[go: up one dir, main page]

JP2005191534A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2005191534A
JP2005191534A JP2004291367A JP2004291367A JP2005191534A JP 2005191534 A JP2005191534 A JP 2005191534A JP 2004291367 A JP2004291367 A JP 2004291367A JP 2004291367 A JP2004291367 A JP 2004291367A JP 2005191534 A JP2005191534 A JP 2005191534A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
film
lower electrode
semiconductor device
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004291367A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Ichimura
秀雄 市村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2004291367A priority Critical patent/JP2005191534A/en
Publication of JP2005191534A publication Critical patent/JP2005191534A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

【課題】 断面凹状の下部電極を有するキャパシタにおいて、所望のキャパシタ容量を安定して得ることができるようにする。
【解決手段】 半導体装置は、凹部10を有する層間絶縁膜9と、該層間絶縁膜9の上に形成され、凹部10を露出する開口部15aを有する保護絶縁膜15と、凹部10の底面及び側面上に形成された断面凹状の下部電極11と、該下部電極11の上に形成された容量絶縁膜12と、該容量絶縁膜12の上に形成された上部電極13とを備えている。層間絶縁膜9の凹部10の開口径は保護絶縁膜15の開口部15aの開口径よりも大きく、且つ保護絶縁膜15の開口部15a側の端部は、層間絶縁膜9の凹部10の側面から内側に突き出す庇状に形成されている。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To stably obtain a desired capacitor capacity in a capacitor having a lower electrode having a concave cross section.
A semiconductor device includes an interlayer insulating film having a recess, a protective insulating film having an opening formed on the interlayer insulating film and exposing the recess, a bottom surface of the recess, and A lower electrode 11 having a concave cross section formed on a side surface, a capacitor insulating film 12 formed on the lower electrode 11, and an upper electrode 13 formed on the capacitor insulating film 12 are provided. The opening diameter of the recess 10 of the interlayer insulating film 9 is larger than the opening diameter of the opening 15 a of the protective insulating film 15, and the end of the protective insulating film 15 on the opening 15 a side is the side surface of the recess 10 of the interlayer insulating film 9. It is formed in a bowl shape protruding inward.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特にメモリセルキャパシタがトランジスタの上方に積層されてなるスタックトキャパシタ(stacked capacitor)構造を有するダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)装置等の半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor device such as a dynamic random access memory (DRAM) device having a stacked capacitor structure in which memory cell capacitors are stacked above a transistor, and the manufacturing thereof. Regarding the method.

近年、DRAM装置において、単位占有面積当たりのメモリセルの記憶容量を大きくすることによりメモリセルの占有面積を小さくし、DRAMのチップサイズの縮小化を図り、記憶容量の増大に対応する試みが行なわれている。   In recent years, in DRAM devices, attempts have been made to increase the storage capacity by increasing the storage capacity of the memory cell per unit occupied area, thereby reducing the occupied area of the memory cell and reducing the chip size of the DRAM. It is.

従来のDRAM装置におけるスタックトキャパシタ構造として、MISトランジスタ上に形成された層間絶縁膜に溝部を設け、その溝部に断面凹状の下部電極を形成するキャパシタ電極構造が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。   As a stacked capacitor structure in a conventional DRAM device, a capacitor electrode structure has been proposed in which a groove is provided in an interlayer insulating film formed on a MIS transistor, and a lower electrode having a concave cross section is formed in the groove (for example, Patent Documents). 1).

図5は従来のスタックトキャパシタ構造を有する半導体装置の断面構成を示している。図5に示すように、従来の半導体装置は、半導体基板101の主面におけるシャロートレンチ分離102によって区画された活性領域にそれぞれ形成されたスイッチトランジスタである複数のMISトランジスタ100と、該MISトランジスタ100の上方に第1の層間絶縁膜107を介在させて形成されたキャパシタ122とを有している。   FIG. 5 shows a cross-sectional structure of a conventional semiconductor device having a stacked capacitor structure. As shown in FIG. 5, the conventional semiconductor device includes a plurality of MIS transistors 100 that are switch transistors respectively formed in active regions partitioned by a shallow trench isolation 102 on the main surface of a semiconductor substrate 101, and the MIS transistors 100. And a capacitor 122 formed with a first interlayer insulating film 107 interposed therebetween.

各MISトランジスタ100は、半導体基板101の活性領域の上に形成されたゲート絶縁膜103、その上のゲート電極104、該ゲート電極104の側面に形成された絶縁性サイドウォール105並びに活性領域の上部に形成されたソース領域106A及びドレイン領域106Bとにより構成されている。   Each MIS transistor 100 includes a gate insulating film 103 formed on an active region of a semiconductor substrate 101, a gate electrode 104 thereon, an insulating sidewall 105 formed on a side surface of the gate electrode 104, and an upper portion of the active region. The source region 106A and the drain region 106B are formed.

キャパシタ122は、各MISトランジスタ100を覆う第1の層間絶縁膜107の上に成膜された第2の層間絶縁膜109の溝部110に順次積層されて形成されており、断面凹状の下部電極111、容量絶縁膜112及び上部電極113により構成されている。下部電極111は、第1の層間絶縁膜107に形成された第1のプラグ108AによりMISトランジスタ100のソース領域106Aと電気的に接続されている。   The capacitor 122 is formed by sequentially laminating the groove 110 of the second interlayer insulating film 109 formed on the first interlayer insulating film 107 covering each MIS transistor 100, and the lower electrode 111 having a concave cross section. The capacitor insulating film 112 and the upper electrode 113 are included. The lower electrode 111 is electrically connected to the source region 106A of the MIS transistor 100 by a first plug 108A formed in the first interlayer insulating film 107.

第2の層間絶縁膜109の上には、キャパシタ122を覆うように第3の層間絶縁膜114が形成され、該第3の層間絶縁膜114の上にはビット配線119が形成されている。ビット配線119は、第1の層間絶縁膜107に形成された第2のプラグ108Bと、第3の層間絶縁膜114及び第2の層間絶縁膜109に形成された第3のプラグ118とによって、MISトランジスタ100のドレイン領域106Bと電気的に接続されている。   A third interlayer insulating film 114 is formed on the second interlayer insulating film 109 so as to cover the capacitor 122, and a bit wiring 119 is formed on the third interlayer insulating film 114. The bit wiring 119 includes a second plug 108B formed in the first interlayer insulating film 107, and a third plug 118 formed in the third interlayer insulating film 114 and the second interlayer insulating film 109. The drain region 106B of the MIS transistor 100 is electrically connected.

次に、従来のスタックトキャパシタ構造を有する半導体装置の製造方法を図6(a)〜図6(d)に示す。ここではキャパシタ122の製造方法のみを示す。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device having a conventional stacked capacitor structure is shown in FIGS. Here, only a method for manufacturing the capacitor 122 is shown.

まず、図6(a)に示す工程において、半導体基板101の活性領域にMISトランジスタ(図示せず)のソース領域106Aをイオン注入により形成した後、MISトランジスタを覆う第1の層間絶縁膜107を形成する。続いて、第1の層間絶縁膜107にソース領域106Aを露出するコンタクトホールを形成し、形成したコンタクトホールに導電膜を埋め込んで第1のプラグ108Aを形成する。その後、第1のプラグ108A及び第1の層間絶縁膜107の上に第2の層間絶縁膜109を形成し、続いて、第2の層間絶縁膜109のキャパシタ形成領域に第1のプラグ108Aを露出する溝部110を形成する。   First, in the step shown in FIG. 6A, a source region 106A of a MIS transistor (not shown) is formed in the active region of the semiconductor substrate 101 by ion implantation, and then a first interlayer insulating film 107 covering the MIS transistor is formed. Form. Subsequently, a contact hole exposing the source region 106A is formed in the first interlayer insulating film 107, and a conductive film is buried in the formed contact hole to form a first plug 108A. Thereafter, a second interlayer insulating film 109 is formed on the first plug 108A and the first interlayer insulating film 107, and then the first plug 108A is formed in the capacitor formation region of the second interlayer insulating film 109. An exposed groove 110 is formed.

