JP2001057411A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置およびその製造方法

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JP2001057411A JP11231031A JP23103199A JP2001057411A JP 2001057411 A JP2001057411 A JP 2001057411A JP 11231031 A JP11231031 A JP 11231031A JP 23103199 A JP23103199 A JP 23103199A JP 2001057411 A JP2001057411 A JP 2001057411A
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Koji Hashimoto
孝司 橋本
Kenichi Kuroda
謙一 黒田
Seiji Yoshida
省史 吉田
Toshiyuki Iwaki
俊之 岩城
Masamichi Matsuoka
正道 松岡
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    • H01L28/90Electrodes with an enlarged surface, e.g. formed by texturisation having vertical extensions
    • H01L28/91Electrodes with an enlarged surface, e.g. formed by texturisation having vertical extensions made by depositing layers, e.g. by depositing alternating conductive and insulating layers

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多結晶シリコン膜で構成されたプラグの上部
にバリア層を介してビット線を形成するDRAMにおい
て、プラグとバリア層との接触面積の減少を防止してコ
ンタクト抵抗の低減を図る。 【解決手段】 ビット線BLが接続されるコンタクトホ
ール19の内部に多結晶シリコン膜で構成されたプラグ
21を形成する際、プラグ21の上面をコンタクトホー
ル19の上端部よりも下方に後退させ、プラグ21の上
部にTiN膜26とW膜27との積層膜で構成されたプ
ラグ22を形成する。その後、コンタクトホール19の
上部に堆積したW膜をパターニングしてコンタクトホー
ル19の径よりも狭い幅のビット線BLを形成する。こ
のとき、コンタクトホール19の内部ではプラグ22の
一部を構成するW膜27もエッチングされるが、プラグ
22の他の一部を構成するTiN膜26は殆ど削られる
ことはない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置およびその製造技術に関し、特に、DRAM(Dynami
c Random Access Memory)を有する半導体集積回路装置
に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】DRAMのメモリセルは、半導体基板の
主面にマトリクス状に配置された複数のワード線と複数
のビット線との交点に配置され、1個のメモリセル選択
用MISFETとこれに直列に接続された1個の情報蓄
積用容量素子(キャパシタ)とによって構成される。
【0003】上記メモリセルの一部を構成するメモリセ
ル選択用MISFETは、主としてゲート酸化膜、ワー
ド線と一体に構成されたゲート電極、ソースおよびドレ
インを構成する一対の半導体領域によって構成される。
また、メモリセルの他の一部を構成する情報蓄積用容量
素子は、メモリセル選択用MISFETの上部に配置さ
れ、ソース、ドレインの一方と電気的に接続される。
【0004】上記メモリセル選択用MISFETのソー
ス、ドレインの他方と電気的に接続されるビット線は、
通常、メモリセル選択用MISFETと情報蓄積用容量
素子との間に配置される。これは、情報蓄積用容量素子
の蓄積電荷量を増やそうとすると、その構造を立体化し
て表面積を増やす必要があるが、立体化された情報蓄積
用容量素子の上部にビット線を配置した場合には、ビッ
ト線とメモリセル選択用MISFETとを接続するコン
タクトホールのアスペクト比が極端に大きくなり、その
開孔が困難になるからである。
【0005】国際公開公報WO98/59372号は、
メモリセル選択用MISFETと情報蓄積用容量素子と
の間にビット線を配置したDRAMおよびその製造方法
を開示している。
【0006】上記公報に記載されたDRAMのビット線
は、メモリセルサイズを微細化したときに顕在化するビ
ット線間の寄生容量を低減するために、ビット線の幅を
隣接するビット線との間隔よりも狭くしている。
【0007】また、上記ビット線は、W(タングステ
ン)を主体とするメタル膜で構成されている。ビット線
を低抵抗のメタル膜で構成することにより、そのシート
抵抗を低減することができるので、情報の読み出しおよ
び書き込み速度が向上する。また、ビット線を形成する
工程でDRAMの周辺回路のメタル配線を同時に形成す
ることができるので、DRAMの製造工程を簡略化する
ことができる。さらに、WはAl(アルミニウム)に比
べてエレクトロマイグレーション耐性が大きいので、ビ
ット線の幅を微細化したときの断線不良率を低減するこ
とができる。
【0008】上記ビット線は、酸化シリコン膜(第2の
酸化シリコン膜)に形成されたスルーホールおよびその
下層の酸化シリコン膜(第1の酸化シリコン膜)に形成
されたコンタクトホールを通じてメモリセル選択用MI
SFETのソース、ドレインの一方に電気的に接続され
ている。第1の酸化シリコン膜に形成された上記コンタ
クトホールの内部には、低抵抗の多結晶シリコン膜から
なるプラグが埋め込まれている。
【0009】上記ビット線は、概略次のようなプロセス
によって形成される。まず、半導体基板上にメモリセル
を構成するMISFET(メモリセル選択用MISFE
T)および周辺回路を構成するMISFET(nチャネ
ル型MISFETおよびpチャネル型MISFET)を
形成し、続いてこれらのMISFETの上部に第1の酸
化シリコン膜を形成した後、メモリセル選択用MISF
ETのソース、ドレインの上部の第1の酸化シリコン膜
にコンタクトホールを形成する。これらのコンタクトホ
ールの一方は、上記ソース、ドレインの一方とビット線
との接続に使用され、他方は、ソース、ドレインの他方
と情報蓄積用容量素子との接続に使用される。
【0010】次に、上記第1の酸化シリコン膜の上部に
n型不純物(例えばP(リン))をドープした多結晶シ
リコン膜を堆積した後、酸化シリコン膜の上部の不要な
多結晶シリコン膜を除去することによって、上記コンタ
クトホールの内部にプラグを形成する。
【0011】次に、上記第1の酸化シリコン膜の上部に
第2の酸化シリコン膜を形成した後、上記コンタクトホ
ールの一方(ビット線が接続されるコンタクトホール)
の上部の第2の酸化シリコン膜にスルーホールを形成す
る。上記第2の酸化シリコン膜は、上記コンタクトホー
ルの他方(情報蓄積用容量素子が接続されるコンタクト
ホール)内のプラグとビット線との電気的絶縁を確保す
るために形成される。
【0012】次に、上記スルーホールの上部領域を含む
第2の酸化シリコン膜の上部にW膜を形成した後、この
W膜をパターニングしてビット線を形成する。しかしこ
のとき、W膜で構成されたビット線とコンタクトホール
内のプラグ(多結晶シリコン膜)とが直接接触すると両
者の界面に電気抵抗が高いシリサイド層が形成されてし
まう。そのため、ビット線(W膜)とプラグ(多結晶シ
リコン膜)との間には、TiN(窒化チタン)のような
バリア層を設け、両者の界面反応を防ぐ必要がある。す
なわち、実際のビット線の形成工程では、上記スルーホ
ールの上部領域を含む第2の酸化シリコン膜の上部にま
ずTiN膜を形成し、続いてこのTiN膜の上部にW膜
を形成した後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライ
エッチングでW膜とTiN膜とをパターニングすること
によってビット線を形成する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のDRA
Mは、メモリセルサイズを縮小するためにビット線の幅
を微細化した結果、ビット線とメモリセル選択用MIS
FETとを接続するコンタクトホールやスルーホールの
径よりもビット線の幅の方が狭くなっている。
【0014】TiN膜とW膜との積層膜で構成されるビ
ット線の幅を微細化した場合、コンタクトホールに埋め
込まれたプラグとその上部に形成されるビット線との接
