JP2004228589A - Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造技術および半導体装置に関し、特に、高集積化された半導体装置の高性能化、高信頼化に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technology and a semiconductor device, and more particularly to a technology effective when applied to high performance and high reliability of a highly integrated semiconductor device.
半導体装置の高性能化および微細化に伴い、マスクの合わせずれを吸収できる自己整合技術が多用される。 2. Description of the Related Art With the advancement of performance and miniaturization of semiconductor devices, self-alignment technology capable of absorbing misalignment of a mask is frequently used.
たとえば、特開平11−26714号公報(特許文献1)には、DRAMのメモリセルを構成するMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)のゲート電極を窒化珪素膜で覆い、さらに酸化珪素膜からなる層間絶縁膜を形成後、前記MISFETのソース・ドレイン領域に接続するプラグを形成する技術が開示されている。このプラグが形成される接続孔の加工工程において、酸化珪素膜がエッチングされ窒化珪素膜がエッチングされ難い第1のエッチング工程と、窒化珪素膜がエッチングされる第2のエッチング工程との2段階のエッチング工程が採用される。DRAMメモリセルのMISFET(選択MISFET)は最小加工寸法で加工されるため、ゲート電極間に接続孔を形成する際にはゲート電極パターンと接続孔パターンのマスクずれは回避できず、自己整合技術を用いなければ適正な接続孔加工は困難である。この点、前記公報の技術では、ゲート電極を覆う窒化珪素膜がエッチングストッパとして機能し、ゲート電極に対する接続孔加工の自己整合が実現できる。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-26714 (Patent Document 1) discloses that a gate electrode of a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) constituting a memory cell of a DRAM is covered with a silicon nitride film, and an interlayer made of a silicon oxide film is further provided. A technique for forming a plug connected to the source / drain region of the MISFET after forming an insulating film is disclosed. In the process of forming the connection hole in which the plug is formed, a two-stage process of a first etching process in which the silicon oxide film is etched and the silicon nitride film is hardly etched and a second etching process in which the silicon nitride film is etched are performed. An etching process is employed. Since the MISFET (selection MISFET) of the DRAM memory cell is processed with a minimum processing size, when forming a connection hole between the gate electrodes, a mask shift between the gate electrode pattern and the connection hole pattern cannot be avoided. Unless it is used, it is difficult to form a proper connection hole. In this regard, in the technique disclosed in the above publication, the silicon nitride film covering the gate electrode functions as an etching stopper, and the self-alignment of processing the connection hole with the gate electrode can be realized.
また、前記公報の技術によれば、酸化珪素膜の膜厚を層間絶縁膜である酸化珪素膜の膜厚よりも相対的に薄く形成し、窒化珪素膜がエッチングストッパとして機能するため、前記第1のエッチング工程において十分なオーバーエッチングを施すことができる。このため、微細な接続孔であっても、また、アスペクト比の大きな接続孔であってもウェハ面内の接続孔深さを均一にすることができ、またプロセスマージンを増加できる。一方、ストッパ膜である窒化珪素膜の膜厚は十分に薄いため、第2のエッチング工程において十分なオーバーエッチングを施しても基板の過剰エッチングは抑制される。いわば、基板表面に対する接続孔の自己整合加工が実現できる。特に、接続孔底部が素子分離領域にかかる場合には、素子分離領域を構成する酸化珪素膜が過剰にエッチングされる可能性があるが、前記2段階のエッチング手段を採用すれば、素子分離領域の過剰エッチングを十分に許容できる範囲に抑制できる。この結果、基板(素子分離領域)の過剰エッチングに起因するMISFETのリーク電流を抑制し、DRAMの場合にはリフレッシュ特性を改善できる。 According to the technique disclosed in the above publication, the thickness of the silicon oxide film is relatively smaller than the thickness of the silicon oxide film as the interlayer insulating film, and the silicon nitride film functions as an etching stopper. Sufficient over-etching can be performed in one etching step. Therefore, even if the connection holes are fine or have a large aspect ratio, the depth of the connection holes in the wafer surface can be made uniform, and the process margin can be increased. On the other hand, since the thickness of the silicon nitride film serving as the stopper film is sufficiently small, excessive etching of the substrate is suppressed even when sufficient overetching is performed in the second etching step. In other words, the self-alignment processing of the connection hole with respect to the substrate surface can be realized. In particular, when the bottom of the contact hole is over the element isolation region, the silicon oxide film constituting the element isolation region may be excessively etched. Over-etching can be sufficiently suppressed. As a result, the leakage current of the MISFET caused by excessive etching of the substrate (element isolation region) can be suppressed, and in the case of a DRAM, the refresh characteristics can be improved.
前記した基板表面に対する自己整合加工は、たとえばダマシンプロセスを用いた配線加工工程にも適用できる。すなわち、配線形成用の配線溝、あるいは接続孔を層間絶縁膜に形成する際に、配線溝底部、あるいは接続孔底部に相当する位置にあらかじめ薄い窒化珪素膜を形成し、前記2段階のエッチング工程と同様に配線溝あるいは接続孔を形成する。このような工程においても配線溝あるいは接続孔底部の部材の過剰エッチングを抑制し、配線溝深さあるいは接続孔深さの均一性を向上し、また、確実な配線層間の接続を実現できる。 The self-alignment processing on the substrate surface described above can be applied to, for example, a wiring processing step using a damascene process. That is, when forming a wiring groove or a connection hole for forming a wiring in an interlayer insulating film, a thin silicon nitride film is previously formed at a position corresponding to the bottom of the wiring groove or the bottom of the connection hole. A wiring groove or a connection hole is formed in the same manner as described above. Even in such a process, it is possible to suppress excessive etching of the member at the bottom of the wiring groove or the connection hole, improve the uniformity of the depth of the wiring groove or the depth of the connection hole, and realize a reliable connection between wiring layers.
ところで、窒化珪素膜の形成方法には、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法、プラズマCVD法等各種の成膜方法がある。たとえば、特開平2−234430号公報には、シラン(SiH4)および窒素(N2)を原料ガスとするECR(Electron Cyclotron Resonance)−CVD法により形成した窒化珪素膜を層間絶縁膜あるいはパッシベーション膜に適用する技術が開示されている。また、特開昭63−132434号公報には、シラン(SiH4)および窒素(N2)を原料ガスとするECR−CVD法により形成した窒化珪素膜をパッシベーション膜に適用する技術が開示されている。
しかし、本発明者らは、以下のような問題があることを認識した。なお、以下に説明する問題に対する認識は、本発明者らの実験検討により得られたものであり、公知にされたわけではない。 However, the present inventors have recognized the following problems. The recognition of the problems described below has been obtained through experimental studies by the present inventors, and has not been made publicly known.
すなわち、半導体装置の微細化、高性能化に伴って、熱処理に対する制限が厳しくなっている。たとえば半導体装置の微細化の実現には拡散層(不純物半導体領域)の精密な位置、深さの制御が必要である。これら精密に制御された拡散層の形成後に高温プロセスを介在させると不純物の拡散が生じ、拡散層の形成位置が変動して好ましくない。拡散層内の不純物濃度の制御性も高く要求されるため、拡散層内の不純物の再拡散は不純物濃度の変動の観点からも好ましくない。また、半導体装置の高性能化を実現するには不純物拡散層の表面あるいはゲート電極の表面へのシリサイド層の形成が望ましい。ところが、シリサイド層の形成後に高温プロセスを介在させると、シリサイド層の耐熱性の乏しさに起因して各種の問題を生じる。すなわち、シリサイド層とシリコン層との再反応によるシリサイド層内の組成変化、この組成変化に起因するシリサイド層の導電率の低下、あるいは、シリサイド層内のストレスの増加、ボイドの発生等の問題を生じる。 In other words, with the miniaturization and high performance of semiconductor devices, restrictions on heat treatment are becoming stricter. For example, miniaturization of a semiconductor device requires precise control of the position and depth of a diffusion layer (impurity semiconductor region). If a high-temperature process is interposed after the formation of these precisely controlled diffusion layers, diffusion of impurities will occur, and the formation position of the diffusion layers will fluctuate, which is not preferable. Since the controllability of the impurity concentration in the diffusion layer is also required to be high, re-diffusion of the impurity in the diffusion layer is not preferable from the viewpoint of fluctuation of the impurity concentration. In order to realize high performance of the semiconductor device, it is desirable to form a silicide layer on the surface of the impurity diffusion layer or the surface of the gate electrode. However, if a high-temperature process is interposed after the formation of the silicide layer, various problems occur due to the poor heat resistance of the silicide layer. That is, problems such as a composition change in the silicide layer due to a re-reaction between the silicide layer and the silicon layer, a decrease in the conductivity of the silicide layer due to the composition change, an increase in stress in the silicide layer, generation of voids, etc. Occurs.
このため、ゲート電極を覆う自己整合用の窒化珪素膜、ダマシン配線の配線溝、接続孔を自己整合的に形成するための窒化珪素膜の形成には、高い温度(一般には700℃以上)で形成する熱CVD法を用いることができない。また、熱CVD法による窒化珪素膜の形成では、成膜中に発生する活性な水素(H)がMISFETの拡散層あるいはチャネル領域に拡散し、しきい値(Vth)を変動させるという問題があることも本発明者らは認識している。 Therefore, the formation of the silicon nitride film for self-alignment covering the gate electrode, the wiring groove of the damascene wiring, and the silicon nitride film for forming the connection hole in a self-alignment manner requires a high temperature (generally 700 ° C. or higher). The thermal CVD method to be formed cannot be used. Further, in the formation of a silicon nitride film by a thermal CVD method, there is a problem that active hydrogen (H) generated during the film formation is diffused into a diffusion layer or a channel region of a MISFET, thereby changing a threshold value (Vth). The present inventors have also recognized that.
そこで、低温(一般には400℃程度)で形成できるプラズマCVD法を用いた窒化珪素膜を検討することとなる。 Therefore, a silicon nitride film using a plasma CVD method which can be formed at a low temperature (generally, about 400 ° C.) will be studied.
ところが、プラズマCVD法による窒化珪素膜には、デバイス特性を劣化させ得る新たな障害が存在する。 However, the silicon nitride film formed by the plasma CVD method has a new obstacle that can degrade device characteristics.
すなわち、プラズマプロセス中に発生するラジカルあるいはイオンのボンバードメントにより、被形成面がプラズマダメージを受ける障害がある。この結果、被形成面となる多結晶シリコン膜(ゲート電極)、あるいは拡散層(半導体基板)中の不純物(ボロン(B)、リン(P)等)を不活性化し、あるいは、多結晶シリコン膜および拡散層中のダングリングボンドを増加し、それらの抵抗値が上昇する問題がある。 That is, there is an obstacle that a formation surface is damaged by plasma due to bombardment of radicals or ions generated during the plasma process. As a result, impurities (boron (B), phosphorus (P), etc.) in the polycrystalline silicon film (gate electrode) or the diffusion layer (semiconductor substrate) to be formed are inactivated, or the polycrystalline silicon film is Further, there is a problem that dangling bonds in the diffusion layer increase and their resistance values increase.
また、プラズマCVD法による窒化珪素膜は、そのステップカバレッジの良さからシラン(SiH4)、アンモニア(NH3)および窒素(N2)を原料ガスとして用いるが、このようなSiH4/NH3/N2を原料とするプラズマCVD膜(窒化珪素膜)では、膜中に多くの水素(H)が含有される。膜中水素はその後の熱処理により離脱し、水素離脱に起因する膜(窒化珪素膜)応力の増大を生じる。膜応力の増大は、デバイス特性を劣化させる問題がある。著しい場合には膜の剥離を生じ、デバイス不良の原因にもなり得る。 The silicon nitride film formed by the plasma CVD method uses silane (SiH 4 ), ammonia (NH 3 ), and nitrogen (N 2 ) as a source gas because of its good step coverage. Such a SiH 4 / NH 3 / In a plasma CVD film (silicon nitride film) using N 2 as a raw material, a large amount of hydrogen (H) is contained in the film. Hydrogen in the film is released by the subsequent heat treatment, and the film (silicon nitride film) stress caused by the release of hydrogen is increased. An increase in film stress has a problem of deteriorating device characteristics. In a remarkable case, peeling of the film occurs, which may cause a device failure.
また、離脱水素は、ゲート電極である多結晶シリコン膜、半導体基板である拡散層(ソース・ドレイン)に拡散し、多結晶シリコン膜内あるいは拡散層内の不純物を不活性化する原因となる。この結果ゲート電極あるいはソース・ドレインの抵抗を上昇させる問題を生じる。 Further, the desorbed hydrogen diffuses into the polycrystalline silicon film serving as the gate electrode and the diffusion layer (source / drain) serving as the semiconductor substrate, and becomes a cause of inactivating impurities in the polycrystalline silicon film or the diffusion layer. As a result, there arises a problem of increasing the resistance of the gate electrode or the source / drain.
さらに、多結晶シリコン膜あるいは拡散層に拡散した離脱水素は、それら多結晶シリコン膜あるいは拡散層中の不純物(特にボロン(B))を動きやすくし、不純物(特にボロン)をMISFETのチャネル領域に拡散しやすくする作用がある。この結果MISFETのしきい値(Vth)変動を来し、半導体装置の性能を低下させる問題がある。 Further, the desorbed hydrogen diffused into the polycrystalline silicon film or the diffusion layer makes it easy for impurities (particularly, boron (B)) in the polycrystalline silicon film or the diffusion layer to move, and the impurity (particularly, boron) is transferred to the channel region of the MISFET. Has the effect of making it easier to spread. As a result, the threshold voltage (Vth) of the MISFET fluctuates, and there is a problem that the performance of the semiconductor device is reduced.
上記の通り、低温成膜された窒化珪素膜では、その膜中に含まれる多量の水素がデバイス特性を低下させていると考えられる。では、アズデポ(as deposited)状態では多くの水素を含むSiH4/NH3/N2を原料とする窒化珪素膜であっても、膜形成後に熱処理を施し水素を離脱させて水素含有量の低い窒化珪素膜を得る方法が考えられる。しかし、この方法では、熱処理後に膜が剥離し異物を発生させる問題があり、また、剥離しかけた膜部分にコンタクトホールを形成した場合に接続部材のカバレッジ不良を発生させてコンタクト部分の導通不良を発生させる問題がある。 As described above, in a silicon nitride film formed at a low temperature, it is considered that a large amount of hydrogen contained in the film deteriorates device characteristics. In the as-deposited (as deposited) state, even if the silicon nitride film is made of SiH 4 / NH 3 / N 2 containing a large amount of hydrogen, it is subjected to a heat treatment after the film is formed to release hydrogen, thereby reducing the hydrogen content. A method of obtaining a silicon nitride film is considered. However, in this method, there is a problem that the film is peeled off after heat treatment and foreign matter is generated. Further, when a contact hole is formed in the film part that has been peeled off, poor coverage of the connection member is generated and conduction failure of the contact part is caused. There is a problem that arises.
本発明の目的は、自己整合用の窒化珪素膜を低温で、かつ、水素含有量を小さく形成できる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of forming a silicon nitride film for self-alignment at a low temperature and with a small hydrogen content.
また、本発明の目的は、窒化珪素膜形成の際のプラズマダメージを低減できる膜形成法を提供することにある。 It is another object of the present invention to provide a film forming method capable of reducing plasma damage when forming a silicon nitride film.
