(57)【要約】【課題】ゲート電極へのエッチングダメージを低減する半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置は、ゲート電極と、導電層と、ゲート電極と導電層との間に設けられた絶縁層と、絶縁層に囲まれ、ゲート電極と導電層とを接続し、第１の領域と第１の領域よりも導電層に近い第２の領域とを有し、第１の領域の幅が第２の領域の幅よりも広いコンタクトプラグと、を備える。【選択図】図１
2019169580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極と、
導電層と、
前記ゲート電極と前記導電層との間に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層に囲まれ、前記ゲート電極と前記導電層とを接続し、第１の領域と前記第１の領域よりも前記導電層に近い第２の領域とを有し、前記第１の領域の幅が前記第２の領域の幅よりも広いコンタクトプラグと、
を備える半導体装置。
【請求項２】
前記第１の領域は前記ゲート電極に接する請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁層は、前記ゲート電極の上に設けられた第１の絶縁膜、前記第１の絶縁膜の上に設けられ前記第１の絶縁膜と異なる材料の第２の絶縁膜、前記第２の絶縁膜の上に設けられ前記第２の絶縁膜と異なる材料の第３の絶縁膜を有し、
前記第１の領域は前記第１の絶縁膜に囲まれ、前記第２の領域は前記第２の絶縁膜に囲まれる請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜は酸化シリコンであり、前記第２の絶縁膜は窒化シリコンである請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁層は、前記ゲート電極の上に設けられた第１の絶縁膜、前記第１の絶縁膜の上に設けられ前記第１の絶縁膜と異なる材料の第２の絶縁膜を有し、
前記第１の領域は前記第１の絶縁膜に囲まれ、前記第２の領域は前記第２の絶縁膜に囲まれる請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の絶縁膜は窒化シリコンであり、前記第２の絶縁膜は酸化シリコンである請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２の領域と前記絶縁層との間に、側壁絶縁膜を有する請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
【請求項８】
前記絶縁層は酸化シリコンであり、前記側壁絶縁膜は窒化シリコンである請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
ゲート電極を形成し、
前記ゲート電極の上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜の上に前記第１の絶縁膜と異なる材料の第２の絶縁膜を形成し、
前記第２の絶縁膜の上に前記第２の絶縁膜と異なる材料の第３の絶縁膜を形成し、
異方性ドライエッチングにより前記第３の絶縁膜をエッチングし、底部に前記第２の絶縁膜が露出するコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールの底部の前記第２の絶縁膜を除去し、
前記コンタクトホールの底部の前記第１の絶縁膜をウェットエッチングにより除去して前記ゲート電極を露出させる半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜は酸化シリコンであり、前記第２の絶縁膜は窒化シリコンである請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
ゲート電極を形成し、
前記ゲート電極の上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜の上に前記第１の絶縁膜と異なる材料の第２の絶縁膜を形成し、
異方性ドライエッチングにより前記第２の絶縁膜をエッチングし、底部に前記第１の絶縁膜が露出するコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールの底部の前記第１の絶縁膜をウェットエッチングにより除去して前記ゲート電極を露出させる半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の絶縁膜は窒化シリコンであり、前記第２の絶縁膜は酸化シリコンである請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