触面積もそれに比例して小さくなる。このとき、プラグ
を構成する多結晶シリコン膜は、ビット線の下層膜を構
成するTiN膜と界面を接することとなるが、TiN膜
はW膜よりも電気抵抗が高いので、ビット線とプラグと
の接触面積が小さくなるとビット線とプラグとのコンタ
クト抵抗が著しく増加してしまう。また、製造工程の途
中で行われる熱処理に起因するTiN膜の体積収縮によ
って両者の界面にボイドが発生し、両者のコンタクト抵
抗がさらに増加したり、極端な場合はビット線がプラグ
の表面から剥離するという不良が発生したりする。
【0015】さらに、TiN膜とW膜との積層膜をドラ
イエッチングしてビット線を形成する上記従来技術で
は、プラグを構成する多結晶シリコン膜とTiN膜との
エッチング選択比を確保することが困難なため、ビット
線をパターニングする際にプラグ(多結晶シリコン膜)
の表面が深く削れてしまうことがある。
【0016】また、上記従来技術のDRAMは、第1の
酸化シリコン膜にコンタクトホールを形成してその内部
にプラグを埋め込んだ後、第1の酸化シリコン膜の上部
に第2の酸化シリコン膜を形成し、上記コンタクトホー
ルの一方(ビット線が接続されるコンタクトホール)の
上部の第2の酸化シリコン膜にスルーホールを形成する
ので、工程が煩雑になるという問題がある。このような
工程増加は、ビット線を形成する工程で周辺回路のメタ
ル配線を同時に形成するDRAMや、ビット線を形成す
る工程でロジック回路のメタル配線を同時に形成するD
RAM−ロジック混載LSIなどにおいて特に問題とな
る。
【0017】本発明の目的は、多結晶シリコン膜で構成
されたプラグの上部にバリア層を介してビット線を形成
するDRAMにおいて、プラグとバリア層との接触面積
の減少を防止してコンタクト抵抗の低減、接続信頼性の
向上を図ることのできる技術を提供することにある。
【0018】また、本発明の他の目的は、多結晶シリコ
ン膜で構成されたプラグの上部にバリア層を介してビッ
ト線を形成するDRAM、またはこのDRAMを含む混
載LSIの製造工程を短縮することのできる技術を提供
することにある。
【0019】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0020】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【0021】(1)本発明の半導体集積回路装置は、半
導体基板の主面の第1領域に形成された第1MISFE
Tおよび第2領域に形成された第2MISFETのそれ
ぞれの上部に第1絶縁膜が形成され、前記第1領域の前
記第1絶縁膜に形成された第1接続孔の内部には、前記
第1MISFETのソース、ドレインの一方に電気的に
接続された第1プラグおよび前記第1プラグの上部に形
成された第2プラグが埋め込まれ、前記第2領域の前記
第1絶縁膜に形成された第2接続孔の内部には、前記第
2MISFETのソース、ドレインの一方に電気的に接
続された第3プラグが埋め込まれ、前記第1領域の前記
第1絶縁膜の上部には、前記第1接続孔の内部の前記第
1プラグおよびその下部の前記第2プラグを介して前記
第1MISFETのソース、ドレインの一方に電気的に
接続された第1配線が形成され、前記第1接続孔の内部
の前記第2プラグは、第1金属材料からなる第1金属膜
およびその上部に形成された第2金属材料からなる第2
金属膜によって構成され、前記第2接続孔の内部の前記
第3プラグは、前記第1金属材料からなる第3金属膜お
よびその上部に形成された前記第2金属材料からなる第
4金属膜によって構成されている。
【0022】(2)本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、以下の工程を含んでいる。
【0023】(a)半導体基板の主面の第1領域に第1
MISFETを形成し、第2領域に第2MISFETを
形成した後、前記半導体基板の主面上に、前記第1MI
SFETおよび前記第2MISFETを覆う第1絶縁膜
を形成する工程、(b)前記第1領域の前記第1絶縁膜
に第1接続孔を形成した後、前記第1接続孔の内部に第
1プラグを埋め込むことによって、前記第1MISFE
Tのソース、ドレインの一方と前記第1プラグとを電気
的に接続する工程、(c)前記第2領域の前記第1絶縁
膜に第2接続孔を形成した後、前記第1接続孔の内部の
前記第1プラグの上部に第2プラグを埋め込むことによ
って、前記第1プラグと前記第2プラグとを電気的に接
続し、前記第2接続孔の内部に第3プラグを埋め込むこ
とによって、前記第2MISFETのソース、ドレイン
の一方と前記第3プラグとを電気的に接続する工程、
(d)前記第1領域の前記第1絶縁膜の上部に第1配線
を形成し、前記第1接続孔の内部の前記第1プラグおよ
び前記第2プラグを介して、前記第1MISFETのソ
ース、ドレインの一方と前記第1配線とを電気的に接続
する工程。
【0024】
【発明の実施の形態】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機能を有するものは同一の符
号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0025】(実施の形態1)本実施形態の半導体集積
回路装置は、DRAMとロジックLSIとを混載したシ
ステムLSIであり、例えば図1に示すようなシステム
構成を備えている。すなわち、半導体基板(以下、単に
基板という)1の主面上には、メインメモリであるDR
AM、演算装置であるCPU、CPUの制御回路CNT
L、インターフェース回路IFおよび電源回路PWなど
が形成されている。DRAMが形成された領域には、メ
モリセルをアレイ状に配置したメモリセルアレイMAR
Y、センスアンプSA、ワード線ドライバWD、DRA
Mの制御回路、入出力回路などが含まれている。センス
アンプSA、ワード線ドライバWDなどは、直接周辺回
路としてメモリセルアレイMARYの周辺に形成され、
制御回路、入出力回路などは間接周辺回路領域に形成さ
れている。
【0026】次に、本実施形態のシステムLSIの製造
方法を図2〜図27を用いて工程順に説明する。なお、
特に断らない限り、基板の断面を示す各図の左側部分は
メモリ領域(DRAMのメモリセルアレイ)を示し、右
側部分はロジック領域を示している。
【0027】まず、図2に示すように、例えば1〜10
Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンからな
る半導体基板(以下、単に基板という)1に素子分離溝
2、p型ウエル3およびn型ウエル4を形成し、続いて
p型ウエル3およびn型ウエル4のそれぞれの表面に膜
厚6nm〜7nm程度ゲート酸化膜6を形成した後、メモリ
領域のゲート酸化膜6の上部にゲート電極7A(ワード
線WL)を形成し、ロジック領域のゲート酸化膜6の上
部にゲート電極7B、7Cを形成する。
【0028】上記素子分離溝2を形成するには、まず素
子分離領域の基板1をエッチングして深さ300nm〜4
00nm程度の溝を形成し、続いて溝の内部を含む基板1
上にCVD(Chemical Vapor Deposition) 法で酸化シリ
コン膜5を堆積した後、溝の外部の不要な酸化シリコン
膜5を化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;
CMP) 法によって除去する。
【0029】また、p型ウエル3およびn型ウエル4を
形成するには、基板1のp型ウエル形成領域にp型不純
物(ホウ素)をイオン注入し、n型ウエル形成領域にn
型不純物(例えばリン)をイオン注入した後、約100
0℃の熱処理を行ってこれらの不純物を拡散させる。さ
らに、ゲート酸化膜6を形成するには、p型ウエル3お
よびn型ウエル4の表面をフッ酸系の洗浄液で洗浄した
後、基板1を約800℃でスチーム酸化する。
【0030】ゲート電極7A(ワード線WL)およびゲ
ート電極7B、7Cは、例えば次のような方法で形成す
る。まず、基板1上にCVD法で膜厚200nm程度の多
結晶シリコン膜(図示せず)を堆積した後、p型ウエル
3の上部の多結晶シリコン膜にn型不純物(例えばリ
ン)をイオン注入し、n型ウエル4の上部の多結晶シリ
コン膜にp型不純物(ホウ素)をイオン注入する。次
に、上記多結晶シリコン膜の上部にCVD法で窒化シリ
コン膜8を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)
をマスクにして窒化シリコン膜8と多結晶シリコン膜と
をドライエッチングする。これにより、メモリ領域のp
型ウエル3の上部にn型の多結晶シリコンからなるゲー
ト電極7A(ワード線WL)が形成され、ロジック領域
のp型ウエル3の上部に同じくn型の多結晶シリコンか
らなるゲート電極7Bが形成される。また、ロジック領
域のn型ウエル4の上部には、p型の多結晶シリコンか
らなるゲート電極7Cが形成される。
【0031】メモリ領域のゲート電極7Aは、後述する
メモリセル選択用MISFETQsのゲート電極を構成
し、ロジック領域のゲート電極7B、7Cは、それぞれ
後述するnチャネル型MISFETQn、pチャネル型
MISFETQpのゲート電極を構成する。
【0032】図3は、上記ゲート電極7Aが形成された
メモリ領域の一部を示す平面図である。なお、前記図2
は、図3のA−A’線に沿った断面図である。
【0033】周囲を素子分離溝2によって囲まれた活性
領域Lは、図の左右方向に延在する細長い島状のパター
ンで構成される。後述するように、これらの活性領域L
のそれぞれには、ソース、ドレインの一方を互いに共有
する2個のメモリセル選択用MISFETQsが形成さ
れる。メモリセル選択用MISFETQsのゲート電極
7Aは、同一の幅、同一のスペースで図の上下方向に沿
って直線的に延在し、活性領域L以外の領域ではワード
線WLとして機能する。ゲート電極7A(ワード線W
L)の幅(ゲート長)は0.13μm 〜0.14μm 程
度、互いに隣接するゲート電極7A(ワード線WL)同
士のスペースは0.13μm 〜0.14μm 程度であ
る。
【0034】次に、図4に示すように、p型ウエル3に
n型不純物(例えばリン)をイオン注入してn- 型半導
体領域9を形成し、n型ウエル4にp型不純物(ホウ
素)をイオン注入してp- 型半導体領域10を形成した
後、図5に示すように、基板1上にCVD法で堆積した
膜厚50nm〜100nm程度の酸化シリコン膜(図示せ
ず)を異方的にエッチングすることによって、ゲート電
極7A(ワード線WL)、7B、7Cの側壁にサイドウ
ォールスペーサ11を形成する。
【0035】次に、図6に示すように、基板1を熱酸化
することによってn- 型半導体領域9の表面およびp-
型半導体領域10の表面に酸化シリコン膜12を形成し
た後、この酸化シリコン膜12を通じてロジック領域の
p型ウエル3にn型不純物(例えばリン)をイオン注入
してn+ 型半導体領域13を形成し、n型ウエル4にp
型不純物(ホウ素)をイオン注入してp+ 型半導体領域
14を形成する。n+型半導体領域13は、nチャネル
型MISFETQnのソース、ドレインを構成し、p+
型半導体領域14は、pチャネル型MISFETQpの
ソース、ドレインを構成する。
【0036】次に、図7に示すように、ロジック領域の
+ 型半導体領域13の表面およびp+ 型半導体領域1
4の表面の酸化シリコン膜12をウェットエッチングで
除去する。このとき、メモリ領域はフォトレジスト膜
(図示せず)で覆い、n- 型半導体領域9の表面の酸化
シリコン膜12が除去されないようにする。
【0037】次に、図8に示すように、メモリ領域のゲ
ート電極7A(ワード線WL)、ロジック領域のゲート
電極7B、7C、n+ 型半導体領域13(ソース、ドレ
イン)およびp+ 型半導体領域14(ソース、ドレイ
ン)のそれぞれの表面にシリサイド層16を形成する。
【0038】上記シリサイド層16を形成するには、ま
ずゲート電極7A(ワード線WL)、7B、7Cの上面
を覆っている窒化シリコン膜8をエッチングで除去した
後、スパッタリング法などを用いて基板1上にCo(コ
バルト)膜(図示せず)を堆積し、続いて基板1を熱処
理してCo膜とシリコン(基板1およびゲート電極7
A、7B、7C)とを反応させた後、未反応のCo膜を
エッチングで除去する。このとき、メモリ領域のn-
半導体領域9は酸化シリコン膜12で覆われているの
で、その表面にはシリサイド層16が形成されない。こ
れにより、メモリセルのリーク電流を低減してりフレッ
シュ特性を向上させることができる。また、ここまでの
工程で、ロジック領域のCMOS回路を構成するnチャ
ネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFE
TQpが略完成する。
【0039】次に、図9に示すように、基板1上にCV
D法で膜厚50nm〜100nm程度の窒化シリコン膜17
および膜厚400nm〜500nm程度の酸化シリコン膜1
8を順次堆積し、続いて酸化シリコン膜18の表面を化
学機械研磨法で平坦化した後、図10に示すように、メ
モリ領域の酸化シリコン膜18、窒化シリコン膜17お
よび酸化シリコン膜12をドライエッチングすることに
よって、後の工程でビット線が接続されるn- 型半導体
領域9の上部にコンタクトホール19を形成する。
【0040】上記酸化シリコン膜18のエッチングは、
窒化シリコンに比べて酸化シリコンのエッチング速度が
大きくなるような条件で行い、窒化シリコン膜17が完
全には除去されないようにする。また、窒化シリコン膜
17のエッチングは、窒化シリコン膜17が異方的にエ
ッチングされるような条件で行い、ゲート電極7A(ワ
ード線WL)の側壁に窒化シリコン膜17を残すように
する。これにより、微細な径を有するコンタクトホール
19がゲート電極7(ワード線WL)に対して自己整合
(セルフアライン)で形成される。
【0041】図11は、上記コンタクトホール19の平
面パターンを示すメモリ領域の平面図、図12は、図1
1のB−B’線に沿った断面図である。図示のように、
コンタクトホール19は、その一部が素子分離溝2の上
部に延在する細長い平面パターンで構成される。コンタ
クトホール19の径は、長辺方向が540nm程度、短辺
方向が140nm程度である。
【0042】次に、図13に示すように、コンタクトホ
ール19の内部にプラグ21を埋め込む。プラグ21を
埋め込むには、まずフッ酸を含んだ洗浄液を使ってコン
タクトホール19の内部をウェット洗浄し、続いてコン
タクトホール19の内部および酸化シリコン膜18の上
部にリン(P)などのn型不純物をドープした低抵抗多
結晶シリコン膜(図示せず)をCVD法で堆積した後、
コンタクトホール19の外部の不要な多結晶シリコン膜
をドライエッチングによって除去する。このとき、本実
施形態では、多結晶シリコン膜をオーバーエッチングす
ることによって、プラグ21の上面をコンタクトホール
19の上端部よりも150nm程度下方に後退させる。こ
の後退量は、少なくとも後の工程でプラグ21の上部に
堆積するTiN膜(26)の膜厚よりも大きいことを条
件とする。
【0043】次に、図14に示すように、フォトレジス
ト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングでロ
ジック領域の酸化シリコン膜18およびその下層の窒化
シリコン膜17をドライエッチングすることによって、
nチャネル型MISFETQnのn+ 型半導体領域13
(ソース、ドレイン)の上部にコンタクトホール23を
形成し、pチャネル型MISFETQpのp+ 型半導体
領域14(ソース、ドレイン)の上部にコンタクトホー
ル24を形成する。また、このとき同時に、pチャネル
型MISFETQpのゲート電極7Cの上部にコンタク
トホール25を形成する。
【0044】次に、図15および図16(コンタクトホ
ール19の長辺方向に沿ったメモリ領域の断面図)に示
すように、ロジック領域のコンタクトホール23、2
4、25の内部およびメモリ領域のコンタクトホール1
9の内部(プラグ21の上部)にプラグ22を埋め込
む。プラグ22を埋め込むには、コンタクトホール1
9、23〜25の内部および酸化シリコン膜18の上部
にCVD法で膜厚30nm〜40nm程度のTiN膜26お
よび膜厚300nm程度のW膜27を順次堆積した後、コ
ンタクトホール19、23〜25の外部の不要なTiN
膜26およびW膜27を化学機械研磨法によって除去す
る。このように、ロジック領域のコンタクトホール2
3、24、25の内部およびメモリ領域のコンタクトホ
ール19の内部に同時にプラグ22を埋め込むことによ
り、DRAMとロジックLSIとを混載したシステムL
SIの製造工程を短縮することができる。
【0045】メモリ領域のコンタクトホール19の内部
には、すでに多結晶シリコンからなるプラグ21が埋め
込まれているが、前述したように、このプラグ21の上
面はコンタクトホール19の上端部よりも下方に後退し
ており、その後退量はTiN膜26の膜厚よりも大き
い。従って、コンタクトホール19の内部(プラグ21
の上部)に形成されるプラグ22は、ロジック領域のコ
ンタクトホール23〜25の内部に形成されるプラグ2
2と同様、TiN膜26とW膜27との積層膜で構成さ
れる。他方、プラグ21の後退量をTiN膜26の膜厚
と同等もしくはそれ以下にした場合は、コンタクトホー
ル19、23〜25の外部の不要なW膜27を化学機械
研磨法によって除去する際にコンタクトホール19の上
部のW膜27も除去されるので、コンタクトホール19
の内部に形成されるプラグ22は、TiN膜26のみに
よって構成される。
【0046】上記プラグ22は、高融点金属であるW膜
27を主体として構成されているために抵抗が低いと共
に耐熱性が高い。W膜27の下層のTiN膜26は、W
膜27をCVD法で堆積する際に使用する六フッ化タン
グステン(WF6 )とSiとが反応して欠陥( エンクロ
ーチメントやワームホール) が発生するのを防止するバ