次に、図6(b)に示す工程において、溝部110を含む第2の層間絶縁膜109の上に不純物がドープされたポリシリコン膜111Aを形成する。その後、第2の層間絶縁膜109の上に溝部110を含む全面にわたってレジスト膜120を塗布した後、塗布したレジスト膜120に対して異方性ドライエッチングによるエッチバックを行なって、キャパシタ形成領域における溝部110の内部にのみレジスト膜120を残存させる。   Next, in the step shown in FIG. 6B, a polysilicon film 111A doped with impurities is formed on the second interlayer insulating film 109 including the trench 110. Thereafter, a resist film 120 is applied over the entire surface including the groove portion 110 on the second interlayer insulating film 109, and then the applied resist film 120 is etched back by anisotropic dry etching to form a capacitor region. The resist film 120 is left only inside the groove 110.

次に、図6(c)に示す工程において、レジスト膜120をマスクとして、ポリシリコン膜111Aの第2の層間絶縁膜109上部分を異方性ドライエッチングによって除去する。これにより、第2の層間絶縁膜109の溝部110の内側に断面凹状の下部電極111が形成される。   Next, in the step shown in FIG. 6C, using the resist film 120 as a mask, the portion of the polysilicon film 111A over the second interlayer insulating film 109 is removed by anisotropic dry etching. As a result, a lower electrode 111 having a concave cross section is formed inside the groove 110 of the second interlayer insulating film 109.

次に、図6(d)に示す工程において、レジスト膜120を除去した後、第2の層間絶縁膜109及び下部電極111の上に、容量用絶縁膜112及び上部電極用導電膜を形成する。その後、容量用絶縁膜及び上部電極用導電膜をパターニングして、容量絶縁膜112及び上部電極113を形成する。これにより、下部電極111と容量絶縁膜112と上部電極113とからなるキャパシタ122が形成される。   Next, in the step shown in FIG. 6D, after removing the resist film 120, a capacitor insulating film 112 and an upper electrode conductive film are formed on the second interlayer insulating film 109 and the lower electrode 111. . Thereafter, the capacitor insulating film and the upper electrode conductive film are patterned to form the capacitor insulating film 112 and the upper electrode 113. Thus, a capacitor 122 composed of the lower electrode 111, the capacitor insulating film 112, and the upper electrode 113 is formed.

このように、従来のキャパシタ122の製造方法によると、下部電極111が断面凹状を有しているため、側部における表面積が増大して単位占有面積当たりの記憶容量を増大することができる。
特開平10−79478号公報
Thus, according to the conventional method for manufacturing the capacitor 122, the lower electrode 111 has a concave cross section, so that the surface area at the side portion is increased and the storage capacity per unit occupied area can be increased.
JP-A-10-79478

しかしながら、前記従来のキャパシタすなわち半導体装置の製造方法には、下記のような問題がある。従来の製造方法は、図6(c)に示すように、レジスト膜120をマスクとして、ポリシリコン膜111Aの第2の層間絶縁膜109上に位置する部分を異方性ドライエッチングによって除去することにより、溝部110の内部に断面凹状の下部電極111を形成する。このとき、第2の層間絶縁膜109の上にポリシリコン膜111Aが残存しないようにオーバーエッチングを行なう必要がある。このオーバーエッチングによって、下部電極111の側部の上端が除去されて予期しないリセス123が形成される。これにより、断面凹状の下部電極111における上端部の高さが低くなり、下部電極111の表面積が縮小される結果、キャパシタ122の容量が減少する。例えば、ポリシリコン膜111Aの膜厚が50nmの場合にはリセス123の深さは150nm程度にもなる。また、下部電極111の表面積を増大すべく粗面化ポリシリコンを形成する場合には、該粗面化ポリシリコンは下部電極111を構成するドープドポリシリコンよりもエッチングされにくいため、下部電極111のリセス123がさらに深く形成される。その上、ポリシリコン膜111Aに対するオーバーエッチングによって生じるリセス123の深さは、半導体基板101の面内においては必ずしも一様ではなく、従って、半導体基板101上に形成される複数の下部電極111の表面積にもばらつきが生じる結果、所望のキャパシタ容量を安定して得ることができないという問題がある。   However, the conventional method for manufacturing a capacitor, that is, a semiconductor device has the following problems. In the conventional manufacturing method, as shown in FIG. 6C, the portion of the polysilicon film 111A located on the second interlayer insulating film 109 is removed by anisotropic dry etching using the resist film 120 as a mask. Thus, the lower electrode 111 having a concave cross section is formed inside the groove 110. At this time, it is necessary to perform over-etching so that the polysilicon film 111 A does not remain on the second interlayer insulating film 109. By this over-etching, the upper end of the side portion of the lower electrode 111 is removed, and an unexpected recess 123 is formed. As a result, the height of the upper end portion of the lower electrode 111 having a concave cross section is reduced, and the surface area of the lower electrode 111 is reduced. For example, when the thickness of the polysilicon film 111A is 50 nm, the depth of the recess 123 is about 150 nm. Further, when the roughened polysilicon is formed to increase the surface area of the lower electrode 111, the roughened polysilicon is less likely to be etched than the doped polysilicon constituting the lower electrode 111. The recess 123 is formed deeper. In addition, the depth of the recess 123 generated by overetching the polysilicon film 111A is not necessarily uniform in the plane of the semiconductor substrate 101. Therefore, the surface area of the plurality of lower electrodes 111 formed on the semiconductor substrate 101 is not limited. As a result, the desired capacitor capacity cannot be stably obtained.

本発明は、断面凹状の下部電極を有するキャパシタにおいて、所望のキャパシタ容量を安定して得ることができるようにすることを目的とする。   An object of the present invention is to make it possible to stably obtain a desired capacitor capacity in a capacitor having a lower electrode having a concave cross section.

前記の目的を達成するため本発明は、半導体装置を、断面凹状の下部電極を形成する絶縁膜の上に保護絶縁膜を形成し、形成した保護絶縁膜における絶縁膜の凹部の周囲に庇状に突き出す開口部を設ける構成とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device in which a protective insulating film is formed on an insulating film forming a lower electrode having a concave cross section, and a bowl-like shape is formed around the concave portion of the insulating film in the formed protective insulating film. It is set as the structure which provides the opening part which protrudes in this.

具体的に、本発明に係る半導体装置は、凹部を有する第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜の上に形成され、凹部を露出する開口部を有する第2の絶縁膜と、凹部の底面及び側面上に形成された断面凹状の下部電極と、下部電極の上に形成された容量絶縁膜と、容量絶縁膜の上に形成された上部電極とを備え、第1の絶縁膜の凹部の開口径は第2の絶縁膜の開口部の開口径よりも大きく且つ第2の絶縁膜の開口部側の端部は、第1の絶縁膜の凹部の側面から内側に突き出す庇状に形成されていることを特徴とする。   Specifically, a semiconductor device according to the present invention includes a first insulating film having a recess, a second insulating film formed on the first insulating film and having an opening exposing the recess, and the recess A concave portion of the first insulating film, comprising: a lower electrode having a concave section formed on the bottom surface and the side surface; a capacitor insulating film formed on the lower electrode; and an upper electrode formed on the capacitor insulating film. The opening diameter of the second insulating film is larger than the opening diameter of the opening portion of the second insulating film, and the end portion on the opening portion side of the second insulating film is formed in a bowl shape protruding inward from the side surface of the concave portion of the first insulating film. It is characterized by being.

本発明の半導体装置によると、第1の絶縁膜の凹部の開口径は保護絶縁膜である第2の絶縁膜の開口部の開口径よりも大きく且つ該第2の絶縁膜の開口部側の端部は第1の絶縁膜の凹部の側面から内側に突き出す庇状に形成されているため、凹部の底面及び側面上に形成された断面凹状の下部電極の側部は、第2の絶縁膜の庇状部分の下側に位置することになる。このため、下部電極を形成する際の下部電極形成膜のオーバーエッチングを受けても、断面凹状の下部電極の側部の上端部はエッチングされることがなくなるので、下部電極の表面積は所定の値となる。その上、下部電極の表面積は半導体基板上においてばらつきが生じなくなるので、所望のキャパシタ容量を安定して得ることができるようになる。   According to the semiconductor device of the present invention, the opening diameter of the concave portion of the first insulating film is larger than the opening diameter of the opening portion of the second insulating film, which is the protective insulating film, and on the opening side of the second insulating film. Since the end portion is formed in a bowl shape protruding inward from the side surface of the concave portion of the first insulating film, the side portion of the lower electrode having a concave cross section formed on the bottom surface and the side surface of the concave portion is the second insulating film. It will be located below the bowl-shaped part. Therefore, even if the lower electrode forming film is overetched when the lower electrode is formed, the upper end of the side of the lower electrode having a concave cross section is not etched, so the surface area of the lower electrode is a predetermined value. It becomes. In addition, since the surface area of the lower electrode does not vary on the semiconductor substrate, a desired capacitor capacity can be stably obtained.

本発明の半導体装置において、第2の絶縁膜における庇状部分の突き出し幅は、下部電極の膜厚と同等か又はそれよりも大きいことが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the protruding width of the hook-shaped portion in the second insulating film is equal to or larger than the film thickness of the lower electrode.

本発明の半導体装置において、第2の絶縁膜の膜厚は第1の絶縁膜の膜厚よりも小さいことが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, the thickness of the second insulating film is preferably smaller than the thickness of the first insulating film.

本発明の半導体装置において、第1の絶縁膜はBPSG膜であり、第2の絶縁膜は不純物を含まないシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることが好ましい。このようにすると、第2の絶縁膜の開口部の周囲に庇状部分を形成する際にウエットエッチングを用いると、不純物を含まないシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜のエッチングレートは、ボロン及びリンを添加されたBPSG膜のエッチングレートよりも小さい(遅い)ため、第2の絶縁膜に庇状部分を確実に形成することができる。   In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the first insulating film is a BPSG film and the second insulating film is a silicon oxide film or a silicon nitride film containing no impurities. In this way, when wet etching is used to form the ridge-shaped portion around the opening of the second insulating film, the etching rate of the silicon oxide film or silicon nitride film not containing impurities is set to be boron and phosphorus. Since the etching rate is lower (slower) than the etching rate of the added BPSG film, it is possible to reliably form the hook-shaped portion in the second insulating film.

本発明の半導体装置において、下部電極はドープドポリシリコン膜からなり、且つ、下部電極の表面には粗面化ポリシリコンが形成されていることが好ましい。このようにすると、下部電極の表面積が粗面化ポリシリコンにより増大するため、キャパシタの容量を増大することができる。   In the semiconductor device of the present invention, the lower electrode is preferably made of a doped polysilicon film, and roughened polysilicon is preferably formed on the surface of the lower electrode. In this case, since the surface area of the lower electrode is increased by the roughened polysilicon, the capacitance of the capacitor can be increased.

本発明の半導体装置において、粗面化ポリシリコンにおける第1の絶縁膜の凹部の側面上部分は、第2の絶縁膜の庇状部分の内側に位置することが好ましい。このようにすると、下部電極の表面に形成された粗面化ポリシリコンに対しても、オーバーエッチング時のリセスが生じなくなる。   In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the upper portion of the side surface of the concave portion of the first insulating film in the roughened polysilicon is located inside the flange-shaped portion of the second insulating film. In this way, the recess during over-etching does not occur even with the roughened polysilicon formed on the surface of the lower electrode.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に第1の絶縁膜を形成する工程(a)と、第1の絶縁膜の上に第2の絶縁膜を形成する工程(b)と、第2の絶縁膜に開口部を形成すると共に、第1の絶縁膜に開口部を通して凹部を形成する工程(c)と、工程(c)の後に、第2の絶縁膜をマスクとして開口部から露出する第1の絶縁膜の凹部に対してエッチングを行なって、凹部の開口径を第2の絶縁膜の開口部の開口径よりも大きくすることにより、第2の絶縁膜の開口部側の端部が第1の絶縁膜の凹部の側面から内側に突き出す庇状とする工程(d)と、工程(d)の後に、第2の絶縁膜の上に凹部の底面及び側面を含むように下部電極用導電膜を形成する工程(e)と、工程(e)の後に、下部電極用導電膜が形成された凹部にレジストを充填する工程(f)と、レジストをマスクとして、下部電極用導電膜における第2の絶縁膜上部分をエッチングすることにより、凹部に下部電極用導電膜からなる断面凹状の下部電極を形成する工程(g)と、下部電極上に容量絶縁膜を形成する工程(h)と、容量絶縁膜上に上部電極を形成する工程(i)とを備えていることを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step (a) of forming a first insulating film on a semiconductor substrate and a step (b) of forming a second insulating film on the first insulating film. And (c) forming an opening in the second insulating film and forming a recess through the opening in the first insulating film, and opening the second insulating film as a mask after the step (c). Etching is performed on the concave portion of the first insulating film exposed from the portion so that the opening diameter of the concave portion is larger than the opening diameter of the opening portion of the second insulating film, thereby opening the second insulating film. A step (d) in which a side end protrudes inward from the side surface of the concave portion of the first insulating film, and a bottom surface and a side surface of the concave portion are included on the second insulating film after the step (d). Step (e) for forming the conductive film for the lower electrode, and a recess formed with the conductive film for the lower electrode after the step (e). And filling the resist with a resist (f) and etching the upper part of the second electrode conductive film on the second electrode conductive film using the resist as a mask, thereby forming a recess-shaped lower electrode made of the lower electrode conductive film in the recess. A step (g) of forming, a step (h) of forming a capacitive insulating film on the lower electrode, and a step (i) of forming an upper electrode on the capacitive insulating film.

本発明の半導体装置の製造方法によると、第2の絶縁膜に開口部を形成すると共に第1の絶縁膜に開口部を通して凹部を形成した後、第2の絶縁膜をマスクとして開口部から露出する第1の絶縁膜の凹部に対してエッチングを行なって、凹部の開口径を第2の絶縁膜の開口部の開口径よりも大きくすることにより、第2の絶縁膜の開口部側の端部が第1の絶縁膜の凹部の側面から内側に突き出す庇状とする。このように、第1の絶縁膜の上に形成する第2の絶縁膜の開口部に庇状部分を形成するため、その後の工程(g)において、下部電極を形成する際の下部電極用導電膜に対するオーバーエッチング時にも、断面凹状の下部電極の側部の上端部はエッチングされることがなくなるので、下部電極の表面積は所定の値となる。その上、下部電極の表面積は半導体基板上においてばらつきが生じなくなるので、所望のキャパシタ容量を安定して得ることができるようになる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, an opening is formed in the second insulating film and a recess is formed through the opening in the first insulating film, and then exposed from the opening using the second insulating film as a mask. Etching the recess of the first insulating film to make the opening diameter of the recess larger than the opening diameter of the opening of the second insulating film, so that the end of the second insulating film on the opening side It is assumed that the portion protrudes inward from the side surface of the concave portion of the first insulating film. Thus, in order to form the hook-shaped portion in the opening of the second insulating film formed on the first insulating film, in the subsequent step (g), the conductive for the lower electrode when the lower electrode is formed. Even when overetching the film, the upper end of the side of the lower electrode having a concave cross section is not etched, so that the surface area of the lower electrode has a predetermined value. In addition, since the surface area of the lower electrode does not vary on the semiconductor substrate, a desired capacitor capacity can be stably obtained.

本発明の半導体装置の製造方法において、第2の絶縁膜のエッチングレートは、第1の絶縁膜のエッチングレートよりも小さい(遅い)ことが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the etching rate of the second insulating film is preferably smaller (slower) than the etching rate of the first insulating film.

本発明の半導体装置の製造方法において、工程(d)では、第2の絶縁膜の庇状部分の突き出し幅が、下部電極用導電膜の膜厚と同等か又はそれよりも大きくなるように形成することが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the step (d), the protruding width of the hook-like portion of the second insulating film is formed to be equal to or larger than the film thickness of the lower electrode conductive film. It is preferable to do.

