JP2000058797A - 半導体メモリ装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体メモリ装置及びその製造方法Info
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Abstract
成されたコンタクトの抵抗の増加が防止できる半導体メ
モリ装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 メモリセルが形成されたセル領域と少な
くとも一つのp+不純物領域とを有するトランジスタを
含むコア領域そして周辺領域を有する半導体メモリ装置
の製造方法において、半導体基板の全面に層間絶縁膜を
形成する段階と、コンタクトホール形成用マスクを使用
して前記コア領域のp+不純物領域表面が露出される時
まで絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成す
る段階と、コンタクトホールに金属膜を充填して半導体
基板と電気的に連結されるコンタクトを形成する段階と
を含むことを特徴とする。
Description
るものであり、より詳しくは半導体メモリ装置及びその
配線形成方法に関するものである。
能化されながらこれによる技術開発が展開されている。
DRAM装置においても高容量化が急激に進展されてお
り、これにより複雑で微細化された技術開発がされてい
る。
構造を調べると参考(IEDM 95 PP.907/IEDM 96PP.597)で
示すように、セルに自己整列コンタクト(self-aligned
contact:SAC)スキムが導入され、又配線工程を既
存のポリサイド(polycide)構造から金属構造へ変化され
る傾向である(IEDM 96 PP.597)。即ち、金属構造の配
線、特にビットラインを既存ポリサイド構造から金属ラ
インへ変更して素子の性能を向上させようと努力してい
る。
を示す図面である。図1を参照すると、従来の半導体メ
モリ装置の製造方法は、先ずセル(cell)領域、コア(cor
e)領域、そして周辺領域で限定された半導体基板10上
に活性領域と非活性領域とを限定するための素子隔離領
域12が形成される。半導体基板10の活性領域上に導
電層即ち、ゲート電極14が形成される。ゲート電極1
4はポリシリコン膜14aとタングステンシリサイド膜
14bとが順次に積層された構造を有する。ゲート電極
14の上部及び両側壁は酸化膜系列の層間絶縁膜とエッ
チング選択比を有する絶縁膜、例えばマスク窒化膜14
cと窒化膜スペーサ15とで取り囲まれるように形成さ
れる。
るゲート電極14両側の半導体基板10内に一般的によ
く知られたイオン注入工程へ高濃度不純物イオンが注入
されてソース/ドレーン領域が形成されることにより、
ゲート電極14とソース/ドレーン領域で構成されるM
OSトランジスタが形成される。コア領域にはn型高濃
度不純物とp型不純物とが注入されてn+不純物領域1
6aとp+不純物領域16bとが形成され、周辺領域に
は高濃度n型不純物イオンが注入されてn+不純物領域
16cが形成される。
に第1絶縁膜18が形成される。第1絶縁膜18は例え
ば、BPSG膜で形成される。フォトレジスト膜パター
ンをマスクとして使用してセル領域のゲート電極14間
のソース/ドレーン領域の上部表面が露出される時まで
第1絶縁膜18をエッチングすることによりオープン領
域が形成される。オープン領域を例えば、ポリシリコン
膜で充填することによりビットライン用パッドポリ20
aとストレージノード用パッドポリ20bとが形成され
る。
絶縁膜19上に第2絶縁膜22が形成される。第2絶縁
膜22は例えば、P−TEOS膜で形成される。第2絶
縁膜22上に前述したような方法でコンタクト形成領域
を限定して形成されたフォトレジスト膜パターン(図示
せず)をマスクとして使用し、第2絶縁膜22、第1絶
縁膜19、そしてゲート電極14のマスク窒化膜14c
を部分的にエッチングすることによりコンタクトホール
が形成される。フォトレジスト膜パターンが除去され
る。
で充填することによりコンタクトプラグ24a−24d
が形成される。例えば、多層の金属膜はTi膜とCo膜
