JP3665701B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
Manufacturing method of semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP3665701B2 JP3665701B2 JP01129398A JP1129398A JP3665701B2 JP 3665701 B2 JP3665701 B2 JP 3665701B2 JP 01129398 A JP01129398 A JP 01129398A JP 1129398 A JP1129398 A JP 1129398A JP 3665701 B2 JP3665701 B2 JP 3665701B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- silicon oxide
- oxide film
- hard mask
- etching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トレンチキャパシタ構造のDRAM等の製造に適用して有用な半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
1トランジスタ/1キャパシタのメモリセルを有し、トレンチキャパシタ構造を有するDRAMの製造工程として、従来次のようなものが知られている。まず、シリコン基板にシリコン窒化膜(SiN膜)とシリコン酸化膜(SiO2膜)の積層膜によるハードマスクをパターン形成し、このハードマスクを用いて基板をエッチングして、後に形成される島状の素子形成領域の端部に位置するようにキャパシタ用溝を加工する。この溝には、側壁にキャパシタ絶縁膜を形成した後キャパシタノードとなるポリシリコン等を埋め込む。
【0003】
図14は、この様にしてシリコン基板101にキャパシタ用溝103が形成され、この溝103にポリシリコン104が埋め込まれた状態を示している。溝上部には、分離用のシリコン酸化膜105が形成され、このシリコン酸化膜105より下部の図では省略されている部分にキャパシタ絶縁膜が形成されている。ハードマスクとして用いられたシリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層膜のうち、シリコン酸化膜は除去されて、シリコン窒化膜102のみ残されている。
【0004】
この後、シリコン窒化膜102を残したまま、素子分離工程のために、図15に示すように、反射防止膜106を介してフォトレジスト107を塗布する。そしてこのフォトレジスト107を露光し、島状の素子形成領域を覆うようにレジストパターンを形成して、図16に示すように、素子分離領域のシリコン窒化膜102及びシリコン基板101をエッチングして、素子分離用溝108を加工する。
【0005】
この後、形成された素子分離用溝108には素子分離用絶縁膜を埋め込み形成する。このようにして、互いに分離された各素子形成領域に、MOSトランジスタを形成する。MOSトランジスタのゲート電極は、複数の素子形成領域にまたがって連続的に配設されて、これがワード線となる。その後、層間絶縁膜を堆積し、コンタクト孔開けを行って、ビット線を配設する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のトレンチキャパシタ構造のDRAM製造工程において、サブミクロン・ルール或いはサブクォーターミクロン・ルールで微細加工を行う場合には、リソグラフィ技術のマージンを大きいものとするために、0.6μm程度の薄膜フォトレジストを用いることが必要になる。一般にNAの大きい紫外線露光装置を用いて高解像度を得ようとすると、焦点深度が小さくなるという関係があるため、0.8μm以上といった厚いフォトレジストでは微細レジストパターンを十分な解像度でパターニングすることが難しいからである。
【0007】
しかし、トレンチキャパシタ形成後の基板表面には、図14に示すようにシリコン窒化膜102による段差があるため、この後のレジスト塗布工程で平坦に塗布したフォトレジスト107の厚みは、シリコン窒化膜102上で0.6μmとしても、段差部分ではより厚いものとなる。例えば、シリコン窒化膜102を0.15μm厚とし、溝103に埋め込んだポリシリコン104の面位置が基板面から0.05μm低いものとすると、段差部分でフォトレジスト107は0.8μmの厚みとなる。リソグラフィのマージンは、フォトレジストの厚みで律速されるため、薄膜フォトレジストを用いた程にはマージンの拡大がないことになる。
【0008】
また、フォトレジスト107を0.6μm程度の薄いものとすると、図16に示す次の基板エッチング工程にドライエッチングを用いたときに、フォトレジスト107とシリコン基板101或いはシリコン窒化膜102との間で大きな選択比をとることができないから、所望の素子分離加工ができない、といった事態が生じる。
【0009】
