JP2002026293A - 自己整合コンタクトを有する半導体メモリ素子およびその製造方法 - Google Patents

自己整合コンタクトを有する半導体メモリ素子およびその製造方法

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JP2002026293A JP2001098868A JP2001098868A JP2002026293A JP 2002026293 A JP2002026293 A JP 2002026293A JP 2001098868 A JP2001098868 A JP 2001098868A JP 2001098868 A JP2001098868 A JP 2001098868A JP 2002026293 A JP2002026293 A JP 2002026293A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 ビットライン用コンタクトとストレージ電極
用コンタクトとの短絡を防止し、工程マージンが向上し
た自己整合コンタクトを形成する。 【解決手段】 ストレージ電極用コンタクト35をビッ
トライン27とゲート電極パターン17の側壁に形成さ
れたスぺーサに同時に自己整合することによって、単純
な工程でビットライン用コンタクト25とストレージ電
極用コンタクトとの短絡を防止できる。また、ストレー
ジ電極用コンタクトを形成する時、各活性領域の外側に
できるだけ最大限偏向するようにジグザグに配置するこ
とによって、ストレージ電極用コンタクト形成のための
写真工程時にミスアラインマージンをふやす。また、ビ
ットライン用コンタクトを形成し、全面に導電膜を蒸着
した状態でCMPまたはエッチバックを進行する時にマス
ク層の高さまでビットライン用コンタクトを蝕刻する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自己整合コンタクト
を有する半導体メモリ素子およびその製造方法に係り、
特にビットラインを形成した後にキャパシタを形成する
キャパシタオーバービットライン(Capacitor Over Bit
line;COB)構造でビットラインとゲート電極に同時に自
己整合されるストレージ電極用コンタクトを具備する半
導体メモリ素子およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、半導体素子の高集積化により単位
面積当りメモリセルが占めるセルサイズも急激に小型化
しており、特に半導体メモリ素子のDRAMの場合、セルサ
イズが1.5(m2以下に小さくなっている。このような小
さなセルサイズはセルを構成する導電層間の間隔を縮め
ることによって可能になることであって、DRAMでは高い
集積度のためにゲート電極間の間隔がデザインルールに
よる最小フィーチャサイズ(minimum feature size)に
なっている。
【0003】一方、半導体素子が高集積化されるにつれ
て下部配線層と上部配線層とを連結するコンタクトホー
ルも小さくなり、コンタクトホールのアスペクト比が増
加し、コンタクトコール間の間隔も縮まる。したがっ
て、多層配線構造を採用する高集積半導体素子で写真蝕
刻工程を用いてコンタクトホールを形成する時に希望の
工程を再現性あるように実現することが益々難しくなっ
て、ある程度の限界に至るようになった。
【0004】一方、DRAMにおいて集積度向上のためにビ
ットラインを形成した後にキャパシタを形成するキャパ
シタオーバービットライン(Capacitor Over Bitline;C
OB)構造が開発され、このようなCOB構造ではビットラ
インと半導体基板の表面近辺に形成された活性領域のド
レーン領域とを電気的に接続するコンタクト(以下、"
ビットライン用コンタクト"またはDC(Direct Contact;
DC)と称する)と、半導体キャパシタの下部電極のストレ
ージ電極とソース領域とを電気的に接続するコンタクト
(以下、"ストレージ電極用コンタクト"または埋込みコ
ンタクト(Buried Contact;BC)と称する)を形成しな
ければならない。
【0005】このようなビットライン用コンタクトとス
トレージ電極用コンタクトを通常のスモールコンタクト
タイプで形成する場合、0.2(m以下のデザインルール
ではストレージ電極用コンタクトとビットライン用コン
タクトとの短絡は避けられなくなる。したがって、前記
のようなCOB構造では前記ビットライン用コンタクトと
ストレージ電極用コンタクトを円滑に形成するために半
導体基板のソース領域とドレーン領域と直接接続された
ビットライン用パッドおよびストレージ電極用パッドを
同時にあらかじめ形成した後、これらパッドとそれぞれ
接続されるビットライン用コンタクトとストレージ電極
用コンタクトを形成する。
【0006】しかし、0.15(m以下のデザインルール
では、これらビットライン用パッドとストレージ電極用
パッドとの間隔が狭くて現在の写真技術としてはビット
ライン用コンタクトとストレージ電極用コンタクトとの
短絡を避けられなくなるという問題点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ビッ
トライン用コンタクトとストレージ電極用コンタクトと
の短絡を防止する自己整合コンタクトを有する半導体メ
モリ素子を提供するところにある。
【0008】本発明の他の目的は、ビットライン用コン
タクトとストレージ電極用コンタクトとの間隔を最大化
するように配置することによってこれら間の短絡が防止
され、工程マージンが増加した自己整合コンタクトを有
する半導体メモリ素子を提供することにある。
【0009】本発明のさらに他の目的は、ビットライン
用コンタクトとストレージ電極用コンタクトとの短絡を
防止し、工程が単純化された自己整合コンタクトを有す
る半導体メモリ素子の製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記本発明の目的を達成
するための本発明の第1態様に係る自己整合コンタクト
を有する半導体メモリ素子は、半導体基板上に平行に配
置された複数個のゲート電極パターンと、前記ゲート電
極パターンの側壁に沿って形成された複数個の第1スぺ
ーサと、前記第1スぺーサが形成された結果物の全面に
形成された第1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上で
前記ゲート電極パターンと直交する方向に平行に配置さ
れた複数個のビットラインパターンと、前記半導体基板
の表面近辺に形成される半導体素子の活性領域と前記ビ
ットラインパターンを電気的に接続させ、前記第1スぺ
ーサに自己整合的に形成された複数個のビットライン用
コンタクトと、前記ビットラインの側壁に沿って形成さ
れた複数個の第2スぺーサと、前記第2スぺーサが形成
された結果物の全面に形成された第2層間絶縁膜と、前
記半導体基板の表面近辺に形成される半導体素子の活性
領域とキャパシタのストレージ電極を電気的に接続さ
せ、前記第2および第1スぺーサに同時に自己整合的に
形成された複数個のストレージ電極用コンタクトとを含
む。
【0011】前記ゲート電極パターンの最上層には絶縁
性の第1マスク層がさらに形成され、前記第1マスク層
と前記第1スぺーサは前記第1層間絶縁膜に対して蝕刻
選択性を有する、望ましくは前記第1マスク層と前記第
1スぺーサはシリコン窒化膜で形成され、前記第1層間
絶縁膜はシリコン酸化膜で形成される。
【0012】また、前記ビットラインパターン上には絶
縁性の第2マスク層がさらに形成され、前記第2マスク
層と前記第2スぺーサは前記第1層間絶縁膜および第2
層間絶縁膜に対して蝕刻選択性を有する、望ましくは前
記第2マスク層と前記第2スぺーサはシリコン窒化膜で
形成され、前記第1層間絶縁膜および第2層間絶縁膜は
シリコン酸化膜で形成される。
【0013】一方、前記ビットライン用コンタクトは、
前記ゲート電極パターンの表面から上方向に一定高さだ
け突出し、前記ビットライン用コンタクトの表面高さ
は、前記ゲート電極パターンの表面高さ以下になる。
【0014】一方、前記ストレージ電極用コンタクトと
接続するストレージ電極が前記第2層間絶縁膜上にさら
に備わる。
【0015】一方、前記本発明の目的を達成するための
本発明の第2態様に係る自己整合コンタクトを有する半
導体メモリ素子は、半導体基板の表面近辺でそれぞれ横
方向に一定の長さだけ延びた形状をし、横列に一定の間
隔をおいて相互分離されており、隣接した列とは半周期
だけシフトされるように配置されている複数個の活性領
域と、前記半導体基板上で前記各活性領域に対してその
長さ方向と直交する形態で一対ずつ平行に配置されてお
り、その側壁に沿って第1スぺーサが形成されている複
数個のゲート電極パターンと、前記第1スぺーサが形成
された結果物の全面に形成された第1層間絶縁膜と、前
記第1層間絶縁膜上で前記ゲート電極パターンと直交す
る方向に平行に配置され、側壁に沿って第2スぺーサが
形成された複数個のビットラインパターンと、前記各活
性領域に対して前記一対のゲート電極パターン間に位置
して前記活性領域と前記ビットラインパターンを電気的
に接続させ、前記第1スぺーサに自己整合的に形成され
た複数個のビットライン用コンタクトと、前記複数個の
ビットラインパターンが形成された前記第1層間絶縁膜
上の全面に形成された第2層間絶縁膜と、前記各活性領
域に対して前記一対のゲート電極パターンの各外側の端
に位置して前記活性領域とキャパシタのストレージ電極
を電気的に接続させ、前記第2および第1スぺーサに同
時に自己整合的に形成された複数個のストレージ電極用
コンタクトとを含む。
【0016】前記ビットライン用コンタクトは、前記ゲ
ート電極パターンの表面から上方向に一定高さだけ突出
し、前記ビットライン用コンタクトの表面高さは、前記
ゲート電極パターンの表面高さ以下になる。
【0017】また、前記各活性領域に対して、前記ビッ
トライン用コンタクトと一対のストレージ電極用コンタ
クトとの隔離距離を広げるために、前記ストレージ電極
用コンタクトの位置を活性領域の外側に最大限偏向する
ように配置され、前記複数個のゲート電極パターン中で
前記ストレージ電極用コンタクトは同じゲート電極パタ
ーン間に位置し、前記同じゲート電極パターン間に位置
する前記ストレージ電極用コンタクトの中心が縦方向に
沿ってジグザグ状に配置される。
【0018】一方、前記本発明の他の目的を達成するた
めの本発明に係る自己整合コンタクトを有する半導体メ
モリ素子の製造方法は、活性領域が形成された半導体基
板上にゲート絶縁膜を介在して平行に配置された複数個
のゲート電極パターンを形成する段階と、前記各ゲート
電極パターンの側壁に第1スぺーサを形成する段階と、
前記第1スぺーサが形成された結果物上に第1層間絶縁
膜を形成する段階と、前記第1スぺーサに自己整合され
るように前記第1層間絶縁膜を蝕刻した後、導電性物質
で埋込んで前記半導体基板の活性領域と接続されたビッ
トライン用コンタクトを形成する段階と、前記ビットラ
イン用コンタクトの表面と接続しながら前記第1層間絶
縁膜上で前記ゲート電極パターンと直交する方向に複数
個のビットラインパターンを形成する段階と、前記ビッ
トラインパターンの側壁に第2スぺーサを形成する段階
と、前記第2スぺーサが形成された結果物上に第2層間
絶縁膜を形成する段階と、前記第2スぺーサおよび第1
スぺーサに同時に自己整合されるように前記第2層間絶
縁膜および第1層間絶縁膜を蝕刻した後、導電性物質で
埋込んで前記半導体基板の活性領域と接続されたストレ
ージ電極用コンタクトを形成する段階とを含む。
【0019】前記ストレージ電極用コンタクトを形成す
る段階で、前記第2層間絶縁膜および第1層間絶縁膜は
連続して蝕刻される。
【0020】一方、前記半導体基板の表面近辺に形成さ
れた半導体素子の活性領域は、横方向に一定の長さだけ
延びた形状をし、横列に一定の間隔をおいて相互分離さ
れており、隣接した列とは半周期だけシフトされるよう
に複数個が配置されており、前記各活性領域に対してそ
の長さ方向と直交する形態で一対ずつ前記ゲート電極パ
ターンを平行に配置されるように形成し、前記ビットラ
イン用コンタクトは前記各活性領域に対して前記一対の
ゲート電極パターン間に位置するように形成し、前記ス
トレージ電極用コンタクトは前記各活性領域に対して前
記一対のゲート電極パターンの各外側の端に位置するよ
うに形成する。
【0021】また、前記第1層間絶縁膜内に前記ビット
ライン用コンタクトを形成する段階で、除去された第1
層間絶縁膜を導電性物質で埋込んだ後、前記ビットライ
ン用コンタクトの表面高さは前記ゲート電極パターンの
表面高さ以下になるようにエッチバックまたは化学機械
的研磨工程をさらに行う。
【0022】本発明によれば、ストレージ電極用コンタ
クトをビットラインパターンとゲート電極パターンに自
己整合的に形成するためにビットライン用コンタクトと
ストレージ電極用コンタクトとの短絡が防止される。ま
た、ビットライン用コンタクトの表面高さをゲート電極
パターンの表面高さ以下に形成できるために、ビットラ
イン用コンタクトとストレージ電極用コンタクトとの距
離が遠ざかってこれら間の短絡が防止され、さらにビッ
トライン用コンタクトに対するストレージ電極コンタク
トの相対的な位置を最大限遠く配置できるために、これ
ら間の短絡を防止できると同時にコンタクトホール位置
選定時に充分な工程マージンを確保できる。
【0023】また、従来にビットライン用パッドおよび
ストレージ電極用パッドを予め形成した後にビットライ
ン用コンタクトおよびストレージ電極用コンタクトを形
成したことに比べて、これらパッドをあらかじめ形成さ
せないために工程が非常に単純化される。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の実施例をより詳細に説明する。
【0025】本発明は、以下で開示される実施例に限定
されるものではなく相異なる多様な形態で具現でき、単
に本実施例は本発明の開示を完全にし、通常の知識を有
する者に本発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供
されるものである。添付した図面でいろいろな膜と領域
の厚さは明瞭性のために強調されたものである。
【0026】<第1実施例>図1A乃至図6は、本発明
の第1実施例に係る半導体メモリ素子の製造方法を説明
するために工程順序に従って示す図面であり、図7は前
記本発明の第1実施例に係る半導体メモリ素子の水平領
域を拡張して示すレイアウト図である。
【0027】図1Aはゲート電極パターンを形成する段
階を示す平面図であり、図1Bは図1Aの1B−1B’
線を切った断面図である。
【0028】図1Aおよび図1Bを参照すれば、第1導
電型、例えばP型の半導体基板1の表面近辺に第2導電
型、例えばN型の埋込み不純物層3とNMOSトランジスタ
を形成するためのP型ウェル5を通常の方法、例えばイ
オン注入方法で不純物イオンを注入して順に形成する。
次に、前記P型ウェル5の表面領域に通常の素子分離工
程、例えばLOCOS法またはトレンチ法を用いて素子分離
領域7を形成して半導体基板1を活性領域10と非活性
領域の素子分離領域7とに分離する。図1Bで、半導体
基板を示す参照番号"1"は最下層にだけ表示されたが、
通常の半導体基板は前記活性領域10が形成されたウェ
ル5および埋込み不純物層3を含むことはもちろんであ
る。
【0029】本実施例で、前記素子分離領域7は、通常
の浅いトレンチ素子分離(ShallowTrench Isolation;ST
I)工程を用いて次のように形成できる。まず、埋込み
不純物層3およびウェル5が形成された半導体基板1上
にバッファ用酸化膜(図示せず)、マスク用窒化膜(図
示せず)およびフォトレジスト層(図示せず)を順に形
成し、写真工程を用いて非活性領域を限定するフォトレ
ジストパターンを形成する。次に前記フォトレジストパ
ターンを用いて前記マスク用窒化膜とバッファ用酸化膜
を異方性蝕刻して非活性領域の半導体基板を露出させ
る。次いで、前記マスク用窒化膜およびバッファ用酸化
膜を蝕刻マスクとして露出された半導体基板を約3,0
00〜5,000Å程度の深度で異方性蝕刻してトレン
チを形成し、このトレンチに、例えば化学気相蒸着(Ch
emical Vapor Deposition;CVD)方法を用いて酸化膜を
蒸着した後、エッチバックまたは化学機械的研磨(Chem
ical Mechanical Polishing;CMP)工程を進行して表面
を平坦化させ、半導体基板1上に残留する前記窒化膜お
よびバッファ用酸化膜を除去することによって半導体基
板1の表面に平坦化された素子分離領域7を形成でき
る。
【0030】次いで、素子分離領域7が形成された前記
半導体基板1上に酸化膜または窒化膜のような所定の絶
縁膜を蒸着してゲート絶縁膜9を形成する。このゲート
絶縁膜9上に不純物がドープされたポリシリコン膜11
とシリサイド膜13を通常の方法で順に形成した後、そ
の上に例えば低圧化学気相蒸着法(Low Pressure CVD;L
PCVD)またはプラズマ化学気相蒸着法(Plasma Enhance
d CVD;PECVD)を用いて窒化膜よりなった第1マスク層
15を蒸着する。次いで、所定の写真蝕刻工程を実施し
てゲート電極パターン17を形成する。次いで、前記ゲ
ート電極パターン17をイオン注入マスクとして前記半
導体基板1の全面に不純物をイオン注入して、前記活性
領域10が形成されたウェル5の表面近辺に前記ゲート
電極パターン17に自己整合された不純物領域(図示せ
ず)を形成する。前記不純物領域は後続工程によりトラ
ンジスタのソース領域またはドレーン領域になる所であ
る。
【0031】図1Aに示したように、半導体基板1の表
面は活性領域10とこれらを限定する素子分離領域7と
に区分され、各活性領域10は横方向に一定の長さだけ
延びた同じ形状をし、隣接した活性領域10の列とは半
周期だけシフトされるように形成される。また各活性領
域10に対しては一対のゲート電極パターン17が平行
に配置される。
【0032】図2Aは、ビットライン用コンタクトを形
成する段階の平面図であり、図2Bは図2Aの2B−2
B’方向の断面図である。
【0033】図2Aおよび図2Bを参照すれば、ゲート
電極パターン17が形成された結果物上に、例えばプラ
ズマ化学気相蒸着方法または低圧化学気相蒸着方法を使
用して窒化膜を所定厚さに蒸着した後、全面エッチバッ
クしてゲート電極パターン17の側壁に第1スぺーサ1
9を形成する。前記第1スぺーサ19は、後続するビッ
トライン用コンタクト形成のための蝕刻工程でゲート電
極パターンの蝕刻を防止してビットライン用コンタクト
を自己整合的に形成させる蝕刻障壁層の役割をする。
【0034】次に、通常の化学気相蒸着方法を使用して
5,000〜8,000Å程度の厚い絶縁膜、例えば前記
第1マスク層15および第1スぺーサ19に対して蝕刻
選択性を有するボロン-燐を含むシリコン酸化膜のBPSG
(Boro-Phosphosilicate Glass)膜を蒸着して第1スぺ
ーサ19間を埋込む第1層間絶縁膜23を形成する。次
に、CMPのような通常の平坦化工程を実施して前記第1
層間絶縁膜23の表面を平坦化する。
【0035】次に、所定の写真蝕刻工程を実施して第1
層間絶縁膜23を蝕刻することによって、半導体基板の
活性領域10を露出させるコンタクトホールを形成す
る。このコンタクトホールは図2Aに示したように、各
活性領域10に対してその中心部の一対のゲート電極パ
ターン17の側壁に形成された第1スぺーサ19間で前
記第1スぺーサ19に自己整合的に形成される。
【0036】次いで、半導体基板の活性領域10を露出
させるコンタクトホールが形成された前記の結果物上に
導電物質、例えば不純物がドープされたポリシリコン膜
を所定厚さで蒸着した後、エッチバックまたはCMP工程
を実施して前記コンタクトホール内部を埋込んでビット
ライン用コンタクト25を形成する。前記ビットライン
コンタクト25は後続工程で形成されるビットラインと
半導体基板の活性領域10を電気的に接続するためのも
のである。
【0037】図3Aはビットラインパターンを形成する
段階の平面図であり、図3Bは前記平面図の3B−3
B’方向の断面図であり、図4は3C−3C’方向の断
面図である。
【0038】詳細には、ビットライン用コンタクト25
が形成された結果物の全面に導電物質、例えばタングス
テン膜、チタン膜、タングステン膜またはチタン窒化膜
を順に所定厚さに蒸着してビットライン用導電層を形成
した後、引続き前記ビットライン用導電層上にプラズマ
化学気相蒸着(PECVD)方法または低圧化学気相蒸着方
法で所定厚さの窒化膜を蒸着して第2マスク層29を形
成する。
【0039】次に、所定の写真蝕刻工程を実施してビッ
トラインが形成される領域を限定した後、前記第2マス
ク層29とビットライン用導電層27を順に蝕刻するこ
とによって、第2マスク層29とビットライン導電層2
7とよりなされたビットラインパターンを形成する。前
記ビットラインパターンは図3Aに示したように、各活
性領域10が形成された間に前記ゲート電極パターン1
7と直交する方向に形成され、前記ビットライン用コン
タクト25が前記ビットラインパターンの下部とオーバ
ーラップされるように形成されるために、前記ビットラ
イン27はゲート電極パターン17の側壁に形成された
第1スぺーサ19に自己整合的に形成されたビットライ
ン用コンタクト25により半導体基板の活性領域10と
接続される。
【0040】一方、前記ビットライン用導電層を第1層
間絶縁膜23上に形成する前に前記第1層間絶縁膜23
上に他の層間絶縁膜(図示せず)をさらに形成した後、
前記ビットライン用コンタクト25を露出させるコンタ
クトホールを形成し、さらにその後、前記コンタクトホ
ールを埋込みながら前記他の層間絶縁膜上の全面にビッ
トライン用導電層を形成する場合もある。
【0041】一方、前記ビットラインパターンが形成さ
れた後、第1層間絶縁膜23上の全面に、例えば低圧化
学気相蒸着(LPCVD)方法またはプラズマ化学気相蒸着
方法で窒化膜を蒸着した後、エッチバックして前記ビッ
トライン27パターンの側壁に第2スぺーサ31を形成
する。
【0042】図5Aはストレージ電極用コンタクトを形
成する段階の平面図であり、図5B及び図6は各々4B
−4B’方向および4C−4C’方向の断面図である。
【0043】詳細には、前記ビットラインパターンの側
壁に第2スぺーサ31を形成した後、結果物上に第2マ
スク層29および第2スぺーサ31に蝕刻選択性を有す
るシリコン酸化膜、例えばボロン-燐を含むシリコン膜
(Boro-Phosphosilicate Glass;BPSG)を蒸着して第2
スぺーサ31間を埋込む第2層間絶縁膜33を形成す
る。前記第2層間絶縁膜33および第1層間絶縁膜23
としては、後続するストレージ電極用コンタクト形成の
ための蝕刻工程時に前記第2マスク層29、第2スぺー
サ31、第1マスク層15及び第1スぺーサ19に対し
て蝕刻選択性を有する物質を選択して使用できる。
【0044】次に、写真蝕刻工程を実施して前記第2層
間絶縁膜33上に、半導体基板の活性領域10、特にト
ランジスタのソース領域上部の第2層間絶縁膜33を露
出させる形態のフォトレジストパターン(図示せず)を
形成する。このフォトレジストパターンを蝕刻マスクと
して使用して第2層間絶縁膜33および第1層間絶縁膜
23を順に蝕刻することによって、半導体基板のソース
領域を露出させるコンタクトホールを形成する。この
時、前記コンタクトホールは、ビットラインパターンの
側壁に沿って形成された第2スぺーサ31と同時に前記
ゲート電極パターン17の側壁に沿って形成された第1
スぺーサ19に自己整合されるように形成される。
【0045】次いで、コンタクトホールが形成された結
果物上に導電物質、例えば不純物がドープされたポリシ
リコン膜を蒸着した後、エッチバックまたは化学機械的
研磨工程を行うことによって前記コンタクトホールを埋
込みながら半導体基板の活性領域10と接続されたスト
レージ電極用コンタクト35を形成する。この時、前記
エッチバック工程は被蝕刻物質が上側から均一な速度で
蝕刻されることをいい、化学機械的研磨工程は被蝕刻物
質が形成された基板の上側から同じ高さで蝕刻されるこ
とを意味する。
【0046】引き続き、通常の方法でストレージ電極用
コンタクトが形成された結果物上にストレージ電極、誘
電体膜およびプレート電極を形成して半導体メモリ素子
のキャパシタを製造する。前記ストレージ電極はスタッ
ク型またはセルキャパシタンスを増加させるためのシリ
ンダー型およびその他の色々な形態で形成できることは
もちろんである。
【0047】図7は、図5Aに示した平面図を拡張した
図面であり、図7を参照すれば、横方向に一定の長さを
有する活性領域10が一定の間隔をおいて相互分離され
複数個形成されており、縦方向には前記活性領域10が
隣接した列とはおのおの半周期だけシフトされるように
配置される。各活性領域10に対しては縦方向に一対の
ゲート電極パターン17が一定の間隔をおいて平行に複
数個が形成される。
【0048】一方、前記ゲート電極パターン17上には
第1層間絶縁膜により絶縁されながら、前記ゲート電極
パターン17と直交する方向に複数個のビットラインパ
ターンが形成され、前記ビットラインパターンは前記活
性領域10間に形成される。前記ビットライン用コンタ
クト25とストレージ電極用コンタクト35は前記ゲー
ト電極パターン17間に相互区別される位置に形成され
る。すなわち、前記ビットライン用コンタクト25とス
トレージ電極用コンタクト35は一個おきに前記ゲート
電極パターン17間に形成され、前記ストレージ電極用
コンタクト35はゲート電極パターン17とビットライ
ンパターンで取り囲まれた領域ごとに一個ずつ形成され
るが、前記ビットライン用コンタクト25はゲート電極
パターン17とビットラインパターンで取り囲まれた領
域ごとに一個置きに形成されることが分かる。第1実施
例では前記ストレージ電極用コンタクト35の中心位置
が縦方向に沿って一列に配列されていることが分かる。
【0049】以上の前記本発明の第1実施例に係る半導
体メモリ素子の製造方法によれば、ストレージ電極用コ
ンタクトをビットライン側壁に形成された第2スぺーサ
とゲート電極パターンの側壁に形成された第1スぺーサ
に同時に自己整合されるように形成することによって単
純な工程でビットライン用コンタクトとストレージ電極
用コンタクトとの短絡が防止され、工程マージンが向上
した半導体メモリ素子を製造できる。
【0050】<第2実施例>第2実施例は、第1実施例
の図5Bに示したように、ビットライン用コンタクト2
5とストレージ電極用コンタクト35は第1層間絶縁膜
23に分離されているが、その距離L0が非常に近いた
めにミスアラインに対する工程マージンが非常に小さ
い。したがって、ビットライン用コンタクト25が形成
された状態でストレージ電極用コンタクト35を形成す
るための写真工程でミスアラインが発生する場合にも二
つのコンタクト間に短絡を防止できる方法を提示する。
【0051】図8は本発明の第2実施例に係る半導体メ
モリ素子のレイアウト図であり、図9は図8の6B−6
B’方向の断面図であり、第1実施例と同じ参照番号は
同一部材を示す。
【0052】図8を参照すれば、第1実施例のレイアウ
ト図を示す図7と比較して、各活性領域10に対して一
対のゲート電極パターン17間の中央に配置されたビッ
トライン用コンタクト25を中心として各ゲート電極パ
ターン17の外側端に形成されるストレージ電極用コン
タクト35の中心が最大限外側に偏向されるように配置
されていて、ストレージ電極用コンタクト35が縦方向
に沿って全体的にジグザグ形態をなすように配置されて
いることが分かる。これはビットライン用コンタクト2
5の中心は変わらないが、各活性領域10において各ゲ
ート電極パターン17の両外側端に位置するストレージ
電極用コンタクト35の位置が許容する範囲でできるだ
け外側に偏向されるために、縦方向に隣接する活性領域
10間におのおの半周期だけシフトされることとあいま
って全体的にジグザグ形態になることである。
【0053】一方、前記ストレージ電極用コンタクト3
5の中心位置が外側に偏向されうる範囲は、前記ストレ
ージ電極用コンタクト35の中心位置が少なくとも前記
ゲート電極パターン17間に位置し、ゲート電極パター
ン17の側壁に沿って形成された第1スぺーサ19に自
己整合されるようにし、さらに少なくとも前記ストレー
ジ電極用コンタクト35の底面が前記隣る第1スぺーサ
19により露出される半導体基板の活性領域10の表面
の全体と接触するようにして接触面積の減少を防止しな
ければならない。
【0054】図9を参照すれば、ビットライン用コンタ
クト25の側壁とゲート電極パターン17の側壁が一直
線になるように示したが、本実施例はこれに限定される
ものではない。一方、図9に示したようにビットライン
用コンタクト25とストレージ電極用コンタクト35と
の距離L1が図5Bに示した距離L0に比べて延びたこ
とが分かり、したがって、ストレージ電極用コンタクト
35の形成のための写真工程時にミスアラインに対する
工程マージンをふやせる。
【0055】<第3実施例>本発明の第3実施例は、ビ
ットライン用コンタクト25とストレージ電極用コンタ
クト35との短絡を防止するための他の方法を示すこと
であって、図10A及び図10Bは第3実施例に係る半
導体メモリ素子の製造方法を説明するための断面図であ
って、図8Aの6B−6B’を切ったものに対応する断
面図である。
【0056】詳細には、本発明の第1実施例の図2Bに
示したように、ビットライン用コンタクトホールを形成
し、基板の全面に導電膜、例えばドープされたポリシリ
コン膜を蒸着した状態で化学機械的研磨工程またはエッ
チバック工程を進行し、この時にゲート電極パターン1
7の最上層に位置した第1マスク層15が露出される時
まで行う。この時、前記第1マスク層15の一部が過蝕
刻される場合もあるが、ゲート電極(11+13)と後
続するストレージ電極用コンタクト35との絶縁特性を
確保するためには、図10Aに示したように前記第1マ
スク層15は少なくともその高さの中間程度までは残留
させることが望ましい。前記第1マスク層15とビット
ライン用コンタクト25の形成物質間の蝕刻選択性によ
って残留する前記ビットライン用コンタクト25の表面
高さは、前記残留する第1マスク層15の表面高さより
大きいか、または同一かそれ以下である場合もある。
【0057】次いで、第2層間絶縁膜33とストレージ
電極用コンタクト35を形成する後続工程は第1実施例
と同じ方法で行う。図10Bに示したように、図5Bと
比較してビットライン用コンタクト25とストレージ電
極用コンタクト35との距離L2は第1実施例のように
ビットライン用コンタクト25の突出部分(すなわち、
第1マスク層15から上方に突出すると同時に側面に一
定長さだけ延設された部分)が除去されるために非常に
広がる。したがって、ビットライン用コンタクト25と
ストレージ電極用コンタクト35との短絡を容易に防止
でき、ストレージ電極用コンタクト35の形成のための
写真蝕刻工程時にミスアラインに対する工程マージンも
非常に向上することが分かる。
【0058】<第4実施例>第4実施例は本発明の第2
実施例と第3実施例を結合したものであって、図11は
第4実施例の方法を示す断面図である。図11は図8の
レイアウト図で6B−6B’線に対応した断面図であ
る。
【0059】図11を参照すれば、ストレージ電極用コ
ンタクト35の中心位置を活性領域10の量外側端に最
大限移すと同時にビットライン用コンタクト25の表面
高さをゲート電極パターン17の高さ水準に低められ、
ビットライン用コンタクト25とストレージ電極用コン
タクト35との距離L3がさらに広がってこれらの間の
短絡をさらに効果的に防止できる。
【0060】
【発明の効果】以上、本発明の実施例について詳細に説
明したが、本発明は前記の実施例に限定されず、本発明
が属する技術的思想内で当業者により多くの変形および
改良が可能である。
【0061】本発明によれば、ストレージ電極用コンタ
クトをビットラインとゲート電極パターンの側壁に形成
されたスぺーサに同時に自己整合されるように形成する
ことによって、単純な工程でビットライン用コンタクト
とストレージ電極用コンタクトとの短絡がなくて工程マ
ージンが向上した半導体メモリ素子を製造できる。
【0062】また、ストレージ電極用コンタクトを形成
する時、各活性領域の外側にできるだけ最大限偏向する
ようにジグザグに配置することによって、ビットライン
用コンタクトとストレージ電極用コンタクトとの間隔を
広げてストレージ電極用コンタクト形成のための写真工
程時にミスアラインマージンをふやせる。
【0063】また、ビットライン用コンタクトを形成
し、全面に導電膜を蒸着した状態でCMPまたはエッチバ
ックを進行する時にマスク層の高さまでビットライン用
コンタクトを蝕刻することによって、ビットライン用コ
ンタクトとストレージ電極用コンタクトとの距離を広げ
られてこれら間の短絡をさらに効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】A、Bは、本発明の第1実施例に係る半導体メ
モリ素子の製造方法を説明するために工程順序によって
示す図面である。
【図2】A、Bは、本発明の第1実施例に係る半導体メ
モリ素子の製造方法を説明するために工程順序によって
示す図面である。
【図3】A、Bは、本発明の第1実施例に係る半導体メ
モリ素子の製造方法を説明するために工程順序によって
示す図面である。
【図4】本発明の第1実施例に係る半導体メモリ素子の
製造方法を説明するために工程順序によって示す図面で
ある。
【図5】A、Bは、本発明の第1実施例に係る半導体メ
モリ素子の製造方法を説明するために工程順序によって
示す図面である。
【図6】本発明の第1実施例に係る半導体メモリ素子の
製造方法を説明するために工程順序によって示す図面で
ある。
【図7】本発明の第1実施例に係る半導体メモリ素子の
水平領域を拡張して示すレイアウト図である。
【図8】本発明の第2実施例に係る半導体メモリ素子の
レイアウト図である。
【図9】図8の6b−6b’方向の断面図である。
【図10】A、Bは、本発明の第3実施例に係る半導体
メモリ素子の製造方法を説明するための図8の6B−6
B’方向に対応する断面図である。
【図11】本発明の第4実施例に係る半導体メモリ素子
の製造方法を説明するための図8の6B−6B’方向に
対応する断面図である。
【符号の説明】