リア層として機能すると共に、後の熱処理工程でW膜2
7と基板1とが反応(シリサイド化反応)するのを防止
するバリア層として機能する。また、このTiN膜26
は、次の工程でプラグ22の上部に形成するビット線を
構成する金属膜(W膜)とプラグ21を構成する多結晶
シリコン膜とが反応して両者の界面に高抵抗のシリサイ
ド層が形成されるのを防止するバリア層としても機能す
る。
【0047】図17(a)は、上記プラグ22が埋め込
まれたメモリ領域のコンタクトホール19の上端部近傍
を示す拡大断面図である。通常、コンタクトホール19
の内部に堆積した多結晶シリコン膜をオーバーエッチン
グしてその上面を後退させた場合、その後退量はコンタ
クトホール19の中央部で最大となる。そのため、図示
のように、プラグ21とその上部のTiN膜26とは、
TiN膜26の底面だけでなく、その側面の一部におい
ても互いに接触することになる。また、多結晶シリコン
膜のエッチング条件によっては、図17(b)に示すよ
うに、コンタクトホール19の側壁近傍で多結晶シリコ
ン膜(プラグ21)の表面がコンタクトホール19の上
端部まで達することがある。この場合は、ビット線を構
成する金属膜とプラグ21を構成する多結晶シリコン膜
とが接触することとなるが、両者の接触面積は極めて小
さいので、特に支障はない。
【0048】次に、図18、図19(メモリ領域の平面
図)および図20(図19のB−B’線に沿った断面
図)に示すように、メモリ領域の酸化シリコン膜18の
上部にビット線BLを形成し、ロジック領域の酸化シリ
コン膜18の上部に第1層目の配線30、31、32、
33を形成する。
【0049】ビット線BLおよび配線30〜33を形成
するには、酸化シリコン膜18の上部にスパッタリング
法で膜厚100nm程度のW膜(図示せず)を堆積した
後、フォトレジスト膜29をマスクにしたドライエッチ
ングでこのW膜をパターニングする。
【0050】また、本実施形態では、メモリセルサイズ
を微細化したときに顕在化するビット線BL間の寄生容
量を低減するために、ビット線BLの幅を隣接するビッ
ト線BLとの間隔よりも狭くする。すなわち、図19お
よび図20に示すように、ビット線BLの幅は、ビット
線BLの幅方向(B−B’線方向)に沿ったコンタクト
ホール19の径よりも狭い。
【0051】この結果、上記W膜をドライエッチングし
てビット線BLを形成する際、図20に示すように、コ
ンタクトホール19の内部ではプラグ22の一部を構成
するW膜27もエッチングされる。しかし、プラグ22
の他の一部を構成するTiN膜26は、W膜をエッチン
グする際に使用するガス(例えばSF6 +Cl2 )によ
ってはエッチングされにくいため、殆ど削られることは
ない。これにより、プラグ21を構成する多結晶シリコ
ン膜とその上部の(プラグ22の一部を構成する)Ti
N膜26とは、ビット線BLの形成後においても、その
形成前と同じ広い面積で接触することとなる。
【0052】このように、本実施形態のビット線形成方
法によれば、TiN膜26とプラグ21(多結晶シリコ
ン膜)との接触面積を十分に確保することができるの
で、ビット線BL−プラグ22−プラグ21間のコンタ
クト抵抗の増加を防止することができる。また、製造工
程の途中で行われる熱処理に起因するTiN膜の体積収
縮によってTiN膜26とプラグ21(多結晶シリコン
膜)との界面にボイドが発生した場合でも、両者のコン
タクト抵抗が大幅に増加したり、ビット線BLがプラグ
21の表面から剥離するという不良が発生したりするこ
とがないので、ビット線BL−プラグ22−プラグ21
間の接続信頼性を確保することができる。
【0053】また、本実施形態によれば、W(タングス
テン)を主体とする低抵抗のメタル膜でビット線BLを
構成したことにより、ビット線BLを形成する工程でロ
ジック領域の第1層目の配線30、31、32、33を
同時に形成することができるので、DRAM−ロジック
混載LSIの製造工程を簡略化することができる。
【0054】さらに、酸化シリコン膜18に形成したコ
ンタクトホール19の内部に2層のプラグ21、22を
埋め込んでその上部にビット線BLを形成する本実施形
態によれば、従来プロセスに比べてビット線形成工程を
短縮することができる。
【0055】次に、図21および図22(メモリ領域の
平面図)に示すように、ビット線BLおよび第1層目の
配線30〜33の上部に膜厚300nm程度の酸化シリコ
ン膜34を形成した後、フォトレジスト膜(図示せず)
をマスクにしたドライエッチングでメモリ領域の酸化シ
リコン膜34、その下層の酸化シリコン膜18、窒化シ
リコン膜17および酸化シリコン膜12を順次エッチン
グすることによって、ビット線BLが接続されていない
- 型半導体領域9の上部にコンタクトホール20を形
成する。このコンタクトホール20の径は、140nm程
度である。
【0056】次に、図23に示すように、コンタクトホ
ール20の内部にプラグ35を埋め込む。プラグ35を
埋め込むには、まずフッ酸を含んだ洗浄液を使ってコン
タクトホール20の内部をウェット洗浄し、続いてコン
タクトホール20の内部および酸化シリコン膜34の上
部にリン(P)などのn型不純物をドープした低抵抗多
結晶シリコン膜(図示せず)をCVD法で堆積した後、
コンタクトホール20の外部の不要な多結晶シリコン膜
をドライエッチングによって除去する。
【0057】次に、基板1を熱処理し、コンタクトホー
ル19の内部のプラグ21およびコンタクトホール20
の内部のプラグ35を構成する多結晶シリコン膜中のn
型不純物を基板1(p型ウエル3)に拡散させることに
よって、n+ 型半導体領域15(ソース、ドレイン)を
形成する。ここまでの工程で、メモリ領域にメモリセル
選択用MISFETQsが形成される。
【0058】次に、図24および図44に示すように、
酸化シリコン膜34の上部にCVD法で膜厚100nm程
度の窒化シリコン膜40を堆積し、続いて窒化シリコン
膜40の上部にCVD法で酸化シリコン膜41を堆積し
た後、フォトレジスト膜( 図示せず) をマスクにしてメ
モリ領域の酸化シリコン膜41およびその下層の窒化シ
リコン膜40をドライエッチングすることにより、コン
タクトホール20の上部に溝42を形成する。情報蓄積
用容量素子の下部電極は、この溝42の内壁に沿って形
成されるので、下部電極の表面積を大きくして蓄積電荷
量を増やすためには、溝42を形成する酸化シリコン膜
41を厚い膜厚(例えば1. 3μm程度)で堆積する必
要がある。
【0059】次に、図25に示すように、上記溝42の
内部に情報蓄積用容量素子の下部電極として使用される
多結晶シリコン膜43を形成する。多結晶シリコン膜4
3を形成するには、まず溝42の内部および酸化シリコ
ン膜41の上部にn型不純物(リン)をドープした膜厚
50nm程度のアモルファスシリコン膜(図示せず)をC
VD法で堆積し、続いて溝42の外部の不要なアモルフ
ァスシリコン膜をドライエッチングで除去する。
【0060】次に、溝42の内部に残った上記アモルフ
ァスシリコン膜の表面をフッ酸系の洗浄液でウェット洗
浄した後、減圧雰囲気中でアモルファスシリコン膜の表
面にモノシラン(SiH4 )を供給しながら基板1を熱
処理することによって、アモルファスシリコン膜を多結
晶化すると共にその表面にシリコン粒を成長させる。こ
れにより、表面が粗面化された多結晶シリコン膜43が
溝42の内壁に沿って形成される。
【0061】次に、図26に示すように、溝42の内部
および酸化シリコン膜41の上部にCVD法で膜厚15
nm程度の酸化タンタル( Ta2 5)膜44を堆積し、続
いて溝42の内部および酸化タンタル膜44の上部にC
VD法とスパッタリング法とを併用して膜厚150nm程
度のTiN膜45を堆積した後、フォトレジスト膜(図
示せず)をマスクにしてTiN膜45と酸化タンタル膜
44とをドライエッチングする。これにより、TiN膜
45からなる上部電極、酸化タンタル膜44からなる容
量絶縁膜および多結晶シリコン膜43からなる下部電極
で構成される情報蓄積用容量素子Cが形成される。ま
た、ここまでの工程により、メモリセル選択用MISF
ETQsとこれに直列に接続された情報蓄積用容量素子
CとからなるDRAMのメモリセルが略完成する。
【0062】情報蓄積用容量素子Cの容量絶縁膜は、上
記酸化タンタル膜44の他、例えばPZT、PLT、P
LZT、PbTiO3 、SrTiO3 、BaTiO3
BST、SBTまたはTa2 5 など、ペロブスカイト
型または複合ペロブスカイト型の結晶構造を有する高誘
電体または強誘電体を主成分とする絶縁膜によって構成
してもよい。
【0063】次に、図27に示すように、情報蓄積用容
量素子Cの上部にCVD法で膜厚100nm程度の酸化シ
リコン膜50を堆積し、続いてロジック領域の配線3
0、33の上部の酸化シリコン膜50、41、窒化シリ
コン膜40および酸化シリコン膜34をドライエッチン
グすることによってスルーホール51、52を形成した
