JP2015012230A - 半導体装置の製造方法、及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、半導体装置が微細化された場合でも、ビット線とセル活性領域との間のコンタクト抵抗の上昇を抑制可能な半導体装置の製造方法、及び半導体装置を提供することを課題とする。【解決手段】第1及び第2のキャップ絶縁膜34−1,34−2を介した異方性ドライエッチングにより、セル活性領域17及び周辺回路領域Fに配置された金属積層膜97及びシリコン膜127をパターニングすることで、第1のカバー絶縁膜34−1の下方に配置された金属積層膜97よりなり、かつビットコンタクト孔28Aを埋め込むビット線33と、第2のキャップ絶縁膜34−2の下方に配置された金属積層膜97、及び段差低減用シリコン膜115よりなる周辺回路用トランジスタのゲート電極109と、を一括形成する。【選択図】図11A
Description
本発明は、半導体装置の製造方法、及び半導体装置に関する。
半導体装置のうちの1つとして、ワード線及びビット線を含むメモリセル部と、メモリセル部の周囲に配置され、該メモリセル部のメモリセルを駆動させる周辺回路部と、を有するDRAM(Dynamic Random Access Memory)がある。
DRAMにおいては、微細化の要求に対処するため、メモリセルを構成するワード線を半導体基板に埋め込み、半導体基板上にビット線を配置する構成が用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
DRAMにおいては、微細化の要求に対処するため、メモリセルを構成するワード線を半導体基板に埋め込み、半導体基板上にビット線を配置する構成が用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1には、メモリセル領域にビット線を形成する際に、該ビット線と共に、周辺回路領域にプレーナ型トランジスタのゲート電極を一括形成する方法が開示されている。
具体的には、始めに、メモリセル領域に、高濃度n型不純物注入ポリシリコン膜、金属膜、及びシリコン窒化膜を積層させることで第1の積層膜を形成すると共に、周辺回路領域に、高濃度n型不純物注入ポリシリコン膜、金属膜、及びシリコン窒化膜を積層することで第2の積層膜を形成する。
メモリセル領域に形成された高濃度n型不純物注入ポリシリコン膜及び金属膜は、ビット線の母材となる導電膜である。周辺回路領域に形成された高濃度n型不純物注入ポリシリコン膜及び金属膜は、周辺回路領域に配置されるプレーナ型トランジスタのゲート電極の母材となる導電膜である。
その後、フォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、第1及び第2の積層膜をパターニングすることで、メモリセル領域に配置されるビット線、及び周辺回路領域に配置されるプレーナ型トランジスタのゲート電極を一括形成する。
ところで、上記特許文献1では、ビット線、及び周辺回路領域に配置されるプレーナ型トランジスタのゲート電極の構造として、ポリメタルゲート構造を採用している。
該ポリメタルゲート構造とは、ポリシリコン膜と、ポリシリコン膜上に積層された金属膜と、で構成される構造のことをいう。
該ポリメタルゲート構造とは、ポリシリコン膜と、ポリシリコン膜上に積層された金属膜と、で構成される構造のことをいう。
図15は、メモリセル領域に配置される構造体(ビット線を含む構造体)の製造工程を説明するための断面図である。図15は、メモリセル領域に配置されるメモリセル部300のうち、ビット線コンタクトプラグ306及びビット線321が配置される部分を拡大した断面図である。
図16は、周辺回路領域に配置される構造体(プレーナ型トランジスタのゲート電極を含む構造体)の製造工程を説明するための断面図である。図16は、周辺回路領域に配置される周辺回路部330のうち、プレーナ型トランジスタのゲート電極335が配置される領域を拡大した断面図である。図16において、図15に示すメモリセル部300と同一構成部分には、同一符号を付す。
図16は、周辺回路領域に配置される構造体(プレーナ型トランジスタのゲート電極を含む構造体)の製造工程を説明するための断面図である。図16は、周辺回路領域に配置される周辺回路部330のうち、プレーナ型トランジスタのゲート電極335が配置される領域を拡大した断面図である。図16において、図15に示すメモリセル部300と同一構成部分には、同一符号を付す。
ここで、図15を参照して、メモリセル領域に配置されるメモリセル部300の製造方法について説明する。
始めに、周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、活性領域301の上面、及び該活性領域301(セル活性領域)を区画する素子分離領域302の上面を覆うビットコン用層間絶縁膜304を貫通し、かつ活性領域301の上面を露出するビットコンタクト孔304Aを形成する。
始めに、周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、活性領域301の上面、及び該活性領域301(セル活性領域)を区画する素子分離領域302の上面を覆うビットコン用層間絶縁膜304を貫通し、かつ活性領域301の上面を露出するビットコンタクト孔304Aを形成する。
次いで、周知の手法により、ビットコンタクト孔304Aをポリシリコン膜で埋め込むことで、該ポリシリコン膜よりなり、かつ下端が活性領域301の上面と接触するビット線コンタクトプラグ306を形成する。
次いで、周知の手法により、ビット線コンタクトプラグ306の上端面、及びビットコン用層間絶縁膜304の上面を覆うPoly-Si膜308と、金属積層膜309と、シリコン窒化膜312と、を順次積層形成する。
金属積層膜309は、TiSi膜314と、TiN膜315と、WSi膜316と、W膜317と、を順次積層させることで形成する。
金属積層膜309は、TiSi膜314と、TiN膜315と、WSi膜316と、W膜317と、を順次積層させることで形成する。
次いで、周知の手法により、シリコン窒化膜312をパターニングすることで、シリコン窒化膜312よりなり、かつビット線321の形成領域に対応するW膜317の上面を覆うキャップ絶縁膜319を形成する。
次いで、キャップ絶縁膜319をエッチングマスクとする異方性ドライエッチングにより、Poly-Si膜308及び金属積層膜309をパターニングすることで、Poly-Si膜308及び金属積層膜309よりなるビット線321が形成される。
次いで、周知の手法により、ビット線321の側面、及びキャップ絶縁膜319の側面を覆うサイドウォール323を形成する。
その後、周知の手法により、隣接するサイドウォール323間に形成された空間を埋め込む容コン用層間絶縁膜325を形成する。これにより、メモリセル部300が製造される。
次いで、周知の手法により、ビット線321の側面、及びキャップ絶縁膜319の側面を覆うサイドウォール323を形成する。
その後、周知の手法により、隣接するサイドウォール323間に形成された空間を埋め込む容コン用層間絶縁膜325を形成する。これにより、メモリセル部300が製造される。
次に、図16を参照して、周辺回路領域に配置される周辺回路部330の製造方法について説明する。
始めに、周知の手法により、周辺回路領域に位置する活性領域331(周辺回路用トランジスタが形成される活性領域)上に、ゲート絶縁膜333を成膜する。
次いで、ゲート絶縁膜333の上面に、段差低減Poly-Si膜334と、Poly-Si膜308と、金属積層膜309と、シリコン窒化膜312と、を順次積層形成する。
なお、Poly-Si膜308、金属積層膜309、及びシリコン窒化膜312は、周辺回路領域及びメモリセル領域に対して、同時に形成する。
始めに、周知の手法により、周辺回路領域に位置する活性領域331(周辺回路用トランジスタが形成される活性領域)上に、ゲート絶縁膜333を成膜する。
次いで、ゲート絶縁膜333の上面に、段差低減Poly-Si膜334と、Poly-Si膜308と、金属積層膜309と、シリコン窒化膜312と、を順次積層形成する。
なお、Poly-Si膜308、金属積層膜309、及びシリコン窒化膜312は、周辺回路領域及びメモリセル領域に対して、同時に形成する。
次いで、周知の手法により、シリコン窒化膜312をパターニングすることで、シリコン窒化膜312よりなり、かつプレーナ型トランジスタのゲート電極335の形成領域に対応するW膜317の上面を覆うキャップ絶縁膜319を形成する。
次いで、キャップ絶縁膜319をエッチングマスクとする異方性ドライエッチングにより、段差低減Poly-Si膜334、Poly-Si膜308、及び金属積層膜309をパターニングすることで、段差低減Poly-Si膜334、Poly-Si膜308、及び金属積層膜309よりなるゲート電極335が形成される。ゲート電極335は、メモリセル領域に配置されるビット線321と同時に形成される。
その後、周知の手法により、デート電極335間を埋め込む層間絶縁膜337を形成することで、周辺回路部330が形成される。
その後、周知の手法により、デート電極335間を埋め込む層間絶縁膜337を形成することで、周辺回路部330が形成される。
上記段差低減Poly-Si膜334は、メモリセル領域と周辺回路領域との間にあるビットコン用層間絶縁膜304の厚さ分の段差により、ビット線321と周辺回路領域に配置されたゲート絶縁膜333との高さに差ができないようにするための膜である。
上記ビット線321は、Poly-Si膜308及び金属積層膜309が積層された構成とされており、周辺回路領域に配置されるゲート電極335は、段差低減Poly-Si膜334、Poly-Si膜308、及び金属積層膜309が積層された構成とされている。
このように、金属よりも抵抗値の高いPoly−Si膜(具体的には、Poly-Si膜308及び段差低減Poly-Si膜334)を用いることで、微細化に伴い配線低抗が増加するという問題があった。特に、ビット線321にPoly-Si膜308を用いると、この問題が顕著となる。
本発明の一観点によれば、セル活性領域及び周辺回路領域を有する半導体基板の主面のうち、前記周辺回路領域上に、周辺回路用トランジスタを構成する周辺回路用ゲート絶縁膜の母材となる絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に、段差低減用シリコン膜の母材となるシリコン膜を形成する工程と、前記セル活性領域上の上面、及び前記シリコン膜の上面を覆う第1の層間絶縁膜を形成する工程と、異方性ドライエッチングにより、前記第1の層間絶縁膜を貫通し、前記セル活性領域の上面の一部を露出するビットコンタクト孔を形成すると共に、前記シリコン膜上に配置された前記第1の層間絶縁膜を除去する工程と、前記ビットコンタクト孔を埋め込むように、前記第1の層間絶縁膜の上面、及び前記シリコン膜の上面を覆う金属積層膜を形成する工程と、前記セル活性領域に位置する前記金属積層膜上に配置され、エッチングマスクとして機能する第1のカバー絶縁膜と、前記周辺回路領域に位置する前記金属積層膜上に配置され、エッチングマスクとして機能する第2のカバー絶縁膜と、を一括形成する工程と、前記第1及び第2のカバー絶縁膜を介した異方性ドライエッチングにより、前記セル活性領域及び前記周辺回路領域に配置された前記金属積層膜及び前記シリコン膜をパターニングすることで、前記第1のカバー絶縁膜の下方に配置された前記金属積層膜よりなり、かつ前記ビットコンタクト孔を埋め込むビット線と、前記第2のキャップ絶縁膜の下方に配置された前記金属積層膜、及び前記段差低減用シリコン膜よりなる前記周辺回路用トランジスタのゲート電極と、を一括形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、セル活性領域上の上面、及びシリコン膜の上面を覆う第1の層間絶縁膜を形成し、次いで、異方性ドライエッチングにより、第1の層間絶縁膜を貫通し、セル活性領域の上面の一部を露出するビットコンタクト孔を形成すると共に、シリコン膜上に配置された第1の層間絶縁膜を除去し、次いで、ビットコンタクト孔を埋め込むように、第1の層間絶縁膜の上面、及びシリコン膜の上面を覆う金属積層膜を形成し、次いで、該金属積層膜及びシリコン膜をパターニングすることで、金属積層膜よりなり、かつビットコンタクト孔を埋め込むビット線と、金属積層膜、及び段差低減用シリコン膜よりなる周辺回路用トランジスタのゲート電極と、を一括形成することにより、シリコン膜よりなるビット線コンタクトプラグを介することなく、金属積層膜よりなるビット線(言い換えれば、構成要素に金属よりも抵抗値の高いシリコン膜を含まないビット線)とセル活性領域(不純物拡散領域が形成された活性領域)とを直接接続させることが可能となる。
これにより、メモリセル部を微細化した場合(言い換えれば、ビットコンタクト孔の開口径を小さくした場合)でも、ビット線の抵抗値が上昇することを抑制できる。
これにより、メモリセル部を微細化した場合(言い換えれば、ビットコンタクト孔の開口径を小さくした場合)でも、ビット線の抵抗値が上昇することを抑制できる。
また、周辺回路領域に対応する半導体基板の主面に、周辺回路用ゲート絶縁膜の母材となる絶縁膜と、段差低減用シリコン膜の母材となるシリコン膜と、第1の層間絶縁膜と、を順次形成し、次いで、第1の層間絶縁膜に、セル活性領域の上面を露出するビットコンタクト孔を形成すると共に、周辺回路領域に形成された第1の層間絶縁膜を除去し、次いで、ビットコンタクト孔を埋め込むように、第1の層間絶縁膜の上面、及びシリコン膜の上面を覆う金属積層膜を形成し、その後、金属積層膜及びシリコン膜をパターニングすることで、金属積層膜よりなるビット線と、金属積層膜及び段差低減用シリコン膜よりなる周辺回路用トランジスタのゲート電極と、を一括形成することで、第1の層間絶縁膜上に配置されるビット線の厚さを段差低減用シリコン膜の厚さ分だけ薄くすることが可能となる。
これにより、ビット線の寄生容量を低減することが可能となるので、半導体装置の動作の高精度化(具体的には、例えば、DRAMの動作の高精度化)を実現することができる。
これにより、ビット線の寄生容量を低減することが可能となるので、半導体装置の動作の高精度化(具体的には、例えば、DRAMの動作の高精度化)を実現することができる。
さらに、ビットコンタクト孔の形成時に、周辺回路領域の上方に配置された第1の層間絶縁膜を除去することで、別途、周辺回路領域の上方に配置された第1の層間絶縁膜を除去する工程を設ける必要がなくなるため、半導体装置の製造工程数を削減できる。
また、平面視した状態において、周辺回路領域の上方に配置されたシリコン膜の面積はかなり広いため、異方性ドライエッチングにより、ビットコンタクト孔を形成する際、周辺回路領域の上方に配置された第1の層間絶縁膜が無くなって、シリコン膜が露出した時点を容易にエッチングの終点として検出することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。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、説明の便宜上、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等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。
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。
