(57)【要約】【課題】半導体装置の信頼性を向上させるのに有利な技術を提供する。【解決手段】トランジスタが形成された半導体基板と、前記トランジスタのゲート電極に接続された第１コンタクトプラグと、前記半導体基板に接続された第２コンタクトプラグとを備える半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板上に前記ゲート電極を覆う第１絶縁部材を形成する工程と、前記半導体基板の上面が露出するように前記第１絶縁部材に第１開口を形成する工程と、前記第１開口を導電性の第１部材で埋める工程と、前記第１絶縁部材の上に前記第１部材を覆う第２絶縁部材を形成する工程と、前記第１部材の上面が露出するように前記第２絶縁部材に第２開口を形成し、前記ゲート電極の上面が露出するように前記第１絶縁部材および前記第２絶縁部材に第３開口を形成する工程と、前記第２開口を導電性の第２部材で埋めて前記第２コンタクトプラグを完成させ、前記第３開口を導電性の第３部材で埋めて前記第１コンタクトプラグを形成する工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタが形成された半導体基板と、前記トランジスタのゲート電極に接続された第１コンタクトプラグと、前記半導体基板に接続された第２コンタクトプラグとを備える半導体装置の製造方法であって、
前記トランジスタが形成された前記半導体基板を準備し、前記半導体基板上に前記ゲート電極を覆うように第１絶縁部材を形成する第１工程と、
前記半導体基板の上面が露出するように前記第１絶縁部材に第１開口を形成する第２工程と、
前記第１開口を導電性の第１部材で埋める第３工程と、
前記第１絶縁部材の上に、前記第１部材を覆うように第２絶縁部材を形成する第４工程と、
前記第１部材の上面が露出するように前記第２絶縁部材に第２開口を形成し、前記ゲート電極の上面が露出するように前記第１絶縁部材および前記第２絶縁部材に第３開口を形成する第５工程と、
前記第２開口を導電性の第２部材で埋めて該第２部材および前記第１部材により前記第２コンタクトプラグを形成し、前記第３開口を導電性の第３部材で埋めて該第３部材により前記第１コンタクトプラグを形成する第６工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１絶縁部材は、前記ゲート電極を覆う第１層と、前記第１層の上に配された第２層とを含んでおり、
前記第１部材の上面と前記第１層の上面とは同一面上にある
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程は、
前記半導体基板上に前記ゲート電極を覆うように前記第１層を形成する工程と、
前記第１層の上に前記第１層を覆うように第２層を形成した後、前記第１層のうち前記ゲート電極を覆う部分の上面が露出するように前記第２層を研磨する工程と、
を含み、
前記第２層を研磨する工程において、前記第１層は該研磨のストッパとして作用する
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１層は窒化シリコンを含み、前記第２層は酸化シリコンを含む
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１部材は、前記第１開口の底面および側面を覆う第１バリアメタル層と、前記第１バリアメタル層を介して前記第１開口の中を埋める第１導電部材とを含み、
前記第２部材は、前記第２開口の底面および側面を覆う第２バリアメタル層と、前記第２バリアメタル層を介して前記第２開口の中を埋める第２導電部材とを含み、
前記第３部材は、前記第３開口の底面および側面を覆う第３バリアメタル層と、前記第３バリアメタル層を介して前記第３開口の中を埋める第３導電部材とを含む
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１バリアメタル層、前記第２バリアメタル層および前記第３バリアメタル層はチタン及びタンタルの少なくとも一方を含み、
前記第１導電部材、前記第２導電部材および前記第３導電部材はタングステンを含む
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１部材と前記第２部材との境界面は、前記ゲート電極の上面よりも上に位置している
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記ゲート電極の上面から前記第１絶縁部材の上面までの距離は、前記半導体基板の上面から前記第１絶縁部材の上面までの距離の３分の１より小さい
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記半導体基板の上面に対する平面視において、前記第１コンタクトプラグは、前記トランジスタのチャネル領域と重なる位置に形成される
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２コンタクトプラグは、前記トランジスタのソースおよびドレインの少なくとも一方に接続される
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体装置は、撮像部が配された第１領域と前記撮像部からの信号を処理する処理部が配された第２領域とを有する固体撮像装置であり、
前記トランジスタ、前記第１コンタクトプラグおよび前記第２コンタクトプラグは、前記第２領域に形成される
ことを特徴とする請求項１０に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】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、例えば、トランジスタが形成された半導体基板と、該トランジスタのゲート電極に接続された第１コンタクトプラグと、半導体基板（例えば該トランジスタのソースまたはドレイン）に接続された第２コンタクトプラグとを備える。第１コンタクトプラグおよび第２コンタクトプラグのそれぞれは、例えば、半導体基板上に配された絶縁部材にエッチングにより開口を形成し、該開口を導電部材で埋めることによって形成される。
【０００３】
ここで、半導体基板の上面と、該トランジスタのゲート電極の上面との間には、ゲート電極の高さ（厚さ）に従う高低差が生じる。この高低差により、第１コンタクトプラグを形成するための第１開口の深さは、第２コンタクトプラグを形成するための第２開口の深さよりも浅い。そのため、これら第１開口および第２開口の双方をエッチングにより一度に形成する際には、上記高低差はゲート電極の上面を損傷させる原因となりうる。より具体的には、ゲート電極を露出する第１開口が形成された時点では、半導体基板の上面を露出する第２開口の形成は完了していない。そして、該第２開口の形成を完了させるために更にエッチングを行うことにより、第１開口により既に露出されたゲート電極の上面はオーバーエッチングされて損傷を受けうる。
【０００４】
特許文献１は、上記オーバーエッチングを防ぐため、第２コンタクトプラグのうちの下部である第１部分を形成してから、該第１部分の上に、第２コンタクトプラグのうちの上部である第２部分を形成することを開示している。以下、図５を参照しながら特許文献１の半導体装置の製造方法の一部を説明する。
【０００５】
まず、図５（ａ）の工程で、トランジスタが形成された半導体基板ＳＵＢと、半導体基板ＳＵＢ上に配された絶縁部材ＯＸ１であってその上面がトランジスタのゲート電極Ｇの上面と同一面上にある絶縁部材ＯＸ１とを備える構造を準備する。ゲート電極Ｇは、例えばポリシリコンで構成される。次に、図５（ｂ）の工程で、絶縁部材ＯＸ１に第１部分（「部分Ｐ１」とする）用の開口ＯＰを形成する。
【０００６】
その後、図５（ｃ）の工程で、開口ＯＰを導電部材で埋めて部分Ｐ１を形成する。この工程は、開口ＯＰをスパッタリング法によって導電部材で埋めた後、絶縁部材ＯＸ１およびゲート電極Ｇの上面が露出するようにＣＭＰを行って該導電部材のうちの不要部分を除去することにより為される。部分Ｐ１は、その上面がゲート電極Ｇの上面と同一面になるように形成される。部分Ｐ１は、例えばチタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）を含む。
【０００７】
更にその後、図５（ｄ）の工程で、図５（ｃ）の工程で得られた構造の上に更に絶縁部材ＯＸ２を形成し、絶縁部材ＯＸ２の中に、第１コンタクトプラグＣＴ１を形成すると共に、部分Ｐ１の上に第２部分Ｐ２を形成して第２コンタクトプラグＣＴ２を完成させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−４４５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の方法によると、上記図５（ｃ）の工程でのＣＭＰに伴うゲート電極Ｇの上面に対して直接的に加えられる物理的な圧力により、トランジスタ（例えば、ゲート電極Ｇそのもの、ゲート絶縁膜など）が損傷を受ける可能性がある。このことは、半導体装置の信頼性を低下させる原因となりうる。
【００１０】
本発明の目的は、トランジスタが形成された半導体基板の上面と該トランジスタのゲート電極の上面との高低差に起因するコンタクトプラグ形成時の該トランジスタへの損傷を低減しながら半導体装置の信頼性を向上させるのに有利な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一つの側面は半導体装置の製造方法にかかり、前記半導体装置の製造方法は、トランジスタが形成された半導体基板と、前記トランジスタのゲート電極に接続された第１コンタクトプラグと、前記半導体基板に接続された第２コンタクトプラグとを備える半導体装置の製造方法であって、前記トランジスタが形成された前記半導体基板を準備し、前記半導体基板上に前記ゲート電極を覆うように第１絶縁部材を形成する第１工程と、前記半導体基板の上面が露出するように前記第１絶縁部材に第１開口を形成する第２工程と、前記第１開口を導電性の第１部材で埋める第３工程と、前記第１絶縁部材の上に、前記第１部材を覆うように第２絶縁部材を形成する第４工程と、前記第１部材の上面が露出するように前記第２絶縁部材に第２開口を形成し、前記ゲート電極の上面が露出するように前記第１絶縁部材および前記第２絶縁部材に第３開口を形成する第５工程と、前記第２開口を導電性の第２部材で埋めて該第２部材および前記第１部材により前記第２コンタクトプラグを形成し、前記第３開口を導電性の第３部材で埋めて該第３部材により前記第１コンタクトプラグを形成する第６工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上記半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】半導体装置の構造の例を説明するための図である。
【図２】半導体装置の製造方法の例を説明するための図である。
【図３】半導体装置の製造方法の例を説明するための図である。
【図４】カメラの構成例を説明するための図である。
【図５】半導体装置の製造方法の参考例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
図１を参照しながら半導体装置１０を述べる。半導体装置１０は、例えば、１以上の素子が形成された半導体基板１１０、半導体基板１１０上に配された絶縁部材１３０、及び、絶縁部材１３０の中に配された配線部を備える。半導体基板１１０に形成された素子は、例えばトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を含む。該トランジスタの構成要素として、図中には、ソース領域１２１、ドレイン領域１２２、ゲート電極１２３、ゲート絶縁膜１２４およびサイドウォール１２５がそれぞれ例示されている。また、該トランジスタは、素子分離部１２６により他の素子（不図示）から分離されている。
【００１５】
絶縁部材１３０の中に配された配線部は、例えば、コンタクトプラグ１５０及び１６０並びに配線層１７０を含む。該配線部により、ソース領域１２１、ドレイン領域１２２およびゲート電極１２３のそれぞれは、電源ノードまたは所定の回路もしくは素子に電気的に接続されうる。本例では、配線層１７０は、半導体基板１１０に最も近い第１配線層である。コンタクトプラグ１５０は、ソース領域１２１と配線層１７０の一部とを接続している（ここでは説明を省略するが、ドレイン領域１２２の上に配された他のコンタクトプラグについても同様である。）。また、コンタクトプラグ１６０は、ゲート電極１２３と配線層１７０の他の一部とを接続している。平面視（以下、単に「平面視」という。）において、コンタクトプラグ１６０をトランジスタのチャネル領域と重なる位置に配することにより、トランジスタの専有面積を小さくしてもよい。なお、ここでは不図示とするが、該配線部は、配線層１７０よりも上に他の配線層を更に含んでもよい。
【００１６】
コンタクトプラグ１５０は、半導体基板１１０側の第１部分１５１（コンタクトプラグ１５０における下部）と、部分１５１の上に配された第２部分１５２（コンタクトプラグ１５０における上部）とを有する。詳細は後述するが、部分１５１の上面（即ち、部分１５１と部分１５２との境界面）は、ゲート電極１２３の上面よりも上に位置している。
【００１７】
部分１５１は、図１に示されるように、その底面および側面に成膜されたバリアメタル層と、その間を埋めるように配された導電部材とを含んでもよい（部分１５２およびコンタクトプラグ１６０についても同様である。）。なお、該バリアメタル層には、例えばタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、それらの窒化物等が用いられうる。また、該導電部材には、例えばタングステン（Ｗ）が用いられうる。
【００１８】
以下、図２を参照しながら、半導体装置１０の製造方法を、主にコンタクトプラグ１５０及び１６０の形成工程に着目しながら述べる。本製造方法は、公知の半導体製造プロセスを用いて為されればよい。
【００１９】
図２（ａ）の工程では、まず、上述のトランジスタが形成された半導体基板１１０を準備し、その後、第１絶縁部材１３１を半導体基板１１０上にゲート電極１２３を覆うように形成する。絶縁部材１３１は、その上面がゲート電極１２３の上面より高くなるように半導体基板１１０上に形成されればよい。この工程は、例えばＣＶＤ（化学気相成長）等により為されればよい。なお、半導体基板１１０には、例えばシリコン等で構成された基板が用いられ、絶縁部材１３１には、例えば酸化シリコンが用いられればよい。
【００２０】
図２（ｂ）の工程では、絶縁部材１３１の上にレジストパターンＰＲ１を形成する。レジストパターンＰＲ１は、半導体基板１１０の上面に対する平面視において、ソース領域１２１（およびドレイン領域１２２）と重なる位置に開口を有する。
【００２１】
図２（ｃ）の工程では、レジストパターンＰＲ１をマスクとして用いて絶縁部材１３１に対してエッチングを行う。この工程は、例えば、プラズマエッチング等の異方性エッチングにより為されればよい。この工程により、絶縁部材１３１の一部が除去され、絶縁部材１３１に、半導体基板１１０の上面（本例では、ソース領域１２１（およびドレイン領域１２２）の上面）が露出するように開口ＯＰ１が形成される。
【００２２】
図２（ｄ）の工程では、レジストパターンＰＲ１を除去した後、絶縁部材１３１の上に、タンタルを含む部材１４１とタングステンを含む部材１４２とを、開口ＯＰ１を埋めるようにそれぞれ形成する。この工程は、例えばＰＶＤ（物理気相成長）等により為されればよい。部材１４１は、後にバリアメタル層として作用し、開口ＯＰ１の底面および側面を覆うように所定の厚さで形成されればよい。部材１４２は、該形成された部材１４１を介して開口ＯＰ１を埋めるように形成されればよい。なお、部材１４１及び１４２には、導電性の他の材料が用いられてもよい。
【００２３】
図２（ｅ）の工程では、図２（ｄ）の工程で得られた構造の上面に対して、絶縁部材１３１の上面が露出するようにＣＭＰ（化学機械研磨）を行う。この工程により、部材１４１及び１４２のうち絶縁部材１３１の上面より上の部分が除去され、その結果、開口ＯＰ１に部分１５１が形成される。
【００２４】
図２（ｆ）の工程では、図２（ｅ）の工程で得られた構造の上に第２絶縁部材１３２を形成する。絶縁部材１３２は、絶縁部材１３１の上に部分１５１を覆うように形成される。この工程は、例えばＣＶＤ等により為されればよい。絶縁部材１３１および絶縁部材１３２は、図１で例示された絶縁部材１３０に対応し、絶縁部材１３２には、絶縁部材１３１と同じ材料（例えば酸化シリコン）が用いられればよい。なお、他の例として、絶縁部材１３２には、絶縁部材１３１とは異なる材料が用いられてもよい。
【００２５】
図２（ｇ）の工程では、絶縁部材１３２の上にレジストパターンＰＲ２を形成する。レジストパターンＰＲ２は、平面視において、ソース領域１２１（およびドレイン領域１２２）と重なる位置と、ゲート電極１２３と重なる位置とにそれぞれ開口を有する。
【００２６】
図２（ｈ）の工程では、レジストパターンＰＲ２をマスクとして用いて絶縁部材１３２及び絶縁部材１３１に対してエッチングを行う。この工程は、ゲート電極１２３の上面が露出したときに終了されればよい。この工程は、例えば、ドライエッチング等の異方性エッチングにより為されればよい。この工程により、絶縁部材１３２に、部分１５１の上面が露出するように開口ＯＰ２が形成され、また、絶縁部材１３２及び１３１に、ゲート電極１２３の上面が露出するように開口ＯＰ３が形成される。
【００２７】
図２（ｉ）の工程では、レジストパターンＰＲ２を除去した後、絶縁部材１３２の上に、タンタルを含む部材１４３とタングステンを含む部材１４４とを、開口ＯＰ２及びＯＰ３を埋めるようにそれぞれ形成する。この工程は、図２（ｄ）の工程と同様の手順で為されればよい。
【００２８】
図２（ｊ）の工程では、図２（ｉ）の工程で得られた構造の上面に対して、絶縁部材１３２の上面が露出するようにＣＭＰを行う。この工程は、図２（ｅ）の工程と同様の手順で為されればよい。この工程により、部材１４１及び１４２のうち絶縁部材１３２の上面より上の部分が除去される。その結果、開口ＯＰ２に部分１５２が形成され、該部分１５２及び部分１５１によりコンタクトプラグ１５０が形成され、それと共に開口ＯＰ３にコンタクトプラグ１６０が形成される。
【００２９】
その後、コンタクトプラグ１５０及び１６０の上に配線層１７０およびそれより上の配線層（不図示）を公知の半導体製造プロセスを用いて形成することにより、半導体装置１０が得られる。配線層１７０には、例えば銅やアルミニウム等の導電部材が用いられればよい。
【００３０】
本製造方法によると、コンタクトプラグ１５０における下部に対応する部分１５１は、その上面がゲート電極１２３の上面より高くなるように形成される。そのため、図２（ｈ）の工程でのエッチングでは、先に部分１５１の上面が露出し、その後、ゲート電極１２３の上面が露出する。該エッチングは、ゲート電極１２３の上面が露出したときに終了されればよいため、本製造方法によると、ゲート電極１２３の上面に対するオーバーエッチングおよびそれに伴う該上面への損傷を低減することができる。また、本製造方法によると、図５（ｃ）を参照しながら述べたＣＭＰに伴うトランジスタへの損傷を防ぐこともできる。よって、本製造方法によると、半導体装置の信頼性を向上させるのに有利である。
【００３１】
ここで、部分１５１の上面を、ゲート電極１２３の上面に対して高くしすぎると、図２（ｈ）の工程のエッチングに相当の時間がかかってしまう他、部分１５１の上面の損傷が大きくなってしまう。この損傷は、コンタクトプラグ１５０での電気的抵抗の増大の原因となりうる。そのため、ゲート電極１２３の上面から絶縁部材１３１の上面までの距離を、例えば、半導体基板１１０の上面から絶縁部材１３１の上面までの距離の３分の１より小さくしてもよい。例えば、ゲート電極１２３の厚さを２５０［ｎｍ］程度としたときに、絶縁部材１３１の厚さを３００［ｎｍ］程度とするとよい。
【００３２】
（第２実施形態）
図３を参照しながら第２実施形態に係る半導体装置（「半導体装置１１」とする。）の製造方法を述べる。本実施形態は、主に、絶縁部材１３１が第１層１８１及び第２層１８２を含んでいる（又は、絶縁部材１３１に代わって層１８１及び１８２が用いられている）、という点で前述の第１実施形態と異なる。
【００３３】
層１８１には、例えば窒化シリコンが用いられ、層１８２には、例えば酸化シリコンが用いられうる。図３（ａ）の工程では、まず、トランジスタが形成された半導体基板１１０上にゲート電極１２３を覆うように層１８１を形成する。その後、層１８１の上に層１８１を覆うように層１８２を形成した後、層１８１のうちゲート電極１２３を覆う部分の上面が露出するように層１８２の上面をＣＭＰ等により研磨する。該研磨する工程において、層１８１は該研磨のストッパとして作用する。
【００３４】
その後、図３（ｂ）の工程は、図２（ｂ）〜（ｅ）の工程と同様の手順で為され、その結果、部分１５１の上面と、層１８１の上面（より具体的には、そのうちゲート電極１２３を覆う部分の上面）とは、互いに同一面上になる。図３（ｃ）の工程は、図２（ｆ）〜（ｊ）の工程と同様の手順で為されればよい。図３（ｄ）の工程では、コンタクトプラグ１５０及び１６０の上に配線層１７０およびそれより上の配線層（不図示）が形成され、以上により半導体装置１１が得られる。
【００３５】
本実施形態によると、層１８１を、図３（ａ）の工程での研磨においてストッパとして作用させるため、部分１５１を、その上面がゲート電極１２３の上面より高くなるように形成する際に、その高さを調節しやすくなる。よって、本実施形態によると、前述の第１実施形態と同様の効果が得られる他、半導体装置の製造面において更に有利である。
【００３６】
（その他）
図４は、上述の半導体装置１０又は１１の構造が適用された固体撮像装置１００を具備するカメラ（撮像システム）の構成例を説明するための図である。カメラは、固体撮像装置１００の他、例えば、処理部２００、ＣＰＵ３００（又はプロセッサ）、操作部４００、光学系５００を具備する。また、カメラは、静止画や動画をユーザに表示するための表示部６００、それらのデータを記憶するためのメモリ７００をさらに具備しうる。固体撮像装置１００は、光学系５００を通過した光に基づいて画像データを生成する。該画像データは、処理部２００により所定の補正処理が為され、表示部６００やメモリ７００に出力される。また、ユーザにより操作部４００を介して入力された撮影条件に応じて、ＣＰＵ３００によって、各ユニットの設定情報が変更され、又は、各ユニットの制御方法が変更されうる。なお、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。
【００３７】
固体撮像装置１００は、典型的には、撮像部が配された撮像領域（第１領域）と、その周辺領域であって撮像部からの信号を処理する処理部が配された周辺領域（第２領域）とを有する。図１〜３を参照しながら例示したコンタクトプラグ１５０及び１６０並びにそれらが接続されたトランジスタは、撮像領域および周辺領域のうちの周辺領域に配されてもよい。
【００３８】
なお、以上では、いくつかの好適な態様が例示されたが、本発明はこれらに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その一部が変更されてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０：半導体装置、１２３：ゲート電極、１６０：第１コンタクトプラグ、１５０：第２コンタクトプラグ、１５１：第１部材、１５２：第２部材、１３１：第１絶縁部材、１３２：第２絶縁部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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