後、スルーホール51、52の内部にプラグ53を形成
する。プラグ53を形成するには、例えば酸化シリコン
膜50の上部にスパッタリング法で膜厚100nm程度の
TiN膜を堆積し、さらにその上部にCVD法で膜厚5
00nm程度のW膜を堆積した後、スルーホール51、5
2の外部の不要なW膜およびTiN膜をドライエッチン
グで除去する。
【0064】次に、酸化シリコン膜50の上部に第2層
目の配線54〜56を形成する。配線54〜56を形成
するには、例えば酸化シリコン膜50の上部にスパッタ
リング法で膜厚50nm程度のTiN膜、膜厚500nm程
度のAl(アルミニウム)合金膜および膜厚50nm程度
のTi膜を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)
をマスクにしてこれらの膜をドライエッチングする。
【0065】その後、配線54〜56の上層に層間絶縁
膜を挟んで複数層の配線を形成するが、それらの図示は
省略する。以上の工程により、本実施形態のシステムL
SIが略完成する。
【0066】(実施の形態2)ビット線BLは、次のよ
うな方法によって形成することもできる。まず、図28
に示すように、ゲート電極7A(ワード線WL)、ロジ
ック領域のゲート電極7B、7Cの上部に窒化シリコン
膜17および酸化シリコン膜18を順次堆積した後、酸
化シリコン膜18の表面を化学機械研磨法で平坦化す
る。ここまでの工程は、前記実施の形態1の図2〜図9
に示す工程と同じである。
【0067】次に、図29に示すように、メモリ領域の
酸化シリコン膜18、窒化シリコン膜17および酸化シ
リコン膜12をドライエッチングすることによって、後
の工程で情報蓄積用容量素子Cが接続されるn- 型半導
体領域9の上部にコンタクトホール36を形成した後、
コンタクトホール36の内部に多結晶シリコン膜からな
るプラグ37を埋め込む。プラグ37を埋め込むには、
コンタクトホール36の内部および酸化シリコン膜18
の上部にリン(P)などのn型不純物をドープした低抵
抗多結晶シリコン膜(図示せず)を堆積した後、コンタ
クトホール36の外部の不要な多結晶シリコン膜をドラ
イエッチングによって除去する。
【0068】次に、図30に示すように、酸化シリコン
膜18の上部に膜厚200nm程度の酸化シリコン膜28
をCVD法で堆積した後、メモリ領域の酸化シリコン膜
28、18、窒化シリコン膜17および酸化シリコン膜
12をドライエッチングすることによって、後の工程で
ビット線が接続されるn- 型半導体領域9の上部にコン
タクトホール19を形成する。このコンタクトホール1
9は、前記実施の形態1のコンタクトホール19と同
様、その一部が素子分離溝2の上部に延在する細長い平
面パターンで構成される(図11、図12参照)。
【0069】次に、上記コンタクトホール19の内部に
プラグ21を埋め込む。プラグ21を埋め込むには、コ
ンタクトホール19の内部および酸化シリコン膜28の
上部にリン(P)などのn型不純物をドープした低抵抗
多結晶シリコン膜(図示せず)を堆積した後、コンタク
トホール19の外部の不要な多結晶シリコン膜をドライ
エッチングによって除去する。このとき、前記実施の形
態1と同様、多結晶シリコン膜をオーバーエッチングす
ることによって、プラグ21の上面をコンタクトホール
19の上端部よりも下方に後退させる。この後退量は、
少なくとも後の工程でプラグ21の上部に堆積するTi
N膜(26)の膜厚よりも大きいことを条件とする。
【0070】次に、基板1を熱処理し、コンタクトホー
ル19の内部のプラグ21およびコンタクトホール36
の内部のプラグ37を構成する多結晶シリコン膜中のn
型不純物を基板1(p型ウエル3)に拡散させることに
よって、n+ 型半導体領域15(ソース、ドレイン)を
形成する。ここまでの工程で、メモリ領域にメモリセル
選択用MISFETQsが形成される。
【0071】次に、図31に示すように、フォトレジス
ト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングでロ
ジック領域の酸化シリコン膜28、18およびその下層
の窒化シリコン膜17をドライエッチングすることによ
って、nチャネル型MISFETQnのn+ 型半導体領
域13(ソース、ドレイン)の上部にコンタクトホール
23を形成し、pチャネル型MISFETQpのp+
半導体領域14(ソース、ドレイン)の上部にコンタク
トホール24を形成する。また、このとき同時に、pチ
ャネル型MISFETQpのゲート電極7Cの上部にコ
ンタクトホール25を形成する。
【0072】次に、前記実施の形態1と同様の方法でロ
ジック領域のコンタクトホール23、24、25の内部
およびメモリ領域のコンタクトホール19の内部(プラ
グ21の上部)にTiN膜26とW膜27との積層膜で
構成されたプラグ22を埋め込む。
【0073】次に、図32および図33(コンタクトホ
ール19の長辺方向に沿ったメモリ領域の断面図)に示
すように、前記実施の形態1と同様の方法でメモリ領域
の酸化シリコン膜28の上部にビット線BLを形成し、
ロジック領域の酸化シリコン膜28の上部に第1層目の
配線30、31、32、33を形成する。
【0074】上記ビット線BLを形成する際は、図33
に示すように、コンタクトホール19の内部でプラグ2
2の一部を構成するW膜27がエッチングされる。しか
し、プラグ22の他の一部を構成するTiN膜26は、
W膜をエッチングする際に使用するガスによってはエッ
チングされにくいため、殆ど削られることはない。これ
により、プラグ21を構成する多結晶シリコン膜とその
上部の(プラグ22の一部を構成する)TiN膜26と
は、ビット線BLの形成後においても、その形成前と同
じ広い面積で接触することとなる。
【0075】次に、図34に示すように、第1層目の配
線30〜33および同図には示さないビット線BLの上
部に酸化シリコン膜34を形成し、続いてメモリ領域の
コンタクトホール36の上部の酸化シリコン膜34、2
8にコンタクトホール38を形成した後、コンタクトホ
ール38の内部にプラグ39を埋め込む。プラグ39を
埋め込むには、コンタクトホール38の内部および酸化
シリコン膜34の上部にリン(P)などのn型不純物を
ドープした低抵抗多結晶シリコン膜(図示せず)を堆積
した後、コンタクトホール38の外部の不要な多結晶シ
リコン膜をドライエッチングによって除去する。
【0076】次に、図35に示すように、酸化シリコン
膜34の上部に窒化シリコン膜40および酸化シリコン
膜41を順次堆積し、続いてメモリ領域の酸化シリコン
膜41および窒化シリコン膜40に溝42を形成する。
【0077】次に、前記実施の形態1と同様の方法で上
記溝42の内部に多結晶シリコン膜43からなる下部電
極および酸化タンタル膜44からなる容量絶縁膜を形成
し、さらにその上部にTiN膜45からなる上部電極を
形成することにより、メモリセル選択用MISFETQ
sとこれに直列に接続された情報蓄積用容量素子Cとか
らなるDRAMのメモリセルが略完成する。その後の工
程は、前記実施の形態1と同じである。
【0078】上記した本実施形態の製造方法は、コンタ
クトホール19の内部のプラグ21とコンタクトホール
36の内部のプラグ37とを同時に形成するため、コン
タクトホール19の上部に形成されるビット線BLとコ
ンタクトホール36の内部のプラグ37との電気的絶縁
を図るための酸化シリコン膜28が必要となり、その
分、前記実施の形態1に比べて工程が増える。
【0079】しかし、前記実施の形態1と同様、コンタ
クトホール19の内部のTiN膜26とプラグ21(多
結晶シリコン膜)との接触面積を十分に確保することが
できるので、ビット線BL−プラグ22−プラグ21間
のコンタクト抵抗の増加を防止することができる。ま
た、製造工程の途中で行われる熱処理に起因するTiN
膜の体積収縮によってTiN膜26とプラグ21(多結
晶シリコン膜)との界面にボイドが発生した場合でも、
両者のコンタクト抵抗が大幅に増加したり、ビット線B
Lがプラグ21の表面から剥離するという不良が発生し
たりすることがないので、ビット線BL−プラグ22−
プラグ21間の接続信頼性を確保することができる。
【0080】(実施の形態3)ビット線BLは、次のよ
うな方法によって形成することもできる。まず、図36
に示すように、ゲート電極7A(ワード線WL)、ロジ
ック領域のゲート電極7B、7Cの上部に窒化シリコン
膜17および酸化シリコン膜18を順次堆積した後、酸
化シリコン膜18の表面を化学機械研磨法で平坦化す
る。ここまでの工程は、前記実施の形態1の図2〜図9
に示す工程と同じである。
【0081】次に、図37に示すように、メモリ領域の
酸化シリコン膜18、窒化シリコン膜17および酸化シ
リコン膜12をドライエッチングすることによって、後
の工程でビット線BLが接続されるn- 型半導体領域9
の上部にコンタクトホール19を形成し、後の工程で情
報蓄積用容量素子Cが接続されるn- 型半導体領域9の