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、段差がある基板上でのリソグラフィを平坦面で行うようにしてマージン拡大を図るとともに、薄膜フォトレジストを用いたシリコン酸化膜/シリコン窒化膜の積層膜エッチングを所定のガス条件のドライエッチングで行うことにより、微細加工を可能とした半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板にシリコン窒化膜と第1のシリコン酸化膜の積層膜からなる第1のハードマスクをパターン形成する工程と、前記第1のハードマスクを用いて前記半導体基板をエッチングして溝を形成する工程と、前記第1のハードマスクのうち第1のシリコン酸化膜を除去した後、前記シリコン窒化膜による段差が残る状態で前記溝内に所定材料膜を埋め込む工程と、前記半導体基板に第2のシリコン酸化膜を表面が平坦になるように形成する工程と、前記第2のシリコン酸化膜上にフォトレジストを均一厚みをもって塗布しこれを露光してフォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォトレジストパターンを用い、少なくともCF系ガスとArガスを含むエッチングガスを用いた異方性ドライエッチングにより前記第2のシリコン酸化膜及びその下のシリコン窒化膜を連続的にエッチングして第2のハードマスクをパターン形成する工程と、前記第2のハードマスクを用いて前記半導体基板を加工処理する工程と、
を有することを特徴とする。
【0011】
この発明に係る半導体装置の製造方法はまた、半導体基板にシリコン窒化膜と第1のシリコン酸化膜の積層膜からなる第1のハードマスクをパターン形成する工程と、前記第1のハードマスクを用いて前記半導体基板をエッチングしてキャパシタ用溝を形成する工程と、前記第1のハードマスクのうち第1のシリコン酸化膜を除去した後、前記シリコン窒化膜による段差が残る状態で前記キャパシタ用溝内にキャパシタ絶縁膜を介してキャパシタノードとなる導電材料を埋め込んでDRAMセルのトレンチキャパシタを形成する工程と、前記半導体基板に第2のシリコン酸化膜を表面が平坦になるように形成する工程と、前記第2のシリコン酸化膜上にフォトレジストを均一厚みをもって塗布しこれを露光してフォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォトレジストパターンを用い、少なくともCF系ガスとArガスを含むエッチングガスを用いた異方性ドライエッチングにより前記第2のシリコン酸化膜及びその下のシリコン窒化膜を連続的にエッチングして第2のハードマスクをパターン形成する工程と、前記第2のハードマスクを用いて前記半導体基板をエッチングして素子分離用溝を形成する工程と、前記素子分離用溝に素子分離用絶縁膜を埋め込み形成する工程と、前記第2のハードマスクを除去して露出した前記半導体基板の素子形成領域にDRAMセルのMOSトランジスタを形成する工程とを有することを特徴とする。
【0012】
この発明において好ましくは、前記第2のシリコン酸化膜として、有機オキシシランを原料とする減圧CVD法によるシリコン酸化膜,減圧CVD法によるボロンドープのシリコン酸化膜の少なくとも一方が用いられ、その場合に前記エッチングガスは、CHF3、CF4及びArガスを含む混合ガスが用いられる。
【0013】
この発明によると、シリコン窒化膜による段差がある状態でシリコン窒化膜の開口部にトレンチキャパシタ等が形成され、その後更に基板加工処理を行う場合のリソグラフィ工程は、段差のある基板表面をシリコン酸化膜により平坦化してフォトレジストを均一厚みをもって塗布して行われる。従って薄膜フォトレジストによるリソグラフィのマージン拡大が可能である。また得られたフォトレジストパターンを用いて平坦化に用いたシリコン酸化膜と下地のシリコン窒化膜の積層膜を、CF系ガスとArガスを含むエッチングガスを用いた異方性ドライエッチングによりエッチングし、これにより形成されたハードマスクを用いて素子分離溝形成等の次の基板加工処理を行う。これにより、微細寸法の素子形成領域を持つDRAM等の製造が可能になる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明を深いトレンチを用いたトレンチキャパシタ構造のDRAMに適用した実施例を説明する。
図1は、キャパシタ用溝の形成工程の断面図である。シリコン基板10はこの例ではp型層11、n−型層12及びp型層13からなる。このシリコン基板10に、6nm程度の熱酸化膜21を形成し、この上に減圧CVD法又はスパッタ法により0.22μm程度のシリコン窒化膜22、更にCVD法により0.7μm程度のシリコン酸化膜23を順次積層形成する。この積層膜上にフォトレジスト(図示せず)を塗布してリソグラフィ工程を行う。形成されたレジストパターンを用いてシリコン酸化膜23、シリコン窒化膜22及び熱酸化膜21を順次エッチング除去する。これにより、シリコン窒化膜22とシリコン酸化膜23の積層膜による第1のハードマスクが得られる。このハードマスクのパターニング後、フォトレジストは除去し、得られたハードマスクを用いて、RIE法によりシリコン基板10をエッチングして、図示のようなキャパシタ用溝31を加工する。溝31は例えば、7μm程度の深いものとする。
【0015】