また、本発明の目的は、多結晶シリコン膜の抵抗値変動が少なく、MISFETのしきい値変動が少ない半導体装置を提供することにある。 It is another object of the present invention to provide a semiconductor device in which a change in the resistance of a polycrystalline silicon film is small and a change in the threshold voltage of a MISFET is small.
また、本発明の目的は、高性能で高信頼な半導体装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a high-performance and highly reliable semiconductor device.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
本発明は、自己整合加工用の第1窒化珪素膜を形成し、さらにパッシベーション用の第2窒化珪素膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記第1窒化珪素膜は、シランおよび窒素を原料ガスとするプラズマCVD法により形成し、前記第2窒化珪素膜は、シラン、アンモニアおよび窒素を原料ガスとするプラズマCVD法により形成するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a first silicon nitride film for self-alignment processing is formed and a second silicon nitride film for passivation is further formed, wherein the first silicon nitride film includes silane and nitrogen. And the second silicon nitride film is formed by a plasma CVD method using silane, ammonia and nitrogen as source gases.
本発明は、自己整合加工用の第1窒化珪素膜と、パッシベーション用の第2窒化珪素膜とを有する半導体装置であって、前記第1窒化珪素膜のFT−IR分析によるSi−H/Si−N結合比R1と、前記第2窒化珪素膜のFT−IR分析によるSi−H/Si−N結合比R2との間に、R1<R2、の関係を有するものである。 The present invention relates to a semiconductor device having a first silicon nitride film for self-alignment processing and a second silicon nitride film for passivation, wherein the first silicon nitride film is subjected to Si-H / Si analysis by FT-IR analysis. A relationship of R1 <R2 exists between the -N bond ratio R1 and the Si-H / Si-N bond ratio R2 of the second silicon nitride film by FT-IR analysis.
以下、本明細書で開示される発明を列記して示す。
1.本発明の半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板表面に選択的に第1絶縁膜(たとえば素子分離領域)を形成する工程と、(b)前記半導体基板表面に第2絶縁膜(たとえばゲート絶縁膜)を介して、第1導体片(たとえばゲート電極)を形成する工程と、(c)前記半導体基板の表面であって、前記第1絶縁膜と前記第1導体片が存在しない領域に半導体層(たとえばソース・ドレイン)を形成する工程と、(d)前記第1導体片、前記半導体層及び前記第1絶縁膜を覆うように第3絶縁膜(たとえば自己整合用膜)を形成する工程と、(e)前記第3絶縁膜上に、第4絶縁膜(たとえば層間絶縁膜)を形成する工程と、(f)前記第4及び第3絶縁膜に第1開孔(たとえばコンタクトホール)を形成する工程と、(g)前記第1開孔内に第2導体片(たとえばプラグ)を形成する工程と、(h)前記第4絶縁膜上に第5絶縁膜(たとえばパッシベーション膜)を形成する工程とを有し、前記第3絶縁膜及び第5絶縁膜はプラズマCVD法により形成された窒化珪素膜であり、前記第3絶縁膜の形成温度は、前記第5絶縁膜の形成温度よりも高いものである。
2.前記項1記載の半導体装置の製造方法であって、前記第1及び第4絶縁膜は酸化珪素膜であり、前記第1開孔の形成工程は、前記第3絶縁膜に対する前記第4絶縁膜のエッチング量が大である条件で、前記第4絶縁膜をエッチングする工程と、前記第1絶縁膜に対する前記第3絶縁膜のエッチング量が大である条件で、前記第3絶縁膜をエッチングする工程とを有するものである。
3.前記項1記載の半導体装置の製造方法であって、前記第5絶縁膜は反応ガスにアンモニアガスを含み、前記第3絶縁膜は反応ガスにアンモニアを含まないものである。
4.前記項1記載の半導体装置の製造方法であって、前記工程(c)と(d)の間に、前記半導体層の表面にシリサイド層を形成する工程を有するものである。
5.前記項4記載の半導体装置の製造方法であって、前記第2導体片は第1導体層(たとえば窒化チタン層)と第2導体層(たとえばタングステン層)を含み、前記第1導体層は、前記第2導体層よりも薄く、前記第2導体層の下に位置しているものである。
6.前記項1記載の半導体装置の製造方法であって、前記工程(g)と(h)の間に、(i)第3導体片(たとえば配線)を形成する工程と、(j)前記第5絶縁膜は前記第3導体片の一部を露出する第2開孔を有し、前記第2開孔において前記第3導体片に外部接続用導体片(たとえばボンディングワイヤ又はバンプ電極等)を接続する工程とを有するものである。
7.前記項1記載の半導体装置の製造方法であって、前記第1導体片はボロンを含むシリコン層からなるものである。
8.前記項1記載の半導体装置の製造方法であって、前記導体片はシリコンからなる第1導体層、第2導体層(たとえば窒化タングステン等のバリア層)、高融点金属(たとえばチタン、コバルト、タングステン等)からなる第3導体層の3層からなるものである。
9.本発明の半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板表面に選択的に第1絶縁膜(たとえば素子分離領域)を形成する工程と、(b)前記半導体基板表面に第2絶縁膜(たとえばゲート絶縁膜)を介して、第1導体片(たとえばゲート電極)を形成する工程と、(c)前記半導体基板の表面であって、前記第1絶縁膜と前記第1導体片が存在しない領域に半導体層(たとえばソース・ドレイン)を形成する工程と、(d)前記第1導体片、前記半導体層及び前記第1絶縁膜を覆うように第3絶縁膜(たとえば自己整合用膜)を形成する工程と、(e)前記第3絶縁膜上に、第4絶縁膜(たとえば層間絶縁膜)を形成する工程と、(f)前記第4及び第3絶縁膜に第1開孔(たとえばコンタクトホール)を形成する工程と、(g)前記第1開孔内に第2導体片(たとえばプラグ)を形成する工程と、(h)前記第4絶縁膜上に第5絶縁膜(たとえばパッシベーション膜)を形成する工程とを有し、前記第3絶縁膜及び第5絶縁膜はプラズマCVD法により形成された窒化珪素膜であり、前記第3絶縁膜の水素含有量は、前記第5絶縁膜の水素含有量よりも少ないものである。
10.本発明の半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板上に第1絶縁膜(たとえば自己整合用膜)を形成する工程と、(b)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜(たとえば配線形成用絶縁膜)を形成する工程と、(c)前記第2及び第1絶縁膜に開孔(たとえばダマシン用溝)を形成する工程と、(d)前記開孔内に導体層(たとえば配線)を形成する工程と、(e)前記導体層上に第3絶縁膜(たとえばパッシベーション膜)を形成する工程とを有し、前記第1絶縁膜及び第3絶縁膜はプラズマCVD法により形成された窒化珪素膜であり、前記第1絶縁膜の形成温度は、前記第3絶縁膜の形成温度よりも高いものである。
11.本発明の半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板上に第1絶縁膜(たとえば自己整合用膜)を形成する工程と、(b)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜(たとえば配線形成用絶縁膜)を形成する工程と、(c)前記第2及び第1絶縁膜に開孔(たとえばダマシン用溝)を形成する工程と、(d)前記開孔内に導体層(たとえば配線)を形成する工程と、(e)前記導体層上に第3絶縁膜(たとえばパッシベーション膜)を形成する工程とを有し、前記第1絶縁膜及び第3絶縁膜はプラズマCVD法により形成された窒化珪素膜であり、前記第1絶縁膜の水素含有量は、前記第3絶縁膜の水素含有量よりも少ないものである。
12.本発明の半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板表面に選択的に第1絶縁膜(たとえば素子分離領域)を形成する工程と、(b)前記半導体基板の表面であって、前記第1絶縁膜が存在しない領域に半導体層(たとえばソース・ドレイン)を形成する工程と、(c)前記半導体層の表面に高融点金属のシリサイド層を形成する工程と、(d)前記高融点金属のシリサイド層及び前記第1絶縁膜を覆うように第2絶縁膜(たとえば自己整合用膜)を形成する工程と、(e)前記第2絶縁膜上に、第3絶縁膜(たとえば層間絶縁膜)を形成する工程と、(f)前記第3及び第2絶縁膜に開孔(たとえばコンタクトホール)を形成する工程と、(g)前記開孔内に導体片(たとえばプラグ)を形成する工程とを有し、前記第2絶縁膜は400度以上のプラズマCVD法により形成された窒化珪素膜である。
13.前記項12記載の半導体装置の製造方法であって、前記第2絶縁膜は、モノシランと窒素を反応ガスとして用い、アンモニアは用いないで形成されたものである。
14.前記項12記載の半導体装置の製造方法であって、前記第3絶縁膜は酸化珪素膜であり、前記開孔の形成工程は、前記第2絶縁膜に対するエッチング量が大である条件で、前記第3絶縁膜をエッチングする工程と、前記第1絶縁膜に対するエッチング量が大である条件で、前記第2絶縁膜をエッチングする工程とを有するものである。
15.前記項12記載の半導体装置の製造方法であって、前記シリサイド層の形成工程は、(h)前記半導体層及び第1絶縁膜上に高融点金属膜を堆積する工程と、(i)前記半導体基板に熱処理を施し、前記半導体層の表面にシリサイド層を形成する工程と、(j)前記第1絶縁膜上の高融点金属膜を除去する工程とを含むものである。
16.前記項12記載の半導体装置の製造方法であって、前記導体片は第1導体層と第2導体層を含み、前記第1導体層は前記第2導体層よりも薄く、前記第2導体層の下に位置しているものである。
17.前記項16記載の半導体装置の製造方法であって、前記第1導体層は窒化チタン層であり、前記第2導体層はタングステン層である。
18.本発明の半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板表面に選択的に第1絶縁膜(たとえば素子分離領域)を形成する工程と、(b)前記半導体基板表面に第2絶縁膜(たとえばゲート絶縁膜)を介して、第1導体片(たとえばゲート電極)を形成する工程と、(c)前記半導体基板の表面であって、前記第1絶縁膜と前記第1導体片が存在しない領域に半導体層(たとえばソース・ドレイン)を形成する工程と、(d)前記第1導体片、前記半導体層及び前記第1絶縁膜を覆うように第3絶縁膜(たとえば自己整合用膜)を形成する工程と、(e)前記第3絶縁膜上に、第4絶縁膜(たとえば層間絶縁膜)を形成する工程とを有し、前記第1導体片はボロンを含んだシリコン膜であり、前記第3絶縁膜は400度以上のプラズマCVD法により形成された窒化珪素膜である。
19.前記項18記載の半導体装置の製造方法であって、前記第3絶縁膜はモノシランと窒素を反応ガスとして用い、アンモニアは用いないで形成されたものである。
20.本発明の半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板上に第1絶縁膜(たとえば自己整合用膜)を形成する工程と、(b)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜(たとえばダマシン溝形成用絶縁膜)を形成する工程と、(c)前記第2及び第1絶縁膜に開孔(たとえばダマシン用溝)を形成する工程と、(d)前記開孔内に導体層(たとえば配線)を形成する工程とを有し、前記第1絶縁膜は400度以上のプラズマCVD法により形成された窒化珪素膜である。
21.前記項20記載の半導体装置の製造方法であって、前記第2絶縁膜は酸化珪素膜である。
22.前記項20記載の半導体装置の製造方法であって、前記導体層の形成工程は、下層の第1導体層と上層の第2導体層の形成工程からなり、前記第2導体層は銅からなり、前記第1導体層は銅の拡散防止機能を有するものである。
23.本発明の半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板上に第1絶縁膜(たとえばゲート絶縁膜)を介して、シリコンからなる第1導体層、第2導体層、高融点金属からなる第3導体層、第2絶縁膜(たとえばキャップ絶縁膜)を堆積する工程と、(b)前記第2絶縁膜、第3、第2、及び第1導体層を所定のパターンに加工する工程と、(c)前記第2絶縁膜上に第3絶縁膜(たとえば自己整合用膜)を形成する工程とを有し、前記第2絶縁膜は400度以上のプラズマCVD法により形成された窒化珪素膜である。
24.前記項23記載の半導体装置の製造方法であって、前記第3絶縁膜は400度以上のプラズマCVD法により形成された窒化珪素膜である。
25.本発明の半導体装置は、(a)半導体基板と、(b)前記半導体基板の表面に選択的に形成された第1絶縁膜(たとえば素子分離領域)と、(c)前記半導体基板上に第2絶縁膜(たとえばゲート絶縁膜)を介して形成された第1導体片(たとえばゲート電極)と、(d)前記半導体基板の表面であって、前記第1絶縁膜と前記第1導体片との間に位置する半導体層(たとえばソース・ドレイン、拡散層配線)と、(e)前記第1導体片、第1絶縁膜及び半導体層上に形成された第3絶縁膜(たとえば自己整合用膜)と、(f)前記第3絶縁膜上に形成された第4絶縁膜(たとえば層間絶縁膜)と、(g)前記第3,第4絶縁膜に形成された開孔内に形成された第2導体片(たとえばプラグ)と、(h)前記第2導体片上に形成された第5絶縁膜(たとえばパッシベーション膜)とからなり、前記第3及び第5絶縁膜は、プラズマCVD法により形成された窒化珪素膜であり、前記第3絶縁膜の水素含有量は、前記第5絶縁膜の水素含有量よりも少ないものである。
26.前記項25記載の半導体装置であって、前記第2導体片は第1導体層と第2導体層を含み、前記第1導体層は、前記第2導体層よりも薄く、前記第2導体層の下に位置しているものである。
27.前記項26記載の半導体装置であって、前記第1導体層は窒化チタン層であり、前記第2導体層はタングステン層である。
28.前記項25記載の半導体装置であって、前記半導体層の表面には高融点金属のシリサイド層が形成されているものである。
29.前記項25記載の半導体装置であって、前記第1導体片はボロンを含むシリコン層からなるものである。
30.本発明の半導体装置は、(a)半導体基板と、(b)半導体基板上に第1絶縁膜(たとえばゲート絶縁膜)を介して形成された第1導体片(たとえばゲート電極)と、(c)前記第1導体片上に形成された第2絶縁膜(たとえばキャップ絶縁膜)と、(d)前記第2絶縁膜上に形成された第3絶縁膜(たとえばパッシベーション膜)とからなり、前記第2及び第3絶縁膜は、プラズマCVD法により形成された窒化珪素膜であり、前記第2絶縁膜の水素含有量は、前記第3絶縁膜の水素含有量よりも少ないものである。
31.前記項30記載の半導体装置であって、更に、(e)前記第1導体片の両端であって、前記半導体基板の表面に位置する第1及び第2半導体領域とを有し、前記第1導体片はトランジスタのゲートとして、前記第1及び第2半導体領域はトランジスタのソース、ドレインとして機能し、前記ソースからドレインに向かう方向において、前記第2絶縁膜は前記第1導体片とほぼ等しい幅を有するものである。
32.前記項30記載の半導体装置であって、更に(e)前記第2絶縁膜上に形成された第2導体片(たとえば配線)と、(f)前記第2導体片に接続された外部接続用導体片(たとえばバンプ)とを有し、前記第3絶縁膜は開孔を有し、前記開孔部において、前記外部接続用導体片が前記第2導体片と接続されているものである。
33.本発明の半導体装置は、(a)半導体基板と、(b)半導体基板上に第1絶縁膜(たとえばゲート絶縁膜)を介して形成され、側壁を有する第1導体片(たとえばゲート電極)と、(c)前記第1導体片の側壁上に形成された第2絶縁膜(たとえばサイドウォール)と、(d)前記第1導体片上に形成された第3絶縁膜(たとえばパッシベーション膜)とからなり、前記第2及び第3絶縁膜は、プラズマCVD法により形成された窒化珪素膜であり、前記第2絶縁膜の水素含有量は、前記第3絶縁膜の水素含有量よりも少ないものである。
34.前記項33記載の半導体装置であって、更に(e)前記第2絶縁膜上に形成された第2導体片(たとえば配線)と、(f)前記第2導体片に接続された外部接続用導体片(たとえばバンプ)とを有し、前記第3絶縁膜は開孔を有し、前記開孔部において、前記外部接続用導体片が前記第2導体片と接続されているものである。
35.本発明の半導体装置は、(a)半導体基板上と、(b)前記半導体基板上の第1絶縁膜(たとえば自己整合用膜)と、(c)前記第1絶縁膜上の第2絶縁膜(たとえば配線溝形成用絶縁膜)と、(d)前記第1、第2絶縁膜に形成された第1開孔内に形成された第1導体片(たとえば配線)と、(e)前記第1導体片上の第3絶縁膜(たとえば層間絶縁膜)と、(f)前記第3絶縁膜上の第2導体片(たとえば配線)と、(g)前記第2導体片上の第4絶縁膜(たとえばパッシベーション膜)とを有し、前記第1及び第4絶縁膜は、プラズマCVD法により形成された窒化珪素膜であり、前記第1絶縁膜の水素含有量は、前記第4絶縁膜の水素含有量よりも少ないものである。
36.前記項35記載の半導体装置であって、更に(h)前記第2導体片に接続された外部接続用導体片を有し、前記第4絶縁膜は第2開孔を有し、前記第2開孔部において、前記外部接続用導体片と前記第2導体片とが接続されているものである。
37.前記項36記載の半導体装置であって、前記第2絶縁膜は酸化珪素膜である。
38.前記項12記載の半導体装置の製造方法であって、前記工程(a)と(b)との間にシリコン材料からなる第1導体片(たとえばゲート電極)を形成する工程を有し、前記(c)工程において前記第1導体片の表面に高融点金属のシリサイド層を形成するものである。
39.前記項25記載の半導体装置であって、前記第1導体片はシリコン材料からなり、前記第1導体片の表面には高融点金属のシリサイド層が形成されているものである。
40.本発明の半導体装置の製造方法は、自己整合加工用の第1窒化珪素膜を形成し、さらにパッシベーション用の第2窒化珪素膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記第1窒化珪素膜は、シランおよび窒素を原料ガスとするプラズマCVD法により形成され、前記第2窒化珪素膜は、シラン、アンモニアおよび窒素を原料ガスとするプラズマCVD法により形成される。
41.前記項40記載の半導体装置の製造方法であって、前記第1窒化珪素膜の形成は、前記第2窒化珪素膜の形成よりも高い温度で形成される。
42.前記項40記載の半導体装置の製造方法であって、前記第1窒化珪素膜の形成は、400度以上の温度で行われる。
43.本発明の半導体装置は、自己整合加工用の第1窒化珪素膜と、パッシベーション用の第2窒化珪素膜とを有する半導体装置であって、前記第1窒化珪素膜のFT−IR分析によるSi−H/Si−N結合比R1と、前記第2窒化珪素膜のFT−IR分析によるSi−H/Si−N結合比R2との間には、R1<R2、の関係を有する。
44.前記項43記載の半導体装置であって、前記第1窒化珪素膜のFT−IR分析によるSi−H結合は、2×1021cm-3以下である。
Hereinafter, the inventions disclosed in this specification are listed and shown.