本発明の半導体装置の製造方法において、第1の絶縁膜はBPSG膜であり、第2の絶縁膜は不純物を含まないシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable that the first insulating film is a BPSG film, and the second insulating film is a silicon oxide film or a silicon nitride film not containing impurities.

本発明の半導体装置の製造方法において、下部電極用導電膜はドープドポリシリコン膜であり、本発明の半導体装置の製造方法は、工程(e)の後で且つ工程(f)よりも前に、ドープドポリシリコン膜の表面に粗面化ポリシリコンを形成する工程をさらに備えていることが好ましい。   In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the lower electrode conductive film is a doped polysilicon film, and the semiconductor device manufacturing method of the present invention is performed after the step (e) and before the step (f). Preferably, the method further includes a step of forming roughened polysilicon on the surface of the doped polysilicon film.

本発明の半導体装置の製造方法において、工程(d)では、粗面化ポリシリコンにおける第1の絶縁膜の凹部の側面上部分が第2の絶縁膜の庇状部分の内側に位置するように、第1の絶縁膜の凹部を形成することが好ましい。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step (d), the upper side surface portion of the concave portion of the first insulating film in the roughened polysilicon is positioned inside the hook-shaped portion of the second insulating film. It is preferable to form a recess in the first insulating film.

本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、下部電極を形成する際の下部電極形成膜に対するオーバーエッチングにも、断面凹状の下部電極の側部の上端部はエッチングされることがなくなるため、下部電極の表面積は所定の値となる。その上、下部電極の表面積は半導体基板上においてばらつきが生じなくなるので、所望のキャパシタ容量を安定して得ることができるようになる。   According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the upper end portion of the side portion of the lower electrode having a concave cross section is not etched even in the over-etching of the lower electrode formation film when forming the lower electrode. The surface area of the lower electrode is a predetermined value. In addition, since the surface area of the lower electrode does not vary on the semiconductor substrate, a desired capacitor capacity can be stably obtained.

本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。図1に示すように、本実施形態に係る半導体装置は、半導体基板1の主面に選択的に形成されたシャロートレンチ分離2と、該シャロートレンチ分離2によって区画された活性領域にそれぞれ形成されたスイッチトランジスタである複数のMISトランジスタ20と、該MISトランジスタ20の上方に第1の層間絶縁膜7を介在させて形成されたキャパシタ30とを有している。   FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to this embodiment is formed in a shallow trench isolation 2 selectively formed on the main surface of a semiconductor substrate 1 and an active region partitioned by the shallow trench isolation 2. A plurality of MIS transistors 20 as switch transistors, and a capacitor 30 formed above the MIS transistor 20 with a first interlayer insulating film 7 interposed therebetween.

各MISトランジスタ20は、半導体基板1の活性領域上に形成されたゲート絶縁膜3、該ゲート絶縁膜3の上に形成されたゲート電極4、該ゲート電極4の両側面に形成された絶縁性サイドウォール5並びに活性領域の上部にイオン注入により形成された不純物拡散層よりなるソース領域6A及びドレイン領域6Bとにより構成されている。   Each MIS transistor 20 includes a gate insulating film 3 formed on the active region of the semiconductor substrate 1, a gate electrode 4 formed on the gate insulating film 3, and insulating properties formed on both side surfaces of the gate electrode 4. The sidewall 5 and the source region 6A and the drain region 6B made of an impurity diffusion layer formed by ion implantation above the active region are formed.

キャパシタ30は、各MISトランジスタ20を覆う第1の層間絶縁膜7の上に成膜された第2の層間絶縁膜9の凹部10の底面及び側面上に形成され、断面凹状例えば有底筒状の下部電極11と、該下部電極11の上に順次形成された容量絶縁膜12及び上部電極13とにより構成されている。下部電極11の内面上には、半球形状(hemispherical grain:HSG)粒からなる粗面化ポリシリコン16が形成され、下部電極11の表面積のさらなる増大を図っている。また、下部電極11は、第1の層間絶縁膜7に形成された第1のプラグ8AによりMISトランジスタ20のソース領域6Aと電気的に接続されている。   The capacitor 30 is formed on the bottom surface and the side surface of the recess 10 of the second interlayer insulating film 9 formed on the first interlayer insulating film 7 covering each MIS transistor 20, and has a concave cross section, for example, a bottomed cylindrical shape. The lower electrode 11, the capacitor insulating film 12 and the upper electrode 13 sequentially formed on the lower electrode 11. On the inner surface of the lower electrode 11, roughened polysilicon 16 made of hemispherical grains (HSG) grains is formed to further increase the surface area of the lower electrode 11. The lower electrode 11 is electrically connected to the source region 6A of the MIS transistor 20 through a first plug 8A formed in the first interlayer insulating film 7.

ここでは、下部電極11及び上部電極13には、リン(P)又はヒ素(As)をドープしたドープドポリシリコンを用い、容量絶縁膜12には窒化シリコン膜を酸化シリコン膜で挟んでなる、いわゆるONO膜を用いている。但し、下部電極11、上部電極13及び容量絶縁膜12の構成はこれらに限られない。すなわち、容量絶縁膜12に高誘電体である酸化タンタル(Ta25)を用いてもよく、この場合の上部電極13には窒化チタン(TiN)を用いることができる。さらには、容量絶縁膜12に酸化タンタル(Ta25)、酸化アルミニウム(Al23)又は酸化ハフニウム(HfO2 )等の金属酸化物を用いる場合には、下部電極11及び上部電極13のそれぞれに窒化チタンを用いてもよい。なお、容量絶縁膜12には、タンタル、アルミニウム及びハフニウムのうち少なくとも2つを含む金属酸化物をも用いることができる。 Here, doped polysilicon doped with phosphorus (P) or arsenic (As) is used for the lower electrode 11 and the upper electrode 13, and a silicon nitride film is sandwiched between silicon oxide films for the capacitor insulating film 12. A so-called ONO film is used. However, the configurations of the lower electrode 11, the upper electrode 13, and the capacitor insulating film 12 are not limited to these. That is, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), which is a high dielectric, may be used for the capacitor insulating film 12, and titanium nitride (TiN) can be used for the upper electrode 13 in this case. Furthermore, when a metal oxide such as tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or hafnium oxide (HfO 2 ) is used for the capacitor insulating film 12, the lower electrode 11 and the upper electrode 13 are used. Titanium nitride may be used for each of these. Note that a metal oxide containing at least two of tantalum, aluminum, and hafnium can be used for the capacitor insulating film 12.

本実施形態の特徴として、第2の層間絶縁膜9と第3の層間絶縁膜14との間には、第2の層間絶縁膜9の凹部10を露出する開口部15aを有する保護絶縁膜15が形成されている。保護絶縁膜15における開口部15a側の端部は、第2の層間絶縁膜9の凹部10の側面から内側に突き出す庇状に形成されている。   As a feature of the present embodiment, a protective insulating film 15 having an opening 15 a that exposes the recess 10 of the second interlayer insulating film 9 between the second interlayer insulating film 9 and the third interlayer insulating film 14. Is formed. The end of the protective insulating film 15 on the opening 15 a side is formed in a bowl shape protruding inward from the side surface of the recess 10 of the second interlayer insulating film 9.

保護絶縁膜15の上には、キャパシタ30を覆うように第3の層間絶縁膜14が形成され、該第3の層間絶縁膜14の上にはビット配線19が形成されている。ビット配線19は、第1の層間絶縁膜7を貫通する第2のプラグ8Bと、第3の層間絶縁膜14、保護絶縁膜15及び第2の層間絶縁膜9を貫通する第3のプラグ118とによって、MISトランジスタ20のドレイン領域6Bと電気的に接続されている。   A third interlayer insulating film 14 is formed on the protective insulating film 15 so as to cover the capacitor 30, and a bit wiring 19 is formed on the third interlayer insulating film 14. The bit wiring 19 includes a second plug 8B that penetrates the first interlayer insulating film 7, and a third plug 118 that penetrates the third interlayer insulating film 14, the protective insulating film 15, and the second interlayer insulating film 9. Are electrically connected to the drain region 6B of the MIS transistor 20.