次に、図2に示すように、まず砒素ドープポリシリコンをCVDとドライエッチングにより溝31に所定深さに埋め込み、これを固相拡散源として用いて、溝31に沿ってプレート電極となるn型層33を形成する。一旦砒素ドープポリシリコンを除去して、溝31の側壁にキャパシタ絶縁膜32を形成する。キャパシタ絶縁膜32は例えば、減圧CVD法によるシリコン窒化膜とその表面に形成した酸化膜とからなるシリコン窒化酸化膜(NO膜)である。そして再度砒素ドープポリシリコンを減圧CVDとドライエッチングにより溝31に所定深さに埋め込んで、その上部のキャパシタ絶縁膜を除去し、そのあとにカラーとなるシリコン酸化膜35を、CVDとドライエッチングにより形成する。更に砒素ドープポリシリコンをCVDとドライエッチングにより溝31に基板表面から約0.12μmの深さに埋め込み、その上に露出しているシリコン酸化膜35をHF系のウェットエッチングにより約0.18μmの深さまで除去する。このシリコン酸化膜35が除去された部分には、将来溝31内のポリシリコン34からの固相拡散により、MOSトランジスタの拡散層とキャパシタを接続するための埋め込みストラップが形成される部分となるので、その深さの制御は重要である。そしてこの後、溝31内には、高抵抗ポリシリコンを、CVDとドライエッチングにより基板表面から0.4μmの深さに埋め込む。これは、後述するように素子分離絶縁膜を埋め込んでその上に通過ワード線を配設したときに、通過ワード線とキャパシタノードの短絡を確実に防止するためである。
【0016】
この様にして、図2に示すように、キャパシタノード34が埋め込み形成され、トレンチキャパシタ20が得られる。以上のトレンチキャパシタ20の形成工程の間、シリコン窒化膜22はキャパシタ領域外の基板面を覆い、ポリシリコンその他の溝31への複数回の埋め込み工程でのエッチングストッパとしての働きをする。以上のトレンチキャパシタ20の形成後、図2に示すようにシリコン窒化膜22を残した状態で、次の素子分離用溝を加工するためのリソグラフィ工程に入る。
【0017】
なお、図2の段階で基板平面図は、図11のようになっている。破線で囲まれた領域が素子形成領域30(活性領域)として使用されるが、この段階では未だ素子分離されていない。斜線を施して示したシリン窒化膜22の素子形成領域30の端部に位置する開口部にトレンチキャパシタ20が形成されている。図2は、図11のA−A′位置の断面を示している。
【0018】
前述のように、トレンチキャパシタ20が形成された部分には、ほぼシリコン窒化膜22の膜厚で決まる0.2μm程度の段差があるから、リソグラフィ工程に入る前に、図3に示すように、シリコン酸化膜24を堆積して表面を平坦化する。シリコン酸化膜24は例えば、有機オキシシランを原料とする減圧CVD法によるシリコン酸化膜(以下、TEOS膜という)又は、減圧CVD法によるボロンドープのシリコン酸化膜(以下、BSG膜という)であり、膜厚は約0.3μmとする。
【0019】
こうして平坦化された基板上に、図3に示すように、有機絶縁膜からなる反射防止膜25を形成し、その上にフォトレジスト26を0.6μm塗布する。そしてこのフォトレジスト26を露光現像して、図4に示すように素子形成領域を覆うレジストパターンを形成する。薄膜フォトレジスト26は基板上で均一厚みを有するから、このリソグラフィは高解像度で行われる。図12は、この段階での平面図を示しており、図4は図12のA−A′位置の断面に対応する。
【0020】
そして、パターン形成されたフォトレジスト26をマスクとして、少なくともCF系ガスとArガスを含む混合ガスを用いた異方性ドライエッチングてあるRIE法により、図5に示すように、素子分離領域の反射防止膜25、シリコン酸化膜24及びシリコン窒化膜22を順次エッチング除去する。具体的に、シリコン酸化膜24がTEOS膜の場合は、CHF3/CF4/Ar/O2混合ガスをエッチングガスとして用い、シリコン酸化膜24がBSG膜の場合は、CHF3/CF4/Ar混合ガスをエッチングガスとして用いる。
【0021】
好ましいエッチングガスの条件は、シリコン酸化膜24がTEOS膜の場合は、CHF3/CF4/Ar/O2=56/14/70/5[SCCM]であり、シリコン酸化膜24がBSG膜の場合は、CHF3/CF4/Ar=56/14/70[SCCM]である。この条件を用いることにより、フォトレジスト26が0.6μmという薄膜であっても、シリコン窒化膜22とシリコン酸化膜24の積層膜を同時にエッチングすることができる。
【0022】
上述のエッチングガスを用いたシリコン酸化膜24及びシリコン窒化膜22のエッチング工程では、エッチングの進行と同時に、Si−C結合を含むある種のポリマーが生成されてフォトレジスト26の表面や側面、更にエッチングされたシリコン酸化膜24やシリコン窒化膜22の側面に堆積するという反応が生じ、これがフォトレジスト26自身のエッチングの進行を抑える働きをしている。このことが、薄膜フォトレジストでの厚いシリコン酸化膜24とシリコン窒化膜22の積層膜のエッチングを可能としている。特に、フォトレジスト26やエッチングされたシリコン酸化膜24の側面に付着するポリマーは、横方向エッチングによる側面の後退を抑えることになり、これにより、高精度のパターン転写が可能となっている。
【0023】
以上のエッチング工程で残ったフォトレジスト26はその後剥離する。
