JP2013258185A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、コンタクトプラグ間の抵抗値のばらつきを抑制可能になると共に、隣接するコンタクトプラグ間の短絡（ショート）を抑制可能な半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】コンタクトホールの形成領域に対応する第１の面の周囲に位置する層間絶縁膜に凹部を形成し、次いで、凹部にポリシリコン膜を埋め込むことで、ポリシリコン膜よりなり、かつ層間絶縁膜に埋設されたコンタクトホール形成用マスクを形成し、次いで、コンタクトホール形成用マスクを介した異方性エッチングにより、層間絶縁膜に半導体基板の主面を露出するコンタクトホールを形成し、次いで、コンタクトホールを導電膜で埋め込んだ後、少なくとも凹部の底面よりも上方に配置された導電膜、及びコンタクトホール形成用マスクを除去することで、コンタクトホールに該導電膜よりなるコンタクトプラグを形成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

従来、配線やコンタクトホールを形成する際には、エッチング用マスクとしてハードマスクが用いられている。
ハードマスクは、該ハードマスクの母材となる膜上にパターニングされたフォトレジスト膜を形成し、該フォトレジスト膜をマスクとするドライエッチングにより、該フォトレジスト膜のパターンを転写することで形成する。
この際、ドライエッチングの条件を調整することで、ハードマスクに転写されるパターンの寸法を調整することが可能である。

特許文献１には、半導体基板上に、ゲート酸化膜、ポリシリコン膜、及び窒化膜を順次形成し、次いで、窒化膜上にパターニングされ、かつアモルファスカーボン膜（アルファカーボン膜）よりなるハードマスクを形成し、次いで、該ハードマスクをマスクとして窒化膜、ポリシリコン膜、及びゲート酸化膜をエッチングすることで、ポリゲートを形成する技術が開示されている。

また、特許文献２には、ポリシリコン膜よりなるハードマスクを用いることが開示されている。

特開２００６−３３２５８４号公報 特開２００６−１９０９３９号公報

ところで、近年の半導体装置の微細化の進展に伴い、層間絶縁膜（シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜））に、ドライエッチングにより、上記ハードマスクを使用して密集したコンタクトホールを形成する場合、該ハードマスクのうち、コンタクトホール間の最小分離幅に位置する部分が、エッチングされてコンタクトホールの形成完了時点まで耐えることが困難となり、最小分離幅に位置するハードマスクが曲がったり、切断されたりしてしまう恐れがあった。

このように、最小分離幅に位置するハードマスクが曲がると、コンタクトホールの径がばらつくため、コンタクトホールに形成されるコンタクトプラグと、コンタクトプラグの下端と接続される導体（例えば、半導体基板に形成された不純物拡散領域）との間のコンタクト抵抗が変動するという問題や、コンタクトホールが該導体の上面に到達しない（つまり、開口不良）という問題が発生してしまう。

また、最小分離幅に位置するハードマスクが切断された場合には、隣接するコンタクトプラグが導通して短絡（ショート）してしまう。

ドライエッチング時における上記ハードマスクの曲がりを抑制する手段として、ハードマスクの厚さ（言い換えれば、ハードマスクの母材となる膜の厚さ）を薄くすることが考えられる。

ところで、特許文献１に記載のアモルファスカーボン膜を母材とし、かつ複数のコンタクトホール形成用開口部を有したハードマスクを用いてコンタクトホールを形成する場合において、アモルファスカーボン膜の厚さを薄くすると、アモルファスカーボン膜が層間絶縁膜（シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜））に対するエッチング選択比が高くないため、コンタクトホールの形成が完了する前にハードマスクがなくなり、コンタクトホールを加工することが困難となる。

また、アモルファスカーボン膜は、薄膜での膜厚制御が難しいため、１００ｎｍ以下で制御良く成膜することが困難であり、薄膜化に適していない。
上記理由により、アモルファスカーボン膜よりなるハードマスクを用いて、５０ｎｍ以下の最小分離幅のコンタクトホールを形成することは困難であった。

一方、特許文献２に記載のポリシリコン膜は、層間絶縁膜（シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜））に対するエッチング選択比が高い。
ポリシリコン膜を母材とし、かつ複数のコンタクトホール形成用開口部を有したハードマスクを形成する場合、レジストマスクを介したエッチングにより、ポリシリコン膜をパターニングするが、レジストマスクがポリシリコン膜に対するエッチング選択比が高くなく、かつ最小分離幅となるポリシリコン膜上に形成されたレジストマスクの膜減りが他の部分よりも早い。

このため、最小分離幅となるポリシリコン膜上に形成されたレジストマスクの膜厚不足により、最小分離幅となるハードマスクが断線する恐れがあった。
言い換えれば、ハードマスクが断線することで、隣接するコンタクトプラグが導通して短絡（ショート）してしまう恐れがあった。

つまり、従来のコンタクトホールの形成方法では、コンタクトホールを密集させて形成すると、隣接するコンタクトプラグ間が導通して短絡（ショート）してしまうという問題があった。
この問題は、特に、コンタクトホールの最小分離幅を５０ｎｍ以下にした場合に顕著になる。

本発明の一観点によれば、半導体基板上に、コンタクトホールの形成領域に対応する第１の面、及び該第１の面の周囲に配置された第２の面を有する上面が平坦な面とされた層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜のうち、前記第２の面に対応する部分を掘り下げることで、前記第１の面の周囲に位置する前記層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、前記凹部にポリシリコン膜を埋め込むことで、該ポリシリコン膜よりなり、かつ前記層間絶縁膜に埋設されたコンタクトホール形成用マスクを形成する工程と、前記コンタクトホール形成用マスクを介した異方性エッチングにより、前記層間絶縁膜をエッチングすることで、前記半導体基板の主面を露出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を導電膜で埋め込む工程と、少なくとも前記凹部の底面よりも上方に配置された前記導電膜、及び前記コンタクトホール形成用マスクを除去することで、前記コンタクトホールに該導電膜よりなるコンタクトプラグを形成する工程と、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。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上に、コンタクトホールの形成領域に対応する第１の面、及び第１の面の周囲に配置された第２の面を有する上面が平坦な面とされた層間絶縁膜を形成し、次いで、層間絶縁膜のうち、第２の面に対応する部分を掘り下げることで、第１の面の周囲に位置する層間絶縁膜に凹部を形成し、次いで、凹部にポリシリコン膜を埋め込むことで、ポリシリコン膜よりなり、かつ層間絶縁膜に埋設されたコンタクトホール形成用マスクを形成することにより、コンタクトホール形成用マスクのうち、コンタクトホール間の最小分離幅に配置される部分の厚さを、他の部分と同じ厚さにすることが可能となる。

これにより、コンタクトホール形成用マスクを介した異方性エッチングにより、層間絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成した際、最小分離幅に配置されるコンタクトホール形成用マスクの断線を抑制可能になると共に、最小分離幅におけるコンタクト径のばらつきを抑制可能となる。

