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JP2011018835A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2011018835A
JP2011018835A JP2009163715A JP2009163715A JP2011018835A JP 2011018835 A JP2011018835 A JP 2011018835A JP 2009163715 A JP2009163715 A JP 2009163715A JP 2009163715 A JP2009163715 A JP 2009163715A JP 2011018835 A JP2011018835 A JP 2011018835A
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Japan
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gate electrode
insulating film
peripheral
film
cell
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JP2009163715A
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Masateru Ando
眞照 安藤
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Micron Memory Japan Ltd
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Elpida Memory Inc
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Abstract

【課題】CMP法によって層間絶縁膜を平坦化するときに、ダミーゲート電極の上端部の絶縁膜が消失するのを防ぐと共に、セルゲート電極の上端部の絶縁膜が取り除かれ過ぎるのを防ぐ半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、上面にSW窒化膜15が形成されたダミーゲート電極6の、半導体基板3の表面からの高さが、セルゲート電極5及び周辺ゲート電極7よりも高くされた状態で、CMP法によってBPSG膜21を平坦化し、セルゲート電極5、ダミーゲート電極6、及び周辺ゲート電極7の各マスク窒化膜13をそれぞれ露出させる工程を有する。
【選択図】図9
A semiconductor device for preventing an insulating film at an upper end portion of a dummy gate electrode from disappearing and preventing an insulating film at an upper end portion of a cell gate electrode from being excessively removed when an interlayer insulating film is planarized by a CMP method. A manufacturing method is provided.
In a method for manufacturing a semiconductor device, the height of a dummy gate electrode 6 having an SW nitride film 15 formed on the upper surface thereof from the surface of a semiconductor substrate 3 is made higher than that of a cell gate electrode 5 and a peripheral gate electrode 7. In this state, the BPSG film 21 is planarized by the CMP method to expose the mask nitride films 13 of the cell gate electrode 5, the dummy gate electrode 6, and the peripheral gate electrode 7, respectively.
[Selection] Figure 9

Description

本発明は、CMP法を用いて層間絶縁膜を平坦化する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of planarizing an interlayer insulating film using a CMP method.

例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)などの半導体装置では、半導体基板上に、メモリセル領域及び周辺回路領域が形成されている。メモリセル領域には、複数のセルゲート電極が微細な間隔で配列されており、密なゲートパターンが構成されている。周辺回路領域には、複数の周辺ゲート電極が比較的大きな間隔で配列されており、疎なゲートパターンが構成されている。   For example, in a semiconductor device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory), a memory cell region and a peripheral circuit region are formed on a semiconductor substrate. In the memory cell region, a plurality of cell gate electrodes are arranged at fine intervals to form a dense gate pattern. In the peripheral circuit region, a plurality of peripheral gate electrodes are arranged at relatively large intervals, and a sparse gate pattern is configured.

特許文献1には、ゲートパターンが疎な部分、つまりゲート電極が形成されない位置にダミーゲート電極が設けられた構成が開示されている。このようにダミーゲート電極が設けられることで、半導体装置の製造工程において、ゲート電極上に形成する絶縁膜の厚みを均一化することが可能にされている。   Patent Document 1 discloses a configuration in which a dummy gate electrode is provided in a portion where a gate pattern is sparse, that is, a position where a gate electrode is not formed. By providing the dummy gate electrode in this manner, the thickness of the insulating film formed on the gate electrode can be made uniform in the manufacturing process of the semiconductor device.

また、特許文献2には、周辺回路領域の周辺ゲート電極の間の疎な箇所に、ダミーゲート電極が設けられた構成が開示されている。このようにダミーゲート電極が設けられることで、周辺回路領域のゲートパターンの密度は、メモリセル領域のゲートパターンの密度に近づけられる。したがって、層間絶縁膜の研磨工程において、メモリセル領域と周辺回路領域に凹凸が発生する密度の均一化を図り、研磨後の層間絶縁膜を平坦化することが可能にされている。   Patent Document 2 discloses a configuration in which dummy gate electrodes are provided at sparse locations between peripheral gate electrodes in the peripheral circuit region. By providing the dummy gate electrode in this way, the density of the gate pattern in the peripheral circuit region can be brought close to the density of the gate pattern in the memory cell region. Accordingly, in the polishing process of the interlayer insulating film, it is possible to equalize the density at which irregularities occur in the memory cell region and the peripheral circuit region, and to flatten the polished interlayer insulating film.

特開2004−14954号公報JP 2004-14954 A 特開2003−243619号公報JP 2003-243619 A

DRAMの製造工程では、図1〜図3に示すように、半導体基板3の表面上に配置されたメモリセル領域A1のセルゲート電極5、ダミーゲート電極6、及び周辺回路領域A2の周辺ゲート電極7のそれぞれに、サイドウォールスペーサ(側壁絶縁膜)17,20を形成する工程が行われている。   In the manufacturing process of the DRAM, as shown in FIGS. 1 to 3, the cell gate electrode 5 in the memory cell region A1, the dummy gate electrode 6 and the peripheral gate electrode 7 in the peripheral circuit region A2 arranged on the surface of the semiconductor substrate 3. A step of forming sidewall spacers (sidewall insulating films) 17 and 20 is performed on each of these.

まず、図1に示すように、周辺回路領域A2の周辺ゲート電極7を第1レジスト膜16によって覆い、メモリセル領域A1のセルゲート電極5を覆うシリコン窒化膜15をエッチングすることで、セルゲート電極5の側面に、シリコン窒化膜15からなるサイドウォールスペーサ17を形成する。続いて、第1レジスト膜16を除去した後、セルゲート電極5、ダミーゲート電極6、及び周辺ゲート電極7のそれぞれをシリコン酸化膜18によって覆う。   First, as shown in FIG. 1, the peripheral gate electrode 7 in the peripheral circuit region A2 is covered with the first resist film 16, and the silicon nitride film 15 covering the cell gate electrode 5 in the memory cell region A1 is etched, whereby the cell gate electrode 5 Side wall spacers 17 made of the silicon nitride film 15 are formed on the side surfaces of the silicon nitride film. Subsequently, after removing the first resist film 16, each of the cell gate electrode 5, the dummy gate electrode 6, and the peripheral gate electrode 7 is covered with a silicon oxide film 18.

次に、図2に示すように、セルゲート電極5及びダミーゲート電極6を第2レジスト膜19によって覆い、周辺ゲート電極7を覆うシリコン窒化膜15及びシリコン酸化膜18をエッチングすることで、周辺ゲート電極7の側面に、サイドウォールスペーサ20を形成する。その後、図3に示すように第2レジスト膜を除去し、セルゲート電極5、ダミーゲート電極6、及び周辺ゲート電極7を、BPSG(Boron Phosphor Silicate Glass)膜21からなる層間絶縁膜によって覆う。   Next, as shown in FIG. 2, the cell gate electrode 5 and the dummy gate electrode 6 are covered with the second resist film 19, and the silicon nitride film 15 and the silicon oxide film 18 covering the peripheral gate electrode 7 are etched, thereby forming the peripheral gate. Sidewall spacers 20 are formed on the side surfaces of the electrodes 7. Thereafter, as shown in FIG. 3, the second resist film is removed, and the cell gate electrode 5, the dummy gate electrode 6, and the peripheral gate electrode 7 are covered with an interlayer insulating film made of a BPSG (Boron Phosphor Silicate Glass) film 21.

ところで、DRAMでは、微細化に伴って、隣接するセルコンタクト(Landing Contact)間の容量の低減、及びセルコンタクトのアスペクト比の低減が求められている。そのため、DRAMの製造工程では、セルゲート電極5の層間絶縁膜、又はセルコンタクト(N+拡散層からシリンダ型キャパシタまでを接続するセルコンタクト)を形成する際に、シリカ系スラリを用いたCMP工程が行われている。   By the way, in the DRAM, with miniaturization, reduction of the capacity between adjacent cell contacts (Landing Contact) and reduction of the aspect ratio of the cell contacts are required. Therefore, in the DRAM manufacturing process, a CMP process using a silica-based slurry is performed when forming an interlayer insulating film of the cell gate electrode 5 or a cell contact (a cell contact connecting the N + diffusion layer to the cylinder type capacitor). It has been broken.

このCMP工程では、図3に示すように、メモリセル領域A1のセルゲート電極5の上端部、ダミーゲート電極6の上端部、及び周辺回路領域A2の周辺ゲート電極7の上端部にそれぞれ形成されたシリコン窒化膜13をストッパとして用いて、層間絶縁膜を平坦化する研磨が行われている。   In this CMP process, as shown in FIG. 3, the upper end portion of the cell gate electrode 5 in the memory cell region A1, the upper end portion of the dummy gate electrode 6, and the upper end portion of the peripheral gate electrode 7 in the peripheral circuit region A2 are formed. Polishing is performed to planarize the interlayer insulating film using the silicon nitride film 13 as a stopper.

しかしながら、上述したCMP工程で研磨を行った場合、ゲートパターンが密集しているメモリセル領域A1と、比較的疎なゲートパターンで構成された周辺回路領域A2との境界領域において、CMP工程で層間絶縁膜を平坦化した後に、図4に示すように、メモリセル領域A1と周辺回路領域A2との間に、周縁から中央に向かって深さが徐々に大きくなる凹部、いわゆるディッシングDが発生する問題がある。   However, when polishing is performed in the above-described CMP process, an interlayer is formed in the CMP process in the boundary area between the memory cell area A1 where the gate patterns are densely packed and the peripheral circuit area A2 configured with a relatively sparse gate pattern. After planarizing the insulating film, as shown in FIG. 4, a so-called dishing D in which the depth gradually increases from the periphery toward the center occurs between the memory cell region A1 and the peripheral circuit region A2. There's a problem.

このディッシングDが発生することによって、メモリセル領域A1のセルゲート電極5の上端部に形成されたシリコン窒化膜13が取り除かれ過ぎる問題や、ダミーゲート電極6の上端部のシリコン窒化膜13の直下に配置されたタングステン膜12が露出してしまう問題があった。   Due to the occurrence of this dishing D, the silicon nitride film 13 formed on the upper end portion of the cell gate electrode 5 in the memory cell region A1 is excessively removed, or directly below the silicon nitride film 13 on the upper end portion of the dummy gate electrode 6. There was a problem that the arranged tungsten film 12 was exposed.

その結果、CMP工程において、ダミーゲート電極6のタングステン膜12を消失するおそれや、ダミーゲート電極6のタングステン膜12の飛散によって半導体チップが汚染される問題があった。   As a result, in the CMP process, there is a problem that the tungsten film 12 of the dummy gate electrode 6 may be lost, or the semiconductor chip is contaminated by the scattering of the tungsten film 12 of the dummy gate electrode 6.

本発明は、上述した課題を解決しようとするものである。   The present invention is intended to solve the above-described problems.

本発明の半導体装置の製造方法の一態様によれば、セルゲート電極を有するメモリセル領域と、周辺ゲート電極を有する周辺回路領域とを備え、メモリセル領域が、セルゲート電極と周辺ゲート電極との間に配置されたダミーゲート電極を有し、セルゲート電極、ダミーゲート電極、及び周辺ゲート電極の各上端部にそれぞれ第1絶縁膜が形成された半導体基板を用いて、セルゲート電極、ダミーゲート電極、周辺ゲート電極及び半導体基板の表面に亘って覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
セルゲート電極の第1絶縁膜の上面を覆う第2絶縁膜を除去し、残る第2絶縁膜によってセルゲート電極に側壁絶縁膜を形成する工程と、
セルゲート電極、ダミーゲート電極、周辺ゲート電極及び半導体基板の表面に亘って覆う第3絶縁膜を形成する工程と、
周辺ゲート電極の第1絶縁膜の上面を覆う第2絶縁膜及び第3絶縁膜を除去し、残る第2絶縁膜及び第3絶縁膜によって周辺ゲート電極に側壁絶縁膜を形成する工程と、
セルゲート電極、ダミーゲート電極、周辺ゲート電極、及び半導体基板の表面に亘って覆う第4絶縁膜を形成する工程と、
上面に第2絶縁膜が形成されたダミーゲート電極の、半導体基板の表面からの高さが、セルゲート電極及び周辺ゲート電極よりも高くされた状態で、CMP法によって第4絶縁膜を平坦化し、セルゲート電極、ダミーゲート電極、及び周辺ゲート電極の各第1絶縁膜をそれぞれ露出させる工程と、を有する。
According to one aspect of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a memory cell region having a cell gate electrode and a peripheral circuit region having a peripheral gate electrode are provided, and the memory cell region is between the cell gate electrode and the peripheral gate electrode. A semiconductor substrate having a first gate insulating film formed on each of the upper ends of the cell gate electrode, the dummy gate electrode, and the peripheral gate electrode, the cell gate electrode, the dummy gate electrode, and the peripheral gate electrode; Forming a second insulating film covering the gate electrode and the surface of the semiconductor substrate;
Removing the second insulating film covering the upper surface of the first insulating film of the cell gate electrode and forming a sidewall insulating film on the cell gate electrode with the remaining second insulating film;
Forming a third insulating film covering the cell gate electrode, the dummy gate electrode, the peripheral gate electrode, and the surface of the semiconductor substrate;
Removing the second insulating film and the third insulating film covering the upper surface of the first insulating film of the peripheral gate electrode, and forming a sidewall insulating film on the peripheral gate electrode with the remaining second insulating film and third insulating film;
Forming a cell gate electrode, a dummy gate electrode, a peripheral gate electrode, and a fourth insulating film covering the surface of the semiconductor substrate;
In a state where the height from the surface of the semiconductor substrate of the dummy gate electrode having the second insulating film formed on the upper surface is higher than that of the cell gate electrode and the peripheral gate electrode, the fourth insulating film is planarized by CMP. Exposing the first insulating films of the cell gate electrode, the dummy gate electrode, and the peripheral gate electrode.

上述した本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、セルゲート電極及び周辺ゲート電極にそれぞれ側壁絶縁膜を形成した後に、ダミーゲート電極の上面に形成された第2絶縁膜を除去することなく残すことができる。このため、CMP法によって第4絶縁膜を平坦化するときに、上面に第2絶縁膜が形成されたダミーゲート電極の、半導体基板の表面からの高さが、セルゲート電極及び周辺ゲート電極よりも高くされた状態で、メモリセル領域と周辺回路領域との間が研磨される。その結果、メモリセル領域と周辺回路領域との間に、CMP法によるディッシングが生じた場合であっても、ダミーゲート電極の上面の第2絶縁膜がストッパとして機能し、ダミーゲート電極の第1絶縁膜が消失することや、セルゲート電極及び周辺ゲート電極の第1絶縁膜が取り除かれ過ぎることが防止される。したがって、セルゲート電極の第1絶縁膜の厚みを十分に確保される。   According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention described above, after the sidewall insulating films are formed on the cell gate electrode and the peripheral gate electrode, the second insulating film formed on the upper surface of the dummy gate electrode is left without being removed. be able to. For this reason, when the fourth insulating film is planarized by the CMP method, the height of the dummy gate electrode having the second insulating film formed on the upper surface from the surface of the semiconductor substrate is higher than that of the cell gate electrode and the peripheral gate electrode. In the raised state, the space between the memory cell region and the peripheral circuit region is polished. As a result, even when dishing by the CMP method occurs between the memory cell region and the peripheral circuit region, the second insulating film on the upper surface of the dummy gate electrode functions as a stopper, and the first of the dummy gate electrode It is prevented that the insulating film disappears and the first insulating films of the cell gate electrode and the peripheral gate electrode are not removed excessively. Therefore, a sufficient thickness of the first insulating film of the cell gate electrode is ensured.

なお、本発明において、メモリセル領域は、不揮発性メモリを含む領域を指している。また、本発明において、周辺回路領域は、不揮発性メモリの周辺回路を含む領域を指している。   In the present invention, the memory cell area refers to an area including a nonvolatile memory. In the present invention, the peripheral circuit region indicates a region including the peripheral circuit of the nonvolatile memory.