続いて、パターニングされたシリコン酸化膜24とシリコン窒化膜22からなる第2のハードマスクを用いて、NF3/Ar混合ガスをエッチングガスとして用いたRIE法によりシリコン基板10をエッチングし、図6に示すように約0.35μmの深さの素子分離用溝27を形成する。なおこの実施例では、シリコン基板エッチング前にフォトレジスト26を剥離したが、これを剥離することなく基板エッチングを行ってもよい。この基板エッチング工程でシリコン窒化膜22上に残るシリコン酸化膜24は、0.2μm程度である。この残されたシリコン酸化膜24は、HF系のウェットエッチングにより除去する。
【0024】
このHF系のウェットエッチング工程では、紙面に垂直な方向の側面に露出するシリコン窒化膜22の下地の熱酸化膜21の横方向エッチングが生じ、この横方向エッチングが大きいと、後に形成される素子の特性劣化の原因となる。この対策のためには、シリコン酸化膜24としてBSG膜を用いることが好ましい。BSG膜は、熱酸化膜に対してウェットエッチングの選択比が大きく、横方向エッチングを抑えることができるからである。
【0025】
そして、シリコン基板表面に熱酸化膜を形成した後、減圧CVD法によりシリコン酸化膜を堆積し、シリコン窒化膜22をエッチングストッパとしてCMP処理を行って平坦化して、図7に示すように、シリコン窒化膜22とほぼ同じ面位置になるように素子分離絶縁膜であるSTI(Shllow Trench Isolation )膜28を埋め込み形成する。この状態で、イオン注入により各素子領域のウェル形成を行う(図示しない)。
【0026】
この後、シリコン窒化膜22をリン酸によりエッチング除去して素子形成領域の基板面を露出させ、MOSトランジスタ形成工程に入る。なお図7の状態からシリコン窒化膜22をエッチング除去すると、素子分離領域のSTI膜28が凸状になるが、この凸を小さくするために、予めSTI膜28の表面をリセスしておくことが好ましい。図8以降の図面は、ここまでの図面に比べて縮小して示している。まず図8に示すように、ゲート酸化膜41を形成した後、ポリシリコン膜42a及びWSi膜42bの積層膜によるゲート電極42をシリコン窒化膜43をマスクとしてパターン形成し、シリコン窒化膜による側壁絶縁膜44を形成した後、イオン注入によりソース,ドレインのn+型拡散層46,47を形成する。一方の拡散層47は、キャパシタノード34からの横方向拡散により形成される拡散層48を介して、キャパシタノード34に接続される。
【0027】
なおゲート電極42は、複数の素子領域にまたがって紙面に垂直方向に連続的に配設されてワード線となる。その平面図を図13に示す。図8は、図13のA−A′位置の断面に対応する。
【0028】
その後、図9に示すように、層間絶縁膜51を形成し、これにビット線コンタクト孔を加工し、このコンタクト孔にポリシリコン52を表面が平坦になるように埋め込んだ後、W膜によるビット線53を形成する。
【0029】
その後更に、図10に示すように、層間絶縁膜54を堆積し、この上にワード線を裏打ちする第1層Al配線55を形成し、更に層間絶縁膜56を堆積して第2層Al配線57を形成し、最後にパシベーション膜58を形成して、DRAMが完成する。
【0030】
以上のようにこの実施例では、トレンチキャパシタ形成後のシリコン窒化膜22による段差がある状態で、次の素子分離溝加工のための薄膜フォトレジストによるリソグラフィを行うために、図3で説明したようにシリコン酸化膜24により基板を平坦化している。これにより、薄膜フォトレジスト26を基板面上で均一厚みとすることができ、高解像度のリソグラフィが可能となる。またパターニングれたフォトレジスト26を用いたシリコン酸化膜24とシリコン窒化膜22のエッチング工程には、CHF3/CF4/Arを含むエッチングガスを用いたRIEを用いており、このエッチングガス条件を最適設定することにより、フォトレジスト26が0.6μmという薄いものであっても、素子分離溝加工のためのシリコン酸化膜/シリコン窒化膜の積層膜によるハードマスクを高精度にパターン加工することができる。そして、このハードマスクを用いて素子分離用の基板エッングを行うことにより、基板エッチングの選択比を十分大きくとることができ、高精度の基板加工ができる。
【0031】
以上により、サブミクロン或いはサブクォーターミクロンのデザインルールでトレンチキャパシタ構造のDRAMを高精度に作ることが可能になる。
この発明は、DRAMの製造に限られるものではなく、類似の基板加工工程を必要とする他の半導体装置の製造に同様に適用することが可能である。
【0032】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、リソグラフィ工程をシリコン酸化膜で平坦化した基板面で行うようにすると共に、フォトレジストパターンによるシリコン酸化膜/シリコン窒化膜の積層膜エッチングを所定のガス条件の異方性ドライエッチングで行ってその後の基板加工処理のハードマスクを形成することにより、その後の基板加工処理を高精度に行うことが可能になる。特にこの発明をトレンチキャパシタ構造のDRAMの製造に適用すれば、微細なデザインルールでのDRAM製造が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例によるDRAMのキャパシタ用溝形成工程の断面図である。
【図2】同実施例のキャパシタノード埋め込み工程の断面図である。
