3(図108参照)を形成する。このようにして、図108に示すような構造を得る。
First, a silicon nitride film 2 (see FIG. 108) is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 (see FIG. 108). A non-doped silicon oxide film 143 (see FIG. 108) is formed on the
次に、ノンドープトシリコン酸化膜143上と開口部3の内部とにシリコン窒化膜などの絶縁膜27(図109参照)を形成する。このようにして、図109に示すような構造を得る。
Next, an insulating film 27 (see FIG. 109) such as a silicon nitride film is formed on the non-doped
次に、異方性エッチングを用いて、絶縁膜27の一部を除去することにより、開口部3の内部にサイドウォール28(図110参照)を形成する。そして、図110に示すように、ノンドープトシリコン酸化膜143上と開口部3の内部とにポリシリコン膜29を形成する。
Next, a sidewall 28 (see FIG. 110) is formed inside the
次に、ノンドープトシリコン酸化膜143上に位置するポリシリコン膜29の一部を異方性エッチングあるいはCMP法を用いて除去することにより、図111に示すような構造を得る。
Next, a part of the
次に、図112に示すように、サイドウォール28(図111参照)をエッチングにより選択的に除去する。これにより、配線30の側面に空隙33を形成する。
Next, as shown in FIG. 112, the sidewall 28 (see FIG. 111) is selectively removed by etching. Thereby, a
その後、全体を覆うようにカバレッジの悪いシリコン酸化膜32(図107参照)を形成することにより、図107に示すような構造を得る。 Thereafter, a silicon oxide film 32 (see FIG. 107) with poor coverage is formed so as to cover the whole, thereby obtaining a structure as shown in FIG.
図113は、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第6の変形例を示した断面図である。図113を参照して、本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第6の変形例は、基本的には図107に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第5の変形例と同様の構造を備える。但し、この図113に示した第6の変形例では、空隙33の下にサイドウォール28の一部が残存した状態となっている。このように構成しても、図107に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第5の変形例と同様の効果が得られる。
FIG. 113 is a cross sectional view showing a sixth modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 113, the sixth modification of the DRAM wiring according to the eighth embodiment of the present invention is basically the fifth modification of the DRAM wiring according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. It has the same structure as the modified example. However, in the sixth modified example shown in FIG. 113, a part of the
また、この図113に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第6の変形例の製造工程は、基本的には図108〜112に示した本発明の実施の形態8によるDRAMの配線の第5の変形例の製造工程と同様である。但し、図112に示した工程において、配線30の側面にあるサイドウォール28をすべて除去するのではなく、一部を残存させるようにしている。
The manufacturing process of the sixth modification of the wiring of the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 113 is basically the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIGS. This is the same as the manufacturing process of the fifth modification of the wiring. However, in the process shown in FIG. 112, not all the sidewalls 28 on the side surfaces of the
なお、この配線の第1〜第6の変形例は、本発明の実施の形態1〜7にも応用することができる。 In addition, the 1st-6th modification of this wiring is applicable also to Embodiment 1-7 of this invention.
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 半導体基板、2,44a〜44e,54,58,203 シリコン窒化膜、40 トレンチ分離酸化膜、39 活性領域、42a〜42e ゲート絶縁膜、43a〜43e ゲート電極、46a〜46i,45,55a,55b,204a,204b,96,97,100,23,28 サイドウォール、47,85,143 ノンドープトシリコン酸化膜、48,37,205,59,77 層間絶縁膜、38a,38b,49,50,51,144 コンタクトホール、52,56,62,91,101,104,111,141,4,29,5,15,30,24 ポリシリコン膜、53 高融点金属シリサイド膜、201a〜201e ソース/ドレイン領域、174,202,138 配線、57a,57b,128 プラグ、61,110,3,303 開口部、170a,170b,92,112,120 キャパシタ下部電極、150 誘電体膜、151 キャパシタ上部電極、60,86,6 ドープトシリコン酸化膜、70 レジスト、74,98,9,26,35 粒状結晶、95,304 アモルファスシリコン、99 絶縁膜、126 タングステン層、127 高融点金属層、135 キャパシタ上部電極用コンタクトホール、139 トレンチ分離酸化膜、140 ダミーのキャパシタ下部電極、142 回り込み空間、25 側面の一部、27,32 シリコン酸化膜、33 空隙、301 頂面、302 底面。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate, 2,44a-44e, 54,58,203 Silicon nitride film, 40 Trench isolation oxide film, 39 Active region, 42a-42e Gate insulating film, 43a-43e Gate electrode, 46a-46i, 45, 55a, 55b, 204a, 204b, 96, 97, 100, 23, 28 Side wall, 47, 85, 143 Non-doped silicon oxide film, 48, 37, 205, 59, 77 Interlayer insulating film, 38a, 38b, 49, 50, 51,144 Contact hole, 52, 56, 62, 91, 101, 104, 111, 141, 4, 29, 5, 15, 30, 24 Polysilicon film, 53 refractory metal silicide film, 201a to 201e Source / drain Area, 174, 202, 138 wiring, 57a, 57b, 128 plug, 61, 1 0, 3, 303 Opening, 170a, 170b, 92, 112, 120 Capacitor lower electrode, 150 Dielectric film, 151 Capacitor upper electrode, 60, 86, 6 Doped silicon oxide film, 70 Resist, 74, 98, 9 , 26, 35 Granular crystal, 95, 304 Amorphous silicon, 99 Insulating film, 126 Tungsten layer, 127 Refractory metal layer, 135 Capacitor upper electrode contact hole, 139 Trench isolation oxide film, 140 Dummy capacitor lower electrode, 142 Wrapping Space, part of 25 side surface, 27, 32 silicon oxide film, 33 gap, 301 top surface, 302 bottom surface.
