JP4492009B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己整合コンタクト(Self Align Contact;SAC)構造を有する半導体装置とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
超大規模集積回路(Very Large Scale Integration;VLSI)や超々大規模集積回路(Ultra Large Scale Integration;ULSI)といった近年の高集積化半導体デバイスでは、多層配線構造が採用され、高度な微細化技術が必要になっている。特に、メモリやゲートアレイなどの半導体デバイスでは、微細化によって配線間の間隔が益々狭くなっている。このため、半導体基板上に形成された隣接する2つの第1配線間スペース内で層間絶縁膜を開口し、第2配線と半導体基板との接続用コンタクトホールを形成するに際し、第1配線とコンタクトホールとの合わせマージンをなくしたセルフアラインコンタクト(自己整合コンタクトともいう。)が利用されている。
【0003】
従来のセルフアラインコンタクト(以下、SACという)構造を有する半導体装置は、図5(a)〜(f)に示したような工程で製造される。図5(a)〜(f)において、101は半導体基板、102はポリシリコン膜、103はタングステンシリサイド(以下、WSiと表す)膜であり、102と103は第1配線層を構成する。104は第1配線層上にのみ形成されているオフセット絶縁膜(オフセット酸化膜ともいう)、105は側壁絶縁膜(サイドウォール膜ともいう)、106はシリコン窒化(以下、SiNと表す)膜で形成されているエッチングストッパー膜、107はホウ素リン・シリケート・ガラス(以下、BPSGと表す)膜で形成されている層間絶縁膜である。108はポリシリコン膜、109はWSi膜であり、108と109は第2配線層を構成する。110は2つの第1配線層に挟まれたスペースに設けられている半導体基板と第2配線層とを電気的に接続するためのコンタクトホールである。
【0004】
まず、半導体基板101上に減圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法によりポリシリコン膜、WSi膜およびオフセット絶縁膜となるテトラエチルオルソシリケート(以下、TEOSと表す)膜を堆積し、フォトレジストグラフィーにて第1配線層のパターンを形成した後、TEOS膜、WSi膜およびポリシリコン膜の異方性ドライエッチングにより第1配線層102,103とオフセット絶縁膜104を形成する(図5(a))。ついで、減圧CVD法により側壁絶縁膜となるTEOS膜を堆積し(図5(b))、全面エッチバックにより側壁絶縁膜105を形成する(図5(c))。
【0005】
その後、減圧CVD法によりSiN膜からなるエッチングストッパー膜106を形成し、常圧CVD法によりBPSG膜を堆積し、層間絶縁膜107を形成する(図5(d))。フォトレジストグラフィーにてコンタクトホールのレジストパターンを形成し、層間絶縁膜107とエッチングストッパー膜106を異方性ドライエッチングし、コンタクトホール110を形成する(図5(e))。つぎに、第2配線層として、減圧CVD法によりポリシリコン膜108とWSi膜109をコンタクトホール110および平坦化された層間絶縁膜107上に形成する(図5(f))。
【0006】
しかし、上記従来の構成では、半導体基板上に第1配線層を形成することにより生じる半導体基板上の段差を吸収するために、層間絶縁膜を厚く形成しなければならない。これは、第2配線層と半導体基板との接続のためのコンタクトホールのアスペクト比(長さ/直径)を増大させ、コンタクト抵抗の増大をもたらすという問題点がある。
【0007】
また、層間絶縁膜は、平坦化特性に優れたBPSG膜を用い、上述の半導体基板上の段差を吸収させ、平坦面を形成する役割を果たす。そのため、層間絶縁膜の膜厚は、第1配線層上では薄く、第1配線層が設けられていない半導体基板上では厚い。このような局所的な膜厚変動がある層間絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成するためにはオーバーエッチングが必要となる。そこで、過剰なオーバーエッチングを避けるため、第1配線層の上部および側面にSiN膜からなるエッチングストッパー膜を設けている。しかし、かかるSiN膜は、層間絶縁膜を構成するBPSG膜などのシリコン酸化膜との完全な選択エッチングが困難である。そのため、オーバーエッチング時間が長くなるとエッチングストッパー膜が除去され、さらに第1配線層上のオフセット絶縁膜や側壁絶縁膜のエッチングが進行して、第1配線層と第2配線層間の絶縁膜が薄くなり、両配線層間における絶縁耐圧の低下をもたらすという問題もある。
【0008】
さらに、上述のような第1配線層と第2配線層間の絶縁耐圧の低下を抑制するために、第1配線層上に設けられているオフセット絶縁膜を厚膜化することが考えられる。しかし、オフセット絶縁膜を厚膜化すると、第1配線層と半導体基板との段差が大きくなり、層間絶縁膜の平坦性が悪くなるという問題点を生じる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、SAC部分における第1配線層と第2配線層間の絶縁耐圧を確保するとともにコンタクト抵抗を低下させ、さらに層間絶縁膜の平坦性を向上させることができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、半導体基板に凹溝を設け、半導体基板の主面より低い位置から第1配線層を形成し始めることにより、上記従来の問題点を一挙に解決できることを知見した。
すなわち、第1配線層を半導体基板の主面より低い位置から形成し始めることにより、第1配線層を形成することにより生じる半導体基板上の段差が小さくなるため、層間絶縁膜を堆積する際の平坦性がよくなる。また、半導体基板上の段差が小さくなることにより、前記段差を吸収するための層間絶縁膜の厚さが薄くなる。その結果、第2配線層と半導体基板との接続のために設けられるコンタクトホールの深さが小さくなるため、アスペクト比が小さくなりコンタクト抵抗が小さくなる。さらに、コンタクトホールの深さが小さくなることにより、層間絶縁膜の異方性エッチング時間が短くなるため、オフセット絶縁膜や側壁絶縁の削れが少なくなる。その結果、第1配線層と第2配線層との間にある絶縁膜の厚さが充分確保され、第1配線層と第2配線層との間の絶縁耐圧が向上する。
本発明者らは、さらに検討を重ね、本発明を完成した。
【0011】
すなわち、本発明の半導体装置の第1の側面は、(a)半導体基板と、(b)前記半導体基板の主面に設けられた複数の凹溝と、(c)それぞれの前記凹溝内に設けられた導電層を有する第1配線層と、(d)前記第1配線層上に設けられたオフセット絶縁膜と、(e)それぞれの前記凹溝内において、前記第1配線層と前記オフセット絶縁膜の側壁面に設けられた側壁絶縁膜と、(f)前記オフセット絶縁膜と、前記側壁絶縁膜と、それぞれの前記側壁絶縁膜の間に存在する半導体基板上に設けられ、前記オフセット絶縁膜と前記側壁絶縁膜と比較してエッチングレートが低く耐エッチング選択性を有するエッチングストッパー膜と、(g)前記エッチングストッパー膜上に設けられ、前記エッチングストッパー膜と比較してエッチングレートが高くエッチング選択性を有する層間絶縁膜と、(h)前記層間絶縁膜に設けられ、前記半導体基板の凸部表面に達するコンタクトホールと、(i)少なくとも前記コンタクトホールの内面に沿って設けられ、前記半導体基板と電気的に接続される第2配線層と、を備え、(j)前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜がそれぞれ前記凹溝内に設けられることにより、前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜が前記半導体基板の主面に設けられる場合に比較して、前記半導体基板の主面と前記オフセット絶縁膜の上面との段差が小さく、前記コンタクトホールのアスペクト比が小さいことを特徴とする。
【0012】
