JP3265593B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、p+拡散層領域と、p
+ポリサイド配線と、p+ポリサイド配線の上あるいは
下の層間絶縁膜として用いたBPSG膜とを具備する構
造において、p+拡散層領域とp+ポリサイド配線の間
にコンタクトが形成されている半導体装置の製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ダイナミック・ランダム・アクセ
ス・メモリ(DRAM)のビットラインの配線材料とし
て、ポリシリコンとシリサイドの多層膜(ポリサイド
膜)が使用されている。このポリサイド配線をビットラ
インだけではなく、周辺回路にも用いることを特徴とす
る半導体装置が、特開平1ー186655号公報に記載
されている。この方法では、n+ポリシリコンとタング
ステンシリサイドの多層膜(n+ポリサイド配線)、お
よびp+ポリシリコンとタングステンシリサイドの多層
膜(p+ポリサイド配線)の双方を用い、それぞれn+
拡散層領域およびp+拡散層領域にコンタクトをとって
いる。
【0003】また、従来よりポリサイド配線の下および
上の層間絶縁膜として、リンを含むシリコン酸化膜(P
SG膜)あるいはリンおよびボロンを含むシリコン酸化
膜(BPSG膜)が用いられている。これらの絶縁膜
は、軟化温度以上の熱処理を行うことにより絶縁膜の表
面が平坦化し、その後の配線工程が容易になるという利
点がある。特に、BPSG膜は、900℃以下の温度で
平坦化するため、層間絶縁膜として最も良く使用されて
いる。
【0004】しかし、ポリシリコン配線を具備する半導
体装置においては、BPSG膜を層間絶縁膜として用い
た場合、BPSG膜中のリンあるいはボロンが、ポリシ
リコン膜中に拡散し、配線抵抗およびコンタクト抵抗を
高くする。このため、ポリシリコン膜とBPSG膜の間
に、拡散防止膜を存在させることを特徴とする半導体装
置が、特開平3ー104139号公報に報告されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来DRAMのビット
ラインにポリサイド配線として使用されていたn+ポリ
サイド配線およびn+拡散層では、BPSG膜を直接ポ
リサイド配線と接触させてもn+ポリサイド配線とn+
拡散層とのコンタクト抵抗は安定していた。しかし、p
+ポリサイド配線およびp+拡散層を用いる場合、コン
タクト抵抗が高くなるという問題を有している。
【0006】この原因として第1に、BPSG膜中のn
型不純物であるリンがp+ポリシリコン中に拡散するこ
とでキャリアとしての電子をp+ポリシリコン中に発生
させ、この電子がp+ポリシリコン中のキャリアである
ホールと再結合する。このためp+ポリシリコン中のホ
ールの密度が低下し、p+ポリシリコンの抵抗が高くな
り、その結果、p+ポリサイド配線とp+拡散層領域と
のコンタクト抵抗が高くなることが考えられる。第2
に、p+ポリシリコン中のp型不純物であるボロンがB
PSG膜とシリサイドの界面に偏析しp+ポリシリコン
中のボロン濃度が低下する。ここで、ボロンが偏析する
ことによりシリサイド中のボロン濃度が低下すると、シ
リサイド中のボロンの拡散速度は非常に速いため、p+
ポリシリコン中のボロン濃度も低下する。このため、p
+ポリシリコン中のキャリアとしてのホール密度が同様
に低下し、p+ポリシリコンの抵抗が高くなり、その結
果、p+ポリサイド配線とp+拡散層領域とのコンタク
ト抵抗が高くなることが考えられる。これに対し、n+
ポリサイド配線とn+拡散層領域とのコンタクト抵抗が
高くならないのは、n+ポリサイド配線では、リンの拡
散によりn+ポリシリコン中にキャリアの電子が発生し
てもキャリアとしての電子の密度は低下せず、また、n
+ポリサイド中のn型不順物であるヒ素は、ボロンより
拡散速度が遅いため、ヒ素濃度が低下せずキャリアとし
ての電子の密度が低下しないためと考えられる。このよ
うに、p+ポリサイド配線を用いるときは、p+ポリサ
イド配線とBPSG膜の間の相互拡散が、抵抗増大の原
因である。
【0007】しかしながら、BPSG膜にコンタクトホ
ールを開口した後、全面に第1の拡散防止膜としてシリ
コン酸化膜を堆積し、その後フォトマスクを用いて、コ
ンタクトホール部のみのシリコン酸化膜をエッチングす
る、特開平3ー104139号公報の方法では、最初に
BPSG膜にコンタクトホールを開口するためのフォト
マスクと、次にシリコン酸化膜をエッチングするフォト
マスクの重ね合わせ精度に、コンタクト抵抗が大きく依