また、ポリシリコン膜は、層間絶縁膜（シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜））に対するエッチング選択比が高く、かつ技術的に薄膜化が可能な膜である。そのため、ポリシリコン膜の厚さを薄くすることで、最小分離幅に位置するハードマスクの曲がりを抑制することが可能となる。

したがって、上記方法により形成されたコンタクトホールを導電膜で埋め込み、その後、少なくとも凹部の底面よりも上方に配置された導電膜、及びコンタクトホール形成用マスクを除去して、コンタクトホールに導電膜よりなるコンタクトプラグを形成することにより、コンタクトプラグ間の抵抗値のばらつきを抑制できると共に、隣接するコンタクトプラグ間の短絡（ショート）を抑制できる。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１）である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その２）である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その３）である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その４）である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その５）である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その６）である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その７）である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その８）である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その９）である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１０）である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１１）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その２）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その３）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その４）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その５）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その６）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その７）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その８）である。 図１９Ａに示す構造体の平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その９）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１０）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１１）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１２）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１３）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１４）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１５）である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１６）である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体装置の寸法関係とは異なる場合がある。

（第１の実施の形態）
図１〜図１１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図１〜図１１では、所定の間隔で複数の導体パターン１３が形成された領域と、導体パターン１３が形成されていない領域と、の境界付近を図示している。
図１〜図１１を参照して、第１の実施の形態の半導体装置１０（図１１参照）の製造方法について説明する。

始めに、図１に示す工程では、周知の手法により、半導体基板１１の主面１１ａ上に、所定の方向に複数配列された導体パターン１３を形成する。
次いで、周知の手法により、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）よりなり、かつ複数の導体パターン１３の上面１３ａ及び側面１３ｂを覆う保護膜１４を形成する。保護膜１４は、後述する図９に示すコンタクトホール３２を形成する際、導体パターン１３がエッチングされることを防止する機能を有する。

次いで、周知の手法により、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を成膜し、その後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により、該シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を研磨することで、保護膜１４の上面１４ａよりも上方に平坦な上面１６ａを有し、かつ該シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）よりなる層間絶縁膜１６を形成する。

層間絶縁膜１６の上面１６ａは、コンタクトホール３２（図９参照）の形成領域に対応する第１の面１６ｂと、第１の面１６ｂに囲まれて配置された（第１の面１６ｂの周囲に配置された）第２の面１６ｃと、第１の面１６ｂの周囲に配置され、かつ第２の面１６ｃよりも広い面積を有する第２の面１６ｄと、を有する。

次いで、図２に示す工程では、周知の手法により、層間絶縁膜１６上に第１の面１６ｂを覆う第１のレジスト膜１７を形成する。第１のレジスト膜１７は、異方性エッチングにより、コンタクトホール３２（図９参照）を形成する際のマスクとなる。

次いで、図３に示す工程では、周知の手法により、層間絶縁膜１６のうち、第２の面１６ｃ，１６ｄに対応する部分を掘り下げることで、第１の面１６ｂの周囲に位置する層間絶縁膜１６に凹部２１，２２を一括形成する。

具体的には、第１のレジスト膜１７をマスクとする異方性エッチング（例えば、ドライエッチング）により、層間絶縁膜１６に凹部２１，２２を形成する。
このとき、凹部２１は、層間絶縁膜１６のうち、第２の面１６ｃに対応する部分を掘り下げることで形成され、凹部２２は、層間絶縁膜１６のうち、第２の面１６ｄに対応する部分を掘り下げることで形成される。凹部２２は、凹部２１と比較して幅の広い凹部である。

この工程において、掘り下げられた第２の面１６ｃ，１６ｄは、保護膜１４の上面１４ａよりも上方に配置される。凹部２２の底面２２ａは、掘り下げられた第２の面１６ｄと一致している。
凹部２２の深さＤ_２（第１の面１６ｂを基準としたときの凹部２２の深さ）は、凹部２１の深さＤ_１（第１の面１６ｂを基準としたときの凹部２１の深さ）と等しい。
また、凹部２１，２２の深さＤ_１，Ｄ_２は、後述する図８に示すコンタクトホール形成用マスク２９の厚さＭ_１と等しい。

そこで、図３に示す工程では、コンタクトホール形成用マスク２９の厚さが所望の厚さとなるように、凹部２１，２２の深さＤ_１，Ｄ_２を調節するとよい。
つまり、コンタクトホール形成用マスク２９の厚さＭ_１（図８参照）を厚くしたい場合には、深さＤ_１，Ｄ_２が深くなるように凹部２１，２２を形成し、コンタクトホール形成用マスク２９の厚さＭ_１を薄くしたい場合には、深さＤ_１，Ｄ_２が浅くなるように凹部２１，２２を形成する。
後述する図９に示すコンタクトホール３２の深さが０．５μｍの場合、凹部２１，２２の深さＤ_１，Ｄ_２は、例えば、０．０８μｍとすることができる。

次いで、図４に示す工程では、図３に示す第１のレジスト膜１７を除去する。これにより、層間絶縁膜１６の第１の面１６ｂが露出される。

次いで、図５に示す工程では、周知の手法により、層間絶縁膜１６の上面側に、凹部２１，２２を埋め込む厚さで、ポリシリコン膜２４を成膜する。
このとき、凹部２１は幅の狭い溝であるため、凹部２１の上方に配置されたポリシリコン膜２４には、凹部２１の形状がほとんど転写されない。このため、凹部２１の上方に配置されたポリシリコン膜２４の上面２４ａには、ほとんど窪みが形成されない。

一方、凹部２２は、凹部２１と比較して幅がかなり広いため、凹部２２の形状が凹部２２の上方に形成されたポリシリコン膜２４に転写される。このため、凹部２２に形成されたポリシリコン膜２４の上面２４ａには、段差部２５が形成される。
ポリシリコン膜２４は、後述する図８に示すコンタクトホール形成用マスク２９の母材となる膜である。

次いで、図６に示す工程では、周知の手法により、ポリシリコン膜２４に転写された段差部２５が埋め込まれる厚さで、上面２７ａが平坦な面とされた第２のレジスト膜２７を形成する。
これにより、段差部２５に形成された第２のレジスト膜２７の厚さは、第１の面１６ｂ及び凹部２１の上方に形成された第２のレジスト膜２７の厚さよりも厚くなる。

次いで、図７に示す工程では、第２のレジスト膜２７をエッチバックすることで、第１の面１６ｂの上方に形成されたポリシリコン膜２４の上面２４ａを露出させる。
これにより、段差部２５に、第２のレジスト膜２７が残存すると共に、段差部２５に残存する第２のレジスト膜２７の上面２７ｂと第１の面１６ｂに配置されたポリシリコン膜２４の上面２４ａとが面一とされる。

段差部２５に残存する第２のレジスト膜２７は、後述する図８に示す工程において、異方性エッチングにより、第１の面１６ｂよりも上方に形成された不要なポリシリコン膜２４を除去する際、該第２のレジスト膜２７の直下に位置するポリシリコン膜２４がエッチングされることを防止する機能を有する。
つまり、段差部２５に残存する第２のレジスト膜２７は、上記異方性エッチングする際のエッチングマスクとして機能する。

次いで、図８に示す工程では、図７に示す凹部２２に残存する第２のレジスト膜２７をマスクとする異方性エッチングにより、第１の面１６ｂよりも上方に形成されたポリシリコン膜２４を除去することで、層間絶縁膜１６の複数の第１の面１６ｂを露出させる。
これにより、凹部２１，２２にのみポリシリコン膜２４が残存し、凹部２１，２２に、層間絶縁膜１６に埋設され、かつポリシリコン膜２４よりなるコンタクトホール形成用マスク２９（ハードマスク）が形成される。その後、残存する第２のレジスト膜２７を除去する。

このように、半導体基板１１上に、コンタクトホール３２（図９参照）の形成領域に対応する第１の面１６ｂ、及び第１の面１６ｂの周囲に配置された第２の面１６ｃ，１６ｄを有する上面１６ａが平坦な面とされた層間絶縁膜１６を形成し、次いで、層間絶縁膜１６のうち、第２の面１６ｃ，１６ｄに対応する部分を掘り下げることで、第１の面１６ａの周囲に位置する層間絶縁膜１６に凹部２１，２２を形成し、次いで、凹部２１，２２にポリシリコン膜２４を埋め込むことで、ポリシリコン膜２４よりなり、かつ層間絶縁膜１６に埋設されたコンタクトホール形成用マスク２９を形成することにより、コンタクトホール形成用マスク２９のうち、コンタクトホール３２間の最小分離幅に配置される部分の厚さを、他の部分と同じ厚さにすることが可能となる。

これにより、後述する図９に示す工程において、コンタクトホール形成用マスク２９を介した異方性エッチングにより、コンタクトホール３２を形成した際、最小分離幅に配置されるコンタクトホール形成用マスク２９の断線を抑制可能になると共に、最小分離幅におけるコンタクト径のばらつきを抑制可能となる。

また、ポリシリコン膜２４は、層間絶縁膜１６を構成するシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）に対するエッチング選択比が高く、かつ技術的に薄膜化が可能な膜であるため、ポリシリコン膜２４の厚さを薄くして、最小分離幅に位置するコンタクトホール形成用マスク２９の曲がりを抑制することが可能となる。
特に、上記コンタクトホール３２の形成方法は、コンタクトホール３２の最小分離幅が５０ｎｍ以下の場合に有効である。

次いで、図９に示す工程では、コンタクトホール形成用マスク２９を介した異方性エッチングにより、図８に示す第１の面１６ｂの下方に位置する層間絶縁膜１６をエッチングすることで、層間絶縁膜１６に、半導体基板１１の主面１１ａを露出するコンタクトホール３２を複数形成する。これにより、隣接する導電パターン１３間に、複数のコンタクトホール３２が形成される。

このとき、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）がエッチングされやすく、かつシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）がエッチングされにくいエッチング条件を用いることで、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）よりなる保護膜１４により、複数のコンタクトホール３２の位置が自己整合される。

次いで、図１０に示す工程では、周知の手法により、複数のコンタクトホール３２を導電膜３４で埋め込む。
具体的には、例えば、複数のコンタクトホール３２の内面に、コンタクトホール３２を埋め込まない厚さで、図示していない窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）を成膜し、次いで、該窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）の表面に、コンタクトホール３２を埋め込むように、図示していないタングステン膜（Ｗ膜）を成膜する。
これにより、複数のコンタクトホール３２を埋め込み、かつ窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）及びタングステン膜（Ｗ膜）よりなる導電膜３４が形成される。
この段階では、コンタクトホール形成用マスク２９の上面２９ａにも導電膜３４が形成される。

次いで、図１１に示す工程では、少なくとも層間絶縁膜１６の上面１６ａ（言い換えれば、凹部２２の底面２２ａ）よりも上方に配置された導電膜３４、及びコンタクトホール形成用マスク２９を除去することで、コンタクトホール３２に導電膜３４よりなるコンタクトプラグ３６を形成する。

具体的には、ＣＭＰ法により、導体パターン１３上に形成された保護膜１４の上面１４ａが露出するまで研磨を行い、保護膜１４の上面１４ａよりも上方に位置する層間絶縁膜１６及び導電膜３４と、コンタクトホール形成用マスク２９と、を除去することで、コンタクトホール３２内に、上面３６ａが保護膜１４の上面１４ａに対して面一とされたコンタクトプラグ３６を形成する。

このとき、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）よりなる保護膜１４が、研磨のストッパ膜として機能するため、コンタクトプラグ３６の深さ及び深さバラツキを制御することが可能となる。また、上記研磨後の層間絶縁膜１６の上面１６ｅは、保護膜１４の上面１４ａに対して面一となる。
これにより、第１の実施の形態の半導体装置１０が製造される。なお、コンタクトプラグ３６を形成後、コンタクトプラグ３６の上面と接続される配線（図示せず）を形成してもよい。

第１の実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板１１上に、コンタクトホール３２の形成領域に対応する第１の面１６ｂ、及び第１の面１６ｂの周囲に配置された第２の面１６ｃ，１６ｄを有する上面１６ａが平坦な面とされた層間絶縁膜１６を形成し、次いで、層間絶縁膜１６のうち、第２の面１６ｃ，１６ｄに対応する部分を掘り下げることで、第１の面１６ａの周囲に位置する層間絶縁膜１６に凹部２１，２２を形成し、次いで、凹部２１，２２にポリシリコン膜２４を埋め込むことで、ポリシリコン膜２４よりなり、かつ層間絶縁膜１６に埋設されたコンタクトホール形成用マスク２９を形成することにより、コンタクトホール形成用マスク２９のうち、コンタクトホール３２間の最小分離幅に配置される部分の厚さを、他の部分と同じ厚さにすることが可能となる。

これにより、コンタクトホール形成用マスク２９を介した異方性エッチングにより、コンタクトホール３２を形成した際、最小分離幅に位置するコンタクトホール形成用マスク２９の断線を抑制可能になると共に、最小分離幅におけるコンタクト径のばらつきを抑制可能となる。

また、ポリシリコン膜２４は、層間絶縁膜１６を構成するシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）に対するエッチング選択比が高く、かつ技術的に薄膜化が可能な膜であるため、ポリシリコン膜２４の厚さを薄くして、最小分離幅に位置するコンタクトホール形成用マスク２９の曲がりを抑制することが可能となる。
特に、上記コンタクトホール３２の形成方法は、コンタクトホール３２の最小分離幅が５０ｎｍ以下の場合に有効である。

したがって、上記方法により形成されたコンタクトホール３２を導電膜３４で埋め込み、その後、ＣＭＰ法により、導体パターン１３の上方に形成された保護膜１４の上面１４ａが露出するまで研磨を行うことで、コンタクトホール３２内に導電膜３４よりなるコンタクトプラグ３６を形成することにより、コンタクトプラグ３６間の抵抗値のばらつきを抑制できると共に、隣接するコンタクトプラグ３６間の短絡（ショート）を抑制できる。

（第２の実施の形態）
図１２〜図１８、図１９Ａ、及び図２０〜図２７は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図１９Ｂは、図１９Ａに示す構造体の平面図である。
なお、図１９Ａでは、説明の便宜上、実際には、図１９Ｂに示すように、埋め込み型ゲート電極５８及びダミーゲート電極５９と交差するビット線７７を模式的に図示する。
また、図１９Ａでは、複数のビット線７７を図示することが困難なため、１つのビット線７７のみを図示したが、実際には、図１９Ｂに示すように、ビット線７７は、所定の方向（Ｙ方向）に所定の間隔で複数配列されている。

図１２〜図１８、図１９Ａ、図１９Ｂ、及び図２０〜図２７では、第２の実施の形態の半導体装置４０としてＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を製造する場合を例に挙げて以下の説明を行う。
また、図１２〜図１８、図１９Ａ、図１９Ｂ、及び図２０〜図２７では、ＤＲＡＭの構成要素のうち、メモリセル領域に形成されるメモリセル部４０−１のみを図示し、メモリセル部４０−１の周囲に位置する周辺回路領域（図示せず）に配置された周辺回路部の図示を省略する。
つまり、第２の実施の形態では、ＤＲＡＭを構成するメモリセル部４０−１の製造方法について説明する。

始めに、図１２に示す工程では、周知の手法により、半導体基板４１の主面４１ａに、素子分離領域（図示せず）を形成することで、所定の方向に延在する帯状活性領域４２を区画する。
半導体基板４１として、例えば、ｐ型単結晶シリコン基板を準備する。なお、以下の説明では、半導体基板４１としてｐ型単結晶シリコン基板を用いた場合を例に挙げる。

次いで、周知の手法により、半導体基板４１の主面４１ａ及び素子分離領域の上面（図示せず）に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）よりなり、複数の溝部４４Ａ，４４Ｂを有するエッチング用マスク４４を形成する。
溝部４４Ａ，４４Ｂは、帯状活性領域４２と交差する方向に延在すると共に、帯状活性領域４２の上面４２ａ（半導体基板４１の主面４１ａ）を露出している。
溝部４４Ｂは、溝部４４Ａと同じ形状とされており、２つの溝部４４Ａを両側から挟み込むように配置されている。

次いで、図１３に示す工程では、エッチング用マスク４４を介した異方性エッチング（具体的には、ドライエッチング）により、エッチング用マスク４４から露出された半導体基板４１及び素子分離領域（図示せず）をエッチングする。
これにより、半導体基板４１に、溝部４４Ａの下方に配置されたゲート電極用溝４６と、溝部４４Ｂの下方に配置されたダミーゲート電極用溝４７と、が一括形成される。

このとき、ゲート電極用溝４６及びダミーゲート電極用溝４７は、その深さが素子分離領域（図示せず）の深さよりも浅くなるように形成する。
また、図１２に示す帯状活性領域４２にダミーゲート電極用溝４７を形成することで、帯状活性領域４２が複数に分割されて、複数の活性領域４９が形成される。

次いで、図１４に示す工程では、周知の手法により、ゲート電極用溝４６の内面４６ａを覆うゲート絶縁膜５１と、ダミーゲート電極用溝４７の内面４７ａを覆うダミー用ゲート絶縁膜５２と、を一括形成する。
ゲート絶縁膜５１及びダミー用ゲート絶縁膜５２としては、例えば、単層のシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）、シリコン酸化膜を窒化した膜（ＳｉＯＮ膜）、積層されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を積層させた積層膜等を用いることができる。

次いで、周知の手法により、ゲート絶縁膜５１を介して、ゲート電極用溝４６の下部４６Ａを埋め込む第１及び第２の導電膜５５，５６よりなる埋め込み型ゲート電極５８と、ダミーゲート電極用溝４７の下部４７Ａを埋め込む第１及び第２の導電膜５５，５６よりなるダミーゲート電極５９と、を一括形成する。これにより、１つの活性領域４９に、２つの埋め込み型ゲート電極５８が形成される。

また、第１の導電膜５５としては、例えば、窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）を用いることができる。この場合、第２の導電膜５６としては、例えば、タングステン膜（Ｗ膜）を用いることができる。

次いで、図１５に示す工程では、周知の手法により、ゲート電極用溝４６の上部４６Ｂ（埋め込み型ゲート電極５８の上面５８ａを含む）、ダミーゲート電極用溝４７の上部４７Ｂ（ダミーゲート電極５９の上面５９ａを含む）、及びエッチング用マスク４４を覆う第１のライナー膜６２（例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜））を形成する。
このとき、第１のライナー膜６２は、ゲート電極用溝４６及びダミーゲート電極用溝４７を埋め込まない厚さで形成する。

次いで、周知の手法により、第１のライナー膜６２を介して、ゲート電極用溝４６の上部４６Ｂ及びダミーゲート電極用溝４７の上部４７Ｂを埋め込む厚さとされた絶縁膜６３（例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜））を成膜する。
このとき、半導体基板４１の主面４１ａ（活性領域４９の上面４９ａ）よりも上方に、余分な絶縁膜６３が成膜される。

次いで、図１６に示す工程では、エッチバックにより、図１５に示す第１のライナー膜６２及び絶縁膜６３のうち、半導体基板４１の主面４１ａよりも上方に形成された余分な第１のライナー膜６２及び絶縁膜６３を除去することで、ゲート電極用溝４６の上部４６Ｂ及びダミーゲート電極用溝４７の上部４７Ｂのみに絶縁膜６３を残存させる。

これにより、第１のライナー膜６２を介して、ゲート電極用溝４６の上部４６Ｂ及びダミーゲート電極用溝４７の上部４７Ｂを埋め込み、絶縁膜６３よりなる埋め込み絶縁膜６５が形成される。
このとき、埋め込み絶縁膜６５の上面６５ａは、半導体基板４１の主面４１ａ（活性領域４９の上面４９ａ）に対して面一となる。

次いで、図１７に示す工程では、図１６に示すエッチング用マスク４４を除去することで、活性領域４９の上面４９ａを露出させる。
次いで、イオン注入法により、活性領域４９の上面４９ａに、ｎ型不純物（例えば、リン（Ｐ））をドープすることで、埋め込み型ゲート電極５８とダミーゲート電極５９との間に位置する活性領域４９に配置された第１の不純物拡散領域６７と、埋め込み型ゲート電極５８間に位置する活性領域４９に配置された第２の不純物拡散領域６８と、が一括形成される。

つまり、１つの活性領域４９に、上面６７ａが活性領域４９の上面４９ａと一致する２つの第１の不純物拡散領域６７と、上面６８ａが活性領域４９の上面４９ａと一致する１つの第２の不純物拡散領域６８と、が形成される。

これにより、１つの活性領域４９に、ゲート絶縁膜５１、埋め込み型ゲート電極５８、第１の不純物拡散領域６７、及び第２の不純物拡散領域６８を有するセルトランジスタ７１（選択トランジスタ）が２つ形成される。
また、第２の不純物拡散領域６８は、同一の活性領域４９に形成された２つのセルトランジスタ７１の共通の不純物拡散領域である。

次いで、図１８に示す工程では、周知の手法により、図１７に示す構造体の上面（具体的には、素子分離領域（図示せず）の上面、埋め込み絶縁膜６５の上面６５ａ、及び第１の不純物拡散領域６７の上面６７ａ）に、第２の不純物拡散領域６８の上面６８ａを露出するビットコン開口部７３Ａを有したビットコン用層間絶縁膜７３を形成する。
このとき、ビットコン用層間絶縁膜７３の母材としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を用いることができる。

次いで、図１９Ａに示す工程では、周知の手法により、ビットコン開口部７３Ａを埋め込むように配置され、下端が第２の不純物拡散領域６８の上面６８ａと接触するビットコンタクト７６と、ビットコン用層間絶縁膜７３の上面７３ａに配置され、かつビットコンタクト７６の上端と一体とされたビット線７７と、ビット線７７の上面７７ａを覆うキャップ絶縁膜７９（シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜））と、を一括形成する。
キャップ絶縁膜７９は、異方性エッチングにより、ビット線７７を形成する際、エッチングマスクとして機能する。
また、ビット線７７は、ビットコンタクト７６を介して、第１の不純物拡散領域６７と電気的に接続される。

また、図１９Ａに示す工程では、図１９Ｂに示すように、埋め込み型ゲート電極５８及びダミーゲート電極５９の延在方向であるＸ方向に対して交差（図１９Ｂの場合は、直交）するＹ方向に延在する導電パターンであるビット線７７（第１の実施の形態で説明した導電パターン１３に相当する）が複数形成される。複数のビット線７７は、Ｙ方向に対して所定の間隔で配置されている。

なお、半導体装置４０の微細化が進展すると、ビット線７７が狭ピッチで形成されるため、コンタクトホール９３（図２２参照）が形成されるビット線７７間の間隔も狭くなる。

ビットコンタクト７６の母材としては、例えば、ポリシリコン膜を用いることができる。また、ビット線７７の母材としては、例えば、ポリシリコン膜と、窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）と、タングステン膜（Ｗ膜）と、を順次積層させた積層膜を用いることができる。

次いで、周知の手法により、キャップ絶縁膜７９の側面（側壁）及びビット線７７の側面（側壁）を覆うサイドウォール８１を形成する。サイドウォール８１の母材としては、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を用いることができる。
これにより、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を母材とし、かつキャップ絶縁膜７９及びサイドウォール８１よりなる保護膜８３（第１の実施の形態で説明した保護膜１４に相当する）が形成される。

次いで、図２０に示す工程では、周知の手法により、ビットコン用層間絶縁膜７３の上面７３ａに、キャップ絶縁膜７９の上面７９ａに対して略面一とされた上面８５ａを有し、かつサイドウォール８１の側面（側壁）を覆う第１の層間絶縁膜８５を形成する。

具体的には、以下の方法により、第１の層間絶縁膜８５を形成する。始めに、図１９Ａに示す構造体上に、キャップ絶縁膜７９及びサイドウォール膜８１を覆うように、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法により、第１の層間絶縁膜８５の母材となる塗布系絶縁膜（シリコン酸化膜）を塗布する。該塗布系絶縁膜を形成する際には、ポリシラザンを含有した塗布液を用いるとよい。

次いで、熱処理を行なうことで、該塗布系絶縁膜の膜質を緻密にし、その後、ＣＭＰ法により、キャップ絶縁膜７９上に塗布系絶縁膜（シリコン酸化膜）が残存するように、塗布系絶縁膜（シリコン酸化膜）を研磨して平坦化することで、平坦な上面８５ａを有し、かつ塗布系絶縁膜（シリコン酸化膜）よりなる第１の層間絶縁膜８５を形成する。
このとき、キャップ絶縁膜７９上に残存させる第１の層間絶縁膜８５の厚さが、後述する図２１に示すコンタクトホール形成用マスク９１の厚さＭ_２よりも厚くなるようにする。

第１の層間絶縁膜８５の上面８５ａは、コンタクトホール９３（図２２参照）の形成領域に対応する第１の面８５ｂ（第１の実施の形態の図１に示す第１の面１６ｂに相当する面）と、第１の面８５ｂの周囲に位置するメモリセル領域に配置され、かつコンタクトホール９３が形成されない第２の面８５ｃ（第１の実施の形態の図１に示す第２の面１６ｃに相当する面）と、図示していない周辺回路領域に配置され、かつコンタクトホール９３が形成されない第２の面（第１の実施の形態の図１に示す第２の面１６ｄに相当する面）と、を有する。

次いで、図２１に示す工程では、第１の実施の形態で説明した図２〜図８に示す工程と同様な処理を行う。
具体的には、第１の面８５ｂを覆う第１のレジスト膜（図示せず）を形成し、次いで、第１の面８５ｂを覆う第１のレジスト膜（図示せず）を介した異方性エッチングにより、第１の層間絶縁膜８５のうち、メモリセル領域に配置された第２の面８５ｃ（図２０参照）に対応する部分及び周辺回路領域の第２の面（図示せず）に対応する部分を掘り下げる。

これにより、第１の面８５ｂの周囲に位置する第１の層間絶縁膜８５に凹部８７を形成すると共に、周辺回路領域に凹部８７よりも幅の広い凹部（図示せず）を形成する。凹部８７の底面８７ａは、掘り下げられた第２の面８５ｃと一致している。
なお、後述する図２２に示すコンタクトホール９３の深さが０．５μｍの場合、凹部８７の深さＤ_３は、例えば、０．０８μｍとすることができる。

次いで、メモリセル領域に形成された凹部８７及び周辺回路領域に形成された凹部（図示せず）を埋め込む厚さで、ポリシリコン膜８９を成膜する。
つまり、メモリセル領域及び周辺回路領域を覆うポリシリコン膜８９を形成する。

次いで、ポリシリコン膜８９上に、上面が平坦な面とされた第２のレジスト膜（図示せず）を形成する。次いで、エッチバックにより、該第２のレジスト膜をエッチングすることで、キャップ絶縁膜７９の上方に形成されたポリシリコン膜８９の上面を露出させる。
これにより、周辺回路領域に形成された凹部（図示せず）には、第２のレジスト膜（図示せず）が残存する。

次いで、周辺回路領域の凹部（図示せず）に残存する第２のレジスト膜をエッチングマスクとする異方性エッチング（例えば、ドライエッチング）により、第１の層間絶縁膜８５の第１の面８５ｂよりも上方に配置されたポリシリコン膜８９を除去し、その後、第２のレジスト膜（図示せず）を除去する。

これにより、メモリセル領域に配置された凹部８７及び周辺回路領域に配置された凹部（図示せず）を埋め込むポリシリコン膜８９（言い換えれば、第１の層間絶縁膜８５に埋設されたポリシリコン膜８９）よりなるコンタクトホール形成用マスク９１が形成される。
コンタクトホール形成用マスク９１は、第１の層間絶縁膜８５が有する複数の第１の面８５ｂを露出している。

次いで、図２２に示す工程では、コンタクトホール形成用マスク９１を介した異方性エッチング（具体的には、ドライエッチング）により、図２１に示す第１の面８５ｂの下方に位置する第１の層間絶縁膜８５をエッチングすることで、第１の不純物拡散領域６７の上面６７ａ（半導体基板４１の主面４１ａ）を露出し、かつ隣接するビット線７７間に配置されたコンタクトホール９３を複数形成する。
このとき、コンタクトホール９３は、第１の不純物拡散領域６７の上面６７ａの他に、埋め込み絶縁膜６５の上面６５ａの一部、及びサイドウォール８１の側面（側壁）を露出する。

また、コンタクトホール９３を形成する際のドライエッチングの条件としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）がエッチングされやすく、かつシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）がエッチングされにくいエッチング条件を用いるとよい。
これにより、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）よりなる保護膜８３がエッチングストッパ膜として機能するため、保護膜８３により複数のコンタクトホール９３の位置を自己整合することができる。

次いで、図２３に示す工程では、第１の実施の形態で説明した図１０に示す工程と同様な処理を行うことで、複数のコンタクトホール９３を導電膜９４で埋め込む。
この段階では、コンタクトホール形成用マスク９１の上面９１ａにも導電膜９４が形成される。

次いで、図２４に示す工程では、ＣＭＰ法により、図２３に示すコンタクトホール形成用マスク９１、キャップ絶縁膜７９の上面７９ａよりも上方に配置された導電膜９４、及びキャップ絶縁膜７９の上面７９ａよりも上方に配置された第１の層間絶縁膜８５を除去することで、複数のコンタクトホール９３内のみに導電膜９４を残存させる。

これにより、複数のコンタクトホール９３に、導電膜９４よりなり、下端が第１の不純物拡散領域６７の上面６７ａと接触し、かつ上面９６ａがキャップ絶縁膜７９の上面７９ａに対して面一とされた容量コンタクトプラグ９６が形成される。
この段階において、図２４に示す構造体の上面は、平坦な面とされる。つまり、ＣＭＰ処理後の第１の層間絶縁膜８５の上面８５ｄは、キャップ絶縁膜７９の上面７９ａ及び容量コンタクトプラグ９６の上面９６ａに対して面一となる。

このように、半導体基板４１の主面４１ａに配置されたビットコン用層間絶縁膜７３上にビット線７７を形成し、次いで、ビット線７７の上面７７ａ及び側面に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）よりなる保護膜８３（キャップ絶縁膜７９及びサイドウォール８１により構成された膜）を形成し、次いで、コンタクトホール９３の形成領域に対応する第１の面８５ｂ、及び第１の面８５ｂの周囲に位置するメモリセル領域に配置され、かつコンタクトホール９３が形成されない第２の面８５ｃを有する上面８５ａが平坦な面とされた第１の層間絶縁膜８５を形成し、次いで、第１の層間絶縁膜８５のうち、第２の面８５ｃに対応する部分を掘り下げることで、第１の面８５ｂの周囲に位置する第１の層間絶縁膜８５に凹部８７を形成し、その後、凹部８７にポリシリコン膜８９を埋め込むことで、ポリシリコン膜８９よりなり、かつ第１の層間絶縁膜８５に埋設されたコンタクトホール形成用マスク９１（ハードマスク）を形成することにより、コンタクトホール形成用マスク９１のうち、コンタクトホール９３間の最小分離幅に配置される部分の厚さを、他の部分と同じ厚さにすることが可能となる。

これにより、コンタクトホール形成用マスク９１を介した異方性エッチングにより、コンタクトホール９３を形成した際、最小分離幅に配置されるコンタクトホール形成用マスク９１の断線を抑制可能になると共に、最小分離幅におけるコンタクト径のばらつきを抑制可能となる。

また、ポリシリコン膜８９は、第１の層間絶縁膜８５を構成するシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）に対するエッチング選択比が高く、かつ技術的に薄膜化が可能な膜であるため、ポリシリコン膜８９の厚さを薄くして、最小分離幅に位置するコンタクトホール形成用マスク９１の曲がりを抑制することが可能となる。
特に、上記コンタクトホール９３の形成方法は、コンタクトホール９３の最小分離幅が５０ｎｍ以下の場合に有効である。

したがって、上記方法により形成されたコンタクトホール９３を導電膜９４で埋め込み、その後、ＣＭＰ法により、ビット線７７の上方に形成されたキャップ絶縁膜７９の上面７９ａが露出するまで研磨を行うことで、コンタクトホール９３内に導電膜９４よりなる容量コンタクトプラグ９６を形成することにより、容量コンタクトプラグ９６間の抵抗値のばらつきを抑制できると共に、隣接する容量コンタクトプラグ９６間の短絡（ショート）を抑制できる。

次いで、図２５に示す工程では、周知の手法により、第１の層間絶縁膜８５の上面８５ａに、容量コンタクトプラグ９６の上面９６ａの一部と接触する容量コンタクトパッド９８を形成する。容量コンタクトパッド９８は、１つの容量コンタクトプラグ９６に対して１つ形成する。
これにより、容量コンタクトパッド９８は、容量コンタクトプラグ９６を介して、第１の不純物拡散領域６７と電気的に接続される。

次いで、図２６に示す工程では、周知の手法により、キャップ絶縁膜７９の上面７９ａ、容量コンタクトプラグ９６の上面９６ａ、及び第１の層間絶縁膜８５の上面８５ａに、容量コンタクトパッド９８を覆うように、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）よりなるエッチングストッパ膜１０１を形成する。
これにより、エッチングストッパ膜１０１は、メモリセル領域及び周辺回路領域を覆うように配置される。

次いで、周知の手法により、エッチングストッパ膜１０１上に、図示していないシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を成膜する。該シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）の厚さは、例えば、厚さ１５００ｎｍとすることができる。
次いで、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術により、容量コンタクトパッド９８上に位置する該シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）及びエッチングストッパ膜１０１をエッチングすることで、容量コンタクトパッド９８の上面９８ａを露出するシリンダ孔（図示せず）を形成する。

次いで、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、該シリンダ孔の内面、及び容量コンタクトパッド９８の上面９８ａに、金属膜（例えば、窒化チタン膜（ＴｉＮ膜））を成膜することで、該金属膜よりなり、かつ王冠形状とされた下部電極１０３を形成する。

