JP2005051135A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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進也 夏目
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make the surface of an insulating film formed on a semiconductor substrate even having a high density and a low density regions of a convex part flat, and to decrease the variations in film thickness. <P>SOLUTION: When forming a memory cell array region having a high density convex part and a periphery circuit region having a low density convex part on the semiconductor substrate, after forming a two-dimensional arrangement of capacitor 216 as a memory cell in the memory cell array region, the insulating film 217 is formed all over the surface of the semiconductor substrate. After that, a long linear concave part 218 in a narrow direction of a gap between the capacitors 216 two dimensionally arranged in the memory cell array region is formed on the insulating film 217 so as to run through on the plurality of capacitors 216, and then the surface of the insulating film 217 is made flat by the CMP method. This method can decrease the variations in the film thickness of the insulating film 217 and make the surface of the insulating film 217 flat. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に凸部の密度が高い領域と、凸部の密度の低い領域とを有する半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、その表面を平坦化する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular, a semiconductor device in which an interlayer insulating film is formed on a semiconductor substrate having a region having a high density of protrusions and a region having a low density of protrusions, and the surface thereof is planarized. It relates to the manufacturing method.

近年の半導体装置の微細化に伴い、例えばメモリセルアレイと周辺回路領域のように、トランジスタ、キャパシタやメモリセルのような凸部の密度の高い領域と、凸部の密度の低い領域との段差の解消が重要となっている。このような段差が存在すると、フォトリソグラフィーのフォーカスマージン不足や、段差による配線のショートや断線、あるいは接続孔の高抵抗化や断線の問題が生じる。   With the recent miniaturization of semiconductor devices, for example, a step difference between a high density area of convex parts such as a transistor, a capacitor, and a memory cell and a low density area of the convex parts, such as a memory cell array and a peripheral circuit area. Elimination is important. If such a step exists, problems such as insufficient focus margin of photolithography, short-circuiting or disconnection of wiring due to the step, or high resistance of the connection hole or disconnection occur.

このような問題を解決する方法として、一般的な従来の製造方法について、図15を用いて説明する。ここでは、強誘電体メモリ(FeRAM)の例を挙げる。   As a method for solving such a problem, a general conventional manufacturing method will be described with reference to FIG. Here, an example of a ferroelectric memory (FeRAM) is given.

まず、図15(a)に示すように、一般的なスタック構造のキャパシタ701を形成する。次に、図15(b)に示すように、全面に絶縁膜702を形成する。次に、図15(c)に示すように、メモリセルアレイ全体の上の絶縁膜702をエッチングし、凹部703を形成する。次に、図15(d)に示すように、CMP法により、絶縁膜702を研磨・平坦化する。この方法により、あらかじめ絶縁膜702の段差を低減し、CMP時の平坦化を容易にすることができる。   First, as shown in FIG. 15A, a capacitor 701 having a general stack structure is formed. Next, as shown in FIG. 15B, an insulating film 702 is formed on the entire surface. Next, as shown in FIG. 15C, the insulating film 702 on the entire memory cell array is etched to form a recess 703. Next, as shown in FIG. 15D, the insulating film 702 is polished and planarized by CMP. By this method, the step of the insulating film 702 can be reduced in advance, and planarization during CMP can be facilitated.

このような製造方法の例が、例えば、特許文献1に記載されている。この例では、DRAMのメモリセル上の層間絶縁膜をエッチングし、凹部を形成するが、メモリセル領域と周辺回路領域との境界領域における凹部の端部の位置を制御し、例えば図15(c)での距離Lを10μm以内にすることにより、10μm以上の大面積凸パターンをなくし、CMP法により凸部の密度の高い領域と低い領域との段差をほぼ完全に平坦にしている。また、図15(c)での距離Lと高さHの比(距離L/高さH)を1以上とすることにより、突起部704の折れを防止している。   An example of such a manufacturing method is described in Patent Document 1, for example. In this example, the interlayer insulating film on the DRAM memory cell is etched to form a recess. However, the position of the end of the recess in the boundary region between the memory cell region and the peripheral circuit region is controlled, for example, as shown in FIG. ) Within 10 μm, the large area convex pattern of 10 μm or more is eliminated, and the level difference between the high density area and the low density area of the convexity is made almost completely flat by the CMP method. In addition, the ratio of the distance L to the height H (distance L / height H) in FIG.

また、特許文献2の例では、大面積パターンの境界領域における凹部の端部の位置を制御し、例えば図15(c)での距離Lを1〜500μmの幅にすることにより、CMP研磨で凸部の密度の高い領域と低い領域との段差をほぼ完全に平坦化している。   In the example of Patent Document 2, the position of the end of the recess in the boundary area of the large area pattern is controlled, and for example, by making the distance L in FIG. The level difference between the high density area and the low density area of the protrusions is almost completely flattened.

また、特許文献3の例では、凸部の密度の高い領域(例えば、メモリセルアレイ)の全域に渡って、絶縁膜に凹部を形成するのではなく、ドット状、ライン状など、絶縁膜の化学機械的研磨の研磨量、研磨対象材料、凸部の密度の高い領域の形状・大きさによって、凸部の配置とは関係なく、凹部の形状を最適化している。この方法により、凸部の密度の高い領域の全面に凹部を形成する場合に生じる研磨スラリーの溜まりを防止している。
特開平10-284702号公報 特開平7-235537号公報 特開2000-269179号公報
Further, in the example of Patent Document 3, the chemistry of the insulating film, such as a dot shape or a line shape, is not formed in the insulating film over the entire region of the high density of the convex portions (for example, the memory cell array). The shape of the concave portion is optimized regardless of the arrangement of the convex portion, depending on the polishing amount of the mechanical polishing, the material to be polished, and the shape and size of the high density region of the convex portion. By this method, accumulation of polishing slurry that occurs when the concave portions are formed on the entire surface of the high density region of the convex portions is prevented.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-284702 Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-235537 JP 2000-269179 A

図16に、従来の製造方法の問題点を示すための工程断面図を示す。図15と同じように、凸部を有する半導体基板上に絶縁膜801を形成するが、実際の絶縁膜801の形状は、図15(b)のような平坦ではなく、図16(b)に示すように凸部の形状を反映する。次に、一般的なウェットエッチングやドライエッチングにより、メモリセルアレイ全体に凹部802を形成するが、その形状も図16(c)に示すように絶縁膜の形状を反映する。   FIG. 16 is a process cross-sectional view for illustrating problems of the conventional manufacturing method. As in FIG. 15, an insulating film 801 is formed on a semiconductor substrate having a convex portion, but the actual shape of the insulating film 801 is not flat as in FIG. 15B, but in FIG. 16B. As shown, the shape of the convex portion is reflected. Next, the recess 802 is formed in the entire memory cell array by general wet etching or dry etching, and the shape also reflects the shape of the insulating film as shown in FIG.

次に、CMP法により絶縁膜801の平坦化を行なうと、例えば、研磨面より凹部の最低面が低い位置にあれば、図16(d)に示すように、局所的な段差803が残る。   Next, when the insulating film 801 is planarized by the CMP method, for example, if the lowest surface of the recess is lower than the polished surface, a local step 803 remains as shown in FIG.

この局所段差の発生を防止するためには、形成する絶縁膜801の膜厚を厚くする必要がある。しかし、この場合には、研磨後の絶縁膜801の膜厚が厚くなり、膜厚ばらつきも大きくなる。また、研磨後の絶縁膜801の膜厚を薄くするために、研磨量を増やすと、研磨量のばらつきが大きくなり、研磨後の絶縁膜801の膜厚ばらつきが更に大きくなる。従って、後の工程で絶縁膜801内に形成される接続孔の接続信頼性(接続できるかどうかの確実性)が低下する。   In order to prevent the occurrence of this local step, it is necessary to increase the thickness of the insulating film 801 to be formed. However, in this case, the thickness of the insulating film 801 after polishing increases, and the film thickness variation also increases. Further, when the polishing amount is increased in order to reduce the thickness of the insulating film 801 after polishing, the variation in the polishing amount increases, and the variation in the thickness of the insulating film 801 after polishing further increases. Therefore, the connection reliability of the connection hole formed in the insulating film 801 in the subsequent process (the certainty of whether it can be connected) decreases.

本発明の目的は、凸部の密度の高い領域と低い領域とを有する半導体基板上に形成する絶縁膜表面を平坦にし、かつその絶縁膜の膜厚ばらつきを低減することのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to manufacture a semiconductor device capable of flattening the surface of an insulating film formed on a semiconductor substrate having a high density area and a low density area of protrusions and reducing variations in the thickness of the insulating film. It is to provide a method.

請求項1記載の半導体装置の製造方法は、隣接する凸部同士の間隔が狭い方向と広い方向とが存在するように凸部が配置された凸部の密度の高い領域と、凸部の密度の低い領域とを有する半導体基板上に、凸部の密度の高い領域と凸部の密度の低い領域とを覆うように、絶縁膜を形成する第1工程と、凸部の密度の高い領域において、隣接する凸部同士の間隔が狭い方向に長く、かつ複数の凸部の上を通るように、絶縁膜に凹部を形成する第2工程と、研磨により絶縁膜の表面を平坦化する第3工程とを含む。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the density of the convex portions is high, and the density of the convex portions is such that the convex portions are arranged so that there are a narrow direction and a wide direction between adjacent convex portions. A first step of forming an insulating film so as to cover a region having a high density of protrusions and a region having a low density of protrusions on a semiconductor substrate having a low area of the region; and a region having a high density of protrusions A second step of forming recesses in the insulating film so that the interval between adjacent protrusions is long in a narrow direction and passes over the plurality of protrusions, and a third step of flattening the surface of the insulating film by polishing Process.

この方法により、形成する絶縁膜の膜厚が薄くても、局所段差の発生を防止でき、凸部の密度の高い領域と低い領域との段差の平坦化に十分な凹部を絶縁膜に形成することができる。その結果、研磨後の絶縁膜の膜厚ばらつきも低減できる。   By this method, even when the insulating film to be formed is thin, local steps can be prevented, and a recess sufficient to flatten the step between the high density area and the low density area of the protrusion is formed in the insulating film. be able to. As a result, variations in the thickness of the insulating film after polishing can be reduced.

請求項2記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、隣接する凸部同士の間隔が狭い方向の間隔が0.1μm以下であることを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, characterized in that an interval in a direction in which an interval between adjacent convex portions is narrow is 0.1 μm or less.

