JP2630312B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2630312B2 JP7249080A JP24908095A JP2630312B2 JP 2630312 B2 JP2630312 B2 JP 2630312B2 JP 7249080 A JP7249080 A JP 7249080A JP 24908095 A JP24908095 A JP 24908095A JP 2630312 B2 JP2630312 B2 JP 2630312B2
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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およびそ
の製造方法に係り、特に光露光法を用いて製造する場合
に好適な高集積メモリ半導体装置およびその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】半導体メモリの集積度は今や1メガビッ
トの時代に突入しており、4メガビットメモリも開発段
階にある。このような集積度向上を支えてきた技術は主
に微細パターン形成技術、すなわちリソグラフイとエッ
チング技術である。メモリの高集積化の目的の1つはビ
ット単価低減にある。そのためリソグラフイの手法とし
てもスループットの確保が重要である。このためスルー
プットが比較的高く、微細パターンが形成できる方法で
ある光学レンズを用いた縮小投影露光法が広く用いられ
ている。しかし光を用いているためレンズの解像度を増
すと焦点深度が浅くなり、結像対象となる面(基板面)
が平坦でないと解像不良を起こすという問題が縮小投影
露光法にある。
【0003】一方、素子構造に目を向けると構造は複雑
になり、また基板に形成された段差も大きくなってい
る。これは、例えばDRAMにおいては、α線に対する
ソフトエラー対策などのため一定容量以上のキャパシタ
を形成する必要があり、狭い領域内に容量の大きなキャ
パシタを形成するため積層キャパシタなどを用いるため
である。(このキャパシタを用いたセル構造を積層容量
型セル(STCセル)と呼ぶ) 基板段差は次の2つに大別される。1つはメモリセル内
にみられる密集した複雑な段差であり、もう1つはメモ
リセル部と周辺回路部に存在する平均的な段差(標高
差)である。後者はSTCメモリセルといった複雑な構
造を持つためメモリセル部は積層された層が多くその表
面の高さ(標高)も高くなるのに対し、周辺回路部は比
較的単純かつ密度の小さい構造であるためその表面の高
さもメモリセル部に比べ低くなるためである。
【0004】すでに述べたように縮小投影露光法では焦
点深度が浅いため基板表面を平坦にしなければならな
い。しかし、実際には上述のように基板には大きな段差
があるため焦点深度外になりしばしばパターン解像不良
が起こるまたは寸法精度が低下するという問題があっ
た。
【0005】従来、基板段差の問題を解決する方法とし
て多層レジスト法が考案されている。この方法は厚い有
機膜(BL:Bottom Layer)上にリソグラフイによりパ
ターンを形成し、そのパターンをエッチングによりBL
に転写し、BLを被加工基板のエッチングマスクとする
方法である。この方法は厚い有機膜(BL)による素子
表面段差の平坦化をねらった方法であるが、この方法が
有効な段差は密集した段差に限られ、メモリセルと周辺
回路のような大きな領域ごとに高さのレベルが異なる、
いわゆる“標高差”のある段差に対してはほとんど効果
がないという問題があった。
【0006】なお、多層レジスト法はたとえば特開昭5
1−107775に、またSTCセルは特公昭61−5
5258にそれぞれ示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はメモリ
セル部と直接周辺を含む周辺回路部間に生ずる段差な
ど、大きな領域ごとに平均高さの異なる段差については
配慮されていなかった。このため、この段差にともなう
レジストパターンの解像不良や寸法精度が低下するとい
った問題があり、良品の超高集積素子が得られなかっ
た。
【0008】本発明の目的は、積層キャパシタ構造の蓄
積容量を含む積層容量型メモリセル部と周辺回路部との
標高差の小さな半導体装置及びその製造方法を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は、積層キャパ
シタ構造の蓄積容量を含む積層容量型メモリセル部と周
辺回路部とを有する半導体装置において、周辺回路部に
ダミーパターンを形成することにより達成される。
【0010】周辺回路部にダミーパターンを形成するこ
とにより、周辺回路部の標高が高くなり、平均段差が緩
和される。このため、両領域とも露光装置の許容焦点深
度内におさめることができるので、上記問題を解決する
ことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例を用いて説
明する。
【0012】(実施例1)図1(a)に示すようにSi
基板1上に所望の形状を有するレジスト膜2を形成し
た。このレジスト膜2の開口部はメモリセルを形成する
領域3とした。次に図1(b)に示すようにレジストを
マスクとしてSiをドライエッチングした。本実施例で
はエッチング深さは約0.6μmとしたが、作る素子の
高さにより最適な値は異なる。その値はメモリセル部と
周辺回路部の仕上がり状態での平均的な高さの差(以後
“メモリセル−周辺回路間平均標高差”と呼ぶ)の1/
2である。したがって素子構造を考慮してエッチング深
さを設定することが望ましい。なお、ここでの“平均的
な高さ”とは占有面積で加重平均をとった高さのことで
ある。
【0013】その後図1(c)に示すようにレジスト膜
2を除去して、メモリセルを形成する領域がくぼんだS
i基板1′を作成した。その後熱酸化を行ない、ひき続
きウエットエッチングによって酸化膜除去を行なってS
i半導体面1′のダメージを回復させる。この工程は他
のダメージ回復法でもよい。また作る素子のドライエッ
チングダメージに対する耐性によってはこの工程を省く
こともできる。
【0014】その後図1(d)に示すように通常の方法
によって、メモリ回路4および周辺回路5を形成した。
ここでの周辺回路はデータドライバ,ワードドライバ,
センスアンプなど直接周辺回路を含む。本実施例で用い
たメモリセルは積層容量型セル(STCセル)であり、
“メモリセル−周辺回路間平均標高差”(図1(d)に
示した6)は約0.7μmである。メモリセル領域をく
ぼませない通常方法で作成した場合は約1.3μmであ
る。
【0015】本方法を用いた場合チップ全面にわたり
0.6μmライン&スペースパターンが解像可能であ
り、最小線幅0.6μmのパターンを用いて素子を形成
することができた。一方、メモリセル領域をくぼませな
い通常の方法で素子を形成した場合は多層レジス法を用
いても0.6μmライン&スペースパターンが解像しな
い場所があり、0.6μmのパターンを用いて良品を得
ることはできなかった。
【0016】なお、露光装置としてはレンズの開口数
(NA)が0.42、露光波長が365nm、像面歪が
約1.1μmの日立製作所製縮小投影露光装置RA10
1VLを用いたが、この装置に限らず本方法は有効であ
る。
【0017】またメモリセルもSTCに限らず、“メモ
リセル−周辺回路間平均標高差”がある場合には、本方
法は有効であった。
【0018】なお、本実施例ではSiのエッチングにド
ライエッチング法を用いたが、ヒドラジンのような結晶
面方位性を有するウエットエンチング法を用いることも
できる。
【0019】(実施例2)図2(a)に示すようにSi
基板21を熱酸化し、膜厚約50nmの酸化膜22を形
成した。その後CVD(Chemical Vapour Deposition)
法により膜厚約120nmの窒化膜23を形成した。そ
の後窒化膜23上にメモリセルを形成する領域24が開
口部となっているレジスト膜25を形成した。その後図
2(b)に示すようにレジスト膜25をマスクに窒化膜
23をエッチングし、メモリセルを形成する領域に開口
を有する窒化膜23′を形成した。レジストを除去した
後図2(c)に示すように酸化を行ない窒化膜23′の
開口部に約1.2μmの酸化膜26を形成した。しかる
後、窒化膜23′,酸化膜26および22を順次除去
し、図2(d)に示すようにメモリセルを形成する領域
24がくぼんだSi基板21′を形成した。しかる後、
実施例1と同様にメモリ素子および周辺回路素子を形成
したメモリLSIを作成した。
【0020】本方法を用いた場合は実施例1と要様の効
果があった上に、メモリセル部と周辺回路部がゆるやか
なスロープでつながれているため、配線の断線,エッチ
ング残りによる配線のショートといった問題も生じなか
った。
【0021】なお、酸化膜25の形成と除去をおのおの
1回行なうだけでなく、窒化膜23′を残した状態で複
数回路繰り返すとバーズビーク27がよりのびる。この
ため複数回繰り返すこの方法はメモリセル部と周辺回路
部間のスロープをよりゆるやかにすることができる効果
があった。
【0022】(実施例3)図3(a)に示すようにSi
基板31上にメモリセルを形成する領域32が開口部と
なっいるレジスト膜33を形成した。その後図3(b)
に示すようにレジスト膜33をマスクとしてSi基板3
1をエッチングし、メモリセルを形成する領域32がく
ぼんだSi基板31′を形成した。このときのエッチン
グ深さは約0.8μmとした。レジストを除去した後図
3(c)に示すように厚さ約2μmの有機膜34を塗布
し、約200℃の熱処理を行なって有機膜をフローさせ
た。有機膜34としてポジ型フォトレジストを用いた
が、これに限らずゴム系材料,ポリイミド膜,シリコー
ン樹脂あるいはポリサルフォン膜などを用いてもよい。
その後有機膜34とシリコン基板31′のエッチング速
度がほぼ等しいドライエッチングを用いて有機膜34が
なくなるまでエッチングし、図3(d)に示すようにく
ぼみを有するSi基板31″を形成した。このくぼみは
ゆるやかな側壁を有する。エッチングガスとしてはCF
4とO2の混合ガスを用いたが、有機膜とシリコンがほぼ
等速度でエッチングできればこれに限らず用いることが
できる。
【0023】その後熱酸化を行ない、ひき続きウェット
エッチングを行なって酸化膜除去を行なってSi基板面
のダメージを回復させた。しかる後実施例1と同様にメ
モリ素子および周辺回路素子を形成しメモリLSIを作
成した。
【0024】本方法を用いると実施例1と同様の効果が
ある上に実施例2以上にメモリセル部と周辺回路部がゆ
るやかな傾斜でつながれているため、配線の断線、エッ
チング残りによる配線のショートといった問題も生じな
い。
【0025】本実施例では有機膜34の熱処理温度は2
00℃としたが、これに限らない。熱処理温度が高いほ
どフローし、メモリセル部と周辺回路部がよりゆるやか
な傾斜でつながれる。また熱処理前に有機膜34に紫外
線を照射するとフロー化がより促進されるため紫外線照
射は有効である。
【0026】本実施例ではメモリセル領域全体をくぼま
せる場合を示したがこの場合に限らずメモリセルの一部
をくぼませても効果がある。またくぼませる場合に限ら
ず、あらかじめ選択エピタキシャル法を用いて周辺回路
を形成する領域をメモリセル領域に比べ高くする方法、
または周辺回路部にダミーパターンを形成して“メモリ
セル−周辺回路間標高差”を小さくする方法も効果があ
る。本実施例ではメモリ装置の場合について示したがメ
モリ装置に限らず大きな領域間でその平均高さに差があ
る集積回路装置においても、平均高さが高い領域をあら
かじめ掘り下げておく本方法は微細パターン形成に有効
である。平均高さは段差とその粗密に依存する。このた
め段差がほぼ等しい場合でも、レジスト表面の高さに差
が生じるほど粗密の領域がわかれている場合は、密な領
域を掘り下げておくことにより、粗領域、密領域ともに
微細パターンを形成することができる。
【0027】(実施例4)図4はLSIチップ41内に
Si基板を凹ませたメモリセル形成領域42とSi基板
を凹ませた周辺回路領域43を形成した実施例である。
【0028】本例では標高の高いメモリセル領域や、標
高の高い周辺回路下の基板を凹ませることで、標高差を
低減している。このことにより微細なレジストパターン
の形成が可能となる。
【0029】
【発明の効果】本発明によればメモリセル部と周辺回路
部の素子の高さの差を縮小することができるので両領域
とも露光装置の焦点深度内におさめることができ、高精
度で微細なパターンを形成することができる。このた
め、より微細なパターンを用いて素子を形成できるので
チップサイズを小さくできる。このためウエーハ1枚当
りのチップ取得数を上げることが可能となりコストが下
がる。また寸法精度の向上により歩留りも向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す工程図。
【図2】本発明の他の実施例を示す工程図。
【図3】本発明の他の実施例を示す工程図。
【図4】本発明を用いた形成されたLSIの平面図。
【符号の説明】
1,21,31…Si基板、2,25,33…レジスト
パターン、3,24,32…メモリセル形成領域、4…
メモリ回路、5…周辺回路、6…メモリセル−周辺回路
間平均標高差、23…窒化膜、26…酸化膜、27…バ
ーズビーク、34…有機膜、41…LSIチップ、42
…Si基板を凹ませたメモリセル形成領域、43…Si
基板を凹ませた周辺回路領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 紳一郎 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 加賀 徹 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 久礼 得男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−166064(JP,A) 特開 昭61−12059(JP,A) 特開 昭62−165329(JP,A) 特開 昭63−246861(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板一主面の第1の領域に形成され
    た積層キャパシタ構造の蓄積容量を含む積層容量型メモ
    リセル部と、該半導体基板一主面の第2の領域に形成さ
    れた周辺回路部とを有し、 上記周辺回路部は、上記メモリセル部と上記周辺回路部
    との間の標高差を小さくするためのダミーパターンを含
    むことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】上記メモリセル部は複数のメモリセル素子
    設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半
    導体装置。
  3. 【請求項3】半導体基板一主面の第1の領域に積層キャ
    パシタ構造の蓄積容量を含む積層容量型メモリセル部
    を、該第1の領域の周辺の該半導体基板一主面の第2の
    領域に周辺回路部を形成するステップを有する半導体装
    置の製造方法において、 上記ステップは、上記周辺回路部にダミーパターンを形
    成するステップを含むことを特徴とする半導体装置の製
    造方法
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