【図3】同実施例において基板を平坦化してフォトレジストを塗布した状態の断面図である。
【図4】同実施例においてフォトレジストをパターン形成した状態の断面図である。
【図5】同実施例においてレジストパターンを用いてシリコン酸化膜/シリコン窒化膜をエッチングした状態の断面図である。
【図6】同実施例において、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜のハードマスクを用いて素子分離用溝を形成した状態の断面図である。
【図7】同実施例において、素子分離絶縁膜を埋め込んだ状態の断面図である。
【図8】同実施例において、MOSトランジスタを形成した状態の断面図である。
【図9】同実施例において、ビット線を形成した状態の断面図である。
【図10】同実施例におけるDRAM完成後の断面図である。
【図11】図2の工程に対応する基板平面図である。
【図12】図4の工程に対応する基板平面図である。
【図13】図8の工程に対応する基板平面図である。
【図14】従来のDRAM製造工程におけるキャパシタノード埋め込み工程の断面図である。
【図15】従来のDRAM製造工程における素子分離溝加工のためのリソグラフィ工程を示す断面図である。
【図16】従来のDRAM製造工程における素子分離溝加工のためのリソグラフィ工程を示す断面図である。
【符号の説明】
10…シリコン基板、22…シリコン窒化膜、23…シリコン酸化膜、31…キャパシタ用溝、32…キャパシタ絶縁膜、33…n型層、34…キャパシタノード、20…トレンチキャパシタ、26…フォトレジスト、27…素子分離用溝、28…STI膜、40…MOSトランジスタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device that is useful for manufacturing a trench capacitor structure DRAM or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally known processes for manufacturing a DRAM having a memory cell of 1 transistor / 1 capacitor and a trench capacitor structure are as follows. First, a hard mask made of a laminated film of a silicon nitride film (SiN film) and a silicon oxide film (SiO 2 film) is patterned on a silicon substrate, and the substrate is etched using the hard mask to form an island shape that is formed later. The capacitor groove is processed so as to be located at the end of the element formation region. The trench is filled with polysilicon or the like to be a capacitor node after a capacitor insulating film is formed on the side wall.
[0003]
FIG. 14 shows a state in which the
[0004]
Thereafter, with the
[0005]
Thereafter, an element isolation insulating film is embedded in the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional trench capacitor structure DRAM manufacturing process described above, when microfabrication is performed using the submicron rule or sub-quarter micron rule, a thin film of about 0.6 μm is used in order to increase the margin of lithography technology. It is necessary to use a photoresist. In general, when trying to obtain a high resolution using an ultraviolet exposure apparatus having a large NA, the depth of focus becomes small, so that a fine resist pattern can be patterned with a sufficient resolution with a thick photoresist of 0.8 μm or more. Because it is difficult.
[0007]
However, since there is a step due to the
[0008]
If the
[0009]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and is intended to increase the margin by performing lithography on a flat substrate on a flat surface, and to form a silicon oxide film / silicon nitride film using a thin film photoresist. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that enables microfabrication by performing the etching of the laminated film by dry etching under a predetermined gas condition.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of patterning a first hard mask formed of a laminated film of a silicon nitride film and a first silicon oxide film on a semiconductor substrate, and using the first hard mask. Etching the semiconductor substrate to form a groove; and removing a first silicon oxide film from the first hard mask and then leaving a step due to the silicon nitride film, a predetermined material film in the groove A step of embedding, a step of forming a second silicon oxide film on the semiconductor substrate so as to have a flat surface, and applying a photoresist on the second silicon oxide film with a uniform thickness and exposing the photoresist. A step of forming a photoresist pattern; and anisotropic drying using an etching gas containing at least a CF-based gas and an Ar gas, using the photoresist pattern. Patterning a second hard mask by continuously etching the second silicon oxide film and the underlying silicon nitride film by etching, and processing the semiconductor substrate using the second hard mask And a process of
It is characterized by having.
[0011]
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention also includes a step of patterning a first hard mask made of a laminated film of a silicon nitride film and a first silicon oxide film on a semiconductor substrate, and using the first hard mask. Etching the semiconductor substrate to form a capacitor groove, and removing the first silicon oxide film from the first hard mask and then leaving a step due to the silicon nitride film. A step of forming a trench capacitor of a DRAM cell by embedding a conductive material serving as a capacitor node through a capacitor insulating film therein; a step of forming a second silicon oxide film on the semiconductor substrate so that the surface is flat; A photoresist is coated on the second silicon oxide film with a uniform thickness and exposed to form a photoresist pattern. And etching the second silicon oxide film and the underlying silicon nitride film by anisotropic dry etching using an etching gas containing at least a CF-based gas and Ar gas, using the photoresist pattern. Forming a pattern of the second hard mask, etching the semiconductor substrate using the second hard mask to form an element isolation groove, and isolating the element isolation groove in the element isolation groove A step of embedding a film; and a step of forming a MOS transistor of a DRAM cell in an element formation region of the semiconductor substrate exposed by removing the second hard mask.
[0012]
Preferably, in the present invention, as the second silicon oxide film, at least one of a silicon oxide film by a low pressure CVD method using organooxysilane as a raw material and a boron-doped silicon oxide film by a low pressure CVD method are used. As the gas, a mixed gas containing CHF 3 , CF 4 and Ar gas is used.
[0013]
According to the present invention, in the case where a trench capacitor or the like is formed in the opening of the silicon nitride film in a state where there is a step due to the silicon nitride film, and then the substrate processing is further performed, The photoresist is flattened and applied with a uniform thickness. Accordingly, it is possible to expand the lithography margin with the thin film photoresist. Also, using the obtained photoresist pattern, the laminated film of the silicon oxide film used for planarization and the underlying silicon nitride film is etched by anisotropic dry etching using an etching gas containing CF-based gas and Ar gas. Then, the next substrate processing such as element isolation groove formation is performed using the hard mask formed thereby. This makes it possible to manufacture a DRAM or the like having an element formation region with a fine dimension.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment in which the present invention is applied to a DRAM having a trench capacitor structure using a deep trench will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a capacitor groove forming process. In this example, the
[0015]
Next, as shown in FIG. 2, first, arsenic-doped polysilicon is buried in the
[0016]
In this manner, as shown in FIG. 2, the
[0017]
The plan view of the substrate at the stage of FIG. 2 is as shown in FIG. A region surrounded by a broken line is used as an element formation region 30 (active region), but at this stage, the element is not yet separated. A
[0018]
As described above, since the step where the
[0019]
On the thus flattened substrate, as shown in FIG. 3, an
[0020]
Then, as shown in FIG. 5, reflection of the element isolation region is performed by anisotropic dry etching using a mixed gas containing at least CF gas and Ar gas using the patterned
[0021]
The preferable etching gas conditions are CHF 3 / CF 4 / Ar / O 2 = 56/14/70/5 [SCCM] when the
[0022]
In the etching process of the
[0023]
The
Subsequently, using the second hard mask composed of the patterned
[0024]
In this HF-based wet etching process, lateral etching of the
[0025]
Then, after forming a thermal oxide film on the surface of the silicon substrate, a silicon oxide film is deposited by a low pressure CVD method, and planarized by CMP treatment using the
[0026]
Thereafter, the
[0027]
The
[0028]
Thereafter, as shown in FIG. 9, an
[0029]
Thereafter, as shown in FIG. 10, an
[0030]
As described above, in this embodiment, the lithography using the thin film photoresist for the next element isolation groove processing is performed in the state where there is a step due to the
[0031]
As described above, a trench capacitor structure DRAM can be manufactured with high accuracy by a sub-micron or sub-quarter micron design rule.
