JP2001176963A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2001176963A
JP2001176963A JP35715599A JP35715599A JP2001176963A JP 2001176963 A JP2001176963 A JP 2001176963A JP 35715599 A JP35715599 A JP 35715599A JP 35715599 A JP35715599 A JP 35715599A JP 2001176963 A JP2001176963 A JP 2001176963A
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poly
etching
forming
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JP35715599A
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Toshiro Mihashi
敏郎 三橋
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細化された半導体装置において微小径のコ
ンタクトホールを形成する場合においても,第1のゲー
ト電極と第2のゲート電極との間で充分なコンタクトを
取ることができる半導体装置の製造方法を提供する 【解決手段】 層間絶縁膜上に第1のPoly−Si膜
を形成し,所定位置をフォトリソグラフィ及びエッチン
グにより開口し,第1のPoly−Si膜の表面上に第
2のPoly−Si膜を成膜した後全面エッチングし,
第1のPoly−Si膜の側壁にのみ第2のPoly−
Si膜を残留させてマスク膜とし,層間絶縁膜の所定位
置をエッチングして第1のゲート電極上を開放するコン
タクトホールを形成し,コンタクトホール内部を含む全
面にBARC膜を塗布した後,BARC膜のエッチング
レートがPoly−Si膜のエッチングレートよりも低
い条件でBARC膜及びPoly−Siマスク膜をエッ
チング除去する

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,半導体装置の製造
方法に関し,さらに詳細には,半導体基板上に形成した
層間絶縁膜を介して下部電極(ゲート電極)を開放する
いわゆるコンタクトホールの形成工程を含む半導体装置
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年においては,半導体装置の高集積化
に伴ない素子の微細化が進んでいることから,半導体装
置を高い精度で加工する技術が要求されている。例え
ば,下部電極と上部電極とを連結するコンタクトホール
は,0.1mm以下の微小開口径とする必要がある。こ
のような,フォトリソグラフィ解像度の限界値よりも小
さい開口径は,フォトリソグラフィ技術だけで開口する
ことができない。このため,通常,エッチング工程で極
微細なマスクを作製することによりコンタクトホールを
形成する方法が実施される。
【0003】かかる従来の方法を図3に基づいて説明す
る。図3は,半導体装置の製造方法を示す断面図であ
る。
【0004】まず,図3(a)に示すように,半導体基
板1上に形成した第1のゲート電極上2に被エッチング
膜である酸化膜3(層間絶縁膜)を形成し,この酸化膜
3上に,膜厚4,000ÅのPoly−Si膜4をCV
D法により成膜する。次いで,図3(b)に示すよう
に,フォトリソグラフィ工程で開口径0.26μmのコ
ンタクトホールのレジストパターン5を形成し,これを
マスク膜として,ドライエッチング法によりPoly−
Si膜4をエッチングする。
【0005】さらに,図3(c)に示すように,上記レ
ジストマスク5をアッシングにより灰化除去した後,開
口したPoly−Si膜4上に膜厚800ÅのPoly
−Si膜6をCVD法で成膜する。次いで,図3(d)
に示すように,ドライエッチング法で1,000Å程度
のPoly−Si膜6を全面エッチバックする。このと
き,Poly−Si膜4上のPoly−Si膜6はエッ
チング除去され,Poly−Si膜4の開口部側壁に形
成されたPoly−Si膜6のみが残留する。このよう
に,フォトリソグラフィ工程で0.26μmあったマス