本発明によれば、CMP法によって層間絶縁膜を平坦化したときに、ダミーゲート電極の上端部の絶縁膜が消失するのを防ぐと共に、セルゲート電極の上端部に形成された絶縁膜の厚みが薄くなるのを防ぐことができる。したがって、本発明は、セルゲート電極の上端部の絶縁膜の厚み十分に確保することができる。   According to the present invention, when the interlayer insulating film is planarized by the CMP method, the insulating film at the upper end portion of the dummy gate electrode is prevented from disappearing and the thickness of the insulating film formed at the upper end portion of the cell gate electrode is reduced. It can prevent thinning. Therefore, the present invention can secure a sufficient thickness of the insulating film at the upper end of the cell gate electrode.

本発明に関連する半導体装置の製造工程において、周辺ゲート電極が第1レジスト膜によって覆われた状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a peripheral gate electrode is covered with a first resist film in a manufacturing process of a semiconductor device related to the present invention. 本発明に関連する半導体装置の製造工程において、セルゲート電極及びダミーゲート電極が第2レジストによって覆われた状態を示す断面図である。In the manufacturing process of the semiconductor device relevant to this invention, it is sectional drawing which shows the state in which the cell gate electrode and the dummy gate electrode were covered with the 2nd resist. 本発明に関連する半導体装置の製造工程において、セルゲート電極、ダミーゲート電極、及び周辺ゲート電極にサイドウォールスペーサが形成された状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which sidewall spacers are formed on a cell gate electrode, a dummy gate electrode, and a peripheral gate electrode in a manufacturing process of a semiconductor device related to the present invention. 本発明に関連する半導体装置の製造工程において、ダミーゲート電極と周辺ゲート電極とに跨ってディッシングが生じた状態を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which dishing occurs across a dummy gate electrode and a peripheral gate electrode in a manufacturing process of a semiconductor device related to the present invention. 第1の実施形態の半導体装置の製造工程において、周辺ゲート電極が第1レジスト膜によって覆われた状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state where a peripheral gate electrode is covered with a first resist film in the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の製造工程において、セルゲート電極にサイドウォールスペーサが形成された状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a sidewall spacer is formed on a cell gate electrode in the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の製造工程において、セルゲート電極及びダミーゲート電極が第2レジストによって覆われた状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state where a cell gate electrode and a dummy gate electrode are covered with a second resist in the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の製造工程において、周辺ゲート電極にサイドウォールスペーサが形成された状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state where sidewall spacers are formed on a peripheral gate electrode in the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の製造工程において、セルゲート電極、ダミーゲート電極、及び周辺ゲート電極がBPSG膜によって覆われた状態を示す断面図である。5 is a cross-sectional view showing a state in which a cell gate electrode, a dummy gate electrode, and a peripheral gate electrode are covered with a BPSG film in the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment. FIG. 第1の実施形態の半導体装置の製造工程において、BPSG膜が平坦化された状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a BPSG film is planarized in the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment. 第2の実施形態の半導体装置の製造工程において、コンタクトホールの内部にリンドープシリコン膜が埋め込まれた状態を示す断面図である。In the manufacturing process of the semiconductor device of 2nd Embodiment, it is sectional drawing which shows the state by which the phosphorus dope silicon film was embedded inside the contact hole. 第2の実施形態の半導体装置の製造工程において、BPSG膜が平坦化された状態を示す断面図である。In the manufacturing process of the semiconductor device of 2nd Embodiment, it is sectional drawing which shows the state by which the BPSG film | membrane was planarized.

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図5に示すように、本実施形態の半導体装置の製造方法は、複数のセルゲート電極(5)が配列されたメモリセル領域(A1)と、複数の周辺ゲート電極(7)を有する周辺回路領域(A2)とを備え、メモリセル領域(A1)が、メモリセル領域(A1)の端部に配置されたセルゲート電極(5)と周辺ゲート電極(7)との間に配置されたダミーゲート電極(6)を有し、各セルゲート電極(5)、ダミーゲート電極(6)、及び各周辺ゲート電極(7)の各上端部にそれぞれ第1絶縁膜(マスク窒化膜13)が形成された半導体基板(3)を用意する工程を有している。   As shown in FIG. 5, the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment includes a memory cell region (A1) in which a plurality of cell gate electrodes (5) are arranged, and a peripheral circuit region having a plurality of peripheral gate electrodes (7). (A2), and the memory cell region (A1) is a dummy gate electrode disposed between the cell gate electrode (5) disposed at the end of the memory cell region (A1) and the peripheral gate electrode (7). (6), and a first insulating film (mask nitride film 13) is formed on each cell gate electrode (5), dummy gate electrode (6), and each upper end of each peripheral gate electrode (7). A step of preparing a substrate (3).

また、半導体装置の製造方法は、各セルゲート電極(5)、ダミーゲート電極(6)、各周辺ゲート電極(7)及び半導体基板(1)の表面に亘って覆う第2絶縁膜(SW窒化膜15)を形成する工程と、各周辺ゲート電極(7)とダミーゲート電極(6)とに亘って第2絶縁膜(SW窒化膜15)を覆う第1レジスト膜(16)を形成する工程と、第1レジスト膜(16)をマスクとして用いてエッチングを行い、各セルゲート電極(5)の第1絶縁膜(マスク窒化膜13)の上面を覆う第2絶縁膜(SW窒化膜15)を除去し、残る第2絶縁膜(SW窒化膜15)によって各セルゲート電極(5)に側壁絶縁膜(サイドウォールスペーサ17)を形成する工程と、半導体基板(3)から第1レジスト膜(16)を除去する工程と、を有している。   In addition, the method for manufacturing the semiconductor device includes a second insulating film (SW nitride film) covering the surface of each cell gate electrode (5), dummy gate electrode (6), each peripheral gate electrode (7), and the semiconductor substrate (1). 15), a step of forming a first resist film (16) covering the second insulating film (SW nitride film 15) across each peripheral gate electrode (7) and dummy gate electrode (6), Etching is performed using the first resist film (16) as a mask to remove the second insulating film (SW nitride film 15) covering the upper surface of the first insulating film (mask nitride film 13) of each cell gate electrode (5). Then, a step of forming a sidewall insulating film (sidewall spacer 17) on each cell gate electrode (5) with the remaining second insulating film (SW nitride film 15), and a first resist film (16) from the semiconductor substrate (3). And a step of removing There.

また、半導体装置の製造方法は、各セルゲート電極(5)、ダミーゲート電極(6)、各周辺ゲート電極(7)及び半導体基板(3)の表面に亘って覆う第3絶縁膜(SW酸化膜18)を形成する工程と、各セルゲート電極(5)とダミーゲート電極(6)とに亘って第3絶縁膜(SW酸化膜18)を覆う第2レジスト膜(19)を形成する工程と、第2レジスト膜(19)をマスクとして用いてエッチングを行い、各周辺ゲート電極(7)の第1絶縁膜(マスク窒化膜13)の上面を覆う第2絶縁膜(SW窒化膜15)及び第3絶縁膜(SW酸化膜18)を除去し、残る第2絶縁膜(SW窒化膜15)及び第3絶縁膜(SW酸化膜18)によって各周辺ゲート電極(7)に側壁絶縁膜(サイドウォールスペーサ20)を形成する工程と、半導体基板(3)から第2レジスト膜(19)を除去する工程と、を有している。   In addition, the method for manufacturing the semiconductor device includes a third insulating film (SW oxide film) covering the surface of each cell gate electrode (5), dummy gate electrode (6), each peripheral gate electrode (7), and the semiconductor substrate (3). 18), a step of forming a second resist film (19) covering the third insulating film (SW oxide film 18) across each cell gate electrode (5) and dummy gate electrode (6), Etching is performed using the second resist film (19) as a mask, and a second insulating film (SW nitride film 15) covering the upper surface of the first insulating film (mask nitride film 13) of each peripheral gate electrode (7) and the first The third insulating film (SW oxide film 18) is removed, and the peripheral insulating film (sidewall) is formed on each peripheral gate electrode (7) by the remaining second insulating film (SW nitride film 15) and third insulating film (SW oxide film 18). Forming a spacer 20), and half From the body substrate (3) has a step of removing the second resist layer (19), the.

また、半導体装置の製造方法は、各セルゲート電極(5)、ダミーゲート電極(6)、各周辺ゲート電極(7)及び半導体基板(3)の表面に亘って覆う第4絶縁膜(BPSG膜21)を形成する工程と、ダミーゲート電極(6)の上面に形成された第2絶縁膜(SW窒化膜15)をストッパとして用いて、CMP法によって第4絶縁膜(BPSG膜21)を平坦化し、各セルゲート電極(5)、ダミーゲート電極(6)、及び各周辺ゲート電極(7)の各第1絶縁膜(マスク窒化膜13)をそれぞれ露出させる工程と、を有している。   In addition, the semiconductor device manufacturing method includes the fourth insulating film (BPSG film 21) covering the surface of each cell gate electrode (5), dummy gate electrode (6), each peripheral gate electrode (7), and the semiconductor substrate (3). ), And the second insulating film (SW nitride film 15) formed on the upper surface of the dummy gate electrode (6) as a stopper, and the fourth insulating film (BPSG film 21) is planarized by CMP. And exposing each first insulating film (mask nitride film 13) of each cell gate electrode (5), dummy gate electrode (6), and each peripheral gate electrode (7).

(第1の実施形態)
図5〜図10は、第1の実施形態を説明するための断面図である。図5に示すように、半導体基板3の表面には、メモリセル領域A1と、周辺回路領域A2とが、素子分離領域4によって区画されて形成されている。
(First embodiment)
5 to 10 are cross-sectional views for explaining the first embodiment. As shown in FIG. 5, on the surface of the semiconductor substrate 3, a memory cell region A <b> 1 and a peripheral circuit region A <b> 2 are partitioned and formed by an element isolation region 4.

メモリセル領域A1には、メモリセルトランジスタを構成する複数のセルゲート電極5が配列されてメモリセルアレイが形成されている。メモリセルトランジスタは、ゲート長が比較的細いセルゲート電極5が、微細なピッチで繰り返し配列されることでメモリセルアレイが構成されている。メモリセル領域A1には、メモリセルアレイにおいて配列された複数のセルゲート電極5の端部に、ダミーゲート電極6が形成されている。   In the memory cell region A1, a plurality of cell gate electrodes 5 constituting a memory cell transistor are arranged to form a memory cell array. In the memory cell transistor, a memory cell array is configured by repetitively arranging cell gate electrodes 5 having relatively small gate lengths at a fine pitch. In the memory cell region A1, dummy gate electrodes 6 are formed at end portions of the plurality of cell gate electrodes 5 arranged in the memory cell array.

また、ダミーゲート電極6を間に挟んで、複数のセルゲート電極5が配列されるメモリセル領域A1の反対側に位置する周辺回路領域A2には、周辺トランジスタを構成する複数の周辺ゲート電極7が形成されている。なお、便宜上、図5では1つの周辺ゲート電極7だけを示す。したがって、ダミーゲート電極6は、メモリセル領域のセルゲート電極と、周辺回路領域A2の周辺ゲート電極7との間に配置されている。   In the peripheral circuit region A2 located on the opposite side of the memory cell region A1 where the plurality of cell gate electrodes 5 are arranged with the dummy gate electrode 6 interposed therebetween, a plurality of peripheral gate electrodes 7 constituting the peripheral transistor are provided. Is formed. For convenience, only one peripheral gate electrode 7 is shown in FIG. Therefore, the dummy gate electrode 6 is disposed between the cell gate electrode in the memory cell region and the peripheral gate electrode 7 in the peripheral circuit region A2.

半導体基板3上には、厚さが5nmであるゲート絶縁膜、厚さが70nmである多結晶シリコン膜11、厚さが10nmであるバリアメタル膜、厚さが60nmであるタングステン膜12、及び、厚さが70nmである第1シリコン窒化膜(第1絶縁膜)としてのマスク窒化膜13が、この順序で積層されて形成されている。なお、図5においては、ゲート絶縁膜及びバリアメタル膜は、膜厚が比較的薄いので、便宜上、図示を省略する。   On the semiconductor substrate 3, a gate insulating film having a thickness of 5 nm, a polycrystalline silicon film 11 having a thickness of 70 nm, a barrier metal film having a thickness of 10 nm, a tungsten film 12 having a thickness of 60 nm, and A mask nitride film 13 as a first silicon nitride film (first insulating film) having a thickness of 70 nm is laminated and formed in this order. In FIG. 5, the gate insulating film and the barrier metal film are relatively thin, and are not shown for convenience.

多結晶シリコン膜11、バリアメタル膜、タングステン膜12、マスク窒化膜13をそれぞれパターニングすることで、マスク窒化膜13が上端部に設けられた各ゲート電極5,6,7がそれぞれ形成される。   By patterning the polycrystalline silicon film 11, the barrier metal film, the tungsten film 12, and the mask nitride film 13, the gate electrodes 5, 6, and 7 having the mask nitride film 13 provided at the upper end are formed.

メモリセルトランジスタの拡散層領域にLDD(Lightly Doped Drain)拡散層形成用のリン注入を行う。このとき、エネルギーは10KeVで、ドーズ量を1.5×1013atoms/cm2の条件でリンを注入する。   Phosphorous implantation for forming an LDD (Lightly Doped Drain) diffusion layer is performed in the diffusion layer region of the memory cell transistor. At this time, the energy is 10 KeV, and phosphorus is implanted under the condition that the dose is 1.5 × 10 13 atoms / cm 2.

続いて、周辺トランジスタの拡散層領域にLDD拡散層形成用のリン注入を行う。このとき、エネルギーは10KeVで、ドーズ量を2×1013atoms/cm2の条件でリンを注入する。   Subsequently, phosphorus for forming the LDD diffusion layer is implanted into the diffusion layer region of the peripheral transistor. At this time, energy is 10 KeV, and phosphorus is implanted under the condition of a dose amount of 2 × 10 13 atoms / cm 2.

パターニングした各ゲート電極5,6,7を含む半導体基板3上の全面に、厚さが10nm〜50nmの範囲で、第2シリコン窒化膜としてのサイドウォール窒化膜15(以下、SW窒化膜15と呼ぶ)を、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって形成する。本実施形態では、SW窒化膜15の膜厚を30nmに設定した。   On the entire surface of the semiconductor substrate 3 including the patterned gate electrodes 5, 6, and 7, a sidewall nitride film 15 (hereinafter referred to as SW nitride film 15) as a second silicon nitride film is formed in a thickness range of 10 nm to 50 nm. Is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. In the present embodiment, the thickness of the SW nitride film 15 is set to 30 nm.

そして、半導体基板3上の全面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によって、図5に示すように、メモリセル領域A1のセルゲート電極5の表面を露出させると共に、ダミーゲート電極6の表面、周辺回路領域A2の周辺ゲート電極7の表面を覆う第1レジスト膜16を形成する。   Then, a resist is applied to the entire surface of the semiconductor substrate 3, and the surface of the cell gate electrode 5 in the memory cell region A1 is exposed and the surface of the dummy gate electrode 6 and peripheral circuits are exposed by photolithography as shown in FIG. A first resist film 16 is formed to cover the surface of the peripheral gate electrode 7 in the region A2.

次に、図6に示すように、第1レジスト膜16をマスクとして用いて、フッ素ガスを含むプラズマを用いた異方性エッチングによって、SW窒化膜15をエッチバックする。これにより、セルゲート電極5の側壁に、残るSW窒化膜15からなるサイドウォールスペーサ17が形成され、半導体基板3の表面に開口部が開口される。これにより、ダミーゲート電極6の表面及び周辺ゲート電極7の表面にそれぞれ形成されたSW窒化膜15は除去されずに残る。続いて、マスクとして用いた第1レジスト膜16を、酸素アッシングによって半導体基板3から除去する。   Next, as shown in FIG. 6, the SW nitride film 15 is etched back by anisotropic etching using plasma containing fluorine gas using the first resist film 16 as a mask. As a result, a sidewall spacer 17 made of the remaining SW nitride film 15 is formed on the side wall of the cell gate electrode 5, and an opening is opened on the surface of the semiconductor substrate 3. As a result, the SW nitride film 15 formed on the surface of the dummy gate electrode 6 and the surface of the peripheral gate electrode 7 remains without being removed. Subsequently, the first resist film 16 used as a mask is removed from the semiconductor substrate 3 by oxygen ashing.