The present invention is not limited to the manufacture of DRAMs, but can be similarly applied to the manufacture of other semiconductor devices that require similar substrate processing steps.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the lithography process is performed on the substrate surface flattened with the silicon oxide film, and the etching of the silicon oxide film / silicon nitride film with the photoresist pattern is performed under the predetermined gas condition. By performing this anisotropic dry etching and forming a hard mask for the subsequent substrate processing, the subsequent substrate processing can be performed with high accuracy. In particular, if the present invention is applied to the manufacture of a DRAM having a trench capacitor structure, the DRAM can be manufactured with a fine design rule.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a capacitor trench forming step of a DRAM according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view of a capacitor node embedding process according to the same embodiment;
FIG. 3 is a cross-sectional view of a state where the substrate is flattened and a photoresist is applied in the embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a photoresist is patterned in the embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a silicon oxide film / silicon nitride film is etched using a resist pattern in the embodiment.
6 is a cross-sectional view showing a state where an element isolation trench is formed using a silicon oxide film / silicon nitride film hard mask in the same example. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where an element isolation insulating film is embedded in the embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a state where a MOS transistor is formed in the same embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a state where bit lines are formed in the same embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view after the completion of the DRAM in the embodiment.
FIG. 11 is a plan view of the substrate corresponding to the process of FIG. 2;
12 is a plan view of the substrate corresponding to the process of FIG. 4; FIG.
13 is a plan view of the substrate corresponding to the process of FIG. 8. FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a capacitor node embedding process in a conventional DRAM manufacturing process.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a lithography process for element isolation groove processing in a conventional DRAM manufacturing process.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a lithography process for element isolation groove processing in a conventional DRAM manufacturing process.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1のハードマスクを用いて前記半導体基板をエッチングして溝を形成する工程と、
前記第1のハードマスクのうち第1のシリコン酸化膜を除去した後、前記シリコン窒化膜による段差が残る状態で前記溝内に所定材料膜を埋め込む工程と、
前記半導体基板に第2のシリコン酸化膜を表面が平坦になるように形成する工程と、
前記第2のシリコン酸化膜上にフォトレジストを均一厚みをもって塗布しこれを露光してフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンを用い、少なくともCF系ガスとArガスを含むエッチングガスを用いた異方性ドライエッチングにより前記第2のシリコン酸化膜及びその下のシリコン窒化膜を連続的にエッチングして第2のハードマスクをパターン形成する工程と、
前記第2のハードマスクを用いて前記半導体基板を加工処理する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。Patterning a first hard mask comprising a laminated film of a silicon nitride film and a first silicon oxide film on a semiconductor substrate;
Etching the semiconductor substrate using the first hard mask to form a groove;
Burying a predetermined material film in the trench in a state where a step due to the silicon nitride film remains after removing the first silicon oxide film of the first hard mask;
Forming a second silicon oxide film on the semiconductor substrate so as to have a flat surface;
Applying a photoresist with a uniform thickness on the second silicon oxide film and exposing it to form a photoresist pattern;
Using the photoresist pattern, the second silicon oxide film and the underlying silicon nitride film are continuously etched by anisotropic dry etching using an etching gas containing at least CF gas and Ar gas. Forming a hard mask pattern,
Processing the semiconductor substrate using the second hard mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1のハードマスクを用いて前記半導体基板をエッチングしてキャパシタ用溝を形成する工程と、
前記第1のハードマスクのうち第1のシリコン酸化膜を除去した後、前記シリコン窒化膜による段差が残る状態で前記キャパシタ用溝内にキャパシタ絶縁膜を介してキャパシタノードとなる導電材料を埋め込んでDRAMセルのトレンチキャパシタを形成する工程と、
前記半導体基板に第2のシリコン酸化膜を表面が平坦になるように形成する工程と、
前記第2のシリコン酸化膜上にフォトレジストを均一厚みをもって塗布しこれを露光してフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンを用い、少なくともCF系ガスとArガスを含むエッチングガスを用いた異方性ドライエッチングにより前記第2のシリコン酸化膜及びその下のシリコン窒化膜を連続的にエッチングして第2のハードマスクをパターン形成する工程と、
前記第2のハードマスクを用いて前記半導体基板をエッチングして素子分離用溝を形成する工程と、
前記素子分離用溝に素子分離用絶縁膜を埋め込み形成する工程と、
前記第2のハードマスクを除去して露出した前記半導体基板の素子形成領域にDRAMセルのMOSトランジスタを形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。Patterning a first hard mask comprising a laminated film of a silicon nitride film and a first silicon oxide film on a semiconductor substrate;
Etching the semiconductor substrate using the first hard mask to form a capacitor trench;
After removing the first silicon oxide film from the first hard mask, a conductive material to be a capacitor node is embedded in the capacitor trench with a capacitor insulating film in a state where a step due to the silicon nitride film remains. Forming a DRAM cell trench capacitor;