ク膜の開口径が0.1μmまで微小化される。
【0006】さらに,図3(e)に示すように,上記工
程で形成された開口径0.1μmのPoly−Si膜6
をマスク膜として,酸化膜3をエッチングし,第1のゲ
ート電極2上を開放するコンタクトホール7が形成され
る。次いで,図3(f)に示すように,コンタクトホー
ル7内を含む全面に膜厚3,000ÅのPoly−Si
8をCVD法で成膜し,コンタクトホール7内をPol
y−Si膜8で埋め込む。
【0007】さらに,図3(g)に示すように,ドライ
エッチング法で上記Poly−Si膜8を全面エッチバ
ックする。次いで,図3(h)に示すように,CVD法
で膜厚1,000ÅのPoly−Si膜9を,コンタク
トホール8を埋め込むように堆積し,導電プラグを形成
する。さらに,Poly−Si膜9上に膜厚1,000
ÅのWSi膜10を成膜し,フォトリソグラフィ工程で
配線パターンのレジストマスク11を形成する。
【0008】さらに,図3(i)に示すように,エッチ
ング工程で上記WSi/Poly−Si積層膜を加工
し,配線(第2のゲート電極)を形成する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように,従来の方
法においても,フォトリソグラフィ限界以下の極微細な
コンタクトホールは形成することはできるが,しかしな
がら,図4に示すように,コンタクトホール内の埋め込
みPoly−Siをエッチバックする際に,オーバエッ
チングされるという問題がある。即ち,コンタクトホー
ル内のPoly−Si膜が下地段差部に残留しないよう
にエッチバックするため,コンタクトホール底部の第1
のゲート電極(WSi及びPoly−Si)までエッチ
ング除去されてしまうという問題がある(図4(a)参
照)。この結果,コンタクトホール内に導電プラグを形
成しても,第1のゲート電極と第2のゲート電極との間
で充分なコンタクトを取ることができないため(図4
(b),(c)参照),高抵抗となり,デバイスが動作
しないという問題がある。
【0010】したがって,本発明の課題は,微細化され
た半導体装置において微小径のコンタクトホールを形成
する場合においても,第1のゲート電極と第2のゲート
電極との間で充分なコンタクトを取ることが可能な新規
かつ改良された半導体装置の製造方法を提供することに
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に,請求項1に記載の方法においては,第1のゲート電
極を形成した半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程
と,前記層間絶縁膜上に第1のPoly−Si膜を形成
する工程と,前記第1のPoly−Si膜の所定位置を
フォトリソグラフィ及びエッチングにより開口する工程
と,前記開口部底部に露出する前記層間絶縁膜表面を含
む前記第1のPoly−Si膜の全表面に第2のPol
y−Si膜を成膜する工程と,前記第2のPoly−S
i膜を全面エッチングし,前記第1のPoly−Si膜
の開口部側壁にのみ前記第2のPoly−Si膜を残留
させる工程と,前記第1のPoly−Si膜及び前記残
留する第2のPoly−Si膜をマスク膜として前記層
間絶縁膜の所定位置をエッチングし,前記第1のゲート
電極上を開放するコンタクトホールを形成する工程と,
前記コンタクトホール内部を含む全面にBARC膜(反
射防止膜)を塗布する工程と,前記BARC膜のエッチ
ングレートが前記Poly−Si膜のエッチングレート
よりも低い条件で,前記層間絶縁膜上に形成された前記
BARC膜,前記第1のPoly−Si膜,前記残留す
る第2のPoly−Si膜を全面エッチバックする工程
と,前記コンタクトホール内に残留する前記BARC膜
を除去する工程と,前記各工程により形成された構造上
に導電プラグ及び第2のゲート電極を形成する工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供さ
れる。
【0012】上記構成によれば,コンタクトホール内を
Poly−Si膜よりもエッチングレートの低いBAR
C膜で埋め込んだ後,Poly−Siマスク膜をエッチ
ング除去するので,コンタクトホール底部の第1のゲー
ト電極がエッチングにより貫通することはなく,第1の
ゲート電極と第2のゲート電極とのコンタクトを正常に