Claims (13)
前記第1の工程の後、シリコン窒化膜を前記導電体の上に形成する第2の工程と、
前記シリコン窒化膜の上面に接する第1の絶縁膜を形成する第3の工程と、
前記第1の絶縁膜の上面に接する第2の絶縁膜を形成する第4の工程と、
前記第4の工程の後、前記シリコン窒化膜、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜を貫通して前記導電体を露出する開口部を形成する第5の工程と、
前記第5の工程の後、前記第1の絶縁膜のエッチングレートが前記第2の絶縁膜及び前記シリコン窒化膜より高くなるエッチング条件で前記開口部内にエッチング処理を施すことにより、前記開口部の開口幅が前記第1の絶縁膜で規定される第1の部分における開口幅より、前記開口部の開口幅が前記第2の絶縁膜で規定される第2の部分および前記シリコン窒化膜で規定される第3の部分における開口幅を狭くする第6の工程と、
前記第6の工程の後、前記導電体に電気的に接続するキャパシタの下部電極を、前記第2の絶縁膜の上面に接することなく前記開口部の内部表面に沿って形成する第7の工程と、
前記第7の工程の後、誘電体膜を介して前記下部電極と対向する前記キャパシタの上部電極を形成する第8の工程と、
を含んだ、半導体装置の製造方法。 A semiconductor substrate having a field effect transistor provided on a main surface thereof, the bit line being electrically connected to one of a pair of source or drain regions of the field effect transistor; A first semiconductor substrate is provided, further comprising a conductor electrically connected to the other of the pair of source or drain regions, the upper surface of which is higher than the upper surface of the bit line as viewed from the main surface. Process,
After the first step, a second step of forming a silicon nitride film on the conductor;
A third step of forming a first insulating film in contact with the upper surface of the silicon nitride film;
A fourth step of forming a second insulating film in contact with the upper surface of the first insulating film;
After the fourth step, a fifth step of forming an opening through the silicon nitride film, the first insulating film, and the second insulating film to expose the conductor;
After the fifth step, the opening is etched in the opening under an etching condition in which the etching rate of the first insulating film is higher than that of the second insulating film and the silicon nitride film . The opening width of the opening is defined by the second portion defined by the second insulating film and the silicon nitride film, compared to the opening width at the first portion defined by the first insulating film. A sixth step of narrowing the opening width in the third portion to be performed ;
After the sixth step, a seventh step of forming a lower electrode of the capacitor that is electrically connected to the conductor along the inner surface of the opening without contacting the upper surface of the second insulating film. When,
After the seventh step, an eighth step of forming an upper electrode of the capacitor facing the lower electrode through a dielectric film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の工程の後、前記導電体の上にシリコン窒化膜を形成する第2の工程と、
前記シリコン窒化膜の上面に接するように第1の絶縁膜を形成する第3の工程と、
前記第1の絶縁膜の上面に接するように第2の絶縁膜を形成する第4の工程と、
前記導電体を露出する開口部を前記シリコン窒化膜、前記第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜に形成する第5の工程と、
前記第5の工程の後、前記導電体に電気的に接続するキャパシタの下部電極を、前記第2の絶縁膜の上面には接することなく前記開口部の内側表面に沿って形成する第6の工程と、
前記第6の工程の後、誘電体膜を介して前記下部電極と対向する前記キャパシタの上部電極を形成する第7の工程と、
を備え、
前記第5の工程は、前記第1及び第2の絶縁膜を貫通する孔を形成した後に、前記第1の絶縁膜における前記孔の幅を前記第2の絶縁膜における孔の幅よりも広げる工程を有し、
前記第5の工程により形成される前記開口部では、前記開口部の開口幅が前記第1の絶縁膜で規定される第1の部分における開口幅より、前記開口部の開口幅が前記第2の絶縁膜で規定される第2の部分および前記シリコン窒化膜で規定される第3の部分における開口幅が狭くなっている、半導体装置の製造方法。 A semiconductor substrate having a field effect transistor provided on a main surface thereof, the bit line being electrically connected to one of a pair of source or drain regions of the field effect transistor; A first semiconductor substrate is provided, further comprising a conductor electrically connected to the other of the pair of source or drain regions, the upper surface of which is higher than the upper surface of the bit line as viewed from the main surface. Process,
A second step of forming a silicon nitride film on the conductor after the first step;
A third step of forming a first insulating film in contact with the upper surface of the silicon nitride film;
A fourth step of forming a second insulating film in contact with the upper surface of the first insulating film;
A fifth step of forming an opening exposing the conductor in the silicon nitride film, the first insulating film, and the second insulating film;
After the fifth step, a lower electrode of a capacitor electrically connected to the conductor is formed along the inner surface of the opening without contacting the upper surface of the second insulating film. Process,
After the sixth step, a seventh step of forming the upper electrode of the capacitor facing the lower electrode through a dielectric film;
With
In the fifth step, after forming a hole penetrating the first and second insulating films, the width of the hole in the first insulating film is made wider than the width of the hole in the second insulating film. We have a process,
In the opening formed by the fifth step, the opening width of the opening is larger than the opening width in the first portion where the opening width of the opening is defined by the first insulating film. the opening width of the third portion is that is narrower, a method of manufacturing a semiconductor device defined by the second portion and the silicon nitride film as defined in the insulating film.
前記半導体基板の主表面に設けられた電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタを覆うように前記半導体基板の主表面の上に設けられた第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層内に設けられ、前記電界効果トランジスタの一対のソースまたはドレイン領域の一方と電気的に接続されたビット線と、
前記第1の絶縁層内に設けられ、前記電界効果トランジスタの他方のソースまたはドレイン領域と電気的に接続され、その上面が前記主表面から見て前記ビット線の上面よりも高い位置にある導電体と、
前記第1の絶縁層の上に設けられたシリコン窒化膜と、
前記シリコン窒化膜の上面に接するように設けられた第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の上面に接するように設けられた、前記第1の絶縁膜とはエッチングレートの異なる第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜の上面に接することなく前記シリコン窒化膜、前記第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜に設けられた開口部の内側表面に沿って設けられ、前記導電体の上面と接するキャパシタの下部電極と、
前記開口部の内部で誘電体を介して前記下部電極と対向して配置され、前記第2の絶縁膜の上面の上にも延在しているキャパシタの上部電極とを備え、
前記開口部は、その開口幅が前記第1の絶縁膜で規定される第1の部分と、前記第2の絶縁膜で規定される第2の部分と、前記シリコン窒化膜で規定される第3の部分とを含み、前記半導体基板の裏面に対し垂直な一断面から見て、前記第2の部分および前記第3の部分の開口幅が前記第1の部分の開口幅よりも狭い、半導体装置。 A semiconductor substrate having a main surface;
A field effect transistor provided on the main surface of the semiconductor substrate;
A first insulating layer provided on the main surface of the semiconductor substrate so as to cover the field effect transistor;
A bit line provided in the first insulating layer and electrically connected to one of a pair of source or drain regions of the field effect transistor;
A conductive layer provided in the first insulating layer, electrically connected to the other source or drain region of the field effect transistor, and having an upper surface higher than the upper surface of the bit line as viewed from the main surface; Body,
A silicon nitride film provided on the first insulating layer;
A first insulating film provided in contact with the upper surface of the silicon nitride film;
A second insulating film provided in contact with the upper surface of the first insulating film and having an etching rate different from that of the first insulating film;
Provided along the inner surface of the opening provided in the silicon nitride film, the first insulating film, and the second insulating film without being in contact with the upper surface of the second insulating film; The lower electrode of the capacitor in contact,
An upper electrode of a capacitor disposed inside the opening and facing the lower electrode via a dielectric material, and extending over the upper surface of the second insulating film;
The opening has a first portion whose opening width is defined by the first insulating film, a second portion defined by the second insulating film, and a first portion defined by the silicon nitride film. and a third portion, said viewed from a section perpendicular to the back surface of the semiconductor substrate, the opening width of said second portion and said third portion is not narrower than the opening width of the first portion, Semiconductor device.
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