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を模式的に示す平面図である。図2は、図1に示す半導体装置のA−A線方向の断面図である。図3は、図1に示す半導体装置のメモリセル部のB−B線方向の断面図である。図4は、図2に示すメモリセル部のうち、領域Cで囲まれた部分を拡大した断面図である。図5は、図2に示すメモリセル部のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を模式的に示す平面図である。図2は、図1に示す半導体装置のA−A線方向の断面図である。図3は、図1に示す半導体装置のメモリセル部のB−B線方向の断面図である。図4は、図2に示すメモリセル部のうち、領域Cで囲まれた部分を拡大した断面図である。図5は、図2に示すメモリセル部のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図1は、本実施の形態の半導体装置10の構成要素のうち、素子分離領域15−1,15−2、セル活性領域17、周辺活性領域18、第1及び第2の溝21,22、埋め込み型ゲート電極83,91、ビット線33、及びゲート電極109の位置関係を説明するための図である。
よって、図1では、本実施の形態の半導体装置10の構成要素のうち、素子分離領域15−1,15−2、セル活性領域17、周辺活性領域18、第1及び第2の溝21,22、埋め込み型ゲート電極83,91、ビット線33、及びゲート電極109のみ図示し、これら以外の半導体装置10の構成要素の図示を省略する。
よって、図1では、本実施の形態の半導体装置10の構成要素のうち、素子分離領域15−1,15−2、セル活性領域17、周辺活性領域18、第1及び第2の溝21,22、埋め込み型ゲート電極83,91、ビット線33、及びゲート電極109のみ図示し、これら以外の半導体装置10の構成要素の図示を省略する。
図1〜図5では、本実施の形態の半導体装置10の一例として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を例に挙げて図示する。図1〜図5において、同一構成部分には、同一符号を付す。
図1ないし図5において、X方向は、ビット線33及びゲート電極109(周辺回路用トランジスタ41のゲート電極)の延在方向を示しており、Y方向は、第1及び第2の溝21,22及び埋め込み型ゲート電極83,91の延在方向を示している。
また、図1ないし図5において、X1方向は、セル活性領域17の延在方向を示しており、Z方向は、半導体基板13の厚さ方向を示している。
図1ないし図5において、X方向は、ビット線33及びゲート電極109(周辺回路用トランジスタ41のゲート電極)の延在方向を示しており、Y方向は、第1及び第2の溝21,22及び埋め込み型ゲート電極83,91の延在方向を示している。
また、図1ないし図5において、X1方向は、セル活性領域17の延在方向を示しており、Z方向は、半導体基板13の厚さ方向を示している。
図1〜図5を参照するに、本実施の形態の半導体装置10は、メモリセル領域Eに設けられたメモリセル部11と、メモリセル部11の周囲に位置する周辺回路領域Fに設けられた周辺回路部12と、を有する。
半導体装置10は、半導体基板13と、素子分離領域15−1,15−2と、セル活性領域17と、周辺活性領域18と、第1及び第2の溝21,22(2つの溝)と、第1及び第2のトランジスタ25,26と、埋め込み絶縁膜27と、第1の層間絶縁膜28と、ビットコンタクト孔28Aと、ビット線33と、カバー絶縁膜34−1,34−2と、サイドウォール36−1,36−2と、周辺回路用トランジスタ41と、第2の層間絶縁膜43と、第1のコンタクト孔45,46と、第2のコンタクト孔48と、容量コンタクトプラグ51,52と、第1のコンタクトプラグ53と、第1の配線パターン55と、ストッパー膜57と、第3の層間絶縁膜59と、シリンダ孔62と、キャパシタ64と、第1及び第2のメモリセルMC1,MC2と、第4の層間絶縁膜66と、第3のコンタクト孔68と、第2のコンタクトプラグ71と、第2の配線パターン73と、保護絶縁膜75と、を有する。
半導体基板13は、板状とされた基板である。半導体基板13は、メモリセル領域Eと、メモリセル領域Eの周囲に配置にされた周辺回路領域Fと、を有する。
半導体基板13としては、例えば、p型の単結晶シリコン基板、n型の単結晶シリコン基板、TFTシリコン基板等を用いることができる。
以下、半導体基板13の一例として、p型の単結晶シリコン基板を用いた場合を例に挙げて説明する。
半導体基板13としては、例えば、p型の単結晶シリコン基板、n型の単結晶シリコン基板、TFTシリコン基板等を用いることができる。
以下、半導体基板13の一例として、p型の単結晶シリコン基板を用いた場合を例に挙げて説明する。
素子分離領域15−1は、半導体基板13のメモリセル領域Eに形成されおり、複数のセル活性領域17を区画している。素子分離領域15−1は、X1方向に延在し、かつY方向に所定の間隔で配置された第1の部分と、Y方向に延在し、かつX方向に所定の間隔で配置された第2の部分と、を有する。
素子分離領域15−1は、メモリセル領域Eに配置された第1の素子分離用溝(図示せず)と、該第1の素子分離用溝を埋め込み、かつ上面が半導基板13の主面13aの主面に対して面一とされた第1の素子分離用絶縁膜(図示せず)と、で構成されている。
素子分離領域15−1は、メモリセル領域Eに配置された第1の素子分離用溝(図示せず)と、該第1の素子分離用溝を埋め込み、かつ上面が半導基板13の主面13aの主面に対して面一とされた第1の素子分離用絶縁膜(図示せず)と、で構成されている。
半導基板13の主面13aの主面を基準としたときの第1の素子分離用溝(図示せず)の深さは、第1及び第2の溝21,22の深さよりも深くなるように構成されている。
第1の素子分離用絶縁膜(図示せず)としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)、窒化シリコン膜(SiN膜)、或いはこれらの積層膜等を用いることができる。
第1の素子分離用絶縁膜(図示せず)としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)、窒化シリコン膜(SiN膜)、或いはこれらの積層膜等を用いることができる。
素子分離領域15−2は、半導体基板13の周辺回路領域Fに形成されおり、複数の周辺活性領域18を区画している。素子分離領域15−2は、X方向に延在し、かつY方向に所定の間隔で配置された第1の部分と、Y方向に延在し、かつX方向に所定の間隔で配置された第2の部分と、を有する。
素子分離領域15−2は、周辺回路領域Fに配置された第2の素子分離用溝(図示せず)と、該第2の素子分離用溝を埋め込み、かつ上面が半導基板13の主面13aの主面に対して面一とされた第2の素子分離用絶縁膜(図示せず)と、で構成されている。
上記素子分離領域15−1,15−2は、一括性可能な素子分離領域である。
素子分離領域15−2は、周辺回路領域Fに配置された第2の素子分離用溝(図示せず)と、該第2の素子分離用溝を埋め込み、かつ上面が半導基板13の主面13aの主面に対して面一とされた第2の素子分離用絶縁膜(図示せず)と、で構成されている。
上記素子分離領域15−1,15−2は、一括性可能な素子分離領域である。
半導基板13の主面13aの主面を基準としたときの第2の素子分離用溝(図示せず)の深さは、メモリセル領域Eに形成された第1の素子分離用溝(図示せず)の深さと同じ深さにすることができる。
第2の素子分離用絶縁膜(図示せず)としては、第1の素子分離用絶縁膜(図示せず)と同じ絶縁膜を用いることができる。
第2の素子分離用絶縁膜(図示せず)としては、第1の素子分離用絶縁膜(図示せず)と同じ絶縁膜を用いることができる。
セル活性領域17は、素子分離領域15−1で区画された半導体基板13で構成されている。1つのセル活性領域17は、Y方向に隣接して配置された2つの第1の部分(素子分離領域15−1の構成要素)と、X方向に隣接して配置された2つの第2の部分(素子分離領域15−1の構成要素)と、により区画されている。これにより、セル活性領域17は、X1方向に延在している。
セル活性領域17は、X1方向及びY方向に対して、所定の間隔で複数配置されている。セル活性領域17は、第1及び第2のトランジスタ25,26が配置される領域(言い換えれば、2つのトランジスタが配置される領域)である。
Y方向に隣接して配置されたセル活性領域17の間隔は、例えば、Y方向におけるセル活性領域17の幅と同じ値にすることができるが、これよりも小さい値にしてもよく、特に制限されない。
Y方向に隣接して配置されたセル活性領域17の間隔は、例えば、Y方向におけるセル活性領域17の幅と同じ値にすることができるが、これよりも小さい値にしてもよく、特に制限されない。
なお、図1では、セル活性領域17の形状の一例として、X1方向に長辺を有し、かつ角が丸い形状とされた平行四辺形を図示したが、セル活性領域17の形状は、これに限定されない。例えば、セル活性領域17の形状として、平行四辺形を用いてもよい。
周辺活性領域18は、素子分離領域15−2で区画された半導体基板13で構成されている。1つの周辺活性領域18は、Y方向に隣接して配置された2つの第1の部分(素子分離領域15−2の構成要素)と、X方向に隣接して配置された2つの第2の部分(素子分離領域15−2の構成要素)と、により区画されている。周辺活性領域18は、Y方向に延在している。
周辺活性領域18は、X方向及びY方向に対して、所定の間隔で複数配置されている。周辺活性領域18は、1つの周辺回路用トランジスタ41が配置される領域である。
なお、図1に示す周辺活性領域18の形状、数、及び配置等は、一例であって、これに限定されない。
なお、図1に示す周辺活性領域18の形状、数、及び配置等は、一例であって、これに限定されない。
第1及び第2の溝21,22は、Y方向に延在する溝であり、半導体基板13のメモリセル領域Eに設けられている。第1及び第2の溝21,22は、1つのセル活性領域17の上部を3分割するように配置されている。
第1及び第2の溝21,22は、Y方向に配置された複数のセル活性領域17、及び該セル活性領域17間に配置された素子分離領域15−1に跨るように配置されている。
半導体基板13の主面13aを基準としたときの第1及び第2の溝21,22の深さは、素子分離領域15−1,15−2の深さよりも浅くなるように構成されている。第1及び第2の溝21,22の深さは、例えば、150nmとすることができる。
第1及び第2の溝21,22は、Y方向に配置された複数のセル活性領域17、及び該セル活性領域17間に配置された素子分離領域15−1に跨るように配置されている。
半導体基板13の主面13aを基準としたときの第1及び第2の溝21,22の深さは、素子分離領域15−1,15−2の深さよりも浅くなるように構成されている。第1及び第2の溝21,22の深さは、例えば、150nmとすることができる。
第1及び第2のトランジスタ25,26は、セルトランジスタ(選択トランジスタ)であり、セル活性領域17に設けられている。第1及び第2のトランジスタ25,26は、同一のセル活性領域17にそれぞれ1つ設けられている。第1及び第2のトランジスタ25,26は、セル活性領域17の延在方向(X1方向)に対して配置されている。
第1のトランジスタ25は、ゲート絶縁膜81と、埋め込み型ゲート電極83と、第1の容量用不純物拡散領域85と、ビット線用不純物拡散領域87と、を有する。
ゲート絶縁膜81は、セル活性領域17に形成された第1の溝21の内面を覆うように配置されている。
ゲート絶縁膜81は、セル活性領域17に形成された第1の溝21の内面を覆うように配置されている。
ゲート絶縁膜81としては、例えば、単層のシリコン酸化膜(SiO2膜)、シリコン酸化膜を窒化した膜(SiON膜)、積層されたシリコン酸化膜(SiO2膜)、シリコン酸化膜(SiO2膜)上にシリコン窒化膜(SiN膜)を積層させた積層膜等を用いることができる。
埋め込み型ゲート電極83は、ゲート絶縁膜81を介して第1の溝21の下部を埋め込むように配置されている。
埋め込み型ゲート電極83を構成する金属膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)と、タングステン膜(W膜)と、を順次積層した積層膜を用いることができる。
埋め込み型ゲート電極83を構成する金属膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)と、タングステン膜(W膜)と、を順次積層した積層膜を用いることができる。
第1の容量用不純物拡散領域85は、第1の溝21の上部と素子分離領域15−1との間に位置するセル活性領域17の一方の端部17A(言い換えれば、第1の溝21の一方の側面(図3において、素子分離領域15−1側に位置する第1の溝21の側面)を構成するセル活性領域17)に配置されている。第1の容量用不純物拡散領域85は、第1のトランジスタ25のソース/ドレイン領域として機能する。
第1の溝21の深さが150nmで、かつZ方向における埋め込み型ゲート線83の高さが80nmの場合、半導体基板13の主面13aを基準としたときの第1の容量不純物拡散領域85の深さは、例えば、70nmとすることができる。
ビット線用不純物拡散領域87は、第1の溝21の上部と第2の溝22の上部との間に位置するセル活性領域17の中央部(言い換えれば、第1の溝21の他方の側面(図3において、第2の溝22側に位置する第1の溝21の側面)を構成するセル活性領域17)に配置されている。
ビット線用不純物拡散領域87は、セル活性領域17(同一活性領域)に配置された第1及び第2のトランジスタ25,26に対して共通の不純物拡散領域(ソース/ドレイン領域)として機能する。
ビット線用不純物拡散領域87は、セル活性領域17(同一活性領域)に配置された第1及び第2のトランジスタ25,26に対して共通の不純物拡散領域(ソース/ドレイン領域)として機能する。
第1及び第2の溝21,22の深さが150nmで、かつZ方向における埋め込み型ゲート線83の高さが80nmの場合、半導体基板13の主面13aを基準としたときのビット線用不純物拡散領域87の深さは、例えば、70nmとすることができる。
半導体基板13がp型単結晶シリコン基板の場合、第1の容量不純物拡散領域85及びビット線用不純物拡散領域87としては、例えば、n型不純物拡散領域を用いることができる。
半導体基板13がp型単結晶シリコン基板の場合、第1の容量不純物拡散領域85及びビット線用不純物拡散領域87としては、例えば、n型不純物拡散領域を用いることができる。
第2のトランジスタ26は、ゲート絶縁膜81と、埋め込み型ゲート電極91と、第2の容量用不純物拡散領域93と、ビット線用不純物拡散領域87と、を有する。
ゲート絶縁膜81は、セル活性領域17に形成された第2の溝22の内面を覆うように配置されている。
ゲート絶縁膜81は、セル活性領域17に形成された第2の溝22の内面を覆うように配置されている。
埋め込み型ゲート電極91は、ゲート絶縁膜81を介して第2の溝22の下部を埋め込むように配置されている。
埋め込み型ゲート電極91を構成する金属膜としては、例えば、埋め込み型ゲート電極83を構成する金属膜と同じ膜を用いることができる。
埋め込み型ゲート電極91を構成する金属膜としては、例えば、埋め込み型ゲート電極83を構成する金属膜と同じ膜を用いることができる。
第2の容量用不純物拡散領域93は、第2の溝22の上部と素子分離領域15−1との間に位置するセル活性領域17の他方の端部17B(言い換えれば、第2の溝22の一方の側面(図3において、素子分離領域15−1側に位置する第2の溝22の側面)を構成するセル活性領域)に配置されている。第2の容量用不純物拡散領域93は、第2のトランジスタ26のソース/ドレイン領域として機能する。
第2の溝22の深さが150nmで、かつZ方向における埋め込み型ゲート線91の高さが80nmの場合、半導体基板13の主面13aを基準としたときの第2の容量不純物拡散領域93の深さは、例えば、70nmとすることができる。
半導体基板13がp型単結晶シリコン基板の場合、第2の容量用不純物拡散領域93としては、例えば、n型不純物拡散領域を用いることができる。
半導体基板13がp型単結晶シリコン基板の場合、第2の容量用不純物拡散領域93としては、例えば、n型不純物拡散領域を用いることができる。
埋め込み絶縁膜27は、第1及び第2の溝21,22の上部を埋め込むように配置されている。これにより、第1の溝21の下部に配置された埋め込み型ゲート電極83の上面、及び第2の溝22の下部に配置された埋め込み型ゲート電極91の上面は、埋め込み絶縁膜27で覆われる。埋め込み絶縁膜27の上面は、半導体基板13の主面13aに対して面一とされている。
埋め込み絶縁膜34としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)やシリコン窒化膜(SiN膜)、或いは、これらの膜を積層させた積層膜等を用いることができる。
埋め込み絶縁膜34としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)やシリコン窒化膜(SiN膜)、或いは、これらの膜を積層させた積層膜等を用いることができる。
第1の層間絶縁膜28は、メモリセル領域E(セル活性領域17も含む)に設けられており、素子分離領域15−1の上面、及び埋め込み絶縁膜27の上面を覆うように配置されている。
第1の層間絶縁膜28としては、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成されたシリコン酸化膜(SiO2膜)、或いは、SOG(Spin On Glass)法により形成された塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を用いることができる。
第1の層間絶縁膜28としては、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成されたシリコン酸化膜(SiO2膜)、或いは、SOG(Spin On Glass)法により形成された塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を用いることができる。
ビットコンタクト孔28Aは、ビット線用不純物拡散領域87上に位置する第1の層間絶縁膜28を貫通し、かつビット線用不純物拡散領域87の上面87a(セル活性領域17の上面17aの一部)を露出するように、第1の層間絶縁膜28に設けられている。
ビット線33は、ビットコンタクト孔28Aを埋め込み、かつX方向に延在するように、第1の層間絶縁膜28上に配置されている。
これにより、ビット線33は、その下端がビット線用不純物拡散領域87の上面87a(半導体基板13の主面13a、及びセル活性領域17の上面17aと一致する面)と直接接続されている。
ビット線33は、金属膜以外の膜(例えば、金属膜と比較して抵抗の高いシリコン膜等)を含んでいない第1の金属積層膜97−1で構成されている。
これにより、ビット線33は、その下端がビット線用不純物拡散領域87の上面87a(半導体基板13の主面13a、及びセル活性領域17の上面17aと一致する面)と直接接続されている。
ビット線33は、金属膜以外の膜(例えば、金属膜と比較して抵抗の高いシリコン膜等)を含んでいない第1の金属積層膜97−1で構成されている。
このように、シリコン膜よりなるビット線コンタクトプラグを介することなく、第1の金属積層膜97−1よりなるビット線33(言い換えれば、構成要素に金属よりも抵抗値の高いシリコン膜を含まないビット線)とセル活性領域17に形成されたビット線用不純物拡散領域87とを直接接続させることが可能となる。
これにより、メモリセル部11を微細化した場合(言い換えれば、ビットコンタクト孔28Aの開口径を小さくした場合)でも、ビット線33の抵抗値が上昇することを抑制できる。
これにより、メモリセル部11を微細化した場合(言い換えれば、ビットコンタクト孔28Aの開口径を小さくした場合)でも、ビット線33の抵抗値が上昇することを抑制できる。
第1の金属積層膜97−1は、金属シリサイド膜101と、窒化チタン膜102と、タングステンシリサイド膜103と、タングステン膜104と、が順次積層された構成とされている。
金属シリサイド膜101は、第1の金属積層膜97−1を構成する金属膜のうち最下層に配置される金属膜である。金属シリサイド膜101は、ビットコンタクト孔28Aが露出するビット線用不純物拡散領域87の上面87aを覆うように配置されている。金属シリサイド膜101としては、例えば、チタンシリサイド膜を用いることができる。
金属シリサイド膜101は、第1の金属積層膜97−1を構成する金属膜のうち最下層に配置される金属膜である。金属シリサイド膜101は、ビットコンタクト孔28Aが露出するビット線用不純物拡散領域87の上面87aを覆うように配置されている。金属シリサイド膜101としては、例えば、チタンシリサイド膜を用いることができる。
このように、ビット線33を構成する第1の金属積層膜97−1の最下層に配置される金属シリサイド膜101を、ビットコンタクト孔28Aが露出するビット線用不純物拡散領域87の上面87aを覆うように配置することにより、ビット線33とビット線用不純物拡散領域87(n型不純物を含んだ単結晶シリコンよりなる不純物拡散領域)との間のコンタクト抵抗を小さくすることができる。
第1の金属積層膜97−1を構成する各膜の厚さは、例えば、金属シリサイド膜101が5nm、窒化チタン膜102が10nm、タングステンシリサイド膜103が2nm、タングステン膜104が20nmとすることができる。
この場合、ビットコンタクト孔28Aの開口径を30nmで、深さを20nmとすると、ビットコンタクト孔28A内は金属シリサイド膜101、窒化チタン膜102、タングステンシリサイド膜103で埋設される。
一方、ビットコンタクト孔28Aの開口径が20nm以下に微細化された場合には、ビットコンタクト孔28A内は金属シリサイド膜101と窒化チタン膜102とで埋設される。いずれの場合も第1の層間絶縁膜28上に配置される金属積層膜は、窒化チタン膜102、タングステンシリサイド膜103、及びタングステン膜104からなる3層膜で構成される。
この場合、ビットコンタクト孔28Aの開口径を30nmで、深さを20nmとすると、ビットコンタクト孔28A内は金属シリサイド膜101、窒化チタン膜102、タングステンシリサイド膜103で埋設される。
一方、ビットコンタクト孔28Aの開口径が20nm以下に微細化された場合には、ビットコンタクト孔28A内は金属シリサイド膜101と窒化チタン膜102とで埋設される。いずれの場合も第1の層間絶縁膜28上に配置される金属積層膜は、窒化チタン膜102、タングステンシリサイド膜103、及びタングステン膜104からなる3層膜で構成される。
なお、本実施の形態では、第1の金属積層膜97−1の一例として、金属シリサイド膜101と、窒化チタン膜102と、タングステンシリサイド膜103と、タングステン膜104と、が順次積層された積層膜を例に挙げて説明したが、第1の金属積層膜97−1を構成する金属膜はこれらに限定されることなく、適宜選択することができる。
カバー絶縁膜34−1は、ビット線33の上面を覆うように配置されている。カバー絶縁膜34−1の上面は、平坦な面とされている。カバー絶縁膜34−1は、ビット線33の上面を保護すると共に、異方性ドライエッチングにより、ビット線33の母材となる金属積層膜(後述する図10Aに示す金属積層膜97)をパターニングする際のエッチングマスクとして機能する。カバー絶縁膜34−1の母材となる膜としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
カバー絶縁膜34−2は、周辺回路用トランジスタ41を構成するゲート電極109の上面を覆うように配置されている。カバー絶縁膜34−2の上面は、平坦な面とされている。カバー絶縁膜34−2は、ゲート電極109の上面を保護すると共に、異方性ドライエッチングにより、ゲート電極109の母材となる金属積層膜(後述する図10Aに示す金属積層膜97)をパターニングする際のエッチングマスクとして機能する。
カバー絶縁膜34−2の母材となる膜としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
カバー絶縁膜34−2の母材となる膜としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
サイドウォール36−1は、第1の層間絶縁膜28から露出されたビット線33の側面、及びカバー絶縁膜34−1の側面を覆うように配置されている。
サイドウォール36−2は、周辺回路用トランジスタ41を構成するゲート電極109の側面、及びカバー絶縁膜34−2の側面を覆うように配置されている。Y方向におけるサイドウォール36−2の幅は、Y方向における低濃度不純物拡散領域112の幅に等しい。
サイドウォール36−2は、周辺回路用トランジスタ41を構成するゲート電極109の側面、及びカバー絶縁膜34−2の側面を覆うように配置されている。Y方向におけるサイドウォール36−2の幅は、Y方向における低濃度不純物拡散領域112の幅に等しい。
サイドウォール36−2は、イオン注入法により、周辺活性領域18に一対の高濃度不純物拡散領域113を形成する際のマスクとして機能する。
サイドウォール36−1,36−2を構成する絶縁膜としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
サイドウォール36−1,36−2を構成する絶縁膜としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
周辺回路用トランジスタ41は、周辺活性領域18に設けられたプレーナ型トランジスタである。周辺回路用トランジスタ41は、周辺回路用ゲート絶縁膜108と、ゲート電極109と、一対の低濃度不純物拡散領域112と、一対の高濃度不純物拡散領域113と、を有する。
周辺回路用ゲート絶縁膜108は、周辺活性領域18の上面18a(周辺回路領域Fに位置する半導体基板13の主面13aに一致する面)の中央に配置されている。
周辺回路用ゲート絶縁膜108としては、例えば、誘電率が3.9以上で、かつ熱酸化膜の比誘電率よりも高い高誘電率膜(High−K膜)を用いることができる。該高誘電率膜(High−K膜)としては、例えば、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ランタン酸化物等を含んだ絶縁膜を用いることができる。
周辺回路用ゲート絶縁膜108としては、例えば、誘電率が3.9以上で、かつ熱酸化膜の比誘電率よりも高い高誘電率膜(High−K膜)を用いることができる。該高誘電率膜(High−K膜)としては、例えば、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ランタン酸化物等を含んだ絶縁膜を用いることができる。
このように、周辺回路用ゲート絶縁膜108として、誘電率が3.9以上で、かつ熱酸化膜の比誘電率よりも高い高誘電率膜(High−K膜)を用いることにより、半導体装置10が微細化された場合でもリーク電流を減少させることが可能になると共に、周辺回路用ゲート絶縁膜108の電流量を大きくすることができる。
ゲート電極109は、周辺回路用ゲート絶縁膜108の上面に配置されている。ゲート電極109は、段差低減用シリコン膜115と、第2の金属積層膜97−2と、が順次積層された構成とされている。
段差低減用シリコン膜115は、周辺回路用ゲート絶縁膜108の上面を覆うように配置されている。段差低減用シリコン膜115としては、例えば、ポリシリコン膜を用いることができる。
段差低減用シリコン膜115の上面は、メモリセル領域Eに配置された第1の層間絶縁膜28の上面に対して面一とされている。段差低減用シリコン膜115の厚さは、例えば、20nmとすることができる。
段差低減用シリコン膜115の上面は、メモリセル領域Eに配置された第1の層間絶縁膜28の上面に対して面一とされている。段差低減用シリコン膜115の厚さは、例えば、20nmとすることができる。
第2の金属積層膜97−2は、先に説明したビット線33を構成する第1の金属積層膜97−1と同じ積層構造とされている。つまり、第2の金属積層膜97−2は、金属シリサイド膜101と、窒化チタン膜102と、タングステンシリサイド膜103と、タングステン膜104と、が順次積層された構成とされている。
上記ゲート電極109は、一層のポリシリコン膜である段差低減用シリコン膜115と、第2の金属積層膜97−2と、が積層された構成とされている。
このため、図16に示す2層のポリシリコン膜(具体的には、段差低減Poly-Si膜334、及びPoly-Si膜308)を含むゲート電極335と比較して、ゲート電極109の抵抗値を小さくすることができる。
このため、図16に示す2層のポリシリコン膜(具体的には、段差低減Poly-Si膜334、及びPoly-Si膜308)を含むゲート電極335と比較して、ゲート電極109の抵抗値を小さくすることができる。
なお、図1では、一例として、周辺活性領域18の中心を縦断するように、X方向に延在するゲート電極109を図示したが、ゲート電極109のレイアウトはこれに限定されない。
一対の低濃度不純物拡散領域112は、Y方向から周辺回路用ゲート絶縁膜108を挟み込むように、周辺回路用ゲート絶縁膜108の両側に位置する周辺活性領域18に設けられている。半導体基板13としてp型単結晶シリコン基板を用いる場合、一対の低濃度不純物拡散領域112としては、例えば、低濃度のn型不純物拡散領域を用いることができる。
一対の低濃度不純物拡散領域112としては、例えば、LDD(Lightly Doped Drain)領域を用いることができる。
一対の低濃度不純物拡散領域112としては、例えば、LDD(Lightly Doped Drain)領域を用いることができる。
一対の高濃度不純物拡散領域113は、低濃度不純物拡散領域112を介して、周辺回路用ゲート絶縁膜108を挟み込むように、周辺活性領域18の両端部に設けられている。
半導体基板13の主面13aを基準としたときの高濃度不純物拡散領域113の深さは、低濃度不純物拡散領域112の深さよりも深くなるように構成されている。高濃度不純物拡散領域113は、低濃度不純物拡散領域112よりも不純物濃度の高い不純物拡散領域である。
半導体基板13の主面13aを基準としたときの高濃度不純物拡散領域113の深さは、低濃度不純物拡散領域112の深さよりも深くなるように構成されている。高濃度不純物拡散領域113は、低濃度不純物拡散領域112よりも不純物濃度の高い不純物拡散領域である。
半導体基板13としてp型単結晶シリコン基板を用いる場合、一対の高濃度不純物拡散領域113としては、例えば、低濃度不純物拡散領域112よりもn型不純物濃度の高いn型不純物拡散領域を用いることができる。
第2の層間絶縁膜43は、第1の層間絶縁膜28の上面、及び素子分離領域15−2の上面を覆うように配置されている。第2の層間絶縁膜43の上面は、平坦な面とされている。第2の層間絶縁膜43の上面は、カバー絶縁膜34−1,34−2の上面に対して面一とされている。
第2の層間絶縁膜43としては、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成されたシリコン酸化膜(SiO2膜)、或いは、SOG(Spin On Glass)法により形成された塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を用いることができる。
第2の層間絶縁膜43としては、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成されたシリコン酸化膜(SiO2膜)、或いは、SOG(Spin On Glass)法により形成された塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を用いることができる。
第1のコンタクト孔45は、第1の容量用不純物拡散領域85上に位置する第1及び第2の層間絶縁膜28,43を貫通するように配置されている。第1のコンタクト孔45は、第1の容量用不純物拡散領域85の上面を露出している。
第1のコンタクト孔46は、第2の容量用不純物拡散領域93上に位置する第1及び第2の層間絶縁膜28,43を貫通するように配置されている。第1のコンタクト孔46は、第2の容量用不純物拡散領域93の上面を露出している。
第1のコンタクト孔46は、第2の容量用不純物拡散領域93上に位置する第1及び第2の層間絶縁膜28,43を貫通するように配置されている。第1のコンタクト孔46は、第2の容量用不純物拡散領域93の上面を露出している。
第2のコンタクト孔48は、高濃度不純物拡散領域113上に位置する第2の層間絶縁膜43を貫通するように配置されている。第2のコンタクト孔48は、高濃度不純物拡散領域113の上面を露出している。
容量コンタクトプラグ51は、第1のコンタクト孔45を充填するように配置されている。これにより、容量コンタクトプラグ51の下端は、第1の容量用不純物拡散領域85と接触している。
容量コンタクトプラグ51の上端面は、平坦な面とされており、第2の層間絶縁膜43の上面に対して面一とされている。
容量コンタクトプラグ51の上端面は、平坦な面とされており、第2の層間絶縁膜43の上面に対して面一とされている。
容量コンタクトプラグ52は、第1のコンタクト孔46を充填するように配置されている。これにより、容量コンタクトプラグ52の下端は、第2の容量用不純物拡散領域93と接触している。
容量コンタクトプラグ52の上端面は、平坦な面とされており、第2の層間絶縁膜43の上面に対して面一とされている。
容量コンタクトプラグ52の上端面は、平坦な面とされており、第2の層間絶縁膜43の上面に対して面一とされている。
第1のコンタクトプラグ53は、第2のコンタクト孔48を充填するように配置されている。これにより、第1のコンタクトプラグ53の下端は、高濃度不純物拡散領域113と接触している。
第1のコンタクトプラグ53の上端面は、平坦な面とされており、第2の層間絶縁膜43の上面に対して面一とされている。
第1のコンタクトプラグ53の上端面は、平坦な面とされており、第2の層間絶縁膜43の上面に対して面一とされている。
第1の配線パターン55は、周辺回路領域Fに配置された第2の層間絶縁膜43上に設けられている。第1の配線パターン55は、配線部と、該配線部と一体とされ、かつ配線部よりも幅広形状とされたパッド部55Aと、を有する。パッド部55Aは、第1のコンタクトプラグ53の上端と接続されている。
これにより、第1の配線パターン55は、第1のコンタクトプラグ53を介して、高濃度不純物拡散領域113と電気的に接続されている。
これにより、第1の配線パターン55は、第1のコンタクトプラグ53を介して、高濃度不純物拡散領域113と電気的に接続されている。
ストッパー膜57は、第1の配線パターン55を覆うように、メモリセル領域E及び周辺回路領域Fに配置された第2の層間絶縁膜43の上面に配置されている。ストッパー膜57は、第3及び第4の層間絶縁膜59,66を異方性ドライエッチングする際のストッパー膜として機能する絶縁膜である。
よって、ストッパー膜57としては、異方性ドライエッチングにより、第3及び第4の層間絶縁膜59,66をエッチングする条件で、エッチングされにくい絶縁膜を用いるとよい。
具体的には、第3及び第4の層間絶縁膜59,66として、シリコン酸化膜(SiO2膜)を用いる場合、ストッパー膜57としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
具体的には、第3及び第4の層間絶縁膜59,66として、シリコン酸化膜(SiO2膜)を用いる場合、ストッパー膜57としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
第3の層間絶縁膜59は、ストッパー膜57の上面を覆うように配置されている。第3の層間絶縁膜59の厚さは、ストッパー膜57及び第3の層間絶縁膜59に形成するシリンダ孔62の深さが所望の深さとなるように設定する。
第3の層間絶縁膜59としては、例えば、CVD法により形成されたシリコン酸化膜(SiO2膜)、或いは、SOG法により形成された塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を用いることができる。
第3の層間絶縁膜59としては、例えば、CVD法により形成されたシリコン酸化膜(SiO2膜)、或いは、SOG法により形成された塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を用いることができる。
シリンダ孔62は、容量コンタクトプラグ51,52上に位置するストッパー膜57及び第3の層間絶縁膜59を貫通するように設けられている。シリンダ孔62は、円柱形状とされた空間であり、容量コンタクトプラグ51または容量コンタクトプラグ52の上端面を露出している。
キャパシタ64は、シリンダ孔62内を埋め込むように配置されている。キャパシタ64は、下部電極117と、容量絶縁膜118と、上部電極119と、を有する。
下部電極117は、クラウン形状(王冠形状)とされており、シリンダ孔62の内壁を覆うように配置されている。下部電極117は、容量コンタクトプラグ51の上端または容量コンタクトプラグ52の上端と接続されている。
下部電極117は、クラウン形状(王冠形状)とされており、シリンダ孔62の内壁を覆うように配置されている。下部電極117は、容量コンタクトプラグ51の上端または容量コンタクトプラグ52の上端と接続されている。
これにより、容量コンタクトプラグ51上に配置された下部電極117は、容量コンタクトプラグ51を介して、第1の容量用不純物拡散領域85と電気的に接続されている。
また、容量コンタクトプラグ52上に配置された下部電極117は、容量コンタクトプラグ52を介して、第2の容量用不純物拡散領域93と電気的に接続されている。
下部電極117を構成する金属膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。
また、容量コンタクトプラグ52上に配置された下部電極117は、容量コンタクトプラグ52を介して、第2の容量用不純物拡散領域93と電気的に接続されている。
下部電極117を構成する金属膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。
容量絶縁膜118は、下部電極117の表面、及び第3の層間絶縁膜59の上面を覆うように配置されている。容量絶縁膜118の厚さは、下部電極117の内部を埋め込まない厚さとされている。
容量絶縁膜118としては、例えば、酸化ハフニウム膜(HfO2膜)、酸化ジルコニウム膜(ZrO2膜)、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)、チタン酸ストロンチウム膜(SrTiO3膜)、或いはこれらの積層膜等を用いることができる。
容量絶縁膜118としては、例えば、酸化ハフニウム膜(HfO2膜)、酸化ジルコニウム膜(ZrO2膜)、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)、チタン酸ストロンチウム膜(SrTiO3膜)、或いはこれらの積層膜等を用いることができる。
上部電極119は、容量絶縁膜118の表面を覆うように設けられている。上部電極119の厚さは、容量絶縁膜118を介して、下部電極117内に形成された空間を埋め込む厚さとされている。上部電極119の上面は、平坦な面とされている。
上部電極119を構成する金属膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。
上部電極119を構成する金属膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。
上記構成とされたキャパシタ64のうち、容量コンタクトプラグ51上に配置されたキャパシタ64は、容量コンタクトプラグ51を介して、第1のトランジスタ25と電気的に接続されている。
また、キャパシタ64のうち、容量コンタクトプラグ52上に配置されたキャパシタ64は、容量コンタクトプラグ52を介して、第2のトランジスタ26と電気的に接続されている。
また、キャパシタ64のうち、容量コンタクトプラグ52上に配置されたキャパシタ64は、容量コンタクトプラグ52を介して、第2のトランジスタ26と電気的に接続されている。
なお、図3では、キャパシタ64の一例として、シリンダ孔62内を埋め込む構成とされたシリンダ型キャパシタを例に挙げて図示したが、キャパシタ65の形状は、これに限定されない。例えば、キャパシタ64として、クラウン型キャパシタを用いてもよい。
第1のメモリセルMC1は、第1のトランジスタ25と、容量コンタクトプラグ51の上方に配置され、かつ第1のトランジスタ25と電気的に接続されたキャパシタ64と、で構成されている。
第2のメモリセルMC2は、第2のトランジスタ26と、容量コンタクトプラグ52の上方に配置され、かつ第2のトランジスタ26と電気的に接続されたキャパシタ64と、で構成されている。
第2のメモリセルMC2は、第2のトランジスタ26と、容量コンタクトプラグ52の上方に配置され、かつ第2のトランジスタ26と電気的に接続されたキャパシタ64と、で構成されている。
第4の層間絶縁膜66は、上部電極119の上面、及び周辺回路領域Fに配置された第3の層間絶縁膜59の上面を覆うように配置されている。
第4の層間絶縁膜66としては、例えば、CVD法により形成されたシリコン酸化膜(SiO2膜)、或いは、SOG法により形成された塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を用いることができる。
第4の層間絶縁膜66としては、例えば、CVD法により形成されたシリコン酸化膜(SiO2膜)、或いは、SOG法により形成された塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を用いることができる。
第3のコンタクト孔68は、第1の配線パターン55のパッド部55A上に位置するストッパー膜57、第3の層間絶縁膜59、及び第4の層間絶縁膜66を貫通するように設けられている。これにより、第3のコンタクト孔68は、第1の配線パターン55のパッド部55Aの上面を露出している。
第2のコンタクトプラグ71は、第3のコンタクト孔68を充填するように設けられている。第2のコンタクトプラグ71の下端は、第1の配線パターン55のパッド部55Aと接続されている。
これにより、第2のコンタクトプラグ71は、第1の配線パターン55を介して、周辺回路用トランジスタ41の高濃度不純物拡散領域113と電気的に接続されている。
これにより、第2のコンタクトプラグ71は、第1の配線パターン55を介して、周辺回路用トランジスタ41の高濃度不純物拡散領域113と電気的に接続されている。
第2の配線パターン73は、周辺回路領域Fに位置する第4の層間絶縁膜66の上面に配置されている。第2の配線パターン73は、第2のコンタクトプラグ71の上端と接続されている。
これにより、第2の配線パターン73は、第2のコンタクトプラグ71を介して、周辺回路用トランジスタ41と電気的に接続されている。
これにより、第2の配線パターン73は、第2のコンタクトプラグ71を介して、周辺回路用トランジスタ41と電気的に接続されている。
保護絶縁膜75は、第2の配線パターン73と、メモリセル領域E及び周辺回路領域Fに配置された第4の層間絶縁膜66の上面と、を覆うように設けられている。保護絶縁膜75は、最上層に配置された第2の配線パターン73を保護する機能を有する。
保護絶縁膜75としては、例えば、ポリイミド樹脂よりなる絶縁膜を用いることができる。
保護絶縁膜75としては、例えば、ポリイミド樹脂よりなる絶縁膜を用いることができる。
本実施の形態の半導体装置によれば、メモリセル領域E、及びメモリセル領域Eの周囲に配置される周辺回路領域Fを有する半導体基板13と、メモリセル領域E及び周辺回路領域Fに配置される素子分離領域15−1,15−2と、メモリセル領域Eに配置され、かつ素子分離領域15−1により区画されるセル活性領域17と、セル活性領域17上に配置された第1の層間絶縁膜28と、第1の層間絶縁膜28を貫通し、かつビット線用不純物拡散領域87の上面87a(セル活性領域17の上面17aの一部)を露出するビットコンタクト孔28Aと、ビットコンタクト孔28Aを埋め込むように、第1の層間絶縁膜28上に配置され、かつ第1の金属積層膜97−1よりなるビット線33と、を有することにより、第1の金属積層膜97−1よりなるビット線33(言い換えれば、構成要素となる膜に金属膜よりも抵抗値の高いシリコン膜を含まないビット線)と、ビット線用不純物拡散領域87と、を直接接続させることが可能となる。
これにより、メモリセル部11を微細化した場合(言い換えれば、ビットコンタクト孔28Aの開口径を小さくした場合)でも、ビット線33の抵抗値が上昇することを抑制できる。
これにより、メモリセル部11を微細化した場合(言い換えれば、ビットコンタクト孔28Aの開口径を小さくした場合)でも、ビット線33の抵抗値が上昇することを抑制できる。
また、第1の金属積層膜97−1を構成する最下層の金属膜として、金属シリサイド膜を用いることで、ビット線33とビット線用不純物拡散領域87との間のコンタクト抵抗の上昇を抑制できる。
図6〜図14は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。図6A、図7A、図8A、図9A、図10A、図11A、図12A、図13A、及び図14Aは、図1に示すA−A線に対応する製造途中の半導体装置の断面図である。
図6B、図7B、図8B、図9B、図10B、図11B、図12B、図13B、及び図14Bは、図1に示すB−B線に対応する製造途中の半導体装置の断面図である。
図6B、図7B、図8B、図9B、図10B、図11B、図12B、図13B、及び図14Bは、図1に示すB−B線に対応する製造途中の半導体装置の断面図である。
図6Cは、図6Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。図7Cは、図7Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図8Cは、図8Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。図9Cは、図9Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図10Cは、図10Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。図11Cは、図11Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図12Cは、図12Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図8Cは、図8Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。図9Cは、図9Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図10Cは、図10Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。図11Cは、図11Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図12Cは、図12Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Dで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図7Dは、図7Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Cで囲まれた部分を拡大した断面図である。図8Dは、図8Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Cで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図9Dは、図9Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Cで囲まれた部分を拡大した断面図である。図10Dは、図10Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Cで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図11Dは、図11Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Cで囲まれた部分を拡大した断面図である。図12Dは、図12Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Cで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図9Dは、図9Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Cで囲まれた部分を拡大した断面図である。図10Dは、図10Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Cで囲まれた部分を拡大した断面図である。
図11Dは、図11Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Cで囲まれた部分を拡大した断面図である。図12Dは、図12Aに示す製造途中の半導体装置のうち、領域Cで囲まれた部分を拡大した断面図である。
次に、主に、図6〜図14を参照して、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。なお、図14に示す工程以降の半導体装置10の製造方法の説明は、図2及び図3を参照して行う。
始めに、図6A、図6B、及び図6Cに示す工程では、半導体基板13としてp型の単結晶シリコン基板を準備する。次いで、周知の手法であるSTI(Shallow Trench Isolation)法により、半導体基板13の主面13a側に、素子分離領域15−1,15−2を一括形成する。
具体的には、例えば、メモリセル領域E及び周辺回路領域Fに、フォトリソグラフィー技術及び異方性ドライエッチング技術を用いて素子分離用溝(図示せず)を形成し、その後、該素子分離用溝を埋め込む素子分離用絶縁膜を形成することで、素子分離領域15−1,15−2を一括形成する。
これにより、メモリセル領域Eに配置された素子分離領域15−1により区画され、X1方向に延在し、かつX1方向及びY方向に所定の間隔で配置された複数のセル活性領域17と、周辺回路領域Fに配置された素子分離領域15−2により区画され、Y方向に延在し、かつX方向及びY方向に所定の間隔で配置された複数の周辺活性領域18と、が一括形成される(図1参照)。
上記素子分離用絶縁膜(図示せず)としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)、シリコン窒化膜(SiN膜)、或いはこれらの積層膜等を用いることができる。
また、半導体基板13の主面13aを基準としたときの素子分離領域15−1,15−2の深さは、例えば、250nmとすることができる。
また、半導体基板13の主面13aを基準としたときの素子分離領域15−1,15−2の深さは、例えば、250nmとすることができる。
次いで、フォトリソグラフィー技術及び異方性ドライエッチング技術により、メモリセル領域Eに位置するセル活性領域17に、セル活性領域17の延在方向(X1方向)と交差するY方向に延在し、かつセル活性領域17の上部を3分割する第1及び第2の溝21,22(2つの溝)を形成する。
このとき、第1及び第2の溝21,22は、Y方向に配置された複数のセル活性領域17及び素子分離領域15−1に跨るように形成する。
半導体基板13の主面13aを基準としたときの第1及び第2の溝21,22の深さは、例えば、150nmとすることができる。
半導体基板13の主面13aを基準としたときの第1及び第2の溝21,22の深さは、例えば、150nmとすることができる。
次いで、周知の手法により、第1及び第2の溝21,22の内面を覆うゲート絶縁膜81を形成する。
具体的には、例えば、熱酸化法により、第1及び第2の溝21,22の内面に露出されたセル活性領域17(言い換えれば、単結晶シリコン基板よりなる半導体基板13)を酸化させることで、第1及び第2の溝21,22の内面を覆うシリコン酸化膜(SiO2膜)を形成する。これにより、シリコン酸化膜(SiO2膜)よりなるゲート絶縁膜81が形成される。
具体的には、例えば、熱酸化法により、第1及び第2の溝21,22の内面に露出されたセル活性領域17(言い換えれば、単結晶シリコン基板よりなる半導体基板13)を酸化させることで、第1及び第2の溝21,22の内面を覆うシリコン酸化膜(SiO2膜)を形成する。これにより、シリコン酸化膜(SiO2膜)よりなるゲート絶縁膜81が形成される。
なお、熱酸化法以外の方法を用いて、第1及び第2の溝21,22の内面を覆うゲート絶縁膜81を形成してもよい。
この場合、ゲート絶縁膜81としては、例えば、単層のシリコン酸化膜(SiO2膜)、シリコン酸化膜を窒化した膜(SiON膜)、積層されたシリコン酸化膜(SiO2膜)、シリコン酸化膜(SiO2膜)上にシリコン窒化膜(SiN膜)を積層させた積層膜等を用いることができる。
この場合、ゲート絶縁膜81としては、例えば、単層のシリコン酸化膜(SiO2膜)、シリコン酸化膜を窒化した膜(SiON膜)、積層されたシリコン酸化膜(SiO2膜)、シリコン酸化膜(SiO2膜)上にシリコン窒化膜(SiN膜)を積層させた積層膜等を用いることができる。
次いで、周知の手法により、ゲート絶縁膜81を介して、第1の溝21の下部を埋め込むように配置され、Y方向に延在する埋め込み型ゲート電極83と、ゲート絶縁膜81を介して、第2の溝22の下部を埋め込むように配置され、Y方向に延在する埋め込み型ゲート電極91と、を一括形成する。
具体的には、例えば、以下の方法を用いて、埋め込み型ゲート電極83,91を形成する。始めに、第1及び第2の溝21,22を埋め込むように、埋め込み型ゲート電極83,91の母材となる窒化チタン膜(TiN膜)と、タングステン膜(W膜)と、を順次成膜する。
その後、異方性ドライエッチングを用いたエッチバックにより、第1及び第2の溝21,22の下部のみに窒化チタン膜(TiN膜)及びタングステン膜(W膜)を残存させることで、埋め込み型ゲート電極83,91が形成される。
その後、異方性ドライエッチングを用いたエッチバックにより、第1及び第2の溝21,22の下部のみに窒化チタン膜(TiN膜)及びタングステン膜(W膜)を残存させることで、埋め込み型ゲート電極83,91が形成される。
次いで、周知の手法により、第1及び第2の溝21,22の上部を埋め込み、かつ上面26aが半導体基板13の主面13aに対して面一とされた埋め込み絶縁膜27を形成する。
これにより、埋め込み型ゲート電極83,91の上面は、埋め込み絶縁膜27で覆われる。埋め込み絶縁膜27としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)、シリコン窒化膜(SiN膜)、或いはこれらの膜を積層させた積層膜等を用いることができる。
これにより、埋め込み型ゲート電極83,91の上面は、埋め込み絶縁膜27で覆われる。埋め込み絶縁膜27としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)、シリコン窒化膜(SiN膜)、或いはこれらの膜を積層させた積層膜等を用いることができる。
次いで、フォトリソグラフィー技術及びイオン注入技術により、セル活性領域17の上面17aにn型不純物をイオン注入することで、セル活性領域17の一方の端部17A(図1参照)に配置された第1の容量用不純物拡散領域85と、セル活性領域17の他方の端部17B(図1参照)に配置された第2の容量用不純物拡散領域93と、第1の溝21と第2の溝22との間に位置するセル活性領域17に配置されたビット線用不純物拡散領域87と、を一括形成する。
このとき、第1の容量用不純物拡散領域85、第2の容量用不純物拡散領域93、及びビット線用不純物拡散領域87は、これらの上面がセル活性領域17の上面17a(半導体基板13の主面13a)と一致するように形成される。
これにより、第1の溝21の内面に形成されたゲート絶縁膜81、埋め込み型ゲート電極83、第1の容量用不純物拡散領域85、及びビット線用不純物拡散領域87を有する第1のトランジスタ25と、第2の溝22の内面に形成されたゲート絶縁膜81、埋め込み型ゲート電極91、第2の容量用不純物拡散領域93、及びビット線用不純物拡散領域87を有する第2のトランジスタ26と、が形成される。
次いで、周知の手法により、周辺活性領域Fの上面、及び素子分離領域15−2の上面を覆う絶縁膜125と、絶縁膜125の上面を覆うポリシリコン膜127と、を順次成膜する。
絶縁膜125は、周辺回路用トランジスタ41の構成要素の1つである周辺回路用ゲート絶縁膜108の母材となる膜である。絶縁膜125としては、例えば、高誘電率膜(High−K膜)を用いることができる。
絶縁膜125は、周辺回路用トランジスタ41の構成要素の1つである周辺回路用ゲート絶縁膜108の母材となる膜である。絶縁膜125としては、例えば、高誘電率膜(High−K膜)を用いることができる。
具体的には、例えば、以下の方法により、周辺回路領域Fに配置された絶縁膜125及びポリシリコン膜127を形成する。
始めに、素子分離領域15−1,15−2の上面、セル活性領域17の上面17a、周辺活性領域18の上面18a、及び埋め込み絶縁膜27の上面を覆う絶縁膜125(例えば、高誘電率膜)を成膜し、次いで、絶縁膜125の上面を覆うポリシリコン膜127を成膜する。
始めに、素子分離領域15−1,15−2の上面、セル活性領域17の上面17a、周辺活性領域18の上面18a、及び埋め込み絶縁膜27の上面を覆う絶縁膜125(例えば、高誘電率膜)を成膜し、次いで、絶縁膜125の上面を覆うポリシリコン膜127を成膜する。
次いで、フォトリソグラフィー技術により、周辺回路領域Fに形成されたポリシリコン膜127の上面を覆うレジストマスク(図示せず)を形成する。これにより、メモリセル領域Eに形成されたポリシリコン膜127の上面が、該レジストマスク(図示せず)から露出される。
次いで、該レジストマスク(図示せず)をエッチングマスクとする異方性ドライエッチングにより、メモリセル領域Eに形成された絶縁膜125及びポリシリコン膜127を除去して、セル活性領域17の上面17a、及び素子分離領域15−1の上面を露出させる。
これにより、周辺回路領域Fのみに、積層された絶縁膜125及びポリシリコン膜127が残存する。
これにより、周辺回路領域Fのみに、積層された絶縁膜125及びポリシリコン膜127が残存する。
絶縁膜125となる高誘電率膜としては、例えば、誘電率が3.9以上で、かつ熱酸化膜の比誘電率よりも高い絶縁膜を成膜する。該高誘電率膜としては、例えば、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ランタン酸化物等を含んだ絶縁膜を用いることができる。
絶縁膜125は、後述する図11A〜図11Dに示す工程において、パターニングされることで、周辺回路用ゲート絶縁膜108となる。
つまり、絶縁膜125は、周辺回路用ゲート絶縁膜108の母材となる絶縁膜である。絶縁膜125の厚さは、例えば、3nmとすることができる。
絶縁膜125は、後述する図11A〜図11Dに示す工程において、パターニングされることで、周辺回路用ゲート絶縁膜108となる。
つまり、絶縁膜125は、周辺回路用ゲート絶縁膜108の母材となる絶縁膜である。絶縁膜125の厚さは、例えば、3nmとすることができる。
ポリシリコン膜127は、後述する図11A〜図11Dに示す工程において、パターニングされることで、周辺回路用トランジスタ41のゲート電極109の一部となる。つまり、ポリシリコン膜127は、ゲート電極109の母材となる導電膜である。ポリシリコン膜127の厚さは、例えば、15nmとすることができる。
次いで、周知の手法により、素子分離領域15−1、埋め込み絶縁膜27の上面、第1の容量用不純物拡散領域85の上面、ビット線用不純物拡散領域87の上面87a、第2の容量用不純物拡散領域93の上面、及び周辺回路領域Fに形成されたポリシリコン膜127の上面を覆う第1の層間絶縁膜28を成膜する。
これにより、周辺回路領域Fには、メモリセル領域Eに形成された第1の層間絶縁膜28と同じ厚さの第1の層間絶縁膜28が形成される。第1の層間絶縁膜28の厚さは、例えば、20nmとすることができる。
これにより、周辺回路領域Fには、メモリセル領域Eに形成された第1の層間絶縁膜28と同じ厚さの第1の層間絶縁膜28が形成される。第1の層間絶縁膜28の厚さは、例えば、20nmとすることができる。
具体的には、例えば、第1の層間絶縁膜28として、SOG法により、塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を形成する。
なお、これに替えて、第1の層間絶縁膜28として、例えば、CVD法により、シリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜してもよい。
なお、これに替えて、第1の層間絶縁膜28として、例えば、CVD法により、シリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜してもよい。
次いで、図7A、図7B、図7C、及び図7Dに示す工程では、フォトリソグラフィー技術により、メモリセル領域Eに配置された第1の層間絶縁膜28の上面に、開口部131Aを有するエッチング用マスク131を形成する。これにより、周辺回路領域Fに形成されたポリシリコン膜127の上面は、エッチング用マスク131から露出される。
開口部131Aは、第1の層間絶縁膜28の上面のうち、ビット線用不純物拡散領域87の上方に位置する面を露出するように形成する。
開口部131Aは、第1の層間絶縁膜28の上面のうち、ビット線用不純物拡散領域87の上方に位置する面を露出するように形成する。
次いで、エッチング用マスク131を介した異方性ドライエッチングにより、開口部131Aの下方に位置する第1の層間絶縁膜28を除去することで、第1の層間絶縁膜28を貫通し、かつビット線用不純物拡散領域87の上面87aを露出するビットコンタクト孔28Aを形成する。ビットコンタクト孔28Aの直径は、例えば、30nmとすることができる。
ところで、エッチング用マスク131から露出され、かつ周辺回路領域Fに形成された第1の層間絶縁膜28の厚さは、開口部131Aの下方に配置された第1の層間絶縁膜28の厚さと等しい。
このため、開口部131Aの下方に位置する第1の層間絶縁膜28を除去する際に、周辺回路領域Fに形成された第1の層間絶縁膜28(図6A参照)が除去され、周辺回路領域Fに配置されたポリシリコン膜127の上面が露出される。
このため、開口部131Aの下方に位置する第1の層間絶縁膜28を除去する際に、周辺回路領域Fに形成された第1の層間絶縁膜28(図6A参照)が除去され、周辺回路領域Fに配置されたポリシリコン膜127の上面が露出される。
つまり、周辺回路領域Fに形成された第1の層間絶縁膜28(図6A参照)を露出するように、エッチング用マスク131を形成し、該エッチング用マスク131を介して、第1の層間絶縁膜28をエッチングすることで、別途、周辺回路領域Fに形成された第1の層間絶縁膜28を除去する工程を行う必要がなくなるため、半導体装置10の製造工程を簡略化することができる。
異方性ドライエッチングにより、ビットコンタクト孔28Aを形成する際に、周辺回路領域Fに形成されたポリシリコン膜127が露出された段階を検出可能なエンドポイントシステムを用いると共に、開口径の小さいビットコンタクト孔28Aのマイクロローディング効果の影響分、第1の層間絶縁膜28のオーバーエッチングを行うとよい。
なお、「マイクロローディング効果」とは、マスクパターンの開口部のアスペクト比(深さと幅の比)が大きい領域に比べ、アスペクト比が小さい領域のエッチングレートが低くなる現象をいう。
平面視した状態において、周辺回路領域Fの上方に配置されたポリシリコン膜127の面積はかなり広いため、異方性ドライエッチングにより、ビットコンタクト孔28Aを形成する際、周辺回路領域Fに配置された第1の層間絶縁膜28が無くなって、ポリシリコン膜127が露出した時点をエッチングの終点として検出することで、ビットコンタクト孔28Aのエッチング精度を向上させることができる。
さらに、ポリシリコン膜127が露出した時点をエッチングの終点にすると共に、該終点から所定のオーバーエッチング量を設定することで、半導体基板13の面内に形成されるビットコンタクト孔28Aの底から確実にセル活性領域17の上面の一部を露出させることが可能となるので、ビットコンタクト孔28Aの加工精度を向上させることができる。
これにより、ビットコンタクト孔28Aを埋め込むビット線33とビット線用不純物拡散領域87との間におけるコンタクト不良が発生しにくくなるため、半導体装置10の歩留まりを向上させることができる。
これにより、ビットコンタクト孔28Aを埋め込むビット線33とビット線用不純物拡散領域87との間におけるコンタクト不良が発生しにくくなるため、半導体装置10の歩留まりを向上させることができる。
さらに、異方性ドライエッチングにより、ビットコンタクト孔28Aを形成する場合、第1の層間絶縁膜28をエッチングしやすく、かつ半導体基板13(言い換えれば、ビット線用不純物拡散領域87)がエッチングされにくい条件を用いるとよい。
このようなエッチング条件を用いて、異方性ドライエッチングにより、ビットコンタクト孔28Aを形成することで、半導体基板13の面内において、エッチング速度の速い領域に配置されたビット線用不純物拡散領域87がエッチングされることを抑制できる。
このようなエッチング条件を用いて、異方性ドライエッチングにより、ビットコンタクト孔28Aを形成することで、半導体基板13の面内において、エッチング速度の速い領域に配置されたビット線用不純物拡散領域87がエッチングされることを抑制できる。
次いで、図8A、図8B、図8C、及び図8Dに示す工程では、周知の手法により、図7A、図7B、及び図7Dに示すエッチング用マスク131を除去する。これにより、メモリセル領域Eに残存する第1の層間絶縁膜28の上面が露出される。
次いで、周知の手法により、ビットコンタクト孔28Aが露出するビット線用不純物拡散領域87の上面87a、及びポリシリコン膜127の上面に、金属シリサイド膜101を形成する。金属シリサイド膜101としては、例えば、チタンシリサイド膜(TiSi膜)を用いることができる。
ここで、金属シリサイド膜101として、チタンシリサイド膜を形成する場合を例に挙げて、金属シリサイド膜101の形成方法について説明する。
始めに、周知の手法により、ビットコンタクト孔28Aの内面、第1の層間絶縁膜28の上面、及びポリシリコン膜127の上面を覆うチタン膜134を形成する。チタン膜134の厚さは、例えば、2nmとすることができる。
始めに、周知の手法により、ビットコンタクト孔28Aの内面、第1の層間絶縁膜28の上面、及びポリシリコン膜127の上面を覆うチタン膜134を形成する。チタン膜134の厚さは、例えば、2nmとすることができる。
次いで、熱処理により、ビット線用不純物拡散領域87の上面87a(言い換えれば、半導体基板13の主面13a)及びポリシリコン膜127とチタン膜134とを反応させることで、金属シリサイド膜101となるチタンシリサイド膜(TiSi膜)を形成する。
これにより、チタンシリサイド膜よりなる金属シリサイド膜101は、ビットコンタクト孔28Aが露出するビット線用不純物拡散領域87の上面87a、及びポリシリコン膜127の上面に形成される。
これにより、チタンシリサイド膜よりなる金属シリサイド膜101は、ビットコンタクト孔28Aが露出するビット線用不純物拡散領域87の上面87a、及びポリシリコン膜127の上面に形成される。
ビットコンタクト孔28Aが露出するビット線用不純物拡散領域87の上面87aに形成されたチタンシリサイド膜101は、図11Aに示すビット線33の構成要素の1つとなる。また、ポリシリコン膜127の上面に形成されたチタンシリサイド膜101の一部は、図11Cに示すゲート電極109の一部を構成する。
なお、第1の層間絶縁膜28と接触するように配置されたチタン膜134は、熱処理により、シリコンと反応しないため、チタンシリサイド膜にはならず、チタン膜134のまま残存する。
次いで、図9A、図9B、図9C、及び図9Dに示す工程では、周知の手法により、第1の層間絶縁膜28に残存するチタン膜134(図8A参照)を除去する。これにより、メモリセル領域Eに配置された第1の層間絶縁膜28の上面が露出される。
この段階において、ポリシリコン膜127上に形成された金属シリサイド膜101の上面と、セル活性領域17を含むメモリセル領域Eに形成された第1の層間絶縁膜28の上面と、が面一になるように、絶縁膜125の厚さ、ポリシリコン膜127の厚さ、第1の層間絶縁膜28の厚さ、及び金属シリサイド101の厚さを予め調節しておくとよい。
このように、ポリシリコン膜127上に形成された金属シリサイド膜101の上面と、セル活性領域17を含むメモリセル領域Eに形成された第1の層間絶縁膜28の上面と、を面一にすることで、メモリセル領域Eに形成されるビット線33と周辺回路領域Fに形成されるゲート電極109との間に高さの差が生じることを抑制できる。
次いで、図10A、図10B、図10C、及び図10Dに示す工程では、周知の手法により、金属シリサイド膜101が形成されたビットコンタクト孔28Aの内面、第1の層間絶縁膜28の上面、及びポリシリコン膜127の上面を覆う窒化チタン膜102を成膜する。
このとき、窒化チタン膜102の厚さは、金属シリサイド膜101が形成されたビットコンタクト孔28Aを埋め込まない厚さとする。窒化チタン膜102の厚さは、例えば、5nmとすることができる。
このとき、窒化チタン膜102の厚さは、金属シリサイド膜101が形成されたビットコンタクト孔28Aを埋め込まない厚さとする。窒化チタン膜102の厚さは、例えば、5nmとすることができる。
次いで、周知の手法により、窒化チタン膜102の表面に、窒化チタン膜102を介して、ビットコンタクト孔28Aを埋め込む厚さとされたタングステンシリサイド膜103を成膜する。このとき、タングステンシリサイド膜103は、その上面が平坦な面となるように形成する。タングステンシリサイド膜103の厚さは、例えば、10nmとすることができる。
次いで、周知の手法により、タングステンシリサイド膜103の表面に、タングステン膜104(例えば、厚さが10nm)を成膜する。
これにより、メモリセル領域E及び周辺回路領域Fに、金属シリサイド膜101と、窒化チタン膜102と、タングステンシリサイド膜103と、タングステン膜104と、が順次積層された金属積層膜97が形成される。
これにより、メモリセル領域E及び周辺回路領域Fに、金属シリサイド膜101と、窒化チタン膜102と、タングステンシリサイド膜103と、タングステン膜104と、が順次積層された金属積層膜97が形成される。
なお、図10Aに示す金属積層膜97のうち、ビット線用不純物拡散領域87上に形成された部分は、図3に示すビット線33を構成する第1の金属積層膜97−1に相当し、周辺活性領域18の中央に形成された部分は、図5に示す第2の金属積層膜97−2に相当する。
次いで、周知の手法により、金属積層膜97の上面(言い換えれば、タングステン膜104の上面)を覆うシリコン窒化膜136を成膜する。シリコン窒化膜136は、後述する図11に示す工程でパターニングされることで、カバー絶縁膜34−1,34−2となる。
つまり、シリコン窒化膜136は、カバー絶縁膜34−1,34−2の母材となる絶縁膜である。シリコン窒化膜136の厚さは、例えば、30nmにすることができる。
つまり、シリコン窒化膜136は、カバー絶縁膜34−1,34−2の母材となる絶縁膜である。シリコン窒化膜136の厚さは、例えば、30nmにすることができる。
次いで、図11A、図11B、図11C、及び図11Dに示す工程では、フォトリソグラフィー技術及び異方性ドライエッチング技術により、シリコン窒化膜136をパターニングすることで、メモリセル領域Eに配置され、かつシリコン窒化膜136よりなるカバー絶縁膜34−1と、周辺回路領域Fに配置され、かつシリコン窒化膜136よりなるカバー絶縁膜34−2と、を一括形成する。
このとき、カバー絶縁膜34−1は、ビット線33の形成領域に対応するタングステン膜104の上面を覆うように形成し、カバー絶縁膜34−2は、ゲート電極109の形成領域に対応するタングステン膜104の上面を覆うように形成する。
次いで、カバー絶縁膜34−1,34−2をエッチング用マスクとする異方性ドライエッチングにより、図10Aに示す金属積層膜97(言い換えれば、第1及び第2の金属積層膜97−1,97−2)及び絶縁膜125のうち、不要な部分を除去することで、カバー絶縁膜34−1の直下に配置され、かつ第1の金属積層膜97−1(金属積層膜97)よりなるビット線33と、周辺活性領域18の中央に配置され、かつ絶縁膜125よりなる周辺回路用ゲート絶縁膜108と、カバー絶縁膜34−2の直下に配置され、かつ段差低減用シリコン膜115(母材がポリシリコン膜127)及び第2の金属積層膜97−2(金属積層膜97)よりなるゲート電極109と、を一括形成する。
これにより、ビット線33は、図1に示すX方向に延在すると共に、ビットコンタクト孔28Aを埋め込み、かつ下端がビット線用不純物拡散領域87の上面87aと接続されるように形成される。
また、ゲート電極109は、図1に示すX方向に延在するように、周辺回路用ゲート絶縁膜108上に形成される。
また、ゲート電極109は、図1に示すX方向に延在するように、周辺回路用ゲート絶縁膜108上に形成される。
このように、ビット線用不純物拡散領域87の上面87aを露出するビットコンタクト孔28Aを埋め込むように、第1の金属積層膜97−1よりなるビット線33を形成することで、シリコン膜よりなるビット線コンタクトプラグを介することなく、第1の金属積層膜97−1よりなるビット線33(言い換えれば、構成要素に金属よりも抵抗値の高いシリコン膜を含まないビット線)とビット線用不純物拡散領域87の上面87aとを直接接続させることが可能となる。
これにより、メモリセル部11を微細化した場合(言い換えれば、ビットコンタクト孔28Aの開口径を小さくした場合)でも、ビット線33の抵抗値が上昇することを抑制できる。
これにより、メモリセル部11を微細化した場合(言い換えれば、ビットコンタクト孔28Aの開口径を小さくした場合)でも、ビット線33の抵抗値が上昇することを抑制できる。
また、第1の金属積層膜97−1の最下層を構成する金属膜として、金属シリサイド膜101(具体的には、例えば、チタンシリサイド膜)を用いることにより、メモリセル部11が微細化された場合でも、ビット線33とビット線用不純物拡散領域87(単結晶シリコン基板にn型不純物がイオン注入された領域)との間のコンタクト抵抗が上昇することを抑制できる。
また、周辺活性領域18の上面18a、及び素子分離領域15−2の上面に、絶縁膜125と、ポリシリコン膜127と、を順次積層形成し、次いで、セル活性領域17の上面、及び素子分離領域15−1の上面を覆う第1の層間絶縁膜28に、ビット線用不純物拡散領域87の上面87aを露出するビットコンタクト孔28Aを形成し、次いで、ビットコンタクト孔28Aを埋め込むように、第1の層間絶縁膜28の上面、及びポリシリコン膜127の上面を覆う金属積層膜97を成膜し、その後、金属積層膜97及びポリシリコン膜127をパターニングすることで、金属積層膜97よりなるビット線33と、金属積層膜97、及びポリシリコン膜127を母材とする段差低減用シリコン膜115よりなるゲート電極109と、を一括形成することにより、ビット線33のうち、第1の層間絶縁膜28上に配置される部分の厚さを段差低減用シリコン膜115の厚さ分だけ薄くすることが可能となる。
これにより、ビット線33の寄生容量を低減することが可能となるので、半導体装置10の動作の高精度化(具体的には、例えば、DRAMの動作の高精度化)を実現することができる。
これにより、ビット線33の寄生容量を低減することが可能となるので、半導体装置10の動作の高精度化(具体的には、例えば、DRAMの動作の高精度化)を実現することができる。
次いで、図12A、図12B、図12C、及び図12Dに示す工程では、カバー絶縁膜34−1,34−2及び第1の層間絶縁膜28をマスクとするイオン注入法により、図11Aに示す周辺活性領域18に低濃度のn型不純物をイオン注入することで、一対の低濃度不純物拡散領域112を形成する。
具体的には、一対の低濃度不純物拡散領域112として、例えば、LDD領域を形成する。
具体的には、一対の低濃度不純物拡散領域112として、例えば、LDD領域を形成する。
なお、図示してはいないが、この段階では、図12Aに示す高濃度不純物拡散領域113の形成領域に対応する周辺活性領域18にも低濃度不純物拡散領域112が形成される。
次いで、周知の手法により、第1の層間絶縁膜28上に配置され、かつ第1の層間絶縁膜28の上面よりも上方に配置されたビット線33の側面、及びカバー絶縁膜34−1を覆うサイドウォール36−1と、低濃度不純物拡散領域112上に配置され、かつゲート電極109の側面、及びカバー絶縁膜34−1を覆うサイドウォール36−2と、を一括形成する。
具体的には、例えば、一対の低濃度不純物拡散領域112を形成後、図11Aに示す構造体の上面側を覆うシリコン窒化膜(SiN膜)を成膜し、その後、異方性ドライエッチング法により、該シリコン窒化膜をエッチバックすることで、サイドウォール36−1,36−2を形成する。
次いで、カバー絶縁膜34−1,34−2、第1の層間絶縁膜28、及びサイドウォール36−2をマスクとするイオン注入法により、周辺活性領域18のうち、図1に示すY方向において、サイドウォール36−2と素子分離領域15−2とで挟まれた部分(言い換えれば、高濃度不純物拡散領域113の形成領域に対応する部分に形成された低濃度不純物拡散領域112(図示せず))に高濃度のn型不純物をイオン注入することで、一対の高濃度不純物拡散領域113を形成する。
このとき、高濃度不純物拡散領域113は、半導体基板13の主面13aを基準としたときの深さが、低濃度不純物拡散領域112の深さよりも深くなるように形成する。
一対の高濃度不純物拡散領域113は、1つの低濃度不純物拡散領域112を介して、Y方向から周辺回路用ゲート絶縁膜108を挟み込むように、周辺活性領域18の両端部に配置される。
一対の高濃度不純物拡散領域113は、1つの低濃度不純物拡散領域112を介して、Y方向から周辺回路用ゲート絶縁膜108を挟み込むように、周辺活性領域18の両端部に配置される。
これにより、1つの周辺活性領域18に対して、1つの周辺回路用トランジスタ41(プレーナ型トランジスタ)が形成される。
周辺回路用トランジスタ41は、周辺回路用トランジスタ41は、周辺回路用ゲート絶縁膜108と、ゲート電極109と、一対の低濃度不純物拡散領域112と、一対の高濃度不純物拡散領域113と、を有した構成とされている。
周辺回路用トランジスタ41は、周辺回路用トランジスタ41は、周辺回路用ゲート絶縁膜108と、ゲート電極109と、一対の低濃度不純物拡散領域112と、一対の高濃度不純物拡散領域113と、を有した構成とされている。
次いで、周知の手法により、サイドウォール36−1間、サイドウォール36−1,36−2間、及びサイドウォール36−2間に形成された空間を埋め込み、かつ上面がサイドウォール36−1,36−2の上面に対して面一とされた第2の層間絶縁膜43を形成する。
具体的には、例えば、以下の方法により、第2の層間絶縁膜43を形成する。
始めに、CVD法により、メモリセル領域E及び周辺回路領域Fを覆うシリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜する。次いで、CMP法により、カバー絶縁膜34−1,34−2の上面、及びサイドウォール36−1,36−2の上面よりも上方に形成された余分なシリコン酸化膜(SiO2膜)を研磨除去することで、シリコン酸化膜(SiO2膜)よりなる第2の層間絶縁膜43が形成される。
始めに、CVD法により、メモリセル領域E及び周辺回路領域Fを覆うシリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜する。次いで、CMP法により、カバー絶縁膜34−1,34−2の上面、及びサイドウォール36−1,36−2の上面よりも上方に形成された余分なシリコン酸化膜(SiO2膜)を研磨除去することで、シリコン酸化膜(SiO2膜)よりなる第2の層間絶縁膜43が形成される。
上記研磨工程では、シリコン窒化膜(SiN膜)よりなるカバー絶縁膜34−1,34−2及びサイドウォール36−1,36−2を研磨のストッパー膜として利用することで、第2の層間絶縁膜43の厚さを精度良くコントロールすることができる。
なお、CVD法により形成されるシリコン酸化膜(SiO2膜)に替えて、SOG法により形成される塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を用いてもよい。
なお、CVD法により形成されるシリコン酸化膜(SiO2膜)に替えて、SOG法により形成される塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を用いてもよい。
次いで、フォトリソグラフィー技術及び異方性ドライエッチング技術により、第1の容量用不純物拡散領域85上に位置する第1及び第2の層間絶縁膜28,43を貫通する第1のコンタクト孔45と、第2の容量用不純物拡散領域93上に位置する第1及び第2の層間絶縁膜28,43を貫通する第1のコンタクト孔46と、高濃度不純物拡散領域113上に位置する第2の層間絶縁膜43を貫通する第2のコンタクト孔48と、を一括形成する。
これにより、第1のコンタクト孔45は、第1の容量用不純物拡散領域85の上面を露出するように形成され、第1のコンタクト孔46は、第2の容量用不純物拡散領域93の上面を露出するように形成される。
また、第2のコンタクト孔48は、高濃度不純物拡散領域113の上面を露出するように形成される。
また、第2のコンタクト孔48は、高濃度不純物拡散領域113の上面を露出するように形成される。
次いで、周知の手法により、第1のコンタクト孔45に配置され、下端が第1の容量用不純物拡散領域85の上面と接触する容量コンタクトプラグ51と、第1のコンタクト孔46に配置され、下端が第2の容量用不純物拡散領域93の上面と接触する容量コンタクトプラグ52と、第2のコンタクト孔48に配置され、下端が高濃度不純物拡散領域113の上面と接触する第1のコンタクトプラグ53と、を一括形成する。
このとき、容量コンタクトプラグ51,52、及び第1のコンタクトプラグ53は、容量コンタクトプラグ51,52の上面、及び第1のコンタクトプラグ53の上面が第2の層間絶縁膜43の上面に対して面一となるように形成する。
次いで、図13A及び図13Bに示す工程に示す工程では、周知の手法により、周辺回路領域Fに配置された第2の層間絶縁膜43上に、配線部(図示せず)、及び第1のコンタクトプラグ53の上端と接続されるパッド部55Aを有する第1の配線パターン55を形成する。
次いで、周知の手法(例えば、CVD法)により、第1の層間絶縁膜43の上面、カバー絶縁膜34−1,34−2の上面、サイドウォール36−1の上面、及び第1の配線パターン55を覆うストッパー膜57を形成する。
ストッパー膜57は、第3及び第4の層間絶縁膜59,66(図2参照)を異方性ドライエッチングする際のストッパー膜として機能する絶縁膜である。
ストッパー膜57は、第3及び第4の層間絶縁膜59,66(図2参照)を異方性ドライエッチングする際のストッパー膜として機能する絶縁膜である。
よって、ストッパー膜57としては、異方性ドライエッチングにより、第3及び第4の層間絶縁膜59,66をエッチングする条件で、エッチングされにくい絶縁膜を用いるとよい。
具体的には、第3及び第4の層間絶縁膜59,66として、シリコン酸化膜(SiO2膜)を用いる場合、ストッパー膜57としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を成膜することで形成するとよい。
具体的には、第3及び第4の層間絶縁膜59,66として、シリコン酸化膜(SiO2膜)を用いる場合、ストッパー膜57としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を成膜することで形成するとよい。
次いで、周知の手法により、ストッパー膜57の上面を覆う第3の層間絶縁膜59を成膜する。具体的には、例えば、CVD法により、シリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜することで、該シリコン酸化膜(SiO2膜)よりなる第3の層間絶縁膜59を形成する。
なお、CVD法により形成されるシリコン酸化膜(SiO2膜)に替えて、SOG法により形成される塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を用いて、第3の層間絶縁膜59を形成してもよい。
次いで、図14A及び図14Bに示す工程では、フォトリソグラフィー技術及び異方性ドライエッチングにより、容量コンタクトプラグ51,52上に配置されたストッパー膜57及び第3の層間絶縁膜59を貫通するシリンダ孔62を形成する。
このとき、シリンダ孔62は、容量コンタクトプラグ51の上端面、または容量コンタクトプラグ52の上端面を露出するように形成する。
このとき、シリンダ孔62は、容量コンタクトプラグ51の上端面、または容量コンタクトプラグ52の上端面を露出するように形成する。
具体的には、例えば、以下の方法により、シリンダ孔62を形成する。
始めに、フォトリソグラフィー技術により、第3の層間絶縁膜59上にエッチング用マスク(図示せず)を形成する。次いで、シリコン酸化膜(SiO2膜)をエッチングしやすく、かつシリコン窒化膜(SiN膜)をエッチングしにくい条件(言い換えれば、シリコン酸化膜(SiO2膜)を選択的にエッチングする条件)を用いた異方性ドライエッチングにより、第3の層間絶縁膜59をエッチングする。
始めに、フォトリソグラフィー技術により、第3の層間絶縁膜59上にエッチング用マスク(図示せず)を形成する。次いで、シリコン酸化膜(SiO2膜)をエッチングしやすく、かつシリコン窒化膜(SiN膜)をエッチングしにくい条件(言い換えれば、シリコン酸化膜(SiO2膜)を選択的にエッチングする条件)を用いた異方性ドライエッチングにより、第3の層間絶縁膜59をエッチングする。
このとき、シリコン窒化膜(SiN膜)よりなるストッパー膜57が上記異方性エッチング時にストッパー膜として機能するため、オーバーエッチング時間を長くすることが可能となる。よって、半導体基板13の面内においてストッパー膜57の上面を確実に露出させることができる。
次いで、シリコン窒化膜(SiN膜)をエッチングしやすく、かつシリコン酸化膜(SiO2膜)エッチングしにくい条件(言い換えれば、シリコン窒化膜(SiN膜)を選択的にエッチングする条件)を用いた異方性ドライエッチングにより、厚さの薄いストッパー膜57をエッチングすることで、複数のシリンダ孔62を形成する。
次いで、周知の手法により、シリンダ孔62の内面を覆い、かつクラウン形状(王冠形状)とされた下部電極117を形成する。これにより、容量コンタクトプラグ51の上端面を露出するシリンダ孔62に形成された下部電極117は、容量コンタクトプラグ51と接続されると共に、容量コンタクトプラグ51を介して、第1の容量用不純物拡散領域85と電気的に接続される。
また、容量コンタクトプラグ52の上端面を露出するシリンダ孔62に形成された下部電極117は、容量コンタクトプラグ52と接続されると共に、容量コンタクトプラグ52を介して、第2の容量用不純物拡散領域93と電気的に接続される。
また、下部電極117は、シリンダ孔62内を埋め込まない厚さで形成する。下部電極117の母材となる金属膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。該窒化チタン膜(TiN膜)は、例えば、CVD法やALD(Atomic Layer Deposition)法等の手法により形成することができる。
次いで、周知の手法により、複数の下部電極117の表面、及び第3の層間絶縁膜59の上面を覆う容量絶縁膜118を形成する。このとき、容量絶縁膜118は、下部電極117の内部を埋め込まない厚さで形成する。
容量絶縁膜118としては、例えば、酸化ハフニウム膜(HfO2膜)、酸化ジルコニウム膜(ZrO2膜)、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)、チタン酸ストロンチウム膜(SrTiO3膜)、或いはこれらの積層膜等を用いることができる。
容量絶縁膜118としては、例えば、酸化ハフニウム膜(HfO2膜)、酸化ジルコニウム膜(ZrO2膜)、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)、チタン酸ストロンチウム膜(SrTiO3膜)、或いはこれらの積層膜等を用いることができる。
次いで、周知の手法により、容量絶縁膜118の表面を覆うと共に、容量絶縁膜118を介して、シリンダ孔62内を埋め込む上部電極119を形成する。このとき、上部電極119は、その上面が平坦な面となるように形成する。
上部電極119を構成する金属膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。また、該窒化チタン膜(TiN膜)は、例えば、CVD法やALD法により形成することができる。
上部電極119を構成する金属膜としては、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)を用いることができる。また、該窒化チタン膜(TiN膜)は、例えば、CVD法やALD法により形成することができる。
これにより、各シリンダ孔62内には、下部電極117、容量絶縁膜118、及び上部電極119を有するキャパシタ64が形成されると共に、第1のトランジスタ25、及び容量コンタクトプラグ51の上方に形成されたキャパシタ64を有する第1のメモリセルMC1と、第2のトランジスタ26、及び容量コンタクトプラグ52の上方に形成されたキャパシタ64を有する第2のメモリセルMC2と、が形成される(図3参照)。
上記複数のキャパシタ64のうち、容量コンタクトプラグ51上に形成されたキャパシタ64は、容量コンタクトプラグ51を介して、第1のトランジスタ25と電気的に接続されている(図3参照)。
また、キャパシタ64のうち、容量コンタクトプラグ52上に形成されたキャパシタ64は、容量コンタクトプラグ52を介して、第2のトランジスタ26と電気的に接続されている(図3参照)。
また、キャパシタ64のうち、容量コンタクトプラグ52上に形成されたキャパシタ64は、容量コンタクトプラグ52を介して、第2のトランジスタ26と電気的に接続されている(図3参照)。
次の工程では、図2及び図3に示すように、周知の手法により、第3の層間絶縁膜59の上面に、上部電極119を覆い、かつ上面が平坦な面とされた第4の層間絶縁膜66を形成する。
具体的には、例えば、以下の方法により、第4の層間絶縁膜66を形成することができる。始めに、CVD法により、第4の層間絶縁膜66の母材となるシリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜する。次いで、CMP法により、シリコン酸化膜(SiO2膜)の上部を研磨除去する。これにより、シリコン酸化膜(SiO2膜)よりなり、かつ上面が平坦な面とされた第4の層間絶縁膜66が形成される。
なお、CVD法により形成されるシリコン酸化膜(SiO2膜)に替えて、SOG法により形成される塗布系の絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO2膜))を第4の層間絶縁膜66の母材として形成してもよい。
次いで、フォトリソグラフィー技術及び異方性ドライエッチング技術により、パッド部55Aの上方に位置する第3及び第4の層間絶縁膜59,66を除去することで、パッド部55Aの上面を露出する第3のコンタクト孔68を形成する。
次いで、周知の手法(例えば、容量コンタクトプラグ51,52及び第1のコンタクトプラグ53の形成方法と同様な手法)により、第3のコンタクト孔68を充填し、下端が第1の配線パターン55のパッド部55Aと接続された第2のコンタクトプラグ71を形成する。
このとき、第2のコンタクトプラグ71は、その上面が第4の層間絶縁膜66の上面に対して面一となるように形成する。
第2のコンタクトプラグ71は、第1の配線パターン55を介して、周辺回路用トランジスタ41の高濃度不純物拡散領域113と電気的に接続される。
このとき、第2のコンタクトプラグ71は、その上面が第4の層間絶縁膜66の上面に対して面一となるように形成する。
第2のコンタクトプラグ71は、第1の配線パターン55を介して、周辺回路用トランジスタ41の高濃度不純物拡散領域113と電気的に接続される。
次いで、周知の手法により、周辺回路領域Fに位置する第4の層間絶縁膜66の上面に、第2のコンタクトプラグ71の上端と接続された第2の配線パターン73を形成する。
これにより、第2の配線パターン73は、第2のコンタクトプラグ71を介して、周辺回路用トランジスタ41と電気的に接続されている。
これにより、第2の配線パターン73は、第2のコンタクトプラグ71を介して、周辺回路用トランジスタ41と電気的に接続されている。
次いで、周知の手法により、第4の層間絶縁膜66の上面に、第2の配線パターン73を覆う保護絶縁膜75を形成する。保護絶縁膜75としては、例えば、ポリイミド樹脂よりなる絶縁膜を用いることができる。
これにより、メモリセル領域Eに配置されたメモリセル部11と、周辺回路領域Fに配置された周辺回路部12と、を有する半導体装置10が製造される。
これにより、メモリセル領域Eに配置されたメモリセル部11と、周辺回路領域Fに配置された周辺回路部12と、を有する半導体装置10が製造される。
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、ビット線用不純物拡散領域87の上面87aを露出するビットコンタクト孔28Aを埋め込むように、金属積層膜97よりなるビット線33を形成することで、シリコン膜よりなるビット線コンタクトプラグを介することなく、金属積層膜97よりなるビット線33(言い換えれば、構成要素に金属よりも抵抗値の高いシリコン膜を含まないビット線)とビット線用不純物拡散領域87の上面87aとを直接接続させることが可能となる。
これにより、メモリセル部11を微細化した場合(言い換えれば、ビットコンタクト孔28Aの開口径を小さくした場合)でも、ビット線33の抵抗値が上昇することを抑制できる。
これにより、メモリセル部11を微細化した場合(言い換えれば、ビットコンタクト孔28Aの開口径を小さくした場合)でも、ビット線33の抵抗値が上昇することを抑制できる。
また、金属積層膜97の最下層を構成する金属膜として、金属シリサイド膜101(具体的には、例えば、チタンシリサイド膜)を成膜することで、メモリセル部11が微細化された場合でも、ビット線33とビット線用不純物拡散領域87(単結晶シリコン基板にn型不純物がイオン注入された領域)との間のコンタクト抵抗が上昇することを抑制できる。
また、周辺活性領域18の上面18a、及び素子分離領域15−2の上面に、絶縁膜125と、ポリシリコン膜127と、を順次積層形成し、次いで、セル活性領域17の上面、及び素子分離領域15−1の上面を覆う第1の層間絶縁膜28に、ビット線用不純物拡散領域87の上面87aを露出するビットコンタクト孔28Aを形成し、次いで、ビットコンタクト孔28Aを埋め込むように、第1の層間絶縁膜28の上面、及びポリシリコン膜127の上面を覆う金属積層膜97を成膜し、その後、金属積層膜97及びポリシリコン膜127をパターニングすることで、金属積層膜97よりなるビット線33と、金属積層膜97、及びポリシリコン膜127を母材とする段差低減用シリコン膜115よりなるゲート電極109と、を一括形成することにより、ビット線33のうち、第1の層間絶縁膜28上に配置される部分の厚さを段差低減用シリコン膜115の厚さ分だけ薄くすることが可能となる。
これにより、ビット線33の寄生容量を低減することが可能となるので、半導体装置10の動作の高精度化(具体的には、例えば、DRAMの動作の高精度化)を実現することができる。
これにより、ビット線33の寄生容量を低減することが可能となるので、半導体装置10の動作の高精度化(具体的には、例えば、DRAMの動作の高精度化)を実現することができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明は、半導体装置の製造方法、及び半導体装置に適用可能である。
10…半導体装置、11…メモリセル部、12…周辺回路部、13…半導体基板、13a…主面、15−1,15−2…素子分離領域、17…セル活性領域、17a,18a,87a…上面、17A…一方の端部、17B…他方の端部、18…周辺活性領域、21…第1の溝、22…第2の溝、25…第1のトランジスタ、26…第2のトランジスタ、27…埋め込み絶縁膜、28…第1の層間絶縁膜、28A…ビットコンタクト孔、33…ビット線、34−1,34−2…カバー絶縁膜、36−1,36−2…サイドウォール、41…周辺回路用トランジスタ、43…第2の層間絶縁膜、45,46…第1のコンタクト孔、48…第2のコンタクト孔、51,52…容量コンタクトプラグ、53…第1のコンタクトプラグ、55…第1の配線パターン、55A…パッド部、57…ストッパー膜、59…第3の層間絶縁膜、62…シリンダ孔、64…キャパシタ、66…第4の層間絶縁膜、68…第3のコンタクト孔、71…第2のコンタクトプラグ、73…第2の配線パターン、75…保護絶縁膜、81…ゲート絶縁膜、83,91…埋め込み型ゲート電極、85…第1の容量用不純物拡散領域、87…ビット線用不純物拡散領域、93…第2の容量用不純物拡散領域、97…金属積層膜、97−1…第1の金属積層膜、97−2…第2の金属積層膜、101…金属シリサイド膜、102…窒化チタン膜、103…タングステンシリサイド膜、104…タングステン膜、108…周辺回路用ゲート絶縁膜、109…ゲート電極、112…低濃度不純物拡散領域、113…高濃度不純物拡散領域、115…段差低減用シリコン膜、117…下部電極、118…容量絶縁膜、119…上部電極、125…絶縁膜、127…ポリシリコン膜、131…エッチング用マスク、131A…開口部、134…チタン膜、136…シリコン窒化膜、MC1…第1のメモリセル、MC2…第2のメモリセル、E…メモリセル領域、F…周辺回路領域
Claims (25)
- セル活性領域及び周辺回路領域を有する半導体基板の主面のうち、前記周辺回路領域上に、周辺回路用トランジスタを構成する周辺回路用ゲート絶縁膜の母材となる絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、段差低減用シリコン膜の母材となるシリコン膜を形成する工程と、
前記セル活性領域上の上面、及び前記シリコン膜の上面を覆う第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
異方性ドライエッチングにより、前記第1の層間絶縁膜を貫通し、前記セル活性領域の上面の一部を露出するビットコンタクト孔を形成すると共に、前記シリコン膜上に配置された前記第1の層間絶縁膜を除去する工程と、
前記ビットコンタクト孔を埋め込むように、前記第1の層間絶縁膜の上面、及び前記シリコン膜の上面を覆う金属積層膜を形成する工程と、
前記セル活性領域に位置する前記金属積層膜上に配置され、エッチングマスクとして機能する第1のカバー絶縁膜と、前記周辺回路領域に位置する前記金属積層膜上に配置され、エッチングマスクとして機能する第2のカバー絶縁膜と、を一括形成する工程と、
前記第1及び第2のカバー絶縁膜を介した異方性ドライエッチングにより、前記セル活性領域及び前記周辺回路領域に配置された前記金属積層膜及び前記シリコン膜をパターニングすることで、前記第1のカバー絶縁膜の下方に配置された前記金属積層膜よりなり、かつ前記ビットコンタクト孔を埋め込むビット線と、前記第2のキャップ絶縁膜の下方に配置された前記金属積層膜、及び前記段差低減用シリコン膜よりなる前記周辺回路用トランジスタのゲート電極と、を一括形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記金属積層膜を形成する工程は、前記ビットコンタクト孔が露出する前記セル活性領域の上面、及び前記周辺回路領域に形成された前記シリコン膜の上面に金属シリサイド膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記シリコン膜上に形成された前記金属シリサイド膜の上面と、前記セル活性領域に形成された前記第1の層間絶縁膜の上面と、が面一になるように、前記絶縁膜の厚さ、前記シリコン膜の厚さ、前記第1の層間絶縁膜の厚さ、前記金属シリサイドの厚さを調節することを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
- 前記周辺回路用ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極を形成する際に実施する前記異方性ドライエッチングにより、前記絶縁膜をパターニングすることで形成することを特徴とする請求項1ないし3のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記金属シリサイド膜を形成する工程の前に、前記セル活性領域の延在方向と交差する方向に延在し、かつ前記セル活性領域の上部を分割する溝を形成する工程と、
前記セル活性領域に形成された前記溝の内面を覆うゲート絶縁膜、該ゲート絶縁膜を介して前記溝の下部を埋め込むように配置される埋め込み型ゲート電極、前記溝の一方の側面を構成する前記セル活性領域に配置される容量用不純物拡散領域、及び前記溝の他方の側面を構成する前記セル活性領域に配置されるビット線用不純物拡散領域を有するトランジスタを形成する工程を有し、
前記ビットコンタクト孔は、前記ビット線用不純物拡散領域の上面を露出するように形成することを特徴とする請求項1ないし4のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 - 前記溝を形成する工程では、前記セル活性領域を3分割するように、前記溝を2つ形成し、
前記トランジスタを形成する工程では、前記セル活性領域に前記トランジスタを2つ形成すると共に、2つの前記溝間に位置する前記セル活性領域に前記ビット線用不純物拡散領域を形成することを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。 - 前記金属シリサイド膜を形成する工程では、前記金属シリサイド膜としてチタンシリサイド膜を形成することを特徴とする請求項2ないし6のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記金属積層膜を形成する工程では、前記金属シリサイド膜を形成後、窒化チタン膜と、タングステンシリサイド膜と、タングステン膜と、を順次積層形成することを特徴とする請求項2ないし7のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記シリコン膜として、ポリシリコン膜を成膜することを特徴とする請求項1ないし8のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記容量用不純物拡散領域上に、上端が前記ビット線よりも上方に配置される容量コンタクトプラグを形成する工程と、
前記容量コンタクトプラグ上に、キャパシタを形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項5ないし9のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体基板は、複数の前記セル活性領域が形成されるメモリセル領域を有し、
前記メモリセル領域に、前記溝よりも深さが深く、かつ複数の前記セル活性領域を区画する素子分離領域を形成する工程を有することを特徴とする請求項1ないし10のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 - 前記周辺回路領域は、複数の前記周辺回路用トランジスタが形成される周辺活性領域を有し、
前記周辺回路領域に、複数の前記周辺活性領域を区画する素子分離領域を形成する工程を有することを特徴とする請求項1ないし11のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 - 前記周辺活性領域に、前記周辺回路用ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極を構成要素に含む前記周辺回路用トランジスタとして、プレーナ型トランジスタを形成する工程を有することを特徴とする請求項12項記載の半導体装置の製造方法。
- メモリセル領域、及び該メモリセル領域の周囲に配置される周辺回路領域を有する半導体基板と、
前記メモリセル領域及び前記周辺回路領域に配置される素子分離領域と、
前記メモリセル領域に配置され、かつ前記素子分離領域に区画されるセル活性領域と、
前記セル活性領域上に配置された第1の層間絶縁膜と、
前記第1の層間絶縁膜を貫通し、かつ前記セル活性領域の上面の一部を露出するビットコンタクト孔と、
前記ビットコンタクト孔を埋め込むように、前記第1の層間絶縁膜上に配置され、かつ第1の金属積層膜よりなるビット線と、
を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記周辺回路領域に配置される前記素子分離領域により区画された周辺活性領域と、
前記周辺活性領域に設けられた周辺回路用トランジスタと、
を有し、
前記周辺回路用トランジスタは、プレーナ型トランジスタであり、前記周辺活性領域の上面の中央に配置された周辺回路用ゲート絶縁膜と、該周辺回路用ゲート絶縁膜上に配置された段差低減用シリコン膜、及び該段差低減用シリコン膜上に配置された第2の金属積層膜よりなるゲート電極と、を含み、
前記段差低減用シリコン膜の上面は、前記メモリセル領域に配置された前記第1の層間絶縁膜の上面に対して面一であることを特徴とする請求項14記載の半導体装置。 - 前記第1及び第2の金属積層膜は、同じ積層構造とされていることを特徴とする請求項15記載の半導体装置。
- 前記第1及び第2の金属積層膜を構成する金属膜のうち、最下層に配置される金属膜が金属シリサイド膜であることを特徴とする請求項15または16に記載の半導体装置。
- 前記第1及び第2の金属積層膜は、前記金属シリサイド膜と、窒化チタン膜と、タングステンシリサイド膜と、タングステン膜と、が順次積層された積層膜であることを特徴とする請求項17記載の半導体装置。
- 前記セル活性領域の延在方向と交差する方向に延在し、かつ前記セル活性領域の上部を分割する溝と、
前記セル活性領域に形成された溝の内面を覆うゲート絶縁膜、該ゲート絶縁膜を介して前記溝の下部を埋め込むように配置される埋め込み型ゲート電極、前記溝の一方の側面を構成する前記セル活性領域に配置される容量用不純物拡散領域、及び前記溝の他方の側面を構成する前記セル活性領域に配置されるビット線用不純物拡散領域を有するトランジスタと、
を有することを特徴とすることを特徴とする請求項14ないし18のうち、いずれか1項記載の半導体装置。 - 前記ビットコンタクト孔は、前記ビット線用不純物拡散領域の上面を露出することを特徴とする請求項19記載の半導体装置。
- 前記セル活性領域の上部を3分割するように、前記溝を2つ配置し、
前記セル活性領域の延在方向に対して、前記トランジスタを2つ配置し、
前記2つの溝間に位置する前記セル活性領域に、前記ビット線用不純物拡散領域を配置することを特徴とする請求項19または20記載の半導体装置。 - 前記容量用不純物拡散領域は、前記2つの溝のうち、一方の溝と前記素子分離領域とで区画された前記セル活性領域の一方の端部と、前記2つの溝のうち、他方の溝と前記素子分離領域とで区画された前記セル活性領域の他方の端部と、にそれぞれ配置することを特徴とする請求項19ないし21のうち、いずれか1項記載の半導体装置。
- 前記金属シリサイド膜は、チタンシリサイド膜であることを特徴とする請求項17ないし22のうち、いずれか1項記載の半導体装置。
- 前記段差低減用シリコン膜は、ポリシリコン膜であることを特徴とする請求項15ないし23のうち、いずれか1項記載の半導体装置。
- 前記容量用不純物拡散領域上に設けられ、上端が前記ビット線よりも上方に配置された容量コンタクトプラグと、
前記容量コンタクトプラグ上に配置されたキャパシタと、
を有することを特徴とする請求項19ないし24のうち、いずれか1項記載の半導体装置。
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