JP3200455B2 - 半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents
半導体記憶装置の製造方法Info
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Description
造方法に関するものである。
ホール径の縮小が必要不可欠であり、代表的な半導体記
憶装置である4メガビットダイナミックランダムアクセ
スメモリー(4Mb DRAM)では、0.8μm程度、
16Mb DRAMでは0.5μm程度、さらに64Mb
DRAMでは0.35μm程度の径のコンタクトホール
が要求されている。以下、縮小化の要求が最も厳しいダ
イナミックランダムアクセスメモリーのビット線コンタ
クトホールを例に挙げ、それを図2に第1の例として示
し、以下順を追って説明する。
ード線1形成後、その上に形成したシリコン酸化膜2上
にレジスト4を塗布する工程、図2(b)レジスト4を
縮小投影型露光機(ステッパー)で露光した後、有機溶
媒などで現像し、コンタクトホール6部のパターンを形
成する工程、図2(c)レジスト4をマスクにシリコン
酸化膜2をフルオロカーボンプラズマなどにより、異方
的にエッチングしてコンタクトホール6を形成する工
程、図2(d)レジスト4をO2プラズマで除去する工
程を順次行なうことにより達成される。そして図2
(e)のように、このコンタクトホール6にビット線材
をスパッタリングなどで堆積し、パターニングすること
によりビット線5が形成される。
記(b)の工程でほぼ決定されるので、微細ビット線コ
ンタクトホール形成には、レジストを微小寸法に露光、
現像することが必要不可欠である。つまり、ステッパー
の解像度が要求され、ビット線コンタクトホール径と同
程度であることが必要である。
NA(R:ステッパーの解像度、λ:光源の波長、N
A:レンズの開口数、K:レジストプロセスにより決定
される係数、通常0.8)で表わされるので、0.5μ
m径のレジストパターンを形成するにはNA=0.5程
度のi線ステッパー(λ=365nm)、またはNA=
0.4程度のKrFエキシマレーザーステッパー(λ=
248nm)が必要とされている。
は、コンタクトホール形成の基本とも言ってよいもので
あり、その技術の一つの適用例として、半導体記憶装置
のストレージ電極部の形成方法の従来例を、図3に従来
例その2として示し、以下に順に説明する。
法で素子分離膜13を形成し、それで分離された領域
に、ゲート酸化膜14、ゲート電極15、ソース、ドレ
インとなる拡散層12からなるトランジスタなどの回路
素子を形成する工程、図3(b)その上に絶縁膜である
窒化シリコン16を堆積する工程、図3(c)その上
に、絶縁膜であるシリコン酸化(酸化けい素)膜17、
導電材のポリシリコン(多結晶けい素)膜18、絶縁膜
のシリコン酸化膜19を順次堆積し、コンタクトホール
30をパターニング開口する工程、図3(d)その上に
ポリシリコン膜21を形成し、図3(e)ストレージ電
極部となるためのパターニングを行ない、図3(f)前
記シリコン酸化膜17、19をふっ化水素水溶液で除去
する工程、図3(g)残った櫛状の前記ポリシリコン膜
18、21の上に、キャパシタ膜22を形成して、その
上にストレージ電極となるポリシリコン23を堆積し、
その後セルプレート、ビット線を形成する工程を実施す
ることにより半導体記憶装置のストレージ電極部を中心
にした構造が形成される。
(ポリシリコン)23の上、下、横面にキャパシタ膜2
2が形成されたものとなり、キャパシタ容量が増加し、
ソフトエラー耐性のある半導体記憶装置が実現できる。
法のうちi線ステッパーを使用する方法では、例えば6
4Mb DRAMで必要とされる0.35μm径程度のレ
ジストパターンを形成することができないので、微細ビ
ット線コンタクトホールおよびストレージ電極部を製作
できないという問題点がある。
ではNA=0.55程度のレンズを用いることにより
0.35μm径程度のパターンを形成することが可能だ
が、 (a)KrFエキシマレーザーの寿命が106ショット
程度と短いので量産には不向きなこと、 (b)KrF
エキシマレーザーステッパーの位置合わせ精度が±0.
3μmとコンタクトホール径と同程度なので、パターン
ずれの危険性が高いといった問題点があり実用上満足で
きるものではない。
ているが、まだ実用性に問題が多い。
ば16Mb DRAM以降の半導体記憶装置で必要とされ
る0.5μm径以下のコンタクトホールを、前述の既存
製造装置で容易に形成でき、従って高精度の半導体記憶
装置を提供することを目的とする。
達成のため、絶縁層上に導電層を形成し、導電層上に目
標とするコンタクトホールの径よりも大きい径のホール
を有するマスクパターンを形成し、このマスクパターン
をマスクにして、導電層をテーパ状にエッチングし、エ
ッチングされた導電層をマスクにして、絶縁層中にコン
タクトホールを形成し、コンタクトホール及びテーパ状
に形成された導電層上にストレージ電極形成用の導電材
を形成するようにしたものである。
ルの径より大きい径のレジストパターンで目標のコンタ
クトホールを形成できるようにしたので、既存のi線ス
テッパーなどで十分微小なコンタクトホールを形成で
き、従って半導体記憶装置の集積度も向上する。
例を示す工程断面図であり、以下順に説明する。
後、その上に形成した絶縁膜であるシリコン酸化膜2上
に導電材であるポリシリコン3を堆積する。
露光および現像して、コンタクトホール部6をパターニ
ングする。
のポリシリコン3をテーパ状にエッチングする。なお、
このテーパ状になる条件は後述する。
パ状にしたポリシリコン3をマスクにして、シリコン酸
化膜2を異方的にエッチングして、コンタクトホール6
を形成する。
ズマで除去し、図1(f)ビット線材をスパッタリング
などで堆積し、パターニングしてビット線5を形成す
る。
ルオロカーボンブラズマを用いた同一エッチング条件で
連続的に実行される。
厚d1 および(b)工程でのレジストパターン寸法l1
は、図1(d)に示す目標とするビット線コンタクトホ
ール径l2 と(c)および(d)工程でのエッチング条
件に依存する。
平行平板型のプラズマエッチング装置で、エッチングす
る場合、その条件を圧力0.6Torr、エッチングガスA
r/CHF3 /CF4 =800/20/20SCCM、高周
波電源周波数380kHz 、高周波電源電力750W、電
極間隔9mm、上部電極冷媒温度20℃、下部電極冷媒温
度−20℃とすると、ポリシリコン3のテーパ角θが4
5°となるので、l1 ,l2 ,d1 ,θの関係式l1 =
l2 +2d1 /tan θから、d1 =0.1μmならばl
1 =0.55μm,d1 =0.2μmならばl1 =0.
75μmと設定すればよい。
行平板型のプラズマエッチング装置でエッチングする場
合、その条件を圧力1.0Torr、エッチングガスAr/
CHF3 /CF4 =800/80/80SCCM、高周波電
源周波数380kHz 、高周波電源電力750W、電極間
隔9mm、上部電極冷媒温度20℃、下部電極冷媒温度−
20℃とすると、ポリシリコンのテーパ角θが55°と
なるので、関係式l1 =l2 +2d1 /tan θからd1
=0.1μmならばl1 =0.48μm、d1 =0.2
μmならばl1 =0.62μmと設定すればよい。即
ち、既存のi線ステッパーなどで十分形成できる範囲の
設定である。
に前記(b)以降の一連の工程を実行しているが、ポリ
シリコン3にリン(P)などの不純物をドーピングした
後に(b)以降の一連の工程を実行しても同様の効果を
実現することが可能であり、本発明の範囲から除外する
ものではない。また本願発明をダイナミックランダムア
クセスメモリー以外のICにも適応できることは言うま
でもない。
えを、半導体記憶装置のストレージ電極部の形成に適用
した実施例が図4ないし図5に示す第2の実施例であ
り、以下、まずその工程を順に説明する。
1上に素子分離膜13を形成し、ゲート酸化膜14、ゲ
ート電極15、ソース、ドレイン拡散層12などを形成
する。
様、シリコン窒化膜16を堆積する。
ン酸化膜17、ポリシリコン膜18、シリコン酸化膜1
9を順次堆積、積層する。
を塗布し、コンタクトホール形成のためのパターニング
31を行なう。このときのコンタクトホールパターン3
1の径を、図示の通りl1 とする。これは後述するよう
に目標のコンタクトホールの径より大きい。
て、前記積層した最上層のシリコン酸化膜19をエッチ
ングし、次いでその下のポリシリコン膜18をテーパ状
にエッチングする。その条件は第1の実施例で説明した
条件と同様であるが、後述もする。その後、そのテーパ
状に形成されたポリシリコン膜18をマスクにして、そ
の下層のシリコン酸化膜17、シリコン窒化膜16をエ
ッチングしてコンタクトホール32を形成する。その後
前記レジスト20を除去する。
リコン21を堆積する。
ターニングを図のように従来同様行なう。
の前記積層したシリコン酸化膜17、19をシリコン窒
化膜16を保護膜としてふっ化水素水溶液で除去する。
除去で残ったポリシリコン膜18、19の上に従来同様
キャパシタ膜22を形成する。
で形成されたキャパシタ膜の上にストレージ電極となる
ポリシリコン23を形成し、セルプレートなどを形成
し、ストレージ電極部の形成を完了する。
クトホール形成のためのレジストパターン20のホール
の径をl1 、ポリシリコン膜18の厚さをd1 、図4
(e)でのポリシリコン膜18のテーパ角をθとする
と、目標のコンタクトホールの径l2 は、第1の実施例
でも説明したことから、下地段差の影響を考慮すると、 l2 ≦l1 −2d1 /tanθ で表わされる。
れるl2 =0.35μmを目標とした場合、第1の実施
例で説明した通り所定の条件でエッチングすると種々の
テーパ角を得られる。その説明にもある通り、テーパ角
θを45°にするには、上式からd1 =0.13μmの
ときl1 =0.61μmでよいことになる。これは既存
のi線ステッパーなどでレジストパターンが十分できる
値である。また、i線ステッパーの位置合わせ精度の点
から、d1 の値を決定することも可能であり、その精度
を0.15μmとすると、d1 =0.15μmとするこ
とによりi線ステッパーの位置合わせずれを吸収するこ
とができる。
れるl2 =0.25μm目標とした場合にも、前記同様
の条件でd1 =0.18μmのとき、l1 ≧0.61μ
mとなり、やはりi線ステッパーなどで十分パターン形
成が可能である。
合、第1の実施例で説明した2番目の条件でエッチング
するとテーパ角θが55°となるので、d1=0.18
μmのときl1≧0.6μmとなり、やはり既存のi線
ステッパーなどで十分パターン形成ができる。前記同様
のi線ステッパーの位置合わせずれのことを考えると、
その位置合わせ精度を0.15μmとすると、d1=
0.21μmとすることによりその位置合わせずれを吸
収できる。
た場合も、d1 =0.25μmのとき、l1 ≧0.6μ
mとなり、これも十分既存のi線ステッパーでパターン
形成できる値である。
標とする径のコンタクトホールを単に異方的に形成する
場合に比べて、ストレージ電極の容量が増加するので、
よりソフトエラー耐性のある半導体記憶装置が得られ
る。
は、他の条件でもできることは言うまでもない。例え
ば、ポリシリコン膜の厚さd1 (図4では18)を変化
させることにより、コンタクトホール径l2 ≦0.35
μmを、コンタクトホールレジストパターン寸法l1 ≧
0.6μmで実現できるので、本発明の範囲からこれを
除外するものではない。
するポリシリコン膜は1層としたが、これは2層以上あ
っても同様の効果を得られるし、その全部の層をテーパ
状にしなくても同様であることは無論であり、これも本
発明の範囲から除外するものではない。
れば、導電層上に目的とするコンタクトホールの径より
も大きい径のホールを有するマスクパターンを形成し、
このマスクパターンをマスクにして、導電層をテーパ状
にエッチングし、エッチングされた導電層をマスクにし
て、絶縁層中にコンタクトホールを形成するようにした
ので、64MbDRAMなどの半導体記憶装置で要求さ
れるハーフミクロン以下の径をもつコンタクトホールを
既存のi線ステッパーなどを利用して形成することがで
きる。
ーなどに付随する実用上の問題点を解決して実用性の高
いビット線コンタクトホール形成プロセスを確立するこ
とができる。
導体記憶装置を製造できる。
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体基板上にトランジスタを形成する
工程と、 前記トランジスタ上に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層上に導電層を形成する工程と、 前記導電層上に、目標とするコンタクトホールの径より
大きい径のホールを有するマスクパターンを形成する工
程と、 前記マスクパターンをマスクにして、前記導電層をテー
パ状にエッチングする工程と、 前記テーパ状にエッチングされた導電層をマスクにし
て、前記絶縁層中に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及び前記テーパ状に形成された
導電層上にストレージ電極形成用の導電材を形成する工
程と、 前記ストレージ電極形成用の導電材及び前記導電層上に
誘電体を形成する工程と、 前記誘電体上にプレート電極形成用の誘電材を形成する
工程とを備えたことを特徴とする半導体記憶装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP00078892A JP3200455B2 (ja) | 1991-01-14 | 1992-01-07 | 半導体記憶装置の製造方法 |
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---|---|---|---|
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JP262691 | 1991-01-14 | ||
JP00078892A JP3200455B2 (ja) | 1991-01-14 | 1992-01-07 | 半導体記憶装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0529479A JPH0529479A (ja) | 1993-02-05 |
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Family Applications (1)
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JP00078892A Expired - Fee Related JP3200455B2 (ja) | 1991-01-14 | 1992-01-07 | 半導体記憶装置の製造方法 |
Country Status (1)
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JP2896978B2 (ja) * | 1995-07-03 | 1999-05-31 | エルジイ・セミコン・カンパニイ・リミテッド | 半導体素子の多層配線形成方法 |
JP2002208633A (ja) * | 2001-01-10 | 2002-07-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
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1992
- 1992-01-07 JP JP00078892A patent/JP3200455B2/ja not_active Expired - Fee Related
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