Forming a second silicon oxide film on the semiconductor substrate so as to have a flat surface;
Applying a photoresist with a uniform thickness on the second silicon oxide film and exposing it to form a photoresist pattern;
Using the photoresist pattern, the second silicon oxide film and the underlying silicon nitride film are continuously etched by anisotropic dry etching using an etching gas containing at least CF gas and Ar gas. Forming a hard mask pattern,
Etching the semiconductor substrate using the second hard mask to form an element isolation trench;
Embedding and forming an element isolation insulating film in the element isolation trench;
Forming a MOS transistor of a DRAM cell in an element formation region of the semiconductor substrate exposed by removing the second hard mask.
前記エッチングガスは、CHF3、CF4及びArガスを含む混合ガスである
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。The second silicon oxide film is at least one of a silicon oxide film by a low pressure CVD method using organooxysilane as a raw material and a boron-doped silicon oxide film by a low pressure CVD method,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the etching gas is a mixed gas containing CHF 3 , CF 4, and Ar gas.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01129398A JP3665701B2 (en) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | Manufacturing method of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01129398A JP3665701B2 (en) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | Manufacturing method of semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11214651A JPH11214651A (en) | 1999-08-06 |
JP3665701B2 true JP3665701B2 (en) | 2005-06-29 |
Family
ID=11773959
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01129398A Expired - Fee Related JP3665701B2 (en) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | Manufacturing method of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3665701B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005083781A1 (en) | 2004-01-30 | 2005-09-09 | International Business Machines Corporation | Folded node trench capacitor |
JP4877747B2 (en) * | 2006-03-23 | 2012-02-15 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma etching method |
JP7418306B2 (en) | 2020-08-11 | 2024-01-19 | 東京エレクトロン株式会社 | Pattern formation method |
-
1998
- 1998-01-23 JP JP01129398A patent/JP3665701B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11214651A (en) | 1999-08-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7087948B2 (en) | Forming electronic structures having dual dielectric thicknesses and the structure so formed | |
JPH0669352A (en) | Manufacture of contact of high-integration semiconductor device | |
US20020146899A1 (en) | Method of forming metal contact in semiconductor device | |
US20060211196A1 (en) | Semiconductor memory device and manufacturing method thereof | |
JP2557592B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor memory cell | |
EP0573996B1 (en) | Method of manufacturing a semiconductor memory device | |
JP2000208729A5 (en) | ||
JPH10303392A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JP2003243293A (en) | Manufacturing method for semiconductor device | |
KR20090077511A (en) | Method of forming contact hole and method of manufacturing semiconductor device having the same | |
JP3665701B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2795252B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JPH09129730A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JP4949547B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor memory device | |
JPH05190565A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
KR100313534B1 (en) | Manufacturing method for semiconductor memory | |
KR19990039110A (en) | Contact hole formation method of semiconductor device | |
KR100235960B1 (en) | Method of forming conducting line in semiconductor device | |
KR100612554B1 (en) | Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same | |
KR100532839B1 (en) | Method for manufacturing shallow trench of semiconductor device | |
KR20010005303A (en) | Forming method for self aligned contact | |
KR100357197B1 (en) | method for forming plug semiconductor device | |
KR930008584B1 (en) | Method of fabricating semiconductor memory cell | |
KR20000003342A (en) | Self-align contact hole forming method of semiconductor apparatus | |
KR20020024840A (en) | Method of forming contact plugs in semiconductor devices |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040525 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050329 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050404 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080408 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090408 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100408 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100408 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110408 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130408 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |