JP2005005337A - Dram混載半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】DRAM部のキャパシタ上部電極とビットラインコンタクトとのショートマージンが少なくならず、キャパシタ上部電極の膜厚分の段差が緩和されるDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法を得る。
【解決手段】半導体基板1上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極3上に窒化膜6及び層間絶縁膜7を介して窒化膜10及び層間絶縁膜11を形成し、窒化膜10及び層間絶縁膜11中にキャパシタ下部電極12を形成し、このキャパシタ下部電極12上に誘電体膜及び導電膜を堆積し、堆積された導電膜をエッチバックまたはCMPによりキャパシタ形成部の側壁及び底部にのみ残してキャパシタ上部電極14を形成し、窒化膜10及び層間絶縁膜11にビットラインコンタクトを形成して、このビットラインコンタクトに接続される配線33を形成する。
【選択図】 図2
【解決手段】半導体基板1上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極3上に窒化膜6及び層間絶縁膜7を介して窒化膜10及び層間絶縁膜11を形成し、窒化膜10及び層間絶縁膜11中にキャパシタ下部電極12を形成し、このキャパシタ下部電極12上に誘電体膜及び導電膜を堆積し、堆積された導電膜をエッチバックまたはCMPによりキャパシタ形成部の側壁及び底部にのみ残してキャパシタ上部電極14を形成し、窒化膜10及び層間絶縁膜11にビットラインコンタクトを形成して、このビットラインコンタクトに接続される配線33を形成する。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板上にDRAM部及び周辺ロジック部を形成するDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図11は、従来のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
図12は、図11のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
図11、図12は、DRAM混載ロジックでの製造工程を示している。
次に、従来のDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法について説明する。
図11(a)にて、半導体基板1に素子分離酸化膜2を形成し、その後注入層(図示せず)を形成し、ゲート酸化膜、ゲート電極層からなるゲート電極3を図11(b)のように形成する。次に、LDD構造用の絶縁膜4からなるサイドウォールを作成し、ソース・ドレイン注入層5を形成する(図11(c))。次に窒化膜6を堆積した後、層間絶縁膜7を堆積し、平坦化技術により平坦化する。ソース・ドレインコンタクトを形成し、プラグ8をコンタクト内に形成する(図11(d))。
【0003】
次に、窒化膜10を堆積し、DRAM部にのみ窒化膜10を残し(レジストマスクにてパターニング)(図11(e))、図11(f)に示されるように、DRAM用キャパシタ形成用の層間絶縁膜11を堆積する。
次に、キャパシタ下部電極形成用にレジストマスクにてDRAM部にのみ層間絶縁膜11、窒化膜10をエッチングする。そしてキャパシタ下部電極用の導電膜を堆積、全面エッチバックすることで、側壁、底部にのみキャパシタ下部電極12を残す。このエッチバック時にホールにレジストなどを埋め込み保護してもよい。
次に、図12(a)に示されるように、キャパシタ誘電膜、キャパシタ上部電極14を堆積し、レジストマスクにてキャパシタ上部電極14をエッチングする。次に、図12(b)に示されるように、層間絶縁膜15を堆積し、DRAM部のソース・ドレイン部の一端と、キャパシタ上部電極14、周辺ロジック部にコンタクトを形成し、W(タングステン)などのプラグ16を形成する。そして配線17を形成し、DRAM混載ロジックが形成される。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−79478号公報(第4〜5頁、図5〜13)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の半導体装置の製造方法では、DRAM部のキャパシタ上部電極14と、キャパシタ間に図示されたビットラインコンタクトとのショートマージンが少なくなるという問題があった。
また、キャパシタ上部電極14の膜厚分で段差が生じ、段差を緩和しない場合は、コンタクト以降の写真製版マージンが少なくなり、段差を緩和(CMP)すると電極膜厚分コンタクト深さが深くなり、コンタクトエッチングマージンが少なくなることやコンタクト間の寄生容量も大きくなるという問題があった。
特許文献1は、トレンチ内にプレート電極を埋めこみ、上部の配線により、ワード線毎にプレート電極を接続するものが示されているが、キャパシタ間にビットラインコンタクトが配置される構成ではなく、ビットラインコンタクトとの関連を問題にするものではなかった。
【0006】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、DRAM部のキャパシタ上部電極とビットラインコンタクトとのショートマージンが少なくならず、キャパシタ上部電極の膜厚分の段差が緩和されるDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法を得ることを目的にしている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法においては、半導体基板上にDRAM部及び周辺ロジック部を形成するDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法において、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、半導体基板にソース・ドレイン注入層を形成する第一の工程、ゲート電極を含む半導体基板上に第一の窒化膜及びこの第一の窒化膜上に第一の層間絶縁膜を堆積し、第一の窒化膜及び第一の層間絶縁膜を貫通してソース・ドレイン注入層に達する第一のコンタクトホールを形成し、第一のコンタクトホール内に第一のプラグを形成する第二の工程、第一のプラグが形成された半導体基板上に第二の窒化膜及びこの第二の窒化膜上に第二の層間絶縁膜を堆積し、堆積された第二の窒化膜及び第二の層間絶縁膜のキャパシタ形成部を第一のプラグに達するようにエッチングして、エッチングされたキャパシタ形成部に第一の導電膜を堆積し、堆積された第一の導電膜を全面エッチバックして、キャパシタ形成部の側壁及び底部に第一の導電膜を残すことによりキャパシタ下部電極を形成する第三の工程、キャパシタ下部電極上に誘電体膜及びこの誘電体膜上に第二の導電膜を堆積し、堆積された第二の導電膜をエッチバックまたはCMPによりキャパシタ形成部の側壁及び底部にのみキャパシタ上部電極を形成する第四の工程、第二の窒化膜及び第二の層間絶縁膜を貫通して第一のプラグに達する第二のコンタクトホールをビットラインコンタクト部に形成し、第二のコンタクトホール内に第二のプラグを形成する第五の工程、及びこの第五の工程の後、第二の層間絶縁膜の上部に、DRAM部の全てのキャパシタ上部電極を接続する配線を絶縁膜を介して形成する第六の工程を含むものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
図1において、半導体基板1と、素子分離酸化膜2と、ゲート電極3と、絶縁膜4と、ソース・ドレイン注入層5と、窒化膜6(第一の窒化膜)と、層間絶縁膜7(第一の層間絶縁膜)と、プラグ8(第一のプラグ)と、窒化膜10(第二の窒化膜)と、層間絶縁膜11(第二の層間絶縁膜)と、キャパシタ下部電極12と、キャパシタ上部電極14と、コンタクト18と、W−プラグ26(第二のプラグ)とが示されている。
図2は、図1のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
図2において、窒化膜31と、酸化膜32と、配線33が示されている。
図3は、この発明の実施の形態1によるDRAM混載半導体集積回路装置の配線構造を示す上面図であり、図3(a)は、上面図、図3(b)は、図3(a)のA−A’断面図である。
図3において、キャパシタ27と、キャパシタ上部電極用配線(配線レイヤ)28と、ビットラインコンタクト29と、コンタクト用受けパッド(配線レイヤ)30が示されている。
【0009】
次に、実施の形態1によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法について説明する。
キャパシタ下部電極12の形成までは、図11を援用して説明する。図11(a)にて、半導体基板1に素子分離酸化膜2を形成し、その後注入層(図示せず)を形成し、ゲート酸化膜、ゲート電極層からなるゲート電極3を図11(b)のように形成する。次に、図11(c)のように、LDD構造用の絶縁膜4からなるサイドウォールを作成し、ソース・ドレイン注入層5を形成する(第一の工程)。次に、図11(d)のように、窒化膜6を堆積した後、層間絶縁膜7を堆積し、平坦化技術により平坦化する。ソース・ドレインコンタクト(第一のコンタクトホール)を形成し、プラグ8をコンタクト内に形成する(第二の工程)。
次に、図11(e)のように、窒化膜10を堆積し、DRAM部にのみ窒化膜10を残し(レジストマスクにてパターニング)、図11(f)に示されるように、DRAM用キャパシタ形成用の層間絶縁膜11を堆積する。
次に、キャパシタ下部電極形成用(キャパシタ形成部)にレジストマスクにてDRAM部にのみ層間絶縁膜11、窒化膜10をエッチングする。そしてキャパシタ下部電極用の導電膜(第一の導電膜)を堆積、全面エッチバックすることで、側壁、底部にのみキャパシタ下部電極12を残す(第三の工程)。このエッチバック時にホールにレジストなどを埋め込み保護してもよい。
DRAM部のキャパシタ下部電極12をドライエッチングによるエッチバックによって形成した後、図1(a)のように、キャパシタ下部電極12上に誘電体膜を堆積し、さらにその上に導電膜(第二の導電膜)を成膜し、ドライエッチングによるエッチバックまたはCMP(Chemical MechanicalPolishing)により、キャパシタ上部電極14を形成する(第四の工程)。
次に、図1(b)にて、DRAMビットラインコンタクト部、及び周辺ロジック部にコンタクト18(第二のコンタクトホール)を形成する。その後、図1(c)のように、プラグ形成のためバリアメタル(図示せず)とタングステンを堆積し、ドライエッチまたはCMPを行い、W−プラグ26を形成する(第五の工程)。
【0010】
次に、図2(a)にて、窒化膜31、酸化膜32(絶縁膜)を堆積し、Cu配線33となるパターンをドライエッチにて形成、Cuを埋め込み、CMPを行い、配線33を形成する(第六の工程)。ここでのCu配線33の形成は、従来衆知の製造方法を用いるものである。この配線33は、図3に示されるように、DRAM部のビットラインコンタクト部はPADとして、キャパシタ上部電極14への配線33は、DRAM部の全てのビットを接続するように配線されており、周辺ロジック部は通常の配線として用いるものである。
そして、図2(b)にて2層目の配線22の形成において、窒化膜20を堆積し、その上に酸化膜21を堆積し、これらをエッチングした後、配線22を形成する。この配線22は、DRAM部はビットラインとして形成され、DRAM部周辺にキャパシタ上部電極のコンタクト配線が存在する(図示せず)。周辺ロジック部は、従来どおり配線として利用する。
なお、今回は、Cu配線での構造を例としたが、Al配線でも形成することは可能である。
【0011】
実施の形態1によれば、このような製造方法をとることにより、キャパシタ上部電極のマスクを省略することができる。
また、キャパシタを埋め込むためキャパシタ上部電極とコンタクトとのショートマージンを多くとることが可能となるため、マージンが上がる。
さらに、コンタクト形成時に層間絶縁膜を堆積しないため、コンタクト深さを浅くすることができ、コンタクトエッチングも容易になる。
また、キャパシタ上部電極を埋め込むため、キャパシタ上部電極膜厚分の段差が緩和され、コンタクト形成以降の写真製版マージンも向上する。
このような製造方法で製造することにより、キャパシタが埋め込まれ、その後形成される配線レイヤにて各ビットと接続する構造とすることができる。
【0012】
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
図5は、図4のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【0013】
図4(a)は、実施の形態1の図1(a)と同じである。
次に、図4(b)のように、層間絶縁膜23(第三の絶縁膜)を堆積し(第七の工程)、コンタクトを形成し、実施の形態1と同じくW−プラグ26を形成する。
次に、図5(a)のように、実施の形態1と同じく、1層目の配線33を形成する。このとき配線33は、DRAM部のビットラインコンタクト部はPADとして、キャパシタ上部電極部への配線は、DRAM全てのビットを接続するように配線されており、周辺ロジック部は通常の配線として用いるものである。
そして、図5(b)のように、2層目の配線22以降も実施の形態1と同じく形成する。
【0014】
実施の形態2によれば、このような製造方法をとることにより、キャパシタ上部電極のマスクを省略することができる。
また、キャパシタを埋め込むため、キャパシタ上部電極とコンタクトとのショートマージンが多くとることが可能となるため、マージンが上がる。
また、キャパシタ上部電極を埋め込むため、キャパシタ上部電極膜厚分の段差が緩和され、コンタクト形成以降の写真製版マージンも向上する。
さらに、コンタクト層間絶縁膜を堆積することで、実施の形態1では、直接キャパシタ上部電極がコンタクト形成時にレジストにふれ、レジスト除去時に電極がさらされるが、そのようなことはなくなる。
また、実施の形態1と同じような特徴を持った構造となる。
【0015】
実施の形態3.
図6は、この発明の実施の形態3によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
図7は、図6のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【0016】
実施の形態3では、実施の形態1と同様にして、DRAMキャパシタ下部電極12を形成する。
次に、図6(a)にて、キャパシタ上部電極材料であるTiNを堆積し、エッチバックまたはCMPにてエッチングし、キャパシタ内部を埋め込む(第八の工程)。次に、図6(b)にて、コンタクトをDRAM部ビットラインコンタクト部、周辺ロジック部に形成し、金属膜プラグにてプラグ25を形成する。
次に、図7(a)にて、窒化膜31、酸化膜32を堆積し、Cu配線33となるパターンをドライエッチにて形成、Cuを埋め込み、CMPを行い、配線33を形成する。ここでのCu配線33の形成は、従来衆知の製造方法を用いるものである。この配線33は、DRAM部のビットラインコンタクト部はPADとして、キャパシタ上部電極部への配線はDRAM全てのビットを接続するように配線されており、周辺ロジック部は通常の配線として用いるものである。
そして、図7(b)にて、2層目の配線22の形成において、窒化膜20を堆積し、その上に酸化膜21を堆積し、これらをエッチングした後、配線22を形成する。この配線22は、DRAM部はビットラインとして形成され、DRAM部周辺にキャパシタ上部電極のコンタクト配線が存在する(図示せず)。周辺ロジック部は、従来どおり配線として利用する。
なお、今回は、Cu配線での構造を例としたが、Al配線でも形成することは可能である。
【0017】
実施の形態3によれば、このような製造方法をとることにより、実施の形態1と同じ効果が得られる。
【0018】
実施の形態4.
図8は、この発明の実施の形態4によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
図9は、図8のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
図10は、この発明の実施の形態4によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【0019】
図8(a)は、実施の形態3の図6(a)と同じである。この後、図8(b)にて層間絶縁膜23を堆積し(第七の工程)、コンタクトを形成し、実施の形態3と同じくプラグ25を形成する。
次に、図9(a)に示されるように、実施の形態3と同じく1層目の配線33を形成する。このとき配線33は、DRAM部のビットラインコンタクト部はPADとして、キャパシタ上部電極部への配線はDRAM全てのビットを接続するように配線されており、周辺ロジック部は通常の配線として用いるものである。
そして、図9(b)に示されるように、2層目の配線22以降も実施の形態3と同じく形成する。
【0020】
実施の形態4によれば、このような製造方法をとることにより、実施の形態2と同様の効果が得られる。
【0021】
実施の形態5.
図10は、この発明の実施の形態5によるDRAM混載半導体集積回路装置の構造を示す断面図である。
図10において、1〜8、10、12、14、20〜22、31〜33は図9におけるものと同一のものである。図10では、酸化膜21上に窒化膜34が堆積され、窒化膜34上に酸化膜35が堆積され、これらをエッチングした後、3層目の配線36を形成している。
実施の形態1〜実施の形態4では、DRAM部のキャパシタ上部電極を周辺ロジック部の1層目の配線工程で、ビットラインを2層目の配線工程で形成しているが、図10に示すように、DRAM部のキャパシタ上部電極を周辺ロジック部の2層目の配線工程で、ビットラインを3層目の配線工程で形成してもよく、さらに、パターンレイアウト上許す限り、如何なる配線層をキャパシタ上部電極、ビットラインに使用してもよい。
【0022】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、半導体基板上にDRAM部及び周辺ロジック部を形成するDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法において、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、半導体基板にソース・ドレイン注入層を形成する第一の工程、ゲート電極を含む半導体基板上に第一の窒化膜及びこの第一の窒化膜上に第一の層間絶縁膜を堆積し、第一の窒化膜及び第一の層間絶縁膜を貫通してソース・ドレイン注入層に達する第一のコンタクトホールを形成し、第一のコンタクトホール内に第一のプラグを形成する第二の工程、第一のプラグが形成された半導体基板上に第二の窒化膜及びこの第二の窒化膜上に第二の層間絶縁膜を堆積し、堆積された第二の窒化膜及び第二の層間絶縁膜のキャパシタ形成部を第一のプラグに達するようにエッチングして、エッチングされたキャパシタ形成部に第一の導電膜を堆積し、堆積された第一の導電膜を全面エッチバックして、キャパシタ形成部の側壁及び底部に第一の導電膜を残すことによりキャパシタ下部電極を形成する第三の工程、キャパシタ下部電極上に誘電体膜及びこの誘電体膜上に第二の導電膜を堆積し、堆積された第二の導電膜をエッチバックまたはCMPによりキャパシタ形成部の側壁及び底部にのみキャパシタ上部電極を形成する第四の工程、第二の窒化膜及び第二の層間絶縁膜を貫通して第一のプラグに達する第二のコンタクトホールをビットラインコンタクト部に形成し、第二のコンタクトホール内に第二のプラグを形成する第五の工程、及びこの第五の工程の後、第二の層間絶縁膜の上部に、DRAM部の全てのキャパシタ上部電極を接続する配線を絶縁膜を介して形成する第六の工程を含むので、キャパシタを埋め込むためキャパシタ上部電極とコンタクトとのショートマージンを多くとることが可能となると共に、キャパシタ上部電極を埋め込むため、キャパシタ上部電極膜厚分の段差が緩和される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
【図2】図1のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【図3】この発明の実施の形態1によるDRAM混載半導体集積回路装置の配線構造を示す上面図である。
【図4】この発明の実施の形態2によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
【図5】図4のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【図6】この発明の実施の形態3によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
【図7】図6のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【図8】この発明の実施の形態4によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
【図9】図8のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【図10】この発明の実施の形態5によるDRAM混載半導体集積回路装置の構造を示す断面図である。
【図11】従来のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
【図12】図11のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板、2 素子分離酸化膜、3 ゲート電極、4 絶縁膜、
5 ソース・ドレイン注入層、6 窒化膜、7 層間絶縁膜、8 プラグ、
10 窒化膜、11 層間絶縁膜、12 キャパシタ下部電極、
14 キャパシタ上部電極、18 コンタクト、20 窒化膜、21 酸化膜、
22 配線、23 層間絶縁膜、25 プラグ、26 W−プラグ、
27 キャパシタ、28 キャパシタ上部電極用配線(配線レイヤ)、
29 ビットラインコンタクト、
30 コンタクト用受けパッド(配線レイヤ)、31 窒化膜、32 酸化膜、
33 配線、34 窒化膜、35 酸化膜、36 配線。
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板上にDRAM部及び周辺ロジック部を形成するDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図11は、従来のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
図12は、図11のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
図11、図12は、DRAM混載ロジックでの製造工程を示している。
次に、従来のDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法について説明する。
図11(a)にて、半導体基板1に素子分離酸化膜2を形成し、その後注入層(図示せず)を形成し、ゲート酸化膜、ゲート電極層からなるゲート電極3を図11(b)のように形成する。次に、LDD構造用の絶縁膜4からなるサイドウォールを作成し、ソース・ドレイン注入層5を形成する(図11(c))。次に窒化膜6を堆積した後、層間絶縁膜7を堆積し、平坦化技術により平坦化する。ソース・ドレインコンタクトを形成し、プラグ8をコンタクト内に形成する(図11(d))。
【0003】
次に、窒化膜10を堆積し、DRAM部にのみ窒化膜10を残し(レジストマスクにてパターニング)(図11(e))、図11(f)に示されるように、DRAM用キャパシタ形成用の層間絶縁膜11を堆積する。
次に、キャパシタ下部電極形成用にレジストマスクにてDRAM部にのみ層間絶縁膜11、窒化膜10をエッチングする。そしてキャパシタ下部電極用の導電膜を堆積、全面エッチバックすることで、側壁、底部にのみキャパシタ下部電極12を残す。このエッチバック時にホールにレジストなどを埋め込み保護してもよい。
次に、図12(a)に示されるように、キャパシタ誘電膜、キャパシタ上部電極14を堆積し、レジストマスクにてキャパシタ上部電極14をエッチングする。次に、図12(b)に示されるように、層間絶縁膜15を堆積し、DRAM部のソース・ドレイン部の一端と、キャパシタ上部電極14、周辺ロジック部にコンタクトを形成し、W(タングステン)などのプラグ16を形成する。そして配線17を形成し、DRAM混載ロジックが形成される。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−79478号公報(第4〜5頁、図5〜13)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の半導体装置の製造方法では、DRAM部のキャパシタ上部電極14と、キャパシタ間に図示されたビットラインコンタクトとのショートマージンが少なくなるという問題があった。
また、キャパシタ上部電極14の膜厚分で段差が生じ、段差を緩和しない場合は、コンタクト以降の写真製版マージンが少なくなり、段差を緩和(CMP)すると電極膜厚分コンタクト深さが深くなり、コンタクトエッチングマージンが少なくなることやコンタクト間の寄生容量も大きくなるという問題があった。
特許文献1は、トレンチ内にプレート電極を埋めこみ、上部の配線により、ワード線毎にプレート電極を接続するものが示されているが、キャパシタ間にビットラインコンタクトが配置される構成ではなく、ビットラインコンタクトとの関連を問題にするものではなかった。
【0006】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、DRAM部のキャパシタ上部電極とビットラインコンタクトとのショートマージンが少なくならず、キャパシタ上部電極の膜厚分の段差が緩和されるDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法を得ることを目的にしている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法においては、半導体基板上にDRAM部及び周辺ロジック部を形成するDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法において、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、半導体基板にソース・ドレイン注入層を形成する第一の工程、ゲート電極を含む半導体基板上に第一の窒化膜及びこの第一の窒化膜上に第一の層間絶縁膜を堆積し、第一の窒化膜及び第一の層間絶縁膜を貫通してソース・ドレイン注入層に達する第一のコンタクトホールを形成し、第一のコンタクトホール内に第一のプラグを形成する第二の工程、第一のプラグが形成された半導体基板上に第二の窒化膜及びこの第二の窒化膜上に第二の層間絶縁膜を堆積し、堆積された第二の窒化膜及び第二の層間絶縁膜のキャパシタ形成部を第一のプラグに達するようにエッチングして、エッチングされたキャパシタ形成部に第一の導電膜を堆積し、堆積された第一の導電膜を全面エッチバックして、キャパシタ形成部の側壁及び底部に第一の導電膜を残すことによりキャパシタ下部電極を形成する第三の工程、キャパシタ下部電極上に誘電体膜及びこの誘電体膜上に第二の導電膜を堆積し、堆積された第二の導電膜をエッチバックまたはCMPによりキャパシタ形成部の側壁及び底部にのみキャパシタ上部電極を形成する第四の工程、第二の窒化膜及び第二の層間絶縁膜を貫通して第一のプラグに達する第二のコンタクトホールをビットラインコンタクト部に形成し、第二のコンタクトホール内に第二のプラグを形成する第五の工程、及びこの第五の工程の後、第二の層間絶縁膜の上部に、DRAM部の全てのキャパシタ上部電極を接続する配線を絶縁膜を介して形成する第六の工程を含むものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
図1において、半導体基板1と、素子分離酸化膜2と、ゲート電極3と、絶縁膜4と、ソース・ドレイン注入層5と、窒化膜6(第一の窒化膜)と、層間絶縁膜7(第一の層間絶縁膜)と、プラグ8(第一のプラグ)と、窒化膜10(第二の窒化膜)と、層間絶縁膜11(第二の層間絶縁膜)と、キャパシタ下部電極12と、キャパシタ上部電極14と、コンタクト18と、W−プラグ26(第二のプラグ)とが示されている。
図2は、図1のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
図2において、窒化膜31と、酸化膜32と、配線33が示されている。
図3は、この発明の実施の形態1によるDRAM混載半導体集積回路装置の配線構造を示す上面図であり、図3(a)は、上面図、図3(b)は、図3(a)のA−A’断面図である。
図3において、キャパシタ27と、キャパシタ上部電極用配線(配線レイヤ)28と、ビットラインコンタクト29と、コンタクト用受けパッド(配線レイヤ)30が示されている。
【0009】
次に、実施の形態1によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法について説明する。
キャパシタ下部電極12の形成までは、図11を援用して説明する。図11(a)にて、半導体基板1に素子分離酸化膜2を形成し、その後注入層(図示せず)を形成し、ゲート酸化膜、ゲート電極層からなるゲート電極3を図11(b)のように形成する。次に、図11(c)のように、LDD構造用の絶縁膜4からなるサイドウォールを作成し、ソース・ドレイン注入層5を形成する(第一の工程)。次に、図11(d)のように、窒化膜6を堆積した後、層間絶縁膜7を堆積し、平坦化技術により平坦化する。ソース・ドレインコンタクト(第一のコンタクトホール)を形成し、プラグ8をコンタクト内に形成する(第二の工程)。
次に、図11(e)のように、窒化膜10を堆積し、DRAM部にのみ窒化膜10を残し(レジストマスクにてパターニング)、図11(f)に示されるように、DRAM用キャパシタ形成用の層間絶縁膜11を堆積する。
次に、キャパシタ下部電極形成用(キャパシタ形成部)にレジストマスクにてDRAM部にのみ層間絶縁膜11、窒化膜10をエッチングする。そしてキャパシタ下部電極用の導電膜(第一の導電膜)を堆積、全面エッチバックすることで、側壁、底部にのみキャパシタ下部電極12を残す(第三の工程)。このエッチバック時にホールにレジストなどを埋め込み保護してもよい。
DRAM部のキャパシタ下部電極12をドライエッチングによるエッチバックによって形成した後、図1(a)のように、キャパシタ下部電極12上に誘電体膜を堆積し、さらにその上に導電膜(第二の導電膜)を成膜し、ドライエッチングによるエッチバックまたはCMP(Chemical MechanicalPolishing)により、キャパシタ上部電極14を形成する(第四の工程)。
次に、図1(b)にて、DRAMビットラインコンタクト部、及び周辺ロジック部にコンタクト18(第二のコンタクトホール)を形成する。その後、図1(c)のように、プラグ形成のためバリアメタル(図示せず)とタングステンを堆積し、ドライエッチまたはCMPを行い、W−プラグ26を形成する(第五の工程)。
【0010】
次に、図2(a)にて、窒化膜31、酸化膜32(絶縁膜)を堆積し、Cu配線33となるパターンをドライエッチにて形成、Cuを埋め込み、CMPを行い、配線33を形成する(第六の工程)。ここでのCu配線33の形成は、従来衆知の製造方法を用いるものである。この配線33は、図3に示されるように、DRAM部のビットラインコンタクト部はPADとして、キャパシタ上部電極14への配線33は、DRAM部の全てのビットを接続するように配線されており、周辺ロジック部は通常の配線として用いるものである。
そして、図2(b)にて2層目の配線22の形成において、窒化膜20を堆積し、その上に酸化膜21を堆積し、これらをエッチングした後、配線22を形成する。この配線22は、DRAM部はビットラインとして形成され、DRAM部周辺にキャパシタ上部電極のコンタクト配線が存在する(図示せず)。周辺ロジック部は、従来どおり配線として利用する。
なお、今回は、Cu配線での構造を例としたが、Al配線でも形成することは可能である。
【0011】
実施の形態1によれば、このような製造方法をとることにより、キャパシタ上部電極のマスクを省略することができる。
また、キャパシタを埋め込むためキャパシタ上部電極とコンタクトとのショートマージンを多くとることが可能となるため、マージンが上がる。
さらに、コンタクト形成時に層間絶縁膜を堆積しないため、コンタクト深さを浅くすることができ、コンタクトエッチングも容易になる。
また、キャパシタ上部電極を埋め込むため、キャパシタ上部電極膜厚分の段差が緩和され、コンタクト形成以降の写真製版マージンも向上する。
このような製造方法で製造することにより、キャパシタが埋め込まれ、その後形成される配線レイヤにて各ビットと接続する構造とすることができる。
【0012】
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
図5は、図4のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【0013】
図4(a)は、実施の形態1の図1(a)と同じである。
次に、図4(b)のように、層間絶縁膜23(第三の絶縁膜)を堆積し(第七の工程)、コンタクトを形成し、実施の形態1と同じくW−プラグ26を形成する。
次に、図5(a)のように、実施の形態1と同じく、1層目の配線33を形成する。このとき配線33は、DRAM部のビットラインコンタクト部はPADとして、キャパシタ上部電極部への配線は、DRAM全てのビットを接続するように配線されており、周辺ロジック部は通常の配線として用いるものである。
そして、図5(b)のように、2層目の配線22以降も実施の形態1と同じく形成する。
【0014】
実施の形態2によれば、このような製造方法をとることにより、キャパシタ上部電極のマスクを省略することができる。
また、キャパシタを埋め込むため、キャパシタ上部電極とコンタクトとのショートマージンが多くとることが可能となるため、マージンが上がる。
また、キャパシタ上部電極を埋め込むため、キャパシタ上部電極膜厚分の段差が緩和され、コンタクト形成以降の写真製版マージンも向上する。
さらに、コンタクト層間絶縁膜を堆積することで、実施の形態1では、直接キャパシタ上部電極がコンタクト形成時にレジストにふれ、レジスト除去時に電極がさらされるが、そのようなことはなくなる。
また、実施の形態1と同じような特徴を持った構造となる。
【0015】
実施の形態3.
図6は、この発明の実施の形態3によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
図7は、図6のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【0016】
実施の形態3では、実施の形態1と同様にして、DRAMキャパシタ下部電極12を形成する。
次に、図6(a)にて、キャパシタ上部電極材料であるTiNを堆積し、エッチバックまたはCMPにてエッチングし、キャパシタ内部を埋め込む(第八の工程)。次に、図6(b)にて、コンタクトをDRAM部ビットラインコンタクト部、周辺ロジック部に形成し、金属膜プラグにてプラグ25を形成する。
次に、図7(a)にて、窒化膜31、酸化膜32を堆積し、Cu配線33となるパターンをドライエッチにて形成、Cuを埋め込み、CMPを行い、配線33を形成する。ここでのCu配線33の形成は、従来衆知の製造方法を用いるものである。この配線33は、DRAM部のビットラインコンタクト部はPADとして、キャパシタ上部電極部への配線はDRAM全てのビットを接続するように配線されており、周辺ロジック部は通常の配線として用いるものである。
そして、図7(b)にて、2層目の配線22の形成において、窒化膜20を堆積し、その上に酸化膜21を堆積し、これらをエッチングした後、配線22を形成する。この配線22は、DRAM部はビットラインとして形成され、DRAM部周辺にキャパシタ上部電極のコンタクト配線が存在する(図示せず)。周辺ロジック部は、従来どおり配線として利用する。
なお、今回は、Cu配線での構造を例としたが、Al配線でも形成することは可能である。
【0017】
実施の形態3によれば、このような製造方法をとることにより、実施の形態1と同じ効果が得られる。
【0018】
実施の形態4.
図8は、この発明の実施の形態4によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
図9は、図8のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
図10は、この発明の実施の形態4によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【0019】
図8(a)は、実施の形態3の図6(a)と同じである。この後、図8(b)にて層間絶縁膜23を堆積し(第七の工程)、コンタクトを形成し、実施の形態3と同じくプラグ25を形成する。
次に、図9(a)に示されるように、実施の形態3と同じく1層目の配線33を形成する。このとき配線33は、DRAM部のビットラインコンタクト部はPADとして、キャパシタ上部電極部への配線はDRAM全てのビットを接続するように配線されており、周辺ロジック部は通常の配線として用いるものである。
そして、図9(b)に示されるように、2層目の配線22以降も実施の形態3と同じく形成する。
【0020】
実施の形態4によれば、このような製造方法をとることにより、実施の形態2と同様の効果が得られる。
【0021】
実施の形態5.
図10は、この発明の実施の形態5によるDRAM混載半導体集積回路装置の構造を示す断面図である。
図10において、1〜8、10、12、14、20〜22、31〜33は図9におけるものと同一のものである。図10では、酸化膜21上に窒化膜34が堆積され、窒化膜34上に酸化膜35が堆積され、これらをエッチングした後、3層目の配線36を形成している。
実施の形態1〜実施の形態4では、DRAM部のキャパシタ上部電極を周辺ロジック部の1層目の配線工程で、ビットラインを2層目の配線工程で形成しているが、図10に示すように、DRAM部のキャパシタ上部電極を周辺ロジック部の2層目の配線工程で、ビットラインを3層目の配線工程で形成してもよく、さらに、パターンレイアウト上許す限り、如何なる配線層をキャパシタ上部電極、ビットラインに使用してもよい。
【0022】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、半導体基板上にDRAM部及び周辺ロジック部を形成するDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法において、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、半導体基板にソース・ドレイン注入層を形成する第一の工程、ゲート電極を含む半導体基板上に第一の窒化膜及びこの第一の窒化膜上に第一の層間絶縁膜を堆積し、第一の窒化膜及び第一の層間絶縁膜を貫通してソース・ドレイン注入層に達する第一のコンタクトホールを形成し、第一のコンタクトホール内に第一のプラグを形成する第二の工程、第一のプラグが形成された半導体基板上に第二の窒化膜及びこの第二の窒化膜上に第二の層間絶縁膜を堆積し、堆積された第二の窒化膜及び第二の層間絶縁膜のキャパシタ形成部を第一のプラグに達するようにエッチングして、エッチングされたキャパシタ形成部に第一の導電膜を堆積し、堆積された第一の導電膜を全面エッチバックして、キャパシタ形成部の側壁及び底部に第一の導電膜を残すことによりキャパシタ下部電極を形成する第三の工程、キャパシタ下部電極上に誘電体膜及びこの誘電体膜上に第二の導電膜を堆積し、堆積された第二の導電膜をエッチバックまたはCMPによりキャパシタ形成部の側壁及び底部にのみキャパシタ上部電極を形成する第四の工程、第二の窒化膜及び第二の層間絶縁膜を貫通して第一のプラグに達する第二のコンタクトホールをビットラインコンタクト部に形成し、第二のコンタクトホール内に第二のプラグを形成する第五の工程、及びこの第五の工程の後、第二の層間絶縁膜の上部に、DRAM部の全てのキャパシタ上部電極を接続する配線を絶縁膜を介して形成する第六の工程を含むので、キャパシタを埋め込むためキャパシタ上部電極とコンタクトとのショートマージンを多くとることが可能となると共に、キャパシタ上部電極を埋め込むため、キャパシタ上部電極膜厚分の段差が緩和される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
【図2】図1のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【図3】この発明の実施の形態1によるDRAM混載半導体集積回路装置の配線構造を示す上面図である。
【図4】この発明の実施の形態2によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
【図5】図4のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【図6】この発明の実施の形態3によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
【図7】図6のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【図8】この発明の実施の形態4によるDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
【図9】図8のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【図10】この発明の実施の形態5によるDRAM混載半導体集積回路装置の構造を示す断面図である。
【図11】従来のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。
【図12】図11のDRAM混載半導体集積回路装置の製造工程の次の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板、2 素子分離酸化膜、3 ゲート電極、4 絶縁膜、
5 ソース・ドレイン注入層、6 窒化膜、7 層間絶縁膜、8 プラグ、
10 窒化膜、11 層間絶縁膜、12 キャパシタ下部電極、
14 キャパシタ上部電極、18 コンタクト、20 窒化膜、21 酸化膜、
22 配線、23 層間絶縁膜、25 プラグ、26 W−プラグ、
27 キャパシタ、28 キャパシタ上部電極用配線(配線レイヤ)、
29 ビットラインコンタクト、
30 コンタクト用受けパッド(配線レイヤ)、31 窒化膜、32 酸化膜、
33 配線、34 窒化膜、35 酸化膜、36 配線。
Claims (4)
- 半導体基板上にDRAM部及び周辺ロジック部を形成するDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法において、上記半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、上記半導体基板にソース・ドレイン注入層を形成する第一の工程、上記ゲート電極を含む上記半導体基板上に第一の窒化膜及びこの第一の窒化膜上に第一の層間絶縁膜を堆積し、上記第一の窒化膜及び上記第一の層間絶縁膜を貫通して上記ソース・ドレイン注入層に達する第一のコンタクトホールを形成し、上記第一のコンタクトホール内に第一のプラグを形成する第二の工程、上記第一のプラグが形成された半導体基板上に第二の窒化膜及びこの第二の窒化膜上に第二の層間絶縁膜を堆積し、上記堆積された上記第二の窒化膜及び上記第二の層間絶縁膜のキャパシタ形成部を上記第一のプラグに達するようにエッチングして、上記エッチングされたキャパシタ形成部に第一の導電膜を堆積し、上記堆積された第一の導電膜を全面エッチバックして、上記キャパシタ形成部の側壁及び底部に上記第一の導電膜を残すことによりキャパシタ下部電極を形成する第三の工程、上記キャパシタ下部電極上に誘電体膜及びこの誘電体膜上に第二の導電膜を堆積し、上記堆積された第二の導電膜をエッチバックまたはCMPにより上記キャパシタ形成部の側壁及び底部にのみキャパシタ上部電極を形成する第四の工程、上記第二の窒化膜及び上記第二の層間絶縁膜を貫通して上記第一のプラグに達する第二のコンタクトホールをビットラインコンタクト部に形成し、上記第二のコンタクトホール内に第二のプラグを形成する第五の工程、及びこの第五の工程の後、上記第二の層間絶縁膜の上部に、上記DRAM部の全てのキャパシタ上部電極を接続する配線を絶縁膜を介して形成する第六の工程を含むことを特徴とするDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法。
- 上記第四の工程の後に、上記第二の層間絶縁膜及びキャパシタ上部電極上に第三の層間絶縁膜を形成する第七の工程を含み、上記第五の工程で形成される第二のコンタクトホールは、上記第七の工程により形成された上記第三の層間絶縁膜を貫通するように形成されることを特徴とする請求項1記載のDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法。
- 半導体基板上にDRAM部及び周辺ロジック部を形成するDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法において、上記半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、上記半導体基板にソース・ドレイン注入層を形成する第一の工程、上記ゲート電極を含む上記半導体基板上に第一の窒化膜及びこの第一の窒化膜上に第一の層間絶縁膜を堆積し、上記第一の窒化膜及び第一の層間絶縁膜を貫通して上記ソース・ドレイン注入層に達する第一のコンタクトホールを形成し、上記第一のコンタクトホール内に第一のプラグを形成する第二の工程、上記第一のプラグが形成された半導体基板上に第二の窒化膜及びこの第二の窒化膜上に第二の層間絶縁膜を堆積し、上記堆積された第二の窒化膜及び上記第二の層間絶縁膜のキャパシタ形成部を上記第一のプラグに達するようにエッチングして、上記エッチングされたキャパシタ形成部に第一の導電膜を堆積し、上記堆積された第一の導電膜を全面エッチバックして、上記キャパシタ形成部の側壁及び底部に上記第一の導電膜を残すことによりキャパシタ下部電極を形成する第三の工程、上記キャパシタ下部電極上に誘電体膜及びこの誘電体膜上に第二の導電膜を堆積し、上記堆積された第二の導電膜をエッチバックまたはCMPにより上記キャパシタ形成部を埋めるようにキャパシタ上部電極を形成する第八の工程、上記第二の窒化膜及び上記第二の層間絶縁膜を貫通して上記第一のプラグに達する第二のコンタクトホールをビットラインコンタクト部に形成し、上記第二のコンタクトホール内に第二のプラグを形成する第五の工程、及びこの第五の工程の後、上記第二の層間絶縁膜の上部に、上記DRAM部の全てのキャパシタ上部電極を接続する配線を絶縁膜を介して形成する第六の工程を含むことを特徴とするDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法。
- 上記第八の工程の後に、上記第二の層間絶縁膜及びキャパシタ上部電極上に第三の層間絶縁膜を形成する第七の工程を含み、上記第五の工程で形成される第二のコンタクトホールは、上記第七の工程により形成された上記第三の層間絶縁膜を貫通するように形成されることを特徴とする請求項3記載のDRAM混載半導体集積回路装置の製造方法。
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