[go: up one dir, main page]

JP2004296774A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2004296774A
JP2004296774A JP2003087029A JP2003087029A JP2004296774A JP 2004296774 A JP2004296774 A JP 2004296774A JP 2003087029 A JP2003087029 A JP 2003087029A JP 2003087029 A JP2003087029 A JP 2003087029A JP 2004296774 A JP2004296774 A JP 2004296774A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffusion layer
type diffusion
film
plug
interlayer insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003087029A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4392181B2 (en
Inventor
Tatsuya Yamada
達也 山田
Soichiro Itonaga
総一郎 糸長
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2003087029A priority Critical patent/JP4392181B2/en
Publication of JP2004296774A publication Critical patent/JP2004296774A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4392181B2 publication Critical patent/JP4392181B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

【課題】N型拡散層上におけるコンタクト抵抗の小さいシリサイド膜を備えた半導体装置とその製造方法とを提供する
【解決手段】高濃度ソース・ドレイン領域101b,102bが形成されたシリコン基板100上に、シリサイド膜116n,116p,第1の層間絶縁膜145,第1プラグ150n,150pを形成した後、Ti/TiN/W積層膜151を形成する。Ti/TiN/W積層膜151をパターニングして、N型拡散層上第1プラグ150nの上に応力緩和用金属パッド152を形成する。その後、基板上に第2の層間絶縁膜147を堆積し、第2の層間絶縁膜147を貫通して応力緩和用金属パッド152,P型拡散層上第1プラグ160pに到達するN型拡散層上第2プラグ170n,P型拡散層上第2プラグ170pを形成する。
【選択図】 図1
The present invention provides a semiconductor device having a silicide film having a small contact resistance on an N-type diffusion layer, and a method of manufacturing the same. A semiconductor device is provided on a silicon substrate on which high concentration source / drain regions are formed. After forming the silicide films 116n and 116p, the first interlayer insulating film 145, and the first plugs 150n and 150p, a Ti / TiN / W laminated film 151 is formed. The Ti / TiN / W laminated film 151 is patterned to form the stress relaxing metal pad 152 on the first plug 150n on the N-type diffusion layer. Thereafter, a second interlayer insulating film 147 is deposited on the substrate, and a metal pad 152 for stress relaxation penetrating through the second interlayer insulating film 147 and reaches the first plug 160p on the P-type diffusion layer. The upper second plug 170n and the second plug 170p on the P-type diffusion layer are formed.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置及びその製造方法に関わり、特にシリサイド膜を有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの微細化が進むに伴って、ロジック用素子及びDRAM用素子の双方を共通の基板上に形成するDRAM混載技術の必要性が益々強まって来ている。しかし、DRAMメモリセルの形成時には800℃前後の高温熱処理が数時間実行されるため、DRAM部に先立ちロジック部のトランジスタを先に形成するには、通常、そのような高温熱処理に耐えられる半導体装置の熱的安定性が求められる。
【0003】
一方、ロジック部のトランジスタの高性能化を図るため、ロジック部にはシリサイド膜を有するトランジスタを形成する(I/O部には用いない)のが一般的であるが、通常のシリサイド膜は多結晶でありシリコンとは大きく異なる熱膨張係数を持っている。このため、シリサイド膜は高温熱処理時に凝集を起こし易く、断線し易くなる。そこで、少しでも断線が起き難いように、シリサイド用金属膜としてコバルトを用いている。コバルトシリサイドの格子定数がシリコンの格子定数とほぼ同じであり、シリコン基板との格子整合性が良いことから、コバルトシリサイドはシリコン基板にエピタキシャル成長し易いからである。
【0004】
シリコン基板上にエピタキシャル成長するコバルトシリサイド膜(正確には、コバルトジシリサイド膜)の形成方法として、Co/Si界面にTi又は酸化膜を挟む、あるいはTi及び酸化膜を挟む方法が提案されている。Tiを挟む方法としては、非特許文献1に報告されており、酸化膜を挟む方法としては非特許文献2に報告されており、Ti及び酸化膜を挟む方法としては非特許文献3に報告されている。
【0005】
しかし、これらの文献に開示されているような積極的にエピタキシャル成長させる技術を使用しなくても、コバルトシリサイド膜はシリコン基板に若干ながらエピタキシャル成長をしている。
【0006】
図5(a)〜図6(c)は、拡散層上シリサイド膜に金属プラグを形成する工程を含む従来のDRAM混載半導体装置の製造工程を示す断面図である。図5(a)〜図6(c)のうち左半分はNチャネル型MISトランジスタを形成する領域であるNMISFET領域Rntを、右半分にPチャネル型MISトランジスタを形成する領域であるPMISFET形成領域Rptをそれぞれ示している。
【0007】
まず、図5(a)に示す工程で、少なくとも上部が半導体層となっているシリコン基板1000(ウエハ)上に、活性領域を囲む素子分離領域であるシャロートレンチ1011を形成する。そして、NMISFET形成領域Rntには、ゲート酸化膜1021と、N型ポリシリコン膜からなるポリシリコンゲート電極1022と、窒化膜からなる絶縁性サイドウォール1023とを形成する。PMISFET形成領域Rptには、ゲート酸化膜1031と、P型ポリシリコン膜からなるポリシリコンゲート電極1032と、窒化膜からなる絶縁性サイドウォール1033とを形成する。また、NMISFET形成領域Rntにおいては、N型低濃度ソース・ドレイン拡散層1001aとN型高濃度ソース・ドレイン拡散層1001bとを形成し、PMISFET形成領域Rptにおいては、P型低濃度ソース・ドレイン拡散層1002aとP型高濃度ソース・ドレイン拡散層1002bとを形成する。
【0008】
次に、図5(b)に示す工程で、Co膜を形成する前に、アルゴンプラズマ(圧力0.4mTorr,プラズマパワー400W,バイアスパワー260W、基板バイアス−120V,エッチング時間5秒)によるスパッタエッチングを行ない、アルゴンイオンの物理的スパッタによって自然酸化膜を除去する。その後、スパッタエッチングが終了すると、ウエハを真空中でCoスパッタチャンバに搬送する。Coスパッタチャンバ内でスパッタを行なって、ウエハ上にCo膜1014を堆積する。引き続き、ウエハを真空中でTiスパッタチャンバまで搬送して、Tiスパッタチャンバ内で、リアクティブスパッタ法により、ウエハ上にTiN膜1015を堆積し、その後、ウエハを大気曝露させる。
【0009】
次に、図5(c)に示す工程で、RTA装置によって、TiN膜1015の堆積後に大気曝露されたウエハに第1回目のRTA処理を施し、未反応のCo膜1014とTiN膜1015とを選択的に除去する。この未反応のCo膜1014とTiN膜1015との除去は、例えば、硫酸或いは塩酸と過酸化水素水とを混合させた酸性薬液や、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合させたアルカリ性薬液を用いて行なうことができる。その後、ウエハに第2回目のRTA処理を施し、N型高濃度ソース・ドレイン拡散層1001bの上部を占めるN型拡散層上シリサイド膜1016nと、P型高濃度ソース・ドレイン拡散層1002bの上部を占めるP型拡散層上シリサイド膜1016pと、ゲート上シリサイド膜1016bとを形成する。N型拡散層上シリサイド膜1016n,P型拡散層上シリサイド膜1016pは、各々N型高濃度ソース・ドレイン拡散層1001b,1002bと共にソース・ドレイン領域として機能する。ゲート上シリサイド膜1016bは、ポリシリコンゲート電極1022,1032と共にゲート電極として機能する。
【0010】
次に、図5(d)に示す工程で、基板上に、LP−SiN膜1017とHDP−SiO 膜1018(高密度プラズマCVDによる酸化膜)とからなる第1の層間絶縁膜1045を形成し、CMP法により第1の層間絶縁膜1045を平坦化する。さらに、第1の層間絶縁膜1045を貫通して各シリサイド膜1016n,1016pに到達する接続孔1050を形成する。
【0011】
次に、図6(a)に示す工程で、接続孔内にTi膜からなる下地膜1061,TiN膜からなるバリア膜1062及びW膜1063を埋め込んで、第1のタングステンプラグ1060を形成する。
【0012】
次に、図6(b)に示す工程で、第1の層間絶縁膜1045及び第1のタングステンプラグ1060の上にHDP−SiO 膜からなる第2の層間絶縁膜1047を形成し、CMP法により第2の層間絶縁膜1047を平坦化する。そして、第2の層間絶縁膜1047を貫通して第1のタングステンプラグ1060に到達する接続孔を形成した後、接続孔内にTi膜からなる下地膜1071,TiN膜からなるバリア膜1072及びW膜1073を埋め込んで、第2のタングステンプラグ1070を形成する。
【0013】
次に、図6(c)に示す工程で、第2の層間絶縁膜1047及び第2のタングステンプラグ1070の上にHDP−SiO 膜からなる第3の層間絶縁膜1049を形成し、CMP法により第3の層間絶縁膜1049を平坦化する。その後の工程の図示は省略するが、メモリセル形成工程,多層配線形成工程などを行なう。なお、その後の工程において、第1,第2のタングステンプラグ1060,1070,…からなるスタックコンタクト構造は、3次元的に層間絶縁膜に囲まれた状態となり、メモリセル形成工程における高温長時間の熱処理が施される。
【0014】
【非特許文献1】
Appl.Phys.Lett.58,1308(1991)
【非特許文献2】
Appl.Phys.Lett.68(24),3461(1996)
【非特許文献3】
Appl.Phys.Lett.74(20),2930(1999)
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、拡散層上コバルトシリサイド層(コバルトシリサイド膜)の上にスタックコンタクト構造を設けてなる上記従来のDRAM混載半導体装置においては、以下に示すような不具合があった。
【0016】
図7は、上記従来のDRAM混載半導体装置におけるタングステンプラグのコンタクト抵抗の測定結果を示す図である。図7のデータが採取されたDRAM混載型半導体装置のサンプルにおいては、各タングステンプラグの形成後にメモリセル形成工程における高温かつ長時間の熱処理が施されている。図7において、△印のデータはN型拡散層上コバルトシリサイド膜へのコンタクト抵抗を示し、○印のデータはP型拡散層上コバルトシリサイド膜へのコンタクト抵抗を示している。また、図7において横軸はコンタクト抵抗を、縦軸は累積度数分布を表している。図7を参照すると、N型拡散層上コバルトシリサイド膜へのコンタクト抵抗がP型拡散層上コバルトシリサイド膜に比べると大きくなっており、かつ、抵抗値のばらつきも大きくなっていることが分かる。
【0017】
このことから、N型拡散層上コバルトシリサイド膜に対するタングステンプラグの耐熱性が低いことが判明した。
【0018】
図8は、N型拡散層上コバルトシリサイド膜とタングステンプラグとの接触部の不良解析のために撮影した断面TEM写真図である。図8のデータが採取されたサンプルは、図7に示す多数のサンプルのうちコンタクト抵抗が約1000Ωであるサンプルである。図8を参照すると、コバルトシリサイド膜とコンタクトメタルTi膜との界面に、シリサイドの凝集が起因と推測されるボイドが存在していることが分かる。すなわち、このボイドが原因で、タングステンプラグとコバルトシリサイド膜との接触面積が減少し、コンタクト抵抗値が増大したと考えられる。そして、このボイドの発生は、コバルトシリサイド膜を構成するシリサイド結晶粒の凝集によるものと考えられる。
【0019】
ここで、本発明者達は、P型拡散層上コバルトシリサイド膜ではシリサイド結晶粒の凝集がほとんど発生しないのに対して、N型拡散層上コバルトシリサイド膜ではシリサイド結晶粒の凝集が発生しやすい要因について解析した結果、以下のような要因が示唆された。その要因とは、コバルトシリサイド膜のシリコン基板へのエピタキシャル成長の度合い(以下エピ強度)である。コバルトシリサイド膜のシリコン基板上へのエピタキシャル成長は、コバルトシリサイド膜とシリコン基板との結晶方位の関係が、CoSi (100)‖Si(100)を満たす場合に生じると考えられる。
【0020】
一方、エピタキシャル成長の度合いは、コバルトシリサイド膜のCoSi (400)X線回折強度(以下、単に「XRD強度」という)によってわかるといえる。すなわち、XRD測定においてCoSi (100)のピークは検出されないことと、2θ=34°付近に検出されるCoSi (200)のピークは極めて低いことから、2θ=71°付近に検出されるCoSi (400)ピークのXRD強度によってエピタキシャル成長の度合を表すことにする。
【0021】
また、シリサイド結晶粒の凝集は、シリサイド膜の結晶粒が細かいほど粒界が多いために発生し易い。したがって、N型拡散層上コバルトシリサイド膜で凝集する理由は、N型拡散層上コバルトシリサイド膜のエピタキシャル成長の度合がP型拡散層上コバルトシリサイド膜よりも低いからだと推定された。
【0022】
そこで、本発明者達は、全面に高濃度のN型不純物がイオン注入された基板(N型拡散基板)のサンプルと、全面に高濃度のP型不純物がイオン注入された基板(P型拡散基板)のサンプルとを個別に作成し、各サンプルについてエピタキシャル成長の度合の測定を行なった。
【0023】
図9は、N型拡散基板のサンプルとP型拡散基板のサンプルとに対するXRD強度(エピタキシャル成長の度合)の測定結果を表にして示す図である。同図に示すように、シリサイド膜のエピタキシャル成長の度合は、P型拡散基板の方がN型拡散基板よりも2倍以上も高く、やはりN型拡散基板上のシリサイド膜はエピタキシャル成長の度合が低いために凝集し易いことが判明した。
【0024】
さらに、コバルトシリサイド膜のエピ強度以外にコンタクトの耐熱性の低下に関わる要因も考えられる。
【0025】
本発明の目的は、半導体装置及びその製造方法において、高温熱処理時におけるN型拡散層上シリサイド膜の結晶粒の凝集を抑制する手段を講ずることにより、コンタクト抵抗の増大を抑制することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の半導体装置は、第1の層間絶縁膜を貫通してN型拡散層上シリサイド膜に接触するN型拡散層上第1プラグから第1の層間絶縁膜の一部に亘る領域上に金属膜からなる応力緩和用パッドを備えている。
【0027】
これにより、N型拡散層上シリサイド膜とN型拡散層上第1プラグとの間の接触部に印加される応力が緩和されるので、比較的高温の熱処理においてもシリサイド結晶粒の凝集が抑制される。よって、N型拡散層上シリサイド膜とN型拡散層上第1プラグとの界面付近にボイドが発生することなどに起因するコンタクト抵抗の増大を抑制することができる。
【0028】
P型拡散層上第1プラグの上には、応力緩和用パッドがあってもよいし、なくてもよい。
【0029】
応力緩和用パッドの面積は、N型拡散層上第1プラグの1.5倍以上であることが好ましい。
【0030】
第1,第2の層間絶縁膜が、高密度プラズマCVDによって堆積されている場合には、高温熱処理時において、N型拡散層上シリサイド膜とN型拡散層上第1プラグとの間の接触部には、特に大きい熱応力が印加されるが、その場合にもコンタクト抵抗の増大を抑制することができる。
【0031】
第2の層間絶縁膜の上に高密度プラズマCVDによって堆積された第3の層間絶縁膜が設けられている場合にも同様である。
【0032】
本発明の第2の半導体装置は、N型拡散層上シリサイド膜のうちN型拡散層上第1プラグと接触する領域に窒素を導入したものである。
【0033】
これにより、N型拡散層上シリサイド膜中における各原子の拡散が妨げられるので、N型拡散層上シリサイド膜の結晶粒の凝集が抑制される。よって、N型拡散層上シリサイド膜とN型拡散層上第1プラグとの界面付近にボイドが発生することなどに起因するコンタクト抵抗の増大を抑制することができる。
【0034】
その場合、P型拡散層上シリサイド膜のうちP型拡散層上第1プラグと接触する領域に窒素が導入されていてもよいし、窒素が導入されていなくてもよい。
【0035】
本発明の第1,第2の半導体装置は、DRAMメモリセルと、ロジック用トランジスタとを備え、N型拡散層及びP型拡散層がロジック用トランジスタのソース・ドレイン領域である場合に、ロジック回路用トランジスタ形成後に高温熱処理が施されるDRAM混載型半導体装置において、コンタクト抵抗の増大を抑制する効果を発揮することができる。
【0036】
本発明の第1の半導体装置の製造方法は、第1の層間絶縁膜を貫通してN型拡散層上シリサイド膜及びP型拡散層上シリサイド膜にそれぞれ到達する第1の接続孔を形成し、第1の接続孔内に導体材料を埋め込んでN型拡散層上第1プラグ及びP型拡散層上第1プラグを形成した後、N型拡散層上第1プラグから第1の層間絶縁膜の一部に亘る領域上に導体材料からなる応力緩和用パッドを形成し、その後、第2の層間絶縁膜,N型拡散層上第2プラグを形成する。これにより、第1の半導体装置を容易に製造することができる。
【0037】
本発明の第2の半導体装置の製造方法は、第1の層間絶縁膜を貫通してN型拡散層上シリサイド膜及びP型拡散層上シリサイド膜にそれぞれ到達する第1の接続孔を形成した後、N型拡散層上シリサイド膜に窒素を導入する方法である。この方法により、第2の半導体装置を容易に製造することができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
図1(a)〜図2(c)は、スタックコンタクト構造中に応力緩和用パッドを設けた半導体装置に係る第1の実施形態の製造工程を示す断面図である。図1(a)〜図2(c)のうち左半分はNチャネル型MISトランジスタを形成する領域であるNMISFET領域Rntを、右半分にPチャネル型MISトランジスタを形成する領域であるPMISFET形成領域Rptをそれぞれ示している。
【0039】
本実施形態の半導体装置は、DRAM混載型半導体装置であり、図示しない領域にはスタック容量を有するメモリセルキャパシタを備えたDRAMメモリセルが配置されている。このメモリセルの構造としては、周知の各種構造を採ることができる。
【0040】
まず、図1(a)に示す工程で、少なくとも上部が半導体層となっているシリコン基板100(ウエハ)上に、活性領域を囲む素子分離領域であるシャロートレンチ111を形成する。そして、NMISFET形成領域Rntには、膜厚が5nmのゲート酸化膜121と、膜厚が100nmのN型ポリシリコン膜からなるポリシリコンゲート電極122と、横方向厚さが70nmの窒化膜からなる絶縁性サイドウォール123とを形成する。PMISFET形成領域Rptには、膜厚が5nmのゲート酸化膜131と、膜厚が100nmのP型ポリシリコン膜からなるポリシリコンゲート電極132と、横方向厚さが70nmの窒化膜からなる絶縁性サイドウォール133とを形成する。なお、シリコン基板100は、基板全体が半導体で構成されたバルクのシリコン基板であってもよいし、上部が半導体層で構成され、上部の半導体層の下方領域全体が絶縁層で構成されているか、半導体基板の中間部に絶縁層が形成され、絶縁層の上方に半導体層が設けられているSOI基板であってもよい。
【0041】
ただし、各ゲート酸化膜121,131及び各ポリシリコンゲート電極122,132を形成した後、絶縁性サイドウォール123,133を形成する前に、NMISFET形成領域RntとPMISFET形成領域Rptとで個別に低濃度不純物のイオン注入を行なって、NMISFET形成領域Rntにおいては、ポリシリコンゲート電極122に自己整合的にN型低濃度ソース・ドレイン拡散層101a(エクステンション層又はLDD層)を形成し、PMISFET形成領域Rptにおいては、ポリシリコンゲート電極132に自己整合的にP型低濃度ソース・ドレイン拡散層102a(エクステンション層又はLDD層)を形成する。その後、各絶縁性サイドウォール123,133を形成した後に、NMISFET形成領域RntとPMISFET形成領域Rptとで個別に高濃度不純物のイオン注入を行なって、NMISFET形成領域Rntにおいては、絶縁性サイドウォール123に自己整合的にN型高濃度ソース・ドレイン拡散層101bを形成し、PMISFET形成領域Rptにおいては、絶縁性サイドウォール133に自己整合的にP型高濃度ソース・ドレイン拡散層102bを形成する。
【0042】
また、NMISFETのポリシリコン電極122には、ポリシリコン膜の状態でヒ素,リンなどのN型不純物をイオン注入によって導入してもよい。ただし、高濃度ソース・ドレイン拡散層形成のためのイオン注入により、各ポリシリコンゲート電極122,132には、それぞれN型不純物(ヒ素又はリン),P型不純物(ボロン)が導入される。
【0043】
次に、図1(b)に示す工程で、Co膜を形成する前に、アルゴンプラズマ(圧力0.4mTorr,プラズマパワー400W,バイアスパワー260W、基板バイアス−120V,エッチング時間5秒)によるスパッタエッチングを行ない、アルゴンイオンの物理的スパッタによって自然酸化膜を除去する。その後、スパッタエッチングが終了すると、ウエハを真空中でCoスパッタチャンバに搬送する。Coスパッタチャンバ内で、圧力2.0mTorr,DCパワー100Wの条件でスパッタを行なって、ウエハ上に、膜厚が7nmのCo膜114を堆積する。引き続き、ウエハを真空中でTiスパッタチャンバまで搬送して、Tiスパッタチャンバ内で、リアクティブスパッタ法により、圧力4.5mTorr,DCパワー7200W,アルゴン流量/窒素流量=2/3の条件で、ウエハ上に膜厚が20nmのTiN膜115を堆積し、その後、ウエハを大気曝露させる。
【0044】
次に、図1(c)に示す工程で、RTA装置によって、TiN膜115の堆積後に大気曝露されたウエハに、470℃,60秒の条件で第1回目のRTA処理を施し、未反応のCo膜114とTiN膜115とを選択的に除去する。この未反応のCo膜114とTiN膜115との除去は、例えば、硫酸或いは塩酸と過酸化水素水とを混合させた酸性薬液や、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合させたアルカリ性薬液を用いて行なうことができる。その後、ウエハに、850℃,60秒の条件で2回目のRTA処理を施し、N型高濃度ソース・ドレイン拡散層101bの上にはN型拡散層上シリサイド膜116nを、P型高濃度ソース・ドレイン拡散層102bの上にはP型拡散層上シリサイド膜116pを、ポリシリコンゲート電極122,132の上にはゲート上シリサイド膜116bをそれぞれ形成する。各拡散層上シリサイド膜116n,116p,各高濃度ソース・ドレイン拡散層101b,102b及び各低濃度ソース・ドレイン領域101a,102aにより、ソース・ドレイン領域が構成されている。ゲート上シリサイド膜116b及び各ポリシリコンゲート電極122,132により、ゲート電極が構成されている。
【0045】
次に、図1(d)に示す工程で、基板上に、膜厚が50nmのLP−SiN膜117(低圧CVDによって形成された窒化膜)と、厚さ400nmのHDP−SiO 膜118(高密度プラズマCVDによる酸化膜)とからなる第1の層間絶縁膜145を形成し、CMP法により第1の層間絶縁膜145を平坦化する。さらに、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、第1の層間絶縁膜145を貫通してN型拡散層上シリサイド膜116n及びP型拡散層上シリサイド膜116pにそれぞれ到達する第1接続孔(図示せず)を形成した後、各第1接続孔内にTi膜からなる下地膜161,TiN膜からなるバリア膜162及びW膜163を埋め込んで、N型拡散層シリサイド膜116nにコンタクトするN型拡散層上第1プラグ160nと、P型拡散層シリサイド膜116pにコンタクトするP型拡散層上第1プラグ160pとを形成する。その際、スパッタ法により、圧力1.5mTorr,DCパワー11000Wの条件で厚さ20nmのTi膜を堆積し、スパッタ法により、圧力4.5mTorr,DCパワー7200W,アルゴン流量/窒素流量=3/7の条件でTi膜の上に厚さ50nmのTiN膜を堆積し、CVD法により、厚さ200nmのW膜とを順次形成する。その後、CMP法を用いて第1の層間絶縁膜145上のW膜,TiN膜及びTi膜を研磨除去することによって、Ti膜,TiN膜及びW膜を各第1接続孔内に埋め込む。
【0046】
次に、図2(a)に示す工程で、スパッタ法により、第1の層間絶縁膜145及び各第1プラグ160n,160pの上に、厚さ5nmのTi膜,厚さ10nmのTiN膜及び厚さ50nmのW膜を順次堆積してTi/TiN/W積層膜151を形成する。その後、Ti/TiN/W積層膜151の上にパッド形成領域(N型拡散層上第1プラグ160nを含む領域)を覆うレジスト膜153を形成する。
【0047】
次に、レジスト膜153をマスクとして用い、Ti/TiN/W積層膜151をパターニングして、N型拡散層上第1プラグ160nを覆う応力緩和用金属パッド152を形成する。一方、P型拡散層上第1プラグ160pの上方には応力緩和用金属パッドは形成されない。
【0048】
次に、図2(b)に示す工程で、レジスト膜153を除去した後、第1の層間絶縁膜145,応力緩和用金属パッド152及びP型拡散層上第1プラグ160pの上に、厚さ300nmのHDP−SiO 膜からなる第2の層間絶縁膜147を堆積し、CMP法により、第2の層間絶縁膜147を平坦化する。その後、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、第2の層間絶縁膜147を貫通して、各々応力緩和用金属パッド152,P型拡散層上第1プラグ160pにそれぞれ到達するN型拡散層上第2接続孔,P型拡散層上第2接続孔(いずれも図示せず)を形成した後、各第2接続孔内にTi膜からなる下地膜171,TiN膜からなるバリア膜172及びW膜173を埋め込んで、応力緩和用金属パッド152に接触するN型拡散層上第2プラグ170nと、P型拡散層上第1プラグ160pに接触するP型拡散層上第2プラグ170pとを形成する。その際、図1(d)に示す工程と同じ条件で、Ti膜,TiN膜及びW膜を堆積した後、CMP法により、Ti膜,TiN膜及びW膜を各第2接続孔内に埋め込む。これにより、N型拡散層上シリサイド膜116nの上方には、応力緩和用金属パッド152とこれを挟むN型拡散層上第1プラグ160n及びN型拡散層上第2プラグ170nとからなるスタックコンタクト構造が形成される。一方、P型拡散層上シリサイド膜116pの上方には、応力緩和用金属パッドを挟まないP型拡散層上第1プラグ160p及びP型拡散層上第2プラグ170pからなるスタックコンタクト構造が形成される。