との中いずれか一つの膜とCVD TiN膜そしてタン
グステンが順次に積層されて形成される(図示せず)。
Ti膜又はCo膜はオーミック層(ohmic layer)の形成
のためのものであり、CVD TiN膜は物質の拡散を
防止する障壁膜役割を果たす。
を含んで第2絶縁膜22上にビットライン形成用金属膜
26aとマスク窒化膜26bとが順次に形成される。金
属膜26aは例えば、タングステン(W)で形成され
る。ビットライン形成用マスクを使用してマスク窒化膜
26bと金属膜26aとを順次にエッチングすることに
よりセル領域にはビットライン用パッドポリ20aと電
気的に連結されるコンタクトプラグ24aを通じて半導
体基板10と電気的に連結されるビットライン26が形
成される。そして、コア領域と周辺領域にはビットライ
ン26の形成時配線のためのパッド26’が形成され
る。
6’の両側壁に窒化膜スペーサ27が形成される。半導
体基板10の全面に第3絶縁膜28が形成される。第3
絶縁膜28はHDP酸化膜で形成される。ストレージノ
ードコンタクトホール形成用マスクを使用してセル領域
のストレージノード用パッドポリ20bの表面が露出さ
れる時まで第3及び第2絶縁膜28及び22をエッチン
グすることによりストレ−ジノードコンタクトホール3
0が形成される。その後、コンタクトホール30を含ん
で第3絶縁膜28上にポリシリコン膜を形成した後、パ
ターニングすることによりストレージノード即ち、キャ
パシタ下部電極32が形成される。その後、一般によく
知られたDRAMキャパシタの形成工程によりキャパシ
タが形成される。
を使用する場合特に、DRAMからビットラインへ使用
される場合ビットライン形成後高温で遂行されるキャパ
シタ形成工程時過度な熱により金属ビットライン工程に
多くの問題が発生される。IEDM 96 PP.597で示すよう
に、コア領域と周辺領域とを電気的に連結させるため使
用されたp+不純物領域16bのコンタクト抵抗が数千
ohm/contactで上昇してコンタクトサイズが0.15μ
m×0.15μm以下で小さくなる。これにより、数万
〜数十万ohm/contactで抵抗が大きくなり、素子の性能
は急激に劣化する問題が起こる。
形成したコンタクト底部位のシリサイド層へ吸い込まれ
て発生される現象として高温で後続工程の遂行時、コン
タクトサイズが小さくなれば小さくなるほどさらに酷く
なる。だが、金属でビットラインを形成するダイナミッ
クRAM装置は素子の性能を向上させ得ることだけでは
なく、高段差のフォトDOF(depth of focus margin)マ
−ジン問題が改善でき、ビットラインの厚さを低められ
てバーチカルスケーリング(vertical scaling)を成せ、
全般的に素子の構造的特性が良好にできる。
3絶縁膜28上に第4絶縁膜36が形成される。第4絶
縁膜36はTEOS膜とUSG膜が積層されている。コ
ンタクトホール形成用マスクを使用してコア領域と周辺
領域とのゲート電極導電膜14bの表面が露出される時
まで第4及び第3絶縁膜36及び28を順次にエッチン
グすることによりコンタクトホールが形成される。コン
タクトホールが金属膜、例えば、タングステンで充填さ
れてパッド26’と電気的に連結される配線形成のため
のコンタクト38a及び38bが形成される。第4絶縁
膜上にコンタクト38a及び38bと電気的に連結され
る金属配線40が形成される。金属配線40は例えば、
アルミニウム(Al)で形成される。金属配線上に図面
に示されたように、配線が付加的に形成できる。
高温工程時p+不純物領域に金属膜で形成されたコンタ
クトの抵抗が増加されることが防止できる半導体メモリ
装置及びその製造方法を提供することである。
ための本発明によると、メモリセルが形成されたセル領
域と少なくとも一つのp+不純物領域とを有するトラン
ジスタを有するコア領域そして周辺領域を有する半導体
メモリ装置の製造方法は、半導体基板の全面に層間絶縁
膜を形成する段階と、コンタクトホール形成用マスクを
使用してコア領域のp+不純物領域表面が露出される時
まで絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成す
る段階と、コンタクトホールに金属膜を充填して半導体
基板と電気的に連結されるコンタクトを形成する段階と
を含む。
ると、セル領域とコア領域そして周辺領域とを有する半
導体メモリ装置の製造方法において、半導体基板上にゲ
ート電極を形成し、上部表面と両側壁とが絶縁物質で取
り込まれるように形成する段階と、ゲート電極両側の半
導体基板に不純物イオンを注入して第1導電型領域と第
2導電型領域とを形成する段階と、ゲート電極を含んで
半導体基板上に第1絶縁膜を形成する段階と、コンタク
トホール形成用マスクを使用して第2導電型領域を除外
したゲート電極の表面と第1導電型領域の半導体基板の
表面とが露出される時まで第1絶縁膜と絶縁物質とを順
次にエッチングしてコンタクトホールを形成する段階
と、コンタクトホールを多層の金属膜で充填してコンタ
クトプラグを形成する段階と、第1絶縁膜上にコンタク
トプラグと電気的に連結されるパッドを形成し、上部と
両側壁とが絶縁物質で取り込まれるように形成する段階
と、パッドを含んで第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成す
る段階と、コンタクトホール形成用マスクを使用して第
2導電型領域の半導体基板とパッドの表面とが露出され
る時まで第2及び第1絶縁膜と絶縁物質とを順次にエッ
チングしてコンタクトホールを形成する段階と、コンタ
クトホールを金属膜で充填して配線形成用コンタクトを
形成する段階とを含む。
ると、半導体メモリ装置は、メモリセルが形成されたセ
ル領域と少なくとも一つのp+不純物領域とを有するト
ランジスタを含むコア領域そして周辺領域を有する半導
体基板と、セル及びコアそして周辺領域を含んで半導体
基板の全面に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜を突
き抜いてp+不純物領域と電気的に連結されるように形
成されたコンタクトとを含む。
る新たな半導体メモリ装置及びその製造方法は、半導体
基板にメモリセルが形成されたセル領域と少なくとも一
つのp+不純物領域を有するトランジスタを有するコア
領域そして周辺領域が形成される。半導体基板の全面に
層間絶縁膜が形成される。コンタクトホール形成用マス
クを使用してコア領域のp+不純物領域表面が露出され
る時まで絶縁膜をエッチングすることによりコンタクト
ホールが形成される。
により半導体基板と電気的に連結されるコンタクトが形
成される。このような半導体メモリ装置及びその製造方
法により、高温工程で形成されるセル領域のメモリセル
形成後にp+不純物領域の半導体基板に配線のためのコ
ンタクトを直接形成することにより後続遂行される高温
工程数が減少されて金属膜と不純物イオンとの反応が抑
制できてコンタクト抵抗の増加が防止できる。 従って、
素子の性能を安定的に得られる。
発明の実施形態を詳細に説明する。本発明の半導体メモ
リ装置は、半導体基板にメモリセルが形成されたセル領
域と少なくとも一つのp+不純物領域とを有するトラン
ジスタを含むコア領域そして周辺領域が形成されてい
る。セル及びコアそして周辺領域を含んで半導体基板の
全面に層間絶縁膜が形成されている。層間絶縁膜を突き
抜いてp+不純物領域と電気的に連結されるコンタクト
が形成されている。
ある。図2乃至図5は、本発明の実施形態による半導体
メモリ装置の製造方法を工程の流れ順に示す図である。
図2を参照すると、本発明の半導体メモリ装置の製造方
法は、先ずセル領域、コア領域、そして周辺領域で限定
された半導体基板100上に活性領域と非活性領域とを
限定するための素子隔離領域102が形成される。素子
隔離領域102は一般によく知られたLOCOS(LOCal
Oxidation of Silicon)工程又はトレンチ隔離(trench
isolation)工程により形成される。半導体基板100の
活性領域上に導電層即ち、ゲート電極104が形成され
る。ゲート電極104はポリシリコン膜104aとタン
グステンシリサイド膜104bとが順次に積層された構
造を有する。ゲート電極104の上部表面と両側壁とは
酸化膜系列の層間絶縁膜とエッチング選択比とを有する
絶縁膜、例えばマスク窒化膜104cと窒化膜スペーサ
105とで取り囲まれるように形成される。
るゲート電極104両側の半導体基板100内に一般に
よく知られたイオン注入工程で高濃度不純物イオンが注
入されてソース/ドレーン領域が形成されることによ
り、ゲート電極104とソース/ドレーン領域とで構成
されるMOSトランジスタが形成される。コア領域には
n型高濃度不純物とp型不純物が注入されてn+不純物
領域106aとp+不純物領域106bが形成され、周
辺領域には高濃度n型不純物イオンが注入されてn+不
純物領域106cが形成される。
第1絶縁膜108が形成される。第1絶縁膜108は例
えば、BPSG膜で形成される。フォトレジスト膜パタ
ーンをマスクとして使用してセル領域のゲート電極10
4間のソース/ドレーン領域の上部表面が露出される時
まで第1絶縁膜108をエッチングすることによりオー
プン領域が形成される。オープン領域を例えば、ポリシ
リコン膜で充填してビットライン用パッドポリ110a
とストレージノード用パッドポリ110bが形成され
る。ゲート電極104を取り囲んでいるマスク窒化膜1
04cと窒化膜スペーサ105によりゲート電極導電膜
103及び104がパッドポリ110a及び110bと
電気的ショート(short)が発生することが防止される。
第1絶縁膜108上に第2絶縁膜112が形成される。
第2絶縁膜112は例えば、P−TEOS膜で形成され
る。第2絶縁膜112上に前述したような方法でコンタ
クト形成領域を限定して形成されたフォトレジスト膜パ
ターンをマスクとして使用し、第2絶縁膜112、第1
絶縁膜108、そしてゲート電極104のマスク窒化膜
104cを部分的にエッチングすることによりコンタク
トホール114a−114cが形成される。
のp+不純物領域108bを除外したセル領域のビット
ライン用パッドポリ110a、コア領域のn+不純物領
域108bとゲート電極の導電層104b、そして周辺
領域のn+型不純物領域106cとゲート電極の導電層
104bの上部表面が各々露出される時までエッチング
することによりコンタクトホール114a−114cが
形成される。その後、フォトレジスト膜パターンが除去
される。
4cの両側壁及び下部面に沿ってTi膜とCo膜との中
いずれか一つの膜が蒸着される。Ti膜又はCo膜はオ
ーミック層を形成するため形成される膜として一般に、
数百Åの厚さで形成される。これは、工程条件により変
われ、コンタクト特性又膜の厚さにより非常に敏感に変
われる。Ti膜及びCo膜上に物質の拡散を防止するた
めの障壁膜のTiN膜がCVD(chemical vapor deposi
tion)工程で直ちに積層される。最後に、コンタクトホ
ール114a−114cを充填するようにタングステン
が形成される。
クト底を除外した半導体基板と反応せず残っているTi
膜又はCo膜を除去した後、障壁膜を形成することもで
きる。又は障壁金属を直接配線で使用してタングステン
で充填する段階をスキップ(skip)することもできる。こ
のような変化は素子の要求条件や工程条件により多数の
工程調合で変更が可能である。
第2絶縁膜112上にビットライン形成用金属膜116
aとマスク窒化膜116bが順次に形成される。金属膜
は例えば、タングステンで形成される。ビットライン形
成用マスクを使用してマスク窒化膜116bと金属膜1
16aとを順次にエッチングすることによりビットライ
ンコンタクトプラグ110aを通じて半導体基板100
と電気的に連結されるビットライン116と同時に配線
のためのパッド116’が形成される。ビットライン及
びパッド116及び116’はダマシン工程で形成する
こともできる。その後、ビットライン及びパッド116
及び116’を含んで第2絶縁膜112上に窒化膜が形
成される。窒化膜をエッチバック工程でエッチングする
ことによりビットライン及びパッド116及び116’
の両側壁に窒化膜スペーサ117及び117’が形成さ
れる。
8が形成される。。第3絶縁膜118は例えば、HDP
酸化膜で形成される。ストレージノードコンタクトホー
ル形成用マスクを使用してセル領域のストレ−ジノード
用パッドポリ110bの表面が露出される時まで第3及
び第2絶縁膜118及び112をエッチングすることに