本実施形態によると、第2の層間絶縁膜9の上に形成された保護絶縁膜15における開口部15a側の端部は凹部10の内側に庇状に突出しているため、該凹部10の側面上に形成された下部電極11は、下部電極11を形成する際のオーバーエッチングによってエッチングされることが防止される。これにより、断面凹状を有する下部電極11における側部の上端部の高さがオーバーエッチングの処理時間によって変化しなくなるため、下部電極11の表面積の減少及びばらつきが共に防止されるので、所望のキャパシタ容量を安定して得ることができる。   According to the present embodiment, the end on the opening 15a side of the protective insulating film 15 formed on the second interlayer insulating film 9 protrudes in a bowl shape inside the concave portion 10, so that the side surface of the concave portion 10 is The lower electrode 11 formed thereon is prevented from being etched by overetching when the lower electrode 11 is formed. As a result, the height of the upper end of the side portion of the lower electrode 11 having a concave cross section does not change depending on the over-etching processing time, so that both the reduction and variation in the surface area of the lower electrode 11 can be prevented. The capacity can be obtained stably.

以下、前記のように構成された半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図2(a)〜図2(c)、図3(a)〜図3(c)、図4(a)及び図4(b)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。   2 (a) to 2 (c), 3 (a) to 3 (c), 4 (a), and 4 (b) illustrate a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The cross-sectional structure in the order of processes is shown.

まず、図2(a)に示す工程において、例えばP型シリコンからなる半導体基板1の上部に、酸化シリコンからなるシャロートレンチ分離2を形成した後、該シャロートレンチ分離2に囲まれた半導体基板1からなる活性領域上に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜3及びリン(P)がドープされたポリシリコンからなるゲート電極4を順次形成する。その後、ゲート電極4の両側面上に絶縁性サイドウォール5を形成した後、ゲート電極4及びサイドウォール5をマスクとし、半導体基板1にN型不純物をイオン注入してN型のソース領域6A及びN型のドレイン領域6Bを形成する。これにより、メモリセルのスイッチトランジスタであるMISトランジスタ20が形成される。続いて、半導体基板1上に各MISトランジスタ20を覆うように第1の層間絶縁膜7を形成し、その上面を平坦化する。その後、第1の層間絶縁膜7にMISトランジスタ20のソース領域6A及びドレイン領域6Bをそれぞれ露出するコンタクトホールを形成する。続いて、コンタクトホールの内部にそれぞれN型のポリシリコンからなる導電性材料を埋め込んで、ソース領域6Aに接続される第1のプラグ8Aとドレイン領域6Bに接続される第2のプラグ8Bとを形成する。続いて、第1の層間絶縁膜7の上に、例えば、化学気相堆積(CVD)法により、BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass)からなり、膜厚が約600nmの第2の層間絶縁膜9と、例えば、高密度プラズマ堆積法により、不純物を含まない酸化シリコン(HDP−NSG:High-Density-Plasma Non-Silicate Glass)からなり、膜厚が約100nmでBPSGと比べてそのウェットエッチングによるエッチングレートが小さい保護絶縁膜15とを順次成膜する。ここで、保護絶縁膜15はHDP−NSGに限られず、第2の層間絶縁膜9を構成する材料と比べてウェットエッチングによるエッチングレートが小さい絶縁膜、例えば窒化シリコン等の絶縁膜を用いてもよい。   First, in the step shown in FIG. 2A, for example, a shallow trench isolation 2 made of silicon oxide is formed on an upper portion of a semiconductor substrate 1 made of P-type silicon, and then the semiconductor substrate 1 surrounded by the shallow trench isolation 2 is formed. A gate insulating film 3 made of silicon oxide and a gate electrode 4 made of polysilicon doped with phosphorus (P) are sequentially formed on the active region made of. Thereafter, insulating sidewalls 5 are formed on both side surfaces of the gate electrode 4, and then the N-type source region 6A and the N-type source regions 6A and N-type drain region 6B is formed. Thereby, the MIS transistor 20 which is a switch transistor of the memory cell is formed. Subsequently, a first interlayer insulating film 7 is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover each MIS transistor 20, and the upper surface thereof is planarized. Thereafter, contact holes for exposing the source region 6A and the drain region 6B of the MIS transistor 20 are formed in the first interlayer insulating film 7. Subsequently, a conductive material made of N-type polysilicon is embedded in each contact hole, and a first plug 8A connected to the source region 6A and a second plug 8B connected to the drain region 6B are formed. Form. Subsequently, a second interlayer insulating film made of BPSG (Boro-Phospho-Silicate Glass) and having a thickness of about 600 nm is formed on the first interlayer insulating film 7 by, for example, chemical vapor deposition (CVD). 9 and, for example, by high-density plasma deposition method, it is made of silicon oxide (HDP-NSG: High-Density-Plasma Non-Silicate Glass) that does not contain impurities. A protective insulating film 15 having a low etching rate is sequentially formed. Here, the protective insulating film 15 is not limited to HDP-NSG, and an insulating film having a lower etching rate by wet etching than the material forming the second interlayer insulating film 9, for example, an insulating film such as silicon nitride may be used. Good.

次に、図2(b)に示す工程において、第2の層間絶縁膜9及び保護絶縁膜15におけるMISトランジスタのソース領域6Aの上側部分をフルオロカーボンを主成分とするエッチングガスにより異方性のドライエッチングを行なう。これにより、第2の層間絶縁膜9及び保護絶縁膜15を貫通して第1のプラグ8Aを露出する開口部9a及び15aを形成する。   Next, in the step shown in FIG. 2B, the upper portion of the source region 6A of the MIS transistor in the second interlayer insulating film 9 and the protective insulating film 15 is anisotropically dried with an etching gas mainly composed of fluorocarbon. Etching is performed. As a result, openings 9a and 15a are formed through the second interlayer insulating film 9 and the protective insulating film 15 to expose the first plug 8A.

次に、図2(c)に示す工程において、保護絶縁膜15をマスクとし、開口部19aから露出する第2の層間絶縁膜9に対して、例えばフッ酸系溶液を用いたウェットエッチングによる等方性のエッチングを行なうことにより、第2の層間絶縁膜9における開口部9aの側面を保護絶縁膜15の開口部15aの端部から所定の距離だけ、例えば75nmだけ後退させる。これにより、第2の層間絶縁膜9に、保護絶縁膜15の開口部15aの開口幅よりも大きい開口幅を持つ凹部10を形成する。その結果、第2の層間絶縁膜9の凹部10の側面から、保護絶縁膜15の開口部15aの端部が庇状に突き出して形成される。このウェットエッチングにより、凹部10から露出する第1のプラグ8Aの表面に形成されていた自然酸化膜をも同時に除去することができる。   Next, in the step shown in FIG. 2C, for example, by wet etching using a hydrofluoric acid-based solution or the like on the second interlayer insulating film 9 exposed from the opening 19a using the protective insulating film 15 as a mask. By performing isotropic etching, the side surface of the opening 9a in the second interlayer insulating film 9 is set back by a predetermined distance, for example, 75 nm from the end of the opening 15a of the protective insulating film 15. As a result, the recess 10 having an opening width larger than the opening width of the opening 15 a of the protective insulating film 15 is formed in the second interlayer insulating film 9. As a result, the end of the opening 15a of the protective insulating film 15 protrudes in a bowl shape from the side surface of the recess 10 of the second interlayer insulating film 9. By this wet etching, the natural oxide film formed on the surface of the first plug 8A exposed from the recess 10 can be removed at the same time.

なお、第2の層間絶縁膜9における凹部10の後退量、すなわち保護絶縁膜15の開口部15a側に突き出す庇状部分の突き出し幅は、後工程で形成する下部電極用導電膜の膜厚と同等かそれ以上に設定することが望ましい。   The amount of recess 10 recessed in the second interlayer insulating film 9, that is, the protruding width of the hook-shaped portion protruding to the opening 15a side of the protective insulating film 15, is the film thickness of the lower electrode conductive film formed in a later step. It is desirable to set equal or higher.