【0049】
次に、図2(c)に示す工程で、第2の層間絶縁膜147,N型拡散層上第2プラグ170n及びP型拡散層上第2プラグ170pの上に、厚さ300nmのHDP−SiO 膜からなる第3の層間絶縁膜149を堆積した後、CMP法により、第2の層間絶縁膜149を平坦化する。その後の工程の図示は省略するが、メモリセル形成工程を経て、第3の層間絶縁膜への第3接続孔の形成、N型拡散層上第2プラグ170nに接続されるN型拡散層上第3プラグ及びP型拡散層上第2プラグ170pに接続されるP型拡散層上第3プラグの形成,ぞの後のダマシン法による上層の多層配線層の形成などを行なう。これにより、高濃度の窒素を含むN型拡散層上シリサイド膜116nの上方には、N型拡散層上第1プラグ160n,応力緩和用金属プラグ152,N型拡散層上第2プラグ170n及びN型拡散層上第3プラグからなるスタックコンタクト構造が形成される。一方、P型拡散層上シリサイド膜116pの上方には、P型拡散層上第1プラグ160p,P型拡散層上第2プラグ170p及びP型拡散層上第3プラグからなるスタックコンタクト構造が形成される。
【0050】
図2(c)に示す工程よりも後の工程において、N型拡散層上シリサイド膜116n,P型拡散層上シリサイド膜116pの上方の各スタックコンタクト構造は、3次元的に第1,第2,第3の層間絶縁膜145,147,149に囲まれた状態となり、メモリセル形成工程における高温長時間の熱処理が施される。
【0051】
ここで、本実施形態の製造工程によって形成されたN型拡散層上シリサイド膜116nの上方のスタックコンタクト構造においては、N型拡散層上第1プラグ160nとN型拡散層上第2プラグ170nとの間に応力緩和用金属パッド152が介在しているので、スタックコンタクト構造の形成後において高温長時間のメモリセル形成工程を経ても、第1,第2,第3の層間絶縁膜145,147,149からの熱応力が応力緩和用金属パッド152によって緩和される。したがって、その後、高温長時間の熱処理工程を経験しても、従来のN型高濃度ソース・ドレイン拡散層上のシリサイド膜のごとく、シリサイド結晶粒の凝集によってコンタクト抵抗が増大するような不具合を回避することができ、ひいては、スタックコンタクト構造の耐熱性の向上を図ることができる。
【0052】
特に、DRAM・ロジック混載型半導体装置(DRAM混載デバイス)においては、ロジック用トランジスタの第1の層間絶縁膜,第2の層間絶縁膜,各第1プラグ,各第2プラグを形成してから、DRAMメモリセルのキャパシタを形成する工程(例えばON膜,ONO膜などの形成の際の熱酸化処理工程)で、800℃前後の高温長時間の熱処理が行なわれることが多い。その場合、特にN型拡散層上シリサイド膜の結晶粒の凝集に起因するコンタクト抵抗の増大を招くおそれが大きい。したがって、本実施形態は、DRAM混載型半導体装置において著効を発揮することができる。
【0053】
なお、本実施形態における金属パッド用の金属膜を配線(例えばローカル配線)として使用することも可能である。また、N型拡散層上のシリサイド膜として、チタンシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜を用いた場合においても、コバルトシリサイド膜と同様に、結晶粒の凝集によるコンタクト抵抗の増大を招くおそれがある。よって、本実施形態は、シリサイド膜として、チタンシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜のうちから選ばれるいずれか1つのシリサイド膜を形成した場合に、上述の効果を発揮することができる。
【0054】
図10(a)〜(c)は、それぞれ順に、従来技術及び第1の実施形態のN型拡散層上のスタックコンタクト構造におけるコンタクト抵抗のデータを示す図,従来のスタックコンタクト構造を示す断面図,第1の実施形態のスタックコンタクト構造を示す断面図である。図10(a)に示す第1の実施形態のデータは、N型拡散層上第1プラグとN型拡散層上第2プラグとの間に、厚さ5nm/10nm/50nmのTi/TiN/W積層膜からなり、面積が1μm の金属パッドを挟んだスタックコンタクト構造を用いて得られたものである。
【0055】
図10(a)を参照すると、本実施形態のスタックコンタクト構造は、従来技術のスタックコンタクト構造に比べて、コンタクト抵抗が小さく、かつ、抵抗値のバラツキも小さいことが分かる。つまり、応力緩和用金属パッドを挟んだスタックコンタクト構造にすることで、本質的に耐熱性の低いN型拡散層上シリサイド膜のボイドの発生を抑制することができる。これは、メモリセル形成工程の高温長時間処理によって、第1,第2,第3層間絶縁膜から、N型拡散層上第2プラグ,N型拡散層上第1プラグを経てN型拡散層上シリサイド膜に作用する熱応力を、応力緩和用金属パッドによって緩和することにより、N型拡散層上シリサイド膜中の結晶粒の凝集を抑制しているからであると推測される。
【0056】
なお、第1の実施形態の図2(a),(b)に示す工程において、P型拡散層上第1プラグ160pの上にも応力緩和用金属パッドを形成してもよい。
【0057】
応力緩和用金属パッドの径は、フォトリソグラフィーのマスクの位置ずれや 接続孔のエッチングによる拡大や金属パッドのエッチングによる縮小を考慮すると、各接続孔の1.2倍以上であることが好ましい。つまり、応力緩和用金属パッドの面積は、N型拡散層上接続孔やN型拡散層上プラグの面積の1.5倍以上であることが好ましい。
【0058】
(第2の実施形態)
図3(a)〜図4(c)は、N型拡散層上シリサイド膜に窒素を注入してなる半導体装置に係る第2の実施形態の製造工程を示す断面図である。図3(a)〜図4(c)のうち左半分はNチャネル型MISトランジスタを形成する領域であるNMISFET領域Rntを、右半分にPチャネル型MISトランジスタを形成する領域であるPMISFET形成領域Rptをそれぞれ示している。
【0059】
本実施形態の半導体装置は、DRAM混載型半導体装置であり、図示しない領域にはスタック容量を有するメモリセルキャパシタを備えたDRAMメモリセルが配置されている。このメモリセルの構造としては、周知の各種の構造を採ることができる。
【0060】
まず、図3(a)に示す工程で、少なくとも上部が半導体層となっているシリコン基板100(ウエハ)上に、活性領域を囲む素子分離領域であるシャロートレンチ111を形成する。そして、NMISFET形成領域Rntには、膜厚が5nmのゲート酸化膜121と、膜厚が100nmのN型ポリシリコン膜からなるポリシリコンゲート電極122と、横方向厚さが70nmの窒化膜からなる絶縁性サイドウォール123とを形成する。PMISFET形成領域Rptには、膜厚が5nmのゲート酸化膜131と、膜厚が100nmのP型ポリシリコン膜からなるポリシリコンゲート電極132と、横方向厚さが70nmの窒化膜からなる絶縁性サイドウォール133とを形成する。なお、シリコン基板100は、基板全体が半導体で構成されたバルクのシリコン基板であってもよいし、上部が半導体層で構成され、上部の半導体層の下方領域全体が絶縁層で構成されているか、半導体基板の中間部に絶縁層が形成され、絶縁層の上方に半導体層が設けられているSOI基板であってもよい。
【0061】
ただし、各ゲート酸化膜121,131及び各ポリシリコンゲート電極122,132を形成した後、絶縁性サイドウォール123,133を形成する前に、NMISFET形成領域RntとPMISFET形成領域Rptとで個別に低濃度不純物のイオン注入を行なって、NMISFET形成領域Rntにおいては、ポリシリコンゲート電極122に自己整合的にN型低濃度ソース・ドレイン拡散層101a(エクステンション層又はLDD層)を形成し、PMISFET形成領域Rptにおいては、ポリシリコンゲート電極132に自己整合的にP型低濃度ソース・ドレイン拡散層102a(エクステンション層又はLDD層)を形成する。その後、各絶縁性サイドウォール123,133を形成した後に、NMISFET形成領域RntとPMISFET形成領域Rptとで個別に高濃度不純物のイオン注入を行なって、NMISFET形成領域Rntにおいては、絶縁性サイドウォール123に自己整合的にN型高濃度ソース・ドレイン拡散層101bを形成し、PMISFET形成領域Rptにおいては、絶縁性サイドウォール133に自己整合的にP型高濃度ソース・ドレイン拡散層102bを形成する。
【0062】
また、NMISFETのポリシリコン電極122には、ポリシリコン膜の状態でヒ素,リンなどのN型不純物をイオン注入によって導入してもよい。ただし、高濃度ソース・ドレイン拡散層形成のためのイオン注入により、各ポリシリコンゲート電極122,132には、それぞれN型不純物(ヒ素又はリン),P型不純物(ボロン)が導入される。
【0063】
次に、図3(b)に示す工程で、第1の実施形態における図1(b),(c)に示す工程と同じ工程を行なう。まず、Co膜を形成する前に、アルゴンプラズマ(圧力0.4mTorr,プラズマパワー400W,バイアスパワー260W、基板バイアス−120V,エッチング時間5秒)によるスパッタエッチングを行ない、アルゴンイオンの物理的スパッタによって自然酸化膜を除去する。その後、スパッタエッチングが終了すると、ウエハを真空中でCoスパッタチャンバに搬送する。Coスパッタチャンバ内で、圧力2.0mTorr,DCパワー100Wの条件でスパッタを行なって、ウエハ上に、膜厚が7nmのCo膜114を堆積する。引き続き、ウエハを真空中でTiスパッタチャンバまで搬送して、Tiスパッタチャンバ内で、リアクティブスパッタ法により、圧力4.5mTorr,DCパワー7200W,アルゴン流量/窒素流量=2/3の条件で、ウエハ上に膜厚が20nmのTiN膜115を堆積し、その後、ウエハを大気曝露させる。
【0064】
さらに、RTA装置によって、TiN膜115の堆積後に大気曝露されたウエハに、470℃,60秒の条件で第1回目のRTA処理を施し、未反応のCo膜114とTiN膜115とを選択的に除去する。この未反応のCo膜114とTiN膜115との除去は、例えば、硫酸或いは塩酸と過酸化水素水とを混合させた酸性薬液や、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合させたアルカリ性薬液を用いて行なうことができる。その後、ウエハに、850℃,60秒の条件で2回目のRTA処理を施し、N型高濃度ソース・ドレイン拡散層101bの上方にはN型拡散層上シリサイド膜116nを、P型高濃度ソース・ドレイン拡散層102bの上方にはP型拡散層上シリサイド膜116pを、ポリシリコンゲート電極122,132の上にはゲート上シリサイド膜116bをそれぞれ形成する。各拡散層上シリサイド膜116n,116p,各高濃度ソース・ドレイン拡散層101b,102b及び各低濃度ソース・ドレイン領域101a,102aにより、ソース・ドレイン領域が構成されている。ゲート上シリサイド膜116b及び各ポリシリコンゲート電極122,132により、ゲート電極が構成されている。
【0065】
次に、図3(c)に示す工程で、基板上に、膜厚が50nmのLP−SiN膜117と、厚さ400nmのHDP−SiO 膜118とからなる第1の層間絶縁膜145を形成し、CMP法により第1の層間絶縁膜145を平坦化する。さらに、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、第1の層間絶縁膜145を貫通してN型拡散層上シリサイド膜116nに到達するN型拡散層上第1接続孔150nと、第1の層間絶縁膜145を貫通してP型拡散層上シリサイド膜116pに到達するP型拡散層上第1接続孔150pとを形成する。
【0066】
次に、図3(d)に示す工程で、加速電圧10keV,ドーズ量8.0×1014cm−2の条件で、窒素イオン(N )を注入する。これにより、N型拡散層上シリサイド膜116n及びP型拡散層上シリサイド膜116pに、窒素が導入されることになる。
【0067】
次に、図4(a)に示す工程で、各第1接続孔150n,150p内にTi膜からなる下地膜161,TiN膜からなるバリア膜162及びW膜163を埋め込んで、N型拡散層シリサイド膜116nにコンタクトするN型拡散層上第1プラグ160nと、P型拡散層シリサイド膜116pにコンタクトするP型拡散層上第1プラグ160pとを形成する。その際、スパッタ法により、圧力1.5mTorr,DCパワー11000Wの条件で厚さ20nmのTi膜を堆積し、スパッタ法により、圧力4.5mTorr,DCパワー7200W,アルゴン流量/窒素流量=3/7の条件でTi膜の上に厚さ50nmのTiN膜を堆積し、CVD法により、厚さ200nmのW膜とを順次形成する。その後、CMP法を用いて第1の層間絶縁膜145上のW膜,TiN膜及びTi膜を研磨除去することによって、Ti膜,TiN膜及びW膜を各第1接続孔内に埋め込む。
【0068】
次に、図4(b)に示す工程で、第1の層間絶縁膜145,N型拡散層上第1プラグ160n及びP型拡散層上第1プラグ160pの上に、厚さ300nmのHDP−SiO 膜からなる第2の層間絶縁膜147を堆積し、CMP法により、第2の層間絶縁膜147を平坦化する。その後、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、第2の層間絶縁膜147を貫通して、N型拡散層上第1プラグ160n,P型拡散層上第1プラグ160pにそれぞれ到達するN型拡散層上第2接続孔,P型拡散層上第2接続孔(いずれも図示せず)を形成した後、各第2接続孔内にTi膜からなる下地膜171,TiN膜からなるバリア膜172及びW膜173を埋め込んで、N型拡散層上第1プラグ160nに接触するN型拡散層上第2プラグ170nと、P型拡散層上第1プラグ160pに接触するP型拡散層上第2プラグ170pとを形成する。
【0069】
次に、図4(c)に示す工程で、第2の層間絶縁膜147,N型拡散層上第2プラグ170n及びP型拡散層上第2プラグ170pの上に、厚さ300nmのHDP−SiO 膜からなる第3の層間絶縁膜149を堆積した後、CMP法により、第2の層間絶縁膜149を平坦化する。その後の工程の図示は省略するが、メモリセル形成工程を経て、第3の層間絶縁膜への第3接続孔の形成、N型拡散層上第2プラグ170nに接続されるN型拡散層上第3プラグ及びP型拡散層上第2プラグ170pに接続されるP型拡散層上第3プラグの形成,ぞの後のダマシン法による上層の多層配線層の形成などを行なう。これにより、高濃度の窒素を含むN型拡散層上シリサイド膜116nの上方には、N型拡散層上第1プラグ160n,N型拡散層上第2プラグ170n及びN型拡散層上第3プラグからなるスタックコンタクト構造が形成される。一方、P型拡散層上シリサイド膜116pの上方には、P型拡散層上第1プラグ160p,P型拡散層上第2プラグ170p及びP型拡散層上第3プラグからなるスタックコンタクト構造が形成される。
【0070】
図4(c)に示す工程よりも後の工程において、N型拡散層上シリサイド膜116n,P型拡散層上シリサイド膜116pの上方の各スタックコンタクト構造は、3次元的に第1,第2,第3の層間絶縁膜145,147,149に囲まれた状態となり、メモリセル形成工程における高温長時間の熱処理が施される。
【0071】
ここで、本実施形態の製造工程によって形成されたN型拡散層上シリサイド膜116nのうちN型拡散層上第1プラグ160nに接触する領域には、窒素が注入されており、N型拡散層上シリサイド膜116n内で窒素原子がシリサイド結晶粒中や粒界に存在するために、コバルト原子やシリコン原子の拡散が妨げられる。したがって、その後、高温長時間の熱処理工程を経験しても、従来のN型高濃度ソース・ドレイン拡散層上のシリサイド膜のごとく、シリサイド結晶粒の凝集によってコンタクト抵抗が増大するような不具合を回避することができ、ひいては、スタックコンタクト構造の耐熱性の向上を図ることができる。
【0072】
特に、DRAM・ロジック混載型半導体装置(DRAM混載デバイス)においては、ロジック用トランジスタの第1の層間絶縁膜,第2の層間絶縁膜,各第1プラグ,各第2プラグを形成してから、DRAMメモリセルのキャパシタを形成する工程(例えばON膜,ONO膜などの形成の際の熱酸化処理工程)で、800℃前後の高温長時間の熱処理が行なわれることが多い。その場合、特にN型拡散層上シリサイド膜の結晶粒の凝集に起因するコンタクト抵抗の増大を招くおそれが大きい。したがって、本実施形態は、DRAM混載型半導体装置において著効を発揮することができる。
【0073】
なお、本実施形態における金属パッド用の金属膜を配線(例えばローカル配線)として使用することも可能である。また、N型拡散層上のシリサイド膜として、チタンシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜を用いた場合においても、コバルトシリサイド膜と同様に、結晶粒の凝集によるコンタクト抵抗の増大を招くおそれがある。よって、本実施形態は、シリサイド膜として、チタンシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜のうちから選ばれるいずれか1つのシリサイド膜を形成した場合に、上述の効果を発揮することができる。
【0074】
また、第2の実施形態における図3(d)に示す工程で、N型拡散層上第1接続孔150nを含む領域を開口し、P型拡散層上第1接続孔150pを塞ぐレジスト膜を形成し、このレジスト膜を注入マスクとして、窒素イオン(N )を注入してもよい。その場合には、N型拡散層上シリサイド膜116nには、窒素が導入されることになるが、P型拡散層上シリサイド膜116pには窒素は導入されない。この方法では、第2の実施形態に比べると、P型拡散層上シリサイド膜116pに窒素が導入されないので、P型拡散層上シリサイド膜116p上のスタックコンタクト構造における抵抗を低減する点で有利であるが、反面、フォトリソグラフィー工程の追加が必要になる点で不利である。
【0075】
また、上記第2の実施形態において、シリサイド膜への窒素のイオン注入に代えて、窒素ラジカルを含むプラズマや窒素を含む雰囲気中での熱処理によって、シリサイド膜に窒素を導入してもよい。
【0076】
なお、上記第1,第2の実施形態においては、第1〜第3の層間絶縁膜145,147,149として、HDP−SiO 膜を堆積したが、すべての層間絶縁膜又はいずれか1又は2以上の層間絶縁膜がBPSG膜やBSG膜やPSG膜によって構成されていてもよい。ただし、HDP−SiO 膜は、緻密性及び狭い溝部への埋め込み性の点でBPSG膜よりも有利な反面、BPSG膜よりも大きな熱応力を発生させるので、HDP−SiO 膜を用いた場合に、本発明の各実施形態の著効を発揮することができる。
【0077】
【発明の効果】
本発明の半導体装置又はその製造方法によると、N型拡散層上シリサイド膜のスタックコンタクトに応力緩和用パッドを介在させて層間絶縁膜の熱応力を緩和する、あるいはN型拡散層上シリサイド膜のプラグとの境界付近の領域に窒素を注入して粒界拡散を抑制することによって、その後、高温長時間の熱処理工程を経てもN型拡散層上シリサイド膜の結晶粒の凝集を防止でき、コンタクト抵抗の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は、応力緩和用パッドを設けた半導体装置に係る第1の実施形態の製造工程の前半部を示す断面図である。
【図2】(a)〜(c)は、応力緩和用パッドを設けた半導体装置に係る第1の実施形態の製造工程の後半部を示す断面図である。
【図3】(a)〜(d)は、N型拡散層上シリサイド膜に窒素を注入した半導体装置に係る第2の実施形態の製造工程の前半部を示す断面図である。
【図4】(a)〜(c)は、N型拡散層上シリサイド膜に窒素を注入した半導体装置に係る第2の実施形態の製造工程の後半部を示す断面図である。
【図5】(a)〜(d)は、拡散層上シリサイド膜に金属プラグを形成する工程を含む従来のDRAM混載半導体装置の製造工程の前半部を示す断面図である。
【図6】(a)〜(c)は、拡散層上シリサイド膜に金属プラグを形成する工程を含む従来のDRAM混載半導体装置の製造工程の後半部を示す断面図である。
【図7】従来のDRAM混載半導体装置におけるタングステンプラグのコンタクト抵抗の測定結果を示す図である。
【図8】N型拡散層上シリサイド膜とタングステンプラグとの接触部の不良解析のために撮影した断面TEM写真図である。
【図9】N型拡散基板のサンプルとP型拡散基板のサンプルとに対するXRD強度(エピタキシャル成長の度合)の測定結果を表にして示す図である。
【図10】(a)〜(c)は、それぞれ順に、従来技術及び第1の実施形態のN型拡散層上のコンタクト抵抗のデータを示す図,従来のスタックコンタクト構造を示す断面図,第1の実施形態のスタックコンタクト構造を示す断面図である。
【符号の説明】
100 シリコン基板
101a N型低濃度ソース・ドレイン拡散層
101b N型高濃度ソース・ドレイン拡散層
102a P型低濃度ソース・ドレイン拡散層
102b P型高濃度ソース・ドレイン拡散層
111 シャロートレンチ
114 Co膜
115 TiN膜
116n N型拡散層上シリサイド膜
116p P型拡散層上シリサイド膜
116b ゲート上シリサイド膜
117 LP−SiN膜
118 HDP−SiO
121 ゲート酸化膜
122 ゲート電極
123 サイドウォール
131 ゲート酸化膜
132 ゲート電極
133 サイドウォール
145 第1の層間絶縁膜
147 第2の層間絶縁膜
149 第3の層間絶縁膜
150n N型拡散層上第1接続孔
150p P型拡散層上第1接続孔
151 Ti/TiN/W積層膜
152 応力緩和用金属パッド
153 レジスト膜
160n N型拡散層上第1プラグ
160p P型拡散層上第1プラグ
161 下地膜
162 バリア膜
163 W膜
170n N型拡散層上第2プラグ
170p P型拡散層上第2プラグ
171 下地膜
172 バリア膜
173 W膜
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a silicide film and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as the miniaturization of semiconductor devices has progressed, the need for a DRAM mixed technology for forming both a logic element and a DRAM element on a common substrate has been increasing. However, since a high-temperature heat treatment at about 800 ° C. is performed for several hours when forming a DRAM memory cell, a semiconductor device that can withstand such a high-temperature heat treatment is usually used to form a transistor in a logic section prior to a DRAM section. Is required to have thermal stability.
[0003]
On the other hand, a transistor having a silicide film is generally formed in the logic part (not used in the I / O part) in order to improve the performance of the transistor in the logic part. It is a crystal and has a coefficient of thermal expansion significantly different from that of silicon. For this reason, the silicide film is liable to cause agglomeration during the high-temperature heat treatment and to be easily disconnected. Therefore, cobalt is used as the metal film for silicide so that disconnection hardly occurs even if a little. This is because cobalt silicide has almost the same lattice constant as silicon and has good lattice matching with the silicon substrate, so that cobalt silicide easily grows epitaxially on the silicon substrate.
[0004]
As a method for forming a cobalt silicide film (more precisely, a cobalt disilicide film) epitaxially grown on a silicon substrate, a method of sandwiching a Ti or oxide film at a Co / Si interface or a method of sandwiching a Ti and oxide film has been proposed. Non-Patent Document 1 discloses a method of sandwiching Ti, Non-Patent Document 2 reports a method of sandwiching an oxide film, and Non-Patent Document 3 reports a method of sandwiching Ti and an oxide film. ing.
[0005]
However, the cobalt silicide film is slightly epitaxially grown on the silicon substrate without using the technique of actively growing epitaxially as disclosed in these documents.
[0006]
FIGS. 5A to 6C are cross-sectional views showing a manufacturing process of a conventional DRAM embedded semiconductor device including a process of forming a metal plug in a silicide film on a diffusion layer. 5A to 6C, the left half is an NMISFET region Rnt which is a region for forming an N-channel MIS transistor, and the right half is a PMISFET formation region Rpt which is a region for forming a P-channel MIS transistor. Are respectively shown.
[0007]
First, in a step shown in FIG. 5A, a shallow trench 1011 which is an element isolation region surrounding an active region is formed on a silicon substrate 1000 (wafer) having at least an upper portion serving as a semiconductor layer. Then, in the NMISFET formation region Rnt, a gate oxide film 1021, a polysilicon gate electrode 1022 made of an N-type polysilicon film, and an insulating sidewall 1023 made of a nitride film are formed. In the PMISFET formation region Rpt, a gate oxide film 1031, a polysilicon gate electrode 1032 made of a P-type polysilicon film, and an insulating sidewall 1033 made of a nitride film are formed. In the NMISFET formation region Rnt, an N-type low-concentration source / drain diffusion layer 1001a and an N-type high-concentration source / drain diffusion layer 1001b are formed. In the PMISFET formation region Rpt, a P-type low-concentration source / drain diffusion layer is formed. A layer 1002a and a P-type high concentration source / drain diffusion layer 1002b are formed.
[0008]
Next, in the step shown in FIG. 5B, before forming the Co film, sputter etching using argon plasma (pressure 0.4 mTorr, plasma power 400 W, bias power 260 W, substrate bias -120 V, etching time 5 seconds). To remove the natural oxide film by physical sputtering of argon ions. Thereafter, when the sputter etching is completed, the wafer is transferred to a Co sputtering chamber in a vacuum. Sputtering is performed in a Co sputtering chamber to deposit a Co film 1014 on the wafer. Subsequently, the wafer is transferred to a Ti sputtering chamber in a vacuum, and a TiN film 1015 is deposited on the wafer by a reactive sputtering method in the Ti sputtering chamber, and thereafter, the wafer is exposed to the atmosphere.
[0009]
Next, in a step shown in FIG. 5C, a first RTA process is performed on the wafer that has been exposed to the air after the deposition of the TiN film 1015 by using an RTA apparatus, and the unreacted Co film 1014 and the TiN film 1015 are removed. Selectively remove. The removal of the unreacted Co film 1014 and TiN film 1015 can be performed, for example, by using an acidic chemical solution obtained by mixing sulfuric acid or hydrochloric acid with hydrogen peroxide solution, or an alkaline chemical solution obtained by mixing ammonium hydroxide and hydrogen peroxide solution. Can be performed. After that, the wafer is subjected to a second RTA process so that the upper part of the N-type high concentration source / drain diffusion layer 1002b and the upper part of the P-type high concentration source / drain diffusion layer 1002b, An occupied silicide film 1016p on the P-type diffusion layer and a silicide film 1016b on the gate are formed. The silicide film 1016n on the N-type diffusion layer and the silicide film 1016p on the P-type diffusion layer function as source / drain regions together with the N-type high-concentration source / drain diffusion layers 1001b and 1002b, respectively. The on-gate silicide film 1016b functions as a gate electrode together with the polysilicon gate electrodes 1022 and 1032.
[0010]
Next, in the step shown in FIG. 5D, the LP-SiN film 1017 and the HDP-SiO 2 A first interlayer insulating film 1045 including a film 1018 (an oxide film formed by high-density plasma CVD) is formed, and the first interlayer insulating film 1045 is planarized by a CMP method. Further, a connection hole 1050 penetrating the first interlayer insulating film 1045 and reaching each of the silicide films 1016n and 1016p is formed.
[0011]
Next, in a step shown in FIG. 6A, a first tungsten plug 1060 is formed by burying a base film 1061 made of a Ti film, a barrier film 1062 made of a TiN film, and a W film 1063 in the connection holes.
[0012]
Next, in the step shown in FIG. 6B, HDP-SiO 2 is formed on the first interlayer insulating film 1045 and the first tungsten plug 1060. 2 A second interlayer insulating film 1047 made of a film is formed, and the second interlayer insulating film 1047 is planarized by a CMP method. Then, after forming a connection hole reaching the first tungsten plug 1060 through the second interlayer insulating film 1047, a base film 107 made of a Ti film, a barrier film 1072 made of a TiN film, and W The second tungsten plug 1070 is formed by burying the film 1073.
[0013]
Next, in the step shown in FIG. 6C, HDP-SiO 2 is formed on the second interlayer insulating film 1047 and the second tungsten plug 1070. 2 A third interlayer insulating film 1049 made of a film is formed, and the third interlayer insulating film 1049 is planarized by a CMP method. Although illustration of subsequent steps is omitted, a memory cell forming step, a multilayer wiring forming step, and the like are performed. In a subsequent step, the stack contact structure including the first and second tungsten plugs 1060, 1070,... Is three-dimensionally surrounded by an interlayer insulating film, and is subjected to a high temperature and a long time in a memory cell forming step. Heat treatment is performed.
[0014]
[Non-patent document 1]
Appl. Phys. Lett. 58, 1308 (1991)
[Non-patent document 2]
Appl. Phys. Lett. 68 (24), 3461 (1996)
[Non-Patent Document 3]
Appl. Phys. Lett. 74 (20), 2930 (1999)
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional DRAM-embedded semiconductor device having a stack contact structure provided on a cobalt silicide layer (cobalt silicide film) on a diffusion layer has the following problems.
[0016]
FIG. 7 is a diagram showing a measurement result of a contact resistance of a tungsten plug in the conventional DRAM embedded semiconductor device. In the sample of the DRAM-embedded semiconductor device from which the data of FIG. 7 has been collected, a high-temperature and long-time heat treatment in a memory cell forming step is performed after each tungsten plug is formed. In FIG. 7, data indicated by Δ indicates the contact resistance to the cobalt silicide film on the N-type diffusion layer, and data indicated by ○ indicates the contact resistance to the cobalt silicide film on the P-type diffusion layer. In FIG. 7, the horizontal axis represents the contact resistance, and the vertical axis represents the cumulative frequency distribution. Referring to FIG. 7, it can be seen that the contact resistance to the cobalt silicide film on the N-type diffusion layer is larger than that of the cobalt silicide film on the P-type diffusion layer, and that the variation in the resistance value is larger.
[0017]
From this, it was found that the tungsten plug has low heat resistance to the cobalt silicide film on the N-type diffusion layer.
[0018]
FIG. 8 is a cross-sectional TEM photograph taken for failure analysis of a contact portion between the cobalt silicide film on the N-type diffusion layer and the tungsten plug. The sample from which the data of FIG. 8 is collected is a sample having a contact resistance of about 1000Ω among the many samples shown in FIG. Referring to FIG. 8, it can be seen that voids presumed to be caused by agglomeration of silicide are present at the interface between the cobalt silicide film and the contact metal Ti film. That is, it is considered that the contact area between the tungsten plug and the cobalt silicide film was reduced due to the void, and the contact resistance value was increased. The generation of the voids is considered to be caused by the aggregation of the silicide crystal grains constituting the cobalt silicide film.
[0019]
Here, the present inventors have found that while agglomeration of silicide crystal grains hardly occurs in the cobalt silicide film on the P-type diffusion layer, agglomeration of silicide crystal grains easily occurs in the cobalt silicide film on the N-type diffusion layer. As a result of analyzing the factors, the following factors were suggested. The factor is the degree of epitaxial growth of the cobalt silicide film on the silicon substrate (hereinafter referred to as epi intensity). In the epitaxial growth of a cobalt silicide film on a silicon substrate, the relationship between the crystal orientation of the cobalt silicide film and the silicon substrate is CoSi. 2 It is considered to occur when (100) ‖Si (100) is satisfied.
[0020]
On the other hand, the degree of epitaxial growth depends on CoSi of the cobalt silicide film. 2 (400) X-ray diffraction intensity (hereinafter simply referred to as “XRD intensity”). That is, in XRD measurement, CoSi 2 No peak of (100) is detected, and CoSi detected near 2θ = 34 ° 2 Since the peak of (200) is extremely low, CoSi detected near 2θ = 71 ° 2 The degree of epitaxial growth is represented by the XRD intensity of the (400) peak.
[0021]
Aggregation of silicide crystal grains is more likely to occur because the crystal grains of the silicide film are finer because the number of grain boundaries is large. Therefore, it is presumed that the reason for aggregation in the cobalt silicide film on the N-type diffusion layer is that the degree of epitaxial growth of the cobalt silicide film on the N-type diffusion layer is lower than that of the cobalt silicide film on the P-type diffusion layer.
[0022]
Therefore, the present inventors have developed a sample of a substrate (N-type diffusion substrate) in which high-concentration N-type impurities are ion-implanted on the entire surface, and a substrate (P-type diffusion substrate) in which high-concentration P-type impurities are ion-implanted in the entire surface. And a sample of the substrate were separately prepared, and the degree of epitaxial growth was measured for each sample.
[0023]
FIG. 9 is a table showing the measurement results of XRD intensity (degree of epitaxial growth) for a sample of an N-type diffusion substrate and a sample of a P-type diffusion substrate. As shown in the figure, the degree of epitaxial growth of the silicide film is more than twice as high for the P-type diffusion substrate as for the N-type diffusion substrate, and the degree of epitaxial growth for the silicide film on the N-type diffusion substrate is also low. It was found that they easily aggregated.
[0024]
Further, factors other than the epi-strength of the cobalt silicide film may be considered as factors related to the decrease in the heat resistance of the contact.
[0025]
It is an object of the present invention to suppress an increase in contact resistance in a semiconductor device and a method of manufacturing the same, by taking measures for suppressing agglomeration of crystal grains of a silicide film on an N-type diffusion layer during a high-temperature heat treatment.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
The first semiconductor device of the present invention extends from the first plug on the N-type diffusion layer, which penetrates the first interlayer insulating film and contacts the silicide film on the N-type diffusion layer, to a part of the first interlayer insulating film. A stress relaxation pad made of a metal film is provided on the region.
[0027]
This alleviates the stress applied to the contact portion between the silicide film on the N-type diffusion layer and the first plug on the N-type diffusion layer, thereby suppressing the aggregation of silicide crystal grains even in a relatively high-temperature heat treatment. Is done. Therefore, it is possible to suppress an increase in contact resistance due to, for example, generation of a void near the interface between the silicide film on the N-type diffusion layer and the first plug on the N-type diffusion layer.
[0028]
A stress relaxation pad may or may not be provided on the first plug on the P-type diffusion layer.
[0029]
The area of the stress relaxation pad is preferably at least 1.5 times the area of the first plug on the N-type diffusion layer.
[0030]
When the first and second interlayer insulating films are deposited by high-density plasma CVD, the contact between the silicide film on the N-type diffusion layer and the first plug on the N-type diffusion layer during high-temperature heat treatment. A particularly large thermal stress is applied to the portion, and even in that case, an increase in contact resistance can be suppressed.
[0031]
The same applies to the case where a third interlayer insulating film deposited by high-density plasma CVD is provided on the second interlayer insulating film.
[0032]
In the second semiconductor device of the present invention, nitrogen is introduced into a region of the silicide film on the N-type diffusion layer which is in contact with the first plug on the N-type diffusion layer.
[0033]
Thereby, diffusion of each atom in the silicide film on the N-type diffusion layer is prevented, so that aggregation of crystal grains of the silicide film on the N-type diffusion layer is suppressed. Therefore, it is possible to suppress an increase in contact resistance due to, for example, generation of a void near the interface between the silicide film on the N-type diffusion layer and the first plug on the N-type diffusion layer.
[0034]
In that case, nitrogen may or may not be introduced into a region of the silicide film on the P-type diffusion layer that contacts the first plug on the P-type diffusion layer.
[0035]
The first and second semiconductor devices of the present invention include a DRAM memory cell and a logic transistor, and when the N-type diffusion layer and the P-type diffusion layer are the source / drain regions of the logic transistor, The effect of suppressing an increase in contact resistance can be exhibited in a DRAM-embedded semiconductor device that is subjected to a high-temperature heat treatment after forming a transistor for use.
[0036]
According to a first method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, first connection holes are formed to penetrate a first interlayer insulating film and reach a silicide film on an N-type diffusion layer and a silicide film on a P-type diffusion layer, respectively. Forming a first plug on the N-type diffusion layer and a first plug on the P-type diffusion layer by burying a conductive material in the first connection hole, and then forming a first interlayer insulating film from the first plug on the N-type diffusion layer; A stress relaxation pad made of a conductive material is formed on a region extending over a part of the second interlayer insulating film, and thereafter, a second interlayer insulating film and a second plug on an N-type diffusion layer are formed. Thus, the first semiconductor device can be easily manufactured.
[0037]
According to the second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, first connection holes are formed to penetrate the first interlayer insulating film and reach the silicide film on the N-type diffusion layer and the silicide film on the P-type diffusion layer, respectively. Then, nitrogen is introduced into the silicide film on the N-type diffusion layer. According to this method, the second semiconductor device can be easily manufactured.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
1A to 2C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a first embodiment of a semiconductor device having a stress relaxation pad provided in a stack contact structure. 1A to 2C, the left half is an NMISFET region Rnt which is a region for forming an N-channel MIS transistor, and the right half is a PMISFET formation region Rpt which is a region for forming a P-channel MIS transistor. Are respectively shown.
[0039]
The semiconductor device of the present embodiment is a DRAM-embedded semiconductor device, and a DRAM memory cell having a memory cell capacitor having a stack capacitance is arranged in a region (not shown). As the structure of the memory cell, various known structures can be employed.
[0040]
First, in a step shown in FIG. 1A, a shallow trench 111 which is an element isolation region surrounding an active region is formed on a silicon substrate 100 (wafer) having at least an upper portion serving as a semiconductor layer. In the NMISFET formation region Rnt, a gate oxide film 121 having a thickness of 5 nm, a polysilicon gate electrode 122 formed of an N-type polysilicon film having a thickness of 100 nm, and a nitride film having a lateral thickness of 70 nm are formed. An insulating sidewall 123 is formed. In the PMISFET formation region Rpt, a gate oxide film 131 having a thickness of 5 nm, a polysilicon gate electrode 132 formed of a P-type polysilicon film having a thickness of 100 nm, and an insulating film formed of a nitride film having a thickness of 70 nm in a lateral direction are provided. A sidewall 133 is formed. It should be noted that the silicon substrate 100 may be a bulk silicon substrate in which the entire substrate is formed of a semiconductor, or that the upper portion is formed of a semiconductor layer and the entire lower region of the upper semiconductor layer is formed of an insulating layer. Alternatively, an SOI substrate in which an insulating layer is formed in an intermediate portion of a semiconductor substrate and a semiconductor layer is provided above the insulating layer may be used.
[0041]
However, after forming the gate oxide films 121 and 131 and the polysilicon gate electrodes 122 and 132, before forming the insulating sidewalls 123 and 133, the NMISFET formation region Rnt and the PMISFET formation region Rpt are individually reduced. In the NMISFET formation region Rnt, an N-type low-concentration source / drain diffusion layer 101a (extension layer or LDD layer) is formed in a self-alignment manner with the polysilicon gate electrode 122 by ion implantation of a concentration impurity. In Rpt, a P-type low concentration source / drain diffusion layer 102a (extension layer or LDD layer) is formed in a self-aligned manner with the polysilicon gate electrode 132. Thereafter, after the insulating sidewalls 123 and 133 are formed, high-concentration impurity ions are individually implanted into the NMISFET forming region Rnt and the PMISFET forming region Rpt, and the insulating sidewall 123 is formed in the NMISFET forming region Rnt. An N-type high-concentration source / drain diffusion layer 101b is formed in a self-aligned manner, and a P-type high-concentration source / drain diffusion layer 102b is formed in a self-aligned manner on an insulating sidewall 133 in a PMISFET formation region Rpt.
[0042]
Further, an N-type impurity such as arsenic or phosphorus may be introduced into the polysilicon electrode 122 of the NMISFET by ion implantation in a state of a polysilicon film. However, an N-type impurity (arsenic or phosphorus) and a P-type impurity (boron) are introduced into each of the polysilicon gate electrodes 122 and 132 by ion implantation for forming a high concentration source / drain diffusion layer.
[0043]
Next, in the step shown in FIG. 1B, before the Co film is formed, sputter etching using argon plasma (pressure 0.4 mTorr, plasma power 400 W, bias power 260 W, substrate bias -120 V, etching time 5 seconds). To remove the natural oxide film by physical sputtering of argon ions. Thereafter, when the sputter etching is completed, the wafer is transferred to a Co sputtering chamber in a vacuum. In a Co sputtering chamber, sputtering is performed under the conditions of a pressure of 2.0 mTorr and a DC power of 100 W to deposit a 7 nm-thick Co film 114 on the wafer. Subsequently, the wafer is transferred to a Ti sputtering chamber in a vacuum, and the wafer is subjected to reactive sputtering in the Ti sputtering chamber under the conditions of a pressure of 4.5 mTorr, a DC power of 7200 W, and an argon flow rate / nitrogen flow rate = 2/3. A TiN film 115 having a thickness of 20 nm is deposited thereon, and then the wafer is exposed to the air.
[0044]
Next, in the step shown in FIG. 1C, the first RTA treatment is performed on the wafer exposed to the air after the deposition of the TiN film 115 at 470 ° C. for 60 seconds by the RTA apparatus, and unreacted. The Co film 114 and the TiN film 115 are selectively removed. The removal of the unreacted Co film 114 and the TiN film 115 is performed by, for example, an acidic chemical solution obtained by mixing sulfuric acid or hydrochloric acid with hydrogen peroxide solution, or an alkaline chemical solution obtained by mixing ammonium hydroxide and hydrogen peroxide solution. Can be performed. Thereafter, the wafer is subjected to a second RTA process at 850 ° C. for 60 seconds, and a silicide film 116n on the N-type diffusion layer is deposited on the N-type high-concentration source / drain diffusion layer 101b. A silicide film 116p on the P-type diffusion layer is formed on the drain diffusion layer 102b, and a silicide film 116b on the gate is formed on the polysilicon gate electrodes 122 and 132. Source / drain regions are constituted by the silicide films 116n and 116p on the respective diffusion layers, the high concentration source / drain diffusion layers 101b and 102b, and the low concentration source / drain regions 101a and 102a. A gate electrode is formed by the on-gate silicide film 116b and the polysilicon gate electrodes 122 and 132.
[0045]
Next, in the step shown in FIG. 1D, an LP-SiN film 117 having a thickness of 50 nm (a nitride film formed by low-pressure CVD) and an HDP-SiO film having a thickness of 400 nm are formed on the substrate. 2 A first interlayer insulating film 145 including the film 118 (an oxide film formed by high-density plasma CVD) is formed, and the first interlayer insulating film 145 is planarized by a CMP method. Further, first connection holes (not shown) reaching the silicide film 116n on the N-type diffusion layer and the silicide film 116p on the P-type diffusion layer through the first interlayer insulating film 145 by photolithography and dry etching. Is formed, a base film 161 made of a Ti film, a barrier film 162 made of a TiN film, and a W film 163 are buried in each first connection hole, so that the N-type diffusion layer is in contact with the silicide film 116n. A first plug 160n and a first plug 160p on the P-type diffusion layer that is in contact with the P-type diffusion layer silicide film 116p are formed. At this time, a Ti film having a thickness of 20 nm was deposited by a sputtering method under the conditions of a pressure of 1.5 mTorr and a DC power of 11000 W, and by a sputtering method, a pressure of 4.5 mTorr, a DC power of 7200 W and an argon flow rate / nitrogen flow rate = 3/7. A TiN film having a thickness of 50 nm is deposited on the Ti film under the conditions described above, and a W film having a thickness of 200 nm is sequentially formed by the CVD method. After that, the W film, the TiN film, and the Ti film on the first interlayer insulating film 145 are polished and removed by using the CMP method, so that the Ti film, the TiN film, and the W film are embedded in the respective first connection holes.
[0046]
Next, in the step shown in FIG. 2A, a 5 nm-thick Ti film, a 10 nm-thick TiN film and a 10 nm-thick TiN film are formed on the first interlayer insulating film 145 and the first plugs 160n and 160p by sputtering. A 50 nm-thick W film is sequentially deposited to form a Ti / TiN / W laminated film 151. Thereafter, a resist film 153 is formed on the Ti / TiN / W laminated film 151 to cover a pad formation region (a region including the first plug 160n on the N-type diffusion layer).
[0047]
Next, using the resist film 153 as a mask, the Ti / TiN / W laminated film 151 is patterned to form a stress relaxing metal pad 152 covering the first plug 160n on the N-type diffusion layer. On the other hand, no metal pad for stress relaxation is formed above the first plug 160p on the P-type diffusion layer.
[0048]
Next, in the step shown in FIG. 2B, after removing the resist film 153, a thickness is formed on the first interlayer insulating film 145, the metal pad 152 for stress relaxation, and the first plug 160p on the P-type diffusion layer. 300 nm HDP-SiO 2 A second interlayer insulating film 147 made of a film is deposited, and the second interlayer insulating film 147 is planarized by a CMP method. Thereafter, by photolithography and dry etching, the second connection on the N-type diffusion layer that penetrates through the second interlayer insulating film 147 and reaches the first plug 160p on the P-type diffusion layer and the metal pad 152 for stress relaxation respectively. After forming a hole and second connection holes on the P-type diffusion layer (both not shown), a base film 171 made of a Ti film, a barrier film 172 made of a TiN film, and a W film 173 are formed in each second connection hole. By burying, a second plug 170n on the N-type diffusion layer contacting the metal pad 152 for stress relaxation and a second plug 170p on the P-type diffusion layer contacting the first plug 160p on the P-type diffusion layer are formed. At this time, after depositing a Ti film, a TiN film, and a W film under the same conditions as those shown in FIG. 1D, the Ti film, the TiN film, and the W film are buried in each second connection hole by the CMP method. . As a result, a stack contact consisting of the metal pad 152 for stress relaxation, the first plug 160n on the N-type diffusion layer and the second plug 170n on the N-type diffusion layer sandwiching the metal pad 152 for stress relaxation is provided above the silicide film 116n on the N-type diffusion layer. A structure is formed. On the other hand, above the silicide film 116p on the P-type diffusion layer, a stack contact structure including the first plug 160p on the P-type diffusion layer and the second plug 170p on the P-type diffusion layer without sandwiching the metal pad for stress relaxation is formed. You.
[0049]
Next, in the step shown in FIG. 2C, a 300 nm-thick HDP-layer is formed on the second interlayer insulating film 147, the second plug 170n on the N-type diffusion layer and the second plug 170p on the P-type diffusion layer. SiO 2 After depositing the third interlayer insulating film 149 made of a film, the second interlayer insulating film 149 is planarized by the CMP method. Although illustration of the subsequent steps is omitted, a third connection hole is formed in the third interlayer insulating film through the memory cell forming step, and the N-type diffusion layer is connected to the second plug 170n. The formation of the third plug on the P-type diffusion layer connected to the third plug and the second plug 170p on the P-type diffusion layer, the formation of an upper multilayer wiring layer by the subsequent damascene method, and the like are performed. Thus, the first plug 160n on the N-type diffusion layer, the metal plug 152 for stress relaxation, the second plug 170n on the N-type diffusion layer, and the N above the silicide film 116n on the N-type diffusion layer containing high-concentration nitrogen. A stack contact structure including the third plug is formed on the mold diffusion layer. On the other hand, a stack contact structure including the first plug 160p on the P-type diffusion layer, the second plug 170p on the P-type diffusion layer, and the third plug on the P-type diffusion layer is formed above the silicide film 116p on the P-type diffusion layer. Is done.
[0050]
In a step subsequent to the step shown in FIG. 2C, the respective stack contact structures above the silicide film 116n on the N-type diffusion layer and the silicide film 116p on the P-type diffusion layer are three-dimensionally first and second. And the third interlayer insulating films 145, 147, and 149, and are subjected to a high-temperature and long-time heat treatment in the memory cell forming step.
[0051]
Here, in the stack contact structure above the silicide film 116n on the N-type diffusion layer formed by the manufacturing process of this embodiment, the first plug 160n on the N-type diffusion layer and the second plug 170n on the N-type diffusion layer Since the stress relaxing metal pad 152 is interposed between the first, second and third interlayer insulating films 145 and 147 even after a high-temperature and long-time memory cell forming process after the formation of the stack contact structure. , 149 are relieved by the metal pad 152 for relieving stress. Therefore, even if a high-temperature and long-time heat treatment process is subsequently performed, the problem that the contact resistance increases due to aggregation of silicide crystal grains as in the conventional silicide film on the N-type high-concentration source / drain diffusion layer is avoided. Therefore, the heat resistance of the stack contact structure can be improved.
[0052]
In particular, in a DRAM / logic embedded semiconductor device (DRAM embedded device), after forming a first interlayer insulating film, a second interlayer insulating film, each first plug, and each second plug of a logic transistor, In a process of forming a capacitor of a DRAM memory cell (for example, a thermal oxidation process for forming an ON film, an ONO film, etc.), a heat treatment at a high temperature of about 800 ° C. for a long time is often performed. In this case, the contact resistance is likely to increase particularly due to the aggregation of the crystal grains of the silicide film on the N-type diffusion layer. Therefore, the present embodiment can exert a remarkable effect in the DRAM embedded semiconductor device.
[0053]
Note that the metal film for the metal pad according to the present embodiment can be used as a wiring (for example, a local wiring). Further, even when a titanium silicide film or a nickel silicide film is used as the silicide film on the N-type diffusion layer, contact resistance may increase due to aggregation of crystal grains as in the case of the cobalt silicide film. Therefore, the present embodiment can exhibit the above-described effects when any one of a titanium silicide film, a cobalt silicide film, and a nickel silicide film is formed as the silicide film.
[0054]
FIGS. 10A to 10C are a diagram showing data of contact resistance in a stack contact structure on an N-type diffusion layer according to the related art and the first embodiment, respectively, and a cross-sectional view showing a conventional stack contact structure. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a stack contact structure according to the first embodiment. The data of the first embodiment shown in FIG. 10A shows that a Ti / TiN / 5 nm / 10 nm / 50 nm thick Ti / TiN / 50 nm is provided between the first plug on the N-type diffusion layer and the second plug on the N-type diffusion layer. It is made of W laminated film and has an area of 1μm 2 Obtained by using a stack contact structure sandwiching the metal pad.
[0055]
Referring to FIG. 10A, it can be seen that the stack contact structure of the present embodiment has a smaller contact resistance and a smaller variation in resistance value than the conventional stack contact structure. That is, by forming a stack contact structure sandwiching the stress relaxation metal pad, it is possible to suppress the generation of voids in the silicide film on the N-type diffusion layer having essentially low heat resistance. This is because the high-temperature and long-time processing in the memory cell forming step causes the first, second, and third interlayer insulating films to pass through the second plug on the N-type diffusion layer, the first plug on the N-type diffusion layer, and the N-type diffusion layer. This is presumed to be because the thermal stress acting on the upper silicide film is reduced by the metal pad for stress relaxation, thereby suppressing the aggregation of crystal grains in the silicide film on the N-type diffusion layer.
[0056]
In the steps shown in FIGS. 2A and 2B of the first embodiment, a stress relaxation metal pad may be formed also on the first plug 160p on the P-type diffusion layer.
[0057]
The diameter of the metal pad for stress relaxation is preferably at least 1.2 times the diameter of each connection hole in consideration of the displacement of the mask in photolithography, enlargement of the connection hole by etching, and reduction of the metal pad by etching. That is, the area of the metal pad for stress relaxation is preferably at least 1.5 times the area of the connection hole on the N-type diffusion layer or the plug on the N-type diffusion layer.
[0058]
(Second embodiment)
FIGS. 3A to 4C are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a second embodiment of a semiconductor device in which nitrogen is injected into a silicide film on an N-type diffusion layer. 3A to 4C, the left half is an NMISFET region Rnt which is a region for forming an N-channel MIS transistor, and the right half is a PMISFET formation region Rpt which is a region for forming a P-channel MIS transistor. Are respectively shown.
[0059]
The semiconductor device of the present embodiment is a DRAM-embedded semiconductor device, and a DRAM memory cell having a memory cell capacitor having a stack capacitance is arranged in a region (not shown). As the structure of this memory cell, various well-known structures can be adopted.
[0060]
First, in a step shown in FIG. 3A, a shallow trench 111 which is an element isolation region surrounding an active region is formed on a silicon substrate 100 (wafer) having at least an upper portion serving as a semiconductor layer. In the NMISFET formation region Rnt, a gate oxide film 121 having a thickness of 5 nm, a polysilicon gate electrode 122 formed of an N-type polysilicon film having a thickness of 100 nm, and a nitride film having a lateral thickness of 70 nm are formed. An insulating sidewall 123 is formed. In the PMISFET formation region Rpt, a gate oxide film 131 having a thickness of 5 nm, a polysilicon gate electrode 132 formed of a P-type polysilicon film having a thickness of 100 nm, and an insulating film formed of a nitride film having a thickness of 70 nm in a lateral direction are provided. A sidewall 133 is formed. It should be noted that the silicon substrate 100 may be a bulk silicon substrate in which the entire substrate is formed of a semiconductor, or that the upper portion is formed of a semiconductor layer and the entire lower region of the upper semiconductor layer is formed of an insulating layer. Alternatively, an SOI substrate in which an insulating layer is formed in an intermediate portion of a semiconductor substrate and a semiconductor layer is provided above the insulating layer may be used.
[0061]
However, after forming the gate oxide films 121 and 131 and the polysilicon gate electrodes 122 and 132, before forming the insulating sidewalls 123 and 133, the NMISFET formation region Rnt and the PMISFET formation region Rpt are individually reduced. In the NMISFET formation region Rnt, an N-type low-concentration source / drain diffusion layer 101a (extension layer or LDD layer) is formed in a self-alignment manner with the polysilicon gate electrode 122 by ion implantation of a concentration impurity. In Rpt, a P-type low concentration source / drain diffusion layer 102a (extension layer or LDD layer) is formed in a self-aligned manner with the polysilicon gate electrode 132. Thereafter, after the insulating sidewalls 123 and 133 are formed, high-concentration impurity ions are individually implanted into the NMISFET forming region Rnt and the PMISFET forming region Rpt, and the insulating sidewall 123 is formed in the NMISFET forming region Rnt. An N-type high-concentration source / drain diffusion layer 101b is formed in a self-aligned manner, and a P-type high-concentration source / drain diffusion layer 102b is formed in a self-aligned manner on an insulating sidewall 133 in a PMISFET formation region Rpt.
[0062]
Further, an N-type impurity such as arsenic or phosphorus may be introduced into the polysilicon electrode 122 of the NMISFET by ion implantation in a state of a polysilicon film. However, an N-type impurity (arsenic or phosphorus) and a P-type impurity (boron) are introduced into each of the polysilicon gate electrodes 122 and 132 by ion implantation for forming a high concentration source / drain diffusion layer.
[0063]
Next, in the step shown in FIG. 3B, the same steps as those shown in FIGS. 1B and 1C in the first embodiment are performed. First, before forming a Co film, sputter etching is performed by argon plasma (pressure 0.4 mTorr, plasma power 400 W, bias power 260 W, substrate bias -120 V, etching time 5 seconds), and natural sputtering by physical sputtering of argon ions. The oxide film is removed. Thereafter, when the sputter etching is completed, the wafer is transferred to a Co sputtering chamber in a vacuum. In a Co sputtering chamber, sputtering is performed under the conditions of a pressure of 2.0 mTorr and a DC power of 100 W to deposit a 7 nm-thick Co film 114 on the wafer. Subsequently, the wafer is transferred to a Ti sputtering chamber in a vacuum, and the wafer is subjected to reactive sputtering in the Ti sputtering chamber under the conditions of a pressure of 4.5 mTorr, a DC power of 7200 W, and an argon flow rate / nitrogen flow rate = 2/3. A TiN film 115 having a thickness of 20 nm is deposited thereon, and then the wafer is exposed to the air.
[0064]
Further, the first RTA treatment is performed on the wafer exposed to the atmosphere after the deposition of the TiN film 115 at 470 ° C. for 60 seconds by the RTA apparatus, and the unreacted Co film 114 and the TiN film 115 are selectively formed. To be removed. The removal of the unreacted Co film 114 and the TiN film 115 is performed by, for example, an acidic chemical solution obtained by mixing sulfuric acid or hydrochloric acid with hydrogen peroxide solution, or an alkaline chemical solution obtained by mixing ammonium hydroxide and hydrogen peroxide solution. Can be performed. Thereafter, the wafer is subjected to a second RTA process at 850 ° C. for 60 seconds, and a silicide film 116n on the N-type diffusion layer is placed above the N-type high-concentration source / drain diffusion layer 101b. A silicide film 116p on the P-type diffusion layer is formed above the drain diffusion layer 102b, and a silicide film 116b on the gate is formed on the polysilicon gate electrodes 122 and 132, respectively. Source / drain regions are constituted by the silicide films 116n and 116p on the respective diffusion layers, the high concentration source / drain diffusion layers 101b and 102b, and the low concentration source / drain regions 101a and 102a. A gate electrode is formed by the on-gate silicide film 116b and the polysilicon gate electrodes 122 and 132.
[0065]
Next, in a step shown in FIG. 3C, an LP-SiN film 117 having a thickness of 50 nm and an HDP-SiO film having a thickness of 400 nm are formed on the substrate. 2 A first interlayer insulating film 145 including the film 118 is formed, and the first interlayer insulating film 145 is planarized by a CMP method. Further, by photolithography and dry etching, the first connection hole 150n on the N-type diffusion layer reaching the silicide film 116n on the N-type diffusion layer through the first interlayer insulation film 145, and the first interlayer insulation film 145 And a first connection hole 150p on the P-type diffusion layer reaching the silicide film 116p on the P-type diffusion layer.
[0066]
Next, in the step shown in FIG. 3D, an acceleration voltage of 10 keV and a dose of 8.0 × 10 14 cm -2 Under the condition, nitrogen ion (N + Inject). Thereby, nitrogen is introduced into the silicide film 116n on the N-type diffusion layer and the silicide film 116p on the P-type diffusion layer.
[0067]
Next, in a step shown in FIG. 4A, a base film 161 made of a Ti film, a barrier film 162 made of a TiN film, and a W film 163 are buried in the first connection holes 150n and 150p to form an N-type diffusion layer. A first plug 160n on the N-type diffusion layer contacting the silicide film 116n and a first plug 160p on the P-type diffusion layer contacting the P-type diffusion layer silicide film 116p are formed. At this time, a Ti film having a thickness of 20 nm was deposited by a sputtering method under the conditions of a pressure of 1.5 mTorr and a DC power of 11000 W, and by a sputtering method, a pressure of 4.5 mTorr, a DC power of 7200 W and an argon flow rate / nitrogen flow rate = 3/7. A TiN film having a thickness of 50 nm is deposited on the Ti film under the conditions described above, and a W film having a thickness of 200 nm is sequentially formed by the CVD method. After that, the W film, the TiN film, and the Ti film on the first interlayer insulating film 145 are polished and removed by using the CMP method, so that the Ti film, the TiN film, and the W film are embedded in the respective first connection holes.
[0068]
Next, in the step shown in FIG. 4B, a 300 nm-thick HDP-film is formed on the first interlayer insulating film 145, the first plug 160n on the N-type diffusion layer and the first plug 160p on the P-type diffusion layer. SiO 2 A second interlayer insulating film 147 made of a film is deposited, and the second interlayer insulating film 147 is planarized by a CMP method. After that, by photolithography and dry etching, the first plug 160n on the N-type diffusion layer and the first plug 160n on the N-type diffusion layer reaching the first plug 160p on the P-type diffusion layer through the second interlayer insulating film 147, respectively. After forming two connection holes and second connection holes (not shown) on the P-type diffusion layer, a base film 171 made of a Ti film, a barrier film 172 made of a TiN film, and a W film are formed in each second connection hole. 173 are buried, the second plug 170n on the N-type diffusion layer contacting the first plug 160n on the N-type diffusion layer, and the second plug 170p on the P-type diffusion layer contacting the first plug 160p on the P-type diffusion layer. To form
[0069]
Next, in the step shown in FIG. 4C, a 300 nm-thick HDP-layer is formed on the second interlayer insulating film 147, the second plug 170n on the N-type diffusion layer and the second plug 170p on the P-type diffusion layer. SiO 2 After depositing the third interlayer insulating film 149 made of a film, the second interlayer insulating film 149 is planarized by the CMP method. Although illustration of the subsequent steps is omitted, a third connection hole is formed in the third interlayer insulating film through the memory cell forming step, and the N-type diffusion layer is connected to the second plug 170n. The formation of the third plug on the P-type diffusion layer connected to the third plug and the second plug 170p on the P-type diffusion layer, the formation of an upper multilayer wiring layer by the subsequent damascene method, and the like are performed. Thus, the first plug 160n on the N-type diffusion layer, the second plug 170n on the N-type diffusion layer, and the third plug on the N-type diffusion layer are located above the silicide film 116n on the N-type diffusion layer containing high-concentration nitrogen. Is formed. On the other hand, a stack contact structure including the first plug 160p on the P-type diffusion layer, the second plug 170p on the P-type diffusion layer, and the third plug on the P-type diffusion layer is formed above the silicide film 116p on the P-type diffusion layer. Is done.
[0070]
In a step subsequent to the step shown in FIG. 4C, each of the stack contact structures above the silicide film 116n on the N-type diffusion layer and the silicide film 116p on the P-type diffusion layer is three-dimensionally first and second. And the third interlayer insulating films 145, 147, and 149, and are subjected to a high-temperature and long-time heat treatment in the memory cell forming step.
[0071]
Here, nitrogen is implanted into a region of the silicide film 116n on the N-type diffusion layer 116n formed by the manufacturing process of the present embodiment, which is in contact with the first plug 160n on the N-type diffusion layer. Since nitrogen atoms are present in the silicide crystal grains and at grain boundaries in the upper silicide film 116n, diffusion of cobalt atoms and silicon atoms is prevented. Therefore, even if a high-temperature and long-time heat treatment process is subsequently performed, the problem that the contact resistance increases due to aggregation of silicide crystal grains as in the conventional silicide film on the N-type high-concentration source / drain diffusion layer is avoided. Therefore, the heat resistance of the stack contact structure can be improved.
[0072]
In particular, in a DRAM / logic embedded semiconductor device (DRAM embedded device), after forming a first interlayer insulating film, a second interlayer insulating film, each first plug, and each second plug of a logic transistor, In a process of forming a capacitor of a DRAM memory cell (for example, a thermal oxidation process for forming an ON film, an ONO film, etc.), a heat treatment at a high temperature of about 800 ° C. for a long time is often performed. In this case, the contact resistance is likely to increase particularly due to the aggregation of the crystal grains of the silicide film on the N-type diffusion layer. Therefore, the present embodiment can exert a remarkable effect in the DRAM embedded semiconductor device.
[0073]
Note that the metal film for the metal pad according to the present embodiment can be used as a wiring (for example, a local wiring). Further, even when a titanium silicide film or a nickel silicide film is used as the silicide film on the N-type diffusion layer, contact resistance may increase due to aggregation of crystal grains as in the case of the cobalt silicide film. Therefore, the present embodiment can exhibit the above-described effects when any one of a titanium silicide film, a cobalt silicide film, and a nickel silicide film is formed as the silicide film.
[0074]
In the step shown in FIG. 3D in the second embodiment, a region including the first connection hole 150n on the N-type diffusion layer is opened, and a resist film for closing the first connection hole 150p on the P-type diffusion layer is formed. Then, using this resist film as an implantation mask, nitrogen ions (N + ) May be injected. In this case, nitrogen is introduced into the silicide film 116n on the N-type diffusion layer, but nitrogen is not introduced into the silicide film 116p on the P-type diffusion layer. In this method, since nitrogen is not introduced into the silicide film 116p on the P-type diffusion layer compared to the second embodiment, it is advantageous in that the resistance in the stack contact structure on the silicide film 116p on the P-type diffusion layer is reduced. However, it is disadvantageous in that an additional photolithography step is required.
[0075]
In the second embodiment, instead of ion implantation of nitrogen into the silicide film, nitrogen may be introduced into the silicide film by heat treatment in a plasma containing nitrogen radicals or in an atmosphere containing nitrogen.
[0076]
In the first and second embodiments, HDP-SiO is used as the first to third interlayer insulating films 145, 147, and 149. 2 Although the films are deposited, all of the interlayer insulating films or any one or more of the interlayer insulating films may be formed of a BPSG film, a BSG film, or a PSG film. However, HDP-SiO 2 The film is more advantageous than the BPSG film in terms of denseness and burying property in a narrow groove portion, but generates a larger thermal stress than the BPSG film. 2 When a film is used, each of the embodiments of the present invention can exert a remarkable effect.
[0077]
【The invention's effect】
According to the semiconductor device of the present invention or the method of manufacturing the same, a stress relaxation pad is interposed in the stack contact of the silicide film on the N-type diffusion layer to relieve the thermal stress of the interlayer insulating film, or By injecting nitrogen into the region near the boundary with the plug to suppress grain boundary diffusion, it is possible to prevent agglomeration of crystal grains of the silicide film on the N-type diffusion layer even after a high-temperature and long-time heat treatment step. An increase in resistance can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views showing a first half of a manufacturing process of a first embodiment of a semiconductor device provided with a stress relaxation pad.
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views showing the latter half of the manufacturing process of the first embodiment of the semiconductor device provided with the stress relaxation pad.
FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a first half of a manufacturing process according to a second embodiment of a semiconductor device in which nitrogen is implanted into a silicide film on an N-type diffusion layer.
FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating a second half of a manufacturing process of a second embodiment of a semiconductor device in which nitrogen is implanted into a silicide film on an N-type diffusion layer.
FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views showing a first half of a manufacturing process of a conventional DRAM embedded semiconductor device including a process of forming a metal plug in a silicide film on a diffusion layer.
FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views showing a latter half of a manufacturing process of a conventional DRAM-embedded semiconductor device including a process of forming a metal plug in a silicide film on a diffusion layer.
FIG. 7 is a diagram showing a measurement result of a contact resistance of a tungsten plug in a conventional DRAM embedded semiconductor device.
FIG. 8 is a cross-sectional TEM photograph taken for failure analysis of a contact portion between a silicide film on an N-type diffusion layer and a tungsten plug.
FIG. 9 is a table showing measurement results of XRD intensity (degree of epitaxial growth) for a sample of an N-type diffusion substrate and a sample of a P-type diffusion substrate.
FIGS. 10A to 10C are a diagram showing data of contact resistance on an N-type diffusion layer according to the conventional technique and the first embodiment, a cross-sectional view showing a conventional stack contact structure, and FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a stack contact structure according to one embodiment.
[Explanation of symbols]
100 silicon substrate
101a N-type low concentration source / drain diffusion layer
101b N-type high concentration source / drain diffusion layer
102a P-type low concentration source / drain diffusion layer
102b P-type high concentration source / drain diffusion layer
111 shallow trench
114 Co film
115 TiN film
116n silicide film on N-type diffusion layer
116p silicide film on P-type diffusion layer
116b Silicide film on gate
117 LP-SiN film
118 HDP-SiO 2 film
121 Gate oxide film
122 Gate electrode
123 Sidewall
131 Gate oxide film
132 Gate electrode
133 Sidewall
145 first interlayer insulating film
147 Second interlayer insulating film
149 Third Interlayer Insulating Film
150n First connection hole on N-type diffusion layer
150p First connection hole on P-type diffusion layer
151 Ti / TiN / W laminated film
152 stress relief metal pad
153 resist film
160n First plug on N-type diffusion layer
160p First plug on P-type diffusion layer
161 Underlayer
162 barrier film
163 W film
170n Second plug on N-type diffusion layer
170p Second plug on P-type diffusion layer
171 Underlayer
172 barrier film
173 W film

Claims (24)

半導体層と、
上記半導体層に設けられたN型拡散層及びP型拡散層と、
上記N型拡散層の上に設けられたN型拡散層上シリサイド膜,及び上記P型拡散層の上に設けられたP型拡散層上シリサイド膜と、
上記N型拡散層上シリサイド膜及びP型拡散層上シリサイド膜の上方に形成された第1の層間絶縁膜と、
上記第1の層間絶縁膜を貫通して上記N型拡散層上シリサイド膜に接続されるN型拡散層上第1プラグと、
上記第1の層間絶縁膜を貫通して上記P型拡散層上シリサイド膜に接続されるP型拡散層上第1プラグと、
上記N型拡散層上第1プラグから上記第1の層間絶縁膜の一部に亘る領域上に形成された金属膜からなる応力緩和用パッドと、
上記第1の層間絶縁膜,上記応力緩和用パッド及び上記P型拡散層上第1プラグの上方に形成された第2の層間絶縁膜と、
上記第2の層間絶縁膜を貫通して上記応力緩和用パッドに到達するN型拡散層上第2プラグと
を備えている,半導体装置。
A semiconductor layer;
An N-type diffusion layer and a P-type diffusion layer provided in the semiconductor layer;
A silicide film on the N-type diffusion layer provided on the N-type diffusion layer, and a silicide film on the P-type diffusion layer provided on the P-type diffusion layer;
A first interlayer insulating film formed above the silicide film on the N-type diffusion layer and the silicide film on the P-type diffusion layer;
A first plug on the N-type diffusion layer connected to the silicide film on the N-type diffusion layer through the first interlayer insulating film;
A first plug on a P-type diffusion layer connected to the silicide film on the P-type diffusion layer through the first interlayer insulating film;
A stress relaxation pad made of a metal film formed on a region extending from the first plug on the N-type diffusion layer to a part of the first interlayer insulating film;
A second interlayer insulating film formed above the first interlayer insulating film, the stress relaxation pad, and the first plug on the P-type diffusion layer;
A semiconductor device comprising: a second plug on an N-type diffusion layer which reaches the stress relaxation pad through the second interlayer insulating film.
請求項1に記載の半導体装置において、
上記第1の層間絶縁膜を貫通して上記P型拡散層に直接接触するP型拡散層上第2プラグをさらに備えている,半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device further comprising a second plug on a P-type diffusion layer that penetrates the first interlayer insulating film and directly contacts the P-type diffusion layer.
請求項1に記載の半導体装置において、
上記P型拡散層上第1プラグから上記第1の層間絶縁膜の一部に亘る領域上に形成された金属膜からなるもう1つの応力緩和用パッドと、
上記第2の層間絶縁膜を貫通して上記もう1つの応力緩和用パッドに接続されるP型拡散層上第2プラグと
をさらに備えている,半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
Another stress relaxation pad made of a metal film formed on a region extending from the first plug on the P-type diffusion layer to a part of the first interlayer insulating film;
A second plug on a P-type diffusion layer which penetrates through the second interlayer insulating film and is connected to the another stress relaxation pad.
請求項1〜3のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記応力緩和用パッドの面積は、上記N型拡散層上第1プラグの1.5倍以上である,半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor device, wherein an area of the stress relaxation pad is 1.5 times or more of the first plug on the N-type diffusion layer.
請求項1〜4のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記第1,第2の層間絶縁膜のうち少なくともいずれか一方は、高密度プラズマCVDによって堆積されている,半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
At least one of the first and second interlayer insulating films is deposited by high-density plasma CVD.
請求項1〜5のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記N型拡散層上シリサイド膜は、チタンシリサイド膜,コバルトシリサイド膜及びニッケルシリサイド膜から選ばれる1つの膜である,半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor device, wherein the silicide film on the N-type diffusion layer is one film selected from a titanium silicide film, a cobalt silicide film, and a nickel silicide film.
請求項1〜6のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
DRAMメモリセルと、ロジック用トランジスタとを備えており、
上記N型拡散層及びP型拡散層は、上記ロジック用トランジスタのソース・ドレイン領域である,半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
It has a DRAM memory cell and a logic transistor,
The semiconductor device, wherein the N-type diffusion layer and the P-type diffusion layer are source / drain regions of the logic transistor.
半導体層と、
上記半導体層に設けられたN型拡散層及びP型拡散層と、
上記N型拡散層の上に設けられたN型拡散層上シリサイド膜,及び上記P型拡散層の上に設けられたP型拡散層上シリサイド膜と、
上記N型拡散層上シリサイド膜及びP型拡散層上シリサイド膜の上方に形成された第1の層間絶縁膜と、
上記第1の層間絶縁膜を貫通して上記N型拡散層上シリサイド膜に接続されるN型拡散層上第1プラグと、
上記第1の層間絶縁膜を貫通して上記P型拡散層上シリサイド膜に接続されるP型拡散層上第1プラグとを備え、
上記N型拡散層上シリサイド膜のうち上記N型拡散層上第1プラグと接触する領域には窒素が導入されている,半導体装置。
A semiconductor layer;
An N-type diffusion layer and a P-type diffusion layer provided in the semiconductor layer;
A silicide film on the N-type diffusion layer provided on the N-type diffusion layer, and a silicide film on the P-type diffusion layer provided on the P-type diffusion layer;
A first interlayer insulating film formed above the silicide film on the N-type diffusion layer and the silicide film on the P-type diffusion layer;
A first plug on the N-type diffusion layer connected to the silicide film on the N-type diffusion layer through the first interlayer insulating film;
A first plug on a P-type diffusion layer connected to the silicide film on the P-type diffusion layer through the first interlayer insulating film;
A semiconductor device, wherein nitrogen is introduced into a region of the silicide film on the N-type diffusion layer which is in contact with the first plug on the N-type diffusion layer.
請求項8に記載の半導体装置において、
上記P型拡散層上シリサイド膜のうち上記P型拡散層上第1プラグと接触する領域には窒素が導入されている,半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8,
A semiconductor device, wherein nitrogen is introduced into a region of the silicide film on the P-type diffusion layer which is in contact with the first plug on the P-type diffusion layer.
請求項8又は9に記載の半導体装置において、
上記第1の層間絶縁膜,上記N型拡散層上第1プラグ及び上記P型拡散層上第1プラグの上方に形成された第2の層間絶縁膜と、
上記第2の層間絶縁膜を貫通して上記N型拡散層上第1プラグに到達するN型拡散層上第2プラグと、
上記第2の層間絶縁膜を貫通して上記P型拡散層上第1プラグに到達するP型拡散層上第2プラグと
をさらに備えている,半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8, wherein
A second interlayer insulating film formed above the first interlayer insulating film, the first plug on the N-type diffusion layer, and the first plug on the P-type diffusion layer;
A second plug on the N-type diffusion layer that reaches the first plug on the N-type diffusion layer through the second interlayer insulating film;
And a second plug on the P-type diffusion layer that reaches the first plug on the P-type diffusion layer through the second interlayer insulating film.
請求項10に記載の半導体装置において、
上記第1,第2の層間絶縁膜のうち少なくともいずれか一方は、高密度プラズマCVDによって堆積されている,半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10,
At least one of the first and second interlayer insulating films is deposited by high-density plasma CVD.
請求項8〜11のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記N型拡散層上シリサイド膜は、チタンシリサイド膜,コバルトシリサイド膜及びニッケルシリサイド膜から選ばれる1つの膜である,半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 8 to 11,
The semiconductor device, wherein the silicide film on the N-type diffusion layer is one film selected from a titanium silicide film, a cobalt silicide film, and a nickel silicide film.
請求項8〜12のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
DRAMメモリセルと、ロジック用トランジスタとを備えており、
上記N型拡散層及びP型拡散層は、上記ロジック用トランジスタのソース・ドレイン領域である,半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 8 to 12,
It has a DRAM memory cell and a logic transistor,
The semiconductor device, wherein the N-type diffusion layer and the P-type diffusion layer are source / drain regions of the logic transistor.
半導体層の各一部にP型不純物,N型不純物を導入してP型拡散層,N型拡散層を形成する工程(a)と、
上記N型拡散層及び上記P型拡散層の上部をシリサイド化してなるN型拡散層上シリサイド膜とP型拡散層上シリサイド膜とを形成する工程(b)と、
上記N型拡散層上シリサイド膜及びP型拡散層上シリサイド膜を覆う第1の層間絶縁膜を形成した後、上記第1の層間絶縁膜を貫通して上記N型拡散層上シリサイド膜及びP型拡散層上シリサイド膜にそれぞれ到達する第1の接続孔を形成する工程(c)と、
上記第1の接続孔内に導体材料を埋め込んでN型拡散層上第1プラグ及びP型拡散層上第1プラグを形成する工程(d)と、
上記第1の層間絶縁膜,上記N型拡散層及び上記P型拡散層上第1プラグを覆う金属膜を形成した後、上記金属膜をパターニングして、上記N型拡散層上第1プラグから上記第1の層間絶縁膜の一部に亘る領域上に導体材料からなる応力緩和用パッドを形成する工程(e)と、
上記第1の層間絶縁膜,上記応力緩和用パッド及び上記P型拡散層上第1プラグを覆う第2の層間絶縁膜を形成する工程(f)と、
上記第2の層間絶縁膜を貫通して上記応力緩和用パッドに到達する第2の接続孔を形成する工程(g)と、
上記第2の接続孔を埋める導体膜からなるN型拡散層上第2プラグを形成する工程(h)とを含む,半導体装置の製造方法。
(A) forming a P-type diffusion layer and an N-type diffusion layer by introducing a P-type impurity and an N-type impurity into each part of the semiconductor layer;
Forming a silicide film on the N-type diffusion layer and a silicide film on the P-type diffusion layer by silicidizing the upper portions of the N-type diffusion layer and the P-type diffusion layer (b);
After forming a first interlayer insulating film covering the silicide film on the N-type diffusion layer and the silicide film on the P-type diffusion layer, the silicide film on the N-type diffusion layer and the P layer penetrate the first interlayer insulating film. (C) forming first connection holes each reaching the silicide film on the type diffusion layer;
(D) forming a first plug on the N-type diffusion layer and a first plug on the P-type diffusion layer by burying a conductive material in the first connection hole;
After forming a metal film that covers the first plug on the first interlayer insulating film, the N-type diffusion layer, and the P-type diffusion layer, the metal film is patterned and the first plug on the N-type diffusion layer is formed. (E) forming a stress relaxation pad made of a conductive material on a region over a part of the first interlayer insulating film;
(F) forming a second interlayer insulating film covering the first interlayer insulating film, the stress relaxation pad, and the first plug on the P-type diffusion layer;
(G) forming a second connection hole penetrating the second interlayer insulating film and reaching the stress relaxation pad;
And (h) forming a second plug on the N-type diffusion layer made of a conductive film filling the second connection hole.
請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(e)では、上記P型拡散層上第1プラグから上記第1の層間絶縁膜の一部に亘る領域上に導体材料からなるもう1つの応力緩和用パッドを形成し、
上記工程(f)では、上記第2の層間絶縁膜により上記もう1つの応力緩和用パッドを覆い、
上記工程(g)では、上記第2の層間絶縁膜を貫通して上記もう1つの応力緩和用パッドに到達するもう1つの第2の接続孔を形成し、
上記工程(h)では、上記もう1つの第2の接続孔を埋める導体膜からなるP型拡散層上第2プラグを形成する,半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
In the step (e), another stress relaxation pad made of a conductive material is formed on a region extending from the first plug on the P-type diffusion layer to a part of the first interlayer insulating film;
In the step (f), the second stress relaxation pad is covered with the second interlayer insulating film;
In the step (g), another second connection hole penetrating the second interlayer insulating film and reaching the another stress relaxation pad is formed,
In the step (h), a method of manufacturing a semiconductor device, wherein a second plug is formed on a P-type diffusion layer made of a conductive film filling the second connection hole.
請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(e)では、上記金属膜のうち上記P型拡散層上第1プラグの上方に位置する部分を除去し、
上記工程(g)では、上記第2の層間絶縁膜を貫通して上記P型拡散層上第1プラグに到達するもう1つの第2の接続孔を形成し、
上記工程(h)では。上記もう1つの第2の接続孔を埋める導体膜からなるP型拡散層上第2プラグを形成する,半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
In the step (e), a portion of the metal film located above the first plug on the P-type diffusion layer is removed.
In the step (g), another second connection hole that penetrates through the second interlayer insulating film and reaches the first plug on the P-type diffusion layer is formed.
In the above step (h). A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a second plug is formed on a P-type diffusion layer made of a conductor film filling the second connection hole.
請求項14〜16のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(c),(f)では、高密度プラズマCVD法を用いて、上記第1の層間絶縁膜又は上記第2の層間絶縁膜のうち少なくともいずれか一方を堆積する,半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
In the steps (c) and (f), at least one of the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film is deposited using a high-density plasma CVD method. .
請求項14〜17のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)では、上記シリサイド膜として、チタンシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜のうちから選ばれるいずれか1つのシリサイド膜を形成する,半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
In the step (b), a method of manufacturing a semiconductor device, wherein any one of a titanium silicide film, a cobalt silicide film, and a nickel silicide film is formed as the silicide film.
請求項14〜18のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(a)〜(h)は、ロジック用トランジスタ形成領域で行われ、
上記工程(h)の後で、DRAMメモリセルのキャパシタの形成工程を行なう,半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
The above steps (a) to (h) are performed in a logic transistor formation region,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising, after the step (h), a step of forming a capacitor of a DRAM memory cell.
半導体層の各一部にP型不純物,N型不純物を導入してP型拡散層,N型拡散層を形成する工程(a)と、
上記N型拡散層及び上記P型拡散層の上部をシリサイド化してなるN型拡散層上シリサイド膜とP型拡散層上シリサイド膜とを形成する工程(b)と、
上記工程(c)の後で、上記N型拡散層上シリサイド膜及びP型拡散層上シリサイド膜を覆う第1の層間絶縁膜を形成した後、上記第1の層間絶縁膜を貫通して上記N型拡散層上シリサイド膜及びP型拡散層上シリサイド膜にそれぞれ到達する第1の接続孔を形成する工程(c)と、
上記工程(c)の後で、上記N型拡散層上シリサイド膜に窒素を導入する工程(d)と、
上記工程(d)の後で、上記各第1の接続孔内に導体材料を埋め込んでN型拡散層上第1プラグ及びP型拡散層上第1プラグを形成する工程(e)と、
上記第1の層間絶縁膜,上記N型拡散層上第1プラグ及び上記P型拡散層上第1プラグを覆う第2の層間絶縁膜を形成する工程(f)と、
上記第2の層間絶縁膜を貫通して上記N型拡散層上第1プラグ及びP型拡散層上第1プラグに到達する第2の接続孔を形成する工程(g)と、
上記第2の接続孔を埋める導体膜からなるN型拡散層上第2プラグを形成する工程(h)とを含む,半導体装置の製造方法。
(A) forming a P-type diffusion layer and an N-type diffusion layer by introducing a P-type impurity and an N-type impurity into each part of the semiconductor layer;
Forming a silicide film on the N-type diffusion layer and a silicide film on the P-type diffusion layer by silicidizing the upper portions of the N-type diffusion layer and the P-type diffusion layer (b);
After the step (c), after forming a first interlayer insulating film covering the silicide film on the N-type diffusion layer and the silicide film on the P-type diffusion layer, the first interlayer insulating film penetrates the first interlayer insulating film. (C) forming first connection holes that respectively reach the silicide film on the N-type diffusion layer and the silicide film on the P-type diffusion layer;
A step (d) of introducing nitrogen into the silicide film on the N-type diffusion layer after the step (c);
(E) after the step (d), forming a first plug on the N-type diffusion layer and a first plug on the P-type diffusion layer by burying a conductive material in each of the first connection holes;
(F) forming a second interlayer insulating film covering the first interlayer insulating film, the first plug on the N-type diffusion layer, and the first plug on the P-type diffusion layer;
(G) forming a second connection hole that penetrates through the second interlayer insulating film and reaches the first plug on the N-type diffusion layer and the first plug on the P-type diffusion layer;
And (h) forming a second plug on the N-type diffusion layer made of a conductive film filling the second connection hole.
請求項20記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(d)では、上記P型拡散層上シリサイド膜にも窒素を導入する,半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 20,
In the step (d), a method for manufacturing a semiconductor device, wherein nitrogen is also introduced into the silicide film on the P-type diffusion layer.
請求項20又は21記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(c),(e)では、高密度プラズマCVD法を用いて、上記第1の層間絶縁膜及び第2の層間絶縁膜のうち少なくともいずれか一方を堆積する,半導体装置の製造方法。
22. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein
In the steps (c) and (e), a method of manufacturing a semiconductor device, wherein at least one of the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film is deposited by using a high-density plasma CVD method.
請求項20〜22のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)では、上記シリサイド膜として、チタンシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜のうちから選ばれるいずれか1つのシリサイド膜を形成する,半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20,
In the step (b), a method of manufacturing a semiconductor device, wherein any one of a titanium silicide film, a cobalt silicide film, and a nickel silicide film is formed as the silicide film.
請求項20〜23のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(a)〜(h)は、ロジック用トランジスタ形成領域で行われ、
上記工程(h)の後で、DRAMメモリセルのキャパシタの形成工程を行なう,半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20,
The above steps (a) to (h) are performed in a logic transistor formation region,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising, after the step (h), a step of forming a capacitor of a DRAM memory cell.
JP2003087029A 2003-03-27 2003-03-27 Manufacturing method of semiconductor device Expired - Fee Related JP4392181B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003087029A JP4392181B2 (en) 2003-03-27 2003-03-27 Manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003087029A JP4392181B2 (en) 2003-03-27 2003-03-27 Manufacturing method of semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004296774A true JP2004296774A (en) 2004-10-21
JP4392181B2 JP4392181B2 (en) 2009-12-24