図7に示すように、半導体基板3上の全面に、第3シリコン酸化膜(第3絶縁膜)としてのサイドウォール酸化膜18(以下、SW酸化膜18と呼ぶ)をCVD法によって、厚さが10nm〜40nm程度に形成する。   As shown in FIG. 7, a sidewall oxide film 18 (hereinafter referred to as SW oxide film 18) as a third silicon oxide film (third insulating film) is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 3 by the CVD method. Is formed to be about 10 nm to 40 nm.

そして、半導体基板3の全面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によって、図7に示すように、周辺回路領域A2の周辺ゲート電極7の表面を露出させると共に、メモリセル領域A1の表面、すなわちメモリトランジスタのセルゲート電極5の表面、ダミーゲート電極6の表面を覆う第2レジスト膜19を形成する。   Then, a resist is applied to the entire surface of the semiconductor substrate 3, and the surface of the peripheral gate electrode 7 in the peripheral circuit region A2 is exposed and the surface of the memory cell region A1, that is, the memory, by photolithography, as shown in FIG. A second resist film 19 is formed to cover the surface of the cell gate electrode 5 of the transistor and the surface of the dummy gate electrode 6.

図8に示すように、第2レジスト膜19をマスクとして用いて、フッ素ガスを含むプラズマを用いた異方性エッチングによって、周辺ゲート電極7のSW酸化膜18をエッチバックする。引き続き、SW窒化膜15をエッチバックによって平坦化する。これにより、周辺回路領域A2の周辺ゲート電極7の側壁には、残るSW窒化膜15とSW酸化膜18との2層からなるサイドウォールスペーサ20が形成される。   As shown in FIG. 8, using the second resist film 19 as a mask, the SW oxide film 18 of the peripheral gate electrode 7 is etched back by anisotropic etching using plasma containing fluorine gas. Subsequently, the SW nitride film 15 is planarized by etch back. As a result, sidewall spacers 20 composed of the remaining SW nitride film 15 and SW oxide film 18 are formed on the sidewalls of the peripheral gate electrode 7 in the peripheral circuit region A2.

周辺回路領域A2の周辺トランジスタ7には、このSW窒化膜15とSW酸化膜18とからなるサイドウォールスペーサ20をマスクとして用いて、ソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入を行う。このとき、イオン種として砒素を用いて、エネルギーが20KeV、ドーズ量が2×1015atoms/cm2の条件で注入を行う。   The peripheral transistor 7 in the peripheral circuit region A2 is subjected to ion implantation for forming a source / drain region using the sidewall spacer 20 formed of the SW nitride film 15 and the SW oxide film 18 as a mask. At this time, arsenic is used as an ion species, and implantation is performed under the conditions of an energy of 20 KeV and a dose of 2 × 10 15 atoms / cm 2.

この一連の工程を経ることにより、セルゲート電極5の上端部、及び周辺ゲート電極7の上端部のSW窒化膜15が除去され、ダミーゲート電極6の上端部のみにSW窒化膜を残存させることができる。したがって、半導体基板3の表面からの高さに関して、セルゲート電極5と周辺ゲート電極7とが互いにほぼ同じ高さとなり、ダミーゲート電極6の高さが、セルゲート電極5及び周辺ゲート電極7の高さよりも、SW窒化膜15の膜厚分だけ高くなるように形成される。   Through this series of steps, the SW nitride film 15 at the upper end of the cell gate electrode 5 and the upper end of the peripheral gate electrode 7 is removed, and the SW nitride film remains only at the upper end of the dummy gate electrode 6. it can. Therefore, with respect to the height from the surface of the semiconductor substrate 3, the cell gate electrode 5 and the peripheral gate electrode 7 are substantially the same height, and the height of the dummy gate electrode 6 is higher than the height of the cell gate electrode 5 and the peripheral gate electrode 7. Also, it is formed to be higher by the film thickness of the SW nitride film 15.

図9に示すように、マスクとして用いた第2レジスト膜19を、半導体基板3から除去する。なお、図9以降においても、メモリセル領域A1の全面を覆って形成されたSW酸化膜18が残存しているが、SW酸化膜18とBPSG膜21とが同質の絶縁膜であるので、SW酸化膜18の図示を省略する。続いて、半導体基板3上の全面に、第4絶縁膜としての層間絶縁膜を構成するBPSG膜21を成膜する。   As shown in FIG. 9, the second resist film 19 used as a mask is removed from the semiconductor substrate 3. In FIG. 9 and subsequent figures, the SW oxide film 18 formed so as to cover the entire surface of the memory cell region A1 remains, but the SW oxide film 18 and the BPSG film 21 are insulating films of the same quality. The illustration of the oxide film 18 is omitted. Subsequently, a BPSG film 21 constituting an interlayer insulating film as a fourth insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 3.

図10に示すように、CMP工程においてBPSG膜21を研磨することで平坦化すると共に、セルゲート電極5、ダミーゲート電極6、周辺ゲート電極7の各上端部のマスク窒化膜をそれぞれ平坦化する。研磨は、マスク窒化膜13に対して選択比がとれる条件を用いてBPSG膜を研磨する。そして、セルゲート電極5、ダミーゲート電極6、周辺ゲート電極7の各上端部に形成されたマスク窒化膜13の上面を露出させ、このマスク窒化膜13が露出した位置で研磨を停止する。このようにしてBPSG膜21を平坦化することにより、半導体装置としての半導体チップ内で層間絶縁膜に生じる高さのばらつきを抑制し、各ゲート電極5,6,7の高さを均一にすることができる。   As shown in FIG. 10, the BPSG film 21 is planarized by polishing in the CMP process, and the mask nitride films at the upper ends of the cell gate electrode 5, the dummy gate electrode 6, and the peripheral gate electrode 7 are planarized. In the polishing, the BPSG film is polished using a condition that allows a selectivity to the mask nitride film 13. Then, the upper surfaces of the mask nitride films 13 formed at the upper ends of the cell gate electrode 5, the dummy gate electrode 6, and the peripheral gate electrode 7 are exposed, and polishing is stopped at the position where the mask nitride film 13 is exposed. By flattening the BPSG film 21 in this manner, variation in height generated in the interlayer insulating film in the semiconductor chip as the semiconductor device is suppressed, and the heights of the gate electrodes 5, 6 and 7 are made uniform. be able to.

その結果、その後工程で行われるセルコンタクトの形成時のエッチングの抜け性(異方性エッチングによるコンタクトホールの抜け性が改善され、コンタクトホールの貫通不良が生じるのを防ぐことができる、エッチングによる半導体基板3の掘れ(エッチングの進行状態)のばらつきを低減できる等の利点がある。   As a result, etching detachability at the time of cell contact formation performed in the subsequent process (contact hole detachability by anisotropic etching is improved, and contact hole penetration failure can be prevented from occurring) There is an advantage that variation in excavation (etching progress state) of the substrate 3 can be reduced.

CMP加工の研磨には、例えばシリカ系スラリなどが用いられる。この研磨工程において、半導体基板3の表面からの高さが最も高いダミーゲート電極6の上端部に形成されたSW窒化膜15の上面が最も先に露出する。その後、ダミーゲート電極6の上端部に形成されたSW窒化膜15が除去されるのに伴って、周辺ゲート電極7の上端部に形成されたマスク窒化膜13の上面が露出する。   For polishing in the CMP process, for example, a silica-based slurry is used. In this polishing step, the upper surface of the SW nitride film 15 formed at the upper end portion of the dummy gate electrode 6 having the highest height from the surface of the semiconductor substrate 3 is exposed first. Thereafter, as the SW nitride film 15 formed on the upper end portion of the dummy gate electrode 6 is removed, the upper surface of the mask nitride film 13 formed on the upper end portion of the peripheral gate electrode 7 is exposed.

研磨が比較的進行し易いメモリセルアレイのセルゲート電極5が配列された方向の端部には、ダミーゲート電極6を配置すると共に、このダミーゲート電極6の上端部に形成されたSW窒化膜15の厚さ分だけ高く、ダミーゲート電極6を形成する。これによって、CMP工程において研磨時にSW窒化膜がストッパとして機能するので、メモリセルトランジスタアレイ内のメモリセルトランジスタのマスク窒化膜13が研磨で削られ過ぎることが防止される。   A dummy gate electrode 6 is disposed at the end in the direction in which the cell gate electrodes 5 of the memory cell array in which the polishing is relatively easy to proceed, and the SW nitride film 15 formed on the upper end of the dummy gate electrode 6 is arranged. The dummy gate electrode 6 is formed higher by the thickness. Thus, since the SW nitride film functions as a stopper during polishing in the CMP process, the mask nitride film 13 of the memory cell transistor in the memory cell transistor array is prevented from being excessively shaved by polishing.

すなわち、本実施形態の半導体装置の製造方法は、上面にSW窒化膜15が形成されたダミーゲート電極6の高さが、セルゲート電極5及び周辺ゲート電極7よりも高くされた状態で、CMP工程によってBPSG膜21を平坦化し、セルゲート電極5、ダミーゲート電極6、及び周辺ゲート電極7の各マスク窒化膜13をそれぞれ露出させる工程を有する。   That is, in the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, the CMP process is performed in a state where the height of the dummy gate electrode 6 having the SW nitride film 15 formed on the upper surface is higher than that of the cell gate electrode 5 and the peripheral gate electrode 7. To flatten the BPSG film 21 and expose the mask nitride films 13 of the cell gate electrode 5, the dummy gate electrode 6 and the peripheral gate electrode 7, respectively.

したがって、本実施形態によれば、CMP工程において、ダミーゲート電極の上端部のマスク窒化膜13が消失するのを防ぐと共に、セルゲート電極の上端部に形成されたマスク窒化膜13の厚みが薄くなるのを防ぐことができる。したがって、セルゲート電極の上端部のマスク窒化膜13の厚み十分に確保することができる。   Therefore, according to the present embodiment, the mask nitride film 13 at the upper end portion of the dummy gate electrode is prevented from disappearing in the CMP process, and the thickness of the mask nitride film 13 formed at the upper end portion of the cell gate electrode is reduced. Can be prevented. Therefore, a sufficient thickness of the mask nitride film 13 at the upper end portion of the cell gate electrode can be ensured.

加えて、ダミーゲート電極6の、マスク窒化膜13の直下に形成されたタングステン膜12が露出することを防止することができ、ダミーゲート電極6のタングステン膜12の消失や、CMP工程においてタングステン膜12の飛散による汚染などが発生するのを防止することができる。   In addition, the tungsten film 12 formed immediately below the mask nitride film 13 of the dummy gate electrode 6 can be prevented from being exposed, and the disappearance of the tungsten film 12 of the dummy gate electrode 6 and the tungsten film in the CMP process can be prevented. It is possible to prevent contamination due to the scattering of 12 or the like.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について図面を参照して説明する。第2の実施形態は、上述した第1の実施形態の製造方法に、セルコンタクトを形成する工程が追加されている点だけが異なっているので、図9に示した工程以降の工程についてのみ説明する。なお、第2の実施形態において、第1の実施形態と同一の部材には、同一符号を付して説明を省略する。図11及び図12は、第2の実施形態を説明するための断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to the drawings. The second embodiment is different from the manufacturing method of the first embodiment described above only in that a step of forming a cell contact is added, so only the steps after the step shown in FIG. 9 will be described. To do. Note that in the second embodiment, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. 11 and 12 are cross-sectional views for explaining the second embodiment.

第2の実施形態では、図9に示した工程の後、メモリセルトランジスタにおいて隣接するセルゲート電極5の間に、図11に示すように、半導体基板3の表面に到達するコンタクトホール23を形成する。コンタクトホール23の内部では、マスク窒化膜13に対して選択比がとれる条件を用いてBPSG膜をエッチングして、セルゲート電極5の間の拡散層を開口する。   In the second embodiment, after the step shown in FIG. 9, a contact hole 23 reaching the surface of the semiconductor substrate 3 is formed between adjacent cell gate electrodes 5 in the memory cell transistor, as shown in FIG. . Inside the contact hole 23, the BPSG film is etched using a condition that allows a selection ratio with respect to the mask nitride film 13 to open a diffusion layer between the cell gate electrodes 5.

図11に示すように、リンドープシリコン膜24をコンタクトホールの内部に埋め込むと共に、リンドープシリコン膜24をBPSG膜21の上に亘って形成する。   As shown in FIG. 11, the phosphorous doped silicon film 24 is embedded in the contact hole, and the phosphorous doped silicon film 24 is formed over the BPSG film 21.

つぎに、CMP工程においてリンドープシリコン膜24を研磨し、BPSG膜21の上を覆うリンドープシリコン膜24を除去することで、BPSG膜21の表面を露出させる。さらに引き続き、BPSG膜21と、コンタクトホール24の内部のリンドープシリコン膜24を研磨する。BPSG膜21を、CMP工程において研磨することによって、各ゲート電極5,6,7の上層間膜を平坦化させる。CMP工程における研磨では、マスク窒化膜13に対して選択比がとれる条件を用いて研磨する。   Next, the surface of the BPSG film 21 is exposed by polishing the phosphorus-doped silicon film 24 and removing the phosphorus-doped silicon film 24 covering the BPSG film 21 in a CMP process. Subsequently, the BPSG film 21 and the phosphorus-doped silicon film 24 inside the contact hole 24 are polished. By polishing the BPSG film 21 in the CMP process, the upper interlayer film of each gate electrode 5, 6, 7 is planarized. In the polishing in the CMP process, the polishing is performed using conditions that allow the mask nitride film 13 to have a selectivity.

そして、上述した第1の実施形態と同様に、セルゲート電極5、ダミーゲート電極6、及び周辺ゲート電極7の各上端部にそれぞれ形成されたマスク窒化膜13の上面を露出させ、図12に示すように、各マスク窒化膜13が露出した位置で、BPSG膜21の研磨を停止する。このようにしてBPSG膜21を平坦化することによって、半導体チップ内において層間絶縁膜の高さにばらつきが生じるのを抑制し、各ゲート電極5,6,7の高さを均一に形成することができる。   Then, similarly to the first embodiment described above, the upper surfaces of the mask nitride films 13 formed on the upper ends of the cell gate electrode 5, the dummy gate electrode 6 and the peripheral gate electrode 7 are exposed, as shown in FIG. Thus, the polishing of the BPSG film 21 is stopped at the position where each mask nitride film 13 is exposed. By flattening the BPSG film 21 in this way, variations in the height of the interlayer insulating film in the semiconductor chip are suppressed, and the heights of the gate electrodes 5, 6, and 7 are formed uniformly. Can do.

このCMP工程においても第1の実施形態と同様に、セルゲート電極5、ダミーゲート電極6、及び周辺ゲート電極7のうちで、半導体基板1の表面からの高さが最も高いダミートランジスタのゲートゲート電極6の上端部に形成されたSW窒化膜15の上面が最も先に露出する。その後、周辺トランジスタの周辺ゲート電極7上のマスク窒化膜13の上面が露出する。   Also in this CMP process, the gate gate electrode of the dummy transistor having the highest height from the surface of the semiconductor substrate 1 among the cell gate electrode 5, the dummy gate electrode 6, and the peripheral gate electrode 7, as in the first embodiment. 6 is exposed most first. Thereafter, the upper surface of the mask nitride film 13 on the peripheral gate electrode 7 of the peripheral transistor is exposed.

研磨が比較的進行しやすいメモリセルアレイを構成する複数のセルゲート電極5が配列された部分の端部には、ダミートランジスタのダミーゲート電極6が配置されている。そして、ダミーゲート電極6の上端部に形成されたSW窒化膜15を残しておくことで、ダミーゲート電極6の高さが、セルゲート電極5及び周辺ゲート電極7の高さよりも、SW窒化膜15の厚さ分だけ高く形成される。これによって、ダミーゲート電極6の上端部のSW窒化膜15が、CMP工程において研磨加工のストッパとして機能する。このため、メモリセルトランジスタアレイ内に配置された各セルゲート電極5に形成されたマスク窒化膜13が研磨によって削られ過ぎることが防止される。   A dummy gate electrode 6 of a dummy transistor is disposed at an end of a portion where a plurality of cell gate electrodes 5 constituting a memory cell array in which polishing is relatively easy to proceed. Then, by leaving the SW nitride film 15 formed on the upper end portion of the dummy gate electrode 6, the height of the dummy gate electrode 6 is higher than the height of the cell gate electrode 5 and the peripheral gate electrode 7. It is formed higher by the thickness of. As a result, the SW nitride film 15 at the upper end of the dummy gate electrode 6 functions as a polishing stopper in the CMP process. Therefore, the mask nitride film 13 formed on each cell gate electrode 5 arranged in the memory cell transistor array is prevented from being excessively shaved by polishing.

なお、CMP工程における研磨加工では、例えばシリカ系スラリなどが用いられる。   In the polishing process in the CMP process, for example, silica-based slurry is used.

本実施形態によれば、微細なセルゲート電極5の間にコンタクトプラグを形成すると共に、BPSG膜21からなる層間絶縁膜の平坦化を行うことができる。つまり、本実施形態では、メモリセルコンタクトのコンタクトプラグを形成するためにリンドープシリコン膜24を研磨するCMP工程が、セルゲート電極5、ダミーゲート電極6、及び周辺ゲート電極7の上層に位置する層間絶縁膜であるBPSG膜21を平坦化するCMP工程を兼ねることができ、製造コストの低減を図ることができる。   According to the present embodiment, it is possible to form a contact plug between the fine cell gate electrodes 5 and planarize the interlayer insulating film made of the BPSG film 21. That is, in this embodiment, the CMP process for polishing the phosphorus-doped silicon film 24 to form a contact plug for the memory cell contact is performed between the layers located above the cell gate electrode 5, the dummy gate electrode 6, and the peripheral gate electrode 7. A CMP process for planarizing the BPSG film 21 which is an insulating film can also be performed, and the manufacturing cost can be reduced.

A1 メモリセル領域
A2 周辺回路領域
3 半導体基板
5 セルゲート電極
6 周辺ゲート電極
7 ダミーゲート電極
13 マスク窒化膜(第1絶縁膜、第1シリコン窒化膜)
15 SW窒化膜(第2絶縁膜、第2シリコン窒化膜)
16 第1レジスト膜
17、20 サイドウォールスペーサ(側壁絶縁膜)
18 SW酸化膜(第3絶縁膜)
19 第2レジスト膜
21 BPSG膜(第4絶縁膜)
A1 Memory cell region A2 Peripheral circuit region 3 Semiconductor substrate 5 Cell gate electrode 6 Peripheral gate electrode 7 Dummy gate electrode 13 Mask nitride film (first insulating film, first silicon nitride film)
15 SW nitride film (second insulating film, second silicon nitride film)
16 First resist film 17, 20 Side wall spacer (side wall insulating film)
18 SW oxide film (third insulating film)
19 Second resist film 21 BPSG film (fourth insulating film)

Claims (7)

セルゲート電極を有するメモリセル領域と、周辺ゲート電極を有する周辺回路領域とを備え、前記メモリセル領域が、前記セルゲート電極と前記周辺ゲート電極との間に配置されたダミーゲート電極を有し、前記セルゲート電極、前記ダミーゲート電極及び前記周辺ゲート電極、の各上端部にそれぞれ第1絶縁膜が形成された半導体基板を用いて、前記セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、前記周辺ゲート電極及び前記半導体基板の表面に亘って覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
前記セルゲート電極の前記第1絶縁膜の上面を覆う前記第2絶縁膜を除去し、残る前記第2絶縁膜によって前記セルゲート電極に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、前記周辺ゲート電極及び前記半導体基板の表面に亘って覆う第3絶縁膜を形成する工程と、
前記周辺ゲート電極の前記第1絶縁膜の上面を覆う前記第2絶縁膜及び前記第3絶縁膜を除去し、残る前記第2絶縁膜及び前記第3絶縁膜によって前記周辺ゲート電極に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、前記周辺ゲート電極及び前記半導体基板の表面に亘って覆う第4絶縁膜を形成する工程と、
上面に前記第2絶縁膜が形成された前記ダミーゲート電極の、前記半導体基板の表面からの高さが、前記セルゲート電極及び前記周辺ゲート電極よりも高くされた状態で、CMP法によって前記第4絶縁膜を平坦化し、前記セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、及び前記周辺ゲート電極の前記各第1絶縁膜をそれぞれ露出させる工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
A memory cell region having a cell gate electrode and a peripheral circuit region having a peripheral gate electrode, wherein the memory cell region has a dummy gate electrode disposed between the cell gate electrode and the peripheral gate electrode, The cell gate electrode, the dummy gate electrode, the peripheral gate electrode, and the semiconductor substrate, wherein the first insulating film is formed on each upper end of the cell gate electrode, the dummy gate electrode, and the peripheral gate electrode. Forming a second insulating film covering the surface of
Removing the second insulating film covering the upper surface of the first insulating film of the cell gate electrode, and forming a sidewall insulating film on the cell gate electrode with the remaining second insulating film;
Forming a third insulating film covering the cell gate electrode, the dummy gate electrode, the peripheral gate electrode and the surface of the semiconductor substrate;
The second insulating film and the third insulating film that cover the upper surface of the first insulating film of the peripheral gate electrode are removed, and a sidewall insulating film is formed on the peripheral gate electrode by the remaining second insulating film and the third insulating film. Forming a step;
Forming a fourth insulating film covering the cell gate electrode, the dummy gate electrode, the peripheral gate electrode and the surface of the semiconductor substrate;
The dummy gate electrode, on which the second insulating film is formed on the upper surface, is higher than the cell gate electrode and the peripheral gate electrode by a height from the surface of the semiconductor substrate. Planarizing an insulating film and exposing the first insulating films of the cell gate electrode, the dummy gate electrode, and the peripheral gate electrode, respectively;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
複数のセルゲート電極が配列されたメモリセル領域と、複数の周辺ゲート電極を有する周辺回路領域とを備え、前記メモリセル領域が、前記メモリセル領域の端部に配置された前記セルゲート電極と前記周辺ゲート電極との間に配置されたダミーゲート電極を有し、前記各セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、及び前記各周辺ゲート電極の各上端部にそれぞれ第1絶縁膜が形成された半導体基板を用意する工程と、
前記各セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、前記各周辺ゲート電極、及び前記半導体基板の表面に亘って覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
前記各周辺ゲート電極と前記ダミーゲート電極とに亘って前記第2絶縁膜を覆う第1レジスト膜を形成する工程と、
前記第1レジスト膜をマスクとして用いてエッチングを行い、前記各セルゲート電極の前記第1絶縁膜の上面を覆う前記第2絶縁膜を除去し、残る前記第2絶縁膜によって前記各セルゲート電極に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板から前記第1レジスト膜を除去する工程と、
前記各セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、前記各周辺ゲート電極及び前記半導体基板の表面に亘って覆う第3絶縁膜を形成する工程と、
前記各セルゲート電極と前記ダミーゲート電極とに亘って前記第3絶縁膜を覆う第2レジスト膜を形成する工程と、
前記第2レジスト膜をマスクとして用いてエッチングを行い、前記各周辺ゲート電極の前記第1絶縁膜の上面を覆う前記第2絶縁膜及び前記第3絶縁膜を除去し、残る前記第2絶縁膜及び前記第3絶縁膜によって前記各周辺ゲート電極に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板から前記第2レジスト膜を除去する工程と、
前記各セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、前記各周辺ゲート電極及び前記半導体基板の表面に亘って覆う第4絶縁膜を形成する工程と、
前記ダミーゲート電極の上面に形成された前記第2絶縁膜をストッパとして用いてCMP法によって前記第4絶縁膜を平坦化し、前記各セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、及び前記各周辺ゲート電極の前記各第1絶縁膜をそれぞれ露出させる工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
A memory cell region in which a plurality of cell gate electrodes are arranged; and a peripheral circuit region having a plurality of peripheral gate electrodes, wherein the memory cell region is arranged at an end of the memory cell region and the peripheral A semiconductor substrate having a dummy gate electrode disposed between the gate electrode and a first insulating film formed on each cell gate electrode, the dummy gate electrode, and each peripheral gate electrode is prepared. And a process of
Forming a second insulating film covering each cell gate electrode, the dummy gate electrode, each peripheral gate electrode, and the surface of the semiconductor substrate;
Forming a first resist film covering the second insulating film over the peripheral gate electrodes and the dummy gate electrodes;
Etching is performed using the first resist film as a mask, the second insulating film covering the upper surface of the first insulating film of each cell gate electrode is removed, and a sidewall is formed on each cell gate electrode by the remaining second insulating film. Forming an insulating film;
Removing the first resist film from the semiconductor substrate;
Forming a third insulating film covering the cell gate electrodes, the dummy gate electrodes, the peripheral gate electrodes, and the surface of the semiconductor substrate;
Forming a second resist film covering the third insulating film across each cell gate electrode and the dummy gate electrode;
Etching is performed using the second resist film as a mask, the second insulating film and the third insulating film covering the upper surface of the first insulating film of each peripheral gate electrode are removed, and the remaining second insulating film And forming a sidewall insulating film on each peripheral gate electrode by the third insulating film;
Removing the second resist film from the semiconductor substrate;
Forming a fourth insulating film covering the cell gate electrodes, the dummy gate electrodes, the peripheral gate electrodes and the surface of the semiconductor substrate;
The fourth insulating film is planarized by CMP using the second insulating film formed on the upper surface of the dummy gate electrode as a stopper, and the cell gate electrode, the dummy gate electrode, and the peripheral gate electrode Exposing each of the first insulating films, and
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記第4絶縁膜を形成する工程と、前記各第1絶縁膜をそれぞれ露出させる工程との間において、
隣接する前記セルゲート電極の間に、前記第4絶縁膜を貫通して前記半導体基板の表面に達するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールの内部に充填すると共に前記第4絶縁膜を覆うように第5絶縁膜を形成する工程と、
を有する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
Between the step of forming the fourth insulating film and the step of exposing each of the first insulating films,
Forming a contact hole that penetrates the fourth insulating film and reaches the surface of the semiconductor substrate between the adjacent cell gate electrodes;
Forming a fifth insulating film so as to fill the inside of the contact hole and cover the fourth insulating film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, comprising:
複数のセルゲート電極が配列されたメモリセル領域と、複数の周辺ゲート電極を有する周辺回路領域とを備え、前記メモリセル領域が、前記メモリセル領域の端部に配置された前記セルゲート電極と前記周辺ゲート電極との間に配置されたダミーゲート電極を有し、前記各セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、及び前記各周辺ゲート電極の各上端部にそれぞれ第1シリコン窒化膜が形成された半導体基板を用意する工程と、
前記各セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、前記各周辺ゲート電極、及び前記半導体基板の表面に亘って覆う第2シリコン窒化膜を形成する工程と、
前記各周辺ゲート電極と前記ダミーゲート電極とに亘って前記第2シリコン窒化膜を覆う第1レジスト膜を形成する工程と、
前記第1レジスト膜をマスクとして用いて異方性エッチングを行い、前記各セルゲート電極の前記第1シリコン窒化膜の上面を覆う前記第2シリコン窒化膜を除去し、残る前記第2シリコン窒化膜によって前記各セルゲート電極に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板から前記第1レジスト膜を除去する工程と、
前記各セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、前記各周辺ゲート電極、及び前記半導体基板の表面に亘って覆うシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記各セルゲート電極と前記ダミーゲート電極とに亘って前記シリコン酸化膜を覆う第2レジスト膜を形成する工程と、
前記第2レジスト膜をマスクとして用いて異方性エッチングを行い、前記各周辺ゲート電極の前記第1シリコン窒化膜の上面を覆う前記第2シリコン窒化膜及び前記シリコン酸化膜を除去し、残る前記第2シリコン窒化膜及び前記シリコン酸化膜によって前記各周辺ゲート電極に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板から前記第2レジスト膜を除去する工程と、
前記各セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、前記各周辺ゲート電極、及び前記半導体基板の表面に亘って覆うBPSG膜を形成する工程と、
前記ダミーゲート電極の上面に形成された前記第2シリコン窒化膜をストッパとして用いてCMP法によって前記BPSG膜を平坦化し、前記各セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、及び前記各周辺ゲート電極の前記各第1シリコン窒化膜をそれぞれ露出させる工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
A memory cell region in which a plurality of cell gate electrodes are arranged; and a peripheral circuit region having a plurality of peripheral gate electrodes, wherein the memory cell region is arranged at an end of the memory cell region and the peripheral A semiconductor substrate having a dummy gate electrode disposed between the gate electrode and each cell gate electrode, the dummy gate electrode, and each peripheral gate electrode having a first silicon nitride film formed on each upper end thereof; A process to prepare;
Forming a second silicon nitride film covering the cell gate electrodes, the dummy gate electrodes, the peripheral gate electrodes, and the surface of the semiconductor substrate;
Forming a first resist film covering the second silicon nitride film over each peripheral gate electrode and the dummy gate electrode;
Anisotropic etching is performed using the first resist film as a mask, the second silicon nitride film covering the upper surface of the first silicon nitride film of each cell gate electrode is removed, and the remaining second silicon nitride film Forming a sidewall insulating film on each cell gate electrode;
Removing the first resist film from the semiconductor substrate;
Forming a silicon oxide film covering the cell gate electrodes, the dummy gate electrodes, the peripheral gate electrodes, and the surface of the semiconductor substrate;
Forming a second resist film covering the silicon oxide film across each cell gate electrode and the dummy gate electrode;
Anisotropic etching is performed using the second resist film as a mask to remove the second silicon nitride film and the silicon oxide film covering the upper surface of the first silicon nitride film of each peripheral gate electrode, and the remaining Forming a sidewall insulating film on each of the peripheral gate electrodes with a second silicon nitride film and the silicon oxide film;
Removing the second resist film from the semiconductor substrate;
Forming a BPSG film covering each cell gate electrode, the dummy gate electrode, each peripheral gate electrode, and the surface of the semiconductor substrate;
The BPSG film is planarized by CMP using the second silicon nitride film formed on the upper surface of the dummy gate electrode as a stopper, and the cell gate electrode, the dummy gate electrode, and the peripheral gate electrode Exposing each of the first silicon nitride films;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記BPSG膜を形成する工程と、前記各第1シリコン窒化膜をそれぞれ露出させる工程との間において、
隣接する前記セルゲート電極の間に、前記BPSG膜を貫通して前記半導体基板の表面に達するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールの内部に充填すると共に前記BPSG膜を覆うように多結晶シリコン膜を形成する工程と、
を有する請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
Between the step of forming the BPSG film and the step of exposing each of the first silicon nitride films,
Forming a contact hole that penetrates the BPSG film and reaches the surface of the semiconductor substrate between the adjacent cell gate electrodes;
Forming a polycrystalline silicon film so as to fill the contact hole and cover the BPSG film;
The manufacturing method of the semiconductor device of Claim 4 which has these.
前記多結晶シリコン膜は、リンドープシリコン膜である、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the polycrystalline silicon film is a phosphorus-doped silicon film. 複数のセルゲート電極が配列されたメモリセル領域と、周辺ゲート電極を有する周辺回路領域とを備え、前記メモリセル領域が、前記メモリセル領域の端部に配置された前記セルゲート電極と前記周辺ゲート電極との間に配置されたダミーゲート電極を有する半導体基板と、
前記セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、及び前記周辺ゲート電極の各上端部にそれぞれ形成された第1絶縁膜と、
前記セルゲート電極、前記ダミーゲート電極、及び前記周辺ゲート電極のうち、前記ダミーゲート電極だけの上面に設けられた、前記第1絶縁膜を覆う第2絶縁膜と、を備え、
前記ダミーゲート電極は、前記半導体基板の表面からの高さが、前記セルゲート電極及び前記周辺ゲート電極よりも高くされている、半導体装置。
A memory cell region in which a plurality of cell gate electrodes are arranged; and a peripheral circuit region having a peripheral gate electrode, wherein the memory cell region is disposed at an end of the memory cell region and the peripheral gate electrode A semiconductor substrate having a dummy gate electrode disposed between,
A first insulating film formed on each upper end of the cell gate electrode, the dummy gate electrode, and the peripheral gate electrode;
Of the cell gate electrode, the dummy gate electrode, and the peripheral gate electrode, provided on the upper surface of only the dummy gate electrode, and a second insulating film covering the first insulating film,
The dummy gate electrode is a semiconductor device, wherein a height from the surface of the semiconductor substrate is higher than that of the cell gate electrode and the peripheral gate electrode.
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