また、本実施形態においては、保護絶縁膜15に庇状部分を形成するエッチングにウェットエッチングを用いたが、ドライエッチングによっても形成することは可能である。例えば、エッチングガスには、四フッ化炭素(CF4 )と酸素(酸素O2 )との混合ガスを用いれば可能である。 In the present embodiment, wet etching is used for etching to form the ridge-shaped portion in the protective insulating film 15, but it can also be formed by dry etching. For example, a mixed gas of carbon tetrafluoride (CF 4 ) and oxygen (oxygen O 2 ) can be used as the etching gas.

次に、図3(a)に示す工程において、減圧CVD法により、保護絶縁膜15の上に、第2の層間絶縁膜9の凹部10を含む全面にわたって、例えばリンがドープされたドープドポリシリコンからなり、膜厚が約25nmの下部電極用導電膜11Aを成膜する。このとき、下部電極用導電膜11Aを減圧CVD法により成膜することにより、保護絶縁膜15における開口部15aの端部及び第2の層間絶縁膜9における凹部10の側面上にもカバレッジ良く下部電極用導電膜11Aを成膜することができる。その後、減圧CVD法により、下部電極用導電膜11Aの上に膜厚が約25nmのアモルファスシリコン膜を堆積し、続いて、堆積したアモルファスシリコン膜に対して熱処理を行なって、アモルファスシリコン膜のHSG化(粗面化)処理を行なうことにより、下部電極用導電膜11Aの上に多数のHSG粒(粗面化ポリシリコン)16を形成する。このとき、下部電極用導電膜11Aの空乏化を防ぐために、アモルファスシリコン膜の成膜時にアモルファスシリコン膜に対してリン等のドープを行なってもよい。   Next, in the step shown in FIG. 3A, doped polycrystal doped with, for example, phosphorus over the entire surface including the concave portion 10 of the second interlayer insulating film 9 on the protective insulating film 15 by low pressure CVD. A lower electrode conductive film 11A made of silicon and having a thickness of about 25 nm is formed. At this time, the lower electrode conductive film 11A is formed by the low pressure CVD method, so that the lower portion of the protective insulating film 15 and the side surface of the recess 10 in the second interlayer insulating film 9 are also well covered. An electrode conductive film 11A can be formed. Thereafter, an amorphous silicon film having a film thickness of about 25 nm is deposited on the lower electrode conductive film 11A by a low pressure CVD method. Subsequently, the deposited amorphous silicon film is subjected to a heat treatment to form an HSG of the amorphous silicon film. By performing the roughening (roughening) treatment, a large number of HSG grains (roughened polysilicon) 16 are formed on the lower electrode conductive film 11A. At this time, in order to prevent depletion of the lower electrode conductive film 11A, the amorphous silicon film may be doped with phosphorus or the like when the amorphous silicon film is formed.

次に、図3(b)に示す工程において、凹部10を含むHSG粒16の上に、レジスト膜40を塗布した後、酸素ガスを主成分とする異方性のドライエッチングによるエッチバックを行なって、第2の層間絶縁膜9の凹部10にのみレジスト膜40を残存させる。   Next, in the step shown in FIG. 3B, a resist film 40 is applied on the HSG grains 16 including the recesses 10 and then etched back by anisotropic dry etching mainly containing oxygen gas. Thus, the resist film 40 is left only in the recess 10 of the second interlayer insulating film 9.

次に、図3(c)に示す工程において、凹部10の内部に残存したレジスト膜40をマスクとして、HSG粒16及び下部電極用導電膜11Aの第2の層間絶縁膜9上部分を、塩素(Cl2 )若しくは臭化水素(HBr)からなるエッチングガス、又はCl2 及びHBrの少なくとも1つを主成分とし、酸素(O2 )を添加したハロゲン系ガス、例えばCl2 /O2 、Cl2 /HBr/O2 若しくはHBr/O2 からなるエッチングガスを用いた異方性のドライエッチングによって除去する。これにより、第2の層間絶縁膜9の凹部10の底面及び側面上にHSG粒16を有する断面凹状の下部電極11が形成される。このとき、本実施形態の特徴として、下部電極用導電膜11Aに対してオーバーエッチングを行なったとしても、下部電極11のリセス量22を一定値とすることができる。これは、保護絶縁膜15の開口部15aの端部の庇状部分によって、該庇上部分の下側に形成されている少なくとも下部電極用導電膜11Aにはエッチングイオンの入射が妨げられるためである。従って、下部電極11は、保護絶縁膜15の上面から保護絶縁膜15の膜厚に相当するリセス量22が生じるものの、第2の層間絶縁膜9の上面からのリセス量はほとんど生じない。 Next, in the step shown in FIG. 3C, the portion of the HSG grains 16 and the lower electrode conductive film 11A on the second interlayer insulating film 9 is made chlorine by using the resist film 40 remaining in the recess 10 as a mask. An etching gas composed of (Cl 2 ) or hydrogen bromide (HBr), or a halogen-based gas containing at least one of Cl 2 and HBr and having oxygen (O 2 ) added thereto, such as Cl 2 / O 2 , Cl It is removed by anisotropic dry etching using an etching gas composed of 2 / HBr / O 2 or HBr / O 2 . As a result, the lower electrode 11 having a concave cross section having the HSG grains 16 is formed on the bottom and side surfaces of the recess 10 of the second interlayer insulating film 9. At this time, as a feature of the present embodiment, even if overetching is performed on the lower electrode conductive film 11A, the recess amount 22 of the lower electrode 11 can be set to a constant value. This is because the entrance of etching ions is prevented by at least the lower electrode conductive film 11 </ b> A formed on the lower side of the upper portion by the hook-shaped portion at the end of the opening 15 a of the protective insulating film 15. is there. Accordingly, in the lower electrode 11, a recess amount 22 corresponding to the film thickness of the protective insulating film 15 is generated from the upper surface of the protective insulating film 15, but a recess amount from the upper surface of the second interlayer insulating film 9 is hardly generated.

なお、本実施形態においては、HSG粒(粗面化ポリシリコン)16の側部は保護絶縁膜15の庇状部分の内側には含まれていないが、第2の層間絶縁膜9の凹部10の開口幅をHSG粒16の側部が保護絶縁膜15の庇状部分に覆われる程度に大きくすることにより、HSG粒16をも保護絶縁膜15の庇状部分の内側に入るようにすることが好ましい。   In the present embodiment, the side portion of the HSG grain (roughened polysilicon) 16 is not included inside the bowl-shaped portion of the protective insulating film 15, but the concave portion 10 of the second interlayer insulating film 9. The opening width of the HSG grains 16 is increased so that the side portions of the HSG grains 16 are covered with the bowl-shaped portions of the protective insulating film 15, so that the HSG grains 16 also enter the inside of the bowl-shaped portions of the protective insulating film 15. Is preferred.

次に、図4(a)に示す工程において、レジスト膜40を除去した後、CVD法により、保護絶縁膜15の上に下部電極11及びHSG粒16を含む全面にわたって、例えばONO膜からなる容量用絶縁膜及びリンをドープしたドープドポリシリコンからなる上部電極用導電膜を堆積する。その後、リソグラフィ法及びエッチング法により、堆積した容量用絶縁膜及び上部電極用導電膜を凹部10及びその近傍に残すように所定の形状にパターニングして、容量絶縁膜12及び上部電極13を形成する。これにより、第2の層間絶縁膜9の溝部10にHSG粒16を有する下部電極11と、容量絶縁膜16と、上部電極13とからなるキャパシタ30が形成される。   Next, in the step shown in FIG. 4A, after removing the resist film 40, a capacitor made of, for example, an ONO film is formed on the entire surface including the lower electrode 11 and the HSG grains 16 on the protective insulating film 15 by the CVD method. An upper electrode conductive film made of doped polysilicon and phosphorus-doped doped polysilicon is deposited. After that, the capacitor insulating film 12 and the upper electrode 13 are formed by patterning the deposited capacitor insulating film and the upper electrode conductive film into a predetermined shape so as to remain in the recess 10 and the vicinity thereof by lithography and etching. . As a result, the capacitor 30 including the lower electrode 11 having the HSG grains 16 in the groove 10 of the second interlayer insulating film 9, the capacitive insulating film 16, and the upper electrode 13 is formed.