保つことができる。
【0013】また,上記課題を解決するために,請求項
2に記載の発明では,第1のゲート電極を形成した半導
体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と,前記層間絶縁
膜上にSiN膜を形成する工程と,前記SiN膜上に第
1のPoly−Si膜を形成する工程と,前記第1のP
oly−Si膜の所定位置をフォトリソグラフィ及びエ
ッチングにより開口する工程と,前記開口部底部に露出
する前記SiN膜を含む前記第1のPoly−Si膜の
全表面に第2のPoly−Si膜を成膜する工程と,前
記第1のPoly−Si膜上及び前記SiN膜上に形成
された前記第2のPoly−Si膜をエッチングにより
除去し,前記第1のPoly−Si膜の開口部側壁にの
み前記第2のPoly−Si膜を残留させる工程と,前
記第1のPoly−Si膜及び前記残留する第2のPo
ly−Si膜をマスク膜として,前記開口部底部に露出
する前記SiN膜をエッチングにより除去する工程と,
前記SiN膜上の前記第1のPoly−Si膜及び前記
残留する第2のPoly−Si膜を除去する工程と,前
記SiN膜をマスク膜として,前記SiN膜から露出す
る前記層間絶縁膜をエッチングし,前記第1のゲート電
極上を開放するコンタクトホールを形成する工程と,前
記各工程により形成された構造上に導電プラグ及び第2
のゲート電極を形成する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が提供される。
【0014】上記構成によれば,SiN膜をマスク膜と
してコンタクトホールを形成するので,従来のPoly
−Siマスク膜を除去する際に必要であった埋め込みP
oly−Si膜を形成する必要がない。従って,Pol
y−Siプラグが消失して第1のゲート電極と第2のゲ
ート電極との間でコンタクト不良が発生することもな
い。
【0015】
【発明の実施の形態】以下,本発明の好適な実施の形態
について,添付図面を参照しながら詳細に説明する。
尚,以下の説明および添付図面において,同一の機能及
び構成を有する構成要素については,同一符号を付する
ことにより,重複説明を省略する。
【0016】(第1の実施の形態)本実施形態において
は,Poly−Si膜の代わりにBARC膜(Bott
om AntiReflective Coatin
g:反射防止膜)をコンタクトホール内に埋め込む構成
を採用する。このBARC膜は,その流動性により,表
面が平坦になりやすく,Poly−Si膜よりもエッチ
ングレートが低いという特性を有する。以下,図1参照
しながら,第1の実施の形態について説明する。図1
は,本実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明す
るための説明図である。
【0017】まず,図1(a)に示すように,半導体基
板101上に形成された第1のゲート電極102上に被
エッチング膜である酸化膜103(層間絶縁膜)を形成
し,この酸化膜103上に,例えば膜厚4,000Åの
第1のPoly−Si膜104を例えばCVD法により
成膜する。
【0018】次いで,図1(b)に示すように,フォト
リソグラフィ工程で例えば開口径0.26μmのコンタ
クトホールのレジストパターン105を形成し,これを
マスクとして,ドライエッチング法により第1のPol
y−Si膜104をエッチングする。
【0019】さらに,図1(c)に示すように,上記レ
ジストマスク105をアッシングにより灰化除去した
後,開口した第1のPoly−Si膜104上に例えば
膜厚800Åの第2のPoly−Si膜106を例えば
CVD法により成膜する。
【0020】次いで,図1(d)に示すように,ドライ
エッチング法で例えばl,000Å程度の第2のPol
y−Si膜106を全面エッチバックする。このとき,
第1のPoly−Si膜104上及び酸化膜103上に
形成された第2のPoly−Si膜106はエッチング
除去され,第1のPoly−Si膜104の開口部側壁
に形成された第2のPoly−Si膜106のみが残留
する。このように,フォトリソグラフィ工程で例えば
0.26μmあった開口径が例えば0.1μmまで微小
化される。
【0021】さらに,図1(e)に示すように,上記工
程で形成された例えば開口径0.1μmのPoly−S
i膜(第1のPoly−Si膜104及び残留する第2
のPoly−Si膜106)をマスク膜として,酸化膜
103をエッチングし,第1のゲート電極102上を開
放するコンタクトホール107を形成する。
【0022】次いで,図1(f)に示すように,コンタ
クトホール107内をBARC膜108を例えばスピン
コート法により塗布する。このBARC膜は,流動性を
有するので,コンタクトホールを良好に埋め込むことが
でき,基板全体を均一に成膜することができる。
【0023】さらに,図1(g)に示すように,BAR
C膜108のエッチングレートがPoly−Si膜のエ
ッチングレートよりも低いエッチング条件で,上記BA
RC膜108,Poly−Siマスク膜(第1のPol
y−Si膜104及び残留する第2のPoly−Si膜
106)を全面エッチバックする。したがって,コンタ
クトホール107内には,BARC膜108の一部が残
留する。
【0024】次いで,図1(h)に示すように,コンタ
クトホール107内に残留するBARC膜108を,O
プラズマを使用したアッシング装置で灰化除去する。
このとき,第1のゲート電極102が除去されることは
ない。
【0025】さらに,図1(i)に示すように,例えば
CVD法により例えば膜厚1,000Åの第3のPol
y−Si膜109を,コンタクトホール107を埋め込
むように堆積し,導電プラグを形成する。さらに,例え
ばCVD法により,第3のPoly−Si膜109上に
例えば膜厚1,000ÅのWSi膜110を成膜し,フ
ォトリソグラフィ工程で配線パターンのレジストマスク
111を形成する。
【0026】次いで,図1(j)に示すように,エッチ
ング工程で上記WSi/Poly−Si積層膜を加工
し,配線(第2のゲート電極)を形成する。
【0027】以上のように,第1の実施の形態によれ
ば,コンタクトホール内をPoly−Si膜よりもエッ
チングレートの低いBARC膜で埋め込んだ後,Pol
y−Siマスク膜をエッチング除去するので,コンタク
トホール内部にはBARC膜が残留する。その後,残留
したBARC膜をアッシングにより灰化除去するので,
コンタクトホール底部の第1のゲート電極がエッチング
により貫通することはない。この結果,第1のゲート電
極と第2のゲート電極とのコンタクトを正常に保つこと
ができる。
【0028】(第2の実施の形態)第1の実施の形態に
おいては,コンタクトホール内をBARC膜で埋め込む
構成を採用したが,本実施形態においては,SiN膜を
マスク膜としてコンタクトホールを形成する構成を採用
する。このSiN膜は,絶縁性があり,また,酸化膜に
対し選択的にエッチングレートを低くすることができる
ので,コンタクトホールを形成する際にマスク膜として
使用することができる。
【0029】以下,図2参照しながら,第2の実施の形
態について説明する。図2は,本実施形態にかかる半導
体装置の製造方法を説明するための説明図である。
【0030】まず,図2(a)に示すように,半導体基
板上201に形成された第1ゲート電極202上に,被
エッチング膜である酸化膜203(層間絶縁膜)を形成
し,この酸化膜203上に,例えば膜厚l,000Åの
SiN膜204を例えばCVD法により形成する。さら
に,このSiN膜204上に,例えば3,000Åの第
1のPoly−Si膜205を例えばCVD法により形
成する。
【0031】次いで,図2(b)に示すように,フォト
リソグラフィ工程で例えば開口径0.26μmのコンタ
クトホールのレジストパターン206を形成し,これを
マスクとして,ドライエッチング法により第1のPol
y−Si膜205をエッチングする。
【0032】さらに,図2(c)に示すように,上記レ
ジストマスク206をアッシングにより灰化除去した
後,開口部底部に露出するSiN膜204の表面を含む
第1のPoly−Si膜205表面上に例えば膜厚80
0Åの第2のPoly−Si膜207を例えばCVD法
により成膜する。
【0033】次いで,図2(d)に示すように,ドライ
エッチング法で例えば1,000Å程度の第2のPol
y−Si膜207をエッチングする。このとき,第1の
Poly−Si膜205上及びSiN膜204上に形成
された第2のPoly−Si膜207はエッチング除去
され,第1のPoly−Si膜205の開口部側壁に形
成された第2のPoly−Si膜207のみが残留す
る。このように,フォトリソグラフィ工程で例えば0.
26μmあった開口径が例えば0.1μmまで微小化さ
れる。さらに,上記工程で形成された,例えば開口径が
0.1μmのPoly−Si膜(第1のPoly−Si
膜205及び残留する第2のPoly−Si膜207)
をマスク膜として,SiN膜204をエッチング除去す
る。このとき,SiN膜204も,例えば約0.1μm
径でエッチング除去される。
【0034】さらに,図2(e)に示すように,Pol
y−Siマスク膜(第1のPoly−Si膜205及び
残留する第2のPoly−Si膜207)をドライエッ
チング法で除去する。この時,SiN膜204がエッチ
ングされないように,SiN膜に対する選択比が高い条
件でPoly−Siマスク膜(第1のPoly−Si膜
205及び残留する第2のPoly−Si膜207)を
エッチング除去する。
【0035】次いで,図2(f)に示すように,例えば
約0.1μm径で開口されているSiN膜204をマス
クとして酸化膜203をエッチングし,第1のゲート電
極上202を開放するコンタクトホール208を形成す
る。このように,従来においては,Poly−Siマス
ク膜を除去するために埋め込みPoly−Si膜を形成
する必要があったが,本実施形態においては,SiN膜
をマスク膜として使用するので,埋め込みPoly−S
i膜を形成する必要がない。
【0036】さらに,図2(g)に示すように,例えば
CVD法により例えば膜厚1,000Åの第3のPol
y−Si膜209を,コンタクトホール208を埋め込
むように堆積し,導電プラグを形成する。さらに,例え
ばCVD法により,第3のPoly−Si膜209上に
例えば膜厚1,000ÅのWSi膜210を成膜し,フ
ォトリソグラフィ工程で配線パターンのレジストマスク
211を形成する。
【0037】次いで,図2(h)に示すように,エッチ
ング工程で上記WSi/Poly−Si積層膜を加工
し,配線(第2のゲート電極)を形成する。
【0038】以上のように,第2の実施例によれば,S
iN膜をマスク膜としてコンタクトホールを形成するの
で,従来のPoly−Siマスク膜を除去する際に必要
であった埋め込みPoly−Si膜を形成する必要がな
く,さらに,Poly−Siプラグが消失して第1のゲ
ート電極と第2のゲート電極との間でコンタクト不良が
発生することもない。
【0039】以上,本発明に係る好適な実施の形態につ
いて説明したが,本発明はかかる構成に限定されない。
当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術思想
の範囲内において,各種の修正例および変更例を想定し
得るものであり,それらの修正例および変更例について
も本発明の技術範囲に包含されるものと了解される。
【0040】例えば,上記実施形態においては,半導体
基板上に形成される各膜の膜厚あるいは開口径などにつ
いて具体的に数値を挙げて説明したが,本発明は,かか
る数値に限定されず,半導体装置の設計あるいは工程な
どの条件に応じて適宜変更することができる。
【0041】また,上記実施形態においては,半導体基
板上に形成される各膜の成膜方法について具体的な方法
を挙げて説明したが,本発明は,方法に限定されず,他
の成膜方法でも適宜実施することができる。
【0042】また,上記実施形態においては,コンタク
トホール内に残留するBARC膜を,Oプラズマを使
用したアッシング装置で灰化除去する構成を例に挙げて
説明したが,他の酸化性プラズマを使用したアッシング
装置を使用することもできる。
【0043】
【発明の効果】コンタクトホール内をPoly−Si膜
よりもエッチングレートの低いBARC膜で埋め込んだ
後,Poly−Siマスク膜をエッチング除去するの
で,コンタクトホール底部の第1ゲート電極がエッチン
グにより貫通することはなく,第1ゲート電極と第2ゲ
ート電極とのコンタクトが正常に保つことができる。ま
た,SiN膜をマスク膜としてコンタクトホールを形成
するので,従来のPoly−Siマスク膜を除去する際
に必要であった埋め込みPoly−Si膜を形成する必
要がなく,Poly−Siプラグが消失して第1ゲート
電極と第2ゲート電極との間でコンタクト不良が発生す
ることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態にかかる半導体装置の製造方
法を示す説明図である。
【図2】第2の実施の形態にかかる半導体装置の製造方
法を示す説明図である。
【図3】従来における半導体装置の製造方法を示す説明
図である。
【図4】従来における半導体装置の製造方法での問題点
を説明するための説明図である。
【符号の説明】