よりストレージノードコンタクトホール120が形成さ
れる。コンタクトホール120内部の両側壁に窒化膜ス
ペーサが形成される。
0を含んで第3絶縁膜118上にストレージノード形成
用導電膜を形成した後、パターニングすることによりス
トレージノード即ち、キャパシタ下部電極122が形成
される。キャパシタ下部電極122上にHSG(hemi-s
pherical grain:123)膜形成後、キャパシタ誘電膜
124とキャパシタ上部電極125とを形成することに
よりキャパシタが形成される。導電膜は多結晶ポリシリ
コン膜で形成されるがキャパシタ誘電膜をBST膜やT
a2O5等の高誘電膜で形成する場合には金属系列の膜質
で形成できる。
縁膜126が形成される。第4絶縁膜は例えば、TEO
S膜とUSG膜が積層された構造を有する。コンタクト
ホール形成用マスクを使用してコア領域のp+不純物領
域106b及びパッド金属膜116aそして周辺領域の
パッド金属膜116aの表面が露出される時まで第4絶
縁膜126、第3絶縁膜118、マスク窒化膜116
b、第2絶縁膜112、そして第1絶縁膜109をエッ
チングすることによりコンタクトホール128a−12
8cが形成される。
タクトホール128aは従来よりチップ全体面積でp+
不純物領域の面積が占める比率が低いのでp+不純物領
域に形成されるサイズを広く形成して(全体チップサイ
ズの面積増加分は微々たる)金属コンタクトを通じて電
気的に連結させようとする。従って、オーミック層との
反応によるコンタクト抵抗の増加を防げる。その後、コ
ンタクトホール128a−128cを金属膜で充填する
ことによりパッド116’により間接的に基板と接続さ
れるコンタクトが形成される。
の配線は前述した方法のような金属パッド116’を通
じる方法と一部はp+不純物領域106bの配線形成方
法のように、半導体基板のn+不純物領域106a,1
06cに直接コンタクトホールを形成して接続する方法
が使用できる。
タクトと電気的に連結される第1金属配線130が形成
される。金属は例えば、アルミニウムで形成される。第
1金属配線130を含んで第4絶縁膜126上に第5絶
縁膜131が形成される。第5絶縁膜131はTEOS
膜とSOG膜が積層されており、第5絶縁膜131上に
第5絶縁膜131内に形成されたコンタクト132と電
気的に連結される第2金属配線133が形成される。コ
ンタクト132及び第2金属配線133はやはりアルミ
ニウムで形成される。
造方法で熱処理工程時p+不純物領域の不純物イオンと
反応してコンタクト抵抗が増加される問題点を解決した
ものであって、高温工程で形成されるセル領域のメモリ
セル形成後にp+不純物領域の半導体基板に配線のため
のコンタクトを直接形成することにより、後続遂行され
る高温工程数が減少されて金属膜と不純物イオンとの反
応が抑制できて、コンタクト抵抗の増加が防止できる。
従って、素子の性能を安定的に得られる効果がある。
である。
製造方法を工程の流れ順に示す流れ図である。
製造方法を工程の流れ順に示す図である。
製造方法を工程の流れ順に示す図である。
製造方法を工程の流れ順に示す図である。
域 16b,106b p+不純物領域 26,116 ビットライン 26’,116’ パッド 32,122 ストレージノード 38a’,38b,128a,128b,128c コ
ンタクト 40,130 金属配線
Claims (13)
- 【請求項1】 メモリセルが形成されたセル領域と少
なくとも一つのp+不純物領域とを有するトランジスタ
を含むコア領域そして周辺領域を有する半導体メモリ装
置の製造方法において、 前記半導体基板の全面に層間絶縁膜を形成する段階と、 コンタクトホール形成用マスクを使用して前記コア領域
のp+不純物領域表面が露出される時まで前記絶縁膜を
エッチングしてコンタクトホールを形成する段階と、 前記コンタクトホールに金属膜を充填して半導体基板と
電気的に連結されるコンタクトを形成する段階とを含む
ことを特徴とする半導体メモリ装置の製造方法。 - 【請求項2】 セル領域とコア領域そして周辺領域と
を有する半導体メモリ装置の製造方法において、 前記半導体基板上にゲート電極を形成し、上部表面と両
側壁とが絶縁物質で取り囲まれるように形成する段階