この方法により、狭いスペース(間隔)での絶縁膜の埋め込み面が、広いスペースでの絶縁膜の埋め込み面より、高い位置に形成され、形成する絶縁膜の膜厚が更に薄くても、凸部の密度の高い領域と低い領域との段差の平坦化に十分な凹部を絶縁膜に形成できる。その結果、研磨後の絶縁膜の膜厚ばらつきを更に低減できる。   According to this method, the embedded surface of the insulating film in a narrow space (interval) is formed at a higher position than the embedded surface of the insulating film in a wide space, and even if the insulating film to be formed is thinner, the convex portion It is possible to form a recess in the insulating film sufficient to flatten the step between the high density region and the low region. As a result, the thickness variation of the insulating film after polishing can be further reduced.

請求項3記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、隣接する凸部同士の間隔が広い方向の間隔が、凸部の高さの2倍以下であることを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the interval in the direction in which the interval between adjacent projections is wide is not more than twice the height of the projection. It is characterized by.

凸部を絶縁膜で埋め込むには、最低限凸部の高さ以上の膜厚が必要である。広い方向の間隔が、凸部の高さの2倍以下であるときには、広い方向の凸部同士のスペースを最低限の絶縁膜厚で完全に埋めることができ、局所段差の発生を防止することができる。   In order to fill the convex portion with the insulating film, a film thickness that is at least the height of the convex portion is required. When the gap in the wide direction is less than twice the height of the convex part, the space between the convex parts in the wide direction can be completely filled with the minimum insulation film thickness to prevent the occurrence of local steps Can do.

請求項4記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、凹部を、凸部の密度の高い領域の最端部の凸部を含む領域上にまで形成することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the concave portion is formed even on a region including the convex portion at the extreme end of the region having a high density of convex portions. It is characterized by.

この方法により、ある一定の大きさ以上の絶縁膜の凸状部をあらかじめ除去することにより、研磨後の段差をより低減することができる。   By this method, by removing the convex portions of the insulating film having a certain size or larger in advance, the level difference after polishing can be further reduced.

請求項5記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、凹部を、凸部の密度の高い領域の最端部の凸部の上には形成しないことを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the concave portion is not formed on the convex portion at the extreme end of the region where the density of the convex portions is high. And

この方法により、凸部の密度の高い領域の最端部に絶縁膜の微細な凸状部が形成されるのを防止し、研磨時の微細な凸状部(絶縁膜)の折れを防止し、それによるパターン不良やスクラッチを皆無にできる。   This method prevents the formation of fine convex portions of the insulating film at the extreme end of the high density region of the convex portions, and prevents the fine convex portions (insulating film) from being broken during polishing. This eliminates pattern defects and scratches.

請求項6記載の半導体装置の製造方法は、ライン形状の凸部が配置された凸部の密度の高い領域と、凸部の密度の低い領域とを有する半導体基板上に、凸部の密度の高い領域と凸部の密度の低い領域とを覆うように、絶縁膜を形成する第1工程と、凸部の密度の高い領域において、ライン形状の凸部の上に、絶縁膜にライン形状の凹部を形成する第2工程と、研磨により絶縁膜の表面を平坦化する第3工程とを含む。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the density of the protrusions is increased on a semiconductor substrate having a high density area of the protrusions on which the line-shaped protrusions are arranged and a low density area of the protrusions. In the first step of forming the insulating film so as to cover the high area and the low density area of the convex part, and in the high density area of the convex part, the line shape is formed on the insulating film on the line-shaped convex part. A second step of forming the recess and a third step of flattening the surface of the insulating film by polishing are included.

この方法により、絶縁膜の膜厚が薄くても、局所段差の発生を防止でき、凸部の密度の高い領域と低い領域との段差の平坦化に十分な凹部を絶縁膜に形成することができる。その結果、研磨後の絶縁膜の膜厚ばらつきも低減できる。   By this method, even when the insulating film is thin, it is possible to prevent the occurrence of a local step and to form a recess in the insulating film sufficient to flatten the step between the high density area and the low density area of the protrusion. it can. As a result, variations in the thickness of the insulating film after polishing can be reduced.

請求項7記載の半導体装置の製造方法は、請求項1または6記載の半導体装置の製造方法において、第3工程は、凸部の密度の高い領域の凸部の表面を露出することを特徴とする。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7 is the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 6, wherein the third step exposes the surface of the convex portion in the region where the density of the convex portion is high. To do.

このように、絶縁膜を平坦化するとともに凸部の表面を露出するときには、絶縁膜を平坦化するだけの場合と比べて、より絶縁膜の膜厚ばらつきを低減させなければならない。よって、本発明の効果は大きい。   As described above, when the insulating film is flattened and the surface of the convex portion is exposed, it is necessary to reduce the variation in the thickness of the insulating film as compared with the case where the insulating film is only flattened. Therefore, the effect of the present invention is great.

請求項8記載の半導体装置の製造方法は、請求項1または6記載の半導体装置の製造方法において、凹部を、ウェットエッチングにより形成することを特徴とする。   A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 6, wherein the recess is formed by wet etching.

この方法では、ウェットエッチングのレートや均一性の制御性が良いために、凹部の形状ばらつきを低減できる。   Since this method has good controllability of the wet etching rate and uniformity, it is possible to reduce the shape variation of the recesses.

請求項9記載の半導体装置の製造方法は、請求項1または6記載の半導体装置の製造方法において、凹部を、ドライエッチングにより形成することを特徴とする。   A method for manufacturing a semiconductor device according to a ninth aspect is characterized in that, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first or sixth aspect, the recess is formed by dry etching.

この方法では、ドライエッチングの異方性エッチングにより、凹部の形状を制御しやすい。   In this method, it is easy to control the shape of the recess by dry etching anisotropic etching.

請求項10記載の半導体装置の製造方法は、請求項1または6記載の半導体装置の製造方法において、凹部の形成された部分の絶縁膜の表面の最低面が、凸部の密度の低い領域で下に凸部のない部分の絶縁膜の表面とほぼ同じ高さになるように、凹部を形成することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 6, wherein the lowest surface of the surface of the insulating film in the portion where the recess is formed is a region where the density of the protrusion is low. A concave portion is formed so as to be almost the same height as the surface of the insulating film in a portion having no convex portion below.

この方法により、効果的に凸部の密度の高い領域と低い領域との段差を低減することができる。   By this method, it is possible to effectively reduce the step between the high density area and the low density area of the protrusions.

請求項11記載の半導体装置の製造方法は、請求項1または6記載の半導体装置の製造方法において、凹部の形成された部分の絶縁膜の表面の最低面が、平坦化後の絶縁膜の表面より高い位置になるように、凹部を形成することを特徴とする。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the lowest surface of the surface of the insulating film in the portion where the recess is formed is the surface of the insulating film after planarization. A concave portion is formed so as to be at a higher position.

この方法により、局所段差の発生を完全に防止できる。   By this method, the occurrence of local steps can be completely prevented.

請求項12記載の半導体装置の製造方法は、請求項1または6記載の半導体装置の製造方法において、凸部の密度の低い領域での研磨体積と、凹部が形成された凸部の密度の高い領域での研磨体積がほぼ同じとなるように、絶縁膜とその凹部を形成することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 6, wherein the polishing volume in the region where the density of the convex portions is low and the density of the convex portions where the concave portions are formed are high. The insulating film and its recess are formed so that the polishing volume in the region is substantially the same.

この方法により、凸部の密度の高い領域と低い領域との段差をより0に近づけることができる。   By this method, the step between the high density area and the low density area of the protrusions can be made closer to zero.

請求項13記載の半導体装置の製造方法は、請求項1または6記載の半導体装置の製造方法において、絶縁膜が、熱融解性の絶縁膜であることを特徴とする。   A semiconductor device manufacturing method according to a thirteenth aspect is the semiconductor device manufacturing method according to the first or sixth aspect, wherein the insulating film is a heat-meltable insulating film.

このように熱融解性の膜を用いれば、凸部間スペースの埋め込み性が向上し、より薄い絶縁膜で凸部間を埋め込むことができるようになり、局所段差の発生を防止でき、凸部の密度の高い領域と低い領域との段差の平坦化に十分な凹部を絶縁膜に形成することができる。その結果、研磨後の絶縁膜の膜厚ばらつきを低減できる。   If a heat-meltable film is used in this way, the embedding property of the space between the protrusions is improved, and the space between the protrusions can be embedded with a thinner insulating film, and the occurrence of local steps can be prevented. It is possible to form a recess in the insulating film sufficient to flatten the step between the high density region and the low region. As a result, variations in the thickness of the insulating film after polishing can be reduced.

請求項14記載の半導体装置の製造方法は、請求項13記載の半導体装置の製造方法において、絶縁膜が、少なくともボロンあるいはリンのどちらかを含むことを特徴とする。   A method for manufacturing a semiconductor device according to a fourteenth aspect is the method for manufacturing a semiconductor device according to the thirteenth aspect, wherein the insulating film contains at least one of boron and phosphorus.

この絶縁膜は、熱融解性が大きく、請求項13の効果がより大きい。   This insulating film has a high heat melting property, and the effect of claim 13 is greater.

請求項15記載の半導体装置の製造方法は、請求項13記載の半導体装置の製造方法において、絶縁膜が、O3とTEOSを用いて形成したシリコン酸化膜であることを特徴とする。 According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to the thirteenth aspect, wherein the insulating film is a silicon oxide film formed using O 3 and TEOS.

この絶縁膜は、熱融解性があり、請求項13の効果が大きい。また、不純物を含まないために使用条件を選ぶ必要がない。また、形成時に水素が発生しないという利点もある。   This insulating film has heat melting properties, and the effect of claim 13 is great. In addition, since it does not contain impurities, it is not necessary to select usage conditions. There is also an advantage that hydrogen is not generated during formation.

請求項16記載の半導体装置の製造方法は、請求項1または6記載の半導体装置の製造方法において、凸部が、誘電体メモリのメモリセル、またはメモリセルの一部であることを特徴とする。   A semiconductor device manufacturing method according to a sixteenth aspect is the semiconductor device manufacturing method according to the first or sixth aspect, wherein the convex portion is a memory cell of a dielectric memory or a part of the memory cell. .