101 半導体基板(Si基板) 102 第1のゲート電極 103 酸化膜 104,106,109 Poly−Si膜 105 レジストパターン 107 コンタクトホール 108 BARC膜(反射防止膜) 110 WSi膜 111 レジストマスク 204 SiN膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 BB01 CC01 DD08 DD16 DD17 DD43 HH15 5F033 HH04 HH28 JJ01 JJ04 KK04 KK28 MM07 PP09 QQ08 QQ09 QQ10 QQ11 QQ25 QQ27 QQ28 QQ30 QQ31 QQ35 QQ37 RR04 RR06 TT02 VV06 XX07

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のゲート電極を形成した半導体基板
    上に層間絶縁膜を形成する工程と,前記層間絶縁膜上に
    第1のPoly−Si膜を形成する工程と,前記第1の
    Poly−Si膜の所定位置をフォトリソグラフィ及び
    エッチングにより開口する工程と,前記開口部底部に露
    出する前記層間絶縁膜表面を含む前記第1のPoly−
    Si膜の全表面に第2のPoly−Si膜を成膜する工
    程と,前記第2のPoly−Si膜を全面エッチング
    し,前記第1のPoly−Si膜の開口部側壁にのみ前
    記第2のPoly−Si膜を残留させる工程と,前記第
    1のPoly−Si膜及び前記残留する第2のPoly
    −Si膜をマスク膜として前記層間絶縁膜の所定位置を
    エッチングし,前記第1のゲート電極上を開放するコン
    タクトホールを形成する工程と,前記コンタクトホール
    内部を含む全面にBARC膜(反射防止膜)を塗布する
    工程と,前記BARC膜のエッチングレートが前記Po
    ly−Si膜のエッチングレートよりも低い条件で,前
    記層間絶縁膜上に形成された前記BARC膜,前記第1
    のPoly−Si膜,前記残留する第2のPoly−S
    i膜を全面エッチバックする工程と,前記コンタクトホ
    ール内に残留する前記BARC膜を除去する工程と,前
    記各工程により形成された構造上に第2のゲート電極を
    形成する工程と,を有することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 第1のゲート電極を形成した半導体基板
    上に層間絶縁膜を形成する工程と,前記層間絶縁膜上に
    SiN膜を形成する工程と,前記SiN膜上に第1のP
    oly−Si膜を形成する工程と,前記第1のPoly
    −Si膜の所定位置をフォトリソグラフィ及びエッチン
    グにより開口する工程と,前記開口部底部に露出する前
    記SiN膜を含む前記第1のPoly−Si膜の全表面
    に第2のPoly−Si膜を成膜する工程と,前記第1
    のPoly−Si膜上及び前記SiN膜上に形成された
    前記第2のPoly−Si膜をエッチングにより除去
    し,前記第1のPoly−Si膜の開口部側壁にのみ前
    記第2のPoly−Si膜を残留させる工程と,前記第
    1のPoly−Si膜及び前記残留する第2のPoly
    −Si膜をマスク膜として,前記開口部底部に露出する
    前記SiN膜をエッチングにより除去する工程と,前記
    SiN膜上の前記第1のPoly−Si膜及び前記残留
    する第2のPoly−Si膜を除去する工程と,前記S
    iN膜をマスク膜として,前記SiN膜から露出する前
    記層間絶縁膜をエッチングし,前記第1のゲート電極上
    を開放するコンタクトホールを形成する工程と,前記各
    工程により形成された構造上に第2のゲート電極を形成
    する工程と,を有することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100389488C (zh) * 2003-12-30 2008-05-21 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 控制回蚀刻截面轮廓的方法和装置
KR100881411B1 (ko) * 2002-10-15 2009-02-05 매그나칩 반도체 유한회사 Mdl 소자의 제조방법

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