存するという問題を有している。フォトマスクの重ね合
わせ余裕を考慮することが必要となるため、重ね合わせ
余裕分コンタクトサイズを小さくしなければならなくな
り、サブミクロンコンタクトには使用できない。
【0008】また、ポリシリコン配線を酸化し表面に第
3の拡散防止膜としてシリコン酸化膜を形成する、特開
平3ー104139号公報の方法は、ポリサイド配線に
は使用できない。これは、高融点金属シリサイドは異常
酸化しやすく、酸化膜厚均一性を制御することが非常に
難しいからである。例えば、タングステンシリサイドを
酸化したとき、タングステン酸化物は非常に不均一に発
生し、さらに、酸化することにより体積が3倍にも増加
する。このため、酸化した後のタングステンシリサイド
の表面凹凸は配線膜厚の2倍にもなり、さらに配線がシ
ョートするという問題を有している。
【0009】本発明は上記問題点に鑑み、BPSG膜の
熱処理を行っても、p+ポリサイド配線とp+拡散層と
のコンタクト抵抗が高くならない半導体装置の製造方法
を提供するものである。
【0010】
【0011】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に
形成されたp+拡散層領域と、前記p+拡散層領域上に
形成された第1のBPSG膜と、前記第1のBPSG膜
に開口されたコンタクトホールと、前記第1のBPSG
膜上に形成された第1の拡散防止膜と、前記コンタクホ
ール内の前記第1のBPSG膜の側壁に形成された第2
の拡散防止膜と、前記コンタクホールを通じて前記p+
拡散層領域と電気的に接続するための配線として形成さ
れたp+ポリサイド配線と、前記p+ポリサイド配線の
上に形成された第2のBPSG膜とを具備する半導体装
置の製造方法において、前記p+ポリサイド配線を形成
した後、少なくとも前記p+ポリサイド配線を覆う第3
の拡散防止膜を形成し、その後前記第3の拡散防止膜上
に前記第2のBPSG膜を堆積し熱処理を行う工程を有
し、前記第3の拡散防止膜が、前記p+ポリサイド配線
を形成した後、アンモニア雰囲気中で熱処理を行うある
いは窒素雰囲気中でプラズマ処理を行うことで形成し
た、前記p+ポリサイド配線の高融点金属シリサイド部
分の表面の高融点金属窒化膜、および前記p+ポリシリ
コン配線のp+ポリシリコン部分の表面のシリコン窒化
膜であることを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明は上記した拡散防止膜が存在する構成に
より、BPSG膜の熱処理を行っても、BPSG膜中の
リンがp+ポリサイド配線中に拡散することがない。こ
のため、p+ポリサイド配線とp+拡散層領域とのコン
タクト抵抗は高くならない。また、シリコン窒化膜ある
いはタングステン窒化膜を拡散防止膜として用いた場
合、p+ポリサイド配線中のボロンが拡散防止膜とシリ
サイドの界面に偏析することがないため、p+ポリサイ
ド配線中のボロン濃度が低下しない。このため、p+ポ
リサイド配線とp+拡散層領域とのコンタクト抵抗はさ
らに安定する。
【0013】さらに、p+ポリサイドを窒化すること
で、p+ポリサイド配線上にのみ拡散防止膜を形成する
ことにより、化学気相成長法により全面にシリコン窒化
膜を拡散防止膜として形成したときに発生する、応力に
よるデバイス特性劣化および配線の信頼性の劣化の発生
の心配はない。また、コンタクト内に拡散防止膜を形成
するときに、重ね合わせ余裕を必要せず、このため、コ
ンタクトホールのサイズを微細化できる。
【0014】
【実施例】(実施例1)以下本発明の一実施例の半導体
装置の製造方法について、図面を参照しながら説明す
る。図1は本発明の第1の実施例の半導体装置の製造方
法により作成した半導体装置の要部断面構成図である。
【0015】図1において、1はシリコン基板で(本実
施例ではn型基板)、2は素子分離領域、3はp+拡散
層領域、4はシリコン酸化膜、5はBPSG膜、6はコ
ンタクトホール、7は第1の拡散防止膜としてBPSG
膜5上に形成されたシリコン窒化膜、8は第2の拡散防
止膜としてコンタクトホール6の側壁に形成されたシリ
コン窒化膜、9はp+ポリサイド配線を構成するp+ポ
リシリコン、10はp+ポリサイド配線を構成するタン
グステンシリサイド、11は第3の拡散防止膜として形
成されたシリコン窒化膜、12はBPSG膜である。
【0016】次に、第1の実施例の半導体装置の製造方
法について図2の断面図を参照しながら説明する。
【0017】図2(a)では、シリコン基板1上に素子分
離領域2を形成した後、BF2 +イオンを、加速エネルギ
ー20KeV、ドーズ量1x1015cm-2の条件でイオ
ン注入を行い、p+拡散層領域3を形成する。その後、
全面にシリコン酸化膜4を50nm、BPSG膜5を4
00nm順次堆積し、BPSG膜5のフローのために9
00℃・30分の熱処理を行う。ここで、BPSG膜5
中のボロン濃度は、10.0mol%B23、リン濃度
は、6.0mol%P25とする。シリコン酸化膜4
は、BPSG膜5中のリンがp+拡散層領域3に拡散す
るのを防ぐ目的のために形成するものであり、拡散を防
ぐことが可能であればシリコン窒化膜等他の膜でも良
い。その後全面に第1の拡散防止膜としてシリコン窒化
膜7を形成し、フォトレジストをマスクとして周知のド
ライエッチング法を用いてコンタクトホール6を開口す
る。このとき、第1の拡散防止膜として、シリコン窒化
膜の変わりにシリコン酸化膜を用いても良い。
【0018】図2(b)では、第2の拡散防止膜として全
面にシリコン窒化膜8を50nm堆積する。このとき、
第2の拡散防止膜として、シリコン窒化膜の変わりにシ
リコン酸化膜を用いても良い。
【0019】図2(c)では、その後、全面を異方性エッ
チングをすることにより、コンタクトホール6の側壁部
のシリコン窒化膜8を残存させながら、コンタクトホー
ル6の底部のシリコン窒化膜8を除去する。このとき、
BPSG膜5上の第1の拡散防止膜であるシリコン窒化
膜7が無くならないように注意し、もしシリコン窒化膜
7の残存膜厚が非常に薄くなる場合は、シリコン窒化膜
7の膜厚をあらかじめ厚くしておいても良い。
【0020】図2(d)では、その後、ポリシリコン膜9
を50nm堆積し、全面にBF2 +イオンを、加速エネル
ギー15KeV、ドーズ量1x1015cm-2の条件でイ
オン注入を行うことでポリシリコンをp+ポリシリコン
膜9とする。その後、タングステンシリサイド膜10を
200nm堆積し、さらに全面にBF2 +イオンを、加速
エネルギー15KeV、ドーズ量1x1015cm-2の条
件でイオン注入を行う。その後、所望のパターニングを
行うことで、p+ポリシリコン膜9およびタングステン
シリサイド膜10をp+ポリサイド配線とする。
【0021】その後、図1に示すように、第3の拡散防
止膜としてシリコン窒化膜11を50nm堆積し、BP
SG膜12を400nm堆積する。ここで、第3の拡散
防止膜として、シリコン窒化膜の変わりにシリコン酸化
膜を用いても良い。また、BPSG膜12中のボロン濃
度は、10.0mol%B23、リン濃度は、6.0mo
l%P25とする。その後、BPSG膜12のフローの
ために900℃・30分の熱処理を行うことによって、
図1に示す半導体装置が完成する。
【0022】以上のように、p+ポリシリコン膜9とB
PSG膜5が、第1および第2の拡散防止膜の存在によ
り直接接触しないため、BPSG5膜中のリンがp+ポ
リシリコン膜中に拡散しない。また、p+ポリシリコン
膜9およびタングステンシリサイド膜10が、第3の拡
散防止膜の存在により、BPSG膜12と直接接触しな
いため、BPSG膜12中のリンが、p+ポリシリコン
膜9中に拡散することがない。このとき、タングステン
シリサイド膜10中のリンおよびボロンの拡散速度は非
常に速いため、タングステンシリサイド膜10の表面に
も、第3の拡散防止膜を必要とする。これにより、p+
ポリサイド配線とp+拡散層領域とのコンタクト抵抗が
高くならない。また、拡散防止膜としてシリコン窒化膜
を用いた場合、拡散防止膜とp+ポリシリコン膜9ある
いはタングステンシリサイド膜10の界面にボロンが偏
析しないため、p+ポリシリコン膜中9のボロン濃度が
低下せず、コンタクト抵抗はより安定する。ただし、シ
リコン窒化膜を拡散防止膜として用いた場合、シリコン
窒化膜の膜厚を厚くすると、シリコン窒化膜の応力が大
きくなり、デバイス特性を劣化させたり配線の信頼性を
劣化させたりするので、注意が必要となる。
【0023】また、この方法では、コンタクトホール6
の側壁部のシリコン酸化膜8をフォトマスクを使用せず
に形成するため、合わせ余裕を必要とせず、コンタクト
ホール6の微細化が可能となる。
【0024】なお、本実施例では、p+ポリサイドを形
成する方法として、ポリシリコン9を形成した後、およ
びタングステンシリサイド10を形成した後の双方の工
程においてイオン注入を行うが、ポリシリコン9を形成
した後のみ、あるいはタングステンシリサイド10を形
成した後のみのイオン注入でも良い。また、BPSG膜
5およびBPSG膜12中のボロン濃度は、7.0−1
5.0mol%B23の範囲、リン濃度は、4.0−8.
0mol%P25の範囲であれば同様の効果が得られ
る。また、BPSG膜12の熱処理は、950℃以下の
温度であればコンタクト抵抗は高くならない。また、拡
散防止膜の膜厚はそれぞれ、10nm以上あれば同様の
効果が得られる。
【0025】さらに、応力が問題とならない第2の拡散
防止膜にはシリコン窒化膜を用い、全面に堆積するため
応力が問題となる第1および第3の拡散防止膜には、シ
リコン酸化膜を使用するといった使い分けを行っても良
い。
【0026】(実施例2)図3は本発明の第2の実施例
における半導体装置の製造方法を示す要部断面構成図で
ある。第1の実施例では第3の拡散防止膜としてシリコ
ン窒化膜を形成したのに対し、第2の実施例では第3の
拡散防止膜をp+ポリサイド配線を窒化処理することに
より形成することに特徴がある。以下順次図3に従って
製造方法を説明する。
【0027】p+ポリサイド配線を形成する工程まで
は、第1の実施例における図2(a)〜(d)と同様で
あるため、省略する。
【0028】図3(a)では、その後、アンモニア雰囲気
中において850℃、10分の熱処理を行う、あるいは
窒素雰囲気中において500℃、10分のプラズマ処理
を行う。これにより、第3の拡散防止膜としてp+ポリ
シリコン9の側壁部には、シリコン窒化膜13を形成
し、タングステンシリサイド10の表面および側壁部に
はタングステン窒化膜14を形成する。このとき、シリ
コン窒化膜13およびタングステン窒化膜14の膜厚
は、4nm以上あれば良い。
【0029】図3(b)では、実施例1と同様に、BPS
G膜12を400nm堆積する。ここで、BPSG膜1
2中のボロン濃度は、10.0mol%B23、リン濃
度は、6.0mol%P25とする。その後、BPSG
膜12のフローのために900℃・30分の熱処理を行
う。
【0030】以上のように、p+ポリシリコン膜9およ
びタングステンシリサイド膜10とBPSG膜11が、
第3の拡散防止膜としてのシリコン窒化膜13およびタ
ングステン窒化膜14の存在により直接接触しないた
め、BPSG膜11中のリンがp+ポリシリコン膜9中
に拡散せず、コンタクト抵抗が高くならない。また、タ
ングステン窒化膜14とタングステンシリサイド膜10
との界面にボロンが偏析しないため、p+ポリシリコン
膜9中のボロン濃度が低下せず、コンタクト抵抗はより
安定する。この方法では、タングステンシリサイド膜1
0の窒化速度がBPSG膜5の窒化速度と比較して速い
ため、p+ポリサイド上にのみ拡散防止膜が形成され
る。このため、シリコン窒化膜11を全面に形成した第
1の実施例と比較して、応力の問題は発生せず、しかも
拡散防止効果は同程度あるという特徴がある。
【0031】なお、本実施例では、p+ポリサイド配線
の窒化方法として、アンモニア雰囲気中において850
℃の熱処理を行ったが、700℃以上の温度の熱処理で
あれば、タングステン窒化膜は形成される。また、プラ
ズマ処理によりp+ポリサイド配線の窒化を行う場合、
窒素雰囲気中において500℃の温度においてプラズマ
処理を行う方法を用いたが、400℃以上の温度であれ
ば、タングステン窒化膜は形成される。また、タングス
テン窒化膜14が、4nm以上形成される条件であれば
他の方法を用いても問題ない。また、BPSG膜5およ
びBPSG膜12中のボロン濃度は、7.0−15.0m
ol%B23の範囲、リン濃度は、4.0−8.0mol
%P25の範囲であれば同様の効果が得られる。また、
BPSG膜12の熱処理は、950℃以下の温度であれ
ばコンタクト抵抗は高くならない。
【0032】
【発明の効果】本発明は、p+拡散層領域と、BPSG
膜と、p+ポリサイド配線とを具備する構造で、p+ポ
リサイド配線とp+拡散層領域との間にコンタクトが存
在する半導体装置の製造方法において、p+ポリシリコ
ン膜とBPSG膜の間に拡散防止膜を形成するため、B
PSG膜の熱処理を行っても、BPSG膜中のリンがp
+ポリシリコン膜中に拡散せず、コンタクト抵抗が高く
ならない。また、拡散防止膜としてシリコン窒化膜を用
いた場合、シリコン窒化膜とタングステンシリサイド膜
の界面にボロンが偏析しないため、p+ポリシリコン中
のボロン濃度が低下せず、コンタクト抵抗はより安定す
る。さらに、コンタクトホールの側壁部の第2の拡散防
止膜をフォトマスクを使用せずに形成するため、合わせ
余裕を必要とせず、コンタクトホールの微細化が可能と
なる。
【0033】さらに、p+ポリサイド配線を窒化処理す
ることで、第3の拡散防止膜を形成することにより、p
+ポリサイド上にのみ第3の拡散防止膜が形成され、応
力の問題は発生せず、しかも拡散防止効果はシリコン窒
化膜を用いた場合と同程度ある。
【0034】以上のように、BPSG膜の熱処理を行っ
ても、p+ポリサイドとp+拡散層領域のコンタクト抵
抗が高くならない。このp+ポリサイドおよびそのコン
タクトを、従来より用いられているn+ポリサイドと組
み合わせて用いることにより、DRAMあるいはマイコ
ンの等のCMOS構造を有する半導体装置の集積度は大
幅に向上し、その実用的効果は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における半導体装置の要部断面構成図
【図2】本発明の第一の実施例における半導体装置の製
造方法の要部工程断面図
【図3】本発明の第二の実施例における半導体装置の製
造方法の要部工程断面図
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 素子分離領域 3 p+拡散層領域 4 シリコン酸化膜 5、12 BPSG膜 6 コンタクトホール 7、8、11 シリコン窒化膜 9 p+ポリシリコン 10 タングステンシリサイド 13 シリコン窒化膜 14 タングステン窒化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−60153(JP,A) 特開 平1−181415(JP,A) 特開 平2−137222(JP,A) 特開 昭63−62380(JP,A) 特開 昭63−50043(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 H01L 21/31 - 21/3215 H01L 21/768

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成されたp+拡散層領
    域と、前記p+拡散層領域上に形成された第1のBPS
    G膜と、前記第1のBPSG膜に開口されたコンタクト
    ホールと、前記第1のBPSG膜上に形成された第1の
    拡散防止膜と、前記コンタクホール内の前記第1のBP
    SG膜の側壁に形成された第2の拡散防止膜と、前記コ
    ンタクホールを通じて前記p+拡散層領域と電気的に接
    続するための配線として形成されたp+ポリサイド配線
    と、前記p+ポリサイド配線の上に形成された第2のB
    PSG膜とを具備する半導体装置の製造方法において、 前記p+ポリサイド配線を形成した後、少なくとも前記
    p+ポリサイド配線を覆う第3の拡散防止膜を形成し、
    その後前記第3の拡散防止膜上に前記第2のBPSG膜
    を堆積し熱処理を行う工程を有し、 前記第3の拡散防止膜が、前記p+ポリサイド配線を形
    成した後、アンモニア雰囲気中で熱処理を行うあるいは
    窒素雰囲気中でプラズマ処理を行うことで形成した、前
    記p+ポリサイド配線の高融点金属シリサイド部分の表
    面の高融点金属窒化膜、および前記p+ポリシリコン配
    線のp+ポリシリコン部分の表面のシリコン窒化膜であ
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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