1. The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) a step of selectively forming a first insulating film (for example, an element isolation region) on a surface of a semiconductor substrate; and (b) a second insulating film (for example, Forming a first conductor piece (for example, a gate electrode) via a gate insulating film); and (c) a region on the surface of the semiconductor substrate where the first insulating film and the first conductor piece do not exist. (D) forming a third insulating film (for example, a self-alignment film) so as to cover the first conductor piece, the semiconductor layer, and the first insulating film. (E) forming a fourth insulating film (for example, an interlayer insulating film) on the third insulating film; and (f) forming a first opening (for example, a contact) in the fourth and third insulating films. (G) forming a second hole in the first opening. Forming a body piece (for example, a plug); and (h) forming a fifth insulating film (for example, a passivation film) on the fourth insulating film, wherein the third insulating film and the fifth insulating film are formed. Is a silicon nitride film formed by a plasma CVD method, and the forming temperature of the third insulating film is higher than the forming temperature of the fifth insulating film.
2. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to the
3. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to
4. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to the
5. 5. The method for manufacturing a semiconductor device according to the
6. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to
7. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to
8. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to the
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) a step of selectively forming a first insulating film (for example, an element isolation region) on a surface of a semiconductor substrate; and (b) a second insulating film (for example, Forming a first conductor piece (for example, a gate electrode) via a gate insulating film); and (c) a region on the surface of the semiconductor substrate, where the first insulating film and the first conductor piece do not exist. (D) forming a third insulating film (for example, a self-alignment film) so as to cover the first conductor piece, the semiconductor layer, and the first insulating film. (E) forming a fourth insulating film (for example, an interlayer insulating film) on the third insulating film; and (f) forming a first opening (for example, a contact) in the fourth and third insulating films. Forming a hole), and (g) forming the first opening Forming a second conductor piece (for example, a plug), and (h) forming a fifth insulating film (for example, a passivation film) on the fourth insulating film. The fifth insulating film is a silicon nitride film formed by a plasma CVD method, and the hydrogen content of the third insulating film is smaller than the hydrogen content of the fifth insulating film.
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) forming a first insulating film (for example, a self-alignment film) on a semiconductor substrate; and (b) forming a second insulating film (for example, on the first insulating film). (C) forming an opening (for example, a damascene groove) in the second and first insulating films; and (d) forming a conductor layer (for example, in the opening). Forming a wiring), and (e) forming a third insulating film (for example, a passivation film) on the conductor layer, wherein the first insulating film and the third insulating film are formed by a plasma CVD method. Wherein the formation temperature of the first insulating film is higher than the formation temperature of the third insulating film.
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) forming a first insulating film (for example, a self-alignment film) on a semiconductor substrate; and (b) forming a second insulating film (for example, on the first insulating film). (C) forming an opening (for example, a damascene groove) in the second and first insulating films; and (d) forming a conductor layer (for example, in the opening). Forming a wiring), and (e) forming a third insulating film (for example, a passivation film) on the conductor layer, wherein the first insulating film and the third insulating film are formed by a plasma CVD method. Wherein the hydrogen content of the first insulating film is smaller than the hydrogen content of the third insulating film.
12. The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) a step of selectively forming a first insulating film (for example, an element isolation region) on a surface of a semiconductor substrate; and (b) a step of forming the first insulating film on the surface of the semiconductor substrate, 1) a step of forming a semiconductor layer (for example, a source / drain) in a region where no insulating film exists; (c) a step of forming a silicide layer of a refractory metal on the surface of the semiconductor layer; Forming a second insulating film (for example, a self-alignment film) so as to cover the silicide layer and the first insulating film, and (e) forming a third insulating film (for example, an interlayer insulating film) on the second insulating film. ), (F) forming an opening (for example, a contact hole) in the third and second insulating films, and (g) forming a conductor piece (for example, a plug) in the opening. And the second insulating film has a temperature of 400 degrees. A silicon nitride film formed by a plasma CVD method above.
13.
14. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to
15. 13. The method of manufacturing a semiconductor device according to the
16.
17.
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) a step of selectively forming a first insulating film (for example, an element isolation region) on a surface of a semiconductor substrate; and (b) a second insulating film (for example, Forming a first conductor piece (for example, a gate electrode) via a gate insulating film); and (c) a region on the surface of the semiconductor substrate, where the first insulating film and the first conductor piece do not exist. (D) forming a third insulating film (for example, a self-alignment film) so as to cover the first conductor piece, the semiconductor layer, and the first insulating film. And (e) forming a fourth insulating film (for example, an interlayer insulating film) on the third insulating film, wherein the first conductor piece is a silicon film containing boron. The third insulating film is formed by a plasma CVD method of 400 degrees or more. A silicon nitride film formed Ri.
19.
20. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) forming a first insulating film (for example, a self-alignment film) on a semiconductor substrate; and (b) forming a second insulating film (for example, on the first insulating film). Forming a damascene groove forming insulating film), (c) forming an opening (for example, a damascene groove) in the second and first insulating films, and (d) forming a conductor layer ( Forming a wiring, for example), wherein the first insulating film is a silicon nitride film formed by a plasma CVD method at 400 ° C. or higher.
21. 21. The method for manufacturing a semiconductor device according to
22. 21. The method of manufacturing a semiconductor device according to
23. The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the steps of (a) forming a first conductor layer made of silicon, a second conductor layer, and a first conductor made of a refractory metal on a semiconductor substrate via a first insulation film (for example, a gate insulation film) Depositing a third conductor layer and a second insulating film (for example, a cap insulating film); and (b) processing the second insulating film, the third, second, and first conductor layers into a predetermined pattern; (C) forming a third insulating film (for example, a self-alignment film) on the second insulating film, wherein the second insulating film is a silicon nitride film formed by a plasma CVD method at a temperature of 400 degrees or more. It is.
24. 24. The method of manufacturing a semiconductor device according to the
25. The semiconductor device of the present invention includes: (a) a semiconductor substrate; (b) a first insulating film (for example, an element isolation region) selectively formed on a surface of the semiconductor substrate; A first conductor piece (for example, a gate electrode) formed via two insulating films (for example, a gate insulating film); and (d) a first insulating film and the first conductor piece on the surface of the semiconductor substrate. And (e) a third insulating film (for example, a self-alignment film) formed on the first conductor piece, the first insulating film, and the semiconductor layer. ), (F) a fourth insulating film (for example, an interlayer insulating film) formed on the third insulating film, and (g) formed in openings formed in the third and fourth insulating films. A second conductor piece (for example, a plug); and (h) a fifth conductor formed on the second conductor piece. The third and fifth insulating films are silicon nitride films formed by a plasma CVD method, and the hydrogen content of the third insulating film is equal to that of the fifth insulating film. It is less than the hydrogen content.
26. 26. The semiconductor device according to the
27. 27. The semiconductor device according to
28. 26. The semiconductor device according to the
29. 26. The semiconductor device according to the
30. The semiconductor device according to the present invention comprises: (a) a semiconductor substrate; (b) a first conductor piece (for example, a gate electrode) formed on the semiconductor substrate via a first insulating film (for example, a gate insulating film); A) a second insulating film (for example, a cap insulating film) formed on the first conductor piece; and (d) a third insulating film (for example, a passivation film) formed on the second insulating film. The second and third insulating films are silicon nitride films formed by a plasma CVD method, and the hydrogen content of the second insulating film is smaller than the hydrogen content of the third insulating film.
31. 31. The semiconductor device according to the
32. 31. The semiconductor device according to the
33. The semiconductor device according to the present invention includes: (a) a semiconductor substrate; and (b) a first conductor piece (eg, a gate electrode) formed on the semiconductor substrate via a first insulating film (eg, a gate insulating film) and having a side wall. (C) a second insulating film (for example, a side wall) formed on a side wall of the first conductor piece, and (d) a third insulating film (for example, a passivation film) formed on the first conductor piece. The second and third insulating films are silicon nitride films formed by a plasma CVD method, and the hydrogen content of the second insulating film is smaller than the hydrogen content of the third insulating film. is there.
34. 34. The semiconductor device according to the
35. The semiconductor device of the present invention includes (a) a semiconductor substrate, (b) a first insulating film (for example, a self-alignment film) on the semiconductor substrate, and (c) a second insulating film on the first insulating film. (E.g., an insulating film for forming a wiring groove); (d) a first conductor piece (e.g., a wiring) formed in a first opening formed in the first and second insulating films; A third insulating film (for example, an interlayer insulating film) on one conductor piece, (f) a second conductive piece (for example, wiring) on the third insulating film, and (g) a fourth insulating film on the second conductive piece ( For example, a passivation film), the first and fourth insulating films are silicon nitride films formed by a plasma CVD method, and the hydrogen content of the first insulating film is equal to the hydrogen content of the fourth insulating film. It is less than the content.
36. 36. The semiconductor device according to the
37. 37. The semiconductor device according to the
38.
39. 26. The semiconductor device according to the
40. The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first silicon nitride film for self-alignment processing is formed, and a second silicon nitride film for passivation is further formed. The film is formed by a plasma CVD method using silane and nitrogen as a source gas, and the second silicon nitride film is formed by a plasma CVD method using silane, ammonia and nitrogen as a source gas.
41. 41. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the
42. 41. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the
43. A semiconductor device of the present invention is a semiconductor device having a first silicon nitride film for self-alignment processing and a second silicon nitride film for passivation, wherein the first silicon nitride film has a Si-Si film obtained by FT-IR analysis. There is a relationship of R1 <R2 between the H / Si-N bond ratio R1 and the Si-H / Si-N bond ratio R2 of the second silicon nitride film by FT-IR analysis.
44. 44. The semiconductor device according to the
なお、上記説明で括弧内に示した部材名称は例示であり、これに限定されるものではない。 Note that the member names shown in parentheses in the above description are examples, and the present invention is not limited to these.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
(1)自己整合用の窒化珪素膜を低温で、かつ、水素含有量を小さく形成できる。
(2)窒化珪素膜形成の際のプラズマダメージを低減できる。
(3)多結晶シリコン膜の抵抗値変動が少なく、MISFETのしきい値変動が少ない半導体装置を提供できる。
(4)高性能で高信頼な半導体装置を提供できる。
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
(1) A silicon nitride film for self-alignment can be formed at a low temperature and with a small hydrogen content.
(2) Plasma damage at the time of forming a silicon nitride film can be reduced.
(3) It is possible to provide a semiconductor device in which the resistance value of the polycrystalline silicon film is small and the threshold voltage of the MISFET is small.
(4) A high-performance and highly reliable semiconductor device can be provided.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, the same members are denoted by the same reference numerals in principle, and the repeated description thereof will be omitted.
(実施の形態1)
図1〜図14は、本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。
(Embodiment 1)
1 to 14 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.
まず、図1(a)に示すように、たとえばp-型の単結晶シリコンからなる半導体基板1を用意し、半導体基板1の主面に素子分離領域2を形成する。素子分離領域2はたとえば以下のようにして形成できる。まず、半導体基板1の主面上に酸化珪素膜(SiO)および窒化珪素膜(SiN)を順次形成し、この窒化珪素膜をパターニングされたフォトレジスト膜を用いてエッチングし、このエッチングされた窒化珪素膜をマスクとして半導体基板1に浅溝を形成する。その後、浅溝を埋め込む絶縁膜たとえば酸化珪素膜を堆積し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等を用いて浅溝以外の領域の酸化珪素膜を除去し、さらにウェットエッチング法等により窒化珪素膜を除去する。これにより素子分離領域2(前記項1等の第1絶縁膜)が形成される。
First, as shown in FIG. 1A, a
次に、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして不純物をイオン注入し、pウェル3およびnウェル4を形成する。pウェル3にはp型の導電型を示す不純物たとえばボロン(B)をイオン注入し、nウェル4にはn型の導電型を示す不純物たとえばリン(p)をイオン注入する。pウェル3にはnチャネル型MISFETQnが形成され、nウェル4にはpチャネル型MISFETQpが形成される。
Next, impurities are ion-implanted using the patterned photoresist film as a mask to form a p-
次に、図1(b)に示すように、pウェル3、nウェル4の各領域に酸化珪素膜5(前記項1等の第2絶縁膜)を形成する。酸化珪素膜5はMISFETのゲート絶縁膜となるものであり、たとえば熱CVD法により形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, a silicon oxide film 5 (the second insulating film such as the above item 1) is formed in each region of the p well 3 and the
次に、多結晶シリコン膜6を形成する。多結晶シリコン膜6は、MISFETのゲート電極(前記項1等の第1導体片)となるものであり、たとえばCVD法により形成する。
Next, a
次に、図1(c)に示すように、nチャネル型MISFETQnが形成される領域(pウェル3領域)の多結晶シリコン膜6にフォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしてn型不純物(たとえばリン(P))をイオン注入する。これにより多結晶シリコン膜のn型領域6nが形成される。また、pチャネル型MISFETQpが形成される領域(nウェル4領域)の多結晶シリコン膜6にフォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしてp型不純物(たとえばボロン(B))をイオン注入する。これにより多結晶シリコン膜のp型領域6pが形成される。
Next, as shown in FIG. 1C, an n-type impurity is formed on the
このように多結晶シリコン膜6へのイオン注入を、領域を分けて行うことにより、ゲート電極の導電型がnチャネル型MISFETの場合にn型、pチャネル型MISFETの場合にp型となるいわゆるデュアルゲート構造を構成できる。デュアルゲート構造を採用することにより、MISFETのVth(しきい値)を小さくすることができ、低電圧駆動のMISFETを構成できる。なお、ゲート電極の一部にボロンを含む多結晶シリコン膜を用いれば、ボロンの熱拡散係数が大きいため、ゲート電極(多結晶シリコン膜)から拡散したボロンがチャネル領域(ウェル)に達してMISFETしきい値電圧を変動させやすいという問題が従来存在したが、本実施の形態では、後に説明するように水素を多く含まない窒化珪素膜を自己整合加工用の被膜に用いるため、ボロンの拡散を抑制し、半導体装置の高い信頼性を維持できる。この点は後に詳述する。
As described above, by ion-implanting the
次に、図2(a)に示すように、多結晶シリコン膜6,6n,6pを所定のパターンにパターニングし、ゲート電極7を形成する。なお、パターニングにはフォトレジスト膜(図示せず)をマスクとしたドライエッチング法を用いる。また、ゲート電極7は、配線としても機能させても良い。
Next, as shown in FIG. 2A, the
次に、図2(b)に示すように、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクとしてpウェル3にn型不純物(たとえばリンまたはヒ素(As))をイオン注入し、n型半導体領域8(前記項1等の半導体層)を形成する。ゲート電極7がマスクとしても機能するため、n型半導体領域8はゲート電極7に対して自己整合的に形成される。また、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクとしてnウェル4にp型不純物(たとえばボロン)をイオン注入し、p型半導体領域9(前記項1等の半導体層)を形成する。同様にゲート電極7がマスクとしても機能するため、p型半導体領域9はゲート電極7に対して自己整合的に形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, an n-type impurity (for example, phosphorus or arsenic (As)) is ion-implanted into the p-well 3 using a photoresist film (not shown) as a mask, and the n-
次に、図2(c)に示すように、サイドウォール10をゲート電極7の側壁に形成する。サイドウォール10は、たとえばゲート電極7の側壁に段差被覆性よく形成できる程度の膜厚の酸化珪素膜を堆積し、この酸化珪素膜を異方性エッチングすることにより形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, a
さらに、前記図2(b)の工程と同様に、pウェル3領域にn+型半導体領域11、nウェル4領域にp+型半導体領域12を形成する。n+型半導体領域11、p+型半導体領域12は各々n型半導体領域8、p型半導体領域9よりも高い濃度で不純物を導入する。また、このイオン注入工程では、サイドウォール10もマスクとして機能するため、n+型半導体領域11、p+型半導体領域12は、サイドウォール10に対して自己整合的に形成される。これにより、n型半導体領域8およびn+型半導体領域11からなる、あるいは、p型半導体領域9およびp+型半導体領域12からなるLDD(Lightly Doped Drain)構造のソース・ドレインが形成される。
Further, as in the step of FIG. 2B, an n + -
次に、図3(a)に示すように、広い素子分離領域2上に抵抗素子を形成する。抵抗素子は、素子分離領域2上の導体膜R、導体膜Rを覆う絶縁膜13および絶縁膜13上の引き出し電極14からなる。導体膜Rには、比較的抵抗率の高い金属(たとえばタングステン等)あるいは比較的不純物の導入量の少ない半導体膜(たとえば多結晶シリコン膜)を用いることができる。絶縁膜13には、たとえば酸化珪素膜あるいは窒化珪素膜を適用できる。引き出し電極14は、たとえば多結晶シリコン膜を適用できる。導体膜Rは、たとえば半導体基板1の全面に導体膜を堆積しこれをパターニングすることにより形成できる。その後、絶縁膜13をCVD法、スパッタ法等により堆積し、接続孔を開口後、たとえば多結晶シリコン膜をCVD法により堆積し、この多結晶シリコン膜を所定の形状にパターニングして引き出し電極14を形成する。
Next, as shown in FIG. 3A, a resistance element is formed on the wide
なお、上記では、引き出し電極14を有する抵抗素子を例示しているが、引き出し電極14を設けず、プラグで直接引き出すタイプの抵抗素子を構成しても良い。この場合、導体膜Rを多結晶シリコン膜で構成すれば、後に説明するサリサイド工程で多結晶シリコン膜表面の全面がシリサイド化されることを防止するため導体膜Rの表面を絶縁膜で覆う必要がある。
In the above description, the resistance element having the
また、前記図2(c)のサイドウォール10形成工程の前に導体膜Rを形成(パターニング)し、サイドウォール10を形成するための絶縁膜を導体膜Rを覆うように形成しても良い。この場合、パターニングされた導体膜Rを覆うフォトレジスト膜を形成し、これをマスクとして絶縁膜を異方性エッチングすることにより、導体膜Rの形成領域では導体膜Rを覆う絶縁膜13を形成し、同時にサイドウォール10を形成できる。
Further, the conductor film R may be formed (patterned) before the step of forming the
次に、図3(b)に示すように、半導体基板1の全面に金属膜15を堆積する。金属膜15には、高融点金属を用い、たとえばチタン、タングステン、コバルト等を用いる。金属膜15の堆積には、たとえばCVD法、スパッタ法を用いる。
Next, as shown in FIG. 3B, a
次に、図3(c)に示すように、半導体基板1に、たとえばRTA(Rapid Thermal Anneal)法を用いて熱処理を施す。この熱処理により金属膜15がシリコン材料と接する領域で、シリサイド化反応が生じ、シリサイド層16が形成される。シリサイド層16は、たとえば金属膜15がコバルトで構成される場合にはコバルトシリサイド(CoSi)となる。さらに、未反応の金属膜15を選択的に除去する。この未反応金属膜の除去は、シリサイド層16はエッチングされないが、金属膜15がエッチングされる条件でのウェットエッチングにより行える。
Next, as shown in FIG. 3C, the
このようにゲート電極7、n+型半導体領域11、p+型半導体領域12、引き出し電極14上にシリサイド層16を形成することにより、コンタクトが形成される領域ではプラグ等との接続抵抗を低減でき、また、ゲート電極7、n+型半導体領域11、p+型半導体領域12等配線を構成する領域ではそのシート抵抗を低減できる。この結果、配線抵抗、配線間抵抗を低減して素子の応答速度を向上し、半導体装置の性能向上を図れる。
By forming the
なお、シリサイド層16は、それ自体耐熱性に乏しい性質を有する。すなわち、シリサイド層の結晶相によって抵抗値が相違し(特にコバルトシリサイドの場合)、抵抗値の小さな結晶相で構成してもその後の熱処理により抵抗値の高い結晶相に相変化する場合がある。また、その後の熱処理によりシリサイド層とシリサイド化されていないシリコン領域との界面でシリサイド化反応が進行し、シリサイド層内のシリコン元素比が低下して化学量論的に結晶構造からずれる場合がある。この場合もその抵抗値を上昇させる問題がある。さらに、未反応の金属領域が存在する場合には、未反応金属がその後の熱処理によりシリサイド化と同時にシリコン領域に移動し、未反応金属の存在していた領域に空洞(ボイド)を生じる。このような空洞がコンタクト部分に形成された場合にはコンタクト抵抗を上昇させ、著しい場合には接続不良を来す。
Note that the
しかし、本実施の形態では、この後に説明するように、その後の高い温度での熱処理を抑制し、特に自己整合用膜(窒化珪素膜)を、熱CVD法を用いずプラズマCVD法を用いて比較的低温で成膜するため、上記のようなシリサイド層16の耐熱性の問題は生じない。すなわち、シリサイド層16を耐熱性の問題を回避して用いることができ、半導体装置の性能を高くすることができる。
However, in the present embodiment, as described later, the subsequent heat treatment at a high temperature is suppressed, and in particular, the self-alignment film (silicon nitride film) is formed by using the plasma CVD method without using the thermal CVD method. Since the film is formed at a relatively low temperature, the problem of the heat resistance of the
次に、図4(a)に示すように、半導体基板1の全面に窒化珪素膜17(前記項1等の第3絶縁膜)を形成する。窒化珪素膜17は、後に説明するように自己整合加工に用いられる。
Next, as shown in FIG. 4A, a silicon nitride film 17 (third insulating film of the
窒化珪素膜17は、350℃以上好ましくは400℃以上の条件でプラズマCVD法により形成される。700℃以上(たとえば780℃程度)の成膜温度が必要な熱CVD法と比較して低温で窒化珪素膜が形成されるため、前記の通りシリサイド層16の耐熱性を問題にする必要がない。
The
また、窒化珪素膜17は、シラン(モノシラン(SiH4))と窒素(N2)を原料ガスとして成膜し、原料ガスにアンモニア(NH3)を用いない。この点、後に説明するパッシベーション膜とは相違する。パッシベーション膜の成膜は原料ガスにモノシラン、アンモニアおよび窒素を含み、成膜温度を約350℃程度の条件で行う。パッシベーション膜はステップカバレッジを重視するためアンモニアを含む原料ガスを用いるが、窒化珪素膜17の成膜にはアンモニアを含まない原料ガスを用いる。また、パッシベーション膜は350℃程度の比較的低い温度で成膜するが、窒化珪素膜17は350℃以上、好ましくは400℃以上の温度で成膜する。すなわち、窒化珪素膜17の形成にはアンモニアを用いないが、パッシベーション膜の形成にはアンモニアを用いる。また、窒化珪素膜17は、パッシベーション膜よりも高い温度で成膜する。なお、本明細書では、温度は基板温度を意味する。
The
このようにアンモニアを含まない原料ガスを用いることにより、窒化珪素膜17に含まれる水素量を低減することができる。窒化珪素膜17中の水素量を低減することにより、その後に熱処理(たとえば層間絶縁膜にPSG(Phosphor Silicate Glass)、SOG(Spin On Glass)等を用いる場合の700℃程度での焼き締め(シンタリング)あるいは緻密化(デンシファイ))が加わっても、窒化珪素膜17からの水素の離脱が抑制できる。前記の通り、水素の離脱が生じると、窒化珪素膜17の応力が増加し、窒化珪素膜17の剥離または接続孔底部での接続不良の原因となる可能性がある。また、離脱水素は、前記の通り、不純物が導入されたシリコン層(ゲート電極7、n+型半導体領域11、p+型半導体領域12、引き出し電極14)内の不純物(特にボロン)を不活性化し、その抵抗値を上昇させる。また不純物(特にボロン)を移動させやすくし、拡散しやすくなった不純物(特にボロン)がMISFETのチャネル領域に移動してしきい値を変動させる。これら水素の離脱に起因する窒化珪素膜の応力増加、シリコン層の抵抗値変動および抵抗値上昇、あるいはMISFETのしきい値変動は、半導体装置の不良および性能劣化の原因となる。しかし、本実施の形態では、窒化珪素膜17にはアズデポ状態で水素が多量に含まれないため、前記のような問題は生じない。
By using the source gas containing no ammonia, the amount of hydrogen contained in the
また、アンモニアを含まない原料ガスを用いることにより、窒化珪素膜17を形成する際のプラズマダメージを低減できる。すなわち、原料ガスにアンモニアを含む場合のプラズマでは、アンモニアを加えることによるペニング効果が生じ、プラズマ密度が上昇していると考えられる。しかし、本実施の形態ではアンモニアを原料ガスに加えないため、プラズマ密度が必要以上に上昇せず、プラズマダメージあるいはイオンのボンバードメントを抑制できる。この結果、窒化珪素膜17の形成基板となるシリコン層(ゲート電極7、n+型半導体領域11、p+型半導体領域12、引き出し電極14、あるいは、シリサイド層16)へのダメージを低減し、ダングリングボンド発生の防止、ダングリングボンドに起因する抵抗の上昇を防止できる。
Further, by using a source gas containing no ammonia, plasma damage at the time of forming the
なお、前記したとおり、窒化珪素膜17に含まれる水素量は比較的少ないが、少なくとも後に説明するパッシベーション膜(窒化珪素膜)に含まれる水素量よりも少ない。
As described above, the amount of hydrogen contained in the
ここで、窒化珪素膜17に含まれる水素量あるいはこれに関連した窒化珪素膜の膜質に関する本発明者らの実験結果を説明する。
Here, the experimental results of the present inventors regarding the amount of hydrogen contained in the
図15は、窒化珪素膜の成膜温度(デポ温度)を変化させた時の膜中水素含有量を示したグラフである。菱形のデータポイントはアズデポ状態の膜中水素含有量を示し、四角のデータポイントは780℃で10秒間アニールした後の膜中水素含有量を示す。ラインAはアズデポ状態の膜中水素含有量を示した実験直線であり、ラインBはアニール後の膜中水素含有量を示した実験直線である。ラインAが示すとおり、デポ温度が高いほど膜中水素含有量が低下し、また、ラインAとラインBとの差(すなわちアニールにより離脱した水素量)はデポ温度が高いほど少なくなっている。このことからデポ温度を高くすることによりアズデポでの水素量を低減でき、またアニールによる離脱水素量を少なくできる。 FIG. 15 is a graph showing the hydrogen content in the silicon nitride film when the film formation temperature (deposition temperature) is changed. The diamond data points indicate the hydrogen content in the film in the as-deposited state, and the square data points indicate the hydrogen content in the film after annealing at 780 ° C. for 10 seconds. Line A is an experimental straight line indicating the hydrogen content in the film in the as-deposited state, and line B is an experimental straight line indicating the hydrogen content in the film after annealing. As shown by line A, the higher the deposition temperature, the lower the hydrogen content in the film, and the difference between line A and line B (that is, the amount of hydrogen released by annealing) decreases as the deposition temperature increases. Therefore, by increasing the deposition temperature, the amount of hydrogen in the as-deposited region can be reduced, and the amount of hydrogen released by annealing can be reduced.
図16は、図15の結果から得られるアニールによる水素量変化率とアニール前後の応力変位の関係を示したグラフである。ラインCは各データポイントから得られる実験直線である。なお、ここで水素量変化率は、アニール後の水素量をアズデポ状態での水素量で除した値で示す。同図が示すように、アニールによる水素数変化率と応力変位との間には強い相関性があり、水素数変化率が大きいほど(すなわちデポ温度が高いほど)応力変位が小さいことがわかる。アニールによる水素数変化率がほぼ0.7(ラインD)を境にして、それより水素数変化率が小さい(すなわちデポ温度が低い)領域で膜剥離が生じ、それより大きい(すなわちデポ温度が高い)領域で膜剥離が生じない。実験的には、デポ温度を400℃にすることにより窒化珪素膜の剥離をほぼ防止することができ、前記した窒化珪素膜17を好ましくは400℃以上で成膜する意義がここにある。
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the rate of change in the amount of hydrogen due to annealing obtained from the results of FIG. 15 and the stress displacement before and after annealing. Line C is the experimental straight line obtained from each data point. Here, the rate of change in the amount of hydrogen is represented by a value obtained by dividing the amount of hydrogen after annealing by the amount of hydrogen in the as-deposited state. As shown in the figure, there is a strong correlation between the rate of change in the number of hydrogen atoms due to annealing and the stress displacement, and it can be seen that the greater the rate of change in the number of hydrogen atoms (ie, the higher the deposition temperature), the smaller the stress displacement. At the boundary of the rate of change of hydrogen number due to annealing of about 0.7 (line D), film peeling occurs in a region where the rate of change of hydrogen number is smaller (that is, the deposition temperature is lower), and larger than that (that is, the deposition temperature is larger). (High) region, film peeling does not occur. Experimentally, by setting the deposition temperature to 400 ° C., peeling of the silicon nitride film can be substantially prevented, and it is meaningful that the
図17は、ボロンを含有する多結晶シリコン膜上に窒化珪素膜を堆積し、その後アニールを施した場合の多結晶シリコン膜のシート抵抗値をアニール温度についてプロットしたグラフである。各データにはエラーバーを付している。 FIG. 17 is a graph plotting the sheet resistance value of the polycrystalline silicon film when the silicon nitride film is deposited on the boron-containing polycrystalline silicon film and then annealed, with respect to the annealing temperature. Each data has an error bar.
三角のデータポイントは原料ガスにモノシランおよび窒素(2元系)を用い、400℃で窒化珪素膜を成膜した場合のデータであり、ラインEはそのデータを結んだ実験曲線である。 Triangular data points are data when a silicon nitride film is formed at 400 ° C. using monosilane and nitrogen (binary) as a source gas, and line E is an experimental curve connecting the data.
黒丸のデータポイントは原料ガスにモノシラン、アンモニアおよび窒素(3元系)を用い、360℃で窒化珪素膜を成膜した場合のデータであり、ラインFはそのデータを結んだ実験曲線である。 The data points indicated by black circles are data when a silicon nitride film is formed at 360 ° C. using monosilane, ammonia, and nitrogen (ternary system) as a source gas, and line F is an experimental curve connecting the data.
菱形のデータポイントGは、リファレンスとして示すデータであり、窒化珪素膜の堆積およびアニールをしない場合の多結晶シリコン膜のシート抵抗(アズデポ状態)を示す。この場合がもっとも低い抵抗値を示しているのはもちろんである。 Diamond-shaped data points G are data shown as a reference, and show the sheet resistance (as deposited state) of the polycrystalline silicon film when the silicon nitride film is not deposited and annealed. Of course, this case shows the lowest resistance value.
四角のデータポイントは、考察を得るための各種の比較データであり、ポイントHは多結晶シリコン膜をNH3プラズマで処理した場合のデータ、ポイントIは多結晶シリコン膜をN2プラズマで処理した場合のデータ、ポイントJは多結晶シリコン膜をNH3/N2Oプラズマで処理した場合のデータ、ポイントKは多結晶シリコン膜をN2プラズマで処理した後、950℃、10秒の熱処理を施した場合のデータを各々示す。 The square data points are various comparative data for obtaining consideration, point H is data when the polycrystalline silicon film was treated with NH 3 plasma, and point I was when the polycrystalline silicon film was treated with N 2 plasma. The data in the case, point J is the data when the polycrystalline silicon film is treated with NH 3 / N 2 O plasma, and the point K is the heat treatment at 950 ° C. for 10 seconds after the polycrystalline silicon film is treated with N 2 plasma. The data in the case where it is applied are shown.
図17に示す各データから、以下のことがわかる。すなわち、2元系ガスを用いて400℃で窒化珪素膜を成膜した場合(ラインE)は、3元系ガスを用いて36℃で窒化珪素膜を成膜した場合(ラインF)よりも多結晶シリコン膜のシート抵抗値が低く(すなわちアズデポ状態の多結晶シリコン膜に近く)、多結晶シリコン膜の劣化を受けていないといえる。このような2元系ガスによる窒化珪素膜と3元系ガスによる窒化珪素膜の抵抗値の相違を説明するために、NH3プラズマで処理した場合のデータ(ポイントH)及びN2プラズマで処理した場合のデータ(ポイントI)と、NH3/N2Oプラズマで処理した場合のデータ(ポイントJ)との比較が参考になる。すなわち、ポイントH,Iのデータは2元系ガスのデータ(ラインE)に対応し、ポイントJのデータは3元系ガスのデータ(ラインF)に対応し、各対応するデータではシート抵抗値がほぼ同等である。一方、NH3プラズマおよびN2プラズマでは1元系ガスによるプラズマが生成しているのに対し、NH3/N2Oプラズマでは2元系ガスによるプラズマとなり、1元系の場合に比較してプラズマ解離度の高くなるペニング効果が生じていると考えられる。すなわち、ポイントH,IのデータとポイントJのデータとの差は、ペニング効果に起因する多結晶シリコン膜のプラズマダメージによると考えられる。同様の考察をラインEとラインFの場合に適用すれば、3元系ガスによる窒化珪素膜の堆積(ラインF)の際にはアンモニアに起因するペニング効果が生じており、2元系ガスの場合(ラインE)に比較して、その基板である多結晶シリコン膜がプラズマダメージを多く受け、この結果多結晶シリコン膜の抵抗値が上昇しているものと考察できる。本実施の形態において窒化珪素膜17として、2元系ガスを用い400℃以上の基板温度で成膜した窒化珪素膜を用いれば、ゲート電極7等の抵抗値を低く保ち、半導体装置の性能を高く維持できることを実験的に示している。
The following can be understood from the data shown in FIG. That is, when a silicon nitride film is formed at 400 ° C. using a binary gas (line E), it is larger than when a silicon nitride film is formed at 36 ° C. using a ternary gas (line F). It can be said that the polycrystalline silicon film has a low sheet resistance value (that is, close to the as-deposited polycrystalline silicon film) and does not suffer from deterioration of the polycrystalline silicon film. In order to explain the difference in the resistance value between the silicon nitride film formed by the binary gas and the silicon nitride film formed by the ternary gas, data (point H) obtained by processing with NH 3 plasma and processing with N 2 plasma are described. The comparison between the data (point I) in the case where the processing was performed and the data (point J) in the case where the processing was performed with the NH 3 / N 2 O plasma is helpful. That is, the data at points H and I correspond to the data of the binary gas (line E), the data at the point J corresponds to the data of the ternary gas (line F), and the corresponding data is the sheet resistance value. Are almost equivalent. On the other hand, NH 3 plasma and N 2 plasma generate plasma using a primary gas, whereas NH 3 / N 2 O plasma generates plasma using a binary gas, compared to the case of a single gas. It is considered that the Penning effect that the degree of plasma dissociation increases is caused. That is, it is considered that the difference between the data at points H and I and the data at point J is due to plasma damage of the polycrystalline silicon film due to the Penning effect. If the same consideration is applied to the case of the line E and the line F, the Penning effect caused by ammonia occurs when the silicon nitride film is deposited by the ternary gas (line F), Compared with the case (line E), it can be considered that the polycrystalline silicon film as the substrate receives more plasma damage, and as a result, the resistance value of the polycrystalline silicon film increases. In this embodiment, when a silicon nitride film formed using a binary gas at a substrate temperature of 400 ° C. or higher is used as the
また、2元系ガスの窒化珪素膜はアニール温度を高くしてもシート抵抗値が大きく上昇しないが、3元系の窒化珪素膜ではアニール温度を高くするとより大きくシート抵抗が上昇する。このようなアニール温度によるシート抵抗変化の有無を説明するために、多結晶シリコン膜をN2プラズマで処理した後、950℃、10秒の熱処理を施した場合のデータ(ポイントK)が参考になる。ポイントKの場合には、多結晶シリコン膜をN2プラズマで処理、熱処理を施したのみであるから、そのような処理による多結晶シリコン膜のシート抵抗上昇が生じていると考えられる。すなわち、水素の影響を受けないでもポイントKに示す程度の抵抗上昇は生じる。一方、950℃程度の熱処理(アニール)を施した場合の2元系ガスのデータ(ラインE)とポイントKのデータとはほぼ同等であるが、3元系ガスの場合のデータ(ラインF)は大きく抵抗が上昇している。すなわち、2元系ガスの場合には水素の影響をほとんど受けていないが、3元系ガスの場合には水素が多く離脱することは図15で示した通りであり、この水素に起因して多結晶シリコン膜の抵抗が上昇していると考えられる。つまり、アニール温度の上昇に伴って多結晶シリコン膜の抵抗が上昇(ラインFの場合)するのは離脱水素に起因し、多結晶シリコン膜中の不純物(ボロン)が不活性化しているためと考え得る。本実施の形態の窒化珪素膜17に2元系ガスを用いて400℃以上で成膜した窒化珪素膜を用いれば、その後に処理温度の高い工程が介在しても、ゲート電極7等の抵抗値の変動を抑え、半導体装置の信頼性を高く維持できることを実験的に示している。
Also, the sheet resistance of the binary gas silicon nitride film does not increase significantly even if the annealing temperature is increased, but the sheet resistance of the ternary silicon nitride film increases more greatly when the annealing temperature is increased. In order to explain whether or not the sheet resistance changes due to the annealing temperature, data (point K) obtained by performing a heat treatment at 950 ° C. for 10 seconds after treating the polycrystalline silicon film with N 2 plasma is referred to. Become. In the case of the point K, since the polycrystalline silicon film is only processed and heat-treated with N 2 plasma, it is considered that the sheet resistance of the polycrystalline silicon film is increased by such a process. That is, a resistance rise of the degree indicated by the point K occurs without being affected by hydrogen. On the other hand, the data of the binary gas (line E) when the heat treatment (annealing) at about 950 ° C. is performed and the data at the point K are almost the same, but the data of the ternary gas (line F). Has greatly increased resistance. That is, in the case of the binary gas, hydrogen is hardly affected, but in the case of the ternary gas, a large amount of hydrogen is released as shown in FIG. It is considered that the resistance of the polycrystalline silicon film has increased. That is, the increase in the resistance of the polycrystalline silicon film (in the case of the line F) with the increase in the annealing temperature is due to desorbed hydrogen and the impurity (boron) in the polycrystalline silicon film is inactivated. I can think. If a silicon nitride film formed at 400 ° C. or higher using a binary gas as the
このように、400℃以上の基板温度で、シランおよび窒素を原料ガスとするプラズマCVD法による窒化珪素膜を、本実施の形態の窒化珪素膜17に適用することにより、窒化珪素膜17の剥離を防止し、また、窒化珪素膜17からの水素の離脱を抑制し、半導体装置の性能と信頼性を向上できる。
As described above, by applying the silicon nitride film by the plasma CVD method using silane and nitrogen as source gases to the
次に、図4(b)に示すように、層間絶縁膜18(前記項1等の第4絶縁膜)を形成する。層間絶縁膜18は、たとえば酸化珪素膜からなる。酸化珪素膜は、たとえばCVD法により形成する。また、層間絶縁膜18は、PSG、SOG等を用いても良い。PSG、SOG等自己流動的な膜を用いれば、微細に加工されたゲート電極7を良好に埋め込み、表面の平坦化が容易になる。なお、PSG、SOG等を用いる場合には、シンタリングあるいはデンシファイのための熱処理が行われるが、前記の通り窒化珪素膜17からの水素の離脱は抑制されているから、窒化珪素膜17の剥離、ゲート電極7等の抵抗上昇あるいは変動、MISFETのしきい値電圧変動の問題は発生しない。
Next, as shown in FIG. 4B, an interlayer insulating film 18 (a fourth insulating film of the above item 1) is formed.
なお、層間絶縁膜18の表面はたとえばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて平坦化しても良い。
The surface of the
次に、図5(a)に示すように、層間絶縁膜18上に接続孔パターンに開口が形成されたフォトレジスト膜19を形成し、フォトレジスト膜19をマスクとしてエッチング処理を施し、接続孔20(前記項1等の第1開孔)の一部を形成する。このエッチング(第1のエッチング工程)は、酸化珪素膜がエッチングされ、窒化珪素膜がエッチングされ難い条件で行う。このような条件を選択することにより、窒化珪素膜17をエッチングストッパとして機能させることができる。これにより、深さの異なる接続孔であっても、窒化珪素膜17の上面が露出するようにエッチングすることができる。すなわち、もっとも深い孔が確実に加工できるまで十分なオーバーエッチングを行うことができ、深さの異なる孔を確実に加工できる。また、ウェハ面内でのエッチング速度に不均一性が存在しても、もっとも遅くエッチングが終了する孔の加工が終了するまで十分なオーバーエッチングを施すことができ、接続孔の加工マージンを増すことができる。
Next, as shown in FIG. 5A, a
次に、図5(b)に示すように、第2のエッチングを行って、接続孔20底部の窒化珪素膜17を除去する。これにより接続孔20を形成する。この第2のエッチングの条件は、窒化珪素膜がエッチングされやすく、酸化珪素膜がエッチングされ難い条件で行う。この第2のエッチングの際に、十分なオーバーエッチングを行っても、その下部(下地)である半導体基板1(素子分離領域2)の過剰なエッチングを抑制できる。すなわち、窒化珪素膜17の厚さは、層間絶縁膜18の厚さと比較して十分に薄く、このため、第2のエッチング工程でのオーバーエッチングは、せいぜい窒化珪素膜17の厚さの2分の1に相当する程度で十分である。このため、第2のエッチング工程でのオーバーエッチングは素子分離領域2等が過剰にエッチングされる程度まで大きくなく、ほとんど障害を生じない程度に抑制することが可能となる。これにより、素子分離領域2等の過剰エッチングに起因するMISFETの性能低下、信頼性低下を生じず、半導体装置の性能と信頼性を高く維持できる。
Next, as shown in FIG. 5B, a second etching is performed to remove the
なお、窒化珪素膜17が前記したとおり剥離し難いため、この接続孔20の開口工程で窒化珪素膜17が剥離することはない。
Since the
次に、図6(a)に示すように、接続孔20内にプラグ21をたとえば以下のようにして形成する。まず、接続孔20の内部を含む半導体基板1の全面に窒化チタン(TiN)膜を形成する。窒化チタン膜はたとえばCVD法により形成できる。CVD法は被膜の段差被覆性に優れるため、微細な接続孔20内にも均一な膜厚で窒化チタン膜を形成できる。なお、窒化珪素膜17が剥離し難いため、窒化チタン膜の段差被覆性が阻害されることがない。次に、接続孔20を埋め込むタングステン(W)膜を形成する。タングステン膜は、たとえばCVD法で形成できる。CVD法であれば同様に微細な接続孔20内をタングステンで埋め込むことができる。次に、接続孔20以外の領域の窒化チタン膜およびタングステン膜をたとえばCMP法により除去してプラグ21を形成できる。
Next, as shown in FIG. 6A, a
次に、図6(b)に示すように、層間絶縁膜18およびプラグ21上に、窒化珪素膜22を形成し、さらに第1配線層形成用の絶縁膜23を形成する。窒化珪素膜22は、絶縁膜23への溝加工の際にエッチングストッパとなる膜であり、絶縁膜23に対してエッチング選択比を有する材料を用いる。絶縁膜23は、配線間の線間容量を低く抑えるため、誘電率の小さな材料を用いる。絶縁膜23は、たとえば酸化珪素膜とする。また、絶縁膜23は、誘電率の小さな有機SOG膜、あるいは、フッ素を含有するSOG膜であっても良い。なお、窒化珪素膜22と絶縁膜23には第2層配線が形成される。このため、その合計膜厚は第2配線層に必要な設計膜厚で決められる。また、配線間容量を低減することを考慮すれば、誘電率の高い窒化珪素膜からなる窒化珪素膜22の膜厚はスットパ機能を達するに十分な膜厚であればできるだけ薄いことが望ましい。
Next, as shown in FIG. 6B, a
なお、窒化珪素膜22には、前記した窒化珪素膜17と同様、400℃以上の基板温度で、モノシランおよび窒素を原料ガスとしたプラズマCVD法による窒化珪素膜を適用できる。このような窒化珪素膜17同様の膜を窒化珪素膜22に適用することにより、熱CVD法による場合のような高い温度での工程を経ることなく水素の離脱が少ない被膜をストッパ膜に適用できる。この結果、仮にこの工程後に水素離脱を生じ得るような工程が介在しても窒化珪素膜22が剥離を生じず、また、水素の離脱が抑制されるので、離脱水素がMISFETの特性劣化等を生じる余地はない。
As the
次に、図7(a)に示すように、絶縁膜23上に第1配線層の配線パターンに開口が形成されたフォトレジスト膜24をパターニングし、このフォトレジスト膜24をマスクとして第1のエッチングを施す。この第1のエッチングにより絶縁膜23に配線溝25の一部を形成する。このエッチングの際には酸化珪素膜がエッチングされ易く窒化珪素膜がエッチングされ難い条件を選択する。これにより窒化珪素膜22をエッチングストッパとして用いる。
Next, as shown in FIG. 7A, a
次に、図7(b)に示すように、窒化珪素膜がエッチングされる条件を選択して第2のエッチングを施す。前記したように窒化珪素膜22の膜厚は十分に薄く形成されているため、第2のエッチングでのオーバーエッチングは少なくてよく、層間絶縁膜18の過剰エッチングを抑制できる。このように2段階のエッチングを用いることにより、配線溝25の深さを均一かつ確実に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 7B, a second etching is performed by selecting conditions for etching the silicon nitride film. As described above, since the
次に、配線溝25の内部に第1配線層の配線26を形成する。配線26は、バリア層および主導電層からなり、バリア層はたとえば窒化チタン膜、主導電層はたとえば銅である。バリア層は銅の周辺への拡散を防止する機能を有し、たとえば窒化チタン膜を例示できる。なお、窒化チタン膜には限られず、銅の拡散防止機能を有する限り他の金属膜であってもよい。たとえば、窒化チタンに代えてタンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)を用いることもできる。次工程以下のバリア層については窒化チタン膜を例示して説明するが、タンタル、窒化タンタル等に代えることができることは前記と同様である。銅膜は主導電層として機能し、たとえばメッキ法で形成できる。メッキ膜の形成前にシード膜として薄い銅膜をスパッタ法により形成できる。また、銅膜は、スパッタ法により形成してもよい。この場合、スパッタにより銅膜を形成後、熱処理により銅膜を流動化させて、接続孔または配線溝へ埋め込み特性を向上するようにしてもよい。次工程以下の銅膜についてはメッキ法で形成する場合を例示するが、スパッタ法を用いてもよいことは前記と同様である。
Next, the
配線26の形成は以下のようにして行う。まず、配線溝25の内部を含む半導体基板1の全面に窒化チタン膜を形成し、その後配線溝25を埋め込む銅膜を形成する。これにより窒化チタン膜および銅膜からなる金属積層膜27を形成し、この金属積層膜27で配線溝25を埋め込む(図8(a))。
The formation of the
窒化チタン膜の形成にはたとえばCVD法を、銅膜の形成にはたとえばメッキ法を用いる。メッキ法による銅膜の形成前にたとえばスパッタ法により銅のシード膜を形成できる。その後、配線溝25以外の領域の銅膜および窒化チタン膜をCMP法により除去して配線26を形成できる(図8(b))。
For example, a CVD method is used to form the titanium nitride film, and a plating method is used to form the copper film. Before the formation of the copper film by the plating method, a copper seed film can be formed by, for example, a sputtering method. Thereafter, the copper film and the titanium nitride film in the region other than the
次に、図9(a)に示すように、配線26および絶縁膜23上にストッパ絶縁膜28および層間絶縁膜29を順次形成する。ストッパ絶縁膜28は、層間絶縁膜29に対してエッチング選択比を有する材料で構成され、たとえば窒化珪素膜とすることができる。一方層間絶縁膜29は酸化珪素膜とすることができる。なお、ストッパ絶縁膜28には、前記窒化珪素膜17と同様の条件で形成された窒化珪素膜を適用できる。
Next, as shown in FIG. 9A, a
次に、層間絶縁膜29上に、接続孔パターンに開口が形成されたフォトレジスト膜をパターニングし、このフォトレジスト膜をマスクとして層間絶縁膜29をエッチングする。このエッチングの際には、窒化珪素膜がエッチングされ難く、酸化珪素膜がエッチングされ易い条件を選択する。これによりストッパ絶縁膜28をエッチングストッパとして層間絶縁膜29をエッチングできる。さらに、窒化珪素膜がエッチングされる条件を選択してストッパ絶縁膜28をエッチングする。これにより接続孔30が形成される。2段階のエッチングにより下地の過剰エッチングを抑制できる点は前記した通りである。
Next, a photoresist film having an opening formed in the connection hole pattern is patterned on the
次に、接続孔30内にプラグ31を形成する。プラグ31は以下のようにして形成できる。まず、接続孔30の内部を含む半導体基板1の全面にバリア層を形成し、さらに接続孔30を埋め込む銅(Cu)膜を形成する。その後、接続孔30以外の領域の銅膜およびバリア膜をCMP法により除去してプラグ31を形成する。
Next, a
次に、図9(b)に示すように、配線26の場合と同様に、窒化珪素膜32および酸化珪素膜33を形成し、この酸化珪素膜33および窒化珪素膜32に2段階のエッチングを行って配線溝34を形成する。さらに配線26と同様の配線35を配線溝34内に形成する。なお、窒化珪素膜32には、前記窒化珪素膜22と同様の窒化珪素膜を適用できる。
Next, as shown in FIG. 9B, a
次に、図10に示すように、プラグ31の場合と同様に、ストッパ絶縁膜36および層間絶縁膜37を形成し、ストッパ絶縁膜36および層間絶縁膜37に2段階のエッチングにより形成した接続孔38を加工する。そして接続孔38内にプラグ31と同様なプラグ39を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, similarly to the case of the
さらに、層間絶縁膜37上に配線40を形成する。配線40は、たとえばチタン膜、アルミニウム膜および窒化チタン膜の積層膜とする。配線40は、たとえばチタン膜、アルミニウム膜および窒化チタン膜を順次堆積し、フォトリソグラフィを用いてこれを所定のパターンにエッチングすることにより形成する。
Further, the
次に、図11に示すように、配線40を覆う絶縁膜41を形成し、さらに、絶縁膜41上に絶縁膜42を形成する。絶縁膜41は、たとえば酸化珪素膜からなり、たとえばCVD法により形成する。絶縁膜42は、たとえばSOGからなる。SOG膜で構成することにより配線40により生じた表面の凹凸を平坦化できる。なお、このSOG膜の形成の際にSOG膜をリフローするための熱処理を施すが、前記窒化珪素膜17、22等に前記の通りの剥離耐性に優れた、また、水素離脱が抑制された窒化珪素膜を適用するため、半導体装置の性能と信頼性を高く維持できる。なお、絶縁膜42上には、さらに酸化珪素膜を形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 11, an insulating
さらに、絶縁膜42上に配線43(項1等の第3導体片)を形成する。配線43にはボンディングパッドが含まれ、外部接続用導体片(たとえばバンプ)が接続される。配線43は、たとえばアルミニウム膜からなり、たとえばスパッタ法により形成される。
Further, a wiring 43 (third conductor piece of
次に、図12に示すように、配線43を覆う窒化珪素膜44(項1等の第5絶縁膜)を形成する。窒化珪素膜44は、パッシベーション膜を構成する膜であり、半導体装置の外部から侵入する水分あるいは不純物をブロッキングする作用を有する。またα線等の透過を抑制し、半導体装置の誤動作を抑制する。これらの機能を担保するため、窒化珪素膜44には、段差被覆性(ステップカバレッジ)が要求される。従って、窒化珪素膜44に適用される窒化珪素膜は、350℃程度の基板温度で、モノシラン、アンモニアおよび窒素を原料ガスとするプラズマCVD法により形成される。このような条件で窒化珪素膜を形成することにより、段差被覆性に優れた膜を形成でき、有効に水分および不純物の侵入を防止できる。なお、このように、窒化珪素膜44と窒化珪素膜17、22とは異なる条件で形成される。すなわち、窒化珪素膜44は、窒化珪素膜17、22よりも低い温度で形成され、また、窒化珪素膜44の形成にはアンモニアが用いられるが、窒化珪素膜17、22の形成にはアンモニアが用いられない。この点が本実施の形態の特徴の一つである。
Next, as shown in FIG. 12, a silicon nitride film 44 (fifth insulating film such as item 1) covering the
次に、図13に示すように、窒化珪素膜44を覆う酸化珪素膜45を形成する。窒化珪素膜44および酸化珪素膜45はパッシベーション膜として機能する。さらに、図14に示すように、酸化珪素膜45および窒化珪素膜44に接続孔46を形成して配線43を露出する。この接続孔46を覆うようにバンプ下地金属47を形成後、外部接続用導体片であるバンプ48を形成する。なお、バンプ48はほぼ球状に形成されるが、図では一部を省略している。接続孔46は、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて形成でき、バンプ下地金属47は半導体基板1全面への金属膜の堆積後、これをパターニングすることにより形成できる。バンプ下地金属47としては、たとえば金を例示でき、バンプ48としては金、半田を例示できる。
Next, as shown in FIG. 13, a
この後、パッケージ基板等に実装され半導体装置が完成するが、それらの説明は省略する。 Thereafter, the semiconductor device is mounted on a package substrate or the like to complete the semiconductor device, but the description thereof is omitted.
なお、ここでは外部接続用導体片としてバンプ48を例示しているが、ボンディングワイヤ等その他のインナーリードを用いても良い。金ワイヤを用いてリードフレームに接続する場合等は、後に樹脂等でモールドされるが、この工程の説明は省略する。
Here, the
また、ポリイミド等の樹脂膜を介して再配置配線を形成し、この再配置配線のパッド領域上にバンプを形成し、その後ウェハを分断することにより個別の半導体装置を完成する、いわゆるWPP(ウェハプロセスパッケージ)にも本実施の形態の半導体装置を適用できる。 In addition, a so-called WPP (wafer) is formed by forming a relocation wiring via a resin film of polyimide or the like, forming a bump on a pad region of the relocation wiring, and thereafter dividing the wafer to complete individual semiconductor devices. The semiconductor device of the present embodiment can also be applied to a process package.
本実施の形態の効果を図18および図19を用いて説明する。図18は、MISFETのNBTI(Negative Bias Temperature Instability)特性を示したグラフである。図中、ラインLは本実施の形態の半導体装置について測定したデータである。ラインM,N,Oは、比較として示したデータであり、本実施の形態の窒化珪素膜17に相当する膜に、350℃程度の基板温度で、モノシラン、アンモニアおよび窒素を原料ガスとするプラズマCVD法により形成された窒化珪素膜(窒化珪素膜44と同様の条件で形成された膜)を適用した場合のデータである。ラインM,N,Oは、各々異なる装置を用いて窒化珪素膜を形成している。
The effects of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 18 is a graph showing NBTI (Negative Bias Temperature Instability) characteristics of the MISFET. In the figure, line L is data measured for the semiconductor device of the present embodiment. Lines M, N, and O are data shown for comparison, and a film corresponding to the
図18に示すように、ソース・ゲート間電圧(Vgs)が実際に使用される状況(たとえばVgs=−1V)での寿命(tau:オフ電流の上昇時間を示す特性値)は、ラインLの示す値が最も大きい。すなわち、本実施の形態の半導体装置の信頼性が、他の場合(ラインM,N,O)よりも優れている。寿命tauは対数表示されていることから、本実施の形態の半導体装置の信頼性は桁違いに優れていることがわかる。 As shown in FIG. 18, the life (tau: a characteristic value indicating the rise time of the off-state current) in a situation where the source-gate voltage (Vgs) is actually used (for example, Vgs = −1 V) is equal to the line L The value shown is the largest. That is, the reliability of the semiconductor device of the present embodiment is superior to the other cases (lines M, N, O). Since the lifetime tau is represented by a logarithm, it can be seen that the reliability of the semiconductor device of the present embodiment is excellent by orders of magnitude.
また、図19は、フラットバンド電圧(Vfb)のシフト量を示したグラフである。MISFETとしてはp型不純物(ボロン)がゲート電極にドープされたpチャネル型MISFETを用いている。図中、右側(NH3無し)のデータは本実施の形態の半導体装置の場合を示し、左側(NH3有り)のデータは本実施の形態の窒化珪素膜17に相当する膜に、550℃程度の基板温度で、モノシラン、アンモニアおよび窒素を原料ガスとするプラズマCVD法により形成された窒化珪素膜(窒化珪素膜44と同様の条件で形成された膜)を適用した場合を示している。
FIG. 19 is a graph showing the shift amount of the flat band voltage (Vfb). As the MISFET, a p-channel MISFET in which a gate electrode is doped with a p-type impurity (boron) is used. In the figure, the data on the right side (without NH 3 ) shows the case of the semiconductor device of this embodiment, and the data on the left side (with NH 3 ) shows that the film corresponding to the
図19に示すように、NH3有りの場合(左側)にVfbシフトが1.4Vに達するのに対し、NH3無しの場合(右側)ではVfbシフトは0.45V程度に止まる。Vfbシフトがゲート電極からの不純物(ボロン)拡散により生じることを考慮すれば、本実施の形態の半導体装置では、ゲート電極からのボロンの拡散が有効に抑制されていることがわかる。 As shown in FIG. 19, while the Vfb shift reaches 1.4V in the case of NH 3 there (left), when there is no NH 3 (right side) the Vfb shift stops at about 0.45 V. Considering that the Vfb shift is caused by impurity (boron) diffusion from the gate electrode, it can be seen that in the semiconductor device of this embodiment, the diffusion of boron from the gate electrode is effectively suppressed.
本実施の形態によれば、窒化珪素膜17、22等に400℃以上の基板温度で、モノシランおよび窒素(すなわちアンモニアを用いず)を原料ガスとするプラズマCVD法で形成した窒化珪素膜を適用するため、窒化珪素膜17、22等の剥離を抑制し、また、窒化珪素膜17、22等からの水素の離脱を抑制できる。この結果、半導体装置の性能と信頼性を高く維持できる。
According to this embodiment, a silicon nitride film formed by a plasma CVD method using monosilane and nitrogen (that is, without using ammonia) as a source gas at a substrate temperature of 400 ° C. or higher is applied to the
なお、窒化珪素膜17等に適用した窒化珪素膜(第1窒化珪素膜)と、窒化珪素膜44に適用した窒化珪素膜(第2窒化珪素膜)とを比較すると、FT−IR法で測定したSi−H結合、およびSi−N結合の比率が相違する。すなわち、第1窒化珪素膜のSi−H/Si−N結合比R1と、第2窒化珪素膜のSi−H/Si−N結合比R2との間には、R1<R2、の関係がある。本発明者らのFT−IR測定によれば、第1窒化珪素膜のSi−H結合数は1×1021cm-3であり、Si−N結合数は10×1021cm-3であるのに対し、第2窒化珪素膜のSi−H結合数は11×1021cm-3であり、Si−N結合数は6×1021cm-3である。第2窒化珪素膜からの水素脱離は、主にSi−H結合から生じていると考え得る。
The FT-IR method compares the silicon nitride film (first silicon nitride film) applied to the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2であるDRAM(Dynamic Random Access Memory)の製造方法を図20〜図42を用いて工程順に説明する。なお、基板の断面を示す各図の左側部分はDRAMのメモリセルが形成される領域(メモリセルアレイ)を示し、右側部分は周辺回路領域を示している。
(Embodiment 2)
A method of manufacturing a DRAM (Dynamic Random Access Memory) according to the second embodiment of the present invention will be described in the order of steps with reference to FIGS. The left portion of each drawing showing the cross section of the substrate shows a region (memory cell array) in which memory cells of the DRAM are formed, and the right portion shows a peripheral circuit region.
まず、図20に示すように、p型で比抵抗が10Ωcm程度の単結晶シリコンからなる半導体基板(以下単に基板という)101を用意し、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて、基板101に深さ350nm程度の素子分離溝102を形成する。その後、たとえば850〜900℃程度のウェット酸化、あるいは約1000℃でのドライ熱酸化により薄い(膜厚10nm程度の)酸化珪素膜106を素子分離溝102の内壁に形成する。さらに、たとえばオゾン(O3)とテトラエトキシシラン(TEOS)とをソースガスに用いたプラズマCVD法により酸化珪素膜(以下TEOS酸化膜という)を400nm程度の膜厚で堆積し、素子分離溝102を埋め込む。この酸化珪素膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により研磨して素子分離溝102以外の領域の酸化珪素膜を除去し、素子分離溝102の内部に酸化珪素膜107を残して素子分離領域を形成する。
First, as shown in FIG. 20, a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) 101 made of single-crystal silicon having a p-type specific resistance of about 10 Ωcm is prepared. An
次に、図21に示すように、基板101にp型不純物(ホウ素)およびn型不純物(例えばリン)をイオン打ち込みした後、約1000℃の熱処理で上記不純物を拡散させることによって、メモリセルアレイの基板101にp型ウエル103およびn型ウエル105を形成し、周辺回路領域の基板101にp型ウエル103およびn型ウエル104を形成する。さらに、フッ酸系の洗浄液を用いて基板101(p型ウエル103およびn型ウエル104)の表面をウェット洗浄した後、約800℃の熱酸化でp型ウエル103およびn型ウエル104のそれぞれの表面に膜厚6nm程度の清浄なゲート酸化膜108を形成する。
Next, as shown in FIG. 21, a p-type impurity (boron) and an n-type impurity (for example, phosphorus) are ion-implanted into the
次に、図22に示すように、ゲート酸化膜108の上部にリン(P)をドープした膜厚100nm程度の低抵抗多結晶シリコン膜109aをCVD法で堆積し、続いてその上部にスパッタリング法で膜厚5nm程度のWN膜109bと膜厚50nm程度のW膜109cとを堆積し、さらにその上部にCVD法で膜厚100nm程度の酸化珪素膜110aを堆積する。
Next, as shown in FIG. 22, a low-resistance
次に、上記W膜109cの応力緩和とWN膜109bのデンシファイ(緻密化)とを目的として、窒素などの不活性ガス雰囲気中で約800℃の熱処理を行う。W膜109cの上部の酸化珪素膜110aは、この熱処理時におけるW膜109cの表面保護と、次の工程で酸化珪素膜110aの上部に堆積する窒化珪素膜(110b)と下層のW膜109cとの界面の応力緩和を目的として形成する。
Next, a heat treatment is performed at about 800 ° C. in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen for the purpose of relaxing the stress of the
次に、図23に示すように、酸化珪素膜110aの上部に膜厚100nm程度の窒化珪素膜110bを堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして窒化珪素膜110bをドライエッチングすることにより、ゲート電極を形成する領域に窒化珪素膜110bを残す。
Next, as shown in FIG. 23, after a
この窒化珪素膜110bは、実施の形態1で説明した窒化珪素膜17と同様の条件で形成する。すなわち、400℃以上の基板温度で、モノシランおよび窒素を原料ガスとしたプラズマCVD法により形成する。窒化珪素膜110bは後に説明するようにメモリセル領域に形成される接続孔を自己整合加工する際に用いられるものであり、ゲート電極のキャップ絶縁膜として機能する。このようなキャップ絶縁膜から水素が脱離すれば、実施の形態1で説明したと同様の問題を生じる。すなわち、剥離による接続孔の加工不良、ゲート電極、ソース・ドレイン等の抵抗増加あるいは抵抗変動、さらには、MISFETのしきい値変動の問題である。しかし、本実施の形態では、キャップ絶縁膜となる窒化珪素膜110bに水素脱離し難い窒化珪素膜を用いることにより、前記のような問題を回避できる。
This
次に、フォトレジスト膜を除去した後、図24に示すように、窒化珪素膜110bをマスクにして酸化珪素膜110a、W膜109c、WN膜109bおよび多結晶シリコン膜109aをドライエッチングする。これにより、メモリセルアレイおよび周辺回路領域に多結晶シリコン膜109a、WN膜109bおよびW膜109cからなるゲート電極109を形成し、これらのゲート電極109の上部に酸化珪素膜110aおよび窒化珪素膜110bからなるキャップ絶縁膜110を形成する。なお、メモリセルアレイに形成されたゲート電極109は、ワード線WLとして機能する。また、本実施の形態では、キャップ絶縁膜110に酸化珪素膜110aが含まれる構成を説明しているが、酸化珪素膜110aは必須ではない。つまり、キャップ絶縁膜110は窒化珪素膜110bからのみで構成されても良い。
Next, after removing the photoresist film, as shown in FIG. 24, the
次に、図25に示すように、ゲート電極109の両側のp型ウエル103にn型不純物(リンまたはヒ素)をイオン打込みすることによってn-型半導体領域111を形成し、n型ウエル104にp型不純物(ホウ素)をイオン打込みすることによってp-型半導体領域112を形成する。
Next, as shown in FIG. 25, an n − -
次に、図26に示すように、基板101上に膜厚50nm程度の窒化珪素膜113を堆積する。その後、メモリセルアレイの基板101の上部をフォトレジスト膜(図示せず)で覆い、周辺回路領域の窒化珪素膜113を異方的にエッチングすることによって、周辺回路領域のゲート電極109の側壁にサイドウォールスペーサ113aを形成する。
Next, as shown in FIG. 26, a
窒化珪素膜113は、窒化珪素膜110bと同様に、400℃以上の基板温度で、モノシランおよび窒素を原料ガスとしたプラズマCVD法により形成する。窒化珪素膜113は、メモリセルアレイの領域では、窒化珪素膜110bとともにメモリセルアレイ領域に形成される接続孔を自己整合加工する際に用いられる。すなわち、メモリセルアレイのゲート電極のサイドウォールとして機能する。このような窒化珪素膜113から水素が脱離すれば、実施の形態1で説明したと同様の問題を生じる。すなわち、剥離による接続孔の加工不良、ゲート電極、ソース・ドレイン等の抵抗増加あるいは抵抗変動、さらには、MISFETのしきい値変動の問題である。しかし、本実施の形態では、窒化珪素膜113に水素脱離し難い窒化珪素膜を用いることにより、前記のような問題を回避できる。
Like the
また、窒化珪素膜113から形成されるサイドウォールスペーサ113aも同様に水素脱離し難い窒化珪素膜で構成される。従って、周辺回路領域においても前記と同様な効果が得られる。
Similarly, the
次に、周辺回路領域のp型ウエル103にn型不純物(リンまたはヒ素)をイオン打ち込みすることによってn+型半導体領域(ソース、ドレイン)114を形成し、n型ウエル104にp+型不純物(ホウ素)をイオン打込みすることによってp+型半導体領域(ソース、ドレイン)115を形成する。ここまでの工程で、周辺回路領域にLDD(Lightly Doped Drain) 構造のソース、ドレインを備えたnチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpが形成される。
Next, an n + -type impurity (phosphor or arsenic) is ion-implanted into the p-type well 103 in the peripheral circuit region to form an n + -type semiconductor region (source, drain) 114, and the p + -type impurity is added to the n-
次に、図27に示すように、ゲート電極109の上部に酸化珪素膜116を形成し、酸化珪素膜116を化学的および機械的に研磨することによって、その表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 27, a
次に、図28に示すように、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしてメモリセルアレイの酸化珪素膜116をドライエッチングした後、図29に示すように、酸化珪素膜116の下層の窒化珪素膜113をドライエッチングすることによって、n-型半導体領域111の上部にコンタクトホール118、119を形成する。
Next, as shown in FIG. 28, the
上記酸化珪素膜116のエッチングは、窒化珪素に比べて酸化珪素(酸化珪素膜116)のエッチング速度が大きくなるような条件で行い、窒化珪素膜113が完全には除去されないようにする。また、窒化珪素膜113のエッチングは、シリコン(基板)や酸化珪素に比べて窒化珪素のエッチング速度が大きくなるような条件で行い、基板101や酸化珪素膜107が深く削れないようにする。さらに、窒化珪素膜113のエッチングは、窒化珪素膜113が異方的にエッチングされるような条件で行い、ゲート電極109(ワード線WL)の側壁に窒化珪素膜113を残すようにする。これにより、微細な径を有するコンタクトホール118、119がゲート電極109(ワード線WL)に対して自己整合(セルフアライン)で形成される。
The etching of the
次に、図30に示すように、上記コンタクトホール118、119を通じてメモリセルアレイのp型ウエル103(n-型半導体領域111)にn型不純物(リンまたはヒ素)をイオン打込みすることによって、n+型半導体領域(ソース、ドレイン)117を形成する。ここまでの工程で、メモリセルアレイにnチャネル型で構成されるメモリセル選択用MISFETQsが形成される。 Next, as shown in FIG. 30, an n-type impurity (phosphorous or arsenic) is ion-implanted into the p-type well 103 (n − -type semiconductor region 111) of the memory cell array through the contact holes 118 and 119 to obtain n + A type semiconductor region (source, drain) 117 is formed. Through the steps so far, the memory cell selecting MISFETs Qs formed of the n-channel type are formed in the memory cell array.
次に、図31に示すように、コンタクトホール118、119の内部にプラグ120を形成する。プラグ120を形成するには、まずフッ酸を含んだ洗浄液を使ってコンタクトホール118、119の内部をウェット洗浄した後、コンタクトホール118、119の内部を含む酸化珪素膜116の上部にリン(P)などのn型不純物をドープした低抵抗多結晶シリコン膜をCVD法で堆積し、続いてこの多結晶シリコン膜をエッチバック(またはCMP法で研磨)してコンタクトホール118、119の内部のみに残すことによって形成する。
Next, as shown in FIG. 31, a
次に、図32に示すように、酸化珪素膜116の上部にCVD法で膜厚20nm程度の酸化珪素膜121を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングで周辺回路領域の酸化珪素膜121およびその下層の酸化珪素膜116をドライエッチングすることによって、nチャネル型MISFETQnのソース、ドレイン(n+型半導体領域114)の上部にコンタクトホール122を形成し、pチャネル型MISFETQpのソース、ドレイン(p+型半導体領域115)の上部にコンタクトホール123を形成する。また、このとき同時に、周辺回路領域のpチャネル型MISFETQpのゲート電極109(およびnチャネル型MISFETQpの図示しない領域のゲート電極109)の上部にコンタクトホール124を形成し、メモリセルアレイのコンタクトホール118の上部にスルーホール125を形成する。
Next, as shown in FIG. 32, a
次に、図33に示すように、nチャネル型MISFETQnのソース、ドレイン(n+型半導体領域114)のの表面、pチャネル型MISFETQpのソース、ドレイン(p+型半導体領域115)のの表面およびコンタクトホール118の内部のプラグ120の表面にそれぞれシリサイド膜126を形成した後、コンタクトホール122、123、124の内部およびスルーホール125の内部にプラグ127を形成する。
Next, as shown in FIG. 33, the surface of the source and drain (n + type semiconductor region 114) of the n-channel MISFET Qn, the surface of the source and drain (p + type semiconductor region 115) of the p-channel MISFET Qp and After a
上記シリサイド膜126は、例えばコンタクトホール122、123、124の内部およびスルーホール125の内部を含む酸化珪素膜121の上部にスパッタリング法で膜厚30nm程度のTi膜と膜厚20nm程度のTiN膜とを堆積した後、基板101を約650℃で熱処理することによって形成する。また、プラグ127は、例えばコンタクトホール122、123、124の内部およびスルーホール125の内部を含む上記TiN膜の上部にCVD法で膜厚50nm程度のTiN膜および膜厚300程度のW膜を堆積した後、酸化珪素膜121の上部のW膜、TiN膜およびTi膜をCMP法で研磨し、これらの膜をコンタクトホール122、123、124の内部およびスルーホール125の内部のみに残すことによって形成する。
The
ソース、ドレイン(n+型半導体領域114、p+型半導体領域115)とその上部に形成されたプラグ127との界面にTiシリサイドからなる上記シリサイド膜126を形成することにより、ソース、ドレイン(n+型半導体領域114、p+型半導体領域115)とプラグ127とのコンタクト抵抗を低減することができるので、周辺回路を構成するMISFET(nチャネル型MISFETQn、pチャネル型MISFETQp)の動作速度が向上する。
By forming the
次に、図34に示すように、メモリセルアレイの酸化珪素膜121の上部にビット線BLを形成し、周辺回路領域の酸化珪素膜121の上部に第1層目の配線130〜133を形成する。ビット線BLおよび第1層目の配線130〜133は、例えば酸化珪素膜121の上部にスパッタリング法で膜厚100nm程度のW膜を堆積した後、フォトレジスト膜をマスクにしてこのW膜をドライエッチングすることによって形成する。このとき、ビット線BLおよび配線130〜133の下層の酸化珪素膜116が平坦化されているので、ビット線BLおよび配線130〜133を高い寸法精度でパターニングすることができる。
Next, as shown in FIG. 34, a bit line BL is formed on the
次に、図35に示すように、ビット線BLおよび第1層目の配線130〜133の上部に膜厚300nm程度の酸化珪素膜134を形成する。この酸化珪素膜134は、前記酸化珪素膜116と同様の方法で形成する。
Next, as shown in FIG. 35, a
次に、図36に示すように、酸化珪素膜134の上部にCVD法で膜厚200nm程度の多結晶シリコン膜135を堆積した後、フォトレジスト膜をマスクにしてメモリセルアレイの多結晶シリコン膜135をドライエッチングすることによって、コンタクトホール119の上方の多結晶シリコン膜135に溝136を形成する。
Next, as shown in FIG. 36, a
次に、図37に示すように、上記溝136の側壁にサイドウォールスペーサ137を形成した後、このサイドウォールスペーサ137と多結晶シリコン膜135とをマスクにして酸化珪素膜134およびその下層の酸化珪素膜121をドライエッチングすることによって、コンタクトホール119の上部にスルーホール138を形成する。溝136の側壁のサイドウォールスペーサ137は、溝136の内部を含む多結晶シリコン膜135の上部にCVD法で多結晶シリコン膜を堆積した後、この多結晶シリコン膜を異方的にエッチングして溝136の側壁に残すことによって形成する。
Next, as shown in FIG. 37, after a
側壁にサイドウォールスペーサ137が形成された上記溝136の底部にスルーホール138を形成することにより、スルーホール138の径は、その下部のコンタクトホール119の径よりも小さくなる。これにより、メモリセルサイズを縮小しても、ビット線BLとスルーホール138との合わせマージンが確保されるので、次の工程でスルーホール138の内部に埋め込まれるプラグ139とビット線BLとの短絡を確実に防止することができる。
By forming the through
次に、上記多結晶シリコン膜135とサイドウォールスペーサ137とをドライエッチングで除去した後、図38に示すように、スルーホール138の内部にプラグ139を形成する。プラグ139は、スルーホール138の内部を含む酸化珪素膜134の上部にn型不純物(リン)をドープした低抵抗多結晶シリコン膜をCVD法で堆積した後、この多結晶シリコン膜をエッチバックしてスルーホール138の内部のみに残すことによって形成する。
Next, after the
次に、図39に示すように、酸化珪素膜134の上部にCVD法で膜厚100nm程度の窒化珪素膜140を堆積し、続いて窒化珪素膜140の上部にCVD法で酸化珪素膜141を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしてメモリアレイの酸化珪素膜141をドライエッチングし、続いてこの酸化珪素膜141の下層の窒化珪素膜140をドライエッチングすることにより、スルーホール138の上部に溝142を形成する。情報蓄積用容量素子の下部電極は、この溝142の内壁に沿って形成されるので、下部電極の表面積を大きくして蓄積電荷量を増やすためには、溝142を形成する酸化珪素膜141を厚い膜厚(例えば1.3μm程度)で堆積する必要がある。
Next, as shown in FIG. 39, a
なお、窒化珪素膜140には、400℃以上の基板温度で、モノシランおよび窒素を原料ガスとしたプラズマCVD法により形成した窒化珪素膜を用いても良い。
Note that as the
次に、図40に示すように、溝142の内部を含む酸化珪素膜141の上部に、n型不純物(リン)をドープした膜厚50nm程度のアモルファスシリコン膜143aをCVD法で堆積した後、酸化珪素膜141の上部のアモルファスシリコン膜143aをエッチバックすることにより、溝142の内壁に沿ってアモルファスシリコン膜143aを残す。その後、溝142の内部に残った上記アモルファスシリコン膜143aの表面をフッ酸系の洗浄液でウェット洗浄した後、減圧雰囲気中でアモルファスシリコン膜143aの表面にモノシラン(SiH4)を供給し、続いて基板101を熱処理してアモルファスシリコン膜143aを多結晶化すると共に、その表面にシリコン粒を成長させる。これにより、表面が粗面化された多結晶シリコン膜143が溝142の内壁に沿って形成される。この多結晶シリコン膜143は、情報蓄積用容量素子の下部電極として使用される。
Next, as shown in FIG. 40, an amorphous silicon film 143a having a thickness of about 50 nm doped with an n-type impurity (phosphorus) is deposited on the
次に、図41に示すように、溝142の内部を含む酸化珪素膜141の上部にCVD法で膜厚15nm程度の酸化タンタル(Ta2O5)膜144を堆積した後、酸素雰囲気中、約800℃、3分の熱処理を施すことによって、酸化タンタル膜144を結晶化すると共に、膜に酸素を供給することによって欠陥を修復する。この酸化タンタル膜144は、情報蓄積用容量素子の容量絶縁膜として使用される。さらに、溝142の内部を含む酸化タンタル膜144の上部にCVD法とスパッタリング法とを併用して膜厚150nm程度のTiN膜145を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしてTiN膜145と酸化タンタル膜144とをドライエッチングすることにより、TiN膜145からなる上部電極、酸化タンタル膜144からなる容量絶縁膜および多結晶シリコン膜143からなる下部電極で構成される情報蓄積用容量素子Cを形成する。ここまでの工程により、メモリセル選択用MISFETQsとこれに直列に接続された情報蓄積用容量素子CとからなるDRAMのメモリセルが完成する。
Next, as shown in FIG. 41, a tantalum oxide (Ta 2 O 5 )
情報蓄積用容量素子Cの容量絶縁膜は、上記酸化タンタル膜144だけでなく、PZT、PLT、PLZT、PbTiO3 、SrTiO3 、BaTiO3、BST、SBTまたはTa2O5など、ペロブスカイト型または複合ペロブスカイト型の結晶構造を有する高誘電体または強誘電体を主成分とする膜によって構成してもよい。
The capacitive insulating film of the information storage capacitive element C is not only the
次に、図42に示すように、情報蓄積用容量素子Cの上部に、以下のような方法で第2配線層の配線を形成する。 Next, as shown in FIG. 42, the wiring of the second wiring layer is formed on the information storage capacitor C by the following method.
まず、情報蓄積用容量素子Cの上部にCVD法で膜厚100nm程度の酸化珪素膜150を堆積する。次に、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして周辺回路領域の第1層配線130、133の上部の酸化珪素膜150、141、窒化珪素膜140および酸化珪素膜134をドライエッチングすることによってスルーホール151、152を形成した後、スルーホール151、152の内部にプラグ153を形成する。プラグ153は、例えば酸化珪素膜150の上部にスパッタリング法で膜厚100nm程度のTiN膜を堆積し、さらにその上部にCVD法で膜厚500nm程度のW膜を堆積した後、これらの膜をエッチバックしてスルーホール151、152の内部に残すことにより形成する。さらに、酸化珪素膜150の上部に、例えばスパッタリング法で膜厚50nm程度のTiN膜、膜厚500nm程度のAl(アルミニウム)合金膜および膜厚50nm程度のTi膜を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしてこれらの膜をドライエッチングすることにより配線154〜156を形成する。
First, a
その後、配線154〜156を覆う層間絶縁膜、第3層目の配線、その上部に酸化珪素膜と窒化珪素膜とで構成されたパッシベーション膜を堆積するが、その図示は省略する。以上の工程により、本実施の形態のDRAMが略完成する。
Thereafter, an interlayer insulating film covering the
なお、本実施の形態のパッシベーション膜は、実施の形態1のパッシベーション膜と同様である。すなわち、350℃程度の基板温度で、モノシラン、アンモニアおよび窒素を原料ガスとするプラズマCVD法により窒化珪素膜を形成し、これをパッシベーション膜に用いる。 Note that the passivation film of the present embodiment is similar to the passivation film of the first embodiment. That is, at a substrate temperature of about 350 ° C., a silicon nitride film is formed by a plasma CVD method using monosilane, ammonia, and nitrogen as source gases, and this is used as a passivation film.
また、本実施の形態のインナーリードは、実施の形態1と同様に構成できる。よって、その図示と説明は省略する。 Further, the inner lead of the present embodiment can be configured in the same manner as in the first embodiment. Therefore, its illustration and description are omitted.
本実施の形態によれば、キャップ絶縁膜となる窒化珪素膜110b、窒化珪素膜113(サイドウォールスペーサ113a)に400℃以上の基板温度で、モノシランおよび窒素(すなわちアンモニアを用いず)を原料ガスとするプラズマCVD法で形成した窒化珪素膜を適用するため、これら窒化珪素膜の剥離を抑制し、また、窒化珪素膜からの水素の離脱を抑制できる。この結果、DRAMの性能と信頼性を高く維持できる。
According to the present embodiment, monosilane and nitrogen (ie, without using ammonia) are used as the source gas at a substrate temperature of 400 ° C. or more for the
なお、本実施の形態では、DRAMのキャパシタとして多結晶シリコン膜を下部電極とする例を示したが、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)あるいはこれらの酸化物を用いても良い。また、キャパシタ下部電極の構造を溝内に形成される筒型構造で例示したが、単純スタック型の構造を用いても良い。 In this embodiment, an example has been described in which a polycrystalline silicon film is used as a lower electrode as a capacitor of a DRAM. However, platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir), or an oxide thereof may be used. good. Further, although the structure of the capacitor lower electrode has been exemplified by the cylindrical structure formed in the groove, a simple stack type structure may be used.
また、実施の形態2のDRAMにおいて、周辺回路領域のMISFETを、実施の形態1で説明したようなデュアルゲート構造としても良い。すなわち、pチャネル型MISFETのゲート電極をp型多結晶シリコン膜で、nチャネル型MISFETのゲート電極をn型多結晶シリコン膜で構成しても良い。 In the DRAM of the second embodiment, the MISFET in the peripheral circuit region may have a dual gate structure as described in the first embodiment. That is, the gate electrode of the p-channel MISFET may be formed of a p-type polycrystalline silicon film, and the gate electrode of the n-channel MISFET may be formed of an n-type polycrystalline silicon film.
さらに、実施の形態1のMISFETと実施の形態2のDRAMとを1つの基板上に形成し、システムLISに本発明を適用しても良い。 Further, the MISFET of the first embodiment and the DRAM of the second embodiment may be formed on one substrate, and the present invention may be applied to a system LIS.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.
たとえば、実施の形態1、2では窒化珪素膜のシリコン系原料ガスとしてモノシランを例示したが、ジクロルシラン(SiCl2H2)、あるいはジシラン(Si2H6)等を用いても良い。
For example, in
本発明は、半導体装置の性能向上および信頼性の向上に適用して有効なものであり、産業上の利用可能性を有するものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is effective when applied to improvement in performance and reliability of a semiconductor device, and has industrial applicability.
1 半導体基板
2 素子分離領域
3 p型ウエル
4 n型ウエル
5 酸化珪素膜
6 多結晶シリコン膜
6n n型領域
6p p型領域
7 ゲート電極
8 n型半導体領域
9 p型半導体領域
10 サイドウォールスペーサ
11 n+型半導体領域
12 p+型半導体領域
13 絶縁膜
14 引き出し電極
15 金属膜
16 シリサイド層
17 窒化珪素膜
18 層間絶縁膜
19 フォトレジスト膜
20 接続孔
21 プラグ
22 窒化珪素膜
23 絶縁膜
24 フォトレジスト膜
25 配線溝
26 配線
27 金属積層膜
28 ストッパ絶縁膜
29 層間絶縁膜
30 接続孔
31 プラグ
32 窒化珪素膜
33 酸化珪素膜
34 配線溝
35 配線
36 ストッパ絶縁膜
37 層間絶縁膜
38 接続孔
39 プラグ
40 配線
41、42 絶縁膜
43 配線
44 窒化珪素膜
45 酸化珪素膜
46 接続孔
47 バンプ下地金属
48 バンプ
101 半導体基板
102 素子分離溝
103 p型ウエル
104 n型ウエル
107 酸化珪素膜
108 ゲート酸化膜
109 ゲート電極
109a 低抵抗多結晶シリコン膜
109b WN膜
109c W膜
110 キャップ絶縁膜
110a 酸化珪素膜
110b 窒化珪素膜
111 n-型半導体領域
112 p-型半導体領域
113 窒化珪素膜
113a サイドウォールスペーサ
114 n+型半導体領域(ソース、ドレイン)
115 p+型半導体領域(ソース、ドレイン)
116 酸化珪素膜
118、119 コンタクトホール
120 プラグ
121 酸化珪素膜
122〜124 コンタクトホール
125 スルーホール
126 シリサイド膜
127 プラグ
130〜133 配線
134 酸化珪素膜
135 W膜
136 溝
137 サイドウォールスペーサ
138 スルーホール
139 プラグ
140 窒化珪素膜
141 酸化珪素膜
142 溝
143a アモルファスシリコン膜
143 多結晶シリコン膜
144 酸化タンタル膜
145 TiN膜
150 酸化珪素膜
151、152 スルーホール
153 プラグ
154〜156 配線
C 情報蓄積用容量素子
BL ビット線
Qn nチャネル型MISFET
Qp pチャネル型MISFET
R 導体膜
Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 element isolation region 3 p-type well 4 n-type well 5 silicon oxide film 6 polycrystalline silicon film 6n n-type region 6p p-type region 7 gate electrode 8 n-type semiconductor region 9 p-type semiconductor region 10 sidewall spacer 11 n + type semiconductor region 12 p + type semiconductor region 13 insulating film 14 lead electrode 15 metal film 16 silicide layer 17 silicon nitride film 18 interlayer insulating film 19 photoresist film 20 connection hole 21 plug 22 silicon nitride film 23 insulating film 24 photoresist Film 25 wiring groove 26 wiring 27 metal laminated film 28 stopper insulating film 29 interlayer insulating film 30 connection hole 31 plug 32 silicon nitride film 33 silicon oxide film 34 wiring groove 35 wiring 36 stopper insulating film 37 interlayer insulating film 38 connection hole 39 plug 40 Wirings 41 and 42 Insulating film 43 Wiring 44 Silicon nitride film 45 Silicon oxide film 46 Connection hole 7 Under bump metal 48 Bump 101 Semiconductor substrate 102 Element isolation groove 103 P-type well 104 N-type well 107 Silicon oxide film 108 Gate oxide film 109 Gate electrode 109a Low resistance polycrystalline silicon film 109b WN film 109c W film 110 Cap insulating film 110a Silicon oxide film 110b silicon nitride film 111 n − type semiconductor region 112 p − type semiconductor region 113 silicon nitride film 113a sidewall spacer 114 n + type semiconductor region (source, drain)
115p + type semiconductor region (source, drain)
116
Qp p-channel type MISFET
R conductor film
Claims (5)
前記第1窒化珪素膜は、シランおよび窒素を原料ガスとするプラズマCVD法により形成され、前記第2窒化珪素膜は、シラン、アンモニアおよび窒素を原料ガスとするプラズマCVD法により形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first silicon nitride film for self-alignment processing, and further forming a second silicon nitride film for passivation,
The first silicon nitride film is formed by a plasma CVD method using silane and nitrogen as source gases, and the second silicon nitride film is formed by a plasma CVD method using silane, ammonia and nitrogen as source gases. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1窒化珪素膜のFT−IR分析によるSi−H/Si−N結合比R1と、前記第2窒化珪素膜のFT−IR分析によるSi−H/Si−N結合比R2との間には、R1<R2、の関係を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a first silicon nitride film for self-alignment processing and a second silicon nitride film for passivation,
Between the Si-H / Si-N bond ratio R1 of the first silicon nitride film by FT-IR analysis and the Si-H / Si-N bond ratio R2 of FT-IR analysis of the second silicon nitride film Has a relationship of R1 <R2.
前記第1窒化珪素膜のFT−IR分析によるSi−H結合は、2×1021cm-3以下であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4, wherein
A semiconductor device, wherein a Si—H bond of the first silicon nitride film by FT-IR analysis is 2 × 10 21 cm −3 or less.
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