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JP2016082182A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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JP2016082182A JP2014214998A JP2014214998A JP2016082182A JP 2016082182 A JP2016082182 A JP 2016082182A JP 2014214998 A JP2014214998 A JP 2014214998A JP 2014214998 A JP2014214998 A JP 2014214998A JP 2016082182 A JP2016082182 A JP 2016082182A
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典昭 池田
Noriaki Ikeda
典昭 池田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce parasitic capacitance occurring between an interconnection in a crosswise direction and an interconnection in a lengthwise direction in a semiconductor device in which refinement progresses.SOLUTION: A semiconductor device 1 comprises: a bit line BL formed to extend along a top face of an interlayer insulation film 12; a capacitive contact plug CC formed to extend in a direction crossing the top face of the interlayer insulation film 12; and an insulation film arranged to separate the bit line BL and the capacitive contact plug CC. The insulation film includes a side wall insulation film 21 which has a relatively small relative permittivity and covers a lateral face of the bit line BL, and a liner insulation film 22 which has a relatively large relative permittivity and covers the lateral face of the bit line BL via the side wall insulation film 21.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に縦型トランジスタを備える半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including a vertical transistor.

DRAM(Dynamic Randam Access Memory)などの半導体装置では、それぞれ横方向に延在しかつ平行に配置される2本の配線の間に、縦方向の配線が配置される場合がある。例えば、半導体基板の表面上に形成された2本のビット線の間に、半導体基板の表面内に埋め込まれた不純物拡散層と、ビット線の上方に形成される記憶素子とを接続するコンタクトプラグを配置する場合などである。   In a semiconductor device such as a DRAM (Dynamic Randam Access Memory), a vertical wiring may be arranged between two wirings extending in the horizontal direction and arranged in parallel. For example, a contact plug that connects an impurity diffusion layer embedded in the surface of the semiconductor substrate and a memory element formed above the bit line between two bit lines formed on the surface of the semiconductor substrate For example.

上記の場合において、以前は、横方向の配線をシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜によって覆った状態でこの層間絶縁膜にコンタクトホールを設け、その中に導電膜を埋め込むことにより、縦方向の配線が形成されていた。しかし、この方法では、近年の半導体装置の微細化の進展に伴って横方向の配線間の距離が近づいてくるにしたがい、縦方向の配線と横方向の配線の接触を避けることが困難になってきた。そこで、層間絶縁膜を形成する前に横方向の配線の上面及び側面をシリコン窒化膜で覆い、コンタクトホールを設ける際のエッチングとして、シリコン窒化膜に対するシリコン酸化膜の選択比が十分に大きいエッチングを用いる、という方法(SAC(Self Alignment Contact)法)が利用されるようになってきた。この方法によれば、コンタクトホール形成後にも、横方向の配線の上面及び側面がシリコン窒化膜で覆われた状態を維持することができるので、縦方向の配線と横方向の配線の接触を防止することが可能になる。   In the above case, the vertical wiring is previously formed by providing a contact hole in the interlayer insulating film in a state where the horizontal wiring is covered with the interlayer insulating film made of a silicon oxide film and embedding the conductive film therein. Was formed. However, this method makes it difficult to avoid contact between the vertical wirings and the horizontal wirings as the distance between the horizontal wirings approaches as the miniaturization of semiconductor devices in recent years progresses. I came. Therefore, before forming the interlayer insulating film, the top and side surfaces of the lateral wiring are covered with a silicon nitride film, and etching with a sufficiently large selection ratio of the silicon oxide film to the silicon nitride film is performed as the etching for providing the contact hole. The method of using (SAC (Self Alignment Contact) method) has come to be used. According to this method, even after the contact hole is formed, the state in which the upper surface and the side surface of the lateral wiring are covered with the silicon nitride film can be maintained, so that the contact between the vertical wiring and the lateral wiring is prevented. It becomes possible to do.

特許文献1および特許文献2には、ビット線の上面および側面にシリコン窒化膜が配置されたDRAMの例が開示されている。   Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose an example of a DRAM in which a silicon nitride film is disposed on the upper and side surfaces of a bit line.

特開2012−84738号公報JP 2012-84738 A 特開2012−99793号公報JP 2012-99793 A

しかしながら、上記したSAC法には、横方向の配線と縦方向の配線の間に大きな寄生容量が生ずるという問題がある。すなわち、SAC法によって形成された半導体装置においては横方向の配線と縦方向の配線の間がシリコン窒化膜のみによって隔てられることになるが、シリコン窒化膜には、シリコン酸化膜に比べて比誘電率が大きいという性質がある。具体的には、シリコン酸化膜の比誘電率が約3.9であるのに対し、シリコン窒化膜の比誘電率は約2倍の7.5に達する。寄生容量の大きさは、配線間に配置される誘電体の比誘電率に比例するので、比誘電率の大きいシリコン窒化膜が間にあることで、横方向の配線と縦方向の配線の間に生ずる寄生容量が大きくなるのである。   However, the SAC method described above has a problem that a large parasitic capacitance is generated between the horizontal wiring and the vertical wiring. That is, in the semiconductor device formed by the SAC method, the horizontal wiring and the vertical wiring are separated only by the silicon nitride film, but the silicon nitride film has a dielectric constant compared to the silicon oxide film. It has the property that the rate is large. Specifically, the relative dielectric constant of the silicon oxide film is about 3.9, whereas the relative dielectric constant of the silicon nitride film reaches about twice that of 7.5. Since the size of the parasitic capacitance is proportional to the relative permittivity of the dielectric disposed between the interconnects, the silicon nitride film having a large relative permittivity is interposed between the lateral interconnects and the longitudinal interconnects. As a result, the parasitic capacitance generated in the circuit increases.

横方向の配線と縦方向の配線の間に生ずる寄生容量が大きくなることは、様々な問題を引き起こす。例えば、上述したDRAMのビット線とコンタクトプラグの例で言えば、キャパシタ容量Csとビット線の寄生容量Cbとの比(Cs/Cb)が小さくなり、DRAMのセンスマージンが低下してしまうという問題の原因となる。したがって、微細化が進展した半導体装置において、横方向の配線と縦方向の配線の間に生ずる寄生容量を小さくすることのできる技術が必要とされている。   A large parasitic capacitance generated between the horizontal wiring and the vertical wiring causes various problems. For example, in the case of the above-described DRAM bit line and contact plug, the ratio (Cs / Cb) between the capacitor capacitance Cs and the parasitic capacitance Cb of the bit line becomes small, and the sense margin of the DRAM decreases. Cause. Therefore, there is a need for a technique capable of reducing the parasitic capacitance generated between the horizontal wiring and the vertical wiring in a semiconductor device that has been miniaturized.

本発明の一側面による半導体装置は、第1の平面内に沿って延在するように形成される第1の配線と、前記第1の平面と交差する方向に延在するように形成される第2の配線と、前記第1の配線と前記第2の配線とを隔てるように配置される絶縁膜とを備え、前記絶縁膜は、相対的に小さな比誘電率を有し、かつ前記第1の配線の側面を覆う第1の絶縁膜と、相対的に大きな比誘電率を有し、かつ前記第1の絶縁膜を介して前記第1の配線の側面を覆う第2の絶縁膜とを含むことを特徴とする。   A semiconductor device according to an aspect of the present invention is formed so as to extend in a direction intersecting the first plane and a first wiring formed so as to extend along the first plane. A second wiring; and an insulating film disposed so as to separate the first wiring from the second wiring, the insulating film having a relatively small relative dielectric constant, and the first wiring A first insulating film that covers the side surface of the first wiring; a second insulating film that has a relatively large relative dielectric constant and covers the side surface of the first wiring through the first insulating film; It is characterized by including.

本発明の他の一側面による半導体装置は、それぞれ半導体基板の主面と平行な第1の平面に沿って延在し、かつ互いに平行に形成される複数の第1の配線と、前記複数の第1の配線それぞれの上面を覆うマスク膜と、前記第1の平面と交差する方向に延在し、かつ隣接する2本の前記第1の配線の間を通過するように形成される第2の配線と、前記第1の配線と前記第2の配線とを隔てるように配置される絶縁膜とを備え、前記絶縁膜は、相対的に小さな比誘電率を有し、かつ前記第1の配線の側面を覆う第1の絶縁膜と、相対的に大きな比誘電率を有し、かつ前記第1の絶縁膜を介して前記第1の配線の側面を覆う第2の絶縁膜とを含み、前記第1の絶縁膜は、上端が前記マスク膜の上面より低い場所に位置するよう形成されることを特徴とする。   A semiconductor device according to another aspect of the present invention includes a plurality of first wirings extending along a first plane parallel to the main surface of the semiconductor substrate and formed in parallel to each other, A mask film that covers the upper surface of each of the first wirings, and a second film that extends in a direction crossing the first plane and passes between the two adjacent first wirings. And an insulating film disposed so as to separate the first wiring and the second wiring, the insulating film having a relatively small relative dielectric constant, and the first film A first insulating film that covers a side surface of the wiring, and a second insulating film that has a relatively large relative dielectric constant and covers the side surface of the first wiring through the first insulating film. The first insulating film is formed such that an upper end thereof is located at a position lower than an upper surface of the mask film. To.

本発明のさらに他の一側面による半導体装置は、半導体基板の主面に埋め込まれることにより、該主面と平行な第1の方向に並ぶ複数の活性領域を該主面に区画する素子分離用絶縁膜と、前記複数の活性領域のそれぞれを前記主面に平行かつ前記第1の方向と直交する第2の方向の一端側から順に第1乃至第3の活性領域に区分するように、それぞれ前記第1の方向に延在する2本の第4の配線と、前記複数の活性領域のそれぞれに対応して前記第1の方向に延在し、かつ下面で対応する前記第2の活性領域と電気的に接続する複数の第1の配線と、前記複数の活性領域のそれぞれに対応して隣接する2本の前記第1の配線の間を前記第1及び第2の方向と直交する第3の方向に延在し、かつ底面で対応する前記第1の活性領域と電気的に接続する複数の第2の配線と、前記複数の活性領域のそれぞれに対応して隣接する2本の前記第1の配線の間を前記第3の方向に延在し、かつ下面で対応する前記第3の活性領域と電気的に接続する複数の第3の配線と、前記複数の第1の配線と前記複数の第2及び第3の配線とを隔てるように配置される絶縁膜とを備え、前記絶縁膜は、相対的に小さな比誘電率を有し、かつ前記複数の第1の配線それぞれの側面を覆う第1の絶縁膜と、相対的に大きな比誘電率を有し、かつ前記第1の絶縁膜を介して前記複数の第1の配線それぞれの側面を覆う第2の絶縁膜とを含むことを特徴とする。   According to still another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device for element isolation, which is embedded in a main surface of a semiconductor substrate, thereby dividing a plurality of active regions arranged in a first direction parallel to the main surface into the main surface. Each of the insulating film and the plurality of active regions is divided into first to third active regions in order from one end side in a second direction parallel to the main surface and perpendicular to the first direction, respectively. The two fourth wirings extending in the first direction and the second active region extending in the first direction corresponding to each of the plurality of active regions and corresponding on the lower surface A plurality of first wirings that are electrically connected to each other and two adjacent first wirings corresponding to each of the plurality of active regions are orthogonal to the first and second directions. 3 extending in the direction of 3 and electrically contacting the corresponding first active region at the bottom. A plurality of second wirings extending in the third direction between the two adjacent first wirings corresponding to each of the plurality of active regions and corresponding on the lower surface. A plurality of third wirings electrically connected to the three active regions, and an insulating film disposed so as to separate the plurality of first wirings from the plurality of second and third wirings, The insulating film has a relatively small relative dielectric constant, has a relatively large relative dielectric constant, and a first insulating film that covers a side surface of each of the plurality of first wirings. And a second insulating film covering a side surface of each of the plurality of first wirings via one insulating film.

本発明の一側面による半導体装置の製造方法は、上面がマスク膜で覆われた第1の配線を形成する工程と、相対的に小さな比誘電率を有する第1の絶縁膜を成膜してエッチバックすることにより、前記マスク膜の側面の一部及び前記第1の配線の側面を前記第1の絶縁膜で覆う工程と、前記第1の絶縁膜を形成した後、相対的に大きな比誘電率を有する第2の絶縁膜を成膜してエッチバックすることにより、前記第1の絶縁膜の露出面を前記第2の絶縁膜で覆う工程と、前記第1の配線並びに前記第1及び第2の絶縁膜を含んでなる配線構造体の間の領域を埋める膜厚で層間絶縁膜を形成し、該配線構造体の上面が露出するまで該層間絶縁膜の上面を平坦化する工程と、前記層間絶縁膜に第1の貫通孔を設ける工程と、前記第1の貫通孔内に導電膜を埋め込むことにより、前記第1及び第2の絶縁膜によって前記第1の配線と隔てられた第2の配線を形成する工程とを備えることを特徴とする。   According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first wiring having an upper surface covered with a mask film; and forming a first insulating film having a relatively low relative dielectric constant. Etching back a step of covering a part of the side surface of the mask film and the side surface of the first wiring with the first insulating film, and a relatively large ratio after forming the first insulating film A step of covering the exposed surface of the first insulating film with the second insulating film by depositing and etching back a second insulating film having a dielectric constant, the first wiring, and the first wiring Forming an interlayer insulating film with a thickness that fills a region between the wiring structures including the second insulating film and planarizing the upper surface of the interlayer insulating film until the upper surface of the wiring structure is exposed Providing a first through hole in the interlayer insulating film, and in the first through hole By embedding a conductive film, characterized by comprising a step of forming a second wiring which is separated from the first wire by the first and second insulating films.

本発明によれば、相対的に大きな比誘電率を有する第2の絶縁膜が第2の配線を形成するためのエッチングから第1の絶縁膜を保護する役割を果たすので、第1の配線と第2の配線の間に、相対的に小さな比誘電率を有する第1の絶縁膜を介在させることができる。したがって、微細化が進展した半導体装置において、横方向の配線と縦方向の配線の間に生ずる寄生容量を小さくすることが可能になる。   According to the present invention, the second insulating film having a relatively large relative dielectric constant plays a role of protecting the first insulating film from etching for forming the second wiring. A first insulating film having a relatively small relative dielectric constant can be interposed between the second wirings. Therefore, in a semiconductor device that has been miniaturized, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated between the horizontal wiring and the vertical wiring.

(a)は、本発明の好ましい第1の実施の形態による半導体装置1が備える構成の平面的な位置関係を示す図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a figure which shows the planar positional relationship of the structure with which the semiconductor device 1 by preferable 1st Embodiment of this invention is provided, (b) is the AA line shown to (a). It is a vertical sectional view of the corresponding semiconductor device 1, and (c) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the BB line shown in (a). 図1(b)に示した領域Cの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region C shown in FIG.1 (b). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a), (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図3に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 3) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図4に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 4) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図5に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 5) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図6に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 6) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図7に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 7) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図8に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 8) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図9に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 9) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図10に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 10) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図11に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 11) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図12に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 12) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図13に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 13) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図14に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 14) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図15に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 15) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図16に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 16) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, and (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図17に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 17) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). (a)は、図1に示した半導体装置1の製造工程(図18に続く工程)における上面図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a top view in the manufacturing process (process following FIG. 18) of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, (b) is the semiconductor device 1 corresponding to the AA line shown in (a). (C) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the line BB shown in (a). 本発明の比較例による半導体装置の製造工程における垂直断面図であり、(a)は図15(b)に、(b)は図16(b)に、(c)は図17(b)に、(d)は図18(b)にそれぞれ対応している。FIGS. 15A and 15B are vertical cross-sectional views in a manufacturing process of a semiconductor device according to a comparative example of the present invention, where FIG. 15A is FIG. 15B, FIG. 16B is FIG. 16B, and FIG. , (D) correspond to FIG. 18 (b), respectively. (a)は、本発明の好ましい第2の実施の形態による半導体装置1が備える構成の平面的な位置関係を示す図であり、(b)は、(a)に示したA−A線に対応する半導体装置1の垂直断面図であり、(c)は、(a)に示したB−B線に対応する半導体装置1の垂直断面図である。(A) is a figure which shows the planar positional relationship of the structure with which the semiconductor device 1 by preferable 2nd Embodiment of this invention is provided, (b) is the AA line shown to (a). It is a vertical sectional view of the corresponding semiconductor device 1, and (c) is a vertical sectional view of the semiconductor device 1 corresponding to the BB line shown in (a).

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態では、DRAM(Dynamic Random Access Memory)である半導体装置に本発明を適用した例を取り上げて説明する。また、リソグラフィの解像限界で規定されるフィーチャーサイズ(Feature Size)、すなわちF値は40nmであるとして説明する。ただし、本発明は、DRAM以外の半導体装置や、F値が40nmでない場合にも適用可能である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a semiconductor device that is a DRAM (Dynamic Random Access Memory) will be described. In the following description, it is assumed that the feature size defined by the resolution limit of lithography, that is, the F value is 40 nm. However, the present invention can also be applied to a semiconductor device other than a DRAM or when the F value is not 40 nm.

本発明の第1の実施の形態による半導体装置1は、図1に示すように、半導体基板2を備えて構成される。半導体基板2としてはp型単結晶シリコン基板を用いることが好適であるが、他の種類の基板を用いてもよい。半導体基板2の主面には、多数のメモリセルが形成されるセルアレイ部と、セルアレイ部に対してリードやライトなどの各種制御を行うための各種回路が配置される周辺回路部とが設けられる。図1には、このうちセルアレイ部の一部分を示している。   The semiconductor device 1 according to the first embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate 2 as shown in FIG. A p-type single crystal silicon substrate is preferably used as the semiconductor substrate 2, but other types of substrates may be used. The main surface of the semiconductor substrate 2 is provided with a cell array portion in which a large number of memory cells are formed and a peripheral circuit portion in which various circuits for performing various controls such as reading and writing are arranged on the cell array portion. . FIG. 1 shows a part of the cell array portion.

半導体基板2の主面のうちセルアレイ部に相当する領域においては、図1に示すように、それぞれ平行四辺形の平面形状を有する複数の活性領域Kがマトリクス状に配置される。これらの活性領域Kは、いわゆるSTI(Shallow Trench Isolation)法による素子分離領域を構成する素子分離用絶縁膜5によって区画されるもので、1つ1つが島状に独立している。素子分離用絶縁膜5は、半導体基板2の主面に埋め込まれたシリコン酸化膜によって構成される。   In the region corresponding to the cell array portion in the main surface of the semiconductor substrate 2, as shown in FIG. 1, a plurality of active regions K each having a parallelogram planar shape are arranged in a matrix. These active regions K are defined by element isolation insulating films 5 that form element isolation regions by a so-called STI (Shallow Trench Isolation) method, and each of them is independent in an island shape. The element isolation insulating film 5 is composed of a silicon oxide film embedded in the main surface of the semiconductor substrate 2.

各活性領域Kのy方向の幅は上述したF値(40nm)であり、y方向の配置ピッチはF値の2倍(80nm)である。また、各活性領域Kのx方向の幅はF値の5倍(200nm)であり、x方向の配置ピッチはF値の6倍(240nm)である。各活性領域Kは、半導体基板2の主面内で互いに直交するx方向(第2の方向)及びy方向(第1の方向)のそれぞれに沿って、等間隔で配置される。また、長さがF値に等しい短辺がy方向と平行になるように配置される。ここで、図1(b)(c)に示すz方向は、x方向及びy方向の両方に直交する方向(第3の方向)であり、図1(a)(c)に示すv方向は、図1(a)に示すB−B線の延在方向である。   The width in the y direction of each active region K is the F value (40 nm) described above, and the arrangement pitch in the y direction is twice the F value (80 nm). The width in the x direction of each active region K is 5 times (200 nm) the F value, and the arrangement pitch in the x direction is 6 times the F value (240 nm). The active regions K are arranged at equal intervals along the x direction (second direction) and the y direction (first direction) orthogonal to each other within the main surface of the semiconductor substrate 2. Further, the short side whose length is equal to the F value is arranged in parallel with the y direction. Here, the z direction shown in FIGS. 1B and 1C is a direction (third direction) orthogonal to both the x direction and the y direction, and the v direction shown in FIGS. 1A and 1C is 1 is an extending direction of the line BB shown in FIG.

各活性領域Kには、図1(c)に示すように、それぞれnチャネルMOSトランジスタである2つのセルトランジスタTr,Tr(第1及び第2のセルトランジスタ)と、それぞれキャパシタである2つの記憶素子SN,SN(第1及び第2の記憶素子)とが形成される。なお、本明細書では、この記憶素子SN,SNのように符号の右下に「A」又は「B」の符号を付す場合があるが、これは、その符号によって示される構成がセルトランジスタTr,Trのいずれに対応するものであるかを示している。 In each active region K, as shown in FIG. 1 (c), two cell transistors Tr A and Tr B (first and second cell transistors), which are n-channel MOS transistors, and 2 capacitors, respectively. Two storage elements SN A and SN B (first and second storage elements) are formed. In this specification, a symbol “A” or “B” may be attached to the lower right of the code like the storage elements SN A and SN B. This is because the configuration indicated by the code is a cell. It shows which of the transistors Tr A and Tr B corresponds to.

半導体基板2の主面には、ゲート絶縁膜10を介して、それぞれy方向に延在する複数のワード線WL(第4の配線)が埋め込まれている。各ワード線WLのx方向の幅XWLは、上述したF値(40nm)である。各ワード線WLの上面には、例えばシリコン窒化膜である埋込絶縁膜13が配置される。埋込絶縁膜13は、後述するビット線BLや容量コンタクトプラグCCなどの半導体基板2の表面に配置される各種の導電体と、各ワード線WLとの間の絶縁を確保する役割を果たす。 A plurality of word lines WL (fourth wirings) extending in the y direction are embedded in the main surface of the semiconductor substrate 2 via the gate insulating film 10. Width X WL in the x direction of each word line WL is above F value (40 nm). A buried insulating film 13 made of, for example, a silicon nitride film is disposed on the upper surface of each word line WL. The buried insulating film 13 plays a role of ensuring insulation between each word line WL and various conductors arranged on the surface of the semiconductor substrate 2 such as a bit line BL and a capacitor contact plug CC described later.

各ワード線WLのx方向の配置は、y方向に並ぶ一連の活性領域Kを2本のワード線WL,WLが通過することとなるように決定される。また、1つの活性領域Kに対応する2本のワード線WL,WLは、F値の2倍(80nm)に等しい配置ピッチPWLで、対応する活性領域Kのx方向の中心軸から見て線対称となる位置に配置される。これにより各活性領域Kは、対応する2本のワード線WL,WLによってx方向に3つの領域に等分割される。図1(c)には、この分割により得られる活性領域K内の各領域を、x方向の一端側から順に活性領域K1〜K3と表している。 The arrangement of the word lines WL in the x direction is determined so that the two word lines WL A and WL B pass through a series of active regions K arranged in the y direction. Also, the two word lines WL A and WL B corresponding to one active region K are arranged from the central axis in the x direction of the corresponding active region K at the arrangement pitch P WL equal to twice the F value (80 nm). They are arranged at positions that are line symmetric when viewed. Accordingly, each active region K is equally divided into three regions in the x direction by the corresponding two word lines WL A and WL B. In FIG. 1C, each region in the active region K obtained by this division is expressed as active regions K1 to K3 in order from one end side in the x direction.

ワード線WL,WLは、それぞれセルトランジスタTr,Trの制御電極を構成する。また、活性領域K1〜K3内に位置する半導体基板2の表面には、それぞれ不純物拡散層8,7,8が形成される。不純物拡散層8,7,8はいずれも、リンなどのn型の不純物を半導体基板2内にイオン注入することによって形成されるn型不純物拡散層である。不純物拡散層7(第1の不純物拡散層)はセルトランジスタTr,Trに共通な一方の被制御電極を構成し、不純物拡散層8,8(第2の不純物拡散層)はそれぞれセルトランジスタTr,Trの他方の被制御電極を構成する。この構成により、セルトランジスタTrのチャネルは、半導体基板2のうちワード線WLの周囲に位置する領域に形成され、セルトランジスタTrのチャネルは、半導体基板2のうちワード線WLの周囲に位置する領域に形成される。 The word lines WL A and WL B constitute the control electrodes of the cell transistors Tr A and Tr B , respectively. Impurity diffusion layers 8 A , 7 and 8 B are formed on the surface of the semiconductor substrate 2 located in the active regions K1 to K3, respectively. The impurity diffusion layers 8 A , 7, 8 B are all n-type impurity diffusion layers formed by ion-implanting n-type impurities such as phosphorus into the semiconductor substrate 2. The impurity diffusion layer 7 (first impurity diffusion layer) constitutes one controlled electrode common to the cell transistors Tr A and Tr B , and the impurity diffusion layers 8 A and 8 B (second impurity diffusion layers) are respectively The other controlled electrode of the cell transistors Tr A and Tr B is configured. With this configuration, the channel of the cell transistor Tr A is formed in a region of the semiconductor substrate 2 around the word line WL A , and the channel of the cell transistor Tr B is around the word line WL B of the semiconductor substrate 2 Formed in the region located at

半導体基板2の表面には、例えばシリコン酸化膜である層間絶縁膜12が配置される。層間絶縁膜12の上面は、上述した埋込絶縁膜13の上面と同一の平面を構成する。   On the surface of the semiconductor substrate 2, an interlayer insulating film 12, which is a silicon oxide film, for example, is disposed. The upper surface of the interlayer insulating film 12 constitutes the same plane as the upper surface of the buried insulating film 13 described above.

層間絶縁膜12の上面(第1の平面)には、それぞれx方向に延在する複数のビット線BL(第1の配線)が配置される。各ビット線BLは、金属シリサイド膜と、金属シリサイド膜の上面に接する金属窒化膜と、金属窒化膜の上面に接する金属膜と、からなる金属積層膜により構成される。各ビット線BLの上面には、例えばシリコン窒化膜であるマスク膜20が配置される。マスク膜20の側面とビット線BLの側面とは、同一の平面を構成している。各ビット線BLのy方向の幅YBLは、F値(40nm)より小さい26nmである。また、図2に示すビット線BLの高さZBLは30nmであり、マスク膜20の高さZ20は120nmである。したがって、ビット線BLの下面からマスク膜20の上面までの距離(ZBL+Z20)は150nmとなる。 On the upper surface (first plane) of the interlayer insulating film 12, a plurality of bit lines BL (first wirings) each extending in the x direction are arranged. Each bit line BL is composed of a metal laminated film including a metal silicide film, a metal nitride film in contact with the upper surface of the metal silicide film, and a metal film in contact with the upper surface of the metal nitride film. A mask film 20 made of, for example, a silicon nitride film is disposed on the upper surface of each bit line BL. The side surface of the mask film 20 and the side surface of the bit line BL constitute the same plane. Width Y BL in the y direction of each bit line BL is F value (40 nm) is less than 26 nm. The height Z BL of the bit line BL shown in FIG. 2 is a 30 nm, the height Z 20 of the mask film 20 is 120 nm. Therefore, the distance (Z BL + Z 20 ) from the lower surface of the bit line BL to the upper surface of the mask film 20 is 150 nm.

各ビット線BLのy方向の配置は、x方向に並ぶ一連の活性領域Kそれぞれの活性領域K2の上方を、1本のビット線BLが通過することとなるように決定される。したがって、図1に示すビット線BLのy方向の配置ピッチPBLは、活性領域Kのy方向の配置ピッチと同じF値の2倍(80nm)となる。各ビット線BLは、層間絶縁膜12を貫通するビット線コンタクトプラグBLCにより、対応する各活性領域K2に形成された不純物拡散層7と接続される。ビット線コンタクトプラグBLCは、n型不純物含有シリコン膜によって構成される。ここで、本実施の形態では各ビット線BLが直線状であるとしているが、必ずしも直線状でなくてもよく、x方向に並ぶ一連の活性領域Kそれぞれの活性領域K2の上方を通過しつつ、全体としてx方向に延在していればよい。 The arrangement of each bit line BL in the y direction is determined so that one bit line BL passes above the active region K2 of each of the series of active regions K arranged in the x direction. Accordingly, the arrangement pitch P BL of the y direction of the bit line BL shown in FIG. 1 is twice the same F values as the y-direction of the arrangement pitch of the active region K (80 nm). Each bit line BL is connected to the impurity diffusion layer 7 formed in each corresponding active region K2 by a bit line contact plug BLC penetrating the interlayer insulating film 12. The bit line contact plug BLC is composed of an n-type impurity-containing silicon film. Here, in the present embodiment, each bit line BL is assumed to be linear. However, the bit line BL does not necessarily have to be linear, and passes above the active region K2 of each of the series of active regions K arranged in the x direction. As long as it extends in the x direction as a whole.

各ビット線BLのy方向の両端部には、例えばシリコン酸化膜(SiO)からなるサイドウォール絶縁膜21(第1の絶縁膜)と、例えばシリコン窒化膜(SiN)からなるライナー絶縁膜22(第2の絶縁膜)とが配置される。これらサイドウォール絶縁膜21及びライナー絶縁膜22は、ビット線BL及びマスク膜20とともに、図1(a)に示すビット線構造体BLS(配線構造体)を構成している。以下、このビット線構造体BLSの内部構造について、図2も参照しながら詳しく説明する。 At both ends in the y direction of each bit line BL, a sidewall insulating film 21 (first insulating film) made of, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ) and a liner insulating film 22 made of, for example, a silicon nitride film (SiN). (Second insulating film) is disposed. The sidewall insulating film 21 and the liner insulating film 22 together with the bit line BL and the mask film 20 constitute a bit line structure BLS (wiring structure) shown in FIG. Hereinafter, the internal structure of the bit line structure BLS will be described in detail with reference to FIG.

サイドウォール絶縁膜21は、ビット線BL及びマスク膜20を形成した後、ALD(Atomic Layer Deposition)法によって5nm厚のシリコン酸化膜を成膜し、エッチバックすることによって形成されたサイドウォール状の絶縁膜である。したがって、サイドウォール絶縁膜21の膜厚Y21(y方向の膜厚)は5nmとなる。エッチバックは、層間絶縁膜12の上面からサイドウォール絶縁膜21の上端21aまでの高さZ21が130nmとなるように行われる。上述したように、ビット線BLの下面からマスク膜20の上面までの距離(ZBL+Z20)は150nmであるから、エッチバックの結果、マスク膜20のy方向の側面のうち上端から距離Z1=20nmの部分はサイドウォール絶縁膜21によって覆われていない状態となる。 The sidewall insulating film 21 has a sidewall-like shape formed by forming a bit line BL and a mask film 20, forming a 5 nm thick silicon oxide film by an ALD (Atomic Layer Deposition) method, and etching back. It is an insulating film. Accordingly, the film thickness Y 21 (film thickness in the y direction) of the sidewall insulating film 21 is 5 nm. The etch back is performed so that the height Z21 from the upper surface of the interlayer insulating film 12 to the upper end 21a of the sidewall insulating film 21 is 130 nm. As described above, since the distance (Z BL + Z 20 ) from the lower surface of the bit line BL to the upper surface of the mask film 20 is 150 nm, as a result of etch back, the distance Z1 from the upper end of the side surface in the y direction of the mask film 20 is obtained. = 20 nm is not covered by the sidewall insulating film 21.

一方、ライナー絶縁膜22は、サイドウォール絶縁膜21を形成した後、ALD法により、サイドウォール絶縁膜21の成膜時の膜厚より厚い膜厚でシリコン窒化膜を成膜することによって得られるサイドウォール状の絶縁膜である。本実施の形態では、ライナー絶縁膜22の成膜時の膜厚を10nmとする。サイドウォール絶縁膜21のようなエッチバックは行わないので、図1(c)に示すように、ライナー絶縁膜22は、マスク膜20の上面及び層間絶縁膜12の上面にも残存している。なお、図1(b)(c)及び図2では、マスク膜20の上面に残るライナー絶縁膜22をライナー絶縁膜22b、層間絶縁膜12の上面に残るライナー絶縁膜22をライナー絶縁膜22c、その他のライナー絶縁膜22をライナー絶縁膜22aと表記している。   On the other hand, the liner insulating film 22 is obtained by forming a sidewall insulating film 21 and then depositing a silicon nitride film with a thickness larger than the thickness of the sidewall insulating film 21 by ALD. It is a sidewall-like insulating film. In the present embodiment, the film thickness when the liner insulating film 22 is formed is 10 nm. Since the etch-back like the sidewall insulating film 21 is not performed, the liner insulating film 22 remains on the upper surface of the mask film 20 and the upper surface of the interlayer insulating film 12 as shown in FIG. In FIGS. 1B, 1C, and 2, the liner insulating film 22 remaining on the upper surface of the mask film 20 is the liner insulating film 22b, and the liner insulating film 22 remaining on the upper surface of the interlayer insulating film 12 is the liner insulating film 22c. The other liner insulating film 22 is referred to as a liner insulating film 22a.

ライナー絶縁膜22bの膜厚Z22bは、成膜時の膜厚に等しい10nmである(ライナー絶縁膜22cも同様)。したがって、ライナー絶縁膜22bの上面からサイドウォール絶縁膜21までの距離Z2(=Z1+Z22b)は30nmとなる。ここで、本実施の形態では、距離Z2の値がライナー絶縁膜22の成膜時の膜厚(10nm)の3倍となるように、距離Z1、すなわちサイドウォール絶縁膜21のエッチバック量を決定している。より詳細には、距離Z1は、距離Z2の値がライナー絶縁膜22の成膜時の膜厚の3倍〜8倍(=距離Z1がライナー絶縁膜22の成膜時の膜厚の2倍〜7倍)となるように決定される。これは、距離Z2の値がライナー絶縁膜22の成膜時の膜厚の3倍より小さいと、コンタクトホールH4を形成する際のエッチングによりサイドウォール絶縁膜21が消滅するおそれが大きくなる一方、距離Z2の値がライナー絶縁膜22の成膜時の膜厚の8倍より小さいと、サイドウォール絶縁膜21の上端21aの位置を制御することが困難になることを考慮したものである。なお、サイドウォール絶縁膜21の上端21aの位置をより高精度に制御する観点から、距離Z2の値がライナー絶縁膜22の成膜時の膜厚の3倍〜5倍(=距離Z1がライナー絶縁膜22の成膜時の膜厚の2倍〜4倍)となるように距離Z1を決定することが、より好適である。 Thickness Z 22b of the liner insulating film 22b is a film 10nm equal to the thickness at the time of film formation (the liner insulating film 22c is similar). Therefore, the distance Z2 (= Z1 + Z 22b ) from the upper surface of the liner insulating film 22b to the sidewall insulating film 21 is 30 nm. Here, in the present embodiment, the distance Z1, that is, the etch back amount of the sidewall insulating film 21, is set so that the value of the distance Z2 is three times the film thickness (10 nm) when the liner insulating film 22 is formed. Has been decided. More specifically, the distance Z1 is such that the value of the distance Z2 is 3 to 8 times the film thickness when the liner insulating film 22 is formed (= distance Z1 is twice the film thickness when the liner insulating film 22 is formed). ˜7 times). This is because if the value of the distance Z2 is smaller than three times the film thickness when the liner insulating film 22 is formed, the side wall insulating film 21 may be extinguished by etching when forming the contact hole H4. This is because it is difficult to control the position of the upper end 21a of the sidewall insulating film 21 when the value of the distance Z2 is smaller than eight times the film thickness when the liner insulating film 22 is formed. From the viewpoint of controlling the position of the upper end 21a of the sidewall insulating film 21 with higher accuracy, the value of the distance Z2 is 3 to 5 times the film thickness when the liner insulating film 22 is formed (= the distance Z1 is the liner). It is more preferable to determine the distance Z1 so as to be 2 to 4 times the film thickness when the insulating film 22 is formed.

ライナー絶縁膜22aは、後述するコンタクトホールH4が形成されない部分では、10nmの一定膜厚でビット線BL及びマスク膜20の側面に残存する。しかし、コンタクトホールH4が形成される部分では、コンタクトホールH4形成のためのエッチングによって削られる部分が生ずるため、図2に示すような複雑な形状となる。以下、コンタクトホールH4が形成される部分におけるライナー絶縁膜22aの形状について、図2を参照しながら詳しく説明する。   The liner insulating film 22a remains on the side surfaces of the bit line BL and the mask film 20 with a constant film thickness of 10 nm in a portion where a contact hole H4 described later is not formed. However, the portion where the contact hole H4 is formed has a complicated shape as shown in FIG. 2 because there is a portion that is removed by etching for forming the contact hole H4. Hereinafter, the shape of the liner insulating film 22a in the portion where the contact hole H4 is formed will be described in detail with reference to FIG.

図2に示すように、コンタクトホールH4が形成される部分におけるライナー絶縁膜22aは、6つの部分ライナー絶縁膜22aa〜22afによって構成される。   As shown in FIG. 2, the liner insulating film 22a in the portion where the contact hole H4 is formed is constituted by six partial liner insulating films 22aa to 22af.

部分ライナー絶縁膜22aaは、ライナー絶縁膜22aの最上部であり、ライナー絶縁膜22bと接続している。部分ライナー絶縁膜22aaの上面はマスク膜20の側面に対して傾斜しているが、これは成膜時に形成される傾斜が残存しているものである。また、部分ライナー絶縁膜22aaのy方向の最大膜厚Y22aaは、成膜時の10nmより小さくなっているが、これは、コンタクトホールH4を形成する際のエッチングにより削られたためである。ビット線BLのy方向の幅YBL及び配置ピッチPBL、並びにコンタクトホールH4のy方向の幅YH4を用いると、膜厚Y22aaは(PBL−YBL−YH4)/2に等しい値となる。YBL,PBLはそれぞれ上述したように26nm,80nmであり、幅YH4は後述するように40nmであるので、上記の式より膜厚Y22aaは7nmとなる。なお、幅YH4をより大きな値に設定すれば、部分ライナー絶縁膜22aaは完全に除去され、膜厚Y22aaは0となる。 The partial liner insulating film 22aa is the uppermost part of the liner insulating film 22a and is connected to the liner insulating film 22b. The upper surface of the partial liner insulating film 22aa is inclined with respect to the side surface of the mask film 20. This is because the inclination formed at the time of film formation remains. Further, the maximum film thickness Y 22aa in the y direction of the partial liner insulating film 22aa is smaller than 10 nm at the time of film formation, which is because it was removed by etching at the time of forming the contact hole H4. Width Y BL and the arrangement pitch P BL of the y direction of the bit line BL, and as well as the use of y-direction width Y H4 of the contact hole H4, a thickness Y 22aa is equal to (P BL -Y BL -Y H4) / 2 Value. Since Y BL and P BL are 26 nm and 80 nm, respectively, and the width Y H4 is 40 nm as described later, the film thickness Y 22aa is 7 nm from the above formula. If the width Y H4 is set to a larger value, the partial liner insulating film 22aa is completely removed and the film thickness Y 22aa becomes zero.

部分ライナー絶縁膜22abは、部分ライナー絶縁膜22aaの下端に接続する部分であり、サイドウォール絶縁膜21を介さずに直接マスク膜20を覆っている。部分ライナー絶縁膜22abの膜厚は、コンタクトホールH4を形成する際のエッチングにより、部分ライナー絶縁膜22aaの最大膜厚Y22aaに等しくなっている。部分ライナー絶縁膜22abの側面は、マスク膜20の側面と平行である。したがって、部分ライナー絶縁膜22abの部分におけるビット線構造体BLS(図2に示す部分BLSa)のy方向の幅Y3は、ビット線BLのy方向の幅YBLに膜厚Y22aaの2倍を足してなる値となる。 The partial liner insulating film 22ab is a portion connected to the lower end of the partial liner insulating film 22aa, and directly covers the mask film 20 without using the sidewall insulating film 21. The film thickness of the partial liner insulating film 22ab is equal to the maximum film thickness Y 22aa of the partial liner insulating film 22aa by etching when the contact hole H4 is formed. The side surface of the partial liner insulating film 22ab is parallel to the side surface of the mask film 20. Therefore, the width in the y-direction Y3 portion liner insulating film 22ab bit line structure BLS in the portion of the (portion shown by FIG. 2 BLSA) is twice the thickness Y 22aa to the width Y BL in the y direction of the bit lines BL It is a value obtained by adding.

部分ライナー絶縁膜22acは、部分ライナー絶縁膜22abの下端に接続する部分である。部分ライナー絶縁膜22acの上面は、コンタクトホールH4を形成する際のエッチングによって部分ライナー絶縁膜22aaの上面が下降したものであり、部分ライナー絶縁膜22aaと同様にマスク膜20の側面に対して傾斜している。部分ライナー絶縁膜22acの上端はサイドウォール絶縁膜21の上端21aより上側に位置しているが、これは意図的にそのようにしているものであり、これにより、コンタクトホールH4を形成する際にサイドウォール絶縁膜21がコンタクトホールH4内に露出し、その結果として後述する層間絶縁膜23とともにサイドウォール絶縁膜21がエッチングされてしまうことが防止されている。この点については、後ほど半導体装置1の製造方法を説明する際に、再度より詳しく説明する。   The partial liner insulating film 22ac is a portion connected to the lower end of the partial liner insulating film 22ab. The upper surface of the partial liner insulating film 22ac is formed by lowering the upper surface of the partial liner insulating film 22aa by etching when forming the contact hole H4, and is inclined with respect to the side surface of the mask film 20 like the partial liner insulating film 22aa. doing. The upper end of the partial liner insulating film 22ac is located above the upper end 21a of the side wall insulating film 21, but this is intentionally so that when the contact hole H4 is formed, The sidewall insulating film 21 is exposed in the contact hole H4, and as a result, the sidewall insulating film 21 is prevented from being etched together with the interlayer insulating film 23 described later. This point will be described in more detail again later when the method for manufacturing the semiconductor device 1 is described.

部分ライナー絶縁膜22adは、部分ライナー絶縁膜22acの下端に接続する部分であり、サイドウォール絶縁膜21を介してマスク膜20を覆っている。ライナー絶縁膜22が形成される際、マスク膜20の側面にサイドウォール絶縁膜21が存在していることから、ライナー絶縁膜22の表面にはサイドウォール絶縁膜21の上端21aに対応する傾斜面が形成される。部分ライナー絶縁膜22adは、この傾斜面がコンタクトホールH4を形成する際のエッチングで削られることによって形成されたものである。したがって、部分ライナー絶縁膜22adの膜厚Y22adは成膜時の10nmより小さくなり、具体的には10−Y21に等しい値となる。Y21は上述したように5nmであるから、Y22adも5nmとなる。また、部分ライナー絶縁膜22adの部分におけるビット線構造体BLS(図2に示す部分BLSb)のy方向の幅Y2は、YBL+2・Y21+2・Y22ad=46nmとなる。 The partial liner insulating film 22ad is a portion connected to the lower end of the partial liner insulating film 22ac, and covers the mask film 20 via the sidewall insulating film 21. When the liner insulating film 22 is formed, the sidewall insulating film 21 exists on the side surface of the mask film 20, so that the inclined surface corresponding to the upper end 21 a of the sidewall insulating film 21 is formed on the surface of the liner insulating film 22. Is formed. The partial liner insulating film 22ad is formed by cutting the inclined surface by etching when forming the contact hole H4. Therefore, the film thickness Y 22ad of the partial liner insulating film 22ad is smaller than 10 nm at the time of film formation, specifically, a value equal to 10−Y 21 . Since Y 21 is 5 nm as described above, Y 22ad is also 5 nm. Further, the width Y2 in the y direction of the bit line structure BLS (part BLSb shown in FIG. 2) in the portion of the partial liner insulating film 22ad is Y BL + 2 · Y 21 + 2 · Y 22ad = 46 nm.

部分ライナー絶縁膜22aeは、部分ライナー絶縁膜22adの下端に接続する部分である。部分ライナー絶縁膜22aeの上面は、上述した傾斜面(サイドウォール絶縁膜21に起因してライナー絶縁膜22の表面に生ずる傾斜面)がコンタクトホールH4を形成する際のエッチングによって下降したものである。   The partial liner insulating film 22ae is a portion connected to the lower end of the partial liner insulating film 22ad. The upper surface of the partial liner insulating film 22ae is the above-described inclined surface (the inclined surface generated on the surface of the liner insulating film 22 due to the sidewall insulating film 21) is lowered by etching when the contact hole H4 is formed. .

部分ライナー絶縁膜22afは、部分ライナー絶縁膜22aeの下端に接続する部分であり、サイドウォール絶縁膜21を介してマスク膜20を覆っている。部分ライナー絶縁膜22afは、コンタクトホールH4を形成する際のエッチングによって削られずに残存したライナー絶縁膜22であり、その膜厚Y22afは10nmとなっている。したがって、ビット線BL付近におけるビット線構造体BLS(図2に示す部分BLSa)のy方向の幅Y1は、YBL+2・Y21+2・Y22af=56nmとなる。これは、ビット線構造体BLSのy方向の幅の最大値であることから、y方向に隣接するビット線構造体BLS間のスペースのy方向の幅Yは、PBL−Y1=24nmとなる。 The partial liner insulating film 22af is a portion connected to the lower end of the partial liner insulating film 22ae, and covers the mask film 20 via the sidewall insulating film 21. The partial liner insulating film 22af is the liner insulating film 22 remaining without being etched by the etching for forming the contact hole H4, and the film thickness Y 22af thereof is 10 nm. Therefore, the width Y1 in the y direction of the bit line structure BLS (part BLSa shown in FIG. 2) in the vicinity of the bit line BL is Y BL + 2 · Y 21 + 2 · Y 22af = 56 nm. Since this is the maximum value of the width in the y direction of the bit line structure BLS, the width Y S in the y direction of the space between the bit line structures BLS adjacent in the y direction is P BL −Y1 = 24 nm. Become.

さて、以上のような形状を有するサイドウォール絶縁膜21及びライナー絶縁膜22は、2つの役割を担っている。ひとつは、コンタクトホールH4を形成する際に、ビット線BLがコンタクトホールH4内に露出してしまうことを防止する役割である。仮にライナー絶縁膜22がシリコン酸化膜で形成されているとすると、シリコン酸化膜である層間絶縁膜23にコンタクトホールH4を形成するためのエッチングの際に、少し位置がずれただけで、ビット線BLがコンタクトホールH4内に露出してしまう。これに対して半導体装置1では、ライナー絶縁膜22をシリコン窒化膜によって構成していることから、コンタクトホールH4を形成するためのエッチングにシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比が小さいエッチングを用いることで、仮にコンタクトホールH4の位置がビット線BLに近づく方向にずれたとしても、ビット線BLがライナー絶縁膜22によって覆われた状態を維持できる。したがって、コンタクトホールH4を形成する際に、コンタクトホールH4内へのビット線BLの露出が防止されることになる。   Now, the sidewall insulating film 21 and the liner insulating film 22 having the above-described shape have two roles. One is to prevent the bit line BL from being exposed in the contact hole H4 when the contact hole H4 is formed. Assuming that the liner insulating film 22 is formed of a silicon oxide film, the bit line is shifted slightly during the etching for forming the contact hole H4 in the interlayer insulating film 23, which is a silicon oxide film. BL is exposed in the contact hole H4. On the other hand, in the semiconductor device 1, since the liner insulating film 22 is composed of a silicon nitride film, an etching with a small selection ratio of the silicon nitride film to the silicon oxide film is used for the etching for forming the contact hole H4. Thus, even if the position of the contact hole H4 is shifted in the direction approaching the bit line BL, the state where the bit line BL is covered with the liner insulating film 22 can be maintained. Therefore, when the contact hole H4 is formed, exposure of the bit line BL into the contact hole H4 is prevented.

もうひとつは、コンタクトホールH4内に形成される容量コンタクトプラグCCと、ビット線BLとの間の寄生容量を小さくする役割である。サイドウォール絶縁膜21は、シリコン窒化膜(比誘電率:約7.5)より比誘電率の小さいシリコン酸化膜(比誘電率:約3.9)で形成されているので、半導体装置1では、サイドウォール絶縁膜21を用いない場合に比べ、容量コンタクトプラグCCとビット線BLとの間の寄生容量が小さくなっている。   The other is to reduce the parasitic capacitance between the capacitor contact plug CC formed in the contact hole H4 and the bit line BL. The sidewall insulating film 21 is formed of a silicon oxide film (relative dielectric constant: about 3.9) having a relative dielectric constant smaller than that of the silicon nitride film (relative dielectric constant: about 7.5). As compared with the case where the sidewall insulating film 21 is not used, the parasitic capacitance between the capacitor contact plug CC and the bit line BL is small.

なお、本実施の形態ではライナー絶縁膜22の構成材料としてシリコン窒化膜(SiN)を用いているが、ドライエッチング法におけるエッチング速度がシリコン酸化膜よりも遅いものであれば、シリコン窒化膜以外の材料によってライナー絶縁膜22を構成することも可能である。そのような材料としては、例えば、カーボン含有シリコン窒化膜(SiCN)や、シリコン窒化膜(SiN)の上にシリコン酸窒化膜(SiON)を積層してなる積層膜などが挙げられる。中でもカーボン含有シリコン窒化膜(SiCN)は、比誘電率が約4.8とシリコン窒化膜に比べて小さいため、カーボン含有シリコン窒化膜(SiCN)によってライナー絶縁膜22を構成することで、容量コンタクトプラグCCとビット線BLとの間の寄生容量をより低減することが可能になる。   In the present embodiment, a silicon nitride film (SiN) is used as a constituent material of the liner insulating film 22, but any material other than the silicon nitride film can be used as long as the etching rate in the dry etching method is slower than that of the silicon oxide film. It is also possible to configure the liner insulating film 22 with a material. Examples of such a material include a carbon-containing silicon nitride film (SiCN) and a laminated film formed by laminating a silicon oxynitride film (SiON) on a silicon nitride film (SiN). In particular, the carbon-containing silicon nitride film (SiCN) has a relative dielectric constant of about 4.8, which is smaller than that of the silicon nitride film. It is possible to further reduce the parasitic capacitance between the plug CC and the bit line BL.

また、サイドウォール絶縁膜21としては、シリコン酸化膜(SiO)以外の低比誘電率の膜、例えばフッ素含有シリコン酸化膜(SiOF、比誘電率:約3.5)や炭素含有シリコン酸化膜(SiOC、比誘電率:3.0)などを用いることも可能である。 The sidewall insulating film 21 may be a film having a low relative dielectric constant other than a silicon oxide film (SiO 2 ), such as a fluorine-containing silicon oxide film (SiOF, relative dielectric constant: about 3.5) or a carbon-containing silicon oxide film. It is also possible to use (SiOC, relative dielectric constant: 3.0) or the like.

その他の構成についての説明を続ける。図1(b)(c)に示すように、層間絶縁膜12の上面に残存するライナー絶縁膜22cの上面には、シリコン酸化膜である層間絶縁膜23が形成される。層間絶縁膜23の上面は、ライナー絶縁膜22bの上面と同一の平面を構成している。   The description of other configurations will be continued. As shown in FIGS. 1B and 1C, an interlayer insulating film 23 that is a silicon oxide film is formed on the upper surface of the liner insulating film 22 c remaining on the upper surface of the interlayer insulating film 12. The upper surface of the interlayer insulating film 23 forms the same plane as the upper surface of the liner insulating film 22b.

層間絶縁膜23には、不純物拡散層8(不純物拡散層8,8)の上方に相当する位置に、コンタクトホールH4(コンタクトホールH4,H4)が形成される。コンタクトホールH4は層間絶縁膜23を貫通する貫通孔であり、底面に対応する不純物拡散層8が露出している。コンタクトホールH4の平面形状は、本実施の形態では、図1(a)に示すようにx方向の幅XH4及びy方向の幅YH4がともにF値(40nm)に等しい正方形である。ただし、コンタクトホールH4の平面形状として、円形、角丸四角形、楕円形、長方形などの他の形状を採用することも可能である。 In the interlayer insulating film 23, contact holes H4 (contact holes H4 A and H4 B ) are formed at positions corresponding to the upper portions of the impurity diffusion layers 8 (impurity diffusion layers 8 A and 8 B ). The contact hole H4 is a through hole penetrating the interlayer insulating film 23, and the impurity diffusion layer 8 corresponding to the bottom surface is exposed. The planar shape of the contact hole H4, in this embodiment, is square both equal to F value width X H4 and y direction width Y H4 in the x direction as shown in FIG. 1 (a) (40nm). However, as the planar shape of the contact hole H4, other shapes such as a circle, a rounded quadrangle, an ellipse, and a rectangle can be adopted.

コンタクトホールH4のy方向の位置は、隣接するビット線構造体BLS間のちょうど真ん中となるように決定される。しかし、上述したように、隣接するビット線構造体BLS間のスペースのy方向の幅Yは24nmであり、これはコンタクトホールH4のy方向の幅YH4(=40nm)より小さな値であることから、コンタクトホールH4を設けるために層間絶縁膜23をエッチングする際には、必然的に、ビット線構造体BLSの一部も削られることになる。その結果、上述したように、ライナー絶縁膜22が複雑な形状を呈することになる。 The position of the contact hole H4 in the y direction is determined so as to be exactly in the middle between the adjacent bit line structures BLS. However, as described above, the width Y S in the y direction of the space between the adjacent bit line structures BLS is 24 nm, which is smaller than the width Y H4 (= 40 nm) in the y direction of the contact hole H4. Therefore, when the interlayer insulating film 23 is etched to provide the contact hole H4, a part of the bit line structure BLS is inevitably removed. As a result, as described above, the liner insulating film 22 has a complicated shape.

コンタクトホールH4の内側面には、サイドウォール状に形成されたシリコン窒化膜であるサイドウォール絶縁膜30(第3の絶縁膜)が配置される。サイドウォール絶縁膜30のy方向の膜厚Y30は5nmである。サイドウォール絶縁膜30は、コンタクトホールH4の内側面全体を覆っている。なお、サイドウォール絶縁膜30とライナー絶縁膜22aとは、図1(a)のA−A線に対応する断面で見た場合、図2に示すように、ひとつのサイドウォール窒化膜60を構成する。 A sidewall insulating film 30 (third insulating film) that is a silicon nitride film formed in a sidewall shape is disposed on the inner side surface of the contact hole H4. Y direction of thickness Y 30 of the sidewall insulating film 30 is 5 nm. The sidewall insulating film 30 covers the entire inner surface of the contact hole H4. The sidewall insulating film 30 and the liner insulating film 22a constitute a single sidewall nitride film 60 as shown in FIG. 2 when viewed in a cross section corresponding to the line AA in FIG. To do.

コンタクトホールH4の内部(サイドウォール絶縁膜30の内側)には、容量コンタクトプラグCCが埋め込まれる。より具体的には、コンタクトホールH4(第1の貫通孔)には容量コンタクトプラグCC(第2の配線)が埋め込まれ、コンタクトホールH4(第2の貫通孔)には容量コンタクトプラグCC(第3の配線)が埋め込まれる。容量コンタクトプラグCCは、図1(c)に示すように、下部コンタクトプラグ31と上部コンタクトプラグ32の積層膜によって構成される導電体であり、上部コンタクトプラグ32の上面は、ライナー絶縁膜22bの上面と同一の平面を構成している。 Capacitor contact plug CC is embedded in contact hole H4 (inside sidewall insulating film 30). More specifically, a capacitive contact plug CC A (second wiring) is embedded in the contact hole H4 A (first through hole), and a capacitive contact plug is filled in the contact hole H4 B (second through hole). CC B (third wiring) is embedded. As shown in FIG. 1C, the capacitor contact plug CC is a conductor composed of a laminated film of a lower contact plug 31 and an upper contact plug 32. The upper surface of the upper contact plug 32 is formed of a liner insulating film 22b. It forms the same plane as the top surface.

容量コンタクトプラグCCの下面は対応する不純物拡散層8に接続され、上面は対応する記憶素子SNに接続される。同様に、容量コンタクトプラグCCの下面は対応する不純物拡散層8に接続され、上面は対応する記憶素子SNに接続される。これにより各容量コンタクトプラグCCは、対応する不純物拡散層8と、対応する記憶素子SNとを互いに接続する役割を果たす。 The lower surface of the capacitor contact plug CC A are connected to the corresponding impurity diffusion layers 8 A, the top surface is connected to the corresponding storage element SN A. Similarly, the lower surface of the capacitor contact plug CC B are connected to the corresponding impurity diffusion layer 8 for B, the upper surface is connected to the corresponding storage element SN B. As a result, each capacitor contact plug CC serves to connect the corresponding impurity diffusion layer 8 and the corresponding storage element SN to each other.

容量コンタクトプラグCCはまた、図2に示すように、ビット線構造体BLSの部分BLSaに対応する部分CCaと、ビット線構造体BLSの部分BLSbに対応する部分CCbと、ビット線構造体BLSの部分BLScに対応する部分CCcとを有して構成される。部分CCaのy方向の幅C1は、y方向に隣接するビット線構造体BLS間のスペースのy方向の幅Y(24nm)からサイドウォール絶縁膜30のy方向の膜厚Y30(5nm)の2倍を引いてなる値(14nm)となる。部分CCbのy方向の幅C2は、y方向に隣接するビット線構造体BLS間のスペースのy方向の幅Y(24nm)に等しい値(24nm)となる。部分CCcのy方向の幅C3は、コンタクトホールH4のy方向の幅YH4(40nm)からサイドウォール絶縁膜30のy方向の膜厚Y30(5nm)の2倍を引いてなる値(30nm)となる。 As shown in FIG. 2, the capacitor contact plug CC also includes a portion CCa corresponding to the portion BLSa of the bit line structure BLS, a portion CCb corresponding to the portion BLSb of the bit line structure BLS, and the bit line structure BLS. And a portion CCc corresponding to the portion BLSc. The width C1 in the y direction of the portion CCa is determined from the width Y S (24 nm) in the y direction of the space between the bit line structures BLS adjacent in the y direction to the film thickness Y 30 (5 nm) in the y direction of the sidewall insulating film 30. Is a value obtained by subtracting 2 times (14 nm). The width C2 in the y direction of the portion CCb has a value (24 nm) equal to the width Y S (24 nm) in the y direction of the space between the bit line structures BLS adjacent in the y direction. The width C3 in the y direction of the portion CCc is a value obtained by subtracting twice the thickness Y 30 (5 nm) in the y direction of the sidewall insulating film 30 from the width Y H4 (40 nm) in the y direction of the contact hole H4 ( 30 nm). )

層間絶縁膜23の上面には、下から順に、シリコン窒化膜であるストッパー膜40と、シリコン酸化膜である層間絶縁膜41とが配置される。これらストッパー膜40及び層間絶縁膜41には、容量コンタクトプラグCCごとに、円筒状の貫通孔であるシリンダーホールH5が設けられる。各シリンダーホールH5の内部には、シリンダーホールH5の内表面の全体を覆うように形成された有底筒状の導電膜である下部電極42が配置される。この下部電極42は、対応する記憶素子SNの一方の電極を構成しており、下面で対応する容量コンタクトプラグCCの上面に接続される。   On the upper surface of the interlayer insulating film 23, a stopper film 40, which is a silicon nitride film, and an interlayer insulating film 41, which is a silicon oxide film, are disposed in order from the bottom. The stopper film 40 and the interlayer insulating film 41 are provided with a cylinder hole H5 that is a cylindrical through hole for each capacitor contact plug CC. Inside each cylinder hole H5, a lower electrode 42, which is a bottomed cylindrical conductive film formed so as to cover the entire inner surface of the cylinder hole H5, is disposed. The lower electrode 42 constitutes one electrode of the corresponding storage element SN, and is connected to the upper surface of the corresponding capacitor contact plug CC on the lower surface.

記憶素子SNは、上記の下部電極42に加え、容量絶縁膜43と、各記憶素子SNに共通な上部電極44とを含んで構成される。上部電極44は、有底筒状の下部電極42の内側と下部電極42の上側とに配置され、容量絶縁膜43を挟んで各下部電極42と対向している。したがって、本実施の形態による記憶素子SNは、シリンダ状のキャパシタとなっている。なお、記憶素子SNとしては、クラウン型又はピラー型のキャパシタを用いてもよいし、相変化素子や抵抗変化素子などのキャパシタ以外の素子を用いてもよい。   In addition to the lower electrode 42 described above, the memory element SN includes a capacitive insulating film 43 and an upper electrode 44 common to the memory elements SN. The upper electrode 44 is disposed on the inner side of the bottomed cylindrical lower electrode 42 and on the upper side of the lower electrode 42, and faces each lower electrode 42 with the capacitive insulating film 43 interposed therebetween. Therefore, the memory element SN according to the present embodiment is a cylindrical capacitor. Note that as the storage element SN, a crown-type or pillar-type capacitor may be used, or an element other than a capacitor such as a phase change element or a resistance change element may be used.

上部電極44の上面にはシリコン酸化膜である層間絶縁膜45が形成され、層間絶縁膜45の上面には各種の金属配線47が形成される。上部電極44は、層間絶縁膜45を貫通するコンタクトプラグ46により、いずれかの金属配線47に接続される。金属配線47の上面には、シリコン酸化膜である保護膜48が形成される。保護膜48は、金属配線47を保護する役割を果たす。   An interlayer insulating film 45, which is a silicon oxide film, is formed on the upper surface of the upper electrode 44, and various metal wirings 47 are formed on the upper surface of the interlayer insulating film 45. The upper electrode 44 is connected to one of the metal wirings 47 by a contact plug 46 that penetrates the interlayer insulating film 45. A protective film 48 that is a silicon oxide film is formed on the upper surface of the metal wiring 47. The protective film 48 serves to protect the metal wiring 47.

以上説明したように、本実施の形態による半導体装置1によれば、相対的に大きな比誘電率を有するライナー絶縁膜22が容量コンタクトプラグCCを形成するためのエッチングからサイドウォール絶縁膜21を保護する役割を果たすので、ビット線BLと容量コンタクトプラグCCの間に、相対的に小さな比誘電率を有するサイドウォール絶縁膜21を介在させることができる。したがって、微細化が進展した半導体装置1において、横方向に延在するビット線BLと縦方向に延在する容量コンタクトプラグCCの間に生ずる寄生容量を小さくすることが可能になる。   As described above, according to the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the liner insulating film 22 having a relatively large relative dielectric constant protects the sidewall insulating film 21 from etching for forming the capacitive contact plug CC. Therefore, the sidewall insulating film 21 having a relatively small relative dielectric constant can be interposed between the bit line BL and the capacitor contact plug CC. Therefore, in the semiconductor device 1 that has been miniaturized, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated between the bit line BL extending in the horizontal direction and the capacitor contact plug CC extending in the vertical direction.

次に、本実施の形態による半導体装置1の製造方法について、図3〜図19を参照しながら説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

まず熱酸化法により、図3に示すように、P型のシリコン基板である半導体基板2の上面にシリコン酸化膜(SiO)からなる犠牲膜3を形成する。続いて、その上面に、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、シリコン窒化膜(Si)からなるマスク膜4を形成する。 First, as shown in FIG. 3, a sacrificial film 3 made of a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 2 which is a P-type silicon substrate by thermal oxidation. Subsequently, a mask film 4 made of a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is formed on the upper surface by thermal CVD (Chemical Vapor Deposition).

次に、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、犠牲膜3及びマスク膜4を活性領域Kのパターン(X方向に対して傾斜する方向に延在する島状のパターン)にパターニングする。このパターンの短辺は、F値に等しい40nmとする。そして、このパターンをマスクとするドライエッチング法により、活性領域Kを区画するための素子分離溝H1を半導体基板2に形成する。素子分離溝H1は、活性領域Kを取り囲む凹形状のパターンとなる。このとき、活性領域Kとなる半導体基板2の領域は、マスク膜4で覆われている。   Next, the sacrificial film 3 and the mask film 4 are patterned into a pattern of the active region K (an island pattern extending in a direction inclined with respect to the X direction) by using a photolithography method and a dry etching method. The short side of this pattern is 40 nm equal to the F value. Then, an element isolation trench H1 for partitioning the active region K is formed in the semiconductor substrate 2 by dry etching using this pattern as a mask. The element isolation trench H1 has a concave pattern surrounding the active region K. At this time, the region of the semiconductor substrate 2 that becomes the active region K is covered with the mask film 4.

次に、CVD法により素子分離溝H1を埋設する膜厚でシリコン酸化膜を形成し、図4に示すように、マスク膜4の上面が露出するまでCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理を行う。これにより、素子分離溝H1に素子分離用絶縁膜5が埋め込まれる。この後さらにウェットエッチング法により、図5に示すように、半導体基板2の上面より上方に形成されているマスク膜4、犠牲膜3、及び素子分離用絶縁膜5を除去する。そして、半導体基板2の表面にリンなどのN型不純物をイオン注入することにより、各活性領域Kの表面近傍にn型の不純物拡散層6を形成する。   Next, a silicon oxide film is formed with a film thickness for embedding the element isolation trench H1 by CVD, and CMP (Chemical Mechanical Polishing) processing is performed until the upper surface of the mask film 4 is exposed as shown in FIG. As a result, the element isolation insulating film 5 is embedded in the element isolation trench H1. Thereafter, as shown in FIG. 5, the mask film 4, the sacrificial film 3, and the element isolation insulating film 5 formed above the upper surface of the semiconductor substrate 2 are removed by wet etching. Then, an n-type impurity diffusion layer 6 is formed in the vicinity of the surface of each active region K by ion-implanting N-type impurities such as phosphorus into the surface of the semiconductor substrate 2.

次に、CVD法により、図6に示すように、半導体基板2の上面に例えば厚さ50nmのシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜12と、図示しない非晶質カーボン膜などのハードマスク膜とを順次形成する。そして、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法によって、ハードマスク膜および層間絶縁膜12をゲート電極溝H2のパターン(ゲートトレンチパターン)にパターニングする。ゲートトレンチパターンは、y方向に並置される複数の活性領域Kに跨る直線パターンとなる。また、1つの活性領域Kあたり2本のゲートトレンチパターンが平行に配置される。ゲートトレンチパターンの底面には、半導体基板2の表面と、素子分離用絶縁膜5の表面とがy方向に交互に露出する。   Next, as shown in FIG. 6, an interlayer insulating film 12 made of, for example, a 50 nm-thick silicon oxide film and a hard mask film such as an amorphous carbon film (not shown) are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 2 by CVD. Sequentially formed. Then, the hard mask film and the interlayer insulating film 12 are patterned into a pattern of the gate electrode trench H2 (gate trench pattern) by photolithography and dry etching. The gate trench pattern is a linear pattern straddling a plurality of active regions K juxtaposed in the y direction. In addition, two gate trench patterns are arranged in parallel per active region K. On the bottom surface of the gate trench pattern, the surface of the semiconductor substrate 2 and the surface of the element isolation insulating film 5 are alternately exposed in the y direction.

続いて、半導体基板2と素子分離用絶縁膜5とを等速でエッチングすることにより、半導体基板2にゲート電極溝H2を形成する。なお、半導体基板2と素子分離用絶縁膜5と別々にエッチングすることにより、半導体基板2にゲート電極溝H2を形成してもよい。ゲート電極溝H2の形成により、各活性領域Kが活性領域K1〜K3の3つに分割される。その後、図示しないハードマスク膜を選択的に除去する。   Subsequently, the gate electrode trench H2 is formed in the semiconductor substrate 2 by etching the semiconductor substrate 2 and the element isolation insulating film 5 at a constant speed. The gate electrode trench H2 may be formed in the semiconductor substrate 2 by etching the semiconductor substrate 2 and the element isolation insulating film 5 separately. By forming the gate electrode trench H2, each active region K is divided into three active regions K1 to K3. Thereafter, a hard mask film (not shown) is selectively removed.

次に、図7に示すように、ゲート電極溝H2の内面にゲート絶縁膜10を形成する。ゲート絶縁膜10としては、熱酸化法で形成したシリコン酸化膜などが好適に利用できる。その後、CVD法によって、窒化チタン(TiN)やタングステン(W)からなる導電膜を順次堆積し、ドライエッチング法によって、ゲート電極溝H2の底部だけに残留するように導電膜をエッチバックする。これにより、ゲート電極溝H2の下部を埋設するワード線WLが形成される。   Next, as shown in FIG. 7, the gate insulating film 10 is formed on the inner surface of the gate electrode trench H2. As the gate insulating film 10, a silicon oxide film formed by a thermal oxidation method can be preferably used. Thereafter, a conductive film made of titanium nitride (TiN) or tungsten (W) is sequentially deposited by a CVD method, and the conductive film is etched back by a dry etching method so as to remain only at the bottom of the gate electrode trench H2. As a result, the word line WL is formed so as to bury the lower portion of the gate electrode trench H2.

次に、CVD法によって全面にシリコン窒化膜を成膜することにより、ゲート電極溝H2の内部をシリコン窒化膜によって埋設する。そして、層間絶縁膜12の上面が露出するまでこのシリコン窒化膜をエッチバックすることにより、図8に示すように、ゲート電極溝H2の上部を、ワード線WLの上面を覆う埋込絶縁膜13によって埋設する。この工程の後、埋込絶縁膜13の上面と層間絶縁膜12の上面とは同一の平面を構成する。   Next, a silicon nitride film is formed on the entire surface by a CVD method, thereby burying the inside of the gate electrode trench H2 with the silicon nitride film. Then, by etching back the silicon nitride film until the upper surface of the interlayer insulating film 12 is exposed, as shown in FIG. 8, the buried insulating film 13 covering the upper surface of the gate electrode trench H2 and the upper surface of the word line WL. Buried by. After this step, the upper surface of the buried insulating film 13 and the upper surface of the interlayer insulating film 12 constitute the same plane.

次に、プラズマCVD法によって厚さ60nmの非晶質シリコン膜などを成膜することにより、全面にマスク膜50を形成する。そして、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて活性領域K2の上方におけるマスク膜50を除去することにより、マスク膜50をビット線コンタクトプラグBLCのパターンにパターニングした後、マスク膜50をマスクとするドライエッチング法により、マスク膜50の除去によって露出した層間絶縁膜12をエッチングする。これにより、図9に示すように、底面に不純物拡散層6が露出したホール状のビットコンタクト開口H3が形成される。その後、ビットコンタクト開口H3を通じて半導体基板2の表面にヒ素などのN型不純物を再度イオン注入することにより、ビットコンタクト開口H3の底面に露出した不純物拡散層6を不純物拡散層7とする。不純物拡散層7は、上述したように、セルトランジスタTr,Trに共通な一方の被制御電極(ソース又はドレイン)として機能する。 Next, a mask film 50 is formed on the entire surface by forming an amorphous silicon film having a thickness of 60 nm by plasma CVD. Then, by removing the mask film 50 above the active region K2 using photolithography and dry etching, the mask film 50 is patterned into the pattern of the bit line contact plug BLC, and then the mask film 50 is used as a mask. The interlayer insulating film 12 exposed by removing the mask film 50 is etched by a dry etching method. As a result, as shown in FIG. 9, a hole-shaped bit contact opening H3 with the impurity diffusion layer 6 exposed at the bottom is formed. Thereafter, N-type impurities such as arsenic are ion-implanted again into the surface of the semiconductor substrate 2 through the bit contact opening H3, whereby the impurity diffusion layer 6 exposed at the bottom surface of the bit contact opening H3 is used as the impurity diffusion layer 7. As described above, the impurity diffusion layer 7 functions as one controlled electrode (source or drain) common to the cell transistors Tr A and Tr B.

続いて、熱CVD法により、リンなどのN型の不純物を含有するシリコン膜からなる導電膜を堆積する。そして、層間絶縁膜12の上面および埋込絶縁膜13の上面が露出するまで、この導電膜とマスク膜50とを除去する。この工程の後、ビットコンタクト開口H3の内部には導電膜が残留し、図10に示すように、下面で不純物拡散層7に接続するビット線コンタクトプラグBLCを構成する。   Subsequently, a conductive film made of a silicon film containing N-type impurities such as phosphorus is deposited by thermal CVD. Then, the conductive film and the mask film 50 are removed until the upper surface of the interlayer insulating film 12 and the upper surface of the buried insulating film 13 are exposed. After this step, the conductive film remains in the bit contact opening H3, and as shown in FIG. 10, the bit line contact plug BLC connected to the impurity diffusion layer 7 on the lower surface is formed.

次に、チタン(Ti)膜、窒化チタン(TiN)膜、タングステンシリサイド(WSi)膜およびタングステン(W)膜を、スパッタ法もしくはCVD法により順次堆積することにより、積層導電膜を形成する。なお、シリコンからなるビット線コンタクトプラグBLCの上面に形成されたチタン膜は成膜と同時にチタンシリサイドに変換され、接触抵抗の低減に寄与する。積層導電膜の膜厚は30nmとする。積層導電膜を形成したら、さらにプラズマCVD法により、厚さ120nmのシリコン窒化膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてシリコン窒化膜及び積層導電膜を順次パターニングすることにより、図11に示すように、ビット線BLと、ビット線BLの上面を覆うマスク膜20とを形成する。ビット線BLの幅YBL及び配置ピッチPBLはそれぞれ、上述したように26nm、80nmとする。したがって、ビット線BL間のスペース幅YS1は54nmとなる。ビット線BLの下面は、x方向に並ぶ一連のビット線コンタクトプラグBLCの上面と接続している。 Next, a laminated conductive film is formed by sequentially depositing a titanium (Ti) film, a titanium nitride (TiN) film, a tungsten silicide (WSi 2 ) film, and a tungsten (W) film by a sputtering method or a CVD method. Note that the titanium film formed on the upper surface of the bit line contact plug BLC made of silicon is converted into titanium silicide simultaneously with the film formation, which contributes to a reduction in contact resistance. The film thickness of the laminated conductive film is 30 nm. After the laminated conductive film is formed, a silicon nitride film having a thickness of 120 nm is further formed by plasma CVD. Then, by sequentially patterning the silicon nitride film and the laminated conductive film using a photolithography method and a dry etching method, as shown in FIG. 11, the bit line BL and the mask film 20 covering the upper surface of the bit line BL are formed. Form. Each width Y BL and the arrangement pitch P BL of the bit line BL, 26 nm as described above, and 80 nm. Therefore, the space width Y S1 between the bit lines BL is 54 nm. The lower surface of the bit line BL is connected to the upper surface of a series of bit line contact plugs BLC arranged in the x direction.

次に、ALD法により、ビット線BLの側面を覆うように、厚さ5nmのシリコン酸化膜を全面に成膜する。そして、シリコン酸化膜のエッチバックを行うことにより、図12に示すように、y方向の最大厚みY21が5nmであるサイドウォール絶縁膜21をビット線BLの側面に形成する。このエッチバックにより、サイドウォール絶縁膜21の上面は、図12(b)(c)に示すように傾斜する。 Next, a 5 nm-thickness silicon oxide film is formed on the entire surface so as to cover the side surface of the bit line BL by ALD. By etching back the silicon oxide film, as shown in FIG. 12, to form the sidewall insulating film 21 up to a thickness Y 21 in the y direction is 5nm on the side surface of the bit line BL. By this etch back, the upper surface of the sidewall insulating film 21 is inclined as shown in FIGS.

上記エッチバックでは、図2を参照して上述したように、マスク膜20の上面からサイドウォール絶縁膜21の上端21aまでの距離Z1が後に成膜するライナー絶縁膜22の成膜時の膜厚(10nm)の2倍〜7倍、より好ましくは2倍〜4倍となるように、エッチバック量を制御する。その理由は、上述したとおりである。本実施の形態では、距離Z1が20nmとなるように、エッチバック量を制御している。その結果、層間絶縁膜12の上面からサイドウォール絶縁膜21の上端21aまでの距離Z21(図2参照)は130nmとなるので、ビット線BLのy方向の側面はサイドウォール絶縁膜21により完全に覆われた状態となる。 In the etch back, as described above with reference to FIG. 2, the distance Z1 from the upper surface of the mask film 20 to the upper end 21a of the sidewall insulating film 21 is the film thickness when the liner insulating film 22 is formed later. The etchback amount is controlled so as to be 2 to 7 times (10 nm), more preferably 2 to 4 times. The reason is as described above. In this embodiment, the etch back amount is controlled so that the distance Z1 is 20 nm. As a result, since the distance Z 21 (see FIG. 2) from the upper surface of the interlayer insulating film 12 to the upper end 21a of the sidewall insulating film 21 is 130 nm, the side surface in the y direction of the bit line BL is completely covered by the sidewall insulating film 21. It becomes a state covered with.

なお、サイドウォール絶縁膜21は、厚さ0.5〜1.0nm(サイドウォール絶縁膜21の厚みの10%〜20%)の範囲の膜厚を有するシリコン窒化膜の上にシリコン酸化膜を形成してなる積層膜としてもよい。こうすることで、ビット線BLの側面の酸化を防止することが可能になる。   The sidewall insulating film 21 is formed by forming a silicon oxide film on a silicon nitride film having a thickness in the range of 0.5 to 1.0 nm (10% to 20% of the thickness of the sidewall insulating film 21). It is good also as a laminated film formed. By doing so, it becomes possible to prevent the side surface of the bit line BL from being oxidized.

次に、ALD法により、図13に示すように、厚さY22が10nmのシリコン窒化膜からなるライナー絶縁膜22を全面に成膜する。これにより、隣接するビット線BL間のスペースの幅Y(ライナー絶縁膜22の表面間の距離)は、上述したように24nmとなる。この時点でライナー絶縁膜22には、図13に示すように、上述した部分ライナー絶縁膜22aa,22ae(図2を参照)に相当する傾斜部が形成される。 Next, as shown in FIG. 13, a liner insulating film 22 made of a silicon nitride film having a thickness Y 22 of 10 nm is formed on the entire surface by ALD. As a result, the width Y S of the space between adjacent bit lines BL (the distance between the surfaces of the liner insulating film 22) is 24 nm as described above. At this time, the liner insulating film 22 is formed with inclined portions corresponding to the above-described partial liner insulating films 22aa and 22ae (see FIG. 2), as shown in FIG.

次に、隣接するビット線BL間のスペースを充填するように、回転塗布法によりポリシラザン有機膜を形成する。そして、オゾン等の酸化性雰囲気で熱処理することにより、ポリシラザン有機膜をシリコン酸化膜に変換する。その後、CMP法によってライナー絶縁膜22の上面が露出するまでシリコン酸化膜の上面を平坦化することにより、図14に示すように、層間絶縁膜23を形成する。層間絶縁膜23の高さZ23は、150nmとなる。なお、ライナー絶縁膜22は、厚さ0.5〜2.0nm(ライナー絶縁膜22の厚みの5%〜20%)の範囲の膜厚を有するシリコン酸窒化膜(SiON)をシリコン窒化膜(SiN)上に形成してなる積層膜としてもよい。こうすることで、層間絶縁膜23の形成が容易になる。 Next, a polysilazane organic film is formed by a spin coating method so as to fill a space between adjacent bit lines BL. Then, the polysilazane organic film is converted into a silicon oxide film by heat treatment in an oxidizing atmosphere such as ozone. Thereafter, the upper surface of the silicon oxide film is planarized by CMP until the upper surface of the liner insulating film 22 is exposed, thereby forming an interlayer insulating film 23 as shown in FIG. Height Z 23 of the interlayer insulating film 23 becomes 150 nm. The liner insulating film 22 is a silicon oxynitride film (SiON) having a thickness in the range of 0.5 to 2.0 nm (5% to 20% of the thickness of the liner insulating film 22). It may be a laminated film formed on SiN). This facilitates formation of the interlayer insulating film 23.

次に、CVD法によって、図15に示すように、層間絶縁膜23の上面及びライナー絶縁膜22の上面を覆う厚さ20nmのシリコン窒化膜からなるマスク膜51を成膜する。そして、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法によって、マスク膜51に、容量コンタクトプラグCCの形成位置に対応する開口H4aを設ける。本実施の形態では、開口H4aの平面形状を、x方向の幅及びy方向の幅がともにF値(40nm)に等しい正方形とする。隣接するビット線BL間のスペースの幅Yが24nmであることから、開口H4aは、平面的に見てライナー絶縁膜22の一部と重なっている。また、各開口H4aは、平面的に見て、素子分離用絶縁膜5と、活性領域K1,K3のいずれか一方と重なる位置に形成される。 Next, as shown in FIG. 15, a mask film 51 made of a silicon nitride film having a thickness of 20 nm covering the upper surface of the interlayer insulating film 23 and the upper surface of the liner insulating film 22 is formed by CVD. Then, an opening H4a corresponding to the position where the capacitive contact plug CC is formed is provided in the mask film 51 by photolithography and dry etching. In the present embodiment, the planar shape of the opening H4a is a square in which the width in the x direction and the width in the y direction are both equal to the F value (40 nm). Since the space width Y S between the adjacent bit lines BL is 24 nm, the opening H4a overlaps a part of the liner insulating film 22 in plan view. Each opening H4a is formed at a position overlapping the element isolation insulating film 5 and one of the active regions K1 and K3 in plan view.

次に、異方性ドライエッチング法によって開口H4aの底面に露出する層間絶縁膜23を除去することにより、図16に示すように、開口H4bを形成する。開口H4bの底面には、層間絶縁膜12の上面に形成されたライナー絶縁膜22が露出する。また、開口H4bの側面には、ライナー絶縁膜22及び層間絶縁膜23が露出する。このエッチングは、開口H4bの側面にライナー絶縁膜22が露出している部分に関しては、いわゆるSAC(Self Alignment Contact)法によるエッチングとなる。また、このエッチングは、流量25sccmのヘキサフルオロ−1,3−ブタジエン(C)と流量25sccmの酸素(O)とを原料ガスとして用い、ソースパワーを1700W、バイアスパワーを3000W、ステージ温度を30℃、圧力を30mTorrとする条件で行うことが好ましい。この条件で行うエッチングにおけるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の選択比(=シリコン酸化膜のエッチング速度/シリコン窒化膜のエッチング速度)は、20となる。 Next, the interlayer insulating film 23 exposed on the bottom surface of the opening H4a is removed by anisotropic dry etching, thereby forming an opening H4b as shown in FIG. The liner insulating film 22 formed on the upper surface of the interlayer insulating film 12 is exposed at the bottom surface of the opening H4b. Further, the liner insulating film 22 and the interlayer insulating film 23 are exposed on the side surface of the opening H4b. This etching is performed by a so-called SAC (Self Alignment Contact) method for a portion where the liner insulating film 22 is exposed on the side surface of the opening H4b. In this etching, hexafluoro-1,3-butadiene (C 4 F 6 ) with a flow rate of 25 sccm and oxygen (O 2 ) with a flow rate of 25 sccm are used as source gases, the source power is 1700 W, the bias power is 3000 W, and the stage It is preferable that the temperature is 30 ° C. and the pressure is 30 mTorr. The selectivity between the silicon oxide film and the silicon nitride film in the etching performed under this condition (= silicon oxide film etching rate / silicon nitride film etching rate) is 20.

図15と図16を比較すると理解されるように、上記エッチングにより、シリコン酸化膜だけでなくシリコン窒化膜も、少しではあるがエッチングされる。具体的に説明すると、まずマスク膜51の膜厚は20nmから12.5nmまで、7.5nmだけ減少する。また、ライナー絶縁膜22に生じている傾斜部分(部分ライナー絶縁膜22aa,22ae)がそれぞれの上面からエッチングされ、その結果として、図16に示すように、部分ライナー絶縁膜22aaの一部が7.5nmだけ下降して部分ライナー絶縁膜22acを形成するとともに、部分ライナー絶縁膜22aeの位置が7.5nmだけ下降する。   As understood from comparison between FIG. 15 and FIG. 16, not only the silicon oxide film but also the silicon nitride film is etched to a small extent by the above etching. More specifically, first, the thickness of the mask film 51 is decreased by 7.5 nm from 20 nm to 12.5 nm. Further, the inclined portions (partial liner insulating films 22aa and 22ae) generated in the liner insulating film 22 are etched from the respective upper surfaces. As a result, as shown in FIG. 16, a part of the partial liner insulating film 22aa is 7%. The partial liner insulating film 22ac is lowered by .5 nm, and the position of the partial liner insulating film 22ae is lowered by 7.5 nm.

なお、下降後の部分ライナー絶縁膜22aeはサイドウォール絶縁膜21の上端より低い場所に位置することになるが、ライナー絶縁膜22の膜厚(10nm)がサイドウォール絶縁膜21の膜厚(5nm)より大きいので、上記エッチングによってサイドウォール絶縁膜21が開口H4b内に露出することはない。   The lowered partial liner insulating film 22ae is located at a position lower than the upper end of the sidewall insulating film 21, but the liner insulating film 22 has a film thickness (10 nm) of the sidewall insulating film 21 (5 nm). Therefore, the side wall insulating film 21 is not exposed in the opening H4b by the etching.

次に、異方性ドライエッチング法によって開口H4bの底面に露出するライナー絶縁膜22を除去することにより、図17に示すように、開口H4cを形成する。開口H4cのy方向の側面はライナー絶縁膜22によって構成され、x方向の側面は層間絶縁膜23によって構成される。また、開口H4cの底面は、層間絶縁膜12と、開口H4cの位置によっては埋込絶縁膜13とで構成される。このエッチングは、流量80sccmのトリフルオロメタン(CHF)と流量20sccmの酸素(O)と流量150sccmのアルゴン(Ar)とを原料ガスとして用い、ソースパワーを1700W、バイアスパワーを3000W、ステージ温度を30℃、圧力を30mTorrとする条件で行うことが好ましい。 Next, the liner insulating film 22 exposed on the bottom surface of the opening H4b is removed by anisotropic dry etching, thereby forming the opening H4c as shown in FIG. The side surface in the y direction of the opening H4c is configured by the liner insulating film 22, and the side surface in the x direction is configured by the interlayer insulating film 23. The bottom surface of the opening H4c is composed of the interlayer insulating film 12 and the buried insulating film 13 depending on the position of the opening H4c. This etching uses trifluoromethane (CHF 3 ) with a flow rate of 80 sccm, oxygen (O 2 ) with a flow rate of 20 sccm, and argon (Ar) with a flow rate of 150 sccm as source gases, a source power of 1700 W, a bias power of 3000 W, and a stage temperature. It is preferable to carry out under the conditions of 30 ° C. and a pressure of 30 mTorr.

上記エッチングは、10nm厚のシリコン窒化膜からなるライナー絶縁膜22を除去するために行うものである。したがって、マスク膜51の膜厚は12.5nmから2.5nmまで、10nm減少する。また、部分ライナー絶縁膜22ac,22aeそれぞれの位置が10nmずつ下降する。このエッチングによっても、ライナー絶縁膜22の膜厚(10nm)がサイドウォール絶縁膜21の膜厚(5nm)より大きいことから、サイドウォール絶縁膜21が開口H4c内に露出することはない。   The etching is performed to remove the liner insulating film 22 made of a silicon nitride film having a thickness of 10 nm. Therefore, the film thickness of the mask film 51 is reduced by 10 nm from 12.5 nm to 2.5 nm. Further, the positions of the partial liner insulating films 22ac and 22ae are lowered by 10 nm. Even by this etching, the thickness (10 nm) of the liner insulating film 22 is larger than the thickness (5 nm) of the sidewall insulating film 21, so that the sidewall insulating film 21 is not exposed in the opening H4c.

次に、異方性ドライエッチング法によって開口H4cの底面に露出する層間絶縁膜12を除去することにより、図18に示すように、コンタクトホールH4を完成させる。ここでは、シリコン窒化膜からなるライナー絶縁膜22をマスクとするSAC法によってシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜12をエッチングすることにより、開口H4cを層間絶縁膜12内に延長している。コンタクトホールH4の側面は、ライナー絶縁膜22及び層間絶縁膜12,23と、コンタクトホールH4の位置によっては埋込絶縁膜13とで構成される。また、コンタクトホールH4の底面には、不純物拡散層6と素子分離用絶縁膜5とが露出する。このエッチングは、開口H4aの底面に露出する層間絶縁膜23を除去したときと同じ条件の下で行うことが好適である。その場合、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の選択比は、上述したように20となる。   Next, the interlayer insulating film 12 exposed on the bottom surface of the opening H4c is removed by anisotropic dry etching, thereby completing the contact hole H4 as shown in FIG. Here, the opening H4c is extended into the interlayer insulating film 12 by etching the interlayer insulating film 12 made of a silicon oxide film by the SAC method using the liner insulating film 22 made of a silicon nitride film as a mask. The side surface of the contact hole H4 is composed of the liner insulating film 22, the interlayer insulating films 12 and 23, and the buried insulating film 13 depending on the position of the contact hole H4. Further, the impurity diffusion layer 6 and the element isolation insulating film 5 are exposed on the bottom surface of the contact hole H4. This etching is preferably performed under the same conditions as when the interlayer insulating film 23 exposed on the bottom surface of the opening H4a is removed. In this case, the selection ratio between the silicon oxide film and the silicon nitride film is 20 as described above.

上記の条件で膜厚50nmのシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜12を除去すると、2.5nm分のシリコン窒化膜がエッチングされる。したがって、残厚2.5nmのマスク膜51は完全に除去されるので、コンタクトホールH4の形成領域以外の領域では、図18(a)に示すように、ライナー絶縁膜22と層間絶縁膜23とが露出する。また、部分ライナー絶縁膜22ac,22aeそれぞれの位置がさらに2.5nmずつ下降する。このエッチングによっても、ライナー絶縁膜22の膜厚(10nm)がサイドウォール絶縁膜21の膜厚(5nm)より大きいことから、サイドウォール絶縁膜21がコンタクトホールH4内に露出することはない。   When the interlayer insulating film 12 made of a silicon oxide film having a thickness of 50 nm is removed under the above conditions, the silicon nitride film for 2.5 nm is etched. Therefore, since the mask film 51 having the remaining thickness of 2.5 nm is completely removed, in the region other than the region where the contact hole H4 is formed, as illustrated in FIG. Is exposed. Further, the positions of the partial liner insulating films 22ac and 22ae are further lowered by 2.5 nm. This etching also prevents the sidewall insulating film 21 from being exposed in the contact hole H4 because the film thickness (10 nm) of the liner insulating film 22 is larger than the film thickness (5 nm) of the sidewall insulating film 21.

ここで、もし仮にサイドウォール絶縁膜21の上端がより高い位置にあるとすると、上記のようにエッチングを進めた結果、サイドウォール絶縁膜21がコンタクトホールH4内に露出してしまうおそれがある。以下、図20を参照しながら詳しく説明する。   Here, if the upper end of the sidewall insulating film 21 is at a higher position, the sidewall insulating film 21 may be exposed in the contact hole H4 as a result of etching as described above. Hereinafter, this will be described in detail with reference to FIG.

図20に示した例では、図20(a)に示すように、サイドウォール絶縁膜21の上端21aがマスク膜20の上面と同じ高さに位置している。したがって、マスク膜20の上面からサイドウォール絶縁膜21の上端21aまでの距離Z1は0nmである。また、部分ライナー絶縁膜22aeに相当する傾斜部は形成されない。   In the example shown in FIG. 20, the upper end 21 a of the sidewall insulating film 21 is positioned at the same height as the upper surface of the mask film 20 as shown in FIG. Therefore, the distance Z1 from the upper surface of the mask film 20 to the upper end 21a of the sidewall insulating film 21 is 0 nm. Further, the inclined portion corresponding to the partial liner insulating film 22ae is not formed.

この場合において、上記と同様のエッチングを進めることにより開口H4a,H4b,H4c及びコンタクトホールH4を順次形成していくと、図20(c)(d)の領域Xに示すように、サイドウォール絶縁膜21の表面に形成されたライナー絶縁膜22の一部が極めて薄い状態となる。したがって、ほんの少し開口H4aの位置がずれただけで開口内にサイドウォール絶縁膜21が露出してしまう。コンタクトホールH4の形成ではシリコン酸化膜に対する選択比の大きいエッチングを用いるので、露出したサイドウォール絶縁膜21が大きく削られてしまい、半導体装置1の品質を保つことが困難になる。具体的には、サイドウォール絶縁膜21が削られることによって生ずる凹部に容量コンタクトプラグCCの構成材料が入り込むことにより、ビット線BLと容量コンタクトプラグCC、或いは、x方向に隣接する容量コンタクトプラグCC同士がショートするという事態が発生するおそれが高まる。本実施の形態では、図12に示したように、サイドウォール絶縁膜21の上端21aをマスク膜20の上面からある程度離している(具体的には、距離Z1を20nmとしている)ので、エッチング中にライナー絶縁膜22の一部が極めて薄い状態となってしまうことが回避される。したがって、上記のようなショートの発生が回避されるので、半導体装置1の品質を保つことが可能となっている。   In this case, when the openings H4a, H4b, H4c and the contact hole H4 are sequentially formed by proceeding the etching similar to the above, as shown in the region X of FIGS. A part of the liner insulating film 22 formed on the surface of the film 21 becomes extremely thin. Therefore, the sidewall insulating film 21 is exposed in the opening only by slightly shifting the position of the opening H4a. Since the contact hole H4 is formed by etching with a high selectivity with respect to the silicon oxide film, the exposed sidewall insulating film 21 is greatly shaved, making it difficult to maintain the quality of the semiconductor device 1. Specifically, when the constituent material of the capacitor contact plug CC enters a recess formed by the side wall insulating film 21 being scraped, the bit line BL and the capacitor contact plug CC, or the capacitor contact plug CC adjacent in the x direction. There is an increased risk of occurrence of a short circuit between each other. In the present embodiment, as shown in FIG. 12, the upper end 21a of the sidewall insulating film 21 is separated from the upper surface of the mask film 20 to some extent (specifically, the distance Z1 is set to 20 nm). In addition, a part of the liner insulating film 22 is prevented from being extremely thin. Therefore, the occurrence of the short circuit as described above is avoided, so that the quality of the semiconductor device 1 can be maintained.

半導体装置1の製造方法の説明に戻る。コンタクトホールH4を形成したら、熱CVD法により膜厚5nmのシリコン窒化膜を成膜し、さらにエッチバックを行うことで、図19に示すように、コンタクトホールH4の内側面を覆うように、y方向の膜厚Y30が5nmであるサイドウォール絶縁膜30を形成する。続いて、熱CVD法により、コンタクトホールH4の内側にリンを含有したシリコン膜を堆積させる。そして、このシリコン膜をエッチバックすることにより、コンタクトホールH4の底部だけに、このシリコン膜からなる下部コンタクトプラグ31を残存させる。この工程で、コンタクトホールH4の底面に露出している不純物拡散層6内にリンが拡散し、上面で下部コンタクトプラグ31の下面と接触する不純物拡散層8(不純物拡散層8,8)が形成される。不純物拡散層8,8は、上述したように、セルトランジスタTr,Trそれぞれの他方の被制御電極(ソース又はドレイン)として機能する。 Returning to the description of the manufacturing method of the semiconductor device 1. After the contact hole H4 is formed, a silicon nitride film having a film thickness of 5 nm is formed by thermal CVD and further etched back, so that the inner surface of the contact hole H4 is covered as shown in FIG. direction of thickness Y 30 to form a side wall insulating film 30 is 5 nm. Subsequently, a silicon film containing phosphorus is deposited inside the contact hole H4 by a thermal CVD method. Then, by etching back the silicon film, the lower contact plug 31 made of the silicon film is left only at the bottom of the contact hole H4. In this step, phosphorus diffuses into the impurity diffusion layer 6 exposed at the bottom surface of the contact hole H4, and the impurity diffusion layer 8 (impurity diffusion layers 8 A and 8 B ) that contacts the lower surface of the lower contact plug 31 on the upper surface. Is formed. As described above, the impurity diffusion layers 8 A and 8 B function as the other controlled electrode (source or drain) of each of the cell transistors Tr A and Tr B.

続いて、スパッタ法により下部コンタクトプラグ31の上面にコバルトシリサイド(CoSi)からなる介在層(図示せず)を形成した後、CVD法によりコンタクトホールH4内を充填する膜厚でタングステン膜を成膜し、CMP法により層間絶縁膜23及びライナー絶縁膜22の上面が露出するまで平坦化を行うことにより、コンタクトホールH4内に上部コンタクトプラグ32を埋め込む。これにより、下部コンタクトプラグ31と上部コンタクトプラグ32の積層膜によって構成される容量コンタクトプラグCCが形成される。この後、図1に示したように、記憶素子SN及び金属配線47を形成し、さらに保護膜48を形成することにより、半導体装置1が完成する。   Subsequently, an intervening layer (not shown) made of cobalt silicide (CoSi) is formed on the upper surface of the lower contact plug 31 by sputtering, and then a tungsten film is formed to fill the contact hole H4 by CVD. Then, the upper contact plug 32 is embedded in the contact hole H4 by performing planarization until the upper surfaces of the interlayer insulating film 23 and the liner insulating film 22 are exposed by CMP. As a result, the capacitor contact plug CC constituted by the laminated film of the lower contact plug 31 and the upper contact plug 32 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 1, the memory element SN and the metal wiring 47 are formed, and the protective film 48 is further formed, whereby the semiconductor device 1 is completed.

以上説明したように、本実施の形態による半導体装置1の製造方法によれば、ビット線BLと容量コンタクトプラグCCの間に、相対的に小さな比誘電率を有するサイドウォール絶縁膜21を介在させることが可能になる。したがって、上述したように、微細化が進展した半導体装置1において、横方向に延在するビット線BLと縦方向に延在する容量コンタクトプラグCCの間に生ずる寄生容量を小さくすることが可能になる。   As described above, according to the method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the sidewall insulating film 21 having a relatively small relative dielectric constant is interposed between the bit line BL and the capacitor contact plug CC. It becomes possible. Therefore, as described above, in the semiconductor device 1 that has been miniaturized, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated between the bit line BL extending in the horizontal direction and the capacitor contact plug CC extending in the vertical direction. Become.

ここで、寄生容量の低下について、具体的な数値を挙げて説明する。   Here, a decrease in parasitic capacitance will be described with specific numerical values.

半導体装置1では、図2に示すように、隣接するビット線BLと容量コンタクトプラグCCの間は、膜厚Y21(=5nm)のサイドウォール絶縁膜21と、膜厚Y22af(=10nm)のライナー絶縁膜22と、膜厚Y30(=5nm)のサイドウォール絶縁膜30とによって絶縁される。したがって、シリコン酸化膜の比誘電率εsioを3.9、シリコン窒化膜の比誘電率εsinを7.0、真空誘電率をεとすると、隣接するビット線BLと容量コンタクトプラグCCの間の単位面積当りにおける寄生容量Cb1は、次の式(1)に示すように0.29εと算出される。
Cb1=1/(1/(εsin×ε/(Y30+Y22af))+1/(εsio×ε/Y21))=1/(1/(7.0×ε/(5+10))+1/(3.9×ε/5))≒0.29ε ・・・(1)
In the semiconductor device 1, as shown in FIG. 2, a sidewall insulating film 21 having a film thickness Y 21 (= 5 nm) and a film thickness Y 22af (= 10 nm) are provided between the adjacent bit line BL and the capacitor contact plug CC. The liner insulating film 22 and the sidewall insulating film 30 with a film thickness Y 30 (= 5 nm) are insulated. Therefore, if the relative dielectric constant ε sio of the silicon oxide film is 3.9, the relative dielectric constant ε sin of the silicon nitride film is 7.0, and the vacuum dielectric constant is ε 0 , the adjacent bit line BL and the capacitor contact plug CC parasitic capacitance Cb1 in per unit area between is calculated as 0.29Ipushiron 0 as shown in the following equation (1).
Cb1 = 1 / (1 / ( ε sin × ε 0 / (Y 30 + Y 22af)) + 1 / (ε sio × ε 0 / Y 21)) = 1 / (1 / (7.0 × ε 0 / (5 + 10 )) + 1 / (3.9 × ε 0 /5))≈0.29ε 0 (1)

これに対し、もし仮に、サイドウォール絶縁膜30の部分がシリコン窒化膜であったとすると、隣接するビット線BLと容量コンタクトプラグCCの間の単位面積当りにおける寄生容量Cb2は、次の式(2)に示すように0.35εと算出される。
Cb2=1/(1/(εsin×ε/(Y30+Y22af+Y21))=7.0×ε/(5+10+5)=0.35ε ・・・(2)
On the other hand, if the sidewall insulating film 30 is a silicon nitride film, the parasitic capacitance Cb2 per unit area between the adjacent bit line BL and the capacitive contact plug CC is expressed by the following equation (2). It is calculated as 0.35Ipushiron 0 as shown in).
Cb2 = 1 / (1 / ( ε sin × ε 0 / (Y 30 + Y 22af + Y 21)) = 7.0 × ε 0 /(5+10+5)=0.35ε 0 ··· (2)

以上の算出結果から明らかなように、寄生容量Cb1は寄生容量Cb2に比べて17%小さな値となっている。したがって、本実施の形態による半導体装置1によれば、隣接するビット線BLと容量コンタクトプラグCCの間の寄生容量を17%低減することが可能になっていると言える。   As is apparent from the above calculation results, the parasitic capacitance Cb1 is 17% smaller than the parasitic capacitance Cb2. Therefore, according to the semiconductor device 1 according to the present embodiment, it can be said that the parasitic capacitance between the adjacent bit line BL and the capacitive contact plug CC can be reduced by 17%.

なお、寄生容量の具体的な低減量は、サイドウォール絶縁膜30の膜厚Y30、ライナー絶縁膜22の膜厚Y22af、及びサイドウォール絶縁膜21の膜厚Y21によって変動する。いずれにしても、本実施の形態による半導体装置1では、サイドウォール絶縁膜30をシリコン窒化膜より比誘電率が小さいシリコン酸化膜で構成しているので、すべてシリコン窒化膜で構成する従来技術に比べ、寄生容量を低減させることができる。 The specific reduction amount of the parasitic capacitance varies depending on the film thickness Y 30 of the sidewall insulating film 30, the film thickness Y 22af of the liner insulating film 22, and the film thickness Y 21 of the sidewall insulating film 21. In any case, in the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the sidewall insulating film 30 is composed of a silicon oxide film having a relative dielectric constant smaller than that of the silicon nitride film. In comparison, parasitic capacitance can be reduced.

次に、本発明の第2の実施の形態による半導体装置1について、図21を参照しながら説明する。本実施の形態による半導体装置1は、サイドウォール絶縁膜30に代え、シリコン窒化膜であるサイドウォール絶縁膜35と、シリコン酸化膜であるサイドウォール絶縁膜36との積層膜を用いる点で第1の実施の形態による半導体装置1と異なり、その他の点では、第1の実施の形態による半導体装置1と同様である。したがって、第1の実施の形態による半導体装置1と同一の構成には同一の符号を付し、以下では、第1の実施の形態による半導体装置1との相違点に着目して説明する。   Next, a semiconductor device 1 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The semiconductor device 1 according to the present embodiment is the first in that a stacked film of a sidewall insulating film 35 that is a silicon nitride film and a sidewall insulating film 36 that is a silicon oxide film is used instead of the sidewall insulating film 30. Unlike the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the other points are the same as those of the semiconductor device 1 according to the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are given to the same components as those of the semiconductor device 1 according to the first embodiment, and the following description will be made focusing on differences from the semiconductor device 1 according to the first embodiment.

本実施の形態では、コンタクトホールH4を設けた後、まず熱CVD法により膜厚3nmのシリコン窒化膜を成膜し、さらにエッチバックを行うことで、コンタクトホールH4の内側面を覆うように、y方向の膜厚が3nmであるサイドウォール絶縁膜35を形成する。続いて、膜厚2nmのシリコン酸化膜を成膜し、さらにエッチバックを行うことで、サイドウォール絶縁膜35の表面を覆うように、y方向の膜厚が2nmであるサイドウォール絶縁膜36を形成する。サイドウォール絶縁膜35,36の合計厚さは、第1の実施の形態におけるサイドウォール絶縁膜30と同じ5nmとなる。   In this embodiment, after providing the contact hole H4, a silicon nitride film having a thickness of 3 nm is first formed by a thermal CVD method, and further etched back to cover the inner surface of the contact hole H4. A sidewall insulating film 35 having a thickness in the y direction of 3 nm is formed. Subsequently, a sidewall oxide film 36 having a thickness of 2 nm in the y direction is formed so as to cover the surface of the sidewall insulation film 35 by forming a silicon oxide film having a thickness of 2 nm and further performing etch back. Form. The total thickness of the sidewall insulating films 35 and 36 is 5 nm, which is the same as that of the sidewall insulating film 30 in the first embodiment.

本実施の形態による半導体装置1によれば、サイドウォール絶縁膜36を設けた分、第1の実施の形態による半導体装置1よりもさらに、ビット線BLと容量コンタクトプラグCCの間の寄生容量を低減することが可能になる。   According to the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the parasitic capacitance between the bit line BL and the capacitive contact plug CC is further increased by providing the sidewall insulating film 36 than in the semiconductor device 1 according to the first embodiment. It becomes possible to reduce.

なお、本実施の形態ではサイドウォール絶縁膜36をシリコン酸化膜(SiO)としたが、サイドウォール絶縁膜21と同様、シリコン酸化膜以外の低比誘電率の膜、例えばフッ素含有シリコン酸化膜(SiOF、比誘電率:約3.5)や炭素含有シリコン酸化膜(SiOC、比誘電率:3.0)などによりサイドウォール絶縁膜36を構成することも可能である。 In the present embodiment, the sidewall insulating film 36 is a silicon oxide film (SiO 2 ). However, like the sidewall insulating film 21, a film having a low relative dielectric constant other than the silicon oxide film, for example, a fluorine-containing silicon oxide film The sidewall insulating film 36 can also be constituted by (SiOF, relative dielectric constant: about 3.5), a carbon-containing silicon oxide film (SiOC, relative dielectric constant: 3.0), or the like.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

1 半導体装置
2 半導体基板
3 犠牲膜
4 マスク膜
5 素子分離用絶縁膜
6〜8 不純物拡散層
10 ゲート絶縁膜
12,23,41,45,60 層間絶縁膜
13 埋込絶縁膜
20 マスク膜
21,30,35,36 サイドウォール絶縁膜
21a サイドウォール絶縁膜21の上端
22,22a〜22c ライナー絶縁膜
22aa〜22af 部分ライナー絶縁膜
31 下部コンタクトプラグ
32 上部コンタクトプラグ
40 ストッパー膜
42 下部電極
43 容量絶縁膜
44 上部電極
46 コンタクトプラグ
47 金属配線
48 保護膜
50,51 マスク膜
BL ビット線
BLC ビット線コンタクトプラグ
BLS ビット線構造体
BLSa〜BLSc ビット線構造体BLSの部分
CC 容量コンタクトプラグ
CCa〜CCc 容量コンタクトプラグCCの部分
H1 素子分離溝
H2 ゲート電極溝
H3 ビットコンタクト開口
H4 コンタクトホール
H4a〜H4c 開口
H5 シリンダーホール
K,K1〜K3 活性領域
SN 記憶素子
Tr セルトランジスタ
WL ワード線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Semiconductor substrate 3 Sacrificial film 4 Mask film 5 Element isolation insulating films 6-8 Impurity diffusion layer 10 Gate insulating films 12, 23, 41, 45, 60 Interlayer insulating film 13 Buried insulating film 20 Mask film 21, 30, 35, 36 Side wall insulating film 21a Upper ends 22, 22a to 22c of side wall insulating film 21 Liner insulating films 22aa to 22af Partial liner insulating film 31 Lower contact plug 32 Upper contact plug 40 Stopper film 42 Lower electrode 43 Capacitive insulating film 44 Upper electrode 46 Contact plug 47 Metal wiring 48 Protective film 50, 51 Mask film BL Bit line BLC Bit line contact plug BLS Bit line structure BLSa to BLSc Partial CC capacitor bit plug CCa to CCc Capacity contact plug of bit line structure BLS CC part H1 Element isolation trench H2 Gate electrode trench H3 Bit contact opening H4 Contact hole H4a to H4c Opening H5 Cylinder hole K, K1 to K3 Active region SN Memory element Tr Cell transistor WL Word line

Claims (20)

第1の平面に沿って延在するように形成される第1の配線と、
前記第1の平面と交差する方向に延在するように形成される第2の配線と、
前記第1の配線と前記第2の配線とを隔てるように配置される絶縁膜とを備え、
前記絶縁膜は、
相対的に小さな比誘電率を有し、かつ前記第1の配線の側面を覆う第1の絶縁膜と、
相対的に大きな比誘電率を有し、かつ前記第1の絶縁膜を介して前記第1の配線の側面を覆う第2の絶縁膜とを含む
ことを特徴とする半導体装置。
A first wiring formed to extend along the first plane;
A second wiring formed to extend in a direction intersecting the first plane;
An insulating film disposed so as to separate the first wiring and the second wiring;
The insulating film is
A first insulating film having a relatively small relative dielectric constant and covering a side surface of the first wiring;
And a second insulating film having a relatively large relative dielectric constant and covering a side surface of the first wiring with the first insulating film interposed therebetween.
前記第1の絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
前記第2の絶縁膜はシリコン窒化膜である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The first insulating film is a silicon oxide film;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second insulating film is a silicon nitride film.
前記第1の配線を覆う層間絶縁膜をさらに備え、
前記第2の配線は、前記層間絶縁膜を貫通する貫通孔内に形成される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
An interlayer insulating film covering the first wiring;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second wiring is formed in a through hole that penetrates the interlayer insulating film.
前記貫通孔の内側面を覆う第3の絶縁膜をさらに備える
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3, further comprising a third insulating film that covers an inner surface of the through hole.
前記第3の絶縁膜はシリコン窒化膜である
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4, wherein the third insulating film is a silicon nitride film.
前記第3の絶縁膜を介して前記貫通孔の内側面を覆う第4の絶縁膜をさらに備える
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4, further comprising a fourth insulating film that covers an inner surface of the through-hole through the third insulating film.
前記第4の絶縁膜はシリコン酸化膜である
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6, wherein the fourth insulating film is a silicon oxide film.
互いに平行に形成される複数の前記第1の配線を備え、
前記第2の配線は、隣接する2本の前記第1の配線の間を通過するように形成される
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体装置。
A plurality of the first wirings formed in parallel to each other;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second wiring is formed so as to pass between two adjacent first wirings.
前記第1の平面は、半導体基板の主面と平行な平面であり、
前記半導体装置は、
それぞれ前記主面に埋め込まれた第1及び第2の不純物拡散層を有するセルトランジスタと、
前記複数の第1の配線の上方に形成される記憶素子とをさらに備え、
前記複数の第1の配線はそれぞれビット線であり、
前記複数の第1の配線のうちのひとつは下面で前記第1の不純物拡散層と接触し、
前記第2の配線は、前記第2の不純物拡散層と前記記憶素子とを接続するコンタクトプラグである
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
The first plane is a plane parallel to the main surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor device includes:
A cell transistor having first and second impurity diffusion layers embedded in the main surface,
A storage element formed above the plurality of first wirings;
Each of the plurality of first wirings is a bit line;
One of the plurality of first wirings is in contact with the first impurity diffusion layer on a lower surface,
The semiconductor device according to claim 8, wherein the second wiring is a contact plug that connects the second impurity diffusion layer and the memory element.
それぞれ半導体基板の主面と平行な第1の平面に沿って延在し、かつ互いに平行に形成される複数の第1の配線と、
前記複数の第1の配線それぞれの上面を覆うマスク膜と、
前記第1の平面と交差する方向に延在し、かつ隣接する2本の前記第1の配線の間を通過するように形成される第2の配線と、
前記第1の配線と前記第2の配線とを隔てるように配置される絶縁膜とを備え、
前記絶縁膜は、
相対的に小さな比誘電率を有し、かつ前記第1の配線の側面を覆う第1の絶縁膜と、
相対的に大きな比誘電率を有し、かつ前記第1の絶縁膜を介して前記第1の配線の側面を覆う第2の絶縁膜とを含み、
前記第1の絶縁膜は、上端が前記マスク膜の上面より低い場所に位置するよう形成される
ことを特徴とする半導体装置。
A plurality of first wirings each extending along a first plane parallel to the main surface of the semiconductor substrate and formed in parallel with each other;
A mask film covering an upper surface of each of the plurality of first wirings;
A second wiring that extends in a direction intersecting with the first plane and is formed so as to pass between two adjacent first wirings;
An insulating film disposed so as to separate the first wiring and the second wiring;
The insulating film is
A first insulating film having a relatively small relative dielectric constant and covering a side surface of the first wiring;
A second insulating film having a relatively large relative dielectric constant and covering a side surface of the first wiring via the first insulating film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is formed such that an upper end thereof is located at a position lower than an upper surface of the mask film.
前記第1の絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
前記第2の絶縁膜はシリコン窒化膜である
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
The first insulating film is a silicon oxide film;
The semiconductor device according to claim 10, wherein the second insulating film is a silicon nitride film.
それぞれ前記主面に埋め込まれた第1及び第2の不純物拡散層を有するセルトランジスタと、
前記複数の第1の配線の上方に形成される記憶素子とをさらに備え、
前記複数の第1の配線はそれぞれビット線であり、
前記複数の第1の配線のうちのひとつは下面で前記第1の不純物拡散層と接触し、
前記第2の配線は、前記不純物拡散層と前記記憶素子とを接続するコンタクトプラグである
ことを特徴とする請求項10又は11に記載の半導体装置。
A cell transistor having first and second impurity diffusion layers embedded in the main surface,
A storage element formed above the plurality of first wirings;
Each of the plurality of first wirings is a bit line;
One of the plurality of first wirings is in contact with the first impurity diffusion layer on a lower surface,
The semiconductor device according to claim 10, wherein the second wiring is a contact plug that connects the impurity diffusion layer and the memory element.
半導体基板の主面に埋め込まれることにより、該主面と平行な第1の方向に並ぶ複数の活性領域を該主面に区画する素子分離用絶縁膜と、
前記複数の活性領域のそれぞれを前記主面に平行かつ前記第1の方向と直交する第2の方向の一端側から順に第1乃至第3の活性領域に区分するように、それぞれ前記第1の方向に延在する2本の第4の配線と、
前記複数の活性領域のそれぞれに対応して前記第1の方向に延在し、かつ下面で対応する前記第2の活性領域と電気的に接続する複数の第1の配線と、
前記複数の活性領域のそれぞれに対応して隣接する2本の前記第1の配線の間を前記第1及び第2の方向と直交する第3の方向に延在し、かつ底面で対応する前記第1の活性領域と電気的に接続する複数の第2の配線と、
前記複数の活性領域のそれぞれに対応して隣接する2本の前記第1の配線の間を前記第3の方向に延在し、かつ下面で対応する前記第3の活性領域と電気的に接続する複数の第3の配線と、
前記複数の第1の配線と前記複数の第2及び第3の配線とを隔てるように配置される絶縁膜とを備え、
前記絶縁膜は、
相対的に小さな比誘電率を有し、かつ前記複数の第1の配線それぞれの側面を覆う第1の絶縁膜と、
相対的に大きな比誘電率を有し、かつ前記第1の絶縁膜を介して前記複数の第1の配線それぞれの側面を覆う第2の絶縁膜とを含む
ことを特徴とする半導体装置。
An isolation insulating film for element isolation that divides a plurality of active regions arranged in a first direction parallel to the main surface into the main surface by being embedded in the main surface of the semiconductor substrate;
Each of the plurality of active regions is divided into first to third active regions in order from one end side in a second direction parallel to the main surface and perpendicular to the first direction, respectively. Two fourth wires extending in the direction;
A plurality of first wirings extending in the first direction corresponding to each of the plurality of active regions and electrically connected to the second active region corresponding to the lower surface;
Extending between the two adjacent first wirings corresponding to each of the plurality of active regions in a third direction orthogonal to the first and second directions, and corresponding at the bottom surface A plurality of second wirings electrically connected to the first active region;
The two first wirings adjacent to each other corresponding to each of the plurality of active regions extend in the third direction and are electrically connected to the corresponding third active region on the lower surface. A plurality of third wirings,
An insulating film disposed to separate the plurality of first wirings from the plurality of second and third wirings;
The insulating film is
A first insulating film having a relatively low dielectric constant and covering a side surface of each of the plurality of first wirings;
And a second insulating film having a relatively large relative dielectric constant and covering a side surface of each of the plurality of first wirings via the first insulating film.
前記第1の絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
前記第2の絶縁膜はシリコン窒化膜である
ことを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。
The first insulating film is a silicon oxide film;
The semiconductor device according to claim 13, wherein the second insulating film is a silicon nitride film.
前記複数の活性領域それぞれの前記第1乃至第3の活性領域には不純物拡散層が形成されており、
前記複数の活性領域のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記第1の活性領域に形成された前記不純物拡散層を一方の被制御電極とし、対応する前記第2の活性領域に形成された前記不純物拡散層を他方の被制御電極とし、対応する前記第1の活性領域と対応する前記第2の活性領域の間に位置する前記第4の配線を制御電極とする複数の第1のセルトランジスタと、
前記複数の活性領域のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記第3の活性領域に形成された前記不純物拡散層を一方の被制御電極とし、対応する前記第2の活性領域に形成された前記不純物拡散層を他方の被制御電極とし、対応する前記第3の活性領域と対応する前記第2の活性領域の間に位置する前記第4の配線を制御電極とする複数の第2のセルトランジスタと、
前記複数の活性領域のそれぞれに対応して設けられ、下面で対応する前記第2の配線に接続される第1の記憶素子と、
前記複数の活性領域のそれぞれに対応して設けられ、下面で対応する前記第3の配線に接続される第2の記憶素子と
をさらに備えることを特徴とする請求項13又は14に記載の半導体装置。
An impurity diffusion layer is formed in the first to third active regions of each of the plurality of active regions,
The impurity diffusion layer provided corresponding to each of the plurality of active regions and formed in the corresponding first active region is used as one controlled electrode, and is formed in the corresponding second active region. A plurality of first cells having the impurity diffusion layer as the other controlled electrode and the fourth wiring located between the corresponding first active region and the corresponding second active region as the control electrode A transistor,
The impurity diffusion layer provided corresponding to each of the plurality of active regions and formed in the corresponding third active region is used as one controlled electrode, and is formed in the corresponding second active region. A plurality of second cells having the impurity diffusion layer as the other controlled electrode and the fourth wiring located between the corresponding third active region and the corresponding second active region as the control electrode A transistor,
A first storage element provided corresponding to each of the plurality of active regions and connected to the second wiring corresponding to the lower surface;
The semiconductor device according to claim 13, further comprising: a second storage element provided corresponding to each of the plurality of active regions and connected to the third wiring corresponding to the lower surface. apparatus.
上面がマスク膜で覆われた第1の配線を形成する工程と、
相対的に小さな比誘電率を有する第1の絶縁膜を成膜してエッチバックすることにより、前記マスク膜の側面の一部及び前記第1の配線の側面を前記第1の絶縁膜で覆う工程と、
前記第1の絶縁膜を形成した後、相対的に大きな比誘電率を有する第2の絶縁膜を成膜してエッチバックすることにより、前記第1の絶縁膜の露出面を前記第2の絶縁膜で覆う工程と、
前記第1の配線並びに前記第1及び第2の絶縁膜を含んでなる配線構造体の間の領域を埋める膜厚で層間絶縁膜を形成し、該配線構造体の上面が露出するまで該層間絶縁膜の上面を平坦化する工程と、
前記層間絶縁膜に第1の貫通孔を設ける工程と、
前記第1の貫通孔内に導電膜を埋め込むことにより、前記第1及び第2の絶縁膜によって前記第1の配線と隔てられた第2の配線を形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first wiring whose upper surface is covered with a mask film;
A first insulating film having a relatively small relative dielectric constant is formed and etched back to cover a part of the side surface of the mask film and the side surface of the first wiring with the first insulating film. Process,
After forming the first insulating film, a second insulating film having a relatively large relative dielectric constant is formed and etched back, thereby exposing the exposed surface of the first insulating film to the second insulating film. A step of covering with an insulating film;
An interlayer insulating film is formed with a thickness that fills a region between the first wiring and the wiring structure including the first and second insulating films, and the interlayer is formed until the upper surface of the wiring structure is exposed. Flattening the upper surface of the insulating film;
Providing a first through hole in the interlayer insulating film;
Forming a second wiring separated from the first wiring by the first and second insulating films by embedding a conductive film in the first through-hole. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1の絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
前記第2の絶縁膜はシリコン窒化膜である
ことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
The first insulating film is a silicon oxide film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the second insulating film is a silicon nitride film.
半導体基板の主面に素子分離用絶縁膜を埋め込むことにより、該主面に活性領域を区画する工程と、
前記主面に互いに平行な2本の第4の配線を埋め込むことにより、前記活性領域を第1乃至第3の活性領域に区分する工程と、
前記主面に不純物を注入することにより、前記第1乃至第3の活性領域それぞれに不純物拡散層を形成する工程とをさらに備え、
前記第1の配線は、下面で前記第2の活性領域に形成された前記不純物拡散層と電気的に接続するように形成され、
前記第1の貫通孔は、底面に前記第1の活性領域が露出するように形成され、それによって前記第2の配線は、下面で前記第1の活性領域に形成された前記不純物拡散層と電気的に接続する
ことを特徴とする請求項16又は17に記載の半導体装置の製造方法。
Burying an element isolation insulating film in the main surface of the semiconductor substrate to partition an active region in the main surface;
Dividing the active region into first to third active regions by embedding two fourth wires parallel to each other in the main surface;
Forming an impurity diffusion layer in each of the first to third active regions by implanting impurities into the main surface,
The first wiring is formed so as to be electrically connected to the impurity diffusion layer formed in the second active region on a lower surface,
The first through hole is formed so that the first active region is exposed on a bottom surface, whereby the second wiring is formed on the bottom surface with the impurity diffusion layer formed in the first active region. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the semiconductor device is electrically connected.
前記層間絶縁膜に第2の貫通孔を設ける工程と、
前記第2の貫通孔内に導電膜を埋め込むことにより、前記第1及び第2の絶縁膜によって前記第1の配線と隔てられた第3の配線を形成する工程とをさらに備え、
前記第2の貫通孔は、底面に前記第3の活性領域が露出するように形成され、それによって前記第3の配線は、下面で前記第3の活性領域に形成された前記不純物拡散層と電気的に接続する
ことを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
Providing a second through hole in the interlayer insulating film;
Forming a third wiring separated from the first wiring by the first and second insulating films by embedding a conductive film in the second through-hole,
The second through hole is formed so that the third active region is exposed on a bottom surface, whereby the third wiring is formed on the lower surface with the impurity diffusion layer formed in the third active region. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 18, wherein the semiconductor device is electrically connected.
前記第1の配線を形成する工程では、互いに平行になるよう複数の前記第1の配線を形成し、
前記第1の貫通孔は、隣接する2本の前記第1の配線の間を通過するように形成される
ことを特徴とする請求項16乃至19のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
In the step of forming the first wiring, a plurality of the first wirings are formed so as to be parallel to each other,
20. The semiconductor device manufacturing method according to claim 16, wherein the first through hole is formed so as to pass between two adjacent first wirings. Method.
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