次に、図4(b)に示す工程において、キャパシタ30を含む保護絶縁膜15の上に第3の層間絶縁膜14を堆積し、その後、堆積した第3の層間絶縁膜14の表面を平坦化する。続いて、第3の層間絶縁膜14、保護絶縁膜15及び第2の層間絶縁膜9を貫通し、MISトランジスタ20のドレイン領域6B上の第2のプラグ8Bと接続される第3のプラグ18を形成する。その後、第3の層間絶縁膜14の上に第3のプラグ18と接続される金属配線からなるビット配線19を選択的に形成する。   Next, in the step shown in FIG. 4B, the third interlayer insulating film 14 is deposited on the protective insulating film 15 including the capacitor 30, and then the surface of the deposited third interlayer insulating film 14 is flattened. Turn into. Subsequently, a third plug 18 that penetrates the third interlayer insulating film 14, the protective insulating film 15, and the second interlayer insulating film 9 and is connected to the second plug 8 B on the drain region 6 B of the MIS transistor 20. Form. Thereafter, a bit wiring 19 made of a metal wiring connected to the third plug 18 is selectively formed on the third interlayer insulating film 14.

このように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、図3(c)に示すように、断面凹状の下部電極11を形成するための凹部10を有する第2の層間絶縁膜9の上に、該凹部10の上部を庇状に覆う開口部15aを有する保護絶縁膜15を設けるため、該保護絶縁膜15の庇状部分によって、第2の層間絶縁膜9の凹部10の側面上に形成された下部電極11が、該下部電極11の形成時のオーバーエッチングよってエッチングされることを防止することができる。これにより、断面凹状の下部電極11の側部の上端部の高さがオーバーエッチングのエッチング時間によって変化しなくなるため、下部電極11の表面積が縮小されず且つ表面積のばらつきをも抑制されるので、所望のキャパシタ容量を安定して得ることができる。   Thus, according to the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 3C, the second interlayer insulating film 9 having the recess 10 for forming the lower electrode 11 having a concave cross section is formed. Since a protective insulating film 15 having an opening 15a covering the upper portion of the concave portion 10 in a bowl shape is provided on the side surface of the concave portion 10 of the second interlayer insulating film 9 by the hook-like portion of the protective insulating film 15 It is possible to prevent the lower electrode 11 formed in step 1 from being etched by overetching when the lower electrode 11 is formed. Thereby, since the height of the upper end portion of the side portion of the lower electrode 11 having a concave cross section does not change depending on the etching time of over-etching, the surface area of the lower electrode 11 is not reduced and variation in the surface area is also suppressed. A desired capacitor capacity can be obtained stably.

なお、本実施形態においては、下部電極11の表面にHSG粒(粗面化ポリシリコン)16を形成したが、HSG粒16は必ずしも形成する必要はない。   In the present embodiment, the HSG grains (roughened polysilicon) 16 are formed on the surface of the lower electrode 11, but the HSG grains 16 are not necessarily formed.

また、本実施形態においては、キャパシタ30の下部電極11をMISトランジスタ20を覆う第1の層間絶縁膜7を貫通する第1のプラグ8Aを介して接続したが、第1の層間絶縁膜7を設けずに下部電極11をソース領域6Aと直接に接続されるように形成してもよい。   In the present embodiment, the lower electrode 11 of the capacitor 30 is connected via the first plug 8A penetrating the first interlayer insulating film 7 covering the MIS transistor 20, but the first interlayer insulating film 7 is The lower electrode 11 may be formed so as to be directly connected to the source region 6A without being provided.

本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、断面凹状の下部電極における表面積に所定の値を得られる上にその表面積にばらつきが生じなくなるため、所望のキャパシタ容量を安定して得ることができるという効果を得られ、スタックトキャパシタ構造を有するDRAM装置等に有用である。   According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, a predetermined value can be obtained for the surface area of the lower electrode having a concave cross section, and the surface area does not vary, so that a desired capacitor capacity can be stably obtained. The effect is obtained, and it is useful for a DRAM device having a stacked capacitor structure.

本発明の一実施形態に係る半導体装置の要部を示す構成断面図である。1 is a structural cross-sectional view showing a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. (a)〜(c)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。(A)-(c) is the structure sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。(A)-(c) is the structure sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)及び(b)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。(A) And (b) is the structure sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 従来の半導体装置の要部を示す構成断面図である。It is a structure sectional view showing the important section of the conventional semiconductor device. (a)〜(d)は従来の半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。(A)-(d) is the structure sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 素子分離分離
3 ゲート絶縁膜
4 ゲート電極
5 絶縁性サイドウォール
6A ソース領域
6B ドレイン領域
7 第1の層間絶縁膜
8A 第1のプラグ
8B 第2のプラグ
9 第2の層間絶縁膜
9a 開口部
10 凹部
11 下部電極
11A 下部電極用導電膜
12 容量絶縁膜
13 上部電極
14 第3の層間絶縁膜
15 保護絶縁膜
15a 開口部
16 HSG粒(粗面化ポリシリコン)
18 第3のプラグ
19 ビット配線
20 MISトランジスタ
22 リセス量
30 キャパシタ
40 レジスト膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Element isolation isolation 3 Gate insulating film 4 Gate electrode 5 Insulating sidewall 6A Source region 6B Drain region 7 1st interlayer insulating film 8A 1st plug 8B 2nd plug 9 2nd interlayer insulating film 9a Opening 10 Recess 11 Lower electrode 11A Lower electrode conductive film 12 Capacitor insulating film 13 Upper electrode 14 Third interlayer insulating film 15 Protective insulating film 15a Opening 16 HSG grains (roughened polysilicon)
18 Third plug 19 Bit wiring 20 MIS transistor 22 Recess amount 30 Capacitor 40 Resist film

Claims (12)

凹部を有する第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の上に形成され、前記凹部を露出する開口部を有する第2の絶縁膜と、
前記凹部の底面及び側面上に形成された断面凹状の下部電極と、
前記下部電極の上に形成された容量絶縁膜と、
前記容量絶縁膜の上に形成された上部電極とを備え、
前記第1の絶縁膜の凹部の開口径は前記第2の絶縁膜の開口部の開口径よりも大きく、且つ前記第2の絶縁膜の開口部側の端部は、前記第1の絶縁膜の凹部の側面から内側に突き出す庇状に形成されていることを特徴とする半導体装置。
A first insulating film having a recess;
A second insulating film formed on the first insulating film and having an opening exposing the recess;
A lower electrode having a concave cross section formed on the bottom and side surfaces of the recess;
A capacitive insulating film formed on the lower electrode;
An upper electrode formed on the capacitive insulating film,
The opening diameter of the recess of the first insulating film is larger than the opening diameter of the opening of the second insulating film, and the end of the second insulating film on the opening side is the first insulating film A semiconductor device characterized by being formed in a bowl shape protruding inward from the side surface of the recess.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第2の絶縁膜における庇状部分の突き出し幅は、前記下部電極の膜厚と同等か又はそれよりも大きいことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The protrusion width of the hook-shaped portion in the second insulating film is equal to or larger than the film thickness of the lower electrode.
請求項1又は2に記載の半導体装置において、
前記第2の絶縁膜の膜厚は、前記第1の絶縁膜の膜厚よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device is characterized in that the thickness of the second insulating film is smaller than the thickness of the first insulating film.
請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1の絶縁膜はBPSG膜であり、前記第2の絶縁膜は不純物を含まないシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is a BPSG film, and the second insulating film is a silicon oxide film or a silicon nitride film containing no impurities.
請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記下部電極はドープドポリシリコン膜からなり、且つ、前記下部電極の表面には粗面化ポリシリコンが形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device of any one of Claims 1-4 WHEREIN:
The lower electrode is made of a doped polysilicon film, and roughened polysilicon is formed on the surface of the lower electrode.
請求項5に記載の半導体装置において、
前記粗面化ポリシリコンにおける前記第1の絶縁膜の凹部の側面上部分は、前記第2の絶縁膜の庇状部分の内側に位置することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5,
The semiconductor device according to claim 1, wherein an upper portion of the side surface of the concave portion of the first insulating film in the roughened polysilicon is located inside a flange-shaped portion of the second insulating film.
半導体基板の上に第1の絶縁膜を形成する工程(a)と、
前記第1の絶縁膜の上に第2の絶縁膜を形成する工程(b)と、
前記第2の絶縁膜に開口部を形成すると共に、前記第1の絶縁膜に前記開口部を通して凹部を形成する工程(c)と、
前記工程(c)の後に、前記第2の絶縁膜をマスクとして前記開口部から露出する前記第1の絶縁膜の凹部に対してエッチングを行なって、前記凹部の開口径を前記第2の絶縁膜の開口部の開口径よりも大きくすることにより、前記第2の絶縁膜の開口部側の端部が前記第1の絶縁膜の凹部の側面から内側に突き出す庇状とする工程(d)と、
前記工程(d)の後に、前記第2の絶縁膜の上に前記凹部の底面及び側面を含むように下部電極用導電膜を形成する工程(e)と、
前記工程(e)の後に、前記下部電極用導電膜が形成された凹部にレジストを充填する工程(f)と、
前記レジストをマスクとして、前記下部電極用導電膜における前記第2の絶縁膜上部分をエッチングすることにより、前記凹部に前記下部電極用導電膜からなる断面凹状の下部電極を形成する工程(g)と、
前記下部電極上に容量絶縁膜を形成する工程(h)と、
前記容量絶縁膜上に上部電極を形成する工程(i)とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first insulating film on the semiconductor substrate (a);
Forming a second insulating film on the first insulating film (b);
Forming an opening in the second insulating film, and forming a recess through the opening in the first insulating film (c);
After the step (c), the concave portion of the first insulating film exposed from the opening is etched using the second insulating film as a mask so that the opening diameter of the concave portion is the second insulating film. A step (d) in which the end of the second insulating film on the opening side is protruded inward from the side surface of the concave portion of the first insulating film by making it larger than the opening diameter of the opening of the film When,
After the step (d), a step (e) of forming a lower electrode conductive film on the second insulating film so as to include a bottom surface and a side surface of the recess;
After the step (e), a step (f) of filling a resist in the concave portion in which the conductive film for the lower electrode is formed;
Etching the upper portion of the conductive film for the lower electrode with the resist as a mask to form a lower electrode having a concave cross section made of the conductive film for the lower electrode in the concave portion (g) When,
Forming a capacitive insulating film on the lower electrode (h);
And a step (i) of forming an upper electrode on the capacitive insulating film.
請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の絶縁膜のエッチングレートは、前記第1の絶縁膜のエッチングレートよりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein an etching rate of the second insulating film is smaller than an etching rate of the first insulating film.
請求項7又は8に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(d)では、前記第2の絶縁膜の庇状部分の突き出し幅が、前記下部電極用導電膜の膜厚と同等か又はそれよりも大きくなるように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7 or 8,
In the step (d), the protruding width of the flange-shaped portion of the second insulating film is formed to be equal to or greater than the film thickness of the lower electrode conductive film. Device manufacturing method.
請求項7〜9のうちいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の絶縁膜はBPSG膜であり、前記第2の絶縁膜は不純物を含まないシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 7-9,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first insulating film is a BPSG film, and the second insulating film is a silicon oxide film or a silicon nitride film containing no impurities.
請求項7〜10のうちいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記下部電極用導電膜はドープドポリシリコン膜であり、
前記工程(e)の後で且つ前記工程(f)よりも前に、前記ドープドポリシリコン膜の表面に粗面化ポリシリコンを形成する工程をさらに備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 7-10,
The lower electrode conductive film is a doped polysilicon film,
A step of forming a roughened polysilicon on the surface of the doped polysilicon film after the step (e) and before the step (f) is further provided. Production method.
請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(d)では、前記粗面化ポリシリコンにおける前記第1の絶縁膜の凹部の側面上部分が前記第2の絶縁膜の庇状部分の内側に位置するように、前記第1の絶縁膜の凹部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 11,
In the step (d), the first insulating layer is formed so that the upper side surface portion of the concave portion of the first insulating film in the roughened polysilicon is located inside the bowl-shaped portion of the second insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a concave portion of a film.
JP2004291367A 2003-12-05 2004-10-04 Semiconductor device and manufacturing method thereof Pending JP2005191534A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004291367A JP2005191534A (en) 2003-12-05 2004-10-04 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003407226 2003-12-05
JP2004291367A JP2005191534A (en) 2003-12-05 2004-10-04 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008076422A Division JP2008211227A (en) 2003-12-05 2008-03-24 Manufacturing method of semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005191534A true JP2005191534A (en) 2005-07-14

Family

ID=34797653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004291367A Pending JP2005191534A (en) 2003-12-05 2004-10-04 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005191534A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006128320A (en) * 2004-10-27 2006-05-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor memory device and manufacturing method thereof
JP2008172149A (en) * 2007-01-15 2008-07-24 Elpida Memory Inc Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP2018116077A (en) * 2017-01-16 2018-07-26 セイコーエプソン株式会社 Electro-optic device, manufacturing method for the same, and electronic apparatus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001036035A (en) * 1999-07-19 2001-02-09 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP2002313954A (en) * 2001-02-09 2002-10-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor storage device and method of manufacturing the same
JP2003179036A (en) * 2001-10-02 2003-06-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device
JP2003289134A (en) * 2002-03-28 2003-10-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001036035A (en) * 1999-07-19 2001-02-09 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP2002313954A (en) * 2001-02-09 2002-10-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor storage device and method of manufacturing the same
JP2003179036A (en) * 2001-10-02 2003-06-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device
JP2003289134A (en) * 2002-03-28 2003-10-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006128320A (en) * 2004-10-27 2006-05-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor memory device and manufacturing method thereof
US7763922B2 (en) 2004-10-27 2010-07-27 Panasonic Corporation Semiconductor memory and method for manufacturing the same
JP2008172149A (en) * 2007-01-15 2008-07-24 Elpida Memory Inc Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
US7741176B2 (en) 2007-01-15 2010-06-22 Elpida Memory, Inc. Method for fabricating a cylindrical capacitor including implanting impurities into the upper sections of the lower electrode to prevent the formation of hemispherical grain silicon on the upper sections
JP2018116077A (en) * 2017-01-16 2018-07-26 セイコーエプソン株式会社 Electro-optic device, manufacturing method for the same, and electronic apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7094660B2 (en) Method of manufacturing trench capacitor utilizing stabilizing member to support adjacent storage electrodes
US7977724B2 (en) Capacitor and method of manufacturing the same comprising a stabilizing member
JP4056588B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US9576963B2 (en) Manufacturing method of vertical channel transistor array
US6479341B1 (en) Capacitor over metal DRAM structure
JP4585309B2 (en) Semiconductor processing method for forming a contact pedestal for a storage node of an integrated circuit capacitor
US5733808A (en) Method for fabricating a cylindrical capacitor for a semiconductor device
US20020024085A1 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
JP4070919B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008016688A (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2008211227A (en) Manufacturing method of semiconductor device
US20110169061A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR100325472B1 (en) Manufacturing Method of DRAM Memory Cells
US6300191B1 (en) Method of fabricating a capacitor under bit line structure for a dynamic random access memory device
JP2013254815A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2010153509A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2012054453A (en) Semiconductor device manufacturing method
US5491104A (en) Method for fabricating DRAM cells having fin-type stacked storage capacitors
US6605510B2 (en) Semiconductor device with both memories and logic circuits and its manufacture
US7023042B2 (en) Method of forming a stacked capacitor structure with increased surface area for a DRAM device
US5792688A (en) Method to increase the surface area of a storage node electrode, of an STC structure, for DRAM devices, via formation of polysilicon columns
JP2005191534A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR20080001952A (en) Storage capacitors and manufacturing method thereof
US5795806A (en) Method to increase the area of a stacked capacitor structure by creating a grated top surface bottom electrode
KR101107378B1 (en) Semiconductor memory device, semiconductor device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071106

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071221

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080324

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20080415

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20080509