上部にコンタクトホール45を形成した後、コンタクト
ホール19、45の内部に多結晶シリコン膜からなるプ
ラグ21、46を埋め込む。
【0082】上記プラグ21、46を埋め込むには、コ
ンタクトホール19、45の内部および酸化シリコン膜
18の上部にリン(P)などのn型不純物をドープした
低抵抗多結晶シリコン膜(図示せず)を堆積した後、コ
ンタクトホール19、45の外部の不要な多結晶シリコ
ン膜をドライエッチングによって除去する。このとき、
多結晶シリコン膜をオーバーエッチングすることによっ
て、プラグ21、46の上面をコンタクトホール19、
45の上端部よりも下方に後退させる。この後退量は、
少なくとも後の工程でプラグ21、46の上部に堆積す
るTiN膜(26)の膜厚よりも大きいことを条件とす
る。
【0083】上記コンタクトホール19、45のうち、
コンタクトホール19(ビット線BLが接続されるコン
タクトホール)は、前記実施の形態1のコンタクトホー
ル19と同様、その一部が素子分離溝2の上部に延在す
る細長い平面パターンで構成される(図11、図12参
照)。
【0084】次に、基板1を熱処理し、コンタクトホー
ル19の内部のプラグ21およびコンタクトホール45
の内部のプラグ46を構成する多結晶シリコン膜中のn
型不純物を基板1(p型ウエル3)に拡散させることに
よって、n+ 型半導体領域15(ソース、ドレイン)を
形成する。ここまでの工程で、メモリ領域にメモリセル
選択用MISFETQsが形成される。
【0085】次に、図38に示すように、フォトレジス
ト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングでロ
ジック領域の酸化シリコン膜18およびその下層の窒化
シリコン膜17をドライエッチングすることによって、
nチャネル型MISFETQnのn+ 型半導体領域13
(ソース、ドレイン)の上部にコンタクトホール23を
形成し、pチャネル型MISFETQpのp+ 型半導体
領域14(ソース、ドレイン)の上部にコンタクトホー
ル24を形成する。また、このとき同時に、pチャネル
型MISFETQpのゲート電極7Cの上部にコンタク
トホール25を形成する。
【0086】次に、図39に示すように、ロジック領域
のコンタクトホール23、24、25の内部およびメモ
リ領域のコンタクトホール19、45の内部(プラグ2
1、46の上部)にTiN膜26とW膜27との積層膜
で構成されたプラグ22を埋め込む。
【0087】次に、図40および図41(コンタクトホ
ール19の長辺方向に沿ったメモリ領域の断面図)に示
すように、前記実施の形態1と同様の方法でメモリ領域
の酸化シリコン膜18の上部にビット線BLを形成し、
ロジック領域の酸化シリコン膜28の上部に第1層目の
配線30、31、32、33を形成する。
【0088】上記ビット線BLを形成する際は、図41
に示すように、コンタクトホール19の内部でプラグ2
2の一部を構成するW膜27がエッチングされる。しか
し、プラグ22の他の一部を構成するTiN膜26は、
W膜をエッチングする際に使用するガスによってはエッ
チングされにくいため、殆ど削られることはない。これ
により、プラグ21を構成する多結晶シリコン膜とその
上部の(プラグ22の一部を構成する)TiN膜26と
は、ビット線BLの形成後においても、その形成前と同
じ広い面積で接触することとなる。
【0089】次に、図42に示すように、第1層目の配
線30〜33および同図には示さないビット線BLの上
部に酸化シリコン膜34を形成し、続いてメモリ領域の
コンタクトホール45の上部の酸化シリコン膜34にコ
ンタクトホール47を形成した後、コンタクトホール4
7の内部にプラグ48を埋め込む。プラグ48を埋め込
むには、コンタクトホール47の内部および酸化シリコ
ン膜34の上部にリン(P)などのn型不純物をドープ
した低抵抗多結晶シリコン膜(図示せず)を堆積した
後、コンタクトホール47の外部の不要な多結晶シリコ
ン膜をドライエッチングによって除去する。
【0090】次に、図43に示すように、酸化シリコン
膜34の上部に窒化シリコン膜40および酸化シリコン
膜41を順次堆積し、続いてメモリ領域の酸化シリコン
膜41および窒化シリコン膜40に溝42を形成する。
【0091】次に、前記実施の形態1と同様の方法で上
記溝42の内部に多結晶シリコン膜43からなる下部電
極および酸化タンタル膜44からなる容量絶縁膜を形成
し、さらにその上部にTiN膜45からなる上部電極を
形成することにより、メモリセル選択用MISFETQ
sとこれに直列に接続された情報蓄積用容量素子Cとか
らなるDRAMのメモリセルが略完成する。その後の工
程は、前記実施の形態1と同じである。
【0092】上記した本実施形態の製造方法によれば、
前記実施の形態1と同様、コンタクトホール19の内部
のTiN膜26とプラグ21(多結晶シリコン膜)との
接触面積を十分に確保することができるので、ビット線
BL−プラグ22−プラグ21間のコンタクト抵抗の増
加を防止することができる。また、ビット線BL−プラ
グ22−プラグ21間の接続信頼性を確保することがで
きる。
【0093】また、上記した本実施形態の製造方法によ
れば、前記実施の形態1と同様、従来プロセスに比べて
ビット線形成工程を短縮することができる。
【0094】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0095】前記実施の形態1〜3では、ビット線BL
の幅をコンタクトホール19の径よりも狭くする場合に
ついて説明したが、本発明は、ビット線BLの幅をコン
タクトホール19の径と同等またはそれ以上にする場合
であっても、ビット線BLとコンタクトホール19との
合わせずれによるプラグ21(多結晶シリコン膜)の削
れを防止する対策として有用である。
【0096】また、前記実施の形態1〜3では、DRA
M−ロジック混載LSIに適用した場合について説明し
たが、本発明は、DRAMに適用することもできる。こ
の場合は、前記実施の形態1〜3で説明したロジック領
域のMISFETをDRAMの周辺回路のMISFET
に置き換えて解釈すればよい。
【0097】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
【0098】(1)本発明によれば、多結晶シリコン膜
で構成されたプラグの上部にバリア層を介してビット線
を形成するDRAMにおいて、プラグとバリア層との接
触面積の減少を防止してコンタクト抵抗の低減、接続信
頼性の向上を図ることができるので、DRAMやDRA
M−ロジック混載LSIの信頼性、製造歩留まりを向上
させることができる。
【0099】(2)本発明によれば、多結晶シリコン膜
で構成されたプラグの上部にバリア層を介してビット線
を形成するDRAM、またはこのDRAMを含む混混載
LSIの製造工程を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の全体構成の一例を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図4】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図5】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図6】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図7】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図8】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図9】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図10】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図11】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図12】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図13】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図14】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図15】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図16】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図17】(a)、(b)は、本発明の実施の形態1で
ある半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断
面図である。
【図18】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図19】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図20】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図21】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図22】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図23】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図24】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図25】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図26】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図27】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図28】本発明の実施の形態2である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図29】本発明の実施の形態2である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図30】本発明の実施の形態2である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図31】本発明の実施の形態2である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図32】本発明の実施の形態2である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図33】本発明の実施の形態2である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図34】本発明の実施の形態2である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図35】本発明の実施の形態2である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図36】本発明の実施の形態3である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図37】本発明の実施の形態3である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図38】本発明の実施の形態3である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図39】本発明の実施の形態3である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図40】本発明の実施の形態3である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図41】本発明の実施の形態3である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図42】本発明の実施の形態3である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図43】本発明の実施の形態3である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図44】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部平面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 素子分離溝 3 p型ウエル 4 n型ウエル 5 酸化シリコン膜 6 ゲート酸化膜 7A、7B、7C ゲート電極 8 窒化シリコン膜 9 n- 型半導体領域 10 p- 型半導体領域 11 サイドウォールスペーサ 12 酸化シリコン膜 13 n+ 型半導体領域(ソース、ドレイン) 14 p+ 型半導体領域(ソース、ドレイン) 15 n+ 型半導体領域(ソース、ドレイン) 16 シリサイド層 17 窒化シリコン膜 18 酸化シリコン膜 19 コンタクトホール 20 コンタクトホール 21 プラグ 22 プラグ 23〜25 コンタクトホール 26 TiN膜 27 W膜 28 酸化シリコン膜 29 フォトレジスト膜 30〜33 配線 34 酸化シリコン膜 35 プラグ 36 コンタクトホール 37 プラグ 38 コンタクトホール 39 プラグ 40 窒化シリコン膜 41 酸化シリコン膜 42 溝 43 酸化タンタル膜 44 TiN膜 45 コンタクトホール 46 プラグ 47 コンタクトホール 48 プラグ 50 酸化シリコン膜 51、52 スルーホール 53 プラグ 54〜56 配線 BL ビット線 C 情報蓄積用容量素子 Qn nチャネル型MISFET Qp pチャネル型MISFET Qs メモリセル選択用MISFET WL ワード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/088 (72)発明者 橋本 孝司 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 黒田 謙一 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 吉田 省史 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 岩城 俊之 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 松岡 正道 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Fターム(参考) 4M104 BB13 BB18 BB20 CC01 DD02 DD08 DD16 DD17 DD43 DD65 FF22 GG10 GG16 HH15 5F033 HH19 JJ04 KK33 NN05 NN07 PP06 QQ11 QQ31 QQ48 QQ73 QQ80 RR04 RR06 SS11 TT02 VV06 VV16 XX08 5F048 AA09 AB01 AC03 BA01 BB05 BB12 BE03 BF06 BF07 BG01 BG14 5F083 AD42 AD48 AD61 AD62 GA06 JA06 JA14 JA15 JA32 JA39 JA40 KA05 MA02 MA03 MA06 MA19 NA01 PR03 PR21 PR36 PR40 ZA12 ZA13

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の主面の第1領域に形成され
    た第1MISFETおよび第2領域に形成された第2M
    ISFETのそれぞれの上部に第1絶縁膜が形成され、 前記第1領域の前記第1絶縁膜に形成された第1接続孔
    の内部には、前記第1MISFETのソース、ドレイン
    の一方に電気的に接続された第1プラグおよび前記第1
    プラグの上部に形成された第2プラグが埋め込まれ、 前記第2領域の前記第1絶縁膜に形成された第2接続孔
    の内部には、前記第2MISFETのソース、ドレイン
    の一方に電気的に接続された第3プラグが埋め込まれ、 前記第1領域の前記第1絶縁膜の上部には、前記第1接
    続孔の内部の前記第1プラグおよびその下部の前記第2
    プラグを介して前記第1MISFETのソース、ドレイ
    ンの一方に電気的に接続された第1配線が形成された半
    導体集積回路装置であって、 前記第1接続孔の内部の前記第2プラグは、第1金属材
    料からなる第1金属膜およびその上部に形成された第2
    金属材料からなる第2金属膜によって構成され、 前記第2接続孔の内部の前記第3プラグは、前記第1金
    属材料からなる第3金属膜およびその上部に形成された
    前記第2金属材料からなる第4金属膜によって構成され
    ていることを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第1接続孔の内部における前記第1プラグと
    その上部の前記第1金属膜との接触面積は、前記第1金
    属膜とその上部の前記第2金属膜との接触面積よりも大
    きいことを特徴とする半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第1接続孔の内部における前記第1プラグと