1…半導体基板 3…埋込み不純物層 5…ウェル 7…素子分離領域 9…ゲート絶縁膜 10…活性領域 11、13…ゲート電極 15…第1マスク層 17…ゲート電極パターン 19…第1スぺーサ 23…第1層間絶縁膜 25…ビットライン用コンタクト 27…ビットライン 29…第2マスク層 31…第2スぺーサ 33…第2層間絶縁膜 35…ストレージ電極用コンタクト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 李 重 ▲げん▼ 大韓民国京畿道水原市八達区靈通洞 三星 アパート924棟403号 (72)発明者 南 炳 允 大韓民国京畿道水原市八達区梅灘洞 住公 5団地514棟204号 (72)発明者 閔 庚 珍 大韓民国ソウル特別市城東區錦湖洞3街 1331番地 斗山アパート115棟709号 Fターム(参考) 5F083 AD48 JA39 JA40 LA12 LA16 MA03 MA17 MA19 NA01 NA08 PR29 PR39 PR40

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に平行に配置された複数個
    のゲート電極パターンと、 前記ゲート電極パターンの側壁に沿って形成された複数
    個の第1スぺーサと、 前記第1スぺーサが形成された結果物の全面に形成され
    た第1層間絶縁膜と、 前記第1層間絶縁膜上で前記ゲート電極パターンと直交
    する方向に平行に配置された複数個のビットラインパタ
    ーンと、 前記半導体基板の表面近辺に形成される半導体素子の活
    性領域と前記ビットラインパターンを電気的に接続さ
    せ、前記第1スぺーサに自己整合的に形成された複数個
    のビットライン用コンタクトと、 前記ビットラインの側壁に沿って形成された複数個の第
    2スぺーサと、 前記第2スぺーサが形成された結果物の全面に形成され
    た第2層間絶縁膜と、 前記半導体基板の表面近辺に形成される半導体素子の活
    性領域とキャパシタのストレージ電極を電気的に接続さ
    せ、前記第2および第1スぺーサに同時に自己整合的に
    形成された複数個のストレージ電極用コンタクトとを含
    む自己整合コンタクトを有する半導体メモリ素子。
  2. 【請求項2】 前記ゲート電極パターンの最上層には絶
    縁性の第1マスク層がさらに形成され、前記第1マスク
    層と前記第1スぺーサは前記第1層間絶縁膜に対して蝕
    刻選択性を有することを特徴とする請求項1に記載の自
    己整合コンタクトを有する半導体メモリ素子。
  3. 【請求項3】 前記第1マスク層と前記第1スぺーサは
    シリコン窒化膜で形成され、前記第1層間絶縁膜はシリ
    コン酸化膜で形成されたことを特徴とする請求項2に記
    載の自己整合コンタクトを有する半導体メモリ素子。
  4. 【請求項4】 前記ビットラインパターン上には絶縁性
    の第2マスク層がさらに形成され、前記第2マスク層と
    前記第2スぺーサは前記第1層間絶縁膜および第2層間
    絶縁膜に対して蝕刻選択性を有することを特徴とする請
    求項1に記載の自己整合コンタクトを有する半導体メモ
    リ素子。
  5. 【請求項5】 前記第2マスク層と前記第2スぺーサは
    シリコン窒化膜で形成され、前記第1層間絶縁膜および
    第2層間絶縁膜はシリコン酸化膜で形成されたことを特
    徴とする請求項3または請求項4に記載の自己整合コン
    タクトを有する半導体メモリ素子。
  6. 【請求項6】 前記ビットラインパターンは、タングス
    テン膜、チタン膜またはタングステン膜/チタン窒化膜
    の二重膜で形成されたことを特徴とする請求項1に記載
    の自己整合コンタクトを有する半導体メモリ素子。
  7. 【請求項7】 前記ビットライン用コンタクトは、前記
    ゲート電極パターンの表面から上方向に一定高さだけ突
    出したことを特徴とする請求項1に記載の自己整合コン
    タクトを有する半導体メモリ素子。
  8. 【請求項8】 前記ビットライン用コンタクトの表面高
    さは、前記ゲート電極パターンの表面高さ以下になるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の自己整合コンタクトを
    有する半導体メモリ素子。
  9. 【請求項9】 半導体基板の表面近辺でそれぞれ横方向
    に一定の長さだけ延びた形状をし、横列に一定の間隔を
    おいて相互分離されており、隣接した列とは半周期だけ
    シフトされるように配置されている複数個の活性領域
    と、 前記半導体基板上で前記各活性領域に対してその長さ方
    向と直交する形態で一対ずつ平行に配置されており、そ
    の側壁に沿って第1スぺーサが形成されている複数個の
    ゲート電極パターンと、 前記第1スぺーサが形成された結果物の全面に形成され
    た第1層間絶縁膜と、 前記第1層間絶縁膜上で前記ゲート電極パターンと直交
    する方向に平行に配置され、側壁に沿って第2スぺーサ
    が形成された複数個のビットラインパターンと、 前記各活性領域に対して前記一対のゲート電極パターン
    間に位置して前記活性領域と前記ビットラインパターン
    を電気的に接続させ、前記第1スぺーサに自己整合的に
    形成された複数個のビットライン用コンタクトと、 前記複数個のビットラインパターンが形成された前記第
    1層間絶縁膜上の全面に形成された第2層間絶縁膜と、 前記各活性領域に対して前記一対のゲート電極パターン
    の各外側の端に位置して前記活性領域とキャパシタのス
    トレージ電極を電気的に接続させ、前記第2および第1
    スぺーサに同時に自己整合的に形成された複数個のスト
    レージ電極用コンタクトとを含む自己整合コンタクトを
    有する半導体メモリ素子。
  10. 【請求項10】 前記ビットライン用コンタクトは、前
    記ゲート電極パターンの表面から上方向に一定高さだけ
    突出したことを特徴とする請求項9に記載の自己整合コ
    ンタクトを有する半導体メモリ素子。
  11. 【請求項11】 前記ビットライン用コンタクトの表面
    高さは、前記ゲート電極パターンの表面高さ以下になる
    ことを特徴とする請求項9に記載の自己整合コンタクト
    を有する半導体メモリ素子。
  12. 【請求項12】 前記各活性領域に対して、前記ビット
    ライン用コンタクトと一対のストレージ電極用コンタク
    トとの隔離距離を広げるために、前記ストレージ電極用
    コンタクトの位置が活性領域の外側に最大限偏向するよ
    うに配置されたことを特徴とする請求項10または請求
    項11に記載の自己整合コンタクトを有する半導体メモ
    リ素子。
  13. 【請求項13】 前記複数個のゲート電極パターン中で
    前記ストレージ電極用コンタクトは同じゲート電極パタ
    ーン間に位置し、前記同じゲート電極パターン間に位置
    する前記ストレージ電極用コンタクトの中心が縦方向に
    沿ってジグザグ状に配置されることを特徴とする請求項
    12に記載の自己整合コンタクトを有する半導体メモリ
    素子。
  14. 【請求項14】 活性領域が形成された半導体基板上に
    ゲート絶縁膜を介在して平行に配置された複数個のゲー
    ト電極パターンを形成する段階と、 前記各ゲート電極パターンの側壁に第1スぺーサを形成
    する段階と、 前記第1スぺーサが形成された結果物上に第1層間絶縁
    膜を形成する段階と、 前記第1スぺーサに自己整合されるように前記第1層間
    絶縁膜を蝕刻した後、導電性物質で埋込んで前記半導体
    基板の活性領域と接続されたビットライン用コンタクト
    を形成する段階と、 前記ビットライン用コンタクトの表面と接続しながら前
    記第1層間絶縁膜上で前記ゲート電極パターンと直交す
    る方向に複数個のビットラインパターンを形成する段階
    と、 前記ビットラインパターンの側壁に第2スぺーサを形成
    する段階と、 前記第2スぺーサが形成された結果物上に第2層間絶縁
    膜を形成する段階と、 前記第2スぺーサおよび第1スぺーサに同時に自己整合
    されるように前記第2層間絶縁膜および第1層間絶縁膜
    を蝕刻した後、その蝕刻した部分を導電性物質で埋込ん
    で前記半導体基板の活性領域と接続されたストレージ電
    極用コンタクトを形成する段階とを含む自己整合コンタ
    クトを有する半導体メモリ素子の製造方法。
  15. 【請求項15】 前記ゲート電極パターンおよびビット
    ラインパターンの最上層には絶縁性の第1マスク層およ
    び第2マスク層がそれぞれ形成され、前記第1マスク
    層、第2マスク層、第1スぺーサおよび第2スぺーサは
    前記第1層間絶縁膜および第2層間絶縁膜に対して蝕刻
    選択性を有することを特徴とする請求項14に記載の自
    己整合コンタクトを有する半導体メモリ素子の製造方
    法。
  16. 【請求項16】 前記第1マスク層、第2マスク層、第
    1スぺーサおよび第2スぺーサはシリコン窒化膜で形成
    し、前記第1層間絶縁膜および第2層間絶縁膜はシリコ
    ン酸化膜で形成することを特徴とする請求項15に記載
    の自己整合コンタクトを有する半導体メモリ素子の製造
    方法。
  17. 【請求項17】 前記ストレージ電極用コンタクトを形
    成する段階で、前記第2層間絶縁膜および第1層間絶縁
    膜は連続して蝕刻されることを特徴とする請求項16に
    記載の自己整合コンタクトを有する半導体メモリ素子の
    製造方法。
  18. 【請求項18】 前記半導体基板の表面近辺に形成され
    た半導体素子の活性領域は、横方向に一定の長さだけ延
    びた形状をし、横列に一定の間隔をおいて相互分離され
    ており、隣接した列とは半周期だけシフトされるように
    複数個が配置されており、前記各活性領域に対してその
    長さ方向と直交する形態で一対ずつ前記ゲート電極パタ
    ーンを平行に配置されるように形成し、前記ビットライ
    ン用コンタクトは前記各活性領域に対して前記一対のゲ
    ート電極パターン間に位置するように形成し、前記スト
    レージ電極用コンタクトは前記各活性領域に対して前記
    一対のゲート電極パターンの各外側の端に位置するよう
    に形成することを特徴とする請求項14に記載の自己整
    合コンタクトを有する半導体メモリ素子の製造方法。
  19. 【請求項19】 前記第1層間絶縁膜内に前記ビットラ
    イン用コンタクトを形成する段階で、除去された第1層
    間絶縁膜を導電性物質で埋込んだ後、前記ビットライン
    用コンタクトの表面高さは前記ゲート電極パターンの表
    面高さ以下になるようにエッチバックまたは化学機械的
    研磨工程をさらに行うことを特徴とする請求項18に記
    載の自己整合コンタクトを有する半導体メモリ素子の製
    造方法。
  20. 【請求項20】 前記各活性領域に対して、前記ビット
    ライン用コンタクトと一対のストレージ電極用コンタク
    トとの隔離距離を広げるために、前記ストレージ電極用
    コンタクトの位置を活性領域の外側に最大限偏向するよ
    うに配置することを特徴とする請求項18に記載の自己
    整合コンタクトを有する半導体メモリ素子の製造方法。
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