JP4718021B2 - 半導体デバイスの製造方法。 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体の製造方法に関し、特に半導体デバイス内の自己整合接点(self-aligned contact;SAC)とローカル相互接続(local interconnect;LT)の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
MOSFET集積回路のデバイス集積密度の増加、及び、チップサイズの減少を達成するために、様々なデザインルールが開発され、異なる相互接続層との間の整合エラー(不整合)の問題を解決しようとしている。これらのデザインルールは、マスクの不整合と他のプロセスの製造変動に対し十分な許容度を与えて、集積回路を信頼性高く製造することができるようになる。
【0003】
2つのデザインルールが自己整合接点(SAC)とローカル相互接続(LT)の形成に関係している。これらのデザインルールは、通常、DRAMとSRAMを含むメモリで用いられる。本明細書で用いられる自己整合接点とは、隣接するゲートにソースまたはドレイン接点が重なり合うように形成することをいう。この重なり合いは、自己整合接点とゲートとの間の絶縁を提供して、短絡を阻止するようにして形成される。ローカル相互接続は、半導体デバイスの素子間の相互接続、例えば1つのトランジスタのゲート、ソース、ドレインと同一デバイス内の他のトランジスタのゲート、ソース、ドレインとの間の相互接続を指す。
【0004】
しかし、自己整合接点とローカル相互接続とは、同時に形成することはできない。これは上にある誘電体層を通してトランジスタまでエッチングする際にソース/ドレイン領域と、ゲートとの間のエッチング選択性の差に起因している。トランジスタのソース/ドレイン領域と、ゲートとの間で高さに差があるために別々のマスキングステップを使用しなければならない。自己整合接点用にマスクが必要とされ、また局部ローカル相互接続用にマスクが必要とされる。かくして、2つのマスクと2回のマスキングステップが自己整合接点とローカル相互接続の両方を形成するのに必要である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、自己整合接点とローカル相互接続の両方を有する半導体デバイスを形成する際に必要とされるマスクの数及びマスキングのステップ数を減らすことである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体デバイスの製造方法は、半導体基板内に複数のトランジスタを形成するステップと、この半導体基板を覆うように第1の誘電体層を形成するステップと、第1のトランジスタ部分と第2のトランジスタ部分を露出するための第1開口を形成するために、第1の誘電体層を選択的にエッチングするステップとを含む。導電性材料が第1トランジスタ部分と第2トランジスタ部分の間の併合接点を規定する第1開口内に堆積される。この併合接点(merged conatact)は、ゼロウィンドゥレベルで形成され、後続の処理ステップに対し広いランディングパッド領域を提供できる。
【0007】
本発明の方法はさらに、前記第1誘電体層と併合接点を覆うような第2誘電体層を形成し、前記併合接点を露出する第2開口を形成するために、第2誘電体層を選択的にエッチングし、かつ第3トランジスタのソース/ドレイン領域を露出する第3開口を形成するために、第2誘電体層と第1誘電体層を選択的にエッチングする。導電性材料が、併合接点を具備する第1貫通導体を規定するために第2開口内に堆積され、また導電性材料は自己整合接点を規定するために、第3トランジスタのソース/ドレイン領域を具備する第2貫通導体を規定するために、第3開口内に堆積される。
【0008】
自己整合接点は、ゼロウィンドゥレベルで併合接点を形成した後、別のマスクを用いて第1ウィンドゥレベルに形成される。本明細書で使用される用語、併合接点は、自己整合接点と局部ローカル相互接続を組み合わせたものを指す。ゼロウィンドゥレベルは、主にローカル相互接続を形成するのに用いられる。しかし、併合接点は真のローカル相互接続ではない。その理由は、半導体デバイスのフィールド酸化物の上を覆うことはないからである。
【0009】
さらにまた、第3トランジスタのソース/ドレイン領域を露出しながら、併合接点をオーバーエッチングすることが許されるが、その理由は併合接点の厚さは、エッチングプロセスの間、その下にあるトランジスタに損傷を与えるのを阻止するのに十分な程度だからである。自己整合接点は、併合接点を形成した後は余分のマスクを必要とはしない。従って、自己整合接点とローカル相互接続の両方を有する半導体デバイスを製造する際に、マスクの数、及びマスキングステップの数を減らすことによりコストの低減が図れる。
【0010】
第1誘電体層は、第2誘電体層の厚さにほぼ等しい厚さを有する。特に第1誘電体層の厚さは、約500nm以下である。本発明の方法は、さらに第1誘電体層と併合接点の上部表面を平面化するステップと、第2誘電体層と第1と第2の貫通導体の上部表面を平面化するステップを含む。複数のトランジスタがSRAM内のメモリセルを形成するために接続される。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明により半導体デバイス20を製造する方法を図1−4に示す。製造を開始(ステップ80)して、複数のMOSFETが、半導体基板24内に形成される(ステップ82と図1)。本発明を示すために、4個のトランジスタ22A−22Dのみが図1−3に示されている。半導体基板24はシリコンを含有し、浅いトレンチ絶縁領域26がトランジスタ22B、22Cの2つを分離する。浅いトレンチ絶縁領域26は、二酸化シリコン製である。
【0012】
トランジスタ22A−22Dは、それぞれチャネル領域30の上にゲート誘電体層28を有し、このゲート誘電体層28がゲート32からチャネル領域を分離している。ゲート32は、金属製あるいはドープしたポリシリコン製である。トランジスタ22A−22Dはさらに、半導体基板24内にドープした共有ソース/ドレイン領域34を有する。スペーサー36,38がゲート32の側壁の周囲に形成される。スペーサー36,38は、例えば窒化シリコン製で、ゲート32を後続のエッチングステップから保護する。
【0013】
本明細書で使用される用語、「ローカル相互接続」とは、半導体デバイスの素子間の相互接続、例えば、同一デバイス内のあるトランジスタのゲート、ソース、ドレインと、他のトランジスタのゲート、ソース、ドレインとの間の相互接続を指す。本明細書で使用される「自己整合接点」とは、隣接するゲートに重なり合うように形成されたソース接点、またはドレイン接点を指す。本明細書で使用される「併合接点」とは、自己整合接点とローカル相互接続の組み合わせを指す。併合接点は、ゼロウィンドゥレベルで規定され、これはローカル相互接続が形成されるレベルと同一である。しかし、併合接点は半導体デバイスのフィールド酸化物の上に重なることはなく、そして真の意味でのローカル相互接続ではなく、そのため併合接点と称される。
【0014】
本発明の一実施例においては、複数のトランジスタ22A−22Dを接続すると、半導体デバイス20はメモリとなる。例えば複数のトランジスタ22A−22Dにさらに別のトランジスタ(図示せず)を互いに接続することによりRAM内にメモリセルを形成する。しかし、本発明の方法は、他のタイプのメモリあるいはデバイスにも適用できる。
【0015】
第1誘電体層40が半導体基板24の上に堆積される(ステップ84図2)。第1誘電体層40はゲート32をカバーするのに十分な厚さを有し、ゲート32の側壁に隣接するそれぞれのスペーサー36,38を規定する窒化シリコンを含む。例えば、第1誘電体層40の厚さは500nm以下である。
【0016】
第1誘電体層がステップ86で選択的にエッチングされ、トランジスタ22Aの第1トランジスタ部分とトランジスタ22Bの第2トランジスタ部分を露出する第1開口を形成する。第1トランジスタ部分は、共有ソース/ドレイン領域34を有し、第2トランジスタ部分はゲート32を有する。例えばトランジスタ22Bのゲート32は、2つの隣接するトランジスタゲートを互いに接続するSRAM内のポリゲートであり、トランジスタ22Aの共有ソース/ドレイン領域34は、アクセストランジスタである。
【0017】
本発明の方法は、さらに導電性材料44を第1開口内に堆積することにより、ゲート32,共有ソース/ドレイン領域34の間に併合接点42を形成するステップ(ステップ88)を含む。第1誘電体層40と併合接点42の上部表面を、例えば化学機械研磨(chemical mechanical polishing;CMP)プロセスにより平面化する。
【0018】
第2誘電体層50が、第1誘電体層40と併合接点42を覆うように形成される(ステップ90図3)。本発明の一実施例においては、第2誘電体層50は第1誘電体層40とほぼ同じ厚さを有する。しかし、この厚さは第2誘電体層50を平面化する場合には、必要によってはそれ以上に厚い。
【0019】
第2誘電体層50を選択的にエッチングして(ステップ92)、併合接点42を露出する第2開口を形成し、第3開口もまたトランジスタ22Cの共有ソース/ドレイン領域34を露出することにより形成される。導電性材料44が第2開口内に堆積されて(ステップ94)、併合接点42を具備する第1貫通導体62を形成する。導電性材料44を第3開口内に堆積して、トランジスタ22Cの共有ソース/ドレイン領域34を具備する第2貫通導体64を形成し、これにより自己整合接点60を形成する。第2誘電体層50と第1貫通導体62,第2貫通導体64の上部表面を、例えばCMPプロセスにより平面化する。半導体デバイス20を形成する本発明の方法は、ステップ96で終了する。
【0020】
トランジスタ22Cの共有ソース/ドレイン領域34を露出しながら併合接点42をオーバーエッチングすることは許されるのは、併合接点42はエッチングプロセスの間、その下のトランジスタ22A,22Bに対する損傷を与えるのを阻止する程度に十分厚いからである。自己整合接点60は、併合接点を形成した後は余分のマスクを必要とはしない。従って、自己整合接点とローカル相互接続の両方を有する半導体デバイス20を形成する際に、マスクの数を減少することによりコストダウンが図られる。
【0021】
図3において、本発明はさらに併合接点42と自己整合接点60を形成する際に、トランジスタ22Cのゲート32に対する標準の接点を形成するステップを含む。具体的に説明すると、第1誘電体層40を選択的にエッチングするステップは、第4トランジスタの部分、すなわちゲート32を露出する第4開口を形成し、導電性材料44をこの第4開口内に堆積することにより第4トランジスタの部分を具備した第1接続72を形成する。
【0022】
第2誘電体層50はまた第1接続72の上を覆っている。第2誘電体層50を選択的にエッチングするステップは、第1接続72の一部を露出する第5開口を規定するステップを含み、導電性材料44を堆積するステップは、第1接続を具備した第3貫通導体74を形成するステップを含む。第1接続72の上部表面は、第3貫通導体74を形成する際のランディングパッドとして機能する拡張した領域を有する。同様に併合接点42は、第1貫通導体62に対するランディングパッドとして機能する拡張した領域を有する。本発明により、より精度がゆるやかな光リソグラフプロセスが可能となる。
【0023】
導電性材料44はタングステン製で、第1誘電体層40,第2誘電体層50は二酸化シリコン製である。しかし、他の種類の誘電体材料も用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による各ステップの半導体デバイスの断面図。
【図2】本発明による各ステップの半導体デバイスの断面図。
【図3】本発明による各ステップの半導体デバイスの断面図。
【図4】本発明による半導体デバイスを製造する方法を表すフローチャート図。
【符号の説明】
20 半導体デバイス
22 トランジスタ
22A 第1トランジスタ
22B 第2トランジスタ
22C 第3トランジスタ
22D 第4トランジスタ
24 半導体基板
26 浅いトレンチ絶縁領域
28 ゲート誘電体層
30 チャネル領域
32 ゲート
34 共有ソース/ドレイン領域
36,38 スペーサー
40 第1誘電体層
42 併合接点
44 導電性材料
50 第2誘電体層
60 自己整合接点
62 第1貫通導体
64 第2貫通導体
72 第1接続
74 第3貫通導体
80 開始
82 基板内に複数のトランジスタを形成する
84 基板を覆うように第1誘電体層を形成する
86 第1と第2のトランジスタ領域を露出する第1開口を形成するために、第1誘電体層を選択的にエッチングする
88 併合接点を形成するために、第1開口内に導電性材料を堆積する
90 第1誘電体層を覆うように第2誘電体層を形成する
92 併合接点を露出する第2誘電体層を選択的にエッチングし、第3トランジスタのソース/ドレイン領域を露出する第1と第2の誘電体層を選択的にエッチングする
94 併合接点を具備する第1貫通導体を形成する導電性材料を堆積し、第3トランジスタのソース/ドレイン領域を具備する第2貫通導体を形成する
96 終了
Claims (10)
- (A) 複数のトランジスタを半導体基板内に形成するステップと、
(B) 前記半導体基板及び前記複数のトランジスタを覆うように第1誘電体層を形成するステップと、
(C) 第1のトランジスタの第1トランジスタ部分と第2のトランジスタの第2トランジスタ部分を露出する第1開口、及び、ゲート電極部分を露出する第2開口を形成するために、前記第1誘電体層を選択的にエッチングするステップと、
(D) 前記第1トランジスタ部分と第2トランジスタ部分の間に併合接点を形成するために前記第1開口内に、及び、前記ゲート電極部分のための接点を形成するために前記第2開口内に導電性材料を堆積するステップと、
(E) 前記第1誘電体層と併合接点を覆うように第2誘電体層を形成するステップと、
(F) 前記併合接点を露出する第3開口を形成するための前記第2誘電体層の選択的エッチングと、第3トランジスタのソース/ドレイン領域を露出する第4開口を形成するための前記第2誘電体層と第1誘電体層の選択的エッチングと、前記ゲート電極部分のための接点を露出する第5開口を形成するための前記第2誘電体層の選択的エッチングを同時に行うステップと、
(G) 併合接点を具備した第1貫通導体を形成するために前記第3開口内に、及び自己整合接点を形成するために、第3トランジスタのソース/ドレイン領域を具備した第2貫通導体を規定するために前記第4開口内に、及び前記ゲート電極部分のための接点を具備する第3貫通導体を形成するために第5開口内に、導電性材料を同時に堆積するステップと、
を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 前記ゲート電極部分は、前記第3トランジスタの一部を形成する
ことを特徴とする請求項1記載の製造方法。 - 前記第2誘電体層は、前記第1誘電体層上に位置づけられる
ことを特徴とする請求項1記載の製造方法。 - 前記第2誘電体層は、前記第1誘電体層上に直接位置づけられる
ことを特徴とする請求項1記載の製造方法。 - 前記第1誘電体層は、第2誘電体層の厚さに等しい厚さを有する
ことを特徴とする請求項1記載の製造方法。 - (H) 前記第1誘電体層と併合接点の上部表面を平面化するステップをさらに有することを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- (I) 第2誘電体層と第1貫通導体と第2貫通導体の上部表面を平面化するステップ
をさらに有することを特徴とする請求項1記載の製造方法。 - 前記導電性材料は、タングステンを含有する
ことを特徴とする請求項1記載の製造方法。 - 前記第1トランジスタ部分と第2トランジスタ部分は、ソース/ドレイン領域とゲートの少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項1記載の製造方法。 - 前記複数のトランジスタは、互いに接続され、SRAM内の少なくとも1つのメモリセルを形成する
ことを特徴とする請求項1記載の製造方法。
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