なお、第２の実施の形態では、一例として、容量コンタクトパッド９８を介して、容量コンタクトプラグ９６上に下部電極１０３を形成した場合を例に挙げて説明したが、容量コンタクトパッド９８を形成しないで、容量コンタクトプラグ９６上に直接下部電極１０３を形成してもよい。
また、下部電極１０３の撚れや倒れを防止する為に、下部電極１０３の中段又は上段付近に複数の下部電極１０３の外周部と接するように、窒化膜（例えば、シリコン窒化膜）よりなるサポート膜を形成してもよい。

次いで、ウエットエッチングにより、該シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を除去することで、エッチングストッパ膜１０１の上面１０１ａを露出させる。
このとき、エッチングストッパ膜１０１が、該ウエットエッチング時にストッパとして機能するため、エッチングストッパ膜１０１の下層に配置された第１の層間絶縁膜８５及びセルトランジスタ７１がエッチングされて損傷することを防止できる。

次いで、ＣＶＤ法またはＡＬＤ法により、エッチングストッパ膜１０１の上面１０１ａ、及び下部電極１０３の表面を覆う容量絶縁膜１０４を形成する。
具体的には、容量絶縁膜１０４は、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、或いはこれらの積層膜を成膜することで形成する。
このとき、容量絶縁膜１０４は、下部電極１０３の内部を埋め込まない厚さで形成する。

次いで、ＣＶＤ法またはＡＬＤ法により、容量絶縁膜１０４の表面を覆うように、容量絶縁膜１０４が形成された下部電極１０３の内部、及び下部電極１０３間に形成された隙間（空間）を埋め込む厚さで、上面１０５ａが平坦な面とされた上部電極１０５を形成する。
このとき、上部電極１０５は、上部電極１０５の上面１０５ａの位置が容量絶縁膜１０４よりも上方に配置されるように形成する。
これにより、各容量コンタクトパッド９８上に、下部電極１０３、容量絶縁膜１０４、及び上部電極１０５よりなるキャパシタ１０７が形成される。

次いで、図２７に示す工程では、上部電極１０５の上面１０５ａを覆う第２の層間絶縁膜１０８を形成する。具体的には、ＣＶＤ法により、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を成膜することで、該シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）よりなる第２の層間絶縁層１０８を形成する。
次いで、周知の手法により、第２の層間絶縁膜１０８に、上部電極１０５の上面１０５ａを露出する開口部１０９を形成し、その後、開口部１０９を埋め込む第１のビアプラグ１１１を形成する。

次いで、周知の手法により、第２の層間絶縁膜１０８の上面１０８ａに配置され、かつ第１のビアプラグ１１１の上端と接続された第１の配線１１３と、第２の層間絶縁膜１０８の上面１０８ａ及び第１の配線１１３の一部を覆うように配置された第３の層間絶縁膜１１５と、第１の配線１１３上に位置する第３の層間絶縁膜１１５を貫通するように配置された第２のビアプラグ１１８と、第３の層間絶縁膜１１５の上面１１５ａに配置され、かつ第２のビアプラグ１１８の上端と接続された第２の配線１２１と、を順次形成する。
これにより、第２の配線は、第２のビアプラグ１１８を介して、上部電極１０５と電気的に接続される。

その後、周知の手法により、第３の層間絶縁膜１１５の上面１１５ａに、第２の配線１２１を覆うパッシベーション膜１２２を形成する。
具体的には、パッシベーション膜１２２として、例えば、ポリイミド膜、ＰＳＧ膜、及びＳｉ_３Ｎ_４膜等を形成する。
これにより、図２７に示すように、メモリセル領域にメモリセル部４０−１が完成し、第２の実施の形態の半導体装置４０が製造される。

第２の実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板４１の主面４１ａに配置されたビットコン用層間絶縁膜７３上にビット線７７を形成し、次いで、ビット線７７の上面７７ａ及び側面に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）よりなる保護膜８３（キャップ絶縁膜７９及びサイドウォール８１により構成された膜）を形成し、次いで、コンタクトホール９３の形成領域に対応する第１の面８５ｂ、及び第１の面８５ｂの周囲に位置するメモリセル領域に配置され、かつコンタクトホール９３が形成されない第２の面８５ｃを有する上面８５ａが平坦な面とされた第１の層間絶縁膜８５を形成し、次いで、第１の層間絶縁膜８５のうち、第２の面８５ｃに対応する部分を掘り下げることで、第１の面８５ｂの周囲に位置する第１の層間絶縁膜８５に凹部８７を形成し、その後、凹部８７にポリシリコン膜８９を埋め込むことで、ポリシリコン膜８９よりなり、かつ第１の層間絶縁膜８５に埋設されたコンタクトホール形成用マスク９１（ハードマスク）を形成することにより、コンタクトホール形成用マスク９１のうち、コンタクトホール９３間の最小分離幅に配置される部分の厚さを、他の部分と同じ厚さにすることが可能となる。

これにより、コンタクトホール形成用マスク９１を介した異方性エッチングにより、コンタクトホール９３を形成した際、最小分離幅に配置されるコンタクトホール形成用マスク９１の断線を抑制可能になると共に、最小分離幅におけるコンタクト径のばらつきを抑制可能となる。

また、ポリシリコン膜８９は、第１の層間絶縁膜８５を構成するシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）に対するエッチング選択比が高く、かつ技術的に薄膜化が可能な膜であるため、ポリシリコン膜８９の厚さを薄くして、最小分離幅に位置するコンタクトホール形成用マスク９１の曲がりを抑制することが可能となる。
特に、上記コンタクトホール９３の形成方法は、コンタクトホール９３の最小分離幅が５０ｎｍ以下の場合に有効である。

したがって、上記方法により形成されたコンタクトホール９３を導電膜９４で埋め込み、その後、ＣＭＰ法により、ビット線７７の上方に形成されたキャップ絶縁膜７９の上面７９ａが露出するまで研磨を行うことで、コンタクトホール９３内に導電膜９４よりなる容量コンタクトプラグ９６を形成することにより、容量コンタクトプラグ９６間の抵抗値のばらつきを抑制できると共に、隣接する容量コンタクトプラグ９６間の短絡（ショート）を抑制できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、第２の実施の形態では、ＤＲＡＭの一例として、図２７に示す構造とされたＤＲＡＭを例に挙げて説明したが、本発明は、ビット線、容量コンタクトホール、及び容量コンタクトプラグを有するＤＲＡＭに適用可能であり、図２７に示す構造とされたＤＲＡＭに限定されない。

本発明は、半導体装置の製造方法に適用可能である。

１０，４０…半導体装置、１１，４１…半導体基板、１１ａ，４１ａ…主面、１３…導体パターン、１３ａ，１４ａ，１６ａ，１６ｅ，２４ａ，２７ａ，２７ｂ，２９ａ，３６ａ，４２ａ，４９ａ，５８ａ，５９ａ，６５ａ，６７ａ，６８ａ，７３ａ，７７ａ，７９ａ，８５ａ，８５ｄ，９１ａ，９６ａ，９８ａ，１０１ａ，１０５ａ，１０８ａ，１１５ａ…上面、１３ｂ…側面、１４，８３…保護膜、１６…層間絶縁膜、１６ｂ，８５ｂ…第１の面、１６ｃ，１６ｄ，８５ｃ…第２の面、１７…第１のレジスト膜、２１，２２，８７…凹部、２２ａ，８７ａ…底面、２４，８９…ポリシリコン膜、２５…段差部、２７…第２のレジスト膜、２９，９１…コンタクトホール形成用マスク、３２，９３…コンタクトホール、３４，９４…導電膜、３６…コンタクトプラグ、４０−１…メモリセル部、４２…帯状活性領域、４４…エッチング用マスク、４４Ａ，４４Ｂ…溝部、４６…ゲート電極用溝、４６ａ，４７ａ…内面、４６Ａ，４７Ａ…下部、４６Ｂ，４７Ｂ…下部、４７…ダミーゲート電極用溝、４９…活性領域、５１…ゲート絶縁膜、５２…ダミー用ゲート絶縁膜、５５…第１の導電膜、５６…第２の導電膜、５８…埋め込み型ゲート電極、５９…ダミーゲート電極、６２…第１のライナー膜、６３…絶縁膜、６５…埋め込み絶縁膜、６７…第１の不純物拡散領域、６８…第２の不純物拡散領域、７１…セルトランジスタ、７３…ビットコン用層間絶縁膜、７３Ａ…ビットコン開口部、７６…ビットコンタクト、７７…ビット線、７９…キャップ絶縁膜、８１…サイドウォール、８５…第１の層間絶縁膜、９６…容量コンタクトプラグ、９８…容量コンタクトパッド、１０１…エッチングストッパ膜、１０３…下部電極、１０４…容量絶縁膜、１０５…上部電極、１０７…キャパシタ、１０８…第２の層間絶縁膜、１０９…開口部、１１１…第１のビアプラグ、１１３…第１の配線、１１５…第３の層間絶縁膜、１１８…第２のビアプラグ、１２１…第２の配線、１２２…パッシベーション膜、Ｄ_１，Ｄ_２，Ｄ_３…深さ、Ｍ_１…厚さ

Claims (12)

1. 半導体基板上に、コンタクトホールの形成領域に対応する第１の面、及び該第１の面の周囲に配置された第２の面を有する上面が平坦な面とされた層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜のうち、前記第２の面に対応する部分を掘り下げることで、前記第１の面の周囲に位置する前記層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、
   前記凹部にポリシリコン膜を埋め込むことで、該ポリシリコン膜よりなり、かつ前記層間絶縁膜に埋設されたコンタクトホール形成用マスクを形成する工程と、
   前記コンタクトホール形成用マスクを介した異方性エッチングにより、前記層間絶縁膜をエッチングすることで、前記半導体基板の主面を露出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を導電膜で埋め込む工程と、
   少なくとも前記凹部の底面よりも上方に配置された前記導電膜、及び前記コンタクトホール形成用マスクを除去することで、前記コンタクトホールに該導電膜よりなるコンタクトプラグを形成する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記層間絶縁膜は、シリコン酸化膜を用いて形成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記層間絶縁膜を形成する工程の前に、前記半導体基板上に、前記第２の不純物拡散領域と電気的に接続され、かつ所定の方向に複数配列された導体パターンを形成する工程と、
   シリコン窒化膜よりなり、かつ複数の前記導体パターンの上面及び側面を覆う保護膜を形成する工程と、
   を有し、
   前記コンタクトホールを形成する工程では、前記導体パターン間に該コンタクトホールを形成することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記凹部を形成する工程は、前記層間絶縁膜上に前記第１の面を覆う第１のレジスト膜を形成する工程と、
   前記第１のレジスト膜をマスクとする異方性エッチングにより、前記層間絶縁膜に前記凹部を形成する工程と、
   前記凹部を形成後、前記第１のレジスト膜を除去する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記コンタクトホール形成用マスクを形成する工程は、前記層間絶縁膜の上面側に、前記凹部を埋め込む厚さで、前記ポリシリコン膜を成膜する工程と、
   前記ポリシリコン膜に転写された段差部が埋め込まれる厚さで、上面が平坦な面とされた第２のレジスト膜を形成する工程と、
   前記第２のレジスト膜をエッチバックすることで、前記第１の面の上方に形成された前記ポリシリコン膜の上面を露出させる工程と、
   前記凹部に残存する前記第２のレジスト膜をマスクとする異方性エッチングにより、前記第１の面よりも上方に形成された前記ポリシリコン膜を除去する工程と、
   前記ポリシリコン膜を除去する工程後に、前記第２のレジスト膜を除去する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記凹部を形成する工程では、前記コンタクトホール形成用マスクの厚さが所望の厚さとなるように、前記凹部の深さを調節することを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記コンタクトプラグを形成する工程では、ＣＭＰ法により、前記導体パターンの上方に形成された前記保護膜の上面が露出するまで研磨を行うことを特徴とする請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記層間絶縁膜を形成する工程の前に、前記半導体基板の主面に、前記コンタクトホールが露出する第１の不純物拡散領域と、第２の不純物拡散領域と、を形成する工程を有することを特徴とする請求項１ないし７のうち、いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記層間絶縁膜を形成する工程の前に、前記第１の不純物拡散領域が形成される領域と前記第２の不純物拡散領域が形成される領域との間に位置する前記半導体基板にゲート電極用溝を形成する工程と、
   ゲート絶縁膜を介して、前記ゲート電極用溝の下部を埋め込む、埋め込み型ゲート電極を形成する工程と、
   前記埋め込み型ゲート電極の上面を覆うように、前記ゲート電極用溝の上部を埋め込む、埋め込み絶縁膜を形成する工程と、
   前記第１の不純物拡散領域の上面及び前記埋め込み絶縁膜の上面に、前記第２の不純物拡散領域の上面を露出するビットコン開口部を有するビットコン用層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記ビットコン用層間絶縁膜上に、前記ビットコン開口部を埋め込む厚さで、複数の前記導体パターンの母材となる導電膜を形成する工程と、
   前記導電膜上に、前記導体パターンの上面に配置され、前記保護膜を構成するキャップ絶縁膜を形成する工程と、
   を有し、
   前記導体パターンを形成する工程では、前記キャップ絶縁膜をマスクとする異方性エッチングにより、前記導電膜をパターニングすることで、前記導体パターンとしてビット線を形成すると共に、前記ビットコン開口部に前記ビット線及び前記第２の不純物拡散領域と電気的に接続されたビットコンタクトを形成することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記層間絶縁膜を形成する工程の前に、前記ビット線の側面、及び前記キャップ絶縁膜の側面を覆い、かつ前記保護膜を構成するサイドウォールを形成する工程を有することを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記コンタクトプラグの上面と接触する容量コンタクトパッドを形成する工程を有し、
    前記コンタクトプラグを形成する工程では、前記コンタクトプラグとして容量コンタクトプラグを形成することを特徴とする請求項９または１０記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記容量コンタクトパッド上に、キャパシタを形成する工程を有することを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。

Images