JP2014022381A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】接続対象物との間の接触面となるコンタクトプラグの上面の面積を大きく確保することが可能な半導体装置の製造方法および半導体装置を提供すること。
【解決手段】第1の導電膜9を形成する工程と、第1の導電膜9の上面上に形成される複数の保護膜12を形成する工程と、第2の方向D2に面する保護膜12の側壁を覆う第1の側壁保護膜14とを形成する工程と、複数の保護膜12および第1の側壁保護膜14から露出した部分の第1の導電膜9を除去することで、複数の配線15を形成する工程と、複数の配線15を形成した後、第1の側壁保護膜14を除去する工程と、第1の側壁保護膜14を除去した後、複数の配線15間および複数の保護膜12間を第2の導電膜で埋めてコンタクトプラグ22を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【選択図】図9A method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device capable of ensuring a large area of an upper surface of a contact plug serving as a contact surface with an object to be connected are provided.
A step of forming a first conductive film, a step of forming a plurality of protective films formed on an upper surface of the first conductive film, and a protective film facing in a second direction D2 Forming a first side wall protective film 14 covering the side walls of twelve, and removing the plurality of protective films 12 and the first conductive film 9 exposed from the first side wall protective film 14, thereby Forming the wiring 15, forming the plurality of wirings 15, removing the first sidewall protection film 14, removing the first sidewall protection film 14, and then connecting the plurality of wirings 15. Forming a contact plug 22 by filling a space between the protective films 12 with a second conductive film.
[Selection] Figure 9
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device.
特開2011−129566号公報(特許文献1)には、埋め込みゲート(ワード線)型トランジスタと、その上側に形成されるビット線とを含むDRAMを備えた半導体装置の製造方法が開示されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2011-129566 (Patent Document 1) discloses a method of manufacturing a semiconductor device including a DRAM including a buried gate (word line) type transistor and a bit line formed thereabove. .
この特許文献1の従来技術では、所定方向に延在する複数のビット線を形成した後、複数のビット線間に自己整合的にコンタクトプラグを形成している。 In the prior art disclosed in Patent Document 1, after a plurality of bit lines extending in a predetermined direction are formed, contact plugs are formed in a self-aligning manner between the plurality of bit lines.
ところが、特許文献1の従来技術では、接続対象物(キャパシタ)との接触面となるコンタクトプラグの上面の幅寸法がビット線間の間隔によって決定されるため、コンタクトプラグの上面の幅寸法を所定値以上に拡幅するのが困難な場合がある。そして、この場合、コンタクトプラグの上面(接触面)の面積を大きく確保することができず、コンタクトプラグと接続対象物との間の接触抵抗の増大が懸念される。この傾向は、半導体装置の小型化に伴って、より一層顕著になる。 However, in the prior art of Patent Document 1, since the width dimension of the upper surface of the contact plug that becomes the contact surface with the connection object (capacitor) is determined by the interval between the bit lines, the width dimension of the upper surface of the contact plug is set to a predetermined value. It may be difficult to widen beyond the value. In this case, a large area of the upper surface (contact surface) of the contact plug cannot be secured, and there is a concern about an increase in contact resistance between the contact plug and the connection object. This tendency becomes more remarkable as the semiconductor device is downsized.
そこで、本発明は、従来の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、接続対象物との間の接触面となるコンタクトプラグの上面の面積を大きく確保することが可能な半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することである。 Therefore, the present invention solves the conventional problem, that is, the object of the present invention is to ensure a large area of the upper surface of the contact plug that is a contact surface with the connection object. A semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device are provided.
本発明の半導体装置の製造方法は、第1の導電膜を形成する工程と、前記第1の導電膜の上面上に形成され、基板面に沿った第1の方向にそれぞれ延在し、かつ、前記基板面に沿って前記第1の方向に交差する第2の方向に互いに離間して配置された複数の保護膜を形成する工程と、前記第2の方向に面する前記保護膜の側壁を覆う第1の側壁保護膜を形成する工程と、前記複数の保護膜および前記第1の側壁保護膜から露出した部分の前記第1の導電膜を除去することで、前記第1の方向に沿って延在し、かつ、前記第2の方向に互いに離間して配置される複数の配線を形成する工程と、前記複数の配線を形成した後、前記第1の側壁保護膜を除去する工程と、前記第1の側壁保護膜を除去した後、前記複数の配線間および前記複数の保護膜間を第2の導電膜で埋めてコンタクトプラグを形成する工程と、を有することにより、前述した課題を解決したものである。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first conductive film, a first conductive film formed on the upper surface of the first conductive film, and extending in a first direction along the substrate surface, and Forming a plurality of protective films spaced apart from each other in a second direction intersecting the first direction along the substrate surface, and sidewalls of the protective film facing the second direction Forming a first sidewall protective film covering the first protective film, and removing the plurality of protective films and a portion of the first conductive film exposed from the first sidewall protective film in the first direction. Forming a plurality of wirings extending along the second direction and spaced apart from each other in the second direction, and removing the first sidewall protective film after forming the plurality of wirings And after removing the first sidewall protective film, between the plurality of wirings and the plurality of protections Forming a contact plug between filled with the second conductive film by having, in which to solve the problems described above.
本発明の半導体装置は、基板と、前記基板の主面に沿った第1の方向にそれぞれ延在し、かつ、前記基板の主面に沿って前記第1の方向に交差する第2の方向に互いに離間して配置された複数の配線と、前記配線の上面上にそれぞれ配置された複数の保護膜と、前記複数の配線間および前記複数の保護膜間に埋設された第2の導電膜からなるコンタクトプラグとを有し、前記複数の保護膜間の前記第2の方向における幅寸法は、前記複数の配線間の前記第2の方向における幅寸法より大きいことにより、前述した課題を解決したものである。 The semiconductor device of the present invention includes a substrate and a second direction that extends in a first direction along the main surface of the substrate and intersects the first direction along the main surface of the substrate. A plurality of wirings spaced apart from each other, a plurality of protective films respectively disposed on the top surface of the wiring, and a second conductive film embedded between the plurality of wirings and between the plurality of protective films And the width dimension in the second direction between the plurality of protective films is larger than the width dimension in the second direction between the plurality of wirings. It is a thing.
本発明では、配線間および保護膜間を第2の導電膜で埋めることでコンタクトプラグを形成する時点において、保護膜の上面の幅寸法を配線の幅寸法より予め小さくしておくことにより、接続対象物との接触面となるコンタクトプラグの上面の面積を大きく確保することが可能であるため、コンタクトプラグと接続対象物との間の接触面積を拡大して、コンタクトプラグと接続対象物との間の接触抵抗を低減できる。 In the present invention, at the time of forming the contact plug by filling the wiring and the protective film with the second conductive film, the width dimension of the upper surface of the protective film is made smaller than the width dimension of the wiring in advance. Since it is possible to secure a large area of the upper surface of the contact plug that becomes the contact surface with the object, the contact area between the contact plug and the connection object is enlarged, and the contact plug and the connection object are The contact resistance between them can be reduced.
以下、本発明の半導体装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、半導体装置としてDRAM(Dynamic Random Access Memory)に、本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, a plurality of embodiments of a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, a case where the present invention is applied to a DRAM (Dynamic Random Access Memory) as a semiconductor device will be described as an example. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent. In addition, the materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not necessarily limited thereto, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the invention. .
また、以下の実施形態の説明においては、基板1の基板面(主面)に沿った一方向を第1の方向D1、基板1の基板面(主面)に沿って第1の方向D1に交差する方向を第2の方向D2、基板1に垂直な方向を第3の方向D3として規定する。 In the following description of the embodiments, one direction along the substrate surface (main surface) of the substrate 1 is defined as the first direction D1 and along the substrate surface (main surface) of the substrate 1 as the first direction D1. The intersecting direction is defined as the second direction D2, and the direction perpendicular to the substrate 1 is defined as the third direction D3.
以下、本発明の第1実施形態である半導体装置(DRAM)を、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a semiconductor device (DRAM) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、第1実施形態の半導体装置の構成について説明する。 First, the configuration of the semiconductor device of the first embodiment will be described.
半導体装置は、図1に示すメモリセル領域と、図示しない周辺回路領域とから構成されている。 The semiconductor device includes a memory cell region shown in FIG. 1 and a peripheral circuit region (not shown).
半導体装置のメモリセル領域には、素子分離領域3に囲まれて区画された活性領域2が、所定間隔で複数形成されている。また、活性領域2を縦断するように、複数の埋め込みワード線7が、第2の方向D2に沿ってそれぞれ延在し第1の方向D1に互いに離間した状態で埋め込み形成されている。さらに、複数のビット線15が、第1の方向D1に沿ってそれぞれ延在し第2の方向D2に互いに離間した状態で形成されている。そして、埋め込みワード線7と活性領域2とが交差する領域にそれぞれメモリセルが形成されている。
In the memory cell region of the semiconductor device, a plurality of active regions 2 surrounded by
次に、本実施形態の半導体装置を構成するメモリセルについて説明する。本実施形態のメモリセルは、埋め込みワード線7が基板1内に完全に埋め込まれた埋め込みゲート型トランジスタおよびキャパシタ23などから成る積層構造体である。
Next, a memory cell constituting the semiconductor device of this embodiment will be described. The memory cell according to the present embodiment is a stacked structure including a buried gate type transistor in which the buried word line 7 is completely buried in the substrate 1, a
埋め込みゲート型トランジスタは、図1に示すように、基板1と、活性領域2と、活性領域2を区画する素子分離領域3と、基板1に埋め込み形成された埋め込みワード線7と、埋め込みワード線7を絶縁するゲート絶縁膜6と、埋め込みワード線7の上面を保護する絶縁膜8と、基板1の上方に形成されるビット線15と、ビット線15の上面を部分的に覆う保護膜12と、ビット線15および保護膜12の側壁を覆うサイドウォールスペーサ17と、ビット線15間に形成される層間絶縁膜18と、キャパシタ23に接続されるコンタクトプラグ22と、ビット線15に接続されるビット線用拡散層4aと、コンタクトプラグ22に接続されるコンタクト用拡散層4bとを備えている。
As shown in FIG. 1, the buried gate type transistor includes a substrate 1, an active region 2, an
埋め込みゲート型トランジスタの上方には、図14に示すように、シリンダ状の下部電極24と上部電極25とプレート電極26と誘電膜27とを有したキャパシタ23が設けられている。
A
つぎに、第1実施形態の半導体装置の製造方法について、図2乃至図14に基づいて以下に説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、製造工程1では、図2に示すように、基板1に、公知のSTI(Shallow Trench Isolation)法などを用いて活性領域2を区画する素子分離領域3を形成するとともに、基板1の上面にイオンを注入することによって拡散層4(後のビット線用拡散層4a、コンタクト用拡散層4b)を形成する。
First, in the manufacturing process 1, as shown in FIG. 2, an
次に、製造工程2では、図3に示すように、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによって、基板1に、第2の方向D2に延在する埋め込みワード線(ゲート電極)用トレンチ5を複数形成する。
Next, in the manufacturing process 2, as shown in FIG. 3, a plurality of buried word line (gate electrode)
次に、製造工程3では、図4に示すように、ワード線用トレンチ5の内壁面および基板1の上面を覆うように、熱酸化膜などから成るゲート絶縁膜6を形成する。続いて、窒化チタン膜やタングステン膜やポリシリコン膜などの導電膜を堆積することによって、ワード線用トレンチ5の底部に埋め込みワード線7を形成する。続いて、基板1および埋め込みワード線7の上側に、CVD酸化シリコン膜などの絶縁膜8を形成する。
Next, in the
次に、製造工程4では、図5に示すように、基板1の上側に、ポリシリコン膜やタングステン膜や窒化タングステン膜などで導電膜(第1の導電膜)9を形成し、続いて、導電膜9の上面に、窒化シリコン膜などのビット線ハードマスク用の絶縁膜10を形成する。
Next, in the
次に、製造工程5では、図6に示すように、絶縁膜10の上面にフォトレジスト11を塗布し、フォトレジスト11をマスクとして絶縁膜10をドライエッチングすることで、第1の方向D1に沿ってそれぞれ延在し第2の方向D2に互いに離間する複数の保護膜12を形成する。フォトレジスト11は、保護膜12を形成した後、除去される。
Next, in the
ここで、製造工程5では、図6に示すように、第2の方向D2における保護膜12の幅寸法Wpは、所望のビット線15の上面および下面の幅寸法Wbより小さく設定される。
なお、本実施形態では、図6に示すように、フォトレジスト11の幅寸法を所望のビット線15の幅寸法Wbより小さく設定することによって、保護膜12の幅寸法Wpが所望のビット線15の幅寸法Wbより小さくなるように設定した。しかしながら、保護膜12の幅寸法Wpを所望のビット線15の幅寸法Wbより小さくするための方法は、上記に限定されず、例えば、保護膜12を幅寸法Wbで形成した後に、ウェットエッチングなどによって保護膜12をスリミングすることで、保護膜12の幅寸法Wpを所望のビット線15の幅寸法Wbより小さくしてもよい。
Here, in the
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the width dimension Wp of the
次に、製造工程6では、図7に示すように、露出した導電膜9の上面と、複数の保護膜12の上面と、第2の方向D2に面する保護膜12の両側壁とを覆うように、絶縁膜13を均一の厚みで成膜する。
Next, in the
ここで、絶縁膜13の材料としては、後述する第1のエッチング(製造工程8を参照)において、保護膜12(絶縁膜10)よりも高いエッチングレートで除去される材料であればよく、本実施形態では、例えば酸化シリコンが挙げられる。また、絶縁膜13の膜厚は、図7に示すように、所望のビット線15の幅寸法Wbから保護膜12の幅寸法Wpを差し引いた値の半分の寸法で設定されている。絶縁膜13の膜厚は、1nm以上であることが好ましい。
Here, the material of the insulating
次に、製造工程7では、図8に示すように、導電膜9の上面上と保護膜12の上面上に位置する絶縁膜13をエッチバックして除去することで、第2の方向D2に面する保護膜12の両側壁を覆う犠牲サイドウォールスペーサ(第1の側壁保護膜)14を形成する。ここで、第2の方向D2における保護膜12および一対の犠牲サイドウォールスペーサ14の幅寸法は、所望のビット線15の幅寸法Wbに一致する。
Next, in the manufacturing process 7, as shown in FIG. 8, the insulating
次に、製造工程8では、図9に示すように、保護膜12および犠牲サイドウォールスペーサ14をマスクとして、導電膜9をドライエッチングすることで、第1の方向D1に沿ってそれぞれ延在し第2の方向D2に互いに離間する複数のビット線15を形成する。犠牲サイドウォールスペーサ14は、ビット線15を形成した後、ウェットエッチング(第1のエッチング)によって除去される。
Next, in the
次に、製造工程9では、図10に示すように、基板1の上側、すなわち、露出した絶縁膜8の上面と、第2の方向D2に面するビット線15の両側壁と、第2の方向D2に面する保護膜12の両側壁と、保護膜12の上面とを覆うように、窒化シリコン膜などの絶縁膜16を成膜する。
Next, in the
次に、製造工程10では、図11に示すように、絶縁膜8および保護膜12の上面上に位置する絶縁膜16をエッチバックして除去することで、第2の方向D2に面するビット線15および保護膜12の両側壁を覆うサイドウォールスペーサ17を均一の厚みで形成する。続いて、第2の方向D2に離間して配置されたビット線15および保護膜12およびサイドウォールスペーサ17から成る組の間に、CVD酸化シリコン膜などを成膜しエッチバックやCMPなどで平坦することで、層間絶縁膜18を形成する。
Next, in the
次に、製造工程11では、図12に示すように、基板1の上側に、第2の方向D2にそれぞれ延在し第1の方向D1に互いに離間する複数のフォトレジスト19を塗布し、フォトレジスト19をマスクとして層間絶縁膜18をドライエッチングすることで、第2の方向D2に離間して配置されたビット線15および保護膜12およびサイドウォールスペーサ17から成る組の間に、隙間空間20を形成する。この隙間空間20は、図12に示すように、第1の方向D1において互いに離間して複数形成されるとともに、第2の方向D2に互いに離間して複数形成され、換言すると、第3の方向D3に見た場合に格子状(グリッド状)に形成される。フォトレジスト19は、隙間空間20を形成した後、除去される。
Next, in the
次に、製造工程12では、図13に示すように、隙間空間20に面するサイドウォールスペーサ17の側壁、層間絶縁膜18の側壁、および絶縁膜8の側壁を覆うように、サイドウォールスペーサ21を形成する。続いて、隙間空間20内に、ポリシリコン膜やタングステン膜や窒化タングステン膜や金属シリサイド膜などの導電膜(第2の導電膜)を堆積しエッチバックを施すことによって、複数のコンタクトプラグ22を形成する。
Next, in the
ここで、製造工程12では、図13に示すように、ビット線15間および保護膜12間に形成された隙間空間20を第2の導電膜で埋めることでコンタクトプラグ22を形成する時点において、保護膜12の幅寸法Wpがビット線15の幅寸法Wbより小さいため、第2の方向D2におけるコンタクトプラグ22の上面の幅寸法Wcuが、第2の方向D2におけるコンタクトプラグ22の下面の幅寸法Wcdより大きくなり、接続対象物であるキャパシタ23との接触面となるコンタクトプラグ22の上面の面積が大きく確保される。
Here, in the
次に、製造工程13では、図14に示すように、キャパシタ23の下部電極24がコンタクトプラグ22の上面に接触するように、トランジスタの上側に、公知の方法によってキャパシタ23を形成する。なお、図14に示す符号28は、キャパシタ23の形成時に用いられるエッチストッパ膜である。
Next, in the
このようにして得られたビット線15間および保護膜12間に形成された隙間空間20を第2の導電膜で埋めることでコンタクトプラグ22を形成する時点において、保護膜12の上面の幅寸法Wpをビット線15の幅寸法Wbより予め小さくしておくことにより、キャパシタ23との接触面となるコンタクトプラグ22の上面の面積を大きく確保することが可能であるため、コンタクトプラグ22とキャパシタ23との間の接触面積を拡大して、コンタクトプラグ22とキャパシタ23との間の接触抵抗を低減できる。
The width dimension of the upper surface of the
つぎに、本発明の第2実施形態について、図15乃至図22に基づいて説明する。なお、第2実施形態では、主に保護膜12および犠牲サイドウォールスペーサ14の構成が第1実施形態の構成と異なるだけであるため、第1実施形態との相違点のみを以下に説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the configuration of the
まず、第2実施形態における半導体装置の構成について、以下に説明する。 First, the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment will be described below.
第2実施形態では、図15に示すように、保護膜12は、ビット線15(導電膜9)の上面上に配置される下層部12aと、下層部12aの上面上に配置される上層部12bとから構成されている。第2の方向D2における下層部12aの両端部は、第2の方向D2に面する上層部12bの両側壁から第2の方向D2の外側に突出しており、これにより、第2の方向D2に面する保護膜12の側壁には、段差が形成されている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 15, the
つぎに、第2実施形態の半導体装置の製造方法について、図16乃至図22に基づいて以下に説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、製造工程1〜4については、上述した第1実施形態の製造工程1〜4と同様であるため、説明を省略する。 First, since the manufacturing steps 1 to 4 are the same as the manufacturing steps 1 to 4 of the first embodiment described above, description thereof is omitted.
次に、製造工程5では、図16に示すように、絶縁膜10の上面に、第1の方向D1に沿ってそれぞれ延在し第2の方向D2に互いに離間する複数のフォトレジスト11を塗布し、フォトレジスト11をマスクとして絶縁膜10を上面側から第3の方向D3の途中までドライエッチングする。その結果、図16に示すように、(製造工程5の後の状態では)導電膜9の上面上の全面に配置される下層部12aと、下層部12aの上面上に配置され第1の方向D1に沿ってそれぞれ延在し第2の方向D2に互いに離間する複数の上層部12bと、を有する保護膜12が形成される。
Next, in the
ここで、製造工程5では、図16に示すように、第2の方向D2における保護膜12の上層部12bの幅寸法Wpは、所望のビット線15の上面および下面の幅寸法Wbより小さく設定される。
Here, in the
次に、製造工程6では、図17に示すように、露出した保護膜12の下層部12aの上面と、保護膜12の上層部12bの上面と、第2の方向D2に面する上層部12bの両側壁とを覆うように、絶縁膜13を均一の厚みで成膜する。ここで、絶縁膜13の膜厚は、図17に示すように、所望のビット線15の幅寸法Wbから上層部12bの幅寸法Wpを差し引いた値の半分の寸法で設定されている。絶縁膜13の膜厚は、1nm以上であることが好ましい。
Next, in the
次に、製造工程7では、図18に示すように、上層部12bの上面上と下層部12aの上面上に位置する絶縁膜13をエッチバックして除去することで、第2の方向D2に面する上層部12bの両側壁を覆う犠牲サイドウォールスペーサ(第1の側壁保護膜)14を形成する。続いて、図18に示すように、上層部12bおよび犠牲サイドウォールスペーサ14によって覆われていない部分の下層部12aをエッチバックする。ここで、第2の方向D2における上層部12bおよび一対の犠牲サイドウォールスペーサ14の幅寸法と、下層部12aの幅寸法とは、所望のビット線15の幅寸法Wbに一致する。
Next, in the manufacturing process 7, as shown in FIG. 18, the insulating
次に、製造工程8では、図19に示すように、保護膜12および犠牲サイドウォールスペーサ14をマスクとして、導電膜9をドライエッチングすることで、第1の方向D1に沿ってそれぞれ延在し第2の方向D2に互いに離間する複数のビット線15を形成する。犠牲サイドウォールスペーサ14は、ビット線15を形成した後、ウェットエッチングによって除去される。
Next, in the
次に、製造工程9では、基板1の上側、すなわち、露出した絶縁膜8の上面と、第2の方向D2に面するビット線15の両側壁と、第2の方向D2に面する保護膜12の両側壁と、保護膜12の上面とを覆うように、窒化シリコン膜などの絶縁膜16を均一の厚みで成膜する。
Next, in the
次に、製造工程10では、図20に示すように、絶縁膜8および保護膜12の上面上に位置する絶縁膜16をエッチバックして除去することで、第2の方向D2に面するビット線15および保護膜12の両側壁を覆うサイドウォールスペーサ17を均一の厚みで形成する。続いて、第2の方向D2に離間して配置されたビット線15および保護膜12およびサイドウォールスペーサ17から成る組の間に、CVD酸化シリコン膜などを成膜しエッチバックやCMPなどで平坦することで、層間絶縁膜18を形成する。
Next, in the
次に、製造工程11では、基板1の上側に、第2の方向D2にそれぞれ延在し第1の方向D1に互いに離間する複数のフォトレジスト19を塗布し、フォトレジスト19をマスクとして層間絶縁膜18をドライエッチングすることで、第2の方向D2に離間して配置されたビット線15および保護膜12およびサイドウォールスペーサ17から成る組の間に、隙間空間20を形成する。フォトレジスト19は、隙間空間20を形成した後、除去される。
Next, in the
次に、製造工程12では、図21に示すように、隙間空間20に面するサイドウォールスペーサ17の側壁、層間絶縁膜18の側壁、絶縁膜8の側壁を覆うように、サイドウォールスペーサ21を形成する。続いて、隙間空間20内に、ポリシリコン膜やタングステン膜や窒化タングステン膜や金属シリサイド膜などの導電膜(第2の導電膜)を堆積しエッチバックを施すことによって、複数のコンタクトプラグ22を形成する。
Next, in the
ここで、製造工程12では、図21に示すように、ビット線15間および保護膜12間に形成された隙間空間20を第2の導電膜で埋めることでコンタクトプラグ22を形成する時点において、保護膜12の幅寸法Wpがビット線15の幅寸法Wbより小さいため、第2の方向D2におけるコンタクトプラグ22の上面の幅寸法Wcuが、第2の方向D2におけるコンタクトプラグ22の下面の幅寸法Wcdより大きくなり、接続対象物であるキャパシタ23との接触面となるコンタクトプラグ22の上面の面積が大きく確保される。
Here, in the
次に、製造工程13では、図22に示すように、キャパシタ23の下部電極24がコンタクトプラグ22の上面に接触するように、トランジスタの上側に、公知の方法によってキャパシタ23を形成する。なお、図22に示す符号28は、キャパシタ23の形成時に用いられるエッチストッパ膜である。
Next, in the
このようにして得られた第2実施形態の半導体装置では、第1実施形態における効果に加えて、図21の符号Kの領域に示すように、保護膜12を、上層部12bと、上層部12bの下面に配置され第2の方向D2に面する上層部12bの両側壁から第2の方向D2の外側に突出する下層部12aとから構成し、これら上層部12bおよび下層部12aの側壁をサイドウォールスペーサ17で覆う構成を採用することにより、コンタクトプラグ22とビット線15との間で短絡が生じる危険性を低減できる。
In the semiconductor device of the second embodiment obtained in this way, in addition to the effects of the first embodiment, as shown in the region indicated by the symbol K in FIG. 21, the
つぎに、本発明の第3実施形態について、図23に基づいて説明する。なお、第3実施形態では、キャパシタ23のコンタクトパッド29の配置態様のみが、第1実施形態または第2実施形態と異なるだけであるため、第1実施形態または第2実施形態との相違点のみを以下に説明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, since only the arrangement mode of the
第3実施形態では、図23に示すように、第2の方向D2に沿って複数並べられたコンタクトパッド29の列hが、第1の方向D1に隣接するコンタクトパッド29の列hに対して、第2の方向D2にずれて配置されている。
In the third embodiment, as shown in FIG. 23, a plurality of rows of
そして、第3実施形態においても、上述した第1実施形態または第2実施形態と同様に、第2の方向D2におけるコンタクトプラグ22の上面の幅寸法Wcuが下面の幅寸法Wcdより大きく形成され、換言すると、コンタクトプラグ22の上面が第2の方向D2に限定して拡大されるため、コンタクトプラグ22とコンタクトパッド29との間の接触面積を確保しつつ、第2の方向D2にコンタクトパッド29をずらして配置することができる。
Also in the third embodiment, similarly to the first embodiment or the second embodiment described above, the width dimension Wcu of the upper surface of the
つぎに、本発明の第4実施形態について、図24に基づいて説明する。なお、第4実施形態では、コンタクトプラグ22のピッチPのみが、上述した実施形態と異なるだけであるため、上述した実施形態との相違点のみを以下に説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that in the fourth embodiment, only the pitch P of the contact plugs 22 is different from the above-described embodiment, and only the differences from the above-described embodiment will be described below.
第4実施形態では、第2の方向D2に沿って複数並べられたコンタクトプラグ22の列iの、隣接するコンタクトプラグ22の列iとの間の、第1の方向D1におけるピッチPが、等しいピッチで形成されていない。 In the fourth embodiment, the pitch P in the first direction D1 between the row i of the contact plugs 22 arranged in the second direction D2 and the row i of the adjacent contact plugs 22 is equal. It is not formed with a pitch.
ここで、ピッチPを等ピッチではなく形成した場合、仮に、コンタクトプラグ22の上面を第1の方向D1および第2の方向D2の両方に拡大した場合には、第1の方向D1において隣接するコンタクトプラグ22間の間隔が狭まり、コンタクトプラグ22間で短絡が生じる懸念が生じる。
しかしながら、本実施形態では、上述した実施形態と同様に、コンタクトプラグ22の上面が第2の方向D2に限定して拡大されるため、第1の方向D1におけるコンタクトプラグ22のピッチPを等ピッチではなく形成した場合であっても、第1の方向D1に隣接するコンタクトプラグ22間で短絡を生じる懸念はない。
Here, when the pitch P is formed not at an equal pitch, if the upper surface of the
However, in this embodiment, since the upper surface of the
つぎに、本発明の第5実施形態について説明する。なお、第5実施形態では、保護膜12とサイドウォールスペーサ17との材料面の関係のみが、上述した実施形態と異なるだけであるため、上述した実施形態との相違点のみを以下に説明する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the fifth embodiment, only the material surface relationship between the
第5実施形態では、サイドウォールスペーサ17が、保護膜12より低い誘電率の材料から形成されている。これにより、ビット線15とコンタクトプラグ22との間の容量を低減することができる。例えば、サイドウォールスペーサ17を窒化膜で形成した場合と、サイドウォールスペーサ17を酸窒化膜で形成した場合とを比較すると、ビット線15とコンタクトプラグ22との間の容量は85%程度に減少することが可能である。
In the fifth embodiment, the
つぎに、本発明の第6実施形態について説明する。なお、第6実施形態では、コンタクトプラグ22の構成のみが、上述した実施形態と異なるだけであるため、上述した実施形態との相違点のみを以下に説明する。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the sixth embodiment, only the configuration of the
第6実施形態では、図25に示すように、コンタクトプラグ22が、互いに異なる材料から成る下層部22aおよび上層部22bから構成されている。上層部22bは、下層部22aの上面側に埋設されている。このようなコンタクトプラグ22の形成方法としては、下層部22aをCVDで成膜した後、上層部22bをPVDまたはCVDで形成し、その後、CMPで平坦化する方法が挙げられる。
In the sixth embodiment, as shown in FIG. 25, the
なお、上記では、コンタクトプラグ22を2つの材料から形成した例を記載したが、コンタクトプラグ22を構成する材料の数量は、3つや4つなど如何なるものでもよい。
In the above description, the
つぎに、本発明の第7実施形態について、図26に基づいて説明する。なお、第7実施形態では、コンタクトプラグ22の構成および製造方法のみが、上述した第6実施形態と異なるだけであるため、上述した第6実施形態との相違点のみを以下に説明する。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the seventh embodiment, only the configuration and the manufacturing method of the
第7実施形態では、上層部22bが、下層部22aの上面の全面に亘って形成されている。
In the seventh embodiment, the
第7実施形態のコンタクトプラグ22の製造方法としては、例えば、以下に説明する2つの製造方法が挙げられる。
As a manufacturing method of the
1つ目の製造方法は、下層部22aをCVDで成膜した後、下層部22aのドライエッチバックを行い、上層部22bをPCDまたはCVDで形成し、その後、CMPで平坦化を行う方法である。
The first manufacturing method is a method in which after the
2つ目の製造方法は、下層部22aをCVDで成膜した後、上層部22bをPCDまたはCVDで形成し、さらに、下層部22aの材料をドライエッチバックし、再度、上層部22bをPCDまたはCVDで形成し、その後、CMPで平坦化を行う方法である。
In the second manufacturing method, after the
第7実施形態の半導体装置では、第6実施形態と比較して、上層部22bの上面の面積が増大するため、キャパシタ23との間の接触抵抗をより一層低減できる。
In the semiconductor device of the seventh embodiment, the area of the upper surface of the
つぎに、本発明の第8実施形態について、図27に基づいて説明する。なお、第8実施形態では、保護膜12の構成のみが、上述した実施形態と異なるだけであるため、上述した実施形態との相違点のみを以下に説明する。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the eighth embodiment, since only the configuration of the
第8実施形態では、図27に示すように、保護膜12が、ビット線15(導電膜9)の上面上に配置される下層部12aと、下層部12aの上面上に配置される上層部12bとから構成される。
In the eighth embodiment, as shown in FIG. 27, the
そして、第8実施形態では、下層部12aと上層部12bとが、互いに異なる材料、特に、互いにエッチング選択性を確保できる材料から形成されている。
In the eighth embodiment, the
このようにして得られた第8実施形態では、下層部12aと上層部12bとを互いに異なる材料から形成することにより、上述した第2実施形態の製造工程5(図16)において、絶縁膜10(保護膜12)をエッチングする際に、上層部12bのみをエッチングすることで、絶縁膜10の上面側から第3の方向D3の途中までエッチングすることが可能であるため、保護膜12の形成が容易になる。
In the eighth embodiment thus obtained, the
1 ・・・ 基板
2 ・・・ 活性領域
3 ・・・ 素子分離領域
4 ・・・ 拡散層
4a ・・・ ビット線用拡散層
4b ・・・ コンタクト用拡散層
5 ・・・ ワード線用トレンチ
6 ・・・ ゲート絶縁膜
7 ・・・ 埋め込みワード線
8 ・・・ 絶縁膜
9 ・・・ 導電膜(第1の導電膜)
10 ・・・ ビット線ハードマスク用の絶縁膜
11 ・・・ フォトレジスト
12 ・・・ 保護膜
12a ・・・ 下層部
12b ・・・ 上層部
13 ・・・ 絶縁膜
14 ・・・ 犠牲サイドウォールスペーサ(第1の側壁保護膜)
15 ・・・ ビット線(配線)
16 ・・・ 絶縁膜
17 ・・・ サイドウォールスペーサ(第2の側壁保護膜)
18 ・・・ 層間絶縁膜
19 ・・・ フォトレジスト
20 ・・・ 隙間空間
21 ・・・ サイドウォールスペーサ
22 ・・・ コンタクトプラグ(第2の導電膜)
22a ・・・ 下層部
22b ・・・ 上層部
23 ・・・ キャパシタ
24 ・・・ 下部電極
25 ・・・ 上部電極
26 ・・・ プレート電極
27 ・・・ 誘電膜
28 ・・・ エッチストッパ膜
29 ・・・ コンタクトパッド
D1 ・・・ 第1の方向
D2 ・・・ 第2の方向
D3 ・・・ 第3の方向
Wb ・・・ ビット線の幅寸法
Wp ・・・ 保護膜の幅寸法
Wcu ・・・ コンタクトプラグの上面の幅寸法
Wcd ・・・ コンタクトプラグの下面の幅寸法
P ・・・ コンタクトプラグのピッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ...
DESCRIPTION OF
15 ... Bit line (wiring)
16 ... Insulating
DESCRIPTION OF
22a ...
Claims (14)
前記第1の導電膜の上面上に形成され、基板面に沿った第1の方向にそれぞれ延在し、かつ、前記基板面に沿って前記第1の方向に交差する第2の方向に互いに離間して配置された複数の保護膜を形成する工程と、
前記第2の方向に面する前記保護膜の側壁を覆う第1の側壁保護膜を形成する工程と、
前記複数の保護膜および前記第1の側壁保護膜から露出した部分の前記第1の導電膜を除去することで、前記第1の方向に沿って延在し、かつ、前記第2の方向に互いに離間して配置される複数の配線を形成する工程と、
前記複数の配線を形成した後、前記第1の側壁保護膜を除去する工程と、
前記第1の側壁保護膜を除去した後、前記複数の配線間および前記複数の保護膜間を第2の導電膜で埋めてコンタクトプラグを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first conductive film;
Formed on the top surface of the first conductive film, each extending in a first direction along the substrate surface, and mutually in a second direction intersecting the first direction along the substrate surface Forming a plurality of protective films spaced apart; and
Forming a first sidewall protective film covering the sidewall of the protective film facing the second direction;
By removing the portions of the first conductive film exposed from the plurality of protective films and the first sidewall protective film, the first conductive film extends along the first direction and extends in the second direction. Forming a plurality of wirings spaced apart from each other;
Removing the first sidewall protective film after forming the plurality of wirings;
Removing the first sidewall protective film, and then filling a space between the plurality of wirings and the plurality of protective films with a second conductive film to form a contact plug;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記複数の保護膜から露出した前記第1の導電膜の上面から、前記複数の保護膜の上面および前記側壁とに渡って絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の導電膜の上面上と前記保護膜の上面上とに位置する前記絶縁膜を除去することで、前記保護膜の前記側壁に前記絶縁膜からなる前記第1の側壁保護膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the first sidewall protective film includes:
Forming an insulating film from the upper surface of the first conductive film exposed from the plurality of protective films across the upper surface of the plurality of protective films and the sidewalls;
By removing the insulating film located on the upper surface of the first conductive film and on the upper surface of the protective film, the first sidewall protective film made of the insulating film is formed on the sidewall of the protective film. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising:
前記第2の方向における前記下層部の端部は、前記第2の方向に面する前記上層部の側壁から前記第2の方向の外側に突出し、
前記第1の側壁保護膜は、前記上層部の前記側壁を覆うように形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The protective film has a lower layer portion disposed on the upper surface of the first conductive film, and an upper layer portion disposed on the upper surface of the lower layer portion,
An end portion of the lower layer portion in the second direction protrudes outward from the side wall of the upper layer portion facing the second direction in the second direction,
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first sidewall protective film is formed to cover the sidewall of the upper layer portion.
前記第1の導電膜の上面上に配置される下層部と、前記下層部の上面から上側に向けて突出して、前記第1の方向に沿ってそれぞれ延在し前記第2の方向に互いに離間して配置された複数の上層部と、を含む絶縁膜を形成する工程と、
露出した前記下層部の上面と前記上層部の上面と前記上層部の側壁とを覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記上層部の上面より上側に位置する前記絶縁膜と、前記上層部間に対応する位置の前記絶縁膜および前記下層部とを除去することで、前記上層部の前記側壁に前記第1の側壁保護膜を残しつつ、前記絶縁膜の前記下層部を複数に分断する工程とを含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 Forming the protective film and the first sidewall protective film,
A lower layer disposed on the upper surface of the first conductive film, and projects upward from the upper surface of the lower layer, extends along the first direction, and is spaced apart from each other in the second direction. A step of forming an insulating film including a plurality of upper layer portions arranged in a manner;
Forming an insulating film covering the exposed upper surface of the lower layer portion, the upper surface of the upper layer portion, and the sidewall of the upper layer portion;
By removing the insulating film located above the upper surface of the upper layer part and the insulating film and the lower layer part corresponding to the space between the upper layer parts, the first side wall is formed on the side wall of the upper layer part. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising a step of dividing the lower layer portion of the insulating film into a plurality while leaving a protective film.
前記基板の主面に沿った第1の方向にそれぞれ延在し、かつ、前記基板の主面に沿って前記第1の方向に交差する第2の方向に互いに離間して配置された複数の配線と、
前記配線の上面上にそれぞれ配置された複数の保護膜と、
前記複数の配線間および前記複数の保護膜間に埋設された第2の導電膜からなるコンタクトプラグとを有し、
前記複数の保護膜間の前記第2の方向における幅寸法は、前記複数の配線間の前記第2の方向における幅寸法より大きいことを特徴とする半導体装置。 A substrate,
A plurality of first and second extending in a first direction along the main surface of the substrate and spaced apart from each other in a second direction intersecting the first direction along the main surface of the substrate; Wiring and
A plurality of protective films respectively disposed on the upper surface of the wiring;
A contact plug made of a second conductive film embedded between the plurality of wirings and between the plurality of protective films;
A width of the plurality of protective films in the second direction in the second direction is larger than a width dimension in the second direction between the plurality of wirings.
前記第2の方向における前記下層部の端部は、前記第2の方向に面する前記上層部の側壁から前記第2の方向の外側に突出していることを特徴とする請求項10乃至請求項12のいずれか1項に記載の半導体装置。 The protective film has a lower layer portion disposed on the upper surface of the wiring, and an upper layer portion disposed on the upper surface of the lower layer portion,
The end portion of the lower layer portion in the second direction projects outward from the side wall of the upper layer portion facing the second direction in the second direction. 13. The semiconductor device according to any one of 12 above.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2012156207A JP2014022381A (en) | 2012-07-12 | 2012-07-12 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
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