誘電体メモリのメモリセルであるキャパシタでは、下部電極に酸素バリア膜、キャパシタ上部やキャパシタを囲むように水素バリア膜を形成するのが、一般的であり、その結果、キャパシタまたはメモリセルの高さが非常に高くなる。このような場合、研磨後の絶縁膜を薄く、かつばらつきを小さくしなければならなく、本発明の効果が大きい。   In a capacitor which is a memory cell of a dielectric memory, it is common to form an oxygen barrier film on the lower electrode and a hydrogen barrier film so as to surround the capacitor upper part and the capacitor. As a result, the height of the capacitor or memory cell is increased. Becomes very high. In such a case, the polished insulating film must be thin and variation must be reduced, and the effect of the present invention is great.

請求項17記載の半導体メモリ装置は、半導体基板上に強誘電体膜を含むキャパシタが複数形成され、キャパシタの上部および側部を覆うようにまたはキャパシタの全周囲を囲むようにバリア膜が形成され、バリア膜上に絶縁膜が形成されたメモリセルアレイ領域と、半導体基板上でメモリセルアレイ領域の周辺に配置され、絶縁膜が形成された周辺回路領域とを有した半導体メモリ装置であって、キャパシタの上部に形成されたバリア膜の表面における絶縁膜の膜厚のばらつきが0.3μm以内である。   The semiconductor memory device according to claim 17, wherein a plurality of capacitors including a ferroelectric film are formed on a semiconductor substrate, and a barrier film is formed so as to cover an upper part and a side part of the capacitor or to surround the entire periphery of the capacitor. A semiconductor memory device comprising: a memory cell array region in which an insulating film is formed on a barrier film; and a peripheral circuit region disposed around the memory cell array region on the semiconductor substrate and having an insulating film formed thereon, The variation in the film thickness of the insulating film on the surface of the barrier film formed on the upper part is within 0.3 μm.

強誘電体膜は、研磨時に凸部上の段差を緩和しやすいHDP-NSGのようなエッチングしながら形成する絶縁膜では、プラズマのダメージによりその特性が劣化する。そのため、強誘電体を含むキャパシタでは、よりメモリセルアレイ領域と周辺回路領域での段差を解消するのが困難となる。また、強誘電体膜は、水素により特性劣化を起こすため、キャパシタの上部および側部、あるいはキャパシタの全周囲を覆うような水素の拡散を止めるバリア膜が必要になり、メモリセルアレイの高さが更に高くなる。しかし、本発明を使用すれば、このバリア膜からメモリセル上の層間絶縁膜の高さばらつきを0.3μm以下に低減でき、上部配線とのコンタクトプラグの信頼性を確保できる。   A ferroelectric film is an insulating film formed by etching, such as HDP-NSG, which easily relaxes the level difference on the projection during polishing, and its characteristics deteriorate due to plasma damage. For this reason, it is more difficult to eliminate the level difference between the memory cell array region and the peripheral circuit region in a capacitor including a ferroelectric. In addition, since the ferroelectric film causes characteristic deterioration due to hydrogen, a barrier film that stops the diffusion of hydrogen covering the upper and side portions of the capacitor or the entire periphery of the capacitor is required, and the height of the memory cell array is increased. It gets even higher. However, if the present invention is used, the height variation of the interlayer insulating film on the memory cell from this barrier film can be reduced to 0.3 μm or less, and the reliability of the contact plug with the upper wiring can be ensured.

請求項18記載の半導体メモリ装置は、請求項17記載の半導体メモリ装置において、バリア膜が、TiとAlの少なくとも一方を含む膜であることを特徴とする。   The semiconductor memory device according to claim 18 is the semiconductor memory device according to claim 17, wherein the barrier film is a film containing at least one of Ti and Al.

このような膜は、主に水素に対して、強誘電体膜の劣化を防止することができる。   Such a film can prevent deterioration of the ferroelectric film mainly with respect to hydrogen.

請求項19記載の半導体メモリ装置は、請求項17記載の半導体メモリ装置において、バリア膜が、SiN膜であることを特徴とする。   A semiconductor memory device according to a nineteenth aspect is the semiconductor memory device according to the seventeenth aspect, wherein the barrier film is a SiN film.

この膜は、主に水素に対して、強誘電体膜の劣化を防止することができる。   This film can prevent deterioration of the ferroelectric film mainly with respect to hydrogen.

本発明によれば、半導体基板上に凸部の密度の高い領域と低い領域とが存在しても、その上に形成する絶縁膜の表面を、凸部の密度の高い領域と低い領域との段差や局所的な段差を低減し、容易に平坦化することができ、更に絶縁膜の面内ばらつきを抑えることができる。   According to the present invention, even if there are a high density area and a low density area on the semiconductor substrate, the surface of the insulating film formed thereon is divided into a high density area and a low area of the convex area. Steps and local steps can be reduced, flattening can be easily performed, and in-plane variation of the insulating film can be suppressed.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施形態である半導体装置の製造方法を適用する強誘電体メモリ(FeRAM)の一例を示した平面図である。図1に示すFeRAMは、半導体基板に形成された周辺回路領域101とメモリセルアレイ領域102とを含んでいる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view showing an example of a ferroelectric memory (FeRAM) to which a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention is applied. The FeRAM shown in FIG. 1 includes a peripheral circuit region 101 and a memory cell array region 102 formed on a semiconductor substrate.

周辺回路領域101では、回路を構成するMOSFET等の素子が疎に形成されているため、層間絶縁膜等の凸部を覆う絶縁膜の表面に形成されるパターンは、μmオーダーの微細なパターンになるのに対し、メモリセルアレイ領域102では、MOSFET等の素子が高密度で形成されているため、前記絶縁膜は凸部間にある程度埋め込まれ、その表面に形成されるパターンは数mmオーダーの大面積パターンとなる。このような微細パターンと大面積パターンとが混在した絶縁膜をCMP法により研磨平坦化すれば、微細なパターンより大面積パターンの方が研磨されにくいため、完全な平坦化は難しい。また、完全な平坦に近づけようとすれば、研磨量が大きくなり、絶縁膜の表面の面内ばらつきが大きくなる。また、FeRAMでは、キャパシタがメモリセルアレイ領域に高密度に形成されるため、その上の絶縁膜についても、同じ理由により周辺回路領域101とメモリセルアレイ領域102との完全な平坦化は難しい。   In the peripheral circuit region 101, since elements such as MOSFETs constituting the circuit are formed sparsely, the pattern formed on the surface of the insulating film covering the convex portion such as the interlayer insulating film is a fine pattern on the order of μm. In contrast, in the memory cell array region 102, since elements such as MOSFETs are formed at a high density, the insulating film is embedded to some extent between the convex portions, and the pattern formed on the surface has a large size of several mm. It becomes an area pattern. If an insulating film in which such a fine pattern and a large area pattern are mixed is polished and planarized by CMP, the large area pattern is harder to be polished than the fine pattern, so that complete planarization is difficult. Moreover, if it is made close to perfect flatness, the amount of polishing increases and the in-plane variation of the surface of the insulating film increases. In FeRAM, since capacitors are formed in a high density in the memory cell array region, it is difficult to completely planarize the peripheral circuit region 101 and the memory cell array region 102 for the same reason for the insulating film thereon.

しかし、以下に説明する製造方法を用いれば、凸部上の絶縁膜に凹部を形成し、その後にCMP法により平坦化することにより、その平坦性を向上し、更に絶縁膜の面内ばらつきを低減することができる。   However, if the manufacturing method described below is used, a concave portion is formed in the insulating film on the convex portion, and then flattened by the CMP method to improve the flatness, and further, in-plane variation of the insulating film is reduced. Can be reduced.

以下、図2から図4を用いて、本実施の形態1の製造方法を説明する。図2から図4は、本実施形態1の半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図である。   Hereinafter, the manufacturing method of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4 are cross-sectional views showing an example of the manufacturing method of the semiconductor device of Embodiment 1 in the order of the steps.

図2(a)に示すように、STI(Shallow Trench Isolation)分離領域202と、高濃度不純物層203、ゲート絶縁膜204およびゲート電極205からなるトランジスタとが形成された半導体基板201上に、BPSGやHDP-NSGやO3NSGのような絶縁膜206をCVD法により、例えば0.6〜1.2μm成膜し、CMP法等を用いて、第1の層間絶縁膜206が0.4〜0.8μmの膜厚になるように形成する。次に、図2(b)に示すように、絶縁膜206の所望の位置にレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングにより絶縁膜206に第1のコンタクト孔207を形成する。   As shown in FIG. 2A, a BPSG is formed on a semiconductor substrate 201 on which an STI (Shallow Trench Isolation) isolation region 202 and a transistor including a high-concentration impurity layer 203, a gate insulating film 204, and a gate electrode 205 are formed. An insulating film 206 such as HDP-NSG or O3NSG is formed by, for example, 0.6 to 1.2 μm by CVD, and the first interlayer insulating film 206 has a thickness of 0.4 to 0.8 μm by using CMP or the like. To form. Next, as shown in FIG. 2B, a resist pattern is formed at a desired position of the insulating film 206, and a first contact hole 207 is formed in the insulating film 206 by dry etching using the resist pattern as a mask.

次に、図2(c)に示すように、スパッタ、CVD、または、メッキ法により全面に導電膜208(例えば、タングステン、モリブデン、チタン、窒化チタン、窒化タンタル、ケイ化金属のようなメタルからなり、このケイ化金属はTi,NiまたはCo,Cu、またはドーピングされた多結晶シリコン)を形成する。次に、図2(d)に示すように、エッチバック法、またはCMP法を用いて、絶縁膜206の上面が露出するまで、導電膜208を除去し、コンタクトプラグ209を形成する。   Next, as shown in FIG. 2 (c), a conductive film 208 (for example, a metal such as tungsten, molybdenum, titanium, titanium nitride, tantalum nitride, or metal silicide) is formed on the entire surface by sputtering, CVD, or plating. This metal silicide forms Ti, Ni or Co, Cu, or doped polycrystalline silicon. Next, as shown in FIG. 2D, the conductive film 208 is removed by using an etch back method or a CMP method until the upper surface of the insulating film 206 is exposed, and a contact plug 209 is formed.

次に、図2(e)に示すように、全面に導電膜(例えばW)を形成し、所望のマスクを用いて、コンタクトプラグ209と接続されるようにパターニングし、ビット配線210を形成する。この時、導電膜を形成する前に、例えばビット配線210がWの場合には、TiN/Tiなどの密着層を形成してもよい。このビット配線210の高さは、配線抵抗や設計ルールより決定され、好ましくは20〜150nmである。更に、キャパシタ上部の配線とのスタック型コンタクトを形成する場合には、あらかじめコンタクトプラグと、その1つのコンタクトプラグを被覆するようにビット配線パターン(ビット配線と同時に同じ材料で形成されたパターン)を形成しておく。   Next, as shown in FIG. 2E, a conductive film (for example, W) is formed on the entire surface, and patterned to be connected to the contact plug 209 using a desired mask, thereby forming a bit wiring 210. . At this time, before forming the conductive film, for example, when the bit wiring 210 is W, an adhesion layer such as TiN / Ti may be formed. The height of the bit wiring 210 is determined by wiring resistance and design rules, and is preferably 20 to 150 nm. Further, when forming a stack type contact with the wiring above the capacitor, a bit wiring pattern (a pattern formed of the same material simultaneously with the bit wiring) so as to cover the contact plug and the one contact plug in advance. Form it.

次に、図2(f)に示すように、ビット配線210上に絶縁膜を200〜800nm形成し、それをCMP、エッチバック法あるいはリフローを用いて平坦化し、第2の層間絶縁膜211を形成する。この平坦化により、第2の層間膜211上部に形成されるキャパシタの形成を容易にでき、特にはCMP法を用いることにより、ビット配線210による段差をより平坦化することができる。   Next, as shown in FIG. 2 (f), an insulating film is formed to 200 to 800 nm on the bit wiring 210, and is flattened by using CMP, etch back method or reflow, and a second interlayer insulating film 211 is formed. Form. By this planarization, the capacitor formed on the second interlayer film 211 can be easily formed. In particular, the step due to the bit wiring 210 can be further planarized by using the CMP method.

次に、図3(a)に示すように、第1の層間絶縁膜206と第2の層間絶縁膜211の積層膜の所望の位置にレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして、ドライエッチングにより第2のコンタクト孔を形成し、スパッタ、CVD、または、メッキ法により全面に導電膜(例えば、タングステン、モリブデン、チタン、窒化チタン、窒化タンタル、ケイ化金属のようなメタルからなり、このケイ化金属はTi,NiまたはCo,Cu、またはドーピングされた多結晶シリコン)を形成し、エッチバック法、またはCMP法を用いて、絶縁膜211の上面が露出するまで、導電膜を除去し、第2のコンタクトプラグ212を形成する。   Next, as shown in FIG. 3A, a resist pattern is formed at a desired position of the laminated film of the first interlayer insulating film 206 and the second interlayer insulating film 211, and dry etching is performed using the resist pattern as a mask. The second contact hole is formed by sputtering, and the entire surface is made of a conductive film (for example, metal such as tungsten, molybdenum, titanium, titanium nitride, tantalum nitride, metal silicide) by sputtering, CVD, or plating. Metal oxide is Ti, Ni or Co, Cu, or doped polycrystalline silicon), and the conductive film is removed using an etch back method or a CMP method until the upper surface of the insulating film 211 is exposed, A second contact plug 212 is formed.

次に、図3(b)に示すように、ウェハ全面にキャパシタの下部電極213、誘電体容量膜214、上部電極215となる膜をこの順に形成する。次に、図3(c)に示すように、所望のマスクを用いて、第2のコンタクトプラグ212が被覆されるようにパターニングして、キャパシタ216を形成する。ここでは、スタック型のキャパシタ構造を挙げたが、立体型やその他の構造のキャパシタでも良く、これに限るものではない。また、下部電極213、誘電体容量膜214、上部電極215を一括でドライエッチしたが、それぞれの膜、またはその積層膜をその都度ドライエッチングしてもかまわない。更には、キャパシタの形状を形成できれば、他の方法でもかまわない。また、誘電体の劣化を防止する膜をキャパシタ上部、またはキャパシタを覆うように形成するような場合は、その膜を含めたキャパシタ(メモリセル)を凸部とみなす。   Next, as shown in FIG. 3B, a capacitor lower electrode 213, dielectric capacitor film 214, and upper electrode 215 are formed in this order on the entire surface of the wafer. Next, as shown in FIG. 3C, patterning is performed using a desired mask so as to cover the second contact plug 212, thereby forming a capacitor 216. Here, a stack type capacitor structure has been described, but a three-dimensional type or other structure capacitor may be used, and the present invention is not limited to this. Further, although the lower electrode 213, the dielectric capacitor film 214, and the upper electrode 215 are dry-etched at once, the respective films or the laminated film may be dry-etched each time. Furthermore, other methods may be used as long as the shape of the capacitor can be formed. In the case where a film for preventing the deterioration of the dielectric is formed so as to cover the capacitor or to cover the capacitor, the capacitor (memory cell) including the film is regarded as a convex part.

次に、誘電体容量膜214を構成する、BST(BaxSr1-xTiO3)系誘電体、PZT(Pb(ZrxTi1-xO3)などの鉛(Pb)を含むペロブスカイト系誘電体、または、SBT(SrBi2Ta2O9)などのBiを含むペロブスカイト系誘電体を結晶化させるために、酸素雰囲気の高温での焼結を行なうが、これはアニールでもRTA(Rapid Thermal Anneal)でもよい。 Next, the perovskite system including lead (Pb) such as BST (Ba x Sr 1-x TiO 3 ) -based dielectric, PZT (Pb (Zr x Ti 1-x O 3 )), which constitutes the dielectric capacitor film 214 In order to crystallize a dielectric or a perovskite-based dielectric containing Bi such as SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ), sintering is performed at a high temperature in an oxygen atmosphere. Anneal).

ここで、メモリセルアレイ中のメモリセルの配置を図5に示す。メモリセルアレイ102の面積を小さくするために、メモリセル301は図5に示すように規則的に配置されている。図5の例では、複数のメモリセル301(ここではキャパシタ216)が縦・横方向にそれぞれ所定の間隔(Y、X)で2次元状に配置され、その配置される縦方向の間隔Yと、横方向の間隔Xとが異なる。   Here, the arrangement of the memory cells in the memory cell array is shown in FIG. In order to reduce the area of the memory cell array 102, the memory cells 301 are regularly arranged as shown in FIG. In the example of FIG. 5, a plurality of memory cells 301 (here, capacitors 216) are two-dimensionally arranged at predetermined intervals (Y, X) in the vertical and horizontal directions, and the vertical intervals Y and , The horizontal distance X is different.

次に、図3(d)に示すように、ウェハ全面にBPSGやO3NSGやHDP-NSGのような絶縁膜217を700〜1500nmの膜厚でCVD法、またはスパッタ法により成膜する。   Next, as shown in FIG. 3D, an insulating film 217 such as BPSG, O3NSG, or HDP-NSG is formed on the entire surface of the wafer by a CVD method or a sputtering method to a thickness of 700 to 1500 nm.

ここで、高さが800nmの凸部(メモリセル301のキャパシタ216)に対して、図6に示すような(a)ドット状と(b)ライン状と(c)アレイ全体に凹部302を形成した場合と凹部を形成しない場合についてグローバル段差の比較を図7に示す。ドット状の凹部は、凹部を形成のしない場合とほぼ同等で、段差の低減には効果は小さい。一方、ライン状の凹部では、アレイ全体に凹部を形成する場合とほぼ同等の段差低減効果を果たすことができる。よって、メモリセル上に凹部をドット状に入れると、段差緩和の効果は小さいため、ライン状の凹部、またはメモリセルアレイ全体に凹部を形成するのが望ましい。   Here, (a) dot shape, (b) line shape, and (c) concave portion 302 are formed in the entire array as shown in FIG. 6 for the convex portion (capacitor 216 of memory cell 301) having a height of 800 nm. FIG. 7 shows a comparison of the global level difference between the case where this is done and the case where no recess is formed. The dot-shaped concave portion is almost the same as the case where the concave portion is not formed, and the effect of reducing the step difference is small. On the other hand, the line-shaped concave portion can achieve a step reduction effect substantially equivalent to the case where the concave portion is formed in the entire array. Therefore, if the concave portions are formed in a dot shape on the memory cell, the effect of reducing the level difference is small. Therefore, it is desirable to form the concave portions in the line shape or the entire memory cell array.

次に、図3(e)に示すように、メモリセルアレイ領域に、隣接するキャパシタ同士のスペースの狭い方向に長く、かつ複数のキャパシタ上を通る凹部218を形成する。この凹部218はエッチングにより絶縁膜217を除去した部分である。   Next, as shown in FIG. 3E, recesses 218 that are long in the direction in which the space between adjacent capacitors is narrow and pass over the plurality of capacitors are formed in the memory cell array region. The recess 218 is a portion where the insulating film 217 is removed by etching.

図4(a)〜(c)の工程断面図では、図3(c)〜(e)からの工程を、メモリセル間のスペースの狭い方向と、広い方向に分けて、キャパシタ216から上部を示したものである。図4(a)に示すキャパシタを搭載した下地に対し、図4(b)に示すように、絶縁膜217を形成すると、キャパシタ間のスペースが狭い方向と広い方向とではスペースの違いにより、絶縁膜217の表面の最下面が異なる。次に、図4(c)に示すように、図5内で示した、メモリセル間の横方向のスペースXと縦方向のスペースYを比較し、スペースの狭い方向に長いライン状の凹部218を形成し、スペースの広い方向には凹部を形成しない。ライン状の凹部218は複数のキャパシタ216上を通って形成される。点線220は、仮に、スペースの広い方向にも凹部を形成したときの仮想的な凹部の形状を示したものである。これは、メモリセルアレイ全体に凹部を形成する場合にもあてはまる。   4A to 4C, the processes from FIGS. 3C to 3E are divided into a narrow direction and a wide direction between the memory cells, and the upper portion from the capacitor 216 is divided. It is shown. When the insulating film 217 is formed on the base on which the capacitor shown in FIG. 4 (a) is mounted as shown in FIG. 4 (b), insulation is caused by the difference between the narrow space and the wide space between the capacitors. The lowermost surface of the surface of the film 217 is different. Next, as shown in FIG. 4C, the horizontal space X between the memory cells shown in FIG. 5 is compared with the vertical space Y, and a long line-shaped recess 218 is formed in the narrow space direction. And no recess is formed in the wide space direction. A line-shaped recess 218 is formed over the plurality of capacitors 216. The dotted line 220 shows the shape of a virtual recess when a recess is also formed in a wide space direction. This is also true when a recess is formed in the entire memory cell array.

なお、図3(e)は、メモリセル間のスペースの狭い方向での断面を示す図で、従来の図16(c)と同様であるが、従来との相違は図4(c)のスペースの広い方向での断面に現れている。   FIG. 3 (e) is a diagram showing a cross section in a narrow direction of the space between the memory cells, which is the same as the conventional FIG. 16 (c), but the difference from the conventional one is the space of FIG. 4 (c). It appears in the cross section in the wide direction.

次に、図4(d)に示すように、CMP法により絶縁膜217を平坦化することにより、第3の層間絶縁膜221を形成する。ここで、図4(c)内の点線219は、研磨後の絶縁膜221の面を示すが、仮にスペースの大きい方向に凹部を形成すると、点線220が最終的な研磨面219より低い場合には、研磨後にもその段差が局所段差として残る。これを防止するには、絶縁膜の膜厚を厚くする必要があるが、この時、研磨量が同じだと、研磨後の絶縁膜の膜厚が厚くなる。また、研磨後の絶縁膜の膜厚を薄くするために研磨量を増やすと、研磨後の絶縁膜221の膜厚ばらつきが大きくなる。   Next, as shown in FIG. 4D, the third interlayer insulating film 221 is formed by planarizing the insulating film 217 by CMP. Here, a dotted line 219 in FIG. 4C shows the surface of the insulating film 221 after polishing. If a concave portion is formed in a direction where the space is large, the dotted line 220 is lower than the final polishing surface 219. The step remains as a local step even after polishing. In order to prevent this, it is necessary to increase the thickness of the insulating film. At this time, if the polishing amount is the same, the thickness of the insulating film after polishing increases. Further, when the polishing amount is increased in order to reduce the thickness of the insulating film after polishing, the variation in the thickness of the insulating film 221 after polishing increases.

よって、本発明のようにメモリセルのスペースの狭い方向にだけ複数のメモリセルを含むように凹部を形成すれば、局所段差の発生を防止しつつ、絶縁膜の膜厚を小さくすることができる。また、図7を用いて説明したように、ライン状の凹部を形成することにより、凸部の密度の高い領域(メモリセルアレイ領域102)と凸部の密度の低い領域(周辺回路領域101)との段差(グローバル段差)を十分に低減することもできる。また、研磨量も低減できるため、絶縁膜の膜厚ばらつきを抑制できる効果がある。なお、凸部の密度とは、ある一定領域(一定面積)における、その領域内に存在する全凸部の面積の和とその領域の全面積との比のことである。   Therefore, if the recess is formed so as to include a plurality of memory cells only in the direction in which the space of the memory cells is narrow as in the present invention, the thickness of the insulating film can be reduced while preventing the occurrence of local steps. . Further, as described with reference to FIG. 7, by forming a line-shaped concave portion, a region having a high density of convex portions (memory cell array region 102) and a region having a low density of convex portions (peripheral circuit region 101) The step (global step) can be sufficiently reduced. In addition, since the polishing amount can be reduced, there is an effect that variation in the thickness of the insulating film can be suppressed. Note that the density of convex portions is the ratio of the sum of the areas of all convex portions existing in a certain region (constant area) to the total area of the region.

また、凹部218の形成方法としては、フォトレジストをマスクに用いたウェットエッチにより形成するのが望ましい。本発明では、局所段差を残さないために、凹部の形状を制御することが重要であり、エッチング面内均一性・エッチングレートの再現性に優れるウェットエッチが望ましい。   As a method for forming the recess 218, it is desirable to form the recess 218 by wet etching using a photoresist as a mask. In the present invention, in order not to leave a local step, it is important to control the shape of the recess, and wet etching excellent in etching surface uniformity and etching rate reproducibility is desirable.

また、凹部218の形成方法として、フォトレジストをマスクに用いたドライエッチにより形成することが更に望ましい。これは、ドライエッチが異方性エッチであるために、凹部の横方向の形状を制御しやすいためである。   Further, as a method for forming the recess 218, it is more preferable to form the recess 218 by dry etching using a photoresist as a mask. This is because the dry etching is an anisotropic etching, so that the lateral shape of the concave portion can be easily controlled.

次に、図4(e)に示すように、キャパシタ上部の配線とトランジスタの拡散領域を接続するコンタクト孔を、第1の層間絶縁膜206と第2の層間絶縁膜211と第3の層間絶縁膜221の積層膜に、所望のマスクを用いて、ドライエッチにより形成し、スパッタ、CVD、または、メッキ法により全面に導電膜(例えば、タングステン、モリブデン、チタン、窒化チタン、窒化タンタル、ケイ化金属のようなメタルからなり、このケイ化金属はTi,NiまたはCo,Cu、またはドーピングされた多結晶シリコン)を形成し、エッチバック法、またはCMP法を用いて、絶縁膜221の上面が露出するまで、導電膜を除去し、第3のコンタクトプラグ222を形成し、キャパシタ上部の配線と接続可能にする。スタック型のコンタクトを採用している場合は、第2の層間絶縁膜211と第3の層間絶縁膜221の間に、あらかじめ形成したビット配線パターン上に同じ方法でコンタクトプラグを形成する。   Next, as shown in FIG. 4E, a contact hole connecting the wiring above the capacitor and the diffusion region of the transistor is formed by the first interlayer insulating film 206, the second interlayer insulating film 211, and the third interlayer insulating film. The film 221 is formed by dry etching using a desired mask, and a conductive film (for example, tungsten, molybdenum, titanium, titanium nitride, tantalum nitride, silicide) is formed on the entire surface by sputtering, CVD, or plating. The metal silicide is formed of Ti, Ni, Co, Cu, or doped polycrystalline silicon), and the top surface of the insulating film 221 is formed using an etch back method or a CMP method. The conductive film is removed until it is exposed, and a third contact plug 222 is formed so that it can be connected to the wiring above the capacitor. When stack type contacts are employed, contact plugs are formed between the second interlayer insulating film 211 and the third interlayer insulating film 221 on the previously formed bit wiring pattern by the same method.

上記した方法により、絶縁膜221の膜厚を低減し、かつ、ばらつきも小さくできるため、キャパシタ上部の配線とトランジスタの拡散領域(高濃度不純物拡散層203)とを接続するコンタクトプラグ222の接続信頼性が向上する。なお、キャパシタ上部の配線は、図示していないが、コンタクトプラグ222の形成後に、絶縁膜221上およびコンタクトプラグ222上に形成される配線である。   By the above method, the thickness of the insulating film 221 can be reduced and the variation can be reduced. Therefore, the connection reliability of the contact plug 222 that connects the wiring above the capacitor and the diffusion region of the transistor (high-concentration impurity diffusion layer 203). Improves. Note that the wiring above the capacitor is not shown, but is formed on the insulating film 221 and the contact plug 222 after the contact plug 222 is formed.

また、隣接する凸部(キャパシタ216)同士の狭い方向のスペースが0.1μm以下であることが望ましい。このときには、図4(b)に示すように、狭い方向のスペースでの絶縁膜217の埋め込み面が、広い方向のスペースでの絶縁膜217の埋め込み面より、高い位置に形成され、形成する絶縁膜217の膜厚が薄くても、グローバル段差の平坦化に十分な凹部を絶縁膜に形成できる。その結果、研磨後の絶縁膜221の膜厚ばらつきを低減できる。   Further, it is desirable that the space in the narrow direction between adjacent convex portions (capacitors 216) is 0.1 μm or less. At this time, as shown in FIG. 4 (b), the buried surface of the insulating film 217 in the space in the narrow direction is formed at a position higher than the buried surface of the insulating film 217 in the space in the wide direction. Even if the thickness of the film 217 is thin, a recess sufficient for flattening the global step can be formed in the insulating film. As a result, variations in the thickness of the insulating film 221 after polishing can be reduced.

また、隣接する凸部(キャパシタ216)同士の広い方向のスペースが、凸部の高さの2倍以下であることが望ましい。凸部を絶縁膜で埋め込むには、最低限凸部の高さ以上の膜厚が必要である。図4(a)に示す広い方向のスペースL'が凸部の高さH'の2倍以下であるときには、広い方向の凸部同士のスペースを最低限の絶縁膜厚で完全に埋めることができ、局所段差の発生を防止することができる。   In addition, it is desirable that the space in the wide direction between adjacent convex portions (capacitors 216) is not more than twice the height of the convex portions. In order to fill the convex portion with the insulating film, a film thickness that is at least the height of the convex portion is required. When the space L ′ in the wide direction shown in FIG. 4A is not more than twice the height H ′ of the convex portion, the space between the convex portions in the wide direction may be completely filled with the minimum insulating film thickness. And the occurrence of local steps can be prevented.

また、メモリセルアレイ102に形成する凹部218を、図8に示すように、メモリセルアレイ102の最端にまで形成することが望ましい。このときには、ある一定の大きさ以上の絶縁膜217の凸状部を完全に無くすことができ、CMP後の絶縁膜をより平坦化することができる。図8では、凹部218を1カ所しか図示していないが、他の部分にも同様に配置形成される。   Further, it is desirable to form the recess 218 formed in the memory cell array 102 up to the end of the memory cell array 102 as shown in FIG. At this time, the convex portion of the insulating film 217 having a certain size or larger can be completely eliminated, and the insulating film after CMP can be further planarized. In FIG. 8, only one recess 218 is shown, but the other portions are similarly arranged and formed.

また、メモリセルアレイ102に形成する凹部218は、図9に示すように、メモリセルアレイ102の最端の凸部(メモリセル301すなわちキャパシタ216)を残した状態で形成されることが望ましい。このことにより、メモリセルアレイ102の最端部で絶縁膜217の微細な凸状部が形成されず、研磨時の微細な凸状部の折れを防止することができ、それによるパターン欠陥や、折れた絶縁膜によるスクラッチを皆無にできる。図9では、凹部218を1カ所しか図示していないが、他の部分にも同様に配置形成される。   Further, it is desirable that the recess 218 formed in the memory cell array 102 is formed in a state where the most convex portion (memory cell 301, that is, the capacitor 216) of the memory cell array 102 is left as shown in FIG. As a result, the fine convex portion of the insulating film 217 is not formed at the extreme end of the memory cell array 102, and the fine convex portion can be prevented from being broken during polishing. Scratch due to the insulating film can be eliminated. In FIG. 9, only one recess 218 is shown, but the other portions are similarly arranged and formed.

実施の形態1では、凸部の例として、FeRAMのメモリセルを挙げたが、凸部形状であれば、トランジスタやDRAMのキャパシタや配線など、これに限るものではない。   In the first embodiment, an FeRAM memory cell has been described as an example of the convex portion. However, the shape of the convex portion is not limited to that of a transistor, a DRAM capacitor, or a wiring.

また、凸部がキャパシタの下部電極である場合には、絶縁膜をCMP法により平坦化し、下部電極の表面を露出させなければならない。あるいは、絶縁膜をCMP法により平坦化した後に、ドライエッチやウェットエッチなどの他の方法により、下部電極の表面を露出させる必要がある。このとき、下部電極の表面を均一に露出させるために、層間絶縁膜の形成時の膜厚ばらつきよりも、絶縁膜の膜厚ばらつきを更に低減する必要があり、本発明の効果が大きいものとなる。   Further, when the convex portion is the lower electrode of the capacitor, the insulating film must be planarized by CMP to expose the surface of the lower electrode. Alternatively, after the insulating film is planarized by the CMP method, the surface of the lower electrode needs to be exposed by another method such as dry etching or wet etching. At this time, in order to uniformly expose the surface of the lower electrode, it is necessary to further reduce the film thickness variation of the insulating film rather than the film thickness variation at the time of forming the interlayer insulating film. Become.

(実施の形態2)
実施の形態2を図10から図12を用いて説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment will be described with reference to FIGS.

この実施形態2の製造工程は、図2(a)から図3(a)までは同じなので、ここでは省略する。   Since the manufacturing process of the second embodiment is the same from FIG. 2 (a) to FIG. 3 (a), it is omitted here.

続いて、図10(a)に示すように、下部電極となる導電膜401をスパッタ法、またはCVD法により形成する。この導電膜401は、例えば貴金属膜の単層、または貴金属膜が最上層に配置された積層膜であり、貴金属膜は例えばPt,Ir,Ru膜、あるいはそれらを含む合金膜を好ましくは20〜100nmの膜厚で、スパッタまたはCVD法により全面に形成する。貴金属膜の下には、誘電体焼結時の熱履歴に対して、コンタクトプラグ212の酸化に対するバリアになるような導電膜を形成してもよい。この導電性バリア膜は、例えばTiAlN、または少なくともTi,Alのどちらかを一部に含む膜、または貴金属膜を少なくとも一部に含む膜、あるいはそれらの積層膜、あるいはIr/IrOx/TiAlN等であり、その膜厚は、好ましくは10〜200nmである。   Subsequently, as shown in FIG. 10A, a conductive film 401 to be a lower electrode is formed by sputtering or CVD. The conductive film 401 is, for example, a single layer of a noble metal film, or a laminated film in which the noble metal film is disposed as the uppermost layer, and the noble metal film is preferably a Pt, Ir, Ru film, or an alloy film containing them, preferably 20 to The film is formed with a thickness of 100 nm on the entire surface by sputtering or CVD. Under the noble metal film, a conductive film may be formed that serves as a barrier against oxidation of the contact plug 212 against the thermal history during dielectric sintering. This conductive barrier film is, for example, TiAlN, or a film containing at least one of Ti and Al, a film containing at least a noble metal film, or a laminated film thereof, or Ir / IrOx / TiAlN. The film thickness is preferably 10 to 200 nm.

次に、図10(b)に示すように、所望の位置にレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして、ドライエッチにより下部電極402を形成する。あるいは、絶縁膜等をマスクとして用いるハードマスクエッチでもかまわない。次に、図10(c)に示すように、下部電極402および第2の層間絶縁膜211上にO3NSG、BPSGまたはHDP-NSGのような第3の絶縁膜をCVD法により形成し、第3の絶縁膜をCMPまたはエッチバックにより平坦化し、下部電極402の表面を露出させ、埋め込み絶縁膜403を形成する。   Next, as shown in FIG. 10B, a resist pattern is formed at a desired position, and the lower electrode 402 is formed by dry etching using the resist pattern as a mask. Alternatively, hard mask etching using an insulating film or the like as a mask may be used. Next, as shown in FIG. 10C, a third insulating film such as O3NSG, BPSG or HDP-NSG is formed on the lower electrode 402 and the second interlayer insulating film 211 by the CVD method. The insulating film is flattened by CMP or etch back, the surface of the lower electrode 402 is exposed, and a buried insulating film 403 is formed.

次に、図10(d)に示すように、強誘電体膜404をスピン塗布法またはスパッタ法により形成し、その上に、上部電極となる導電膜405をスパッタ法またはCVD法により形成する。この上部電極なる導電膜405は、例えばPt,Ir,IrOxのような膜である。次に、図11(a)の実線で示すように、強誘電体膜404および導電膜405をリソグラフィーとドライエッチにより、複数の下部電極402にまたがるように形成し、ライン形状の上部電極406および強誘電体膜404とする。このときの断面が図11(b)である。   Next, as shown in FIG. 10D, a ferroelectric film 404 is formed by a spin coating method or a sputtering method, and a conductive film 405 to be an upper electrode is formed thereon by a sputtering method or a CVD method. The conductive film 405 serving as the upper electrode is a film such as Pt, Ir, or IrOx. Next, as shown by a solid line in FIG. 11A, a ferroelectric film 404 and a conductive film 405 are formed so as to straddle a plurality of lower electrodes 402 by lithography and dry etching, and a line-shaped upper electrode 406 and The ferroelectric film 404 is assumed. The cross section at this time is shown in FIG.

次に、強誘電体膜404を構成する、BST(BaxSr1-xTiO3)系誘電体、PZT(Pb(ZrxTi1-xO3)などの鉛(Pb)を含むペロブスカイト系誘電体、または、SBT(SrBi2Ta2O9)などのBiを含むペロブスカイト系誘電体を結晶化させるために、酸素雰囲気の高温での焼結を行なうが、これはアニールでもRTA(Rapid Thermal Anneal)でもよい。また、この結晶化は、この他の工程後に行なわれてもかまわない。 Next, the perovskite system containing lead (Pb) such as BST (Ba x Sr 1-x TiO 3 ) system dielectric, PZT (Pb (Zr x Ti 1-x O 3 )), which constitutes the ferroelectric film 404 In order to crystallize a dielectric or a perovskite-based dielectric containing Bi such as SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ), sintering is performed at a high temperature in an oxygen atmosphere. Anneal), and this crystallization may be performed after this other step.

次に、図11(c)に示すように、上部電極406上に、例えばO3NSG,O3BPSG,HDP-NSG,P-TEOSのような第4の絶縁膜407をCVD法・スパッタ法により形成する。次に、図11(d)に示すように、ライン状の上部電極406上の絶縁膜407に、図11(a)の点線で示すようなライン状の凹部408を形成する。この凹部408は、実施の形態1同様、フォトレジストをマスクに用いたウェットエッチあるいはドライエッチで形成する。次に、図12(a)に示すように、CMP法により、絶縁膜407を平坦化し、層間絶縁膜409を形成する。次に、図12(b)に示すように、層間絶縁膜(409、403、211、206)にキャパシタ上部の配線とトランジスタの拡散層203を接続するコンタクトプラグ410を形成する。   Next, as shown in FIG. 11C, a fourth insulating film 407 such as O3NSG, O3BPSG, HDP-NSG, and P-TEOS is formed on the upper electrode 406 by CVD or sputtering. Next, as shown in FIG. 11D, a line-shaped recess 408 as shown by a dotted line in FIG. 11A is formed in the insulating film 407 on the line-shaped upper electrode 406. The recess 408 is formed by wet etching or dry etching using a photoresist as a mask, as in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 12A, the insulating film 407 is planarized by CMP and an interlayer insulating film 409 is formed. Next, as shown in FIG. 12B, contact plugs 410 are formed in the interlayer insulating films (409, 403, 211, 206) to connect the wirings above the capacitors and the diffusion layers 203 of the transistors.

ここでは、ライン形状である凸部として、FeRAMのプレートライン(上部電極406および強誘電体膜404)を挙げたが、これに限るものではない。また、キャパシタでなくても、例えば、トランジスタや容量素子の一部分、容量素子の下部電極・配線であっても良い。更に、凸部の表面を露出する必要がある場合には、更に絶縁膜の膜厚ばらつきを抑制する必要があり、この発明の効果が大きくなる。   Here, the FeRAM plate line (the upper electrode 406 and the ferroelectric film 404) has been exemplified as the convex portion having a line shape, but is not limited thereto. Further, instead of the capacitor, for example, a transistor, a part of a capacitor, or a lower electrode / wiring of the capacitor may be used. Furthermore, when it is necessary to expose the surface of the convex portion, it is necessary to further suppress variations in the thickness of the insulating film, and the effect of the present invention is increased.

また、実施形態1及び2において、凹部(218、408)の形成された部分の絶縁膜(217、407)の表面の最低面が、凸部の密度の低い領域(周辺回路領域)で下に凸部のない部分の絶縁膜(217、407)の表面とほぼ同じ高さになるように、凹部を形成することが望ましい。このように、あらかじめ、凸部のない絶縁膜の面と、凹部での絶縁膜の面を揃えることで、効果的に凸部の密度の高い領域(メモリセルアレイ領域)と低い領域(周辺回路領域)との段差を低減することができる。   Further, in the first and second embodiments, the lowest surface of the surface of the insulating film (217, 407) where the recesses (218, 408) are formed is located below the region where the density of the protrusions is low (peripheral circuit region). It is desirable to form the concave portion so as to be almost the same height as the surface of the insulating film (217, 407) in the portion without the convex portion. As described above, by aligning the surface of the insulating film having no protrusions with the surface of the insulating film in the recesses in advance, the area having high density of protrusions (memory cell array area) and the area having low density (peripheral circuit area) ) Can be reduced.

また、実施形態1及び2において、凹部の面を、研磨による平坦化後の前記絶縁膜の表面より、高い位置に形成することが望ましい。この方法により、局所段差の発生を完全に防止できる。   In the first and second embodiments, it is desirable that the surface of the recess be formed at a position higher than the surface of the insulating film after planarization by polishing. By this method, the occurrence of local steps can be completely prevented.

また、実施形態1及び2において、凸部の密度の低い領域での研磨体積と、凹部が形成された凸部の密度の高い領域での研磨体積がほぼ同じとなるように、絶縁膜とその凹部を形成することが望ましい。この方法により、凸部の密度の高い領域と低い領域との段差をより0に近づけることができる。なお、研磨体積とは、研磨前から研磨後に、実際に除去された被研磨膜の体積のことである。   Further, in the first and second embodiments, the insulating film and the insulating film are formed so that the polishing volume in the low density area of the protrusions is substantially the same as the polishing volume in the high density area of the protrusions where the depressions are formed. It is desirable to form a recess. By this method, the step between the high density area and the low density area of the protrusions can be made closer to zero. The polishing volume is the volume of the film to be polished that is actually removed before and after polishing.

また、実施形態1及び2において、絶縁膜が、熱融解性の酸化膜であることが望ましい。熱融解性の膜を用いれば、図13(a)に示すように、凸部間スペースにおける絶縁膜501の埋め込み性が向上し、より薄い絶縁膜で凸部間を埋め込むことができるようになる。よって、図13(c)に示すように、局所段差の発生を防止できる。また、研磨後の絶縁膜の膜厚ばらつきも低減できる。図13は、例として実施の形態1の場合を用いて示したものであり、キャパシタ216が凸部であり、図13(a)は絶縁膜501を形成時(堆積時)の状態、図13(b)は絶縁膜501に凹部502を形成した状態、図13(c)は研磨後の状態を示し、503は研磨レベル、504は研磨後の絶縁膜501の表面を示す。   In the first and second embodiments, the insulating film is preferably a heat-meltable oxide film. If a heat-meltable film is used, as shown in FIG. 13A, the embedding property of the insulating film 501 in the space between the protrusions is improved, and the space between the protrusions can be embedded with a thinner insulating film. . Therefore, as shown in FIG. 13C, the occurrence of local steps can be prevented. In addition, variations in the thickness of the insulating film after polishing can be reduced. FIG. 13 shows the case of Embodiment 1 as an example. The capacitor 216 is a convex portion. FIG. 13A shows the state when the insulating film 501 is formed (during deposition). FIG. 13B shows the state after the recess 502 is formed in the insulating film 501, FIG. 13C shows the state after polishing, 503 shows the polishing level, and 504 shows the surface of the insulating film 501 after polishing.

また、前記絶縁膜が、少なくともボロンあるいはリンのどちらかを含むことが望ましい。この絶縁膜は、熱融解性が大きく、効果がより大きい。   The insulating film preferably contains at least either boron or phosphorus. This insulating film has a high heat melting property and a greater effect.

また、前記絶縁膜が、O3とTEOSを用いて形成したシリコン酸化膜であることが望ましい。この絶縁膜は、熱融解性があり、効果が大きい。また、不純物を含まないために使用条件を選ぶ必要がない。また、形成時に水素が発生しないという利点もある。   The insulating film is preferably a silicon oxide film formed using O3 and TEOS. This insulating film is heat-meltable and has a great effect. In addition, since it does not contain impurities, it is not necessary to select usage conditions. There is also an advantage that hydrogen is not generated during formation.

また、凸部が誘電体メモリのメモリセル、またはその一部であることが望ましい。誘電体メモリでは、容量を増やすために立体型のキャパシタを形成することが多く、メモリセルの高さが高くなる。このようなときには、メモリセルの上部の配線と拡散層とのコンタクトプラグのアスペクト比が高くなり、本発明を用いて、層間絶縁膜の膜厚ばらつきを低減しながら、層間絶縁膜の膜厚を薄くすることにより、接続信頼性を高めることができる。   Further, it is desirable that the convex portion is a memory cell of the dielectric memory or a part thereof. In the dielectric memory, a three-dimensional capacitor is often formed in order to increase the capacity, and the height of the memory cell is increased. In such a case, the aspect ratio of the contact plug between the upper wiring of the memory cell and the diffusion layer becomes high, and the thickness of the interlayer insulating film can be reduced while reducing the thickness variation of the interlayer insulating film using the present invention. By reducing the thickness, connection reliability can be increased.

次に、本発明による半導体メモリ装置の例を図14に示す。一般に、グローバル段差を低減するためには、凸部上の絶縁膜として、デポ形状が凸部となるHDP-NSGのようなエッチングしながら形成される膜の効果が大きい。しかし、強誘電体膜は、このような膜のプラズマのダメージによりその特性が劣化する。そのため、強誘電体を含むキャパシタでは、このような膜が使用できないために、メモリセルアレイと周辺回路領域での段差を解消するのがより困難となる。   Next, an example of a semiconductor memory device according to the present invention is shown in FIG. In general, in order to reduce the global level difference, the effect of a film formed by etching such as HDP-NSG in which the deposit shape becomes a convex portion is great as the insulating film on the convex portion. However, the characteristics of the ferroelectric film deteriorate due to the plasma damage of such a film. For this reason, in a capacitor including a ferroelectric material, such a film cannot be used, so that it becomes more difficult to eliminate a step between the memory cell array and the peripheral circuit region.

また、強誘電体膜は、水素により特性劣化を起こすため、キャパシタの上部および側部を覆うバリア膜601、あるいは、さらにキャパシタの底部にもバリア膜602を設けてキャパシタの全周囲を囲むようなバリア膜600が必要になり、凸部の高さが高くなる。この膜601、602は、例えばAl2O3、TiAlOx、TiAlN、TiAlON、SiN、またはTi,Alを少なくとも一部に含む膜である。また、キャパシタの全周囲を囲む場合には、2種類以上の膜でキャパシタを囲むこともある。また、下部電極の下にWプラグを配置している場合には、強誘電体膜の焼結時にWの酸化を防止するために、下部電極に酸素の透過を防止する膜を配置する必要があり、凸部の高さが更に高くなる。また、容量を増やすために立体型のキャパシタを形成する場合には、凸部の高さがより一層高くなる。このような凸部の高さが高くなる場合には、上部配線と拡散層とを接続するコンタクトプラグ603のアスペクト比が高くなり、接続信頼性が極端に低下する。 In addition, since the ferroelectric film deteriorates characteristics due to hydrogen, a barrier film 601 covering the upper and side portions of the capacitor, or a barrier film 602 is also provided at the bottom of the capacitor to surround the entire periphery of the capacitor. The barrier film 600 is required, and the height of the convex portion is increased. The films 601 and 602 are, for example, films containing at least part of Al 2 O 3 , TiAlOx, TiAlN, TiAlON, SiN, or Ti, Al. Further, when surrounding the entire periphery of the capacitor, the capacitor may be surrounded by two or more types of films. In addition, when a W plug is disposed under the lower electrode, it is necessary to dispose a film for preventing oxygen permeation on the lower electrode in order to prevent oxidation of W during sintering of the ferroelectric film. Yes, the height of the convex portion is further increased. Further, when a three-dimensional capacitor is formed in order to increase the capacitance, the height of the convex portion is further increased. When the height of such a convex portion is high, the aspect ratio of the contact plug 603 that connects the upper wiring and the diffusion layer is high, and the connection reliability is extremely lowered.

そこで、バリア膜601、600のうちキャパシタ上部に形成された部分の膜表面から層間絶縁膜604の高さばらつきが0.3μm以下となるように、本発明の製造方法を用いて表面が平坦な層間絶縁膜604を形成することで、上部配線とのコンタクトプラグ603の接続信頼性を確保できる。   Therefore, the barrier film 601 and 600 has a flat surface using the manufacturing method of the present invention so that the height variation of the interlayer insulating film 604 is 0.3 μm or less from the film surface of the portion formed above the capacitor. By forming the insulating film 604, connection reliability of the contact plug 603 with the upper wiring can be ensured.

この図14の場合、キャパシタおよびバリア膜601,600を含む凸部が複数(図示せず)存在しており、実施の形態1と2のいずれかの製造方法を適用して凸部の上に凹部を形成することができる。例えば、図14では、断面方向(平面的に見て例えば横方向)に2つのキャパシタを含む凸部が示されているが、奥行き方向(平面的に見て例えば縦方向)にバリア膜601,600がライン状に延びて、1つの凸部内で奥行き方向にも複数のキャパシタを含むように凸部が形成されている場合は、実施の形態2の製造方法を適用することが一般的であるが、実施の形態1の製造方法を適用することもありえる。なお、図14では、1つの凸部に、断面方向(平面的に見て例えば横方向)に2つのキャパシタを含む場合を示しているが、同断面方向に1つのキャパシタを含む場合や、2つに限らず3つ以上も含め複数のキャパシタを含む場合もある。   In the case of FIG. 14, there are a plurality (not shown) of convex portions including capacitors and barrier films 601 and 600, and a concave portion is formed on the convex portions by applying one of the manufacturing methods of the first and second embodiments. Can be formed. For example, FIG. 14 shows a convex portion including two capacitors in the cross-sectional direction (for example, the horizontal direction when viewed in plan), but the barrier films 601 and 600 are formed in the depth direction (for example, the vertical direction when viewed in plan). When the protrusions are formed so as to extend in a line and include a plurality of capacitors also in the depth direction within one protrusion, it is common to apply the manufacturing method of Embodiment 2. The manufacturing method of Embodiment 1 may be applied. Note that FIG. 14 shows a case where two capacitors are included in a cross-sectional direction (for example, a horizontal direction in a plan view) in one convex portion, but a case where one capacitor is included in the same cross-sectional direction or 2 A plurality of capacitors may be included, including not only three but also three or more.

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成する絶縁膜表面を平坦にし、かつその絶縁膜の膜厚ばらつきを低減することができ、凸部の密度が高い領域と凸部の密度の低い領域とを有する半導体基板上に絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法として有用である。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention makes it possible to flatten the surface of the insulating film formed on the semiconductor substrate and reduce the variation in the film thickness of the insulating film. This is useful as a method for manufacturing a semiconductor device in which an insulating film is formed over a semiconductor substrate having a low density region.

本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法を適用するFeRAMの一例を示す平面図The top view which shows an example of FeRAM to which the manufacturing method of the semiconductor device of Embodiment 1 of this invention is applied 本発明の実施の形態1を示す製造方法の工程断面図Process sectional drawing of the manufacturing method which shows Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1を示す製造方法の工程断面図Process sectional drawing of the manufacturing method which shows Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1を示す製造方法の工程断面図Process sectional drawing of the manufacturing method which shows Embodiment 1 of this invention メモリセルアレイ中のメモリセルの配置を示す平面図Plan view showing arrangement of memory cells in memory cell array 凸部の密度の高い領域に対して形成する凹部の形状を示す平面図The top view which shows the shape of the recessed part formed with respect to the area | region where the density of a convex part is high 凹部の形状とグローバル段差の関係を示す図Diagram showing the relationship between the shape of the recess and the global level difference メモリセルと凹部の配置例1を示す平面図Plan view showing an arrangement example 1 of the memory cell and the recess メモリセルと凹部の配置例2を示す平面図Plan view showing an arrangement example 2 of the memory cell and the recess 本発明の実施の形態2を示す製造方法の工程断面図Process sectional drawing of the manufacturing method which shows Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2を示す製造方法の工程断面図Process sectional drawing of the manufacturing method which shows Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2を示す製造方法の工程断面図Process sectional drawing of the manufacturing method which shows Embodiment 2 of this invention 非熱融解性の膜と、熱融解性の膜での形状の違いを示す工程断面図Cross-sectional process diagram showing the difference in shape between non-heat-meltable film and heat-meltable film 本発明による半導体メモリ装置の構造を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the semiconductor memory device by this invention 従来の製造方法を示す工程断面図Process cross-sectional view showing a conventional manufacturing method 従来の製造方法の問題を示すための工程断面図Cross-sectional process diagram for showing problems in conventional manufacturing methods

符号の説明Explanation of symbols

101 周辺回路領域
102 メモリセルアレイ領域
201 半導体基板
202 分離領域
203 高濃度不純物拡散層
204 ゲート絶縁膜
205 ゲート電極
206 第1の層間絶縁膜
207 第1のコンタクト孔
208 導電膜
209 コンタクトプラグ
210 ビット配線
211 第2の層間絶縁膜
212 第2のコンタクトプラグ
213 下部電極
214 誘電体容量膜
215 上部電極
216 キャパシタ
217 第3の層間絶縁膜
218 凹部
219 研磨後の第3の層間絶縁膜表面
220 キャパシタのスペースの広い方向に仮に凹部を形成した場合の絶縁膜形状
221 第3の層間絶縁膜
222 第3のコンタクトプラグ
301 メモリセル(キャパシタ)
302 凹部
401 導電膜
402 下部電極
403 第3の絶縁膜
404 誘電体容量膜
405 導電膜
406 上部電極
407 第4の絶縁膜
408 凹部
409 第4の層間絶縁膜
410 第3のコンタクトプラグ
501 絶縁膜
502 凹部
503 研磨レベル
504 研磨後の絶縁膜表面形状
600 バリア膜
601 バリア膜
602 バリア膜
603 コンタクトプラグ
604 絶縁膜
701 キャパシタ
702 絶縁膜
703 凹部
704 突起部
801 絶縁膜
802 凹部
803 局所的な段差
101 Peripheral circuit region 102 Memory cell array region 201 Semiconductor substrate 202 Isolation region 203 High-concentration impurity diffusion layer 204 Gate insulating film 205 Gate electrode 206 First interlayer insulating film 207 First contact hole 208 Conductive film 209 Contact plug 210 Bit wiring 211 Second interlayer insulating film 212 Second contact plug 213 Lower electrode 214 Dielectric capacitor film 215 Upper electrode 216 Capacitor 217 Third interlayer insulating film 218 Recess 219 Third interlayer insulating film surface 220 after polishing Capacitor space Insulating film shape 221 in the case where concave portions are formed in a wide direction Third interlayer insulating film 222 Third contact plug 301 Memory cell (capacitor)
302 Recess 401 Conductive film 402 Lower electrode 403 Third insulating film 404 Dielectric capacitor film 405 Conductive film 406 Upper electrode 407 Fourth insulating film 408 Recess 409 Fourth interlayer insulating film 410 Third contact plug 501 Insulating film 502 Concave part 503 Polishing level 504 Surface shape of insulating film after polishing 600 Barrier film 601 Barrier film 602 Barrier film 603 Contact plug 604 Insulating film 701 Capacitor 702 Insulating film 703 Concave part 704 Protruding part 801 Insulating film 802 Concave part 803 Local step

Claims (19)

隣接する凸部同士の間隔が狭い方向と広い方向とが存在するように凸部が配置された凸部の密度の高い領域と、凸部の密度の低い領域とを有する半導体基板上に、前記凸部の密度の高い領域と前記凸部の密度の低い領域とを覆うように、絶縁膜を形成する第1工程と、
前記凸部の密度の高い領域において、隣接する凸部同士の間隔が狭い方向に長く、かつ複数の凸部の上を通るように、前記絶縁膜に凹部を形成する第2工程と、
研磨により前記絶縁膜の表面を平坦化する第3工程とを含む半導体装置の製造方法。
On a semiconductor substrate having a high density area of convex areas where the convex areas are arranged so that there are narrow directions and wide directions between adjacent convex areas, and a low density area of the convex areas, A first step of forming an insulating film so as to cover a region having a high density of convex portions and a region having a low density of convex portions;
A second step of forming a recess in the insulating film so that the interval between adjacent protrusions is long in a narrow direction and passes over the plurality of protrusions in the high density region of the protrusions;
And a third step of planarizing the surface of the insulating film by polishing.
隣接する凸部同士の間隔が狭い方向の前記間隔が0.1μm以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the interval in the direction in which the interval between adjacent convex portions is narrow is 0.1 [mu] m or less. 隣接する凸部同士の間隔が広い方向の前記間隔が、前記凸部の高さの2倍以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the interval in the direction in which the interval between adjacent convex portions is wide is not more than twice the height of the convex portion. 前記凹部を、前記凸部の密度の高い領域の最端部の凸部を含む領域上にまで形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the concave portion is formed even on a region including a convex portion at an endmost portion of a region where the density of the convex portions is high. 前記凹部を、前記凸部の密度の高い領域の最端部の凸部の上には形成しないことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the concave portion is not formed on a convex portion at an outermost portion of a region where the density of the convex portions is high. ライン形状の凸部が配置された凸部の密度の高い領域と、凸部の密度の低い領域とを有する半導体基板上に、前記凸部の密度の高い領域と前記凸部の密度の低い領域とを覆うように、絶縁膜を形成する第1工程と、
前記凸部の密度の高い領域において、前記ライン形状の凸部の上に、前記絶縁膜にライン形状の凹部を形成する第2工程と、
研磨により前記絶縁膜の表面を平坦化する第3工程とを含む半導体装置の製造方法。
A region having a high density of the convex portions and a region having a low density of the convex portions on a semiconductor substrate having a high density region of the convex portions where the line-shaped convex portions are arranged and a low density region of the convex portions. A first step of forming an insulating film so as to cover
A second step of forming a line-shaped concave portion in the insulating film on the line-shaped convex portion in a high-density region of the convex portions;
And a third step of planarizing the surface of the insulating film by polishing.
前記第3工程は、前記凸部の密度の高い領域の凸部の表面を露出することを特徴とする請求項1または6記載の半導体装置の製造方法。   7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the third step, the surface of the convex portion in the region where the density of the convex portion is high is exposed. 前記凹部を、ウェットエッチングにより形成することを特徴とする請求項1または6記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the recess is formed by wet etching. 前記凹部を、ドライエッチングにより形成することを特徴とする請求項1または6記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the recess is formed by dry etching. 前記凹部の形成された部分の絶縁膜の表面の最低面が、前記凸部の密度の低い領域で下に凸部のない部分の前記絶縁膜の表面とほぼ同じ高さになるように、前記凹部を形成することを特徴とする請求項1または6記載の半導体装置の製造方法。   The lowest surface of the surface of the insulating film in the portion where the concave portion is formed is approximately the same height as the surface of the insulating film in the portion where the convex portion has a low density in the region where the density of the convex portion is low. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a recess is formed. 前記凹部の形成された部分の前記絶縁膜の表面の最低面が、平坦化後の前記絶縁膜の表面より高い位置になるように、前記凹部を形成することを特徴とする請求項1または6記載の半導体装置の製造方法。   The concave portion is formed so that a lowest surface of the surface of the insulating film in a portion where the concave portion is formed is higher than a surface of the insulating film after planarization. The manufacturing method of the semiconductor device of description. 前記凸部の密度の低い領域での研磨体積と、前記凹部が形成された前記凸部の密度の高い領域での研磨体積がほぼ同じとなるように、前記絶縁膜とその凹部を形成することを特徴とする請求項1または6記載の半導体装置の製造方法。   Forming the insulating film and the recess so that the polishing volume in the low density area of the protrusions and the polishing volume in the high density area of the protrusions where the recesses are formed are substantially the same; A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 6. 前記絶縁膜が、熱融解性の絶縁膜であることを特徴とする請求項1または6記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film is a heat-meltable insulating film. 前記絶縁膜が、少なくともボロンあるいはリンのどちらかを含むことを特徴とする請求項13記載の半導体装置の製造方法。   14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the insulating film contains at least either boron or phosphorus. 前記絶縁膜が、O3とTEOSを用いて形成したシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項13記載の半導体装置の製造方法。 14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the insulating film is a silicon oxide film formed using O 3 and TEOS. 前記凸部が、誘電体メモリのメモリセル、または前記メモリセルの一部であることを特徴とする請求項1または6記載の半導体装置の製造方法。   7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the convex portion is a memory cell of a dielectric memory or a part of the memory cell. 半導体基板上に強誘電体膜を含むキャパシタが複数形成され、前記キャパシタの上部および側部を覆うようにまたは前記キャパシタの全周囲を囲むようにバリア膜が形成され、前記バリア膜上に絶縁膜が形成されたメモリセルアレイ領域と、前記半導体基板上で前記メモリセルアレイ領域の周辺に配置され、前記絶縁膜が形成された周辺回路領域とを有した半導体メモリ装置であって、
前記キャパシタの上部に形成された前記バリア膜の表面における前記絶縁膜の膜厚のばらつきが0.3μm以内である半導体メモリ装置。
A plurality of capacitors including a ferroelectric film are formed on a semiconductor substrate, a barrier film is formed so as to cover an upper part and a side part of the capacitor or to surround the entire periphery of the capacitor, and an insulating film is formed on the barrier film A memory cell array region formed on the semiconductor substrate, and a peripheral circuit region disposed around the memory cell array region on which the insulating film is formed.
A semiconductor memory device, wherein a variation in thickness of the insulating film on the surface of the barrier film formed on the capacitor is within 0.3 μm.
前記バリア膜が、TiとAlの少なくとも一方を含む膜であることを特徴とする請求項17記載の半導体メモリ装置。   The semiconductor memory device according to claim 17, wherein the barrier film is a film containing at least one of Ti and Al. 前記バリア膜が、SiN膜であることを特徴とする請求項17記載の半導体メモリ装置。   18. The semiconductor memory device according to claim 17, wherein the barrier film is a SiN film.
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