ゲート電極を形成し、
前記ゲート電極の上に絶縁層を形成し、
異方性ドライエッチングにより前記絶縁層をエッチングし、前記ゲート電極との間に前記絶縁層の一部が残存するようにコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールの側面に側壁絶縁膜を形成し、
前記コンタクトホールの底部の前記絶縁層の前記一部をウェットエッチングにより除去して前記ゲート電極を露出させる半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記絶縁層は酸化シリコンであり、前記側壁絶縁膜は窒化シリコンである請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゲート電極の上層に設けられた配線とゲート電極との接続を行うコンタクトプラグを形成する場合、異方性ドライエッチングを用いてコンタクトホールが形成される。しかし、異方性ドライエッチングのエッチングダメージにより、例えば、ゲート酸化膜の信頼性の低下、コンタクト抵抗の増大等の問題が生ずる場合がある。したがって、ゲート電極へのエッチングダメージを低減することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−４１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、ゲート電極へのエッチングダメージを低減する半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様の半導体装置は、ゲート電極と、導電層と、前記ゲート電極と前記導電層との間に設けられた絶縁層と、前記絶縁層に囲まれ、前記ゲート電極と前記導電層とを接続し、第１の領域と前記第１の領域よりも前記導電層に近い第２の領域とを有し、前記第１の領域の幅が前記第２の領域の幅よりも広いコンタクトプラグと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の半導体装置の模式断面図。
【図２】第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図３】第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図４】第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図５】第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図６】第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図７】比較形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図８】比較形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図９】比較形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１０】比較形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１１】第２の実施形態の半導体装置の模式断面図。
【図１２】第２の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１３】第２の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１４】第２の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１５】第３の実施形態の半導体装置の模式断面図。
【図１６】第３の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１７】第３の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１８】第３の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１９】第３の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書中、同一又は類似する部材については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【０００８】
本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する場合がある。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の半導体装置は、ゲート電極と、導電層と、ゲート電極と導電層との間に設けられた絶縁層と、絶縁層に囲まれ、ゲート電極と導電層とを接続し、第１の領域と第１の領域よりも導電層に近い第２の領域とを有し、第１の領域の幅が第２の領域の幅よりも広いコンタクトプラグと、を備える。そして、絶縁層は、ゲート電極の上に設けられた第１の絶縁膜、第１の絶縁膜の上に設けられ第１の絶縁膜と異なる材料の第２の絶縁膜、第２の絶縁膜の上に設けられ第２の絶縁膜と異なる材料の第３の絶縁膜を有し、第１の領域は第１の絶縁膜に囲まれ、第２の領域は第２の絶縁膜に囲まれる。
【００１０】
図１は、第１の実施形態の半導体装置の模式断面図である。
【００１１】
第１の実施形態の半導体装置は、シリコン基板１０、素子分離絶縁膜１２、ゲート絶縁膜１４、ゲート電極１６、ゲート電極間絶縁層１８、層間絶縁層２０（絶縁層）、配線２２（導電層）、コンタクトプラグ２４を備える。層間絶縁層２０は、第１の酸化シリコン膜２０ａ（第１の絶縁膜）、窒化シリコン膜２０ｂ（第２の絶縁膜）、第２の酸化シリコン膜２０ｃ（第３の絶縁膜）を有する。また、コンタクトプラグ２４は、第１の領域２４ａ、第２の領域２４ｂを有する。
【００１２】
シリコン基板１０は、単結晶シリコン基板である。シリコン基板１０の中に、例えば、図示しないソース不純物領域やドレイン不純物領域が形成される。例えば、ゲート電極１６、ソース不純物領域及びドレイン不純物領域で、トランジスタが形成される。
【００１３】
素子分離絶縁膜１２は、シリコン基板１０に設けられたトレンチ内に設けられる。素子分離絶縁膜１２は、例えば、酸化シリコンである。トレンチ内の素子分離絶縁膜１２により、ＳＴＩ構造（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ構造）が形成される。
【００１４】
ゲート絶縁膜１４は、ゲート電極１６とシリコン基板１０との間に設けられる。ゲート絶縁膜１４は、例えば、酸化シリコンである。
【００１５】
ゲート電極１６は、ゲート絶縁膜１４上及び素子分離絶縁膜１２上に設けられる。ゲート電極１６は、半導体、金属又は金属化合物である。
【００１６】
ゲート電極間絶縁層１８は、例えば、ゲート電極１６と図示しない隣接するゲート電極１６との間に設けられる。ゲート電極間絶縁層１８は、例えば、酸化シリコンである。
【００１７】
配線２２は、導電層の一例である。配線２２は、例えば、金属である。
【００１８】
層間絶縁層２０は、ゲート電極１６と配線２２との間に設けられる。層間絶縁層２０は、絶縁層の一例である。
【００１９】
層間絶縁層２０は、第１の酸化シリコン膜２０ａ、窒化シリコン膜２０ｂ、第２の酸化シリコン膜２０ｃを有する。第１の酸化シリコン膜２０ａは、第１の絶縁膜の一例である。窒化シリコン膜２０ｂは、第２の絶縁膜の一例である。第２の酸化シリコン膜２０ｃは、第３の絶縁膜の一例である。
【００２０】
第１の酸化シリコン膜２０ａは、ゲート電極１６の上に設けられる。窒化シリコン膜２０ｂは、第１の酸化シリコン膜２０ａの上に設けられる。第２の酸化シリコン膜２０ｃは、窒化シリコン膜２０ｂの上に設けられる。窒化シリコン膜２０ｂは、第１の酸化シリコン膜２０ａと材料が異なる。第２の酸化シリコン膜２０ｃは、窒化シリコン膜２０ｂと材料が異なる。
【００２１】
窒化シリコン膜２０ｂは、コンタクトプラグ２４を形成するためのコンタクトホールエッチングの際にエッチングストッパーとして機能する。
【００２２】
コンタクトプラグ２４は、層間絶縁層２０に囲まれる。コンタクトプラグ２４は、層間絶縁層２０を貫通して設けられる。コンタクトプラグ２４は、ゲート電極１６と配線２２を接続する。
【００２３】
コンタクトプラグ２４は、第１の領域２４ａ、第２の領域２４ｂを有する。第２の領域２４ｂは、第１の領域２４ａよりも配線２２に近い。第１の領域２４ａは、第２の領域２４ｂよりもゲート電極１６に近い。
【００２４】
第１の領域２４ａは、ゲート電極１６に接する。第１の領域２４ａは、ゲート電極１６の直上にある。第１の領域２４ａは、第１の酸化シリコン膜２０ａに囲まれる。第１の領域２４ａの一部は、ゲート電極１６と窒化シリコン膜２０ｂとの間に挟まれる。
【００２５】
第２の領域２４ｂは、窒化シリコン膜２０ｂに囲まれる。
【００２６】
第１の領域２４ａの幅（図１中のｄ１）は、第２の領域２４ｂの幅（図１中のｄ２）よりも広い。コンタクトプラグ２４は、ゲート電極１６の近傍で等方的に幅が広がっている。
【００２７】
コンタクトプラグ２４は、金属である。コンタクトプラグ２４は、例えば、チタン、窒化チタン、タングステンである。コンタクトプラグ２４は、バリアメタル膜を含んでいても構わない。
【００２８】
次に、第１の実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【００２９】
第１の実施形態の半導体装置の製造方法は、ゲート電極を形成し、ゲート電極の上に第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜の上に第１の絶縁膜と異なる材料の第２の絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜の上に第２の絶縁膜と異なる材料の第３の絶縁膜を形成し、異方性ドライエッチングにより第３の絶縁膜をエッチングし、底部に第２の絶縁膜が露出するコンタクトホールを形成し、コンタクトホールの底部の第２の絶縁膜を除去し、コンタクトホールの底部の第１の絶縁膜をウェットエッチングにより除去してゲート電極を露出させる。
【００３０】
図２、図３、図４、図５、図６は、第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。
【００３１】
最初に、シリコン基板１０に、公知の方法で、素子分離絶縁膜１２、ゲート絶縁膜１４、ゲート電極１６を形成する（図２）。次に、ゲート電極間絶縁層１８を形成する。
【００３２】
次に、ゲート電極１６の上に、第１の酸化シリコン膜２０ａを形成し、第１の酸化シリコン膜２０ａの上に、窒化シリコン膜２０ｂを形成し、窒化シリコン膜２０ｂの上に第２の酸化シリコン膜２０ｃを形成する（図３）。第１の酸化シリコン膜２０ａ、窒化シリコン膜２０ｂ、第２の酸化シリコン膜２０ｃは、例えば、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）により形成する。
【００３３】
次に、異方性ドライエッチングにより、第２の酸化シリコン膜２０ｃをエッチングしてコンタクトホール３０を形成する（図４）。第２の酸化シリコン膜２０ｃをエッチングする際の窒化シリコン膜２０ｂのエッチングレートは、第２の酸化シリコン膜２０ｃのエッチングレートよりも小さい。したがって、コンタクトホール３０の形成の際に、窒化シリコン膜２０ｂがエッチングストッパーとして機能する。コンタクトホール３０の底部に窒化シリコン膜２０ｂが露出する。異方性ドライエッチングは、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）である。
【００３４】
次に、異方性ドライエッチングにより、コンタクトホール３０底部の窒化シリコン膜２０ｂを除去する（図５）。窒化シリコン膜２０ｂをウェットエッチングにより除去することも可能である。
【００３５】
次に、ウェットエッチングによりコンタクトホール３０底部の第１の酸化シリコン膜２０ａを除去する（図６）。第１の酸化シリコン膜２０ａを除去することにより、ゲート電極１６の表面が露出する。
【００３６】
ウェットエッチングは、等方性エッチングのため、第１の酸化シリコン膜２０ａのエッチングは横方向へも進み、コンタクトホール３０の底部の幅が等方的に広がる。また、第２の酸化シリコン膜２０ｃも横方向にエッチングされる。
【００３７】
ウェットエッチングにはフッ化水素酸系の薬液を用いる。用いる薬液は、例えば、バッファードフッ酸である。バッファードフッ酸は、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合溶液である。
【００３８】
その後、公知の方法で、コンタクトプラグ２４及び配線２２を形成する。
【００３９】
以上の製造方法により、ゲート電極１６の上にコンタクトプラグ２４が設けられた図１に示す半導体装置が製造される。
【００４０】
次に、第１の実施形態の作用及び効果について説明する。
【００４１】
ゲート電極の上層に設けられた配線とゲート電極との接続を行うコンタクトプラグを形成する場合、異方性ドライエッチングを用いてコンタクトホールが形成される。しかし、異方性ドライエッチングのエッチングダメージにより、例えば、ゲート酸化膜の信頼性の低下、コンタクト抵抗の増大等の問題が生ずる場合がある。したがって、ゲート電極へのエッチングダメージを低減することが望まれる。
【００４２】
図７、図８、図９、図１０は、比較形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。
【００４３】
比較形態の半導体装置の製造方法は、エッチングストッパーとして機能する窒化シリコン膜２０ｂを形成しない点で、第１の実施形態の半導体装置の製造方法と異なる。以下、第１の実施形態の製造方法と重複する内容については一部記述を省略する。
【００４４】
最初に、シリコン基板１０に、公知の方法で、素子分離絶縁膜１２、ゲート絶縁膜１４、ゲート電極１６を形成する。次に、ゲート電極間絶縁層１８を形成する。
【００４５】
次に、ゲート電極１６の上に、層間絶縁層２０を形成する。層間絶縁層２０は、例えば、酸化シリコンである（図７）。
【００４６】
次に、異方性ドライエッチングにより、層間絶縁層２０をエッチングしてコンタクトホール３０を形成する（図８）。この時、エッチングを層間絶縁層２０の途中で止める。コンタクトホール３０の底部に層間絶縁層２０が露出する。
【００４７】
次に、ウェットエッチングによりコンタクトホール３０の底部の層間絶縁層２０を除去する（図９）。層間絶縁層２０を除去することにより、ゲート電極１６の表面が露出する。
【００４８】
ウェットエッチングは、等方性エッチングのため、層間絶縁層２０のエッチングは横方向へも進み、コンタクトホール３０の底部及び側面の幅が等方的に広がる。
【００４９】
その後、公知の方法で、コンタクトプラグ２４及び配線２２を形成する（図１０）。
【００５０】
比較形態の製造方法では、異方性ドライエッチングの際、コンタクトホール３０がゲート電極１６に達する前にエッチングを止める。このため、ゲート電極１６が異方性ドライエッチングに曝されることがない。したがって、ゲート電極１６へのエッチングダメージを低減することが可能である。
【００５１】
しかし、コンタクトホール３０の底部に残る層間絶縁層２０が厚いため、等方性のウェットエッチングによるコンタクトホール３０の径の拡大が極めて大きくなる。したがって、図１０に示すようにコンタクトプラグ２４の幅も極めて広くなる。よって、例えば、隣接するコンタクトプラグ２４とのショートや、隣接する配線とのショートが懸念される。
【００５２】
第１の実施形態の製造方法では、比較形態の製造方法と同様、ゲート電極１６が異方性ドライエッチングに曝されることがない。したがって、ゲート電極１６へのエッチングダメージを低減することが可能である。
【００５３】
さらに、第１の実施形態の製造方法では、エッチングストッパーとして機能する窒化シリコン膜２０ｂを形成する。このため、ウェットエッチングでエッチングする膜は、薄い第１の酸化シリコン膜２０ａのみとなる。したがって、等方性のウェットエッチングによるコンタクトホール３０の径の拡大が抑制される。よって、コンタクトプラグ２４の幅も狭くすることができる。
【００５４】
以上、第１の実施形態によれば、ゲート電極へのエッチングダメージを低減する半導体装置及びその製造方法が実現される。
【００５５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の半導体装置は、絶縁層は、ゲート電極の上に設けられた第１の絶縁膜、第１の絶縁膜の上に設けられ第１の絶縁膜と異なる材料の第２の絶縁膜を有し、第１の領域は第１の絶縁膜に囲まれ、第２の領域は第２の絶縁膜に囲まれる。第２の実施形態の半導体装置は、第３の絶縁膜を備えない点で、第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
【００５６】
図１１は、第２の実施形態の半導体装置の模式断面図である。
【００５７】
第２の実施形態の半導体装置は、シリコン基板１０、素子分離絶縁膜１２、ゲート絶縁膜１４、ゲート電極１６、ゲート電極間絶縁層１８、層間絶縁層１２０（絶縁層）、配線２２（導電層）、コンタクトプラグ２４を備える。層間絶縁層１２０は、窒化シリコン膜１２０ａ（第１の絶縁膜）、酸化シリコン膜１２０ｂ（第２の絶縁膜）を有する。また、コンタクトプラグ２４は、第１の領域２４ａ、第２の領域２４ｂを有する。
【００５８】
シリコン基板１０は、単結晶シリコン基板である。シリコン基板１０の中に、例えば、図示しないソース不純物領域やドレイン不純物領域が形成される。例えば、ゲート電極１６、ソース不純物領域及びドレイン不純物領域で、トランジスタが形成される。
【００５９】
素子分離絶縁膜１２は、シリコン基板１０に設けられたトレンチ内に設けられる。素子分離絶縁膜１２は、例えば、酸化シリコンである。
【００６０】
ゲート絶縁膜１４は、ゲート電極１６とシリコン基板１０との間に設けられる。ゲート絶縁膜１４は、例えば、酸化シリコンである。
【００６１】
ゲート電極１６は、ゲート絶縁膜１４上及び素子分離絶縁膜１２上に設けられる。ゲート電極１６は、半導体、金属又は金属化合物である。
【００６２】
ゲート電極間絶縁層１８は、例えば、ゲート電極１６と図示しないゲート電極１６との間に設けられる。ゲート電極間絶縁層１８は、例えば、酸化シリコンである。
【００６３】
配線２２は、導電層の一例である。配線２２は、例えば、金属である。
【００６４】
層間絶縁層１２０は、ゲート電極１６と配線２２との間に設けられる。層間絶縁層１２０は、絶縁層の一例である。
【００６５】
層間絶縁層１２０は、窒化シリコン膜１２０ａ、酸化シリコン膜１２０ｂを有する。窒化シリコン膜１２０ａは、第１の絶縁膜の一例である。酸化シリコン膜１２０ｂは、第２の絶縁膜の一例である。
【００６６】
窒化シリコン膜１２０ａは、ゲート電極１６の上に設けられる。酸化シリコン膜１２０ｂは、窒化シリコン膜１２０ａの上に設けられる。酸化シリコン膜１２０ｂは、窒化シリコン膜１２０ａと材料が異なる。
【００６７】
窒化シリコン膜１２０ａは、コンタクトプラグ２４を形成するためのコンタクトホールエッチングの際にエッチングストッパーとして機能する。
【００６８】
コンタクトプラグ２４は、層間絶縁層１２０に囲まれる。コンタクトプラグ２４は、層間絶縁層１２０を貫通して設けられる。コンタクトプラグ２４は、ゲート電極１６と配線２２を接続する。
【００６９】
コンタクトプラグ２４は、第１の領域２４ａ、第２の領域２４ｂを有する。第２の領域２４ｂは、第１の領域２４ａよりも配線２２に近い。第１の領域２４ａは、第２の領域２４ｂよりもゲート電極１６に近い。
【００７０】
第１の領域２４ａは、ゲート電極１６に接する。第１の領域２４ａは、ゲート電極１６の直上に設けられる。第１の領域２４ａは、窒化シリコン膜１２０ａに囲まれる。第１の領域２４ａの一部は、ゲート電極１６と酸化シリコン膜１２０ｂとの間に挟まれる。
【００７１】
第２の領域２４ｂは、酸化シリコン膜１２０ｂに囲まれる。
【００７２】
第１の領域２４ａの幅（図１１中のｄ３）は、第２の領域２４ｂの幅（図１１中のｄ４）よりも広い。コンタクトプラグ２４は、ゲート電極１６の近傍で幅が等方的に広がっている。
【００７３】
コンタクトプラグ２４は、金属である。コンタクトプラグ２４は、例えば、チタン、窒化チタン、タングステンである。コンタクトプラグ２４は、バリアメタル膜を含んでいても構わない。
【００７４】
次に、第２の実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【００７５】
第２の実施形態の半導体装置の製造方法は、ゲート電極を形成し、ゲート電極の上に第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜の上に第１の絶縁膜と異なる材料の第２の絶縁膜を形成し、異方性ドライエッチングにより第２の絶縁膜をエッチングし、底部に第１の絶縁膜が露出するコンタクトホールを形成し、コンタクトホールの底部の第１の絶縁膜をウェットエッチングにより除去してゲート電極を露出させる。
【００７６】
図１２、図１３、図１４は、第２の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。
【００７７】
最初に、シリコン基板１０に、公知の方法で、素子分離絶縁膜１２、ゲート絶縁膜１４、ゲート電極１６を形成する。次に、ゲート電極間絶縁層１８を形成する。
【００７８】
次に、ゲート電極１６の上に、窒化シリコン膜１２０ａを形成し、窒化シリコン膜１２０ａの上に、酸化シリコン膜１２０ｂを形成する（図１２）。
【００７９】
次に、異方性ドライエッチングにより、酸化シリコン膜１２０ｂをエッチングしてコンタクトホール３０を形成する（図１３）。コンタクトホール３０の形成の際に、窒化シリコン膜１２０ａがエッチングストッパーとして機能する。コンタクトホール３０の底部に窒化シリコン膜１２０ａが露出する。異方性ドライエッチングは、例えば、ＲＩＥである。
【００８０】
次に、ウェットエッチングによりコンタクトホール３０の底部の窒化シリコン膜１２０ａを除去する（図１４）。窒化シリコン膜１２０ａを除去することにより、ゲート電極１６の表面が露出する。
【００８１】
ウェットエッチングは、例えば、熱リン酸を用いて行う。ウェットエッチングは、等方性エッチングのため、窒化シリコン膜１２０ａのエッチングは横方向へも進み、コンタクトホール３０の底部の幅が等方的に広がる。酸化シリコン膜１２０ｂは、例えば、熱リン酸に対するエッチングレートが極めて遅いため、横方向のエッチングは進まない。
【００８２】
その後、公知の方法で、コンタクトプラグ２４及び配線２２を形成する。
【００８３】
以上の製造方法により、ゲート電極１６の上にコンタクトプラグ２４が設けられた図１１に示す半導体装置が製造される。
【００８４】
第２の実施形態の製造方法では、第１の実施形態の製造方法と同様、ゲート電極１６が異方性ドライエッチングに曝されることがない。したがって、ゲート電極１６へのエッチングダメージを低減することが可能である。
【００８５】
さらに、第２の実施形態の製造方法では、ゲート電極１６の直上にエッチングストッパーとして機能する窒化シリコン膜１２０ａを形成する。ウェットエッチングでエッチングする膜は、窒化シリコン膜１２０ａのみとなる。窒化シリコン膜１２０ａのウェットエッチングの際に、酸化シリコン膜１２０ｂは、ほとんどエッチングが進まないため、コンタクトホール３０の底部以外の幅は広がらない。したがって、コンタクトプラグ２４の幅も第１の実施形態よりも狭くすることができる。よって、例えば、隣接するコンタクトプラグ２４とのショートや、隣接する配線とのショートが抑制される。
【００８６】
以上、第２の実施形態によれば、ゲート電極へのエッチングダメージを低減する半導体装置及びその製造方法が実現される。また、コンタクトプラグ２４の幅を第１の実施形態よりも狭くすることが可能となる。
【００８７】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の半導体装置は、コンタクトプラグの第２の領域と絶縁層との間に、側壁絶縁膜を有する点で、第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
【００８８】
図１５は、第３の実施形態の半導体装置の模式断面図である。
【００８９】
第３の実施形態の半導体装置は、シリコン基板１０、素子分離絶縁膜１２、ゲート絶縁膜１４、ゲート電極１６、ゲート電極間絶縁層１８、層間絶縁層１２０（絶縁層）、配線２２（導電層）、コンタクトプラグ２４、側壁絶縁膜４０を備える。また、コンタクトプラグ２４は、第１の領域２４ａ、第２の領域２４ｂを有する。
【００９０】
シリコン基板１０は、単結晶シリコン基板である。シリコン基板１０の中に、例えば、図示しないソース不純物領域やドレイン不純物領域が形成される。例えば、ゲート電極１６、ソース不純物領域及びドレイン不純物領域で、トランジスタが形成される。
【００９１】
素子分離絶縁膜１２は、シリコン基板１０に設けられたトレンチ内に設けられる。素子分離絶縁膜１２は、例えば、酸化シリコンである。
【００９２】
ゲート絶縁膜１４は、ゲート電極１６とシリコン基板１０との間に設けられる。ゲート絶縁膜１４は、例えば、酸化シリコンである。
【００９３】
ゲート電極１６は、ゲート絶縁膜１４上及び素子分離絶縁膜１２上に設けられる。ゲート電極１６は、半導体、金属又は金属化合物である。
【００９４】
ゲート電極間絶縁層１８は、ゲート電極１６と図示しないゲート電極との間に設けられる。ゲート電極間絶縁層１８は、例えば、酸化シリコンである。
【００９５】
配線２２は、導電層の一例である。配線２２は、例えば、金属である。
【００９６】
層間絶縁層２０は、ゲート電極１６と配線２２との間に設けられる。層間絶縁層２０は、絶縁層の一例である。層間絶縁層２０は、例えば、酸化シリコンである。
【００９７】
側壁絶縁膜４０は、コンタクトプラグ２４の第２の領域２４ｂと層間絶縁層２０との間に設けられる。側壁絶縁膜４０は、例えば、窒化シリコンである。
【００９８】
コンタクトプラグ２４は、層間絶縁層２０に囲まれる。コンタクトプラグ２４は、層間絶縁層１２０を貫通して設けられる。コンタクトプラグ２４は、ゲート電極１６と配線２２を接続する。
【００９９】
コンタクトプラグ２４は、第１の領域２４ａ、第２の領域２４ｂを有する。第２の領域２４ｂは、第１の領域２４ａよりも配線２２に近い。第１の領域２４ａは、第２の領域２４ｂよりもゲート電極１６に近い。
【０１００】
第１の領域２４ａは、ゲート電極１６に接する。第１の領域２４ａの一部は、ゲート電極１６と側壁絶縁膜４０との間に挟まれる。
【０１０１】
第２の領域２４ｂは、側壁絶縁膜４０に囲まれる。
【０１０２】
第１の領域２４ａの幅（図１５中のｄ５）は、第２の領域２４ｂの幅（図１５中のｄ６）よりも広い。コンタクトプラグ２４は、ゲート電極１６の近傍で幅が等方的に広がっている。
【０１０３】
コンタクトプラグ２４は、金属である。コンタクトプラグ２４は、例えば、チタン、窒化チタン、タングステンである。コンタクトプラグ２４は、バリアメタル膜を含んでいても構わない。
【０１０４】
次に、第３の実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【０１０５】
第３の実施形態の半導体装置の製造方法は、ゲート電極を形成し、ゲート電極の上に絶縁層を形成し、異方性ドライエッチングにより絶縁層をエッチングし、ゲート電極との間に絶縁層の一部が残存するようにコンタクトホールを形成し、コンタクトホールの側面に側壁絶縁膜を形成し、コンタクトホールの底部の絶縁層の一部をウェットエッチングにより除去してゲート電極を露出させる。
【０１０６】
図１６、図１７、図１８、図１９は、第３の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。
【０１０７】
最初に、シリコン基板１０に、公知の方法で、素子分離絶縁膜１２、ゲート絶縁膜１４、ゲート電極１６を形成する。次に、ゲート電極間絶縁層１８を形成する。
【０１０８】
次に、ゲート電極１６の上に、層間絶縁層２０を形成する。層間絶縁層２０は、例えば、酸化シリコンである（図１６）。
【０１０９】
次に、異方性ドライエッチングにより、層間絶縁層２０をエッチングしてコンタクトホール３０を形成する（図１７）。この時、層間絶縁層２０の一部がゲート電極１６とコンタクトホール３０との間に残存するようにする。いいかえれば、コンタクトホール３０のエッチングを層間絶縁層２０の途中で止める。コンタクトホール３０の底部には層間絶縁層２０が露出する。
【０１１０】
次に、コンタクトホール３０の側面に側壁絶縁膜４０を形成する（図１８）。側壁絶縁膜４０は、窒化シリコンである。側壁絶縁膜４０は、例えば、ＣＶＤ法による窒化シリコン膜の堆積と、ＲＩＥ法によるコンタクトホール３０の底部の窒化シリコン膜の選択的エッチングにより形成する。
【０１１１】
次に、ウェットエッチングによりコンタクトホール３０の底部の層間絶縁層２０を除去する（図１９）。層間絶縁層２０を除去することにより、ゲート電極１６の表面が露出する。
【０１１２】
ウェットエッチングにはフッ化水素酸系の薬液を用いる。用いる薬液は、例えば、バッファードフッ酸である。バッファードフッ酸は、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合溶液である。
【０１１３】
ウェットエッチングは、等方性エッチングのため、層間絶縁層２０のエッチングは横方向へも進み、コンタクトホール３０の底部の幅が等方的に広がる。一方、側壁絶縁膜４０に覆われるコンタクトホール３０の側面は、層間絶縁層２０がエッチングされず、コンタクトホール３０の幅は拡大しない。
【０１１４】
その後、公知の方法で、コンタクトプラグ２４及び配線２２を形成する。
【０１１５】
以上の製造方法により、ゲート電極１６の上にコンタクトプラグ２４が設けられた図１５に示す半導体装置が製造される。
【０１１６】
第３の実施形態の製造方法では、第１の実施形態の製造方法と同様、ゲート電極１６が異方性ドライエッチングに曝されることがない。したがって、ゲート電極１６へのエッチングダメージを低減することが可能である。
【０１１７】
さらに、第３の実施形態の製造方法では、コンタクトホール３０の側面に側壁絶縁膜４０を形成する。コンタクトホール３０の底部の層間絶縁層２０のウェットエッチングの際、コンタクトホール３０の側面に側壁絶縁膜４０があるため、コンタクトホール３０の側面の幅は広がらない。したがって、コンタクトプラグ２４の幅も第１の実施形態よりも狭くすることができる。よって、例えば、隣接するコンタクトプラグ２４とのショートや、隣接する配線とのショートが抑制される。
【０１１８】
以上、第３の実施形態によれば、ゲート電極へのエッチングダメージを低減する半導体装置及びその製造方法が実現される。また、コンタクトプラグ２４の幅を第１の実施形態よりも狭くすることが可能となる。
【０１１９】
第１及び第２の実施形態では、エッチングストッパーとして機能する第２の絶縁膜又は第１の絶縁膜として、窒化シリコンを用いる場合を例に説明したが、窒化シリコンにかえて、例えば、ＳｉＣＮ又はＳｉＣＯ等、その他の材料を用いることも可能である。
【０１２０】
第３の実施形態では、側壁絶縁膜として、窒化シリコンを用いる場合を例に説明したが、窒化シリコンにかえて、例えば、ＳｉＣＮ又はＳｉＣＯ等、その他の材料を用いることも可能である。
【０１２１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２２】
１６      ゲート電極
２０      層間絶縁層（絶縁層）
２０ａ    第１の酸化シリコン膜（第１の絶縁膜）
２０ｂ    窒化シリコン膜（第２の絶縁膜）
２０ｃ    第２の酸化シリコン膜（第３の絶縁膜）
２２      配線（導電層）
２４      コンタクトプラグ
２４ａ    第１の領域
２４ｂ    第２の領域
３０      コンタクトホール
４０      側壁絶縁膜
１２０    層間絶縁層（絶縁層）
１２０ａ  窒化シリコン膜（第１の絶縁膜）
１２０ｂ  酸化シリコン膜（第２の絶縁膜）
【図１】
2019169580.tif 000003
【図２】
2019169580.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2019169580.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019169580.tif 000015
【図１４】
2019169580.tif 000016
【図１５】
2019169580.tif 000017
【図１６】
2019169580.tif 000018
【図１７】
2019169580.tif 000019
【図１８】
2019169580.tif 000020
【図１９】
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