と、 前記ゲート電極両側の半導体基板に不純物イオンを注入
して第1導電型領域と第2導電型領域とを形成する段階
と、 前記ゲート電極を含んで前記半導体基板上に第1絶縁膜
を形成する段階と、 コンタクトホール形成用マスクを使用して前記第2導電
型領域を除外した前記ゲート電極の表面と第1導電型領
域の半導体基板の表面とが露出される時まで前記第1絶
縁膜と絶縁物質とを順次にエッチングしてコンタクトホ
ールを形成する段階と、 前記コンタクトホールに多層の金属膜を充填してコンタ
クトプラグを形成する段階と、 前記第1絶縁膜上に前記コンタクトプラグと電気的に連
結されるパッドを形成し、上部と両側壁とが絶縁物質で
取り囲まれるように形成する段階と、 前記パッドを含んで前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形
成する段階と、 コンタクトホール形成用マスクを使用して前記第2導電
型領域の半導体基板とパッドの表面とが露出される時ま
で前記第2及び第1絶縁膜と絶縁物質とを順次にエッチ
ングしてコンタクトホールを形成する段階と、 前記コンタクトホールに金属膜を充填して配線形成用コ
ンタクトを形成する段階とを含むことを特徴とする半導
体メモリ装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記絶縁物質はシリコン窒化膜である
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体メモリ装置の
製造方法。 - 【請求項4】 前記第1導電型領域はn+不純物領域
であり、第2導電型領域はp+不純物領域であることを
特徴とする請求項2に記載の半導体メモリ装置の製造方
法。 - 【請求項5】 前記第1絶縁膜は、BPSG膜とP−
TEOS膜とが積層された構造を有することを特徴とす
る請求項2に記載の半導体メモリ装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記多層の金属膜は、Ti/TiN/
W膜で積層されていることを特徴とする請求項2に記載
の半導体メモリ装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記Ti膜は、オーミック層形成のた
めの膜であり、TiN膜は障壁膜であることを特徴とす
る請求項6に記載の半導体メモリ装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記多層の金属膜Ti/TiN膜で積
層されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体
メモリ装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記多層の金属膜は、TiN/W膜で
積層されていることを特徴とする請求項2に記載の半導
体メモリ装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記多層の金属膜は、単層のTiN
膜で形成できることを特徴とする請求項2に記載の半導
体メモリ装置の製造方法。 - 【請求項11】 前記パッドとコンタクトとは、タン
グステンで形成され、前記金属膜は、アルミニウムで形
成されることを特徴とする請求項2に記載の半導体メモ
リ装置の製造方法。 - 【請求項12】 前記第2絶縁膜は、HDP酸化膜と
TEOS膜そしてUSG膜が積層された構造を有するこ
とを特徴とする請求項2に記載の半導体メモリ装置の製
造方法。 - 【請求項13】 メモリセルが形成されたセル領域と
少なくとも一つのp+不純物領域とを有するトランジス
タを含むコア領域そして周辺領域を有する半導体基板
と、 前記セル及びコアそして周辺領域を含んで前記半導体基
板の全面に形成された層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜を突き抜いて前記p+不純物領域と電気
的に連結されるように形成されたコンタクトとを含むこ
とを特徴とする半導体メモリ装置。
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