また、本発明の半導体装置の第2の側面は、(a)半導体基板と、(b)前記半導体基板の主面に設けられた複数の凹溝と、(c)それぞれの前記凹溝内に設けられた導電層を有する第1配線層と、(d)前記第1配線層上に設けられたオフセット絶縁膜と、(e)それぞれの前記凹溝内において、前記第1配線層とオフセット絶縁膜の側壁面に設けられた側壁絶縁膜と、(f)前記オフセット絶縁膜と、前記側壁絶縁膜と、それぞれの前記側壁絶縁膜の間に存在する半導体基板上に設けられ、前記オフセット絶縁膜と前記側壁絶縁膜と比較してエッチングレートが高くエッチング選択性を有する層間絶縁膜と、(g)前記層間絶縁膜に設けられ、前記半導体基板の凸部表面に達するコンタクトホールと、(h)少なくとも前記コンタクトホールの内面に沿って設けられ、前記半導体基板と電気的に接続される第2配線層と、を備え、(i)前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜がそれぞれ前記凹溝内に設けられることにより、前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜が前記半導体基板の主面に設けられる場合に比較して、前記半導体基板の主面と前記オフセット絶縁膜の上面との段差が小さく、前記コンタクトホールのアスペクト比が小さいことを特徴とする。
【0013】
また、本発明の半導体装置の製造方法の第1の側面は、(a)半導体基板の主面上に複数の凹溝を設ける工程と、(b)前記半導体基板上に導電体層と絶縁膜を順次堆積し、フォトレジストグラフィーとエッチングの組み合わせによるパターン形成により、導電層を有する第1配線層と該第1配線層上に積層されているオフセット絶縁膜とを前記それぞれの凹溝内に設ける工程と、(c)絶縁膜を堆積し、前記それぞれの凹溝内において前記第1配線層と前記オフセット絶縁膜の側壁面にエッチングにより側壁絶縁膜を設ける工程と、(d)前記半導体基板上、オフセット絶縁膜上および側壁絶縁膜上に、前記オフセット絶縁膜と前記側壁絶縁膜と比較してエッチングレートが低く耐エッチング選択性を有するエッチングストッパー膜を堆積する工程と、(e)前記半導体基板上、前記エッチングストッパー膜上に、前記エッチングストッパー膜と比較してエッチングレートが高くエッチング選択性を有する層間絶縁膜を堆積する工程と、(f)前記層間絶縁膜とエッチングストッパー膜の少なくとも一部とをエッチング除去し、2つの前記第1配線層の間において前記層間絶縁膜を縦断して前記半導体基板の凸部表面に達するコンタクトホールを設ける工程と、(g)少なくとも前記コンタクトホールに沿って第2配線層を形成し、該第2配線層と前記半導体基板とを電気的に接続させる工程とを含み、(h)前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜をそれぞれの前記凹溝内に設けることにより、前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜を前記半導体基板の主面に設ける場合に比較して、前記半導体基板の主面と前記オフセット絶縁膜の上面との段差を小さく形成し、アスペクト比が小さい前記コンタクトホールを形成することを特徴とする。
【0014】
また、本発明の半導体装置の製造方法の第2の側面は、(a)半導体基板の主面上に複数の凹溝を設ける工程と、(b)前記半導体基板上に導電体層と絶縁膜を順次堆積し、フォトレジストグラフィーとエッチングの組み合わせによるパターン形成により、導電層を有する第1配線層と該第1配線層上に積層されているオフセット絶縁膜とを前記それぞれの凹溝内に設ける工程と、(c)絶縁膜を堆積し、前記それぞれの凹溝内において前記第1配線層と前記オフセット絶縁膜の側壁面にエッチングにより側壁絶縁膜を設ける工程と、(d)前記半導体基板上、オフセット絶縁膜上および側壁絶縁膜上に、前記オフセット絶縁膜と前記側壁絶縁膜と比較してエッチングレートが高くエッチング選択性を有する層間絶縁膜を堆積する工程と、(e)前記層間絶縁膜の少なくとも一部とをエッチング除去し、2つの前記第1配線層の間において前記層間絶縁膜を縦断して前記半導体基板の凸部表面に達するコンタクトホールを設ける工程と、(f)少なくとも前記コンタクトホールに沿って第2配線層を形成し、該第2配線層と前記半導体基板とを電気的に接続させる工程とを含み、(g)前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜をそれぞれの前記凹溝内に設けることにより、前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜を前記半導体基板の主面に設ける場合に比較して、前記半導体基板の主面と前記オフセット絶縁膜の上面との段差を小さく形成し、アスペクト比が小さい前記コンタクトホールを形成することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る半導体装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の好ましい実施形態に係る半導体装置の断面図である。図1において、1は半導体基板、2は半導体基板1の主面に形成された凹溝である。3はポリシリコン膜、4はWSi膜であり、3と4は第1配線層を構成する。5は第1配線層3,4上にのみ形成されているオフセット絶縁膜、6は側壁絶縁膜、7はSiN膜からなるエッチングストッパー膜、8はBPSG膜からなる層間絶縁膜である。9はポリシリコン膜、10はWSi膜であり、9と10は第2配線層を構成する。11は第1配線層間に挟まれたスペースに設けられ、半導体基板と第2配線層とを接続するためのコンタクトホール、および12はコンタクトホール11の底部で露出している半導体基板の凸部表面である。
【0016】
本発明においては、ポリシリコン膜3およびWSi膜4からなる第1配線層が、半導体基板の主面に設けられた凹溝内に形成されていることを特長とする。すなわち、第1配線層の底面は半導体基板の主面より低く形成されている。
【0017】
本実施形態では、第1配線層の下層にポリシリコン膜3を用いているが、かかるポリシリコン膜3は、リン(P)やホウ素(B)などの不純物を含有していてよい。また、第1配線層の下層には、ポリシリコン膜に限定されず、導電性の材料であれば任意の膜を用いてもよい。
また、本実施形態では、第1配線層の上層にWSi膜4を用いているが、これに限定されず、タンタル(Ta)やモリブデン(Mo)などの高融点金属のシリサイド膜を用いてよい。
さらに、本実施形態では、第1配線層は、ポリシリコン膜3およびWSi膜4からなる2層構造をとっているが、ポリシリコン膜3のみからなる1層構造であってもよいし、ポリシリコン膜と異なる導電体の1層膜もしくは異なる導電体からなる複数層の積層膜からなる複数層構造であってもよい。
【0018】
オフセット絶縁膜5は、第1配線層3,4上のみに形成されている絶縁膜で、本実施形態ではTEOS膜から構成されている。オフセット絶縁膜5は、第1配線層3,4のパターンを形成する時のエッチングマスクとしての機能を有するとともに、さらに第1配線層3,4上に堆積した絶縁膜のエッチバックにより側壁絶縁膜6を形成する際に第1配線層3,4の表面が露出しないようにする機能をも有する。なお、オフセット絶縁膜5は、TEOS膜以外の他のシリコン酸化膜を用いてもよい。また、オフセット絶縁膜5が、SiN膜で構成されていても同様の効果が得られる。さらに、オフセット絶縁膜5は、TEOS膜に代表されるシリコン酸化膜とSiN膜を任意に組み合わされている積層膜であってもよい。
【0019】
側壁絶縁膜6は、本実施形態ではTEOS膜で構成されている。側壁絶縁膜6は、SAC形成時に第1配線層3,4の側面が露出しないようにするという機能を有する。なお、側壁絶縁膜6は、TEOS膜以外のシリコン酸化膜で構成されていてもよい。また、側壁絶縁膜6は、SiN膜またはTEOS膜などのシリコン酸化膜とSiN膜の積層膜でもよい。
【0020】
エッチングストッパー膜7は、本実施形態ではSiN膜で構成されている。エッチングストッパー膜7は、半導体基板、オフセット絶縁膜5および側壁絶縁膜6を含む全面に形成されている。SAC形成時に後述する層間絶縁膜8のみを選択的にエッチングし、その際にオフセット絶縁膜5と側壁絶縁膜6ができるだけエッチングされないようにするために、エッチングストッパー膜7を形成する。エッチングストッパー膜7にSiN膜を用いるのは、層間絶縁膜8を構成するBPSG膜とのエッチングレートが異なるからである。かかるエッチングレートの違いを利用することにより、SAC形成時にSiN膜と比べてエッチングレートが充分高い条件でBPSG膜をエッチング除去できる。
なお、オフセット絶縁膜5および側壁絶縁膜6として、層間絶縁膜8とエッチング選択性のあるSiN膜などを用いている場合には、エッチングストッパー膜7を省略してもよい。
【0021】
層間絶縁膜8は、本実施形態ではBPSG膜で構成されている。BPSG膜は、半導体基板上に段差がある場合などに平坦化特性に優れた絶縁膜である。なお、層間絶縁膜8は、PSG膜(リン・シリケート・ガラス)や他のシリコン酸化膜で構成されていてもよい。また、層間絶縁膜8は、膜の堆積後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)など公知の平坦化技術により平坦化されているものでもよい。
【0022】
コンタクトホール11は、ポリシリコン膜9、WSi膜10からなる第2配線層を半導体基板と接続するためのものである。コンタクトホール11は、第1配線層の間に挟まれたスペースに設けられ、層間絶縁膜8を縦断して半導体基板の凸部表面12に達する。なお、第1配線層がMOSトランジスタのゲート電極である場合には、P−MOSやN−MOSのタイプによりコンタクトホール11の底部の露出した半導体基板の凸部表面12には、PやBによる不純物が注入されている。
【0023】
本実施形態では、第2配線層の下層にポリシリコン膜9を用いているが、かかるポリシリコン膜9は、リン(P)やホウ素(B)などの不純物を含有していてもよい。また、第2配線層の下層には、ポリシリコン膜に限定されず、例えばWやAlなどの導電性の材料であれば任意の膜を用いてもよい。
また、本実施形態では、第2配線層の上層にWSi膜10を用いているが、これに限定されず、タンタル(Ta)やモリブデン(Mo)などの高融点金属のシリサイド膜を用いてもよい。
さらに、本実施形態では、第2配線層はポリシリコン膜9およびWSi膜10の2層構造をとっているが、ポリシリコン膜9のみからなる1層構造であってもよいし、ポリシリコン膜と異なる導電体の1層膜あるいは異なる導電体からなる複数層の積層膜からなる複数層構造であってもよい。
【0024】
図1に示すように、本実施形態による半導体装置では、第1配線層が半導体基板1の主面より低い位置の凹溝2に形成されているため、半導体基板1の主面と第1配線層3,4およびオフセット絶縁膜5との段差13が小さくなり、層間絶縁膜を堆積させる際の平坦性がよくなる。また、前記段差13が小さくなることにより、前記段差13を吸収するための層間絶縁膜8の厚さ、特にSAC形成部分の層間絶縁膜8の厚さ15が小さくなる。その結果、コンタクトホール11の深さが小さくなるため、アスペクト比が小さくなりコンタクト抵抗が小さくなる。さらに、コンタクトホール11の深さが小さくなると、コンタクトホール11の形成の際に、層間絶縁膜8のエッチング量が減るため、エッチング時間が短くなり、オフセット絶縁膜5や側壁絶縁6の削れが少なくなる。すなわち、コンタクトホール11の形成時におけるオフセット絶縁膜5や側壁絶縁6へのダメージが軽減できる。その結果、第1配線層3,4と第2配線層9,10との間にある絶縁膜の厚さ14が充分確保され、第1配線層3,4と第2配線層9,10との間の絶縁耐圧が向上する。
【0025】
本発明に係る半導体装置は、公知の方法により製造することができる。本発明に係る半導体装置の装置の製造方法の好ましい実施態様として、図1に示した半導体装置の製造方法の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。図2および図3の(a)〜(i)は上記製造方法を示す工程断面図である。かかる図面においては、半導体装置の断面が示されている。また、図2および図3において、21は半導体基板、22はレジストマスク、23は第1配線層が形成される予定の領域(以下、「第1配線層形成予定領域」という)、24はコンタクトホールが形成される予定の領域(以下、「コンタクトホール形成予定領域」という)、25は半導体基板21の主面に形成された凹溝、26はポリシリコン膜、27はWSi膜、28はポリシリコン膜26およびWSi膜27から形成される第1配線層上にのみ形成されているオフセット絶縁膜、29は側壁絶縁膜、30はSiN膜からなるエッチングストッパー膜、31はBPSG膜からなる層間絶縁膜、32は2つの第1配線層に挟まれたスペースに設けられ半導体基板と第2配線層34,35とを接続するためのコンタクトホール、33はコンタクトホール32の底部で露出している半導体基板の凸部表面、34はポリシリコン膜および35はWSi膜である。ポリシリコン膜34とWSi膜35から第2配線層が形成されている。
【0026】
まず、フォトリソグラフィにより、半導体基板21上の第1配線層形成予定領域23にはレジスト膜を有さず、コンタクトホール形成予定領域24にはレジスト膜を有するレジストパターンを形成する(図2(a))。パターニングされたレジスト膜をマスクにして異方性ドライエッチングにより半導体基板21をエッチングする(図2(b))。半導体基板21のエッチング深さとしては、後工程で形成される第1配線層の膜厚とほぼ同じ程度の膜厚が好ましいが、前記膜厚はこれに限定されず任意の厚さに選ぶことができる。レジストマスク除去後、第1配線層形成予定領域23に凹溝25が形成され、コンタクトホール形成予定領域24はエッチングされず半導体基板21の主面と同じ高さのまま残されている(図2(c))。
【0027】
次に、減圧CVD法によりリンまたはホウ素などの不純物を含んだポリシリコン膜26を約110nmの厚さに堆積する。前記ポリシリコン膜26の上にプラズマCVDまたはスパッタ法によりWSi膜27を約100nm厚さに堆積し、ついで減圧CVD法によりオフセット絶縁膜28となるTEOS膜を約190nm厚さに積層する。フォトリソグラフィにより、第1配線層形成用レジストパターン(図示せず)を形成した後、オフセット絶縁膜28、WSi膜27およびポリシリコン膜26を順次異方性ドライエッチングし、ポリシリコン層26、WSi層27からなる第1配線層と前記第1配線層上のみに形成されたオフセット酸化膜28を、それぞれの凹溝25内に形成する(図2(d))。
【0028】
次に、減圧CVD法により膜厚が約180nmのTEOS膜を全面に堆積する(図2(e))。ついで、全面エッチバックを行うことにより、第1配線層26,27とオフセット絶縁膜28の側面に側壁絶縁膜29を形成する(図2(f))。減圧CVD法によりSiN膜からなるエッチングストッパー膜30を全面、すなわち、半導体基板21、オフセット絶縁膜28および側壁絶縁膜29上に約80nmの厚さに堆積する。ついで、常圧CVD法によりBPSG膜を全面に約600nmの厚さに堆積し、加熱リフローして層間絶縁膜31を形成する(図3(g))。
【0029】
フォトリソグラフィによりコンタクトホール形成用レジストパターン(図示せず)を形成し、層間絶縁膜31とエッチングストッパー膜30の少なくとも一部とを異方性ドライエッチングしコンタクトホール32を形成する(図3(h))。より具体的には、BPSG膜31に対してはエッチング速度が速く、エッチングストッパー膜であるSiN膜30に対してはエッチング速度が遅い条件で異方性ドライエッチングを行って最初にBPSG膜31を除去し、その後SiN膜30の少なくとも一部を除去する条件でエッチングを行って、2つの前記第1配線層の間において、層間絶縁膜31を縦断して半導体基板の凸部表面に達するコンタクトホール32を形成する。
【0030】
つぎに、第2配線層として、減圧CVD法によりリンまたはホウ素などの不純物をドープしたポリシリコン膜34を、ついで減圧CVDやプラズマCVD法によりWSi膜35を、コンタクトホール32および平坦化された層間絶縁膜31上に順次積層形成する(図3(i))。
【0031】
図1に示した半導体装置の製造方法の他の実施態様を、図4を参照しながら説明する。本実施形態では、半導体基板に素子分離絶縁膜を形成する工程と同時に、半導体基板上の第1配線層形成予定領域に凹溝を形成することを特長とする。本実施形態は、上記の実施形態による半導体装置の製造方法における図2(a)〜(c)で表される工程が異なり、以後の工程、すなわち図2および図3の(d)〜(i)で表される工程は上記の実施形態と同一である。
図4において、41は半導体基板、42は耐酸化膜、43は第1配線層形成予定領域、44はコンタクトホール形成予定領域、45は素子分離絶縁膜を形成する予定の領域(以下、「素子分離絶縁膜形成予定領域」という)、46は熱酸化膜、47はレジストマスク、48は半導体基板41の主面に形成された凹溝、49は素子分離絶縁膜である。
【0032】
半導体基板41の表面を熱酸化してパッド熱酸化膜(図示せず)を形成し、パッド熱酸化膜の上に耐酸化膜42として、減圧CVD法を用いて約150nm程度の膜厚のSiN膜を形成する。フォトリソグラフィと異方性エッチングにより、素子分離絶縁膜形成予定領域45に加えて第1配線層形成予定領域43に対してもマスクしないように耐酸化膜42をパターニングする。このとき、コンタクトホール形成予定領域44はマスクしておく(図4(a))。
【0033】
パターニングされた耐酸化膜42をマスクにして熱酸化を行うことにより、耐酸化膜42で覆われていない部分の半導体基板を酸化し、素子分離絶縁膜形成領域45と第1配線層形成予定領域43に熱酸化膜46を形成する(図4(b))。ついで、上記図4(a)の工程でパターニングされた耐酸化膜42とその下部にあったパッド酸化膜(図示せず)を除去する(図4(c))。
【0034】
フォトリソグラフィにより、第1配線層形成領域43をマスクしないようにレジストパターン47を形成する(図4(d))。このとき、素子分離絶縁膜形成予定領域45はマスクしておく。レジストパターン47をマスクにしてウエットエッチング(等方性エッチング)により熱酸化膜46を除去する。レジストパターンを除去すると、半導体基板41上の第1配線層形成予定領域43に凹溝48が形成され、素子分離絶縁膜形成予定領域45には素子分離絶縁膜49が形成される。一方、コンタクトホール形成予定領域44はウエットエッチングされず半導体基板41の主面と同じ高さのままで残される(図4(e))。
【0035】
半導体基板41上に凹溝48を形成した後、本発明に係るSAC構造を有する半導体装置が形成されるまでの工程は、図2および図3で示した(d)〜(f)の工程と同じであるから、かかる工程についての説明は省略する。
【0036】
上記方法では、第1配線層が形成される予定領域の半導体基板の凹溝を熱酸化膜の形成および除去により形成している。かかる熱酸化膜の除去は、シリコン基板とのエッチング選択性がよいウエットエッチングにより行われる。その結果、図2(a)〜(c)に示したようにコンタクトホール形成予定領域にレジストパターンをマスクし異方性エッチングすることにより半導体基板に凹溝を設ける場合と比べて、基板表面のエッチングばらつきを容易に抑えることができるという利点がある。
【0037】
また、本実施態様の製造方法は、上記図2および3に示した態様の製造方法に比し、半導体基板に凹溝を設けるまでの工程数が増えている。しかし、上記図2および3に示した態様の製造方法は、その後に素子分離絶縁膜を設ける工程が必要であることを鑑みれば、全体的に見ると、本実施態様の製造方法は、上記図2および3に示した態様の製造方法に比べ工程数に変化はない。
【0038】
本発明の上記実施形態では、隣接する2つの第1配線層間のスペースにある層間絶縁膜をエッチング開口したSAC構造を対象として例示した。しかし、本発明に係るSAC構造は、これらに限定されず、フィールド絶縁膜とコンタクトホールの合わせマージンをなくするためのBLC(Border-less Contact)形成の場合にも適用でき、また本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、SAC構造を有する半導体装置として、第1配線層が半導体基板の主面に形成された凹溝内に設けられ、第1配線層の底面が半導体基板の主面よりも低い位置にあるので、SAC部分における第1配線層と第2配線層間の絶縁耐圧を確保することができるとともに、コンタクト抵抗を低下させ、さらに層間絶縁膜の平坦性を向上させることができる。
【0040】
本発明にかかる半導体装置の製造方法においては、半導体基板の主面に設けられる凹溝を、マスクパターンの形成と前記マスクパターンを利用したエッチングの組み合わせにより形成することができる。また、半導体基板の主面の凹溝を、半導体基板に素子分離絶縁膜を形成する工程と同時に行うこともできる。その結果、本発明にかかる半導体装置は、複雑な工程の追加なしに容易に製造できることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る半導体装置の好ましい実施形態を示す断面図である。
【図2】 図1に示す半導体装置の製造方法の好ましい態様を示す工程図である。
【図3】 図2に示す製造工程の続きの工程図である。
【図4】 図1に示す半導体装置の製造方法の他の好ましい態様を示す工程図である。
【図5】 従来のSAC構造を有する半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【符号の説明】
1,21,41,101 半導体基板
2,25,48 半導体基板の主面に形成された凹溝
3,26,102 ポリシリコン膜
4,27,103 WSi膜
5,28,104 第1配線層上にのみ形成されたオフセット絶縁膜
6,29,105 側壁絶縁膜
7,30,106 SiN膜からなるエッチングストッパー膜
8,31,107 BPSG膜からなる層間絶縁膜
9,34,108 ポリシリコン膜
10,35,109 WSi膜
11,32 コンタクトホール
12,33 コンタクトホールの底部で露出している半導体基板の凸部表面
13 オフセット絶縁膜と半導体基板主面との段差
14 第1配線層と第2配線層との間にある絶縁膜の厚さ
15 SAC形成部分の層間絶縁膜の厚さ
22,47 レジストマスク
23,43 第1配線層形成予定領域
24,44 コンタクトホール形成予定領域
45 素子分離絶縁膜形成予定領域
46 熱酸化膜
49 素子分離絶縁膜 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having a self-aligned contact (SAC) structure and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Recent highly integrated semiconductor devices such as Very Large Scale Integration (VLSI) and Ultra Large Scale Integration (ULSI) employ a multilayer wiring structure and require advanced miniaturization technology. It has become. In particular, in a semiconductor device such as a memory or a gate array, an interval between wirings is becoming narrower due to miniaturization. For this reason, when the interlayer insulating film is opened in the space between two adjacent first wirings formed on the semiconductor substrate and the contact hole for connection between the second wiring and the semiconductor substrate is formed, the first wiring and the contact are formed. A self-aligned contact (also referred to as a self-aligned contact) that eliminates the alignment margin with the hole is used.
[0003]
A semiconductor device having a conventional self-aligned contact (hereinafter referred to as SAC) structure is manufactured by the steps shown in FIGS. 5A to 5F, 101 is a semiconductor substrate, 102 is a polysilicon film, 103 is a tungsten silicide (hereinafter referred to as WSi) film, and 102 and 103 constitute a first wiring layer. 104 is an offset insulating film (also referred to as an offset oxide film) formed only on the first wiring layer, 105 is a sidewall insulating film (also referred to as a sidewall film), and 106 is a silicon nitride (hereinafter referred to as SiN) film. The formed
[0004]
First, a polysilicon film, a WSi film, and a tetraethylorthosilicate (hereinafter referred to as TEOS) film to be an offset insulating film are deposited on the
[0005]
Thereafter, an
[0006]
However, in the above-described conventional configuration, the interlayer insulating film must be formed thick in order to absorb a step on the semiconductor substrate caused by forming the first wiring layer on the semiconductor substrate. This increases the aspect ratio (length / diameter) of the contact hole for connecting the second wiring layer and the semiconductor substrate, resulting in an increase in contact resistance.
[0007]
The interlayer insulating film uses a BPSG film having excellent planarization characteristics and absorbs the above-described steps on the semiconductor substrate to play a role of forming a flat surface. Therefore, the film thickness of the interlayer insulating film is thin on the first wiring layer and thick on the semiconductor substrate on which the first wiring layer is not provided. In order to form a contact hole by etching the interlayer insulating film having such a local film thickness variation, overetching is required. Therefore, in order to avoid excessive over-etching, an etching stopper film made of a SiN film is provided on the top and side surfaces of the first wiring layer. However, it is difficult for such a SiN film to be completely selectively etched with a silicon oxide film such as a BPSG film constituting an interlayer insulating film. Therefore, when the overetching time becomes long, the etching stopper film is removed, and further, the etching of the offset insulating film and the sidewall insulating film on the first wiring layer proceeds, and the insulating film between the first wiring layer and the second wiring layer becomes thin. Therefore, there is also a problem that the withstand voltage between the wiring layers is lowered.
[0008]
Furthermore, in order to suppress a decrease in the withstand voltage between the first wiring layer and the second wiring layer as described above, it is conceivable to increase the thickness of the offset insulating film provided on the first wiring layer. However, when the offset insulating film is made thicker, the step between the first wiring layer and the semiconductor substrate becomes larger, and the flatness of the interlayer insulating film becomes worse.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can secure a dielectric breakdown voltage between the first wiring layer and the second wiring layer in the SAC portion, reduce the contact resistance, and further improve the flatness of the interlayer insulating film. The purpose is to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventors have provided a concave groove in a semiconductor substrate and started forming the first wiring layer from a position lower than the main surface of the semiconductor substrate. It was found that can be solved at once.
That is, by starting to form the first wiring layer from a position lower than the main surface of the semiconductor substrate, the level difference on the semiconductor substrate caused by forming the first wiring layer is reduced, so that when the interlayer insulating film is deposited Flatness is improved. In addition, since the step on the semiconductor substrate is reduced, the thickness of the interlayer insulating film for absorbing the step is reduced. As a result, the depth of the contact hole provided for connection between the second wiring layer and the semiconductor substrate is reduced, so that the aspect ratio is reduced and the contact resistance is reduced. Furthermore, since the depth of the contact hole is reduced, the anisotropic etching time of the interlayer insulating film is shortened, so that the offset insulating film and the side wall insulation are less scraped. As a result, a sufficient thickness of the insulating film between the first wiring layer and the second wiring layer is ensured, and the withstand voltage between the first wiring layer and the second wiring layer is improved.
The present inventors have further studied and completed the present invention.
[0011]
That is, the present inventionThe first side surface of the semiconductor device includes: (a) a semiconductor substrate; (b) a plurality of concave grooves provided in the main surface of the semiconductor substrate; and (c) a conductive layer provided in each of the concave grooves. A first wiring layer having a layer; (d) an offset insulating film provided on the first wiring layer; and (e) a side of the first wiring layer and the offset insulating film in each of the concave grooves. A sidewall insulating film provided on a wall surface; and (f) the offset insulating film, the sidewall insulating film, and the semiconductor substrate provided between the sidewall insulating films, the offset insulating film and the sidewall An etching stopper film having a low etching rate compared to the insulating film and having an etching selectivity; and (g) an etching stopper film provided on the etching stopper film and having a high etching rate compared to the etching stopper film. (H) a contact hole provided in the interlayer insulating film and reaching the surface of the convex portion of the semiconductor substrate; (i) provided along at least an inner surface of the contact hole; A second wiring layer electrically connected to the semiconductor substrate, and (j) the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film are respectively provided in the concave grooves, Compared with the case where the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film are provided on the main surface of the semiconductor substrate, the step between the main surface of the semiconductor substrate and the upper surface of the offset insulating film is small, The contact hole has a small aspect ratio.
[0012]
In addition, the present inventionThe second side surface of the semiconductor device includes: (a) a semiconductor substrate; (b) a plurality of concave grooves provided in the main surface of the semiconductor substrate; and (c) a conductive layer provided in each of the concave grooves. A first wiring layer having a layer; (d) an offset insulating film provided on the first wiring layer; and (e) a sidewall surface of the first wiring layer and the offset insulating film in each of the concave grooves. (F) the offset insulating film, the sidewall insulating film, and the sidewall insulating film provided between the sidewall insulating films, and the offset insulating film and the sidewall insulating film. An interlayer insulating film having a higher etching rate than the film and having an etching selectivity; (g) a contact hole provided in the interlayer insulating film and reaching a convex surface of the semiconductor substrate; and (h) at least the contact hole. On the inside And (i) the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film are respectively in the concave grooves. By providing, the main surface of the semiconductor substrate and the top surface of the offset insulating film are compared with the case where the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film are provided on the main surface of the semiconductor substrate. And the contact hole has a small aspect ratio.
[0013]
In addition, the present inventionA first aspect of the method for manufacturing a semiconductor device is as follows:Semiconductor substrateThe main surface of(B) a first wiring layer having a conductive layer by sequentially depositing a conductor layer and an insulating film on the semiconductor substrate and forming a pattern by a combination of photoresist and etching; And an offset insulating film laminated on the first wiring layer in each of the concave grooves, and (c) depositing an insulating film;In each of the concave groovesThe first wiring layer;SaidOn the side wall of the offset insulation filmBy etchingA step of providing a sidewall insulating film; (d) on the semiconductor substrate, on the offset insulating film and on the sidewall insulating film;Compared with the offset insulating film and the sidewall insulating film, the etching rate is low and the etching resistance is high.Etching stopper filmCompostA process of stacking,(E)On the semiconductor substrate;The etching stopper film has a higher etching rate and etching selectivity than the etching stopper film.Interlayer insulation filmCompostA process of stacking,(F)Etching and removing the interlayer insulating film and at least a part of the etching stopper film, and providing a contact hole vertically extending through the interlayer insulating film between the two first wiring layers to reach the convex surface of the semiconductor substrate When,(G)Forming a second wiring layer along at least the contact hole, and electrically connecting the second wiring layer and the semiconductor substrate.(H) providing the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film in each of the concave grooves, thereby providing the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film; Compared to the case where the semiconductor substrate is provided on the main surface of the semiconductor substrate, a step between the main surface of the semiconductor substrate and the top surface of the offset insulating film is formed to be small, and the contact hole having a small aspect ratio is formed. .
[0014]
In addition, the present inventionThe second aspect of the method for manufacturing a semiconductor device is as follows:Semiconductor substrateThe main surface of(B) a first wiring layer having a conductive layer by sequentially depositing a conductor layer and an insulating film on the semiconductor substrate and forming a pattern by a combination of photoresist and etching; And an offset insulating film laminated on the first wiring layer in each of the concave grooves, and (c) depositing an insulating film;In each of the concave groovesThe first wiring layer;SaidOn the side wall of the offset insulation filmBy etchingA step of providing a sidewall insulating film; (d) on the semiconductor substrate, on the offset insulating film and on the sidewall insulating film;Compared with the offset insulating film and the sidewall insulating film, the etching rate is high and the etching selectivity is obtained.Interlayer insulation filmCompostAnd (e) the interlayer insulationMembrane(F) at least a part of the interlayer insulating film between the two first wiring layers, and a contact hole reaching the convex surface of the semiconductor substrate; and (f) at least the contact hole. Forming a second wiring layer along the line and electrically connecting the second wiring layer and the semiconductor substrate.(G) providing the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film in each of the concave grooves, thereby providing the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film; Compared to the case where the semiconductor substrate is provided on the main surface of the semiconductor substrate, a step between the main surface of the semiconductor substrate and the top surface of the offset insulating film is formed to be small, and the contact hole having a small aspect ratio is formed. .
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention. In FIG. 1,
[0016]
The present invention is characterized in that the first wiring layer composed of the
[0017]
In the present embodiment, the
In this embodiment, the
Further, in the present embodiment, the first wiring layer has a two-layer structure composed of the
[0018]
The offset insulating
[0019]
In this embodiment, the
[0020]
In this embodiment, the
Note that when the
[0021]
In this embodiment, the
[0022]
The
[0023]
In the present embodiment, the
In the present embodiment, the
Furthermore, in the present embodiment, the second wiring layer has a two-layer structure of the
[0024]
As shown in FIG. 1, in the semiconductor device according to the present embodiment, since the first wiring layer is formed in the
[0025]
The semiconductor device according to the present invention can be manufactured by a known method. As a preferred embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. 2A to 2I are process sectional views showing the manufacturing method. In such drawings, a cross section of a semiconductor device is shown. 2 and 3, 21 is a semiconductor substrate, 22 is a resist mask, 23 is a region where a first wiring layer is to be formed (hereinafter referred to as “first wiring layer formation scheduled region”), and 24 is a contact. A region in which holes are to be formed (hereinafter referred to as “contact hole formation planned region”), 25 is a concave groove formed in the main surface of the
[0026]
First, a resist pattern having no resist film is formed in the first wiring layer formation planned
[0027]
Next, a
[0028]
Next, a TEOS film having a thickness of about 180 nm is deposited on the entire surface by low pressure CVD (FIG. 2E). Next, a
[0029]
A resist pattern (not shown) for contact hole formation is formed by photolithography, and the
[0030]
Next, as the second wiring layer, a
[0031]
Another embodiment of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. The present embodiment is characterized in that a concave groove is formed in the first wiring layer formation scheduled region on the semiconductor substrate simultaneously with the step of forming the element isolation insulating film on the semiconductor substrate. This embodiment is different in the steps shown in FIGS. 2A to 2C in the method for manufacturing a semiconductor device according to the above-described embodiment, and the subsequent steps, that is, FIGS. ) Is the same as the above embodiment.
In FIG. 4, 41 is a semiconductor substrate, 42 is an oxidation resistant film, 43 is a first wiring layer formation region, 44 is a contact hole formation region, and 45 is a region where an element isolation insulating film is to be formed (hereinafter referred to as “element”). 46) is a thermal oxide film, 47 is a resist mask, 48 is a concave groove formed in the main surface of the
[0032]
The surface of the
[0033]
By performing thermal oxidation using the patterned oxidation
[0034]
A resist
[0035]
The steps from the formation of the
[0036]
In the above method, the concave groove of the semiconductor substrate in the region where the first wiring layer is to be formed is formed by forming and removing the thermal oxide film. The removal of the thermal oxide film is performed by wet etching having good etching selectivity with the silicon substrate. As a result, as shown in FIGS. 2A to 2C, compared with the case where the semiconductor substrate is provided with a concave groove by masking the resist pattern and anisotropically etching the contact hole formation scheduled region, There is an advantage that variation in etching can be easily suppressed.
[0037]
In addition, the manufacturing method of this embodiment has an increased number of steps until the concave grooves are provided in the semiconductor substrate as compared with the manufacturing method of the embodiment shown in FIGS. However, in view of the fact that the manufacturing method of the embodiment shown in FIGS. 2 and 3 requires a step of subsequently providing an element isolation insulating film, the manufacturing method of this embodiment is generally There is no change in the number of steps as compared with the manufacturing method of the embodiment shown in 2 and 3.
[0038]
In the above embodiment of the present invention, the SAC structure in which the interlayer insulating film in the space between two adjacent first wiring layers is opened by etching is exemplified. However, the SAC structure according to the present invention is not limited to these, and can be applied to the case of forming BLC (Border-less Contact) for eliminating the alignment margin between the field insulating film and the contact hole, and the gist of the present invention. Various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0039]
【The invention's effect】
According to the present invention, as a semiconductor device having a SAC structure, a first wiring layer is provided in a recessed groove formed in a main surface of a semiconductor substrate, and a bottom surface of the first wiring layer is lower than a main surface of the semiconductor substrate. Therefore, the insulation breakdown voltage between the first wiring layer and the second wiring layer in the SAC portion can be secured, the contact resistance can be lowered, and the flatness of the interlayer insulating film can be further improved.
[0040]
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the concave groove provided in the main surface of the semiconductor substrate can be formed by a combination of formation of a mask pattern and etching using the mask pattern. Further, the concave groove on the main surface of the semiconductor substrate can be performed simultaneously with the step of forming the element isolation insulating film on the semiconductor substrate. As a result, the semiconductor device according to the present invention can be easily manufactured without adding a complicated process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
2 is a process diagram showing a preferred embodiment of a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a flowchart subsequent to the manufacturing process shown in FIG. 2;
4 is a process diagram illustrating another preferred embodiment of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a process diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device having a conventional SAC structure.
[Explanation of symbols]
1, 21, 41, 101 Semiconductor substrate
2, 25,48 Grooves formed on the main surface of the semiconductor substrate
3,26,102 Polysilicon film
4,27,103 WSi film
5, 28, 104 Offset insulating film formed only on first wiring layer
6, 29, 105 Side wall insulating film
7, 30, 106 Etching stopper film made of SiN film
8, 31, 107 Interlayer insulating film made of BPSG film
9, 34, 108 Polysilicon film
10, 35, 109 WSi film
11, 32 Contact hole
12, 33 The convex surface of the semiconductor substrate exposed at the bottom of the contact hole
13 Step difference between offset insulating film and main surface of semiconductor substrate
14 Thickness of the insulating film between the first wiring layer and the second wiring layer
15 Thickness of interlayer insulation film of SAC formation part
22,47 Resist mask
23, 43 First wiring layer formation scheduled region
24,44 Contact hole formation area
45 Element isolation insulating filmPlanned formation area
46 Thermal oxide film
49 Element isolation insulating film
Claims (9)
(b)前記半導体基板の主面に設けられた複数の凹溝と、(B) a plurality of grooves provided in the main surface of the semiconductor substrate;
(c)それぞれの前記凹溝内に設けられた導電層を有する第1配線層と、(C) a first wiring layer having a conductive layer provided in each of the concave grooves;
(d)前記第1配線層上に設けられたオフセット絶縁膜と、(D) an offset insulating film provided on the first wiring layer;
(e)それぞれの前記凹溝内において、前記第1配線層と前記オフセット絶縁膜の側壁面に設けられた側壁絶縁膜と、(E) in each of the concave grooves, a sidewall insulating film provided on a sidewall surface of the first wiring layer and the offset insulating film;
(f)前記オフセット絶縁膜と、前記側壁絶縁膜と、それぞれの前記側壁絶縁膜の間に存在する半導体基板上に設けられ、前記オフセット絶縁膜と前記側壁絶縁膜と比較してエッチングレートが低く耐エッチング選択性を有するエッチングストッパー膜と、(F) Provided on the semiconductor substrate existing between the offset insulating film, the sidewall insulating film, and each of the sidewall insulating films, and has a lower etching rate than the offset insulating film and the sidewall insulating film. An etching stopper film having etching resistance, and
(g)前記エッチングストッパー膜上に設けられ、前記エッチングストッパー膜と比較してエッチングレートが高くエッチング選択性を有する層間絶縁膜と、(G) an interlayer insulating film provided on the etching stopper film, having an etching rate higher than that of the etching stopper film and having etching selectivity;
(h)前記層間絶縁膜に設けられ、前記半導体基板の凸部表面に達するコンタクトホールと、(H) a contact hole provided in the interlayer insulating film and reaching a convex surface of the semiconductor substrate;
(i)少なくとも前記コンタクトホールの内面に沿って設けられ、前記半導体基板と電気的に接続される第2配線層と、(I) a second wiring layer provided at least along the inner surface of the contact hole and electrically connected to the semiconductor substrate;
を備え、With
(j)前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜がそれぞれ前記凹溝内に設けられることにより、前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜が前記半導体基板の主面に設けられる場合に比較して、前記半導体基板の主面と前記オフセット絶縁膜の上面との段差が小さく、前記コンタクトホールのアスペクト比が小さい(J) The first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film are provided in the concave groove, respectively, so that the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film are the semiconductor. Compared to the case where the main surface of the substrate is provided, the step between the main surface of the semiconductor substrate and the top surface of the offset insulating film is small, and the aspect ratio of the contact hole is small.
半導体装置。Semiconductor device.
(b)前記半導体基板の主面に設けられた複数の凹溝と、(B) a plurality of grooves provided in the main surface of the semiconductor substrate;
(c)それぞれの前記凹溝内に設けられた導電層を有する第1配線層と、(C) a first wiring layer having a conductive layer provided in each of the concave grooves;
(d)前記第1配線層上に設けられたオフセット絶縁膜と、(D) an offset insulating film provided on the first wiring layer;
(e)それぞれの前記凹溝内において、前記第1配線層とオフセット絶縁膜の側壁面に設けられた側壁絶縁膜と、(E) In each of the concave grooves, a sidewall insulating film provided on a sidewall surface of the first wiring layer and the offset insulating film;
(f)前記オフセット絶縁膜と、前記側壁絶縁膜と、それぞれの前記側壁絶縁膜の間に存在する半導体基板上に設けられ、前記オフセット絶縁膜と前記側壁絶縁膜と比較してエッチングレートが高くエッチング選択性を有する層間絶縁膜と、(F) Provided on the semiconductor substrate existing between the offset insulating film, the sidewall insulating film, and each of the sidewall insulating films, and has a higher etching rate than the offset insulating film and the sidewall insulating film. An interlayer insulating film having etching selectivity;
(g)前記層間絶縁膜に設けられ、前記半導体基板の凸部表面に達するコンタクトホールと、(G) a contact hole provided in the interlayer insulating film and reaching the convex surface of the semiconductor substrate;
(h)少なくとも前記コンタクトホールの内面に沿って設けられ、前記半導体基板と電気的に接続される第2配線層と、(H) a second wiring layer provided at least along the inner surface of the contact hole and electrically connected to the semiconductor substrate;
を備え、With
(i)前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜がそれぞれ前記凹溝内に設けられることにより、前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜が前記半導体基板の主面に設けられる場合に比較して、前記半導体基板の主面と前記オフセット絶縁膜の上面との段差が小さく、前記コンタクトホールのアスペクト比が小さい(I) The first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film are provided in the concave groove, respectively, so that the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film are the semiconductor. Compared to the case where the main surface of the substrate is provided, the step between the main surface of the semiconductor substrate and the top surface of the offset insulating film is small, and the aspect ratio of the contact hole is small.
半導体装置。Semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1.
請求項2に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 2.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。 The interlayer insulating film is made of a silicon oxide film.
The semiconductor device according to claim 1 .
(b)前記半導体基板上に導電体層と絶縁膜を順次堆積し、フォトレジストグラフィーとエッチングの組み合わせによるパターン形成により、導電層を有する第1配線層と該第1配線層上に積層されているオフセット絶縁膜とを前記それぞれの凹溝内に設ける工程と、
(c)絶縁膜を堆積し、前記それぞれの凹溝内において前記第1配線層と前記オフセット絶縁膜の側壁面にエッチングにより側壁絶縁膜を設ける工程と、
(d)前記半導体基板上、オフセット絶縁膜上および側壁絶縁膜上に、前記オフセット絶縁膜と前記側壁絶縁膜と比較してエッチングレートが低く耐エッチング選択性を有するエッチングストッパー膜を堆積する工程と、
(e)前記半導体基板上、前記エッチングストッパー膜上に、前記エッチングストッパー膜と比較してエッチングレートが高くエッチング選択性を有する層間絶縁膜を堆積する工程と、
(f)前記層間絶縁膜とエッチングストッパー膜の少なくとも一部とをエッチング除去し、2つの前記第1配線層の間において前記層間絶縁膜を縦断して前記半導体基板の凸部表面に達するコンタクトホールを設ける工程と、
(g)少なくとも前記コンタクトホールに沿って第2配線層を形成し、該第2配線層と前記半導体基板とを電気的に接続させる工程と
を含み、
(h)前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜をそれぞれの前記凹溝内に設けることにより、前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜を前記半導体基板の主面に設ける場合に比較して、前記半導体基板の主面と前記オフセット絶縁膜の上面との段差を小さく形成し、アスペクト比が小さい前記コンタクトホールを形成する
半導体装置の製造方法。(A) providing a plurality of concave grooves on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) A conductive layer and an insulating film are sequentially deposited on the semiconductor substrate, and a first wiring layer having a conductive layer is laminated on the first wiring layer by pattern formation by a combination of photoresist and etching. Providing an offset insulating film in each of the concave grooves;
(C) an insulating film is deposited, providing a sidewall insulation film by etching on the side wall surface of the offset insulating film and the first wiring layer within said each of the groove step,
; (D) the semiconductor substrate, the offset insulating film and the sidewall insulating film, wherein the step of etching rate as compared with the offset insulating film and the sidewall insulating film is sedimentary etching stopper film having a low resistance to etching selectivity When,
On (e) the semiconductor substrate, on the etching stopper film, a step of sedimentary an interlayer insulating layer having an etch rate is high etch selectivity compared with the etching stopper film,
(F) Contact holes reaching the surface of the convex portion of the semiconductor substrate by etching away the interlayer insulating film and at least a part of the etching stopper film and longitudinally cutting the interlayer insulating film between the two first wiring layers. Providing a step;
(G) forming at least the second wiring layer along the contact holes, saw including a step of electrically connecting the semiconductor substrate and the second wiring layer,
(H) By providing the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film in each of the concave grooves, the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film are formed in the semiconductor. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a step between the main surface of the semiconductor substrate and the upper surface of the offset insulating film is formed smaller than that provided on the main surface of the substrate, and the contact hole is formed with a small aspect ratio .
(b)前記半導体基板上に導電体層と絶縁膜を順次堆積し、フォトレジストグラフィーとエッチングの組み合わせによるパターン形成により、導電層を有する第1配線層と該第1配線層上に積層されているオフセット絶縁膜とを前記それぞれの凹溝内に設ける工程と、
(c)絶縁膜を堆積し、前記それぞれの凹溝内において前記第1配線層と前記オフセット絶縁膜の側壁面にエッチングにより側壁絶縁膜を設ける工程と、
(d)前記半導体基板上、オフセット絶縁膜上および側壁絶縁膜上に、前記オフセット絶縁膜と前記側壁絶縁膜と比較してエッチングレートが高くエッチング選択性を有する層間絶縁膜を堆積する工程と、
(e)前記層間絶縁膜の少なくとも一部とをエッチング除去し、2つの前記第1配線層の間において前記層間絶縁膜を縦断して前記半導体基板の凸部表面に達するコンタクトホールを設ける工程と、
(f)少なくとも前記コンタクトホールに沿って第2配線層を形成し、該第2配線層と前記半導体基板とを電気的に接続させる工程と
を含み、
(g)前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜をそれぞれの前記凹溝内に設けることにより、前記第1配線層、前記オフセット絶縁膜、及び前記側壁絶縁膜を前記半導体基板の主面に設ける場合に比較して、前記半導体基板の主面と前記オフセット絶縁膜の上面との段差を小さく形成し、アスペクト比が小さい前記コンタクトホールを形成する
半導体装置の製造方法。(A) providing a plurality of concave grooves on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) A conductive layer and an insulating film are sequentially deposited on the semiconductor substrate, and a first wiring layer having a conductive layer is laminated on the first wiring layer by pattern formation by a combination of photoresist and etching. Providing an offset insulating film in each of the concave grooves;
(C) an insulating film is deposited, providing a sidewall insulation film by etching on the side wall surface of the offset insulating film and the first wiring layer within said each of the groove step,
; (D) the semiconductor substrate on the steps of the offset insulating film and the sidewall insulating film, as compared with the offset insulating film and the sidewall insulating film sedimentary an interlayer insulating layer having an etch rate is high etch selectivity ,
(E) and at least a portion of the interlayer insulating film is removed by etching, a step between the two said first wiring layer and vertically through the interlayer insulating film provided a contact hole reaching the surface of the protrusion of the semiconductor substrate ,
(F) forming at least the second wiring layer along the contact holes, saw including a step of electrically connecting the semiconductor substrate and the second wiring layer,
(G) By providing the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film in the respective concave grooves, the first wiring layer, the offset insulating film, and the sidewall insulating film are formed in the semiconductor. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a step between the main surface of the semiconductor substrate and the upper surface of the offset insulating film is formed smaller than that provided on the main surface of the substrate, and the contact hole is formed with a small aspect ratio .
(a)半導体基板上の第1配線層が形成される予定の領域にはマスクがされず、半導体基板上のコンタクトホールが形成される予定の領域にはマスクがされているマスクパターンを形成する工程と、
(b)前記第1配線層が形成される予定の領域の半導体基板をエッチングする工程と、
(c)前記(a)で形成されたマスクを除去する工程とを含む
請求項6又は7に記載の半導体装置の製造方法。Providing a plurality of concave grooves on the main surface of the semiconductor substrate,
(A) A mask pattern in which a mask is not formed in a region where a first wiring layer on the semiconductor substrate is to be formed is not masked and a region in which a contact hole is to be formed on the semiconductor substrate is formed. Process,
(B) etching a semiconductor substrate in a region where the first wiring layer is to be formed;
(C) The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6 or 7 and a step of removing the mask formed by the (a).
(a)半導体基板上の素子絶縁分離膜が形成される領域および第1配線層が形成される予定の領域にはマスクがされておらず、半導体基板上のコンタクトホールが形成される予定の領域にはマスクがされている耐酸化膜パターンを形成する工程と、
(b)熱酸化を行い、前記素子絶縁分離膜が形成される領域および第1配線層が形成される予定の領域に熱酸化膜を形成する工程と、
(c)前記(a)工程で形成された耐酸化膜を除去する工程と、
(d)前記素子絶縁分離膜が形成される領域の熱酸化膜をマスクし、前記第1配線層が形成される予定の領域の熱酸化膜をマスクしないようにレジストマスクパターンを形成する工程と、
(e)前記第1配線層が形成される予定の領域の熱酸化膜をエッチングにより除去する工程と、
(f)前記(d)で形成されたレジストマスクを除去する工程とを含む
請求項6又は7に記載の半導体装置の製造方法。Providing a plurality of concave grooves on the main surface of the semiconductor substrate,
(A) The region where the element isolation film on the semiconductor substrate is formed and the region where the first wiring layer is to be formed are not masked and the region where the contact hole is to be formed on the semiconductor substrate Forming a masked oxide-resistant film pattern,
(B) performing thermal oxidation to form a thermal oxide film in a region where the element isolation film and the first wiring layer are to be formed;
(C) removing the oxidation resistant film formed in the step (a);
(D) forming a resist mask pattern so as to mask a thermal oxide film in a region where the element insulation isolation film is formed and not mask a thermal oxide film in a region where the first wiring layer is to be formed; ,
(E) removing a thermal oxide film in a region where the first wiring layer is to be formed by etching;
(F) The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6 or 7 and a step of removing the resist mask formed by the (d).
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