    その上部の前記第1金属膜との接触面積は、前記第1接
    続孔の平面レイアウト面積に等しいか、またはそれ以上
    であることを特徴とする半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第1プラグとその上部の前記第1金属膜と
    は、前記第1金属膜の底面および側面において互いに接
    触していることを特徴とする半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第2接続孔の内部における前記第4金属膜の
    膜厚は、その下部の前記第3金属膜の膜厚よりも大きい
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第1接続孔の内部における前記第1金属膜の
    膜厚は、前記第1接続孔の上端部から前記第1金属膜の
    上面までの深さよりも小さいことを特徴とする半導体集
    積回路装置。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第1金属材料の電気抵抗は、前記第2金属材
    料の電気抵抗よりも大きいことを特徴とする半導体集積
    回路装置。
  8. 【請求項8】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第1金属材料は、金属窒化物を主成分とする
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  9. 【請求項9】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第1配線は、前記第2金属材料からなる第5
    金属膜によって構成されていることを特徴とする半導体
    集積回路装置。
  10. 【請求項10】 請求項1記載の半導体集積回路装置に
    おいて、前記第1プラグは、シリコンを主成分とする第
    1導電膜によって構成されていることを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の半導体集積回路装置
    において、前記第2プラグは、その下部の前記第1導電
    膜をエッチングして下方に後退させた領域に形成されて
    いることを特徴とする半導体集積回路装置。
  12. 【請求項12】 請求項10記載の半導体集積回路装置
    において、前記第2接続孔の内部には、前記第3プラグ
    のみが埋め込まれていることを特徴とする半導体集積回
    路装置。
  13. 【請求項13】 請求項1記載の半導体集積回路装置に
    おいて、前記第1接続孔の上部の前記第1配線は、前記
    第2プラグの上面の一部の領域のみを覆っていることを
    特徴とする半導体集積回路装置。
  14. 【請求項14】 請求項1記載の半導体集積回路装置に
    おいて、前記第1接続孔の上部の前記第1配線の幅は、
    前記第1配線の幅方向に沿った前記第1接続孔の径より
    も小さいことを特徴とする半導体集積回路装置。
  15. 【請求項15】 請求項1記載の半導体集積回路装置に
    おいて、前記第2MISFETのソース、ドレインの表
    面にはシリサイド層が形成され、前記第1MISFET
    のソース、ドレインの表面には前記シリサイド層が形成
    されていないことを特徴とする半導体集積回路装置。
  16. 【請求項16】 請求項1記載の半導体集積回路装置に
    おいて、前記第2接続孔の内部に埋め込まれた前記第3
    プラグのアスペクト比は、前記第1接続孔の内部に埋め
    込まれた前記第2プラグのアスペクト比よりも大きいこ
    とを特徴とする半導体集積回路装置。
  17. 【請求項17】 請求項1記載の半導体集積回路装置に
    おいて、前記第1MISFETのソース、ドレインの他
    方には、容量素子が電気的に接続されていることを特徴
    とする半導体集積回路装置。
  18. 【請求項18】 請求項17記載の半導体集積回路装置
    において、前記第1MISFETおよび前記容量素子は
    DRAMのメモリセルを構成し、前記第1配線はビット
    線を構成していることを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  19. 【請求項19】 請求項18記載の半導体集積回路装置
    において、前記第2MISFETは、ロジックLSIの
    一部を構成していることを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  20. 【請求項20】 以下の工程を含む半導体集積回路装置
    の製造方法; (a)半導体基板の主面の第1領域に第1MISFET
    を形成し、第2領域に第2MISFETを形成した後、
    前記半導体基板の主面上に、前記第1MISFETおよ
    び前記第2MISFETを覆う第1絶縁膜を形成する工
    程、(b)前記第1領域の前記第1絶縁膜に第1接続孔
    を形成した後、前記第1接続孔の内部に第1プラグを埋
    め込むことによって、前記第1MISFETのソース、
    ドレインの一方と前記第1プラグとを電気的に接続する
    工程、(c)前記第2領域の前記第1絶縁膜に第2接続
    孔を形成した後、前記第1接続孔の内部の前記第1プラ
    グの上部に第2プラグを埋め込むことによって、前記第
    1プラグと前記第2プラグとを電気的に接続し、前記第
    2接続孔の内部に第3プラグを埋め込むことによって、
    前記第2MISFETのソース、ドレインの一方と前記
    第3プラグとを電気的に接続する工程、(d)前記第1
    領域の前記第1絶縁膜の上部に第1配線を形成し、前記
    第1接続孔の内部の前記第1プラグおよび前記第2プラ
    グを介して、前記第1MISFETのソース、ドレイン
    の一方と前記第1配線とを電気的に接続する工程。
  21. 【請求項21】 請求項20記載の半導体集積回路装置
    の製造方法において、前記第1接続孔の内部に前記第1
    プラグを埋め込む工程は、(b−1)前記第1絶縁膜の
    上部および前記第1接続孔の内部に、前記第1プラグを
    構成する第1導電膜を形成する工程、(b−2)前記第
    1導電膜をエッチングすることによって、前記第1絶縁
    膜の上部の前記第1導電膜を除去し、前記第1接続孔の
    内部の前記第1導電膜の上面を前記第1接続孔の上端部
    よりも下方に後退させる工程、を含むことを特徴とする
    半導体集積回路装置の製造方法。
  22. 【請求項22】 請求項21記載の半導体集積回路装置
    の製造方法において、前記第1導電膜は、シリコンを主
    成分とすることを特徴とする半導体集積回路装置の製造
    方法。
  23. 【請求項23】 請求項21記載の半導体集積回路装置
    の製造方法において、前記第1接続孔の内部に前記第2
    プラグを埋め込み、前記第2接続孔の内部に前記第3プ
    ラグを埋め込む工程は、(c−1)前記第1絶縁膜の上
    部、前記第1接続孔の内部および前記第2接続孔の内部
    に、前記第2プラグおよび前記第3プラグのそれぞれの
    一部を構成する第1金属材料からなる金属膜を形成する
    工程、(c−2)前記第1金属材料からなる金属膜の上
    部に、前記第2プラグおよび前記第3プラグのそれぞれ
    の他の一部を構成する第2金属材料からなる金属膜を形
    成する工程、(c−3)前記第1絶縁膜の上部の前記第
    2金属材料からなる金属膜および前記第1金属材料から
    なる金属膜を除去し、前記第1接続孔の内部および前記
    第2接続孔の内部に、前記第1金属材料からなる金属膜
    および前記第2金属材料からなる金属膜を残す工程、を
    含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  24. 【請求項24】 請求項23記載の半導体集積回路装置
    の製造方法において、前記第1絶縁膜の上部に前記第1
    配線を形成する工程は、(d−1)前記第1接続孔の上
    部および前記第1絶縁膜の上部に前記第1配線を構成す
    る前記第2金属材料からなる金属膜を形成する工程、
    (d−2)前記第2金属材料のエッチング速度が前記第
    1金属材料のエッチング速度よりも大きいエッチング条
    件で、前記第2金属材料からなる金属膜をエッチングす
    る工程、を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の
    製造方法。
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