JP2864982B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特にデバイス上の層間絶縁膜を平坦に形成する
方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a flat interlayer insulating film on a device.
【0002】[0002]
【従来の技術】微細化した高密度配線に対してリソグラ
フィやエッチングを可能にするには、下地の絶縁膜をあ
らかじめ十分に平坦化しておかなければならない。パタ
ーンの解像度として0.5μm以下を必要とするなら、
下地絶縁膜の平坦度を局所的にも、また広域的にも(露
光領域の全面にわたって)確保する必要がある。下地絶
縁膜の局所的な平坦度は従来用いられている酸化膜リフ
ローによって達成できるが、広い領域にわたって厳しい
平坦度が要求される場合には、研磨技術しか手段がな
い。2. Description of the Related Art In order to enable lithography and etching of miniaturized high-density wiring, the underlying insulating film must be sufficiently planarized in advance. If you need a pattern resolution of 0.5μm or less,
It is necessary to secure the flatness of the base insulating film both locally and over a wide area (over the entire exposed area). The local flatness of the base insulating film can be achieved by a conventionally used oxide film reflow. However, when severe flatness is required over a wide area, only a polishing technique is available.
【0003】配線の下地層間膜の平坦化に用いられた研
磨技術としては1990年のVMIC(1990 PROCEEDIN
G IEEE VLSI MULTILEVEL INTERCONNECTION CONFERENCE
)の予稿集にてP.438〜P.440に提案された
ものがある。図10〜図11は、配線の下地層間膜の研
磨技術を、その工程順に示しているもので、図10
(a)〜(b)には、従来の研磨を用いた平坦化方法を
工程順に示した断面図で、図11には、従来の研磨を用
いた平坦化方法を工程順に示した断面図が示されてい
る。以下これに従って従来の研磨技術について説明す
る。図10(a)は、平坦化を行なう絶縁膜の下地デバ
イスの断面構造を示している。シリコン基板(31)上
には素子分離(32)、ソース(33a)、ドレイン
(33b)及びゲート電極(34)が形成されている。
またゲート電極(34)及びこれと同層の配線(35)
の上層にリフローしたBPSGよりなる第1層間絶縁膜
(36)があり、これにはコンタクト(37)が形成さ
れているとともに、CVD W/TiN/TiSi2 よ
りなる0.9μm程度の下層配線(38)が形成されて
いる。As a polishing technique used for flattening an underlying interlayer film of wiring, VMIC (1990 PROCEEDIN 1990)
G IEEE VLSI MULTILEVEL INTERCONNECTION CONFERENCE
) In the proceedings. 438-P. 440 has been proposed. 10 to 11 show the polishing technique of the underlying interlayer film of the wiring in the order of the steps.
11A and 11B are cross-sectional views showing a conventional planarization method using polishing in the order of steps. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional planarization method using polishing in the order of steps. It is shown. Hereinafter, the conventional polishing technique will be described in accordance with the above. FIG. 10A shows a cross-sectional structure of an underlying device of an insulating film to be planarized. An element isolation (32), a source (33a), a drain (33b), and a gate electrode (34) are formed on a silicon substrate (31).
A gate electrode (34) and a wiring (35) in the same layer as the gate electrode (34);
In the upper layer, there is a first interlayer insulating film (36) made of reflowed BPSG, on which a contact (37) is formed, and a lower wiring (about 0.9 μm) made of CVD W / TiN / TiSi 2. 38) is formed.
【0004】この状態から図10(b)のように、2.
7μmのプラズマCVD酸化膜を全面に成長する。ここ
で研磨液としてコロイダルシリカスラリーを研磨パッド
としてポリウレタンパッドを用い、通常の研磨装置にて
12〜20分程度の研磨を行なう。研磨においては研磨
定盤が参照平坦面となり、表面の凹部より凸部の方が研
磨速度が早くなることにより、表面が平坦化される。し
かしこのような通常の研磨方法では、図11に示すよう
に20nmから50nm程度の段差が残ってしまう。さらに
このような段差を除去しようと研磨を加えていくと、段
差は軽減されずに下層配線(38)が露出してしまうと
いった問題が発生する。From this state, as shown in FIG.
A 7 μm plasma CVD oxide film is grown on the entire surface. Here, using a colloidal silica slurry as a polishing liquid and a polyurethane pad as a polishing pad, polishing is performed for about 12 to 20 minutes by a usual polishing apparatus. In polishing, the polishing platen becomes a reference flat surface, and the polishing rate is higher in the convex portions than in the concave portions on the surface, so that the surface is flattened. However, in such a usual polishing method, a step of about 20 nm to 50 nm remains as shown in FIG. Further, if polishing is performed to remove such a step, a problem that the lower wiring (38) is exposed without reducing the step occurs.
【0005】そこで、さらに高精度の平坦面を形成する
場合に対して、研磨をある一定値以上は行ないたくない
部分には研磨が停止するようなストッパー層を設ける方
法が特開昭63−76349にて提案された。その方法
を図12〜図14を用いて説明する。この図12(a)
〜(b)は従来のストッパー膜を用いた研磨による平坦
化方法が必要となった経緯を説明するため配線とコンタ
クトの構造の断面図である。その内(a)は2層配線の
コンタクト部分の断面図である。(b)は従来のストッ
パー膜を用いてない研磨による平坦化方法で生じた問題
点を説明するためのコンタクト部分の断面図であり、図
13(a)〜(c)は、従来のストッパー膜を用いた研
磨による平坦化方法を工程順に示した断面図であり、図
14(a)〜(c)は、従来のストッパー膜を用いた研
磨による平坦化方法を工程順に示した断面図である。In order to form a flat surface with higher precision, a method of providing a stopper layer for stopping polishing in a portion where polishing is not desired to be carried out beyond a certain value is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-76349. Was proposed in. The method will be described with reference to FIGS. This FIG.
FIGS. 2A to 2B are cross-sectional views of the structure of a wiring and a contact in order to explain how a conventional planarization method by polishing using a stopper film became necessary. 3A is a sectional view of a contact portion of the two-layer wiring. 13B is a cross-sectional view of a contact portion for explaining a problem caused by a conventional planarization method using polishing without using a stopper film, and FIGS. 13A to 13C are diagrams illustrating a conventional stopper film. 14A to 14C are cross-sectional views illustrating a planarization method using polishing using a stopper film in a process order, and FIGS. 14A to 14C are cross-sectional views illustrating a planarization method using polishing using a conventional stopper film in a process order. .
【0006】まず、なぜ前述のような高精度な平坦面が
必要とされるのかについて説明する。図12(a)は高
精度な平坦面を必要とする2層配線構造の説明図であ
る。第1層配線(51)に対し絶縁膜(52)に形成さ
れたコンタクトホール(53)を介して第2層配線(5
4)が接続されている部分の断面構造を示している。こ
のような2層配線のコンタクト部分では集積回路の高集
積化にともないコンタクトホール(53)の直径aはそ
の深さbに対して小になる傾向がある。このb/aで与
えられるアスペクト比が大になると、例えば第2層配線
(54)としてアルミを蒸着したとき、絶縁膜(52)
の平坦部の上のアルミの厚さt1に対してコンタクトホ
ールの側壁上のアルミの厚さt2はt1>t2となる。First, the reason why such a highly accurate flat surface is required will be described. FIG. 12A is an explanatory diagram of a two-layer wiring structure requiring a highly accurate flat surface. The second-layer wiring (5) is connected to the first-layer wiring (51) via a contact hole (53) formed in the insulating film (52).
4) shows a cross-sectional structure of a portion connected. In such a contact portion of the two-layer wiring, the diameter a of the contact hole (53) tends to be smaller than the depth b due to the higher integration of the integrated circuit. When the aspect ratio given by b / a becomes large, for example, when aluminum is deposited as the second layer wiring (54), the insulating film (52)
The thickness t 2 of the aluminum on the side wall of the contact hole becomes t 1> t 2 with respect to the thickness t 1 of the aluminum on the flat portion of the.
【0007】アルミ配線に流される電流値はアルミ配線
の段面積を計算して設定されるが、前記した例において
第2層配線(54)においてコンタクトホール(53)
の側面上の第2層配線(54)の断面積は平坦部の第2
層配線(54)の断面積よりも小になり、コンタクトホ
ールの部分で抵抗が大になる問題がある。このような問
題を解決するために、図14(c)に示したような第1
層配線(57)に柱状凸部(59)を設けておき、この
柱状凸部を(59)介して第1層配線(57)と第2層
配線(62)を接続する方法が提案された。この構造の
柱状凸部(59)と絶縁膜(52)の上面の高さをあわ
せる方法として高精度は平坦化技術が必要となる。The value of the current flowing through the aluminum wiring is set by calculating the step area of the aluminum wiring. In the above-described example, the contact hole (53) is formed in the second layer wiring (54).
The cross-sectional area of the second layer wiring (54) on the side surface of
There is a problem that the cross-sectional area becomes smaller than the cross-sectional area of the layer wiring (54), and the resistance becomes large at the contact hole. In order to solve such a problem, a first method as shown in FIG.
A method has been proposed in which a columnar protrusion (59) is provided on the layer wiring (57), and the first layer wiring (57) and the second layer wiring (62) are connected through the columnar protrusion (59). . As a method for adjusting the heights of the columnar projections (59) and the upper surface of the insulating film (52) of this structure, a flattening technique with high precision is required.
【0008】それはこの構造を形成するために従来の研
磨方法を用いると、図12(b)に示すように、同一レ
ベルの第1層配線(52)に図中実線で示すおなじ高さ
の柱状凸部(55)を設け、全面に絶縁膜(52)を点
線で示すように柱状凸部(55)を完全に覆うように堆
積し、この絶縁膜(52)を前述のような、通常の研磨
技術で研磨を用い、柱状凸部(55)の表面が出るまで
研磨を行なう。この場合、シリコン基板の面内における
研磨の程度の分布、即ち研磨されすぎる(オーバー研
磨)部分と、ちょうど良く研磨されている部分とまだ十
分に研磨されていない(アンダー研磨)部分が発生する
ことは避けられない。図12(b)においては、左側の
形状凸部(55)は丁度のところまで研磨されている
が、右側の柱状凸部(55)は点線で示すようにオーバ
ー研磨された状態を示す。このような状態では、このシ
リコン基板内の研磨の分布がそのまま柱状凸部(55)
の高さに影響し、第2層配線(54)のレベルに不均一
が発生する問題が生じる。When a conventional polishing method is used to form this structure, as shown in FIG. 12B, first-level interconnects (52) of the same level have columnar shapes of the same height as shown by solid lines in the figure. A convex portion (55) is provided, and an insulating film (52) is deposited on the entire surface so as to completely cover the columnar convex portion (55) as shown by a dotted line. Polishing is performed using a polishing technique until the surface of the columnar projection (55) is exposed. In this case, the distribution of the degree of polishing in the surface of the silicon substrate, that is, a portion that is polished too much (over polishing), a portion that is polished just well, and a portion that is not yet sufficiently polished (under polishing) occurs. Is inevitable. In FIG. 12 (b), the left convex part (55) is polished to just the right place, while the right column convex part (55) is over-polished as shown by the dotted line. In such a state, the distribution of the polishing in the silicon substrate is the same as that of the columnar projections (55).
And the level of the second layer wiring (54) becomes non-uniform.
【0009】そこで、前述のストッパー層を設けた研磨
技術が必要となる。図13〜図14は、この技術を説明
するための2層構造配線の形成プロセスを工程順に示し
ている。図13(a)は平坦化を行なう絶縁膜の下地配
線の構造を示している。(56)は支持基板でありその
上に第1層配線(57)が配置されている。この第1層
配線(57)の上層に同じ形状のエッチングストッパー
(58)と柱状凸部形成部材(59)が積層されてい
る。この状態から図13(b)に示すように、層間絶縁
膜としてPSG膜(60)を1.5μm堆積する。さら
にこれに積層するように全面に研磨ストッパー膜(シリ
コン窒膜)(61)を0.3μmとレジスト膜(62)
を順次堆積する。Therefore, a polishing technique having the above-mentioned stopper layer is required. FIGS. 13 and 14 show a process of forming a two-layer wiring for explaining this technique in the order of steps. FIG. 13A shows a structure of an underlying wiring of an insulating film to be planarized. (56) is a support substrate on which the first layer wiring (57) is arranged. An etching stopper (58) and a columnar projection forming member (59) having the same shape are laminated on the first layer wiring (57). From this state, as shown in FIG. 13B, a 1.5 μm-thick PSG film (60) is deposited as an interlayer insulating film. Further, a polishing stopper film (silicon nitride film) (61) having a thickness of 0.3 μm and a resist film (62) are formed on the entire surface so as to be laminated thereon.
Are sequentially deposited.
【0010】研磨ストッパー膜(61)には図13
(b),(c)に示すように、研磨ストッパー平坦部
(61a)と研磨ストッパー隆起部(61b)がPSG
膜(60)の形状に対応して形成される。引き続き、ド
ライエッチングを行ない、図13(c)のように研磨ス
トッパー隆起部(61b)を除去する。次に、図14
(a)に示すように柱状凸部形成部材(59)の表面が
露出するまで、PSG膜(60)を研磨する。この研磨
に支持基板面内でばらつきがあっても、そこではこの研
磨ストッパー平坦部(61a)が働いてオーバー研磨が
発生するのを防止する。FIG. 13 shows the polishing stopper film (61).
As shown in (b) and (c), the polishing stopper flat portion (61a) and the polishing stopper raised portion (61b) are made of PSG.
It is formed corresponding to the shape of the film (60). Subsequently, dry etching is performed to remove the polishing stopper protrusion (61b) as shown in FIG. Next, FIG.
The PSG film (60) is polished until the surface of the columnar projection forming member (59) is exposed as shown in FIG. Even if there is a variation in the polishing in the plane of the support substrate, the polishing stopper flat portion (61a) works there to prevent the occurrence of overpolishing.
【0011】従って、すべての柱状凸部形成部材(5
9)の表面が露出するまで、図12(b)に示したオー
バー研磨を防止しつつ研磨がなされる。この研磨が終了
した図14(a)の構造を横方向からみた形状を図14
(b)に示している。この後、柱状凸部形成部材(5
9)のエッチングを行ない図14(c)に示される柱状
凸部(59a)をつくり、次いで第2層配線(62)を
形成する。このストッパー膜を設けた研磨技術は、上述
のように従来の2層配線のコンタクト部分のような比較
的小面積の領域ではオーバー研磨を防止し、絶縁膜の平
坦化が可能となっている。それは研磨を行なうウエハ全
面に対し図13(c)に示された研磨ストッパー平坦部
(61a)がほとんどの領域をしめ、平坦化されるべき
柱状凸部形成部(59)(図14(a))及びその周辺
領域が非常に小さな領域しかしめていないことに起因し
ている。Therefore, all the columnar convex forming members (5
Until the surface of 9) is exposed, polishing is performed while preventing overpolishing shown in FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view of the structure of FIG.
This is shown in FIG. Thereafter, the columnar projection forming member (5)
The etching of 9) is performed to form the columnar projections (59a) shown in FIG. 14C, and then the second layer wiring (62) is formed. The polishing technique provided with the stopper film prevents overpolishing in a relatively small area such as the contact portion of the conventional two-layer wiring as described above, and makes it possible to planarize the insulating film. The polishing stopper flat portion (61a) shown in FIG. 13 (c) covers almost the entire area of the entire surface of the wafer to be polished, and the columnar convex portion forming portion (59) to be flattened (FIG. 14 (a) ) And its surrounding area are very small areas but not small areas.
【0012】従って、本発明で取り扱うような半導体装
置、なかでも広いアレイ領域(繰り返しパターンを多く
有する)をもって構成されるメモリデバイスにおいて、
このデバイス上の絶縁膜の表面の平坦化を行なおうとす
ると、広いアレイ領域の中央部付近で前述のストッパー
膜を用いた研磨技術では起らなかったオーバー研磨が発
生し、平坦な層間絶縁膜形状が得られない。さらには、
このオーバー研磨がひどくなると、デバイス上の層間絶
縁膜を完全に研磨除去してしまい、デバイスの上面まで
研磨してしまうといった致命的な問題が現出する。Accordingly, in a semiconductor device handled in the present invention, in particular, in a memory device having a wide array region (having many repetitive patterns),
When attempting to planarize the surface of the insulating film on this device, overpolishing occurs near the center of the wide array region, which did not occur with the above-described polishing technique using the stopper film, and a flat interlayer insulating film was formed. Shape cannot be obtained. Furthermore,
When the over-polishing becomes severe, a fatal problem appears in that the interlayer insulating film on the device is completely polished and removed, and the upper surface of the device is polished.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】図15にはその状態の
デバイス断面を模式的に示している。即ち図15は、従
来のストッパー膜を用いた研磨による平坦化方法をメモ
リデバイスに適用した際生じた問題を説明するための、
メモリデバイスの断面図である。図15のようなデバイ
スに前述のストッパー膜(73)を用いた研磨技術を適
用する場合、研磨除去したい絶縁膜の段差の凸部分(7
2)(デバイスアレイ領域(71)上の点線で示された
部分)以外にストッパー膜(73)を配置することにな
るので、図示のようにこのストッパー膜(73)の存在
する領域の方が狭いためにオーバー研磨の停止性能が落
ち、オーバー研磨領域(74)ができ結果的に所望の平
坦形状が得られない。本発明はこのような、研磨除去し
たい絶縁膜の段差の凸部分が他に比べ図15のように広
い場合において、その凸部がオーバー研磨されることな
く、さらには、この凸部領域下のデバイス部分が研磨さ
れることを阻止した研磨平坦化技術を提供することにあ
る。FIG. 15 schematically shows a cross section of the device in that state. That is, FIG. 15 is a diagram for explaining a problem that occurs when a conventional planarization method using polishing using a stopper film is applied to a memory device.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a memory device. When the above-described polishing technique using the stopper film (73) is applied to the device as shown in FIG. 15, the protrusion (7) of the step of the insulating film to be polished and removed is required.
2) Since the stopper film (73) is to be disposed at a position other than (the portion indicated by the dotted line on the device array region (71)), the region where the stopper film (73) exists is shown in the drawing. Due to the narrowness, the over-polishing stop performance is deteriorated, and an over-polishing area (74) is formed. As a result, a desired flat shape cannot be obtained. In the present invention, when the convex portion of the step of the insulating film to be polished and removed is wider as shown in FIG. 15, the convex portion is not over-polished, and furthermore, the convex portion is formed under the convex portion region. An object of the present invention is to provide a polishing flattening technique that prevents a device portion from being polished.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板の
表面主領域に所定の高さを有する容量素子の配列を形成
する工程と、該容量素子の配列の少なくとも上部に、層
間絶縁膜よりも研磨加工速度の著しく小さい停止層を設
ける工程と、前記停止層の上部を含む表面に層間絶縁膜
を堆積する工程と、前記停止層が露出するまで前記層間
絶縁膜を研磨除去し、次いで前記停止層をエッチングに
より除去して平坦面を形成する工程とを含むことを特徴
とする半導体装置の製造方法である。According to the present invention, there is provided a process for forming an array of capacitive elements having a predetermined height in a main surface region of a semiconductor substrate, and forming at least an upper portion of the array of capacitive elements with an interlayer insulating film. A step of providing a stop layer having an extremely small polishing rate, a step of depositing an interlayer insulating film on a surface including an upper portion of the stop layer, and polishing and removing the interlayer insulating film until the stop layer is exposed. Forming the flat surface by removing the stop layer by etching.
【0015】また、本発明は、半導体基板の表面主領域
に所定の高さを有する容量素子の配列を形成する工程
と、該容量素子の配列の少なくとも上部に、層間絶縁膜
よりも研磨加工速度の著しく小さい停止層を設ける工程
と、前記停止層の上部を含む表面に層間絶縁膜を堆積す
る工程と、前記停止層が露出するまで前記層間絶縁膜を
研磨除去し、次いで前記停止層をエッチングにより除去
し、その上に層間絶縁膜を堆積して平坦面を形成する工
程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。The present invention is also directed to a step of forming an array of capacitive elements having a predetermined height in a main surface region of a semiconductor substrate; Providing an extremely small stop layer, depositing an interlayer insulating film on the surface including the top of the stop layer, polishing and removing the interlayer insulating film until the stop layer is exposed, and then etching the stop layer. And forming a flat surface by depositing an interlayer insulating film thereon.
【0016】また、層間絶縁膜よりも研磨加工速度の著
しく小さい停止層、即ちストッパー膜は絶縁膜または導
電性の膜を用いることができるもので、具体的には、シ
リコン窒化膜または窒化チタン膜であることを特徴とす
る半導体装置の製造方法である。また、半導体基板の表
面主領域に所定の高さを有する素子の配列上部に、層間
絶縁膜よりも研磨加工速度の著しく小さい停止層、即ち
ストッパー膜を設けるには、該素子の配列の上部とスト
ッパー膜の間に層間絶縁膜を設けてもよく、また層間絶
縁膜を設けなくてもよい。A stop layer having a polishing rate much lower than that of an interlayer insulating film, that is, a stopper film can be an insulating film or a conductive film. Specifically, a silicon nitride film or a titanium nitride film is used. A method for manufacturing a semiconductor device. Further, in order to provide a stop layer having a polishing rate significantly smaller than that of the interlayer insulating film, that is, a stopper film, on the upper part of the arrangement of the elements having a predetermined height in the main surface area of the semiconductor substrate, An interlayer insulating film may be provided between the stopper films, or no interlayer insulating film may be provided.
【0017】[0017]
【作用】本発明においては、半導体基板の表面主領域に
所定の高さを有する容量素子の配列を形成する工程と、
該容量素子の配列の少なくとも上部に、層間絶縁膜より
も研磨加工速度の著しく小さい停止層を設ける工程と、
前記停止層の上部を含む表面に層間絶縁膜を堆積する工
程と、前記停止層が露出するまで前記層間絶縁膜を研磨
除去し、次いで前記停止層をエッチングにより除去して
平坦面を形成するので、研磨除去したい絶縁膜の段差の
凸部分がオーバー研磨されることなく、さらには、この
凸部領域下のデバイス部分が研磨されることを阻止し
て、半導体装置の層間絶縁膜を平坦に形成することがで
きるものである。In the present invention, a step of forming an array of capacitive elements having a predetermined height in a main surface region of a semiconductor substrate;
A step of providing a stop layer having a significantly lower polishing rate than the interlayer insulating film at least above the array of the capacitor elements;
Depositing an interlayer insulating film on the surface including the top of the stop layer, polishing and removing the interlayer insulating film until the stop layer is exposed, and then removing the stop layer by etching to form a flat surface. The interlayer insulating film of the semiconductor device is formed flat by preventing the convex portion of the step of the insulating film to be polished and removed from being polished, and further preventing the device portion below the convex region from being polished. Is what you can do.
【0018】参考例について図面を参照して説明する。 〔参考例〕 図1〜図3は、参考例の研磨平坦化技術の参考例を工程
順に示した断面図である。以下の説明においては研磨平
坦化を行なう下地デバイスとしてメモリアレイ領域と周
辺領域の間に大きな絶縁膜の段差が発生するスタックキ
ャパシタ型DRAM(ダイナミック・ランダム・アクセ
ス・メモリ)を用いる。なおデバイスの構造としては、
説明を簡単にするためにビット線を省略し、ビット線が
接続される拡散層領域のみをビット線と呼ぶ。A reference example will be described with reference to the drawings. Reference Example FIGS. 1 to 3 are cross-sectional views showing a reference example of a polishing and flattening technique of a reference example in the order of steps. In the following description, a stack capacitor type DRAM (Dynamic Random Access Memory) in which a large insulating film level difference occurs between a memory array region and a peripheral region is used as a base device for polishing and flattening. The structure of the device
For simplicity, the bit lines are omitted, and only the diffusion layer region to which the bit lines are connected is called a bit line.
【0019】図1は平坦化を行なう層間膜の下地のデバ
イス構造断面を示している。シリコン基板(11)上に
メモリセル(12)が形成されており、図中では2個の
み示されているが、これらのメモリセルが配列されメモ
リセルアレイ(14)を構成している。以下では、この
2個のメモリセル(12)についてのみ詳細に説明す
る。シリコン基板(11)上には不純物の拡散層により
なるビット線(15)と記憶ノード(12a)が形成さ
れている。ビット線(15)をはさむシリコン基板(1
1)の領域上にシリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜
(12b)が形成され、さらにその上にゲート電極(1
2c)が配置されることにより、メモリセル(12)の
スイッチングトランジスタが構成される。FIG. 1 shows a cross section of a device structure under a interlayer film to be planarized. A memory cell (12) is formed on a silicon substrate (11). Although only two memory cells are shown in the figure, these memory cells are arranged to form a memory cell array (14). Hereinafter, only these two memory cells (12) will be described in detail. On the silicon substrate (11), a bit line (15) made of an impurity diffusion layer and a storage node (12a) are formed. The silicon substrate (1) sandwiching the bit line (15)
A gate insulating film (12b) made of a silicon oxide film is formed on the region (1), and a gate electrode (1) is further formed thereon.
By arranging 2c), a switching transistor of the memory cell (12) is configured.
【0020】ゲート電極(12c)を含むシリコン基板
(11)上を、シリコン酸化膜系の絶縁膜よりなる第1
層間絶縁膜(16)で覆い、隣接するゲート電極(12
c)やコンタクト孔(16a)の横方向の絶縁のみでな
く、ゲート電極(12c)と下部電極(13)の間の縦
方向の絶縁も行なっている。コンタクト孔(16a)は
第1層間絶縁膜(16)に形成され、記憶ノード(12
a)と下部電極(13)を電気的に接続している。On a silicon substrate (11) including a gate electrode (12c), a first silicon oxide-based insulating film is formed.
It is covered with an interlayer insulating film (16) and an adjacent gate electrode (12
c) and horizontal insulation of the contact hole (16a), as well as vertical insulation between the gate electrode (12c) and the lower electrode (13). The contact hole (16a) is formed in the first interlayer insulating film (16), and the storage node (12
a) and the lower electrode (13) are electrically connected.
【0021】メモリセル(12)の構成要素である容量
部は、下部電極とこれに積層してある容量絶縁膜(1
7)及び上部電極(18)によってなる。この下部電極
は、例えばCVD成長したドープト多結晶シリコンより
なる。64MDRAMから1GDRAMにおいてはこの
下部電極(13)の高さは0.8μmから1.2μm程
度に形成される。また容量絶縁膜(17)としてはシリ
コン窒化膜とシリコン酸化膜の複合膜が一般的であり、
シリコン酸化膜の膜厚にして、5nmから3.8nm程度が
使用される。さらに上部電極はCVDで形成された10
0から200nm程度の多結晶シリコンよりなる。この状
態に対し、図2に示されるようにシリコン酸化膜系の第
2層間絶縁膜(19)を0.1μmから0.3μm全面
に堆積する。The capacitance part, which is a component of the memory cell (12), includes a lower electrode and a capacitance insulating film (1) laminated thereon.
7) and the upper electrode (18). This lower electrode is made of, for example, doped polycrystalline silicon grown by CVD. In 64M DRAM to 1GDRAM, the height of the lower electrode (13) is formed to be about 0.8 μm to 1.2 μm. Further, a composite film of a silicon nitride film and a silicon oxide film is generally used as the capacitance insulating film (17).
The thickness of the silicon oxide film is about 5 nm to about 3.8 nm. Further, the upper electrode is formed by CVD.
It is made of polycrystalline silicon of about 0 to 200 nm. In this state, as shown in FIG. 2, a second interlayer insulating film (19) based on a silicon oxide film is deposited on the entire surface from 0.1 μm to 0.3 μm.
【0022】この第2層間絶縁膜(19)としてBPS
Gのようなリフロー性を有する膜を用いて、リフローを
行なってもよい。この後シリコン窒化膜よりなるストッ
パー膜(20)を0.1μmから0.2μmCVD法に
より形成する。続いて、図3(a)に示すように、シリ
コン酸化膜系の第3層間絶縁膜(21)を1.5μmか
ら1.8μm程度成膜する。この状態から研磨を行な
う。研磨技術としては、化学的機械的研磨法でも機械的
研磨法でもどちらを用いてもかまわない。両者の違い
は、化学的研磨法では研磨液に通常の研磨材(砥粒)を
懸濁させただけでなく、被研磨部材を化学的にエッチン
グする性質をもたせたものであり、機械的研磨法では、
化学的エッチング性を有さない研磨材のみを含んだ研磨
液を用いて研磨を行なうものである。参考例としては、
機械的研磨法について説明を行なう。BPS is used as the second interlayer insulating film (19).
Reflow may be performed using a film having a reflow property such as G. Thereafter, a stopper film (20) made of a silicon nitride film is formed by a CVD method of 0.1 μm to 0.2 μm. Subsequently, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film-based third interlayer insulating film (21) is formed in a thickness of about 1.5 μm to 1.8 μm. Polishing is performed from this state. As a polishing technique, either a chemical mechanical polishing method or a mechanical polishing method may be used. The difference between the two is that in the chemical polishing method, not only a normal polishing material (abrasive grains) is suspended in a polishing liquid, but also a property of chemically etching a member to be polished is provided. By law,
Polishing is performed using a polishing liquid containing only a polishing material having no chemical etching property. As a reference example,
The mechanical polishing method will be described.
【0023】図16に研磨の概念図を示す。回転定盤
(81)の上に研磨用パッド(82)を張り付け、研磨
液(83)を適下しながら、ウエハーホルダー(84)
に保持されたウエハー(85)に荷重を加えつつ回転さ
せ、研磨を行なう。研磨パッド(82)として発泡性の
ポリウレタンよりなるもの、ポリウレタン含浸のポリエ
ステル繊維構造のもの、もしくはこれらの積層構造のも
のを用いると、参考例で説明する研磨には好適である。
また研磨液としては前述したようにシリカ砥粒を純水に
懸濁したものが好ましい。化学的機械的研磨法では例え
ばアンモニア水溶液に懸濁させたコロイド状シリカを研
磨液として用いればよい。FIG. 16 is a conceptual diagram of polishing. A polishing pad (82) is stuck on a rotating platen (81), and while a polishing liquid (83) is being applied, a wafer holder (84) is applied.
The wafer (85) held in the wafer is rotated while applying a load to perform polishing. If the polishing pad (82) is made of foamable polyurethane, has a polyester fiber structure impregnated with polyurethane, or has a laminated structure of these, it is suitable for the polishing described in the reference example.
As described above, the polishing liquid is preferably one in which silica abrasive grains are suspended in pure water. In the chemical mechanical polishing method, for example, colloidal silica suspended in an aqueous ammonia solution may be used as a polishing liquid.
【0024】このような方法で研磨を行うと、図3
(a)において示した第3層間絶縁膜(21)にできた
段差の高い部分が選択的に研磨され段差が小さくなって
いく。実験では段差の低い部分の第3層間絶縁膜(2
1)の膜厚の減少量よりも、段差の低減していく速度が
1.5から2倍程度早かった。このようにして図2
(b)に示すストッパー膜(20)が露出するところに
は、段差はほぼなくなり、図に(22)として示す平坦
面が形成できる。When polishing is performed by such a method, FIG.
A portion having a high step formed in the third interlayer insulating film (21) shown in (a) is selectively polished, and the step is reduced. In the experiment, the third interlayer insulating film (2
The reduction rate of the step was about 1.5 to 2 times faster than the reduction amount of the film thickness in 1). Thus, FIG.
Where the stopper film (20) shown in (b) is exposed, there is almost no step, and a flat surface shown as (22) in the figure can be formed.
【0025】ここで、もしこの参考例のようにストッパ
ー膜(20)が設置されておらず、平坦面が形成できた
のち、さらに研磨が停止されずにいると、第2層間絶縁
膜(19)が研磨されてしまい、ほぼ2分程度あとには
上部電極(18)まで研磨されてしまう。この上部電極
(18)の研磨が始まると、この上部電極(18)が多
結晶シリコンからできていると、研磨速度は層間絶縁膜
を構成するBPSG膜よりも研磨速度が早い為に、容量
部全体が研磨されてしまいメモリセルとして機能しなく
なってしまう。Here, if the stopper film (20) is not provided as in this reference example and a flat surface is formed, and if the polishing is not stopped, the second interlayer insulating film (19) is formed. ) Is polished, and after about two minutes, the upper electrode (18) is polished. When the polishing of the upper electrode (18) starts, if the upper electrode (18) is made of polycrystalline silicon, the polishing rate is higher than that of the BPSG film constituting the interlayer insulating film. The entire body is polished and no longer functions as a memory cell.
【0026】しかしながら、この参考例のように、例え
ばシリコン窒化膜よりなるストッパー膜(20)が設置
されていれば、第2層間絶縁膜(19)として使用する
BPSG膜に比べ、研磨の進行速度(研磨速度)が5か
ら10倍程度遅いため、このストッパー膜が露出してか
ら、12から22分程度過剰に研磨を行なっても第2層
間絶縁膜(19)が研磨されることはなく、上部電極
(18)を含む容量部分が研磨されることはない。この
12分から22分という時間は、ウエハ面内で研磨速度
に不均一画が生じてもこの程度の時間を加えることによ
り、ウエハ全面平坦面を形成するのに十分な時間であ
り、この時間内に研磨を停止することは十分な余裕をも
って可能である。従ってこの参考例によれば、スタック
容量を有するDRAMの容量部上の層間絶縁膜の平坦化
がウエハ全面にわたって容易に形成できる。However, when the stopper film (20) made of, for example, a silicon nitride film is provided as in this reference example, the polishing progress speed is higher than that of the BPSG film used as the second interlayer insulating film (19). Since the (polishing rate) is about 5 to 10 times slower, the second interlayer insulating film (19) is not polished even if the polishing is excessively performed for about 12 to 22 minutes after the stopper film is exposed. The capacity portion including the upper electrode (18) is not polished. The time of 12 minutes to 22 minutes is a time sufficient to form a flat surface over the entire surface of the wafer by adding such a time even if a non-uniform image occurs in the polishing rate within the wafer surface. The polishing can be stopped with sufficient margin. Therefore, according to this reference example, the interlayer insulating film on the capacitance portion of the DRAM having the stack capacitance can be easily flattened over the entire surface of the wafer.
【0027】〔実施例1〕 本発明の第1の実施例について図面を参照して説明す
る。図4は第1の実施例を説明するための研磨の工程順
に示した断面図である。研磨を開始する際の断面形状と
しては、図2(a)と同じである。この状態から、参考
例と同じ方法で研磨を行なう。参考例の場合よりも段差
の下側の部分の第3層間絶縁膜(21)の研磨速度が早
くなり、参考例よりも平坦性の劣る面、即ち図4(a)
で凹み(23)として示すような面が形成されてしまっ
た場合、例えばストッパー膜(20)としてシリコン窒
化膜を使用している場合、熱リン酸を用いて第3層間絶
縁膜(21)に覆われていない部分のストッパー膜(2
0)をウエットエッチング除去する。Embodiment 1 A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the order of polishing steps for explaining the first embodiment. The cross-sectional shape at the start of polishing is the same as in FIG. From this state, polishing is performed in the same manner as in the reference example. The polishing rate of the third interlayer insulating film (21) in the portion below the step is higher than in the case of the reference example, and the flatness is lower than that of the reference example, that is, FIG.
If a surface shown as a depression (23) is formed, for example, when a silicon nitride film is used as the stopper film (20), the third interlayer insulating film (21) is formed using hot phosphoric acid. The stopper film (2
0) is removed by wet etching.
【0028】この方法によれば、凹み(23)が形成さ
れてもストッパー膜(20)の膜厚分だけ段差の上部分
を低くすることができ、研磨の技術に不十分なものがあ
ってもそれを回避し、参考例と同様な平坦面が形成でき
る。この第1の実施例と参考例の違いは、参考例に比べ
第1の実施例の方が研磨技術が劣っていても、同様な平
坦面が形成できる、即ち研磨技術に自由度ができるとい
った点である。According to this method, even when the recess (23) is formed, the upper portion of the step can be lowered by the thickness of the stopper film (20). This can also be avoided to form a flat surface similar to the reference example. The difference between the first embodiment and the reference example is that even when the first embodiment is inferior in polishing technique to the reference example, a similar flat surface can be formed, that is, the degree of freedom in the polishing technique is increased. Is a point.
【0029】〔実施例2〕 次に第2の実施例について説明する。参考例の説明に用
いた図1においては、上部電極(18)、容量絶縁膜
(17)をパターニングした状態を示したが、第2の実
施例では図5(a)に示すようにパターニングを行なわ
ずウエハ全面に両者がついた状態で(図5(a)の上部
電極部材(18a)の状態で)、その直上に例えばシリ
コン窒化膜よりなるストッパー層(20)を0.1μm
から0.2μmCVD法により成膜する。その後レジス
ト(24)を塗布し、リソグラフィー技術により上部電
極の形状にパターニングを行なう。これをマスクに上部
電極部材(18a)及び容量絶縁膜(17)をドライエ
ッチングし、図5(b)の形状を得る。Embodiment 2 Next, a second embodiment will be described. FIG. 1 used for describing the reference example shows a state in which the upper electrode (18) and the capacitor insulating film (17) are patterned. In the second embodiment, patterning is performed as shown in FIG. In a state in which both are attached to the entire surface of the wafer (in the state of the upper electrode member (18a) in FIG. 5A), a stopper layer (20) made of, for example, a silicon nitride film is formed thereon directly by 0.1 μm
From 0.2 .mu.m CVD. Thereafter, a resist (24) is applied, and is patterned into a shape of the upper electrode by a lithography technique. Using this as a mask, the upper electrode member (18a) and the capacitance insulating film (17) are dry-etched to obtain the shape shown in FIG.
【0030】さらにシリコン酸化膜系の第2層間絶縁膜
(19)を1.5μmから1.8μm程度堆積する。こ
の状態から、研磨を開始する。この研磨により第2層間
絶縁膜(19)の段差の上部が選択的に除去され、スト
ッパー膜(20)が露出する時点では、図6に示すよう
な平坦面(22)が得られる。このストッパー(20)
膜は、前述の第1の実施例、参考例で説明したように研
磨速度が第2層間絶縁膜にくらべて十分遅いため、上部
電極(18)が露出研磨されることはない。Further, a silicon oxide film-based second interlayer insulating film (19) is deposited in a thickness of about 1.5 μm to 1.8 μm. Polishing is started from this state. By this polishing, the upper part of the step of the second interlayer insulating film (19) is selectively removed, and when the stopper film (20) is exposed, a flat surface (22) as shown in FIG. 6 is obtained. This stopper (20)
Since the film has a sufficiently low polishing rate as compared with the second interlayer insulating film as described in the first embodiment and the reference example, the upper electrode (18) is not exposed and polished.
【0031】この第2の実施例と第1の実施例、参考例
との違いは第1の実施例、参考例では上部電極の直上に
ストッパー膜(20)が配置されず、ストッパー膜(2
0)と上部電極(18)の間に層間絶縁膜が介在するこ
とである。第2の実施例ではこの層間絶縁膜が排除され
ている分、デバイス全体を構成する層間絶縁膜の合計の
高さが薄くなり、その層間絶縁膜に形成されるコンタク
トの深さが浅くなり、その形成が容易になるとともに、
コンタクト抵抗が低くなるといった利点がある。The difference between the second embodiment, the first embodiment and the reference example is that in the first embodiment and the reference example, the stopper film (20) is not disposed immediately above the upper electrode, and the stopper film (2
0) and the upper electrode (18) with an interlayer insulating film interposed. In the second embodiment, since the interlayer insulating film is eliminated, the total height of the interlayer insulating films constituting the entire device is reduced, and the contact formed in the interlayer insulating film is reduced in depth. While its formation is easy,
There is an advantage that the contact resistance is reduced.
【0032】〔実施例3〕 次に、第3の実施例について説明する。第3の実施例に
は、第2の実施例(図6)の研磨においてストッパー膜
(20)の周囲の第2層間絶縁膜(19)の膜減りが大
きく、図6の場合よりも平坦性の劣った形状が形成され
た場合に、平坦性を向上させる方法である。平坦性の劣
った形状としては図7(a)に示すような形状がある。
この状態から、第2層間絶縁膜(19)に覆われていな
いストッパー膜(20)のみを選択多的にエッチング除
去する。Third Embodiment Next, a third embodiment will be described. In the third embodiment, in the polishing of the second embodiment (FIG. 6), the film loss of the second interlayer insulating film (19) around the stopper film (20) is large, and the flatness is higher than in the case of FIG. This is a method for improving the flatness when a shape having an inferior shape is formed. As a shape having poor flatness, there is a shape as shown in FIG.
From this state, only the stopper film (20) not covered with the second interlayer insulating film (19) is selectively removed by etching.
【0033】これまで示してきた実施例、参考例のよう
に、ストッパー膜(20)として例えばシリコン窒化膜
を用いた場合、熱リン酸によって第2層間絶縁膜に覆わ
れていないストッパー膜(20)を図7(b)のように
除去する。その後、シリコン酸化膜系の第3層間絶縁膜
(21)を0.2μmから0.3μm程度堆積する。こ
の第3の実施例によれば研磨終了後、ストッパー膜(2
0)と第2層間絶縁膜(19)の間の段差が0.2μm
程度生成された場合でも、ほぼ段差のない平坦面(2
2)が形成できる。When a silicon nitride film, for example, is used as the stopper film (20) as in the embodiments and reference examples described above, the stopper film (20) not covered with the second interlayer insulating film by hot phosphoric acid is used. ) Is removed as shown in FIG. Thereafter, a silicon oxide film-based third interlayer insulating film (21) is deposited to a thickness of about 0.2 μm to 0.3 μm. According to the third embodiment, after polishing is completed, the stopper film (2
0) and the step between the second interlayer insulating film (19) is 0.2 μm
Even if a flat surface (2
2) can be formed.
【0034】この第3の実施例の利点として、研磨で形
成された略平坦面をより平坦にできるといったことに加
え、容量部上、及び隣接する容量部の間にストッパー膜
(20)となるシリコン窒化膜が残らないために、容量
部にストレスを与えないことがあげられる。研磨ストッ
パー膜としては膜の材質として加工につよいもの、すな
わち固くてストレスを発生しやすいといったものが選択
される可能性が高い。そのためストレスの発生源となる
このストッパー膜を除去することはデバイス特性の面か
らも都合が良い。特に容量の増大を図るために容量絶縁
膜(17)として、窒化膜と酸化膜の積層構造ではな
く、これより比誘電率の大きいタンタル酸化膜などを用
いた場合にこのストレスの少ない構造が好適である。高
誘電率膜ではストレスを受けるとリーク電流が増大する
ため、ストレスが少ない方がリーク電流を低減できメモ
リの保持特性を良好なものにできる。As an advantage of the third embodiment, in addition to the fact that a substantially flat surface formed by polishing can be made flatter, a stopper film (20) is formed on a capacitor portion and between adjacent capacitor portions. Since the silicon nitride film does not remain, no stress is applied to the capacitor. As the polishing stopper film, a material that is suitable for processing as a material of the film, that is, a film that is hard and easily generates stress is likely to be selected. Therefore, it is convenient from the viewpoint of device characteristics to remove the stopper film which is a source of stress. In particular, in order to increase the capacitance, a structure with less stress is preferable when a capacitance insulating film (17) is not a laminated structure of a nitride film and an oxide film but a tantalum oxide film having a higher relative dielectric constant than this. It is. In a high-dielectric-constant film, when a stress is applied, the leakage current increases. Therefore, the less the stress, the lower the leakage current and the better the retention characteristics of the memory.
【0035】〔実施例4〕 最後に第4の実施例について説明する。参考例、第1の
実施例から第3の実施例までは、ストッパー膜として絶
縁膜を用いる場合を示したが、第4の実施例ではこれに
導電性のストッパー膜を用いる場合について説明する。
図5(a)に示した上部電極部材(18a)上のストッ
パー膜(20a)の代りに、たとえばスパッタ法もしく
はCVD法で形成した窒化チタン膜を導電性ストッパー
膜としてウエハ全面に成長する。さらに第2の実施例で
説明したように上部電極、容量絶縁膜、導電性ストッパ
ー膜を容量の形状にパターニングする。この形状の上に
シリコン酸化膜の第2層間絶縁膜(19)を成長した後
の構造が図8(a)である。ここで(20a)が導電性
ストッパー膜である。第2層間絶縁膜(19)はこれま
での実施例と同様1.5μmから1.8μm程度成膜す
れば良い。Embodiment 4 Finally, a fourth embodiment will be described. Although the reference example and the first to third embodiments show the case where an insulating film is used as a stopper film, the fourth embodiment will explain the case where a conductive stopper film is used for this.
Instead of the stopper film (20a) on the upper electrode member (18a) shown in FIG. 5A, a titanium nitride film formed by, for example, a sputtering method or a CVD method is grown on the entire surface of the wafer as a conductive stopper film. Further, as described in the second embodiment, the upper electrode, the capacitor insulating film, and the conductive stopper film are patterned into a capacitor shape. FIG. 8A shows a structure after a second interlayer insulating film (19) of a silicon oxide film is grown on this shape. Here, (20a) is a conductive stopper film. The second interlayer insulating film (19) may be formed in a thickness of about 1.5 μm to 1.8 μm as in the previous embodiments.
【0036】この図8(a)の状態から研磨を開始す
る。導電性ストッパー膜(20a)が露出した時点で研
磨を停止することにより、図8(b)のような第1平坦
面(22a)が形成できる。この場合ストッパー膜が導
電性を有するためにこのまま、さらに上層の配線を形成
することはできない為、この上層に図9に示すように、
シリコン酸化膜系の第3層間絶縁膜(21)を形成する
ことにより、最終的な第2の平坦面(22b)が形成で
きる。Polishing is started from the state shown in FIG. By stopping polishing when the conductive stopper film (20a) is exposed, a first flat surface (22a) as shown in FIG. 8B can be formed. In this case, since the stopper film has conductivity, it is not possible to form a wiring in a further upper layer as it is, and as shown in FIG.
By forming the silicon oxide film-based third interlayer insulating film (21), a final second flat surface (22b) can be formed.
【0037】この実施例では、導電性ストッパー膜(2
0a)として窒化チタン膜を使用したが、これは研磨に
対するストッパーとしての働きが、これまで示したシリ
コン窒化膜を用いたストッパー膜よりも優れているた
め、容量部保護の効果はより大きくできる。さらに容量
絶縁膜として高誘電率膜を使用する場合には、上部電極
として金属系膜が用いられるので、プロセス全体の整合
性も良いといった利点もあわせてもっている。In this embodiment, the conductive stopper film (2
Although a titanium nitride film was used as 0a), the function as a stopper for polishing is superior to the stopper film using a silicon nitride film described above, so that the effect of protecting the capacitance portion can be increased. Further, when a high dielectric constant film is used as the capacitor insulating film, a metal-based film is used as the upper electrode.
【0038】これらの実施例では、容量の上の層間絶縁
膜の平坦化までについて説明したが、メモリセルの形成
については、この層間絶縁膜にコンタクト孔を開口し、
アルミを主とした配線を形成するといったプロセスが必
要である。さらにその上層に、もう一層もしくはそれ以
上の配線を形成するといった場合もある。このようなア
レイ状に配列された配線の上の層間絶縁膜を平坦化する
といった場合にも、本発明の平坦化方法は適用可能であ
りさらに上層の配線を形成するのに好適な平坦面を形成
することが可能である。また平坦化を行なう層間絶縁膜
としてシリコン酸化膜系材料なかでも実施例としては、
リフロー性を有するBPSG膜としたが、リフロー性の
小さいリン、ボロンを含まない酸化膜たとえばプラズマ
CVDにより成膜した酸化膜もしくは常圧CVDにより
成膜した酸化膜を用いた場合においても同様な効果が得
られる。In these embodiments, the description has been made up to the planarization of the interlayer insulating film on the capacitor. However, in the formation of the memory cell, a contact hole is opened in this interlayer insulating film.
A process of forming a wiring mainly made of aluminum is required. Further, in some cases, another or more wirings are formed in the upper layer. The planarization method of the present invention can be applied to a case where the interlayer insulating film on the wirings arranged in such an array is flattened, and furthermore, a flat surface suitable for forming an upper layer wiring is formed. It is possible to form. Further, among the silicon oxide film-based materials as an interlayer insulating film for planarization,
Although the BPSG film having reflow properties is used, the same effect can be obtained even when an oxide film which does not contain phosphorus and boron having small reflow properties, for example, an oxide film formed by plasma CVD or an oxide film formed by normal pressure CVD is used. Is obtained.
【0039】[0039]
【発明の効果】本発明の層間絶縁膜の平坦化方法によれ
ば、DRAMメモリセルアレイなどで問題となるアレイ
領域と周辺領域の間の層間絶縁膜の段差を除去でき、平
坦な層間絶縁膜が形成できる。この平坦な層間絶縁膜形
状によりその上層の配線などのデバイス形成が容易にな
り、デバイスの微細化、高集積化が可能となるという効
果を奏するものである。According to the method for planarizing an interlayer insulating film of the present invention, a step of an interlayer insulating film between an array region and a peripheral region, which is a problem in a DRAM memory cell array or the like, can be removed, and a flat interlayer insulating film can be formed. Can be formed. This flat interlayer insulating film shape facilitates device formation such as wiring on the upper layer, and has the effect that the device can be miniaturized and highly integrated.
【図1】 参考例による層間絶縁膜の平坦化方法を工程
順に示した断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a method of planarizing an interlayer insulating film according to a reference example in the order of steps.
【図2】 参考例による層間絶縁膜の平坦化方法を工程
順に示した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of planarizing an interlayer insulating film according to a reference example in the order of steps.
【図3】 (a)、(b)は、参考例による層間絶縁膜
の平坦化方法を工程順に示した断面図である。FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating a method of planarizing an interlayer insulating film according to a reference example in the order of steps;
【図4】 (a)、(b)は、本発明の第1の実施例に
よる層間絶縁膜の平坦化方法を工程順に示した断面図で
ある。FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method of planarizing an interlayer insulating film according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.
【図5】 (a)、(b)は、本発明の第2の実施例に
よる層間絶縁膜の平坦化方法を工程順に示した断面図で
ある。FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views illustrating a method of planarizing an interlayer insulating film according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.
【図6】 本発明の第2の実施例による層間絶縁膜の平
坦化方法を工程順に示した断面図である。FIG. 6 is a sectional view illustrating a method of planarizing an interlayer insulating film according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.
【図7】 (a)、(b)は、本発明の第3の実施例に
よる層間絶縁膜の平坦化方法を工程順に示した断面図で
ある。FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views illustrating a method of planarizing an interlayer insulating film according to a third embodiment of the present invention in the order of steps.
【図8】 (a)、(b)は、本発明の第4の実施例に
よる層間絶縁膜の平坦化方法を工程順に示した断面図で
ある。FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views illustrating a method of planarizing an interlayer insulating film according to a fourth embodiment of the present invention in the order of steps.
【図9】 本発明の第4の実施例による層間絶縁膜の平
坦化方法を工程順に示した断面図である。FIG. 9 is a sectional view illustrating a method of planarizing an interlayer insulating film according to a fourth embodiment of the present invention in the order of steps.
【図10】 (a)、(b)は、従来の研磨を用いた平
坦化方法を工程順に示した断面図である。FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views showing a conventional planarization method using polishing in the order of steps.
【図11】 従来の研磨による平坦化方法を工程順に示
した断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional planarization method by polishing in the order of steps.
【図12】 (a)、(b)は、従来のストッパー膜を
用いた配線とコンタクトの構造の断面図で、(a)は2
層配線のコンタクト部分の断面図である。(b)は従来
のストッパー膜を用いてないコンタクト部分の断面図で
ある。12A and 12B are cross-sectional views of a conventional wiring and contact structure using a stopper film, and FIG.
It is sectional drawing of the contact part of a layer wiring. FIG. 2B is a cross-sectional view of a contact portion in which a conventional stopper film is not used.
【図13】 (a)〜(c)は、従来のストッパー膜を
用いた研磨による平坦化方法を工程順に示した断面図で
ある。FIGS. 13A to 13C are cross-sectional views showing a conventional planarization method by polishing using a stopper film in the order of steps.
【図14】 (a)〜(c)は、従来のストッパー膜を
用いた研磨による平坦化方法を工程順に示した断面図で
ある。FIGS. 14A to 14C are cross-sectional views showing a conventional planarization method by polishing using a stopper film in the order of steps.
【図15】 従来のストッパー膜を用いた研磨による平
坦化方法をメモリデバイスに適用した際生じた問題を説
明するための、メモリデバイスの断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view of a memory device for describing a problem that occurs when a conventional planarization method using polishing using a stopper film is applied to the memory device.
【図16】 参考例で用いた研磨技術及び研磨方法を説
明するための概念図である。FIG. 16 is a conceptual diagram for describing a polishing technique and a polishing method used in a reference example.
11 シリコン基板 12 メモリセル 13 下部電極 14 メモリセルアレイ 15 ビット線 16 第1層間絶縁膜 17 容量絶縁膜 18 上部電極 18a 上部電極部材 19 第2層間絶縁膜 20 ストッパー膜 20a 導電性ストッパー膜 21 第3層間絶縁膜 22 平坦面 22a 第1の平坦面 22b 第2の平坦面 23 凹み 24 レジスト 32 素子分離 33a ソース 33b ドレイン 34 ゲート電極 35 配線 36 第1層間絶縁膜 37 コンタクト 38 下層配線 39 第2層間絶縁膜 40 段差 51 第1層配線 52 絶縁膜 53 コンタクトホール 54 第2層配線 55 柱状凸部 56 支持基板 57 第1層配線 58 エッチングストッパー膜 59 柱状凸部形成部材 59a 柱状凸部 60 PSG膜 61 研磨ストッパー膜 61a 研磨ストッパー平坦部 61b 研磨ストッパー隆起部 62 レジスト膜 71 デバイスアレイ領域 72 凸部分 73 ストッパー膜 74 オーバー研磨領域 81 回転定盤 Reference Signs List 11 silicon substrate 12 memory cell 13 lower electrode 14 memory cell array 15 bit line 16 first interlayer insulating film 17 capacitance insulating film 18 upper electrode 18a upper electrode member 19 second interlayer insulating film 20 stopper film 20a conductive stopper film 21 third interlayer Insulating film 22 Flat surface 22a First flat surface 22b Second flat surface 23 Depression 24 Resist 32 Element isolation 33a Source 33b Drain 34 Gate electrode 35 Wiring 36 First interlayer insulating film 37 Contact 38 Lower wiring 39 Second interlayer insulating film REFERENCE SIGNS LIST 40 step 51 first layer wiring 52 insulating film 53 contact hole 54 second layer wiring 55 columnar protrusion 56 support substrate 57 first layer wiring 58 etching stopper film 59 columnar protrusion forming member 59 a columnar protrusion 60 PSG film 61 polishing stopper Film 61a polishing stock Over the flat part 61b polishing stopper ridges 62 resist film 71 device array region 72 convex portion 73 stopper film 74 over-polishing region 81 rotates platen
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/304 321 H01L 21/8242 H01L 27/108 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/304 321 H01L 21/8242 H01L 27/108 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768
Claims (4)
有する容量素子の配列を形成する工程と、該容量素子の
配列の少なくとも上部に、層間絶縁膜よりも研磨加工速
度の著しく小さい停止層を設ける工程と、前記停止層の
上部を含む表面に層間絶縁膜を堆積する工程と、前記停
止層が露出するまで前記層間絶縁膜を研磨除去し、次い
で前記停止層をエッチングにより除去して平坦面を形成
する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。A step of forming an array of capacitive elements having a predetermined height in a main surface region of a semiconductor substrate; and stopping at least an upper portion of the array of the capacitive elements at a polishing speed that is significantly lower than an interlayer insulating film. Providing a layer, depositing an interlayer insulating film on the surface including the top of the stop layer, polishing and removing the interlayer insulating film until the stop layer is exposed, and then removing the stop layer by etching. Forming a flat surface.
有する容量素子の配列を形成する工程と、該容量素子の
配列の少なくとも上部に、層間絶縁膜よりも研磨加工速
度の著しく小さい停止層を設ける工程と、前記停止層の
上部を含む表面に層間絶縁膜を堆積する工程と、前記停
止層が露出するまで前記層間絶縁膜を研磨除去し、次い
で前記停止層をエッチングにより除去し、その上に層間
絶縁膜を堆積して平坦面を形成する工程とを含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。2. A step of forming an array of capacitive elements having a predetermined height in a main surface region of a semiconductor substrate, and stopping at least an upper portion of the array of the capacitive elements at a polishing speed significantly lower than that of an interlayer insulating film. Providing a layer, depositing an interlayer insulating film on the surface including the top of the stop layer, polishing and removing the interlayer insulating film until the stop layer is exposed, and then removing the stop layer by etching; Forming a flat surface by depositing an interlayer insulating film thereon.
小さい停止層がシリコン窒化膜であることを特徴とする
請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the stop layer having a significantly lower polishing rate than the interlayer insulating film is a silicon nitride film.
小さい停止層が窒化チタン膜であることを特徴とする請
求項請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the stop layer having a polishing rate significantly lower than that of the interlayer insulating film is a titanium nitride film.
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