Family

ID=33401490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003087029A Expired - Fee Related JP4392181B2 (en) 2003-03-27 2003-03-27 Manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4392181B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011111133A1 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 パナソニック株式会社 Semiconductor apparatus and manufacturing method of the same
JP2022524333A (en) * 2019-03-12 2022-05-02 マジック リープ, インコーポレイテッド How to Process Display Devices with Patterned Lithium Transition Metal Oxides

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011111133A1 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 パナソニック株式会社 Semiconductor apparatus and manufacturing method of the same
JP2022524333A (en) * 2019-03-12 2022-05-02 マジック リープ, インコーポレイテッド How to Process Display Devices with Patterned Lithium Transition Metal Oxides
US12117630B2 (en) 2019-03-12 2024-10-15 Magic Leap, Inc. Method of fabricating display device having patterned lithium-based transition metal oxide
JP7766491B2 (en) 2019-03-12 2025-11-10 マジック リープ, インコーポレイテッド Method for fabricating a display device having a patterned lithium-based transition metal oxide

Also Published As

Publication number Publication date
JP4392181B2 (en) 2009-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6921711B2 (en) Method for forming metal replacement gate of high performance
TWI460859B (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
TW408469B (en) A semiconductor device and a manufacturing process therefor
US8017466B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method for the same
US6727129B1 (en) Method for manufacturing a semiconductor device
CN103137705B (en) Semiconductor device and its manufacture method
CN101494192B (en) Manufacturing method of contact hole plug
US6437404B1 (en) Semiconductor-on-insulator transistor with recessed source and drain
US7601564B2 (en) Semiconductor device including memory cell and anti-fuse element
US12494425B2 (en) Integration scheme to build resistor, capacitor, efuse using silicon-rich dielectric layer as a base dielectric
US20030032206A1 (en) Method of making a ferroelectric memory transistor
JP2000022139A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR20020035748A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US9379199B2 (en) Semiconductor device including a contact plug with barrier materials
JP4639524B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JPH11243195A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US20050184315A1 (en) Semiconductor device including memory cell and anti-fuse element
US8329519B2 (en) Methods for fabricating a semiconductor device having decreased contact resistance
TWI298946B (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4392181B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JPH0851203A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2685034B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6953741B2 (en) Methods of fabricating contacts for semiconductor devices utilizing a pre-flow process
JP3588566B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3855638B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051220

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071015

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090623

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090820

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090915

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091009

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121016

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees