JP4323455B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は一般に半導体装置に関し、特にキャパシタを有する半導体装置およびその製造方法に関する。
DRAMは、半導体装置中にモノリシックに形成されたキャパシタ中に電荷の形で情報を記憶する高速半導体記憶装置であり、コンピュータ等の情報処理装置の記憶装置として広く使われている。
最近では、かかるDRAMとアナログ回路装置とを、同一半導体基板上にモノリシックに形成した半導体装置が必要とされている。かかるアナログ回路装置は一般にモノリシックに形成されたキャパシタを備えている。
図1は従来のDRAM10の構成を示す。
図1を参照するに、DRAM10はメモリセル領域10Aと周辺領域10Bとを画成されたSi基板11上に形成され、前記メモリセル領域10A上および周辺領域10B上には各々において活性領域を画成するフィールド酸化膜12が形成され、前記セル領域10A中において前記フィールド酸化膜12により画成された活性領域中には、ワード線WLに対応するポリシリコンゲート電極13A〜13Cが、それぞれゲート酸化膜13a〜13cを介して形成され、前記基板11中には前記ゲート電極13A〜13Cに隣接して拡散領域11a〜11eが形成される。各々のゲート電極13A〜13Cは側壁絶縁膜を担持している。ただし、側壁絶縁膜は省略することも可能である。
同様に、前記周辺領域10B中にはゲート絶縁膜13dを介してゲート電極13Dが形成され、前記基板11中には前記ゲート電極13Dに隣接して拡散領域11f,11gが形成される。さらに、前記周辺領域10B中にはフィールド酸化膜12により分離された領域内に高濃度拡散領域11hが形成され、前記高濃度拡散領域11h上には前記ゲート電極13Dのゲート絶縁膜13dに対応する絶縁膜13eを介して、キャパシタ電極13Eが形成されている。その結果、前記絶縁膜13eは、キャパシタ電極13Eおよび拡散領域11hと共に、前記周辺領域10Bに形成されるアナログ回路装置のキャパシタCを形成する。
前記ゲート電極13A〜13Dおよびワード線WL、さらにキャパシタ電極13Eは、前記基板11上に前記領域10Aおよび10Bを連続して覆うように形成された第1の層間絶縁膜14により覆われ、前記層間絶縁膜14中には前記拡散領域11b,11dおよび11fをそれぞれ露出するコンタクトホール14A〜14Cが形成される。前記コンタクトホール14A〜14Cの側壁はそれぞれ側壁絶縁膜14a〜14cにより覆われ、前記層間絶縁膜14上には前記コンタクトホール14A,14Bを埋めるようにビット線電極15A,15Bが、また前記コンタクトホール14Cを埋めるように電極15Cが形成される。前記側壁絶縁膜14aは前記コンタクトホール14Aの位置がずれた場合に前記電極15Aのゲート電極13Aとの短絡を防止する機能を果たす。前記側壁絶縁膜14b,14cも同様である。
さらに、前記電極15A〜15Cは前記層間絶縁膜14上に形成された第2の層間絶縁膜16により覆われ、前記層間絶縁膜16中には前記メモリセル領域10Aにおいて前記拡散領域11aおよび11cをそれぞれ露出するコンタクトホール16A,16Bが形成される。前記コンタクトホール16A,16Bにはそれぞれ側壁絶縁膜16aおよび16bが形成され、さらに前記層間絶縁膜16上には前記コンタクトホール16A,16Bをそれぞれ埋めるポリシリコン蓄積電極17A,17Bが形成される。前記側壁絶縁膜16aおよび16bは、前記蓄積電極17A,17Bが隣接するゲート電極13Aあるいは13Bとの間で短絡を生じるのを防止する。
前記メモリセル領域10Aにおいて前記蓄積電極17A,17Bは誘電体膜18で覆われ、さらに前記誘電体膜18はポリシリコン対向電極19によって覆われる。さらに前記ポリシリコン対向電極19は、前記周辺領域10Bをも連続して覆う第3の層間絶縁膜20により覆われ、前記層間絶縁膜20中には前記電極15Cを露出するコンタクトホール20Aおよび電極13Eを露出するコンタクトホール20Bが形成され、前記コンタクトホール20Aおよび20Bを介して前記層間絶縁膜20上に電極21Aおよび21Bが形成される。また、前記層間絶縁膜20上には配線パターン21C,21Dが形成される。前記蓄積電極17A,17Bは、その上の誘電体膜18および対向電極19と共に、メモリセルキャパシタを形成する。
図2(A)〜2(C)は図1の半導体装置のうち、特にメモリセルキャパシタの形成工程を詳細に示す。ただし、図2(A)〜2(C)中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図2(A)を参照するに、前記第2の層間絶縁膜16中に拡散領域11cを露出するコンタクトホール16Bが形成された後、前記層間絶縁膜16上に前記コンタクトホール16Bの側壁を覆うように絶縁膜16’が堆積され、図2(B)の工程で前記絶縁膜16’に対して基板11主面に略垂直に作用する異方性エッチングを行なうことにより、前記層間絶縁膜16上の絶縁膜16’を除去し、前記側壁絶縁膜16bを形成する。
次に、図2(B)の工程において、さらに前記層間絶縁膜16上にポリシリコン膜を前記コンタクトホール16Bを埋めるように堆積し、さらにこれをレジストプロセスによりパターニングすることにより、前記蓄積電極17Bを形成する。
さらに、図2(C)の工程において、前記図2(B)の構造上に前記誘電体膜18と対向電極19を構成するポリシリコン膜とを順次堆積し、さらにこれをレジストプロセスによりパターニングすることによりメモリセルキャパシタが形成される。
図2(A)〜(C)の工程では、図2(B)の工程においてドライエッチング工程が2回行われ、さらに図2(C)の工程でもう一度ドライエッチング工程が行われる。その際、各々のドライエッチングにおいて選択比は理想的でないため、図2(B),(C)に示したように、蓄積電極17Bの縁部および対向電極19の縁部において多少の段差の発生が避けられない。これらの段差が蓄積した場合、図2(C)に示すように対向電極19の縁部の段差は当初の層間絶縁膜16の面よりも実質的に低くなり、メモリセル領域10Aと周辺領域10Bとの間において層間絶縁膜20表面において生じる段差が拡大してしまう。また、前記層間絶縁膜16表面のエッチングの結果、前記周辺領域10Bにおいて前記層間絶縁膜14上に形成された電極15Cが露出してしまう可能性もある。
そこで、本発明は上記の課題を解決した新規で有用な半導体装置およびその製造方法を提供することを概括的課題とする。
本発明のより具体的な課題は、メモリセルキャパシタを含むメモリセル領域と、メモリセルキャパシタを含まない周辺回路領域とを有する半導体装置において、メモリセル領域と周辺回路領域との間の段差を最小化することにある。
本発明の他の課題は、メモリセルキャパシタを含むメモリセル領域と、メモリセルキャパシタを含まない周辺回路領域とを有する半導体装置において、メモリセル領域と周辺回路領域との間の段差部に形成される不規則な残留ポリシリコンパターンを除去した半導体装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、メモリセルキャパシタを含むメモリセル領域と、メモリセルキャパシタを含まない周辺回路領域とを有する半導体装置において、周辺回路領域にキャパシタを、マスク工程を増加させることなく形成することにある。
本発明は上記の課題を、拡散領域を形成された基板と、前記基板上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜中に形成され、前記拡散領域を露出する第1のコンタクトホールと、前記第1のコンタクトホール側壁を覆う側壁絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成され、前記第1のコンタクトホール内に前記側壁絶縁膜が間に介在する電極パターンと、前記基板上に形成され、前記層間絶縁膜により覆われた第1のキャパシタ電極と、前記層間絶縁膜中に、前記第1のキャパシタ電極を露出するように形成された第2のコンタクトホールと、前記層間絶縁膜上に形成され、前記第2のコンタクトホールをその形状に沿って覆い、前記側壁絶縁膜と実質的に同一の組成を有するキャパシタ絶縁膜と、前記キャパシタ絶縁膜上に形成され、前記第2のコンタクトホールを前記キャパシタ絶縁膜が間に介在するように覆う第2のキャパシタ電極とを含み、前記第1のキャパシタ電極、前記第2のキャパシタ電極および前記キャパシタ絶縁膜がキャパシタを構成し、前記層間絶縁膜上面の高さが、前記第2のコンタクトホールが形成されている部分において、前記第1のコンタクトホールが形成されている部分よりも高いことを特徴とする半導体装置により解決する。
[作用]
本発明の第1の特徴によれば、基板上にメモリセル領域と周辺領域とを有する半導体装置の製造において、メモリセル領域にメモリセルキャパシタを形成するに先立って、基板上の層間絶縁膜の厚さを、前記メモリセル領域において周辺領域よりも薄くなるようにすることにより、メモリセルキャパシタの形成に伴うドライエッチング工程により、周辺回路領域において層間絶縁膜の膜厚が減少し、メモリセル領域と周辺回路領域との間の境界部において大きな段差が生じる問題が軽減される。
本発明の第2の特徴によれば、周辺回路中にキャパシタが含まれる場合に、かかるキャパシタを層間絶縁膜中に形成されたコンタクトホールを埋める電極パターンと同時に、マスク工程を増加させることなく形成できる。その際、キャパシタ絶縁膜は、コンタクトホールの側壁保護のために形成される側壁絶縁膜と同時に形成される。かかるキャパシタを例えばフィールド絶縁膜上に形成することにより、半導体装置の面積の増大を回避することができる。
さらに本発明の第3の特徴によれば、基板上にメモリセル領域と周辺領域とを有する半導体装置において、前記メモリセル領域と周辺領域との間の段部を覆うようにメモリセルキャパシタの形成と同時に導体パターンを形成することにより、かかる段部にメモリセルキャパシタのパターニングに伴って残留する不規則な導体残留物による、短絡等の望ましくない効果を抑止することができる。かかる導体パターンを形成することにより、メモリセル領域と周辺領域とを画成する際にマスク合わせの際の許容誤差を大きくできる。
本発明の第4の特徴によれば、基板上にメモリセル領域と周辺領域とを有する半導体装置において、メモリセルアレイの周囲に形成するダミーセルを、前記メモリセル領域と周辺領域との間の境界部のフィールド酸化膜上に形成することにより、ダミーセルによる半導体装置の面積の増大を回避できる。
本発明の第5の特徴によれば、基板上にDRAMとアナログ回路など2種類以上の集積回路を形成した半導体装置において、アナログ回路中に含まれるキャパシタのキャパシタ絶縁膜を導体膜で保護しておくことにより、かかるキャパシタ絶縁膜の厚さを目減りさせることなく、DRAM中のコンタクトホールにおいて基板表面から自然酸化膜を除去することが可能になり、コンタクト抵抗を低減させることができる。
本発明の第6の特徴によれば、基板上にDRAMとアナログ回路など2種類以上の集積回路を形成した半導体装置において、アナログ回路のキャパシタとDRAMのビット線コンタクトあるいはビット線パターンとを、同時に、マスク工程数を増加させることなく形成することが可能になる。
請求項1〜5記載の本発明の特徴によれば、キャパシタを有する第1の領域あるいはメモリセル領域と、第2の領域あるいは周辺領域とを備えた半導体装置において、前記キャパシタの形成の際に前記第2の領域を保護しておくことにより、前記キャパシタのパターニングに伴う前記第2の領域のエッチングが回避され、第1の領域と第2の領域との間の、前記キャパシタの存在に起因する段差を軽減することができる。また、前記第1の領域と第2の領域との間の段差部を導体パターンにより覆うことにより、かかる段差部に形成されやすい残留導体パターンの剥離、飛散の問題が回避される。さらに、前記周辺領域にキャパシタを形成する必要がある場合に、キャパシタ絶縁膜をメモリセル領域に形成されるコンタクトホールの側壁絶縁膜と同時に形成することにより、半導体装置の面積を増加させることなく、また従来の方法に対してマスク工程数を増加させることなく、容量の大きなキャパシタを形成することが可能になる。さらに、メモリセル領域の周辺部に形成されるダミーメモリセルキャパシタを、フィールド酸化膜上において、蓄積電極の先端部が他のメモリセルキャパシタのコンタクトホール側壁を覆う側壁絶縁膜と同一の絶縁膜で覆われるように形成することにより、ダミーメモリセルの形成に伴う余計な面積増加を回避することが可能である。
[第1実施例]
図3(A)〜図5(F)は本発明の第1実施例によるDRAMの製造工程を示す。
図3(A)を参照するに、p型Si基板31上にはn型ウェル31Aが形成されており、さらに前記基板31上には厚さが約3nmの初期酸化膜(図示せず)を形成の後、厚さが約115nmのSiNパターン32が素子分離領域を露出するように形成される。
次に図3(B)の工程において、前記基板31上にフィールド酸化膜33A〜33Fが前記SiNパターン32をマスクにしたウェット酸化工程により約320nmの厚さに形成され、さらにB+のイオン注入により前記n型ウェル31A中にメモリセル領域30Aに対応してp型ウェル31Bを形成する。また、前記基板31中、前記p型ウェル31Bの外側の周辺回路領域30B中に、前記p型基板31およびn型ウェル31Aにまたがって、p型ウェル31Cを形成する。実際には、先に前記p型ウェル31Cを形成し、その後で前記p型ウェル31Bが形成される。なお、n型ウェルはフィールド酸化膜形成後に、高エネルギ注入により形成してもよい。
さらに、図3(B)の工程では熱酸化により前記基板31の表面に厚さが約8nmのゲート酸化膜34を形成し、さらに前記ゲート酸化膜34上にPをドープしたアモルファスシリコン層を熱CVD法により約160nmの厚さに堆積する。形成されたアモルファスシリコン層をフォトリソグラフィー工程によりパターニングすることにより、ゲート電極35A〜35Fが形成される。周知のようにゲート電極35A〜35Fはワード線WLの一部を構成し、また前記メモリセル領域中のフィールド酸化膜33A,33B上には他のメモリセル領域のワード線WLが延在する。
さらに前記ゲート電極35A〜35FをマスクにP+をイオン注入することにより前記メモリセル領域30A中に前記ゲート電極35A〜35Cに隣接してn-型拡散領域31a〜31dが形成され、同時に前記周辺領域30BのP型ウェル31C中には、前記ゲート電極35E,35Fに隣接してLDD領域を構成するn-型拡散領域31h〜31kが形成される。また同時に、前記周辺領域30Bにおいても前記N型ウェル31A中に前記ゲート電極35Dに隣接してn-型拡散領域31f,31gが形成される。
さらに、前記メモリセル領域30Aおよび前記p型ウェル31Cをレジストで保護した状態で前記周辺回路領域31Aのn型ウェル領域31AにB+をイオン注入し、前記ゲート電極35Dに隣接して形成されている前記拡散領域31f,31gの導電型をp-型に変化させる。
次に、前記ゲート電極35A〜35Fを覆うように酸化膜を堆積し、さらにこれをエッチバックすることにより、各々のゲート電極35A〜35Fに側壁酸化膜を形成する。
さらに図3(B)の工程では前記メモリセル領域30Aおよび周辺回路領域30B中のn型ウェル31Aの部分をレジストにより覆い、前記p型ウェル31C中に前記ゲート電極35E,35Fおよびその両側の側壁酸化膜をマスクにAs+をイオン注入することにより、n+型の拡散領域31l〜31oを前記側壁酸化膜の外側に形成する。
さらに、前記図3(B)の工程では、前記基板31の表面を前記周辺回路領域30B中のn型ウェル31Aの部分が露出するようにレジストにより覆い、さらにBF2+をイオン注入することにより、前記ゲート電極35Dに隣接して、側壁酸化膜の外側にp+型の拡散領域31pおよび31qが形成される。
次に、図4(C)の工程において図3(B)の構造上にBPSG膜36を約250nmの厚さに堆積し、さらに前記BPSG膜36中に前記拡散領域31b,31e,31pおよび31nをそれぞれ露出するコンタクトホール36A〜36Dを形成する。さらに前記BPSG膜36上に酸化膜を熱CVD法により堆積し、全面エッチバックすることにより前記コンタクトホール36A〜36Dの側壁面に側壁酸化膜36a〜36dをそれぞれ形成する。さらに、前記コンタクトホール底36A〜36Dを覆うように、PをドープしたアモルファスシリコンおよびWSiよりなる電極37A〜37Dをそれぞれ形成する。このうち、メモリセル領域30B中の電極37A,37Bはビット線パターンを形成する。前記コンタクトホール36A〜36Dに側壁酸化膜36a〜36dを形成することにより、前記コンタクトホールの位置がずれた場合にも、コンタクトホール内に形成された電極とゲート電極との短絡を回避することができる。
図4(C)の工程では、さらに前記BPSG膜36上に厚さが約350nmの別のBPSG膜38を、前記BPSG膜38が前記電極37A〜37Dを覆うように形成する。
次に図4(D)の工程において、図4(C)のBPSG膜38中に、前記メモリセル領域30A中において拡散領域31a,31cおよび31dをそれぞれ露出するコンタクトホール38A〜38Cを形成し、図5(E)の工程において、前記コンタクトホール38A〜38Cを覆うようにメモリセルキャパシタを形成する。
図6(A)〜図7(D)は、図4(D)の工程と図5(E)の工程との間の工程を詳細に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図6(A)を参照するに、前記BPSG膜38上には前記コンタクトホール38Bを覆うように、前記BPSG膜38あるいはBPSG膜36よりもエッチングレートの低いSiO2,SiN,SiON等の絶縁膜39を形成し、これをエッチバックして図6(B)に示すようにコンタクトホール38Bの側壁を覆う側壁絶縁膜38bを形成する。なお、前記絶縁膜39のエッチング速度がBPSG膜のエッチング速度と同等であっても、以下に述べる利点を享受できる。
さらに図6(B)の工程では、前記絶縁膜39上に、前記周辺回路領域30Bを覆うレジストパターン40が形成され、前記レジストパターン40をマスクに前記絶縁膜39をエッチングすることにより、前記BPSG膜38中に前記メモリセル領域30A中において、前記周辺回路領域30B中におけるBPSG膜38の表面よりも低い表面をレベル381に形成する。前記表面381は、前記メモリセル領域30Aと周辺回路領域30Bとの境界部において段差S1を形成する。
次に、図7(C)の工程において、図6(B)のレジストパターン40を除去し、Pをドープしたアモルファスシリコン層を堆積した後パターニングし、前記コンタクトホール38Bを覆うメモリセルキャパシタの蓄積電極41を形成する。前記蓄積電極41のパターニングはレジストパターン(図示せず)をマスクに行われ、その結果前記メモリセル領域30Aにおいて前記BPSG膜38の表面の位置は、前記レベル381よりも低いレベル382まで低下する。これに伴い、前記メモリセル領域30Aと周辺回路領域30Bとの間に生じる段差は前記S1からS2にまで増大する。この前記蓄積電極41のパターニングの際、前記絶縁膜39は前記BPSG膜38よりもエッチングレートが低いため、エッチングされる量はわずかである。
次に、図7(D)の工程において図7(C)の構造上にONO構造のキャパシタ絶縁膜42を堆積し、さらにその上にPドープアモルファスシリコン層を堆積した後レジストパターンを使ってパターニングを行ない、対向電極43を形成する。その際、前記対向電極43のパターニングに伴って、前記メモリセル領域30AにおいてはBPSG膜38がエッチングされ、前記周辺領域30Bとの境界部に溝面383を有する溝38Gが形成される。前記絶縁膜39は前記BPSG膜38よりもエッチング速度が小さいため、前記溝38Gは前記境界部において、前記段差S2よりもさらに大きい段差S3を形成する。
かかる構成によれば、前記周辺回路領域30Bにおいて絶縁膜がメモリセル領域よりも絶縁膜39の厚さだけ厚く形成され、かつ前記BPSG膜38がエッチング速度の低い絶縁膜39により保護されているため、前記メモリセルキャパシタの形成を行なった場合、図2(A)〜(C)で説明したような、周辺回路領域におけるBPSG膜16の高さがメモリセル領域における高さよりも減少してしまい、メモリセル領域と周辺領域との間のグローバルな段差が拡大してしまう問題が軽減される。
また、図7(D)の工程において、前記メモリセルキャパシタの形成の結果、図8に示すように前記絶縁膜39が完全に除去されてしまう場合もある。すなわち、図8は図7(D)の構造の一変形例を表す。
図7(D)の構造は先に説明した図5(E)の構造に対応している。
図5(E)を再び参照するに、前記BPSG膜38中に形成され各々前記拡散領域31a,31cおよび31dを露出するコンタクトホール38A,38B,38Cには、蓄積電極41、キャパシタ誘電体膜42および対向電極43よりなるメモリセルキャパシタMCが形成されている。
次に図5(F)の工程において図5(E)の構造上にBPSG膜44が約350nmの厚さに形成され、前記BPSG膜44中上には、前記膜44中に前記電極37Cおよび拡散領域31oをそれぞれ露出するように形成されたコンタクトホール44Aおよび44Bを介して配線電極45A,45Bを形成する。また前記BPSG膜44上には配線パターン45C,45Dが形成される。
本実施例では前記周辺回路領域30B中において前記BPSG膜38表面の位置が当初の位置に維持されるため、前記BPSG膜44中に前記メモリセル領域30Aと周辺回路領域30Bとの境界部に対応して生じるグローバル段差が軽減され、その結果配線電極45A,45Bあるいは配線パターン45C,45Dのフォーカシングマージンが増大する。

[第2実施例]
ところで、先の実施例によるDRAMでは、図9に示すようにメモリセル領域30Aと周辺領域30Bとの間の段差部S3に、前記蓄積電極41あるいは対向電極43をパターニングにより形成する際に導体層の一部が前記段差部に沿ってパターン42Xとして残留してしまう場合がある。
図10(A)および10(B)は、前記メモリセルキャパシタの前記メモリセル領域30A中への形成を示す平面図である。ただし、図10(A)は図6(B)の工程に対応する。
図10(A)を参照するに、破線で示すメモリセル領域30Aの外側にはレジストパターン40を使ったパターニングの結果段差S1が形成されており、一方メモリセル領域30A中には、コンタクトホール30Aが行列状に形成されている。
一方図10(B)は先の図7(D)の工程に対応し、前記メモリセル領域30A中に、各々蓄積電極41を含むキャパシタMCを前記コンタクトホール30Aに対応して形成した状態を示す。
図10(B)を参照するに、前記周辺回路領域30Bには絶縁膜39が露出しており、前記周辺回路領域30Bとメモリセル領域30Aとの間の段差S3に沿って、前記不規則導体パターン42Xが延在している。さらに、前記メモリセル領域30A中、点線で囲んだ領域の外側には前記メモリセルキャパシタMCと同一構成のダミーメモリセルキャパシタMC’が形成されている。前記残さ導体パターン42Xは前記段差S3に沿って延在するため、前記メモリセルキャパシタMCを前記点線で囲んだ領域の外側に形成した場合には、最外周部のメモリセルにおいて、特に前記メモリセル領域30Aと周辺領域30Bとを形成する際のマスク工程において位置ずれが生じた場合に前記メモリセルキャパシタMCが導体パターン42Xと短絡を生じる危険があり、またメモリセル最外周部においてはフォトレジストパターンが内部と異なったりするため、実際に動作するメモリセルを囲むように、前記メモリセル領域30Aの最外周部には前記ダミーメモリセルキャパシタMC’を形成している。さて、前記導体残さ42Xは前記段差部S3に残留するが、これを格別に制御しているわけではないため、通常の洗浄処理等の時にこの残さが飛散してしまうおそれがある。一旦飛散すれば、かかる導体残さはパターン不良を引き起こす異物となるだけであり、従ってかかる残さの飛散を確実に防止する対策が必要になる。
これに対し、図11は本発明の第2実施例によるDRAM50の平面図を示す。
図11を参照するに、本実施例によるDRAM50では、前記段差部S3に沿って、前記段差部S3を覆う所定の幅の導体パターン42Yを前記メモリセルキャパシタCの蓄積電極41あるいは対向電極43と同時に形成する。前記導体パターン42Yは直線的に延在する縁部により画成され所定の幅を有しているため、前記残さの剥離や飛散の問題を確実に防止できる。

[第3実施例]
図12は図1のDRAM10に類似した、ただし周辺領域10Bに前記キャパシタCの他にフィールド絶縁膜12A上に形成された別のキャパシタDを含むDRAM60の構成を示す。ただし図12中、先に図1で説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
先に説明した図1のDRAM10では、前記周辺領域10BのキャパシタCはフィールド絶縁膜12Bおよび12Cにより画成されたいわば活性領域中に形成されているため、ゲート電極形成の前にAs等を前記領域11hに高濃度にイオン注入し、その後で酸化膜13eの酸化工程を行なう必要があり、このため前記イオン注入工程のために追加のマスク工程が必要であった。また、図1の従来の構成では、高濃度イオン注入を行なうため、ゲート酸化膜の絶縁耐圧が劣化する問題があった。さらに、前記キャパシタCは、フィールド絶縁膜12B,12Cで画成された前記拡散領域11hを覆うような形で形成されているため、トランジスタ等の活性素子を形成する領域がその分減少してしまい、半導体装置の微細化にとって不利であった。
これに対し図12のDRAM60では、前記キャパシタDはフィールド酸化膜12A上に形成された下側キャパシタ電極13FとBPSG等の層間絶縁膜14上に形成された上側キャパシタ電極15Dと、その間に介在する層間絶縁膜14とよりなり、高濃度のイオン注入のためのマスク工程は不要であり、またキャパシタ酸化膜13eの絶縁耐圧の劣化の問題は生じない。
一方、図12のDRAM60では、前記下側電極13F上の層間絶縁膜14の厚さが大きいため、キャパシタDを大きな容量で形成するには非常に大面積を必要とし、チップ面積が大幅に増大してしまう問題がある。
更に、DRAMメモリセルキャパシタと同一構造のキャパシタを周辺回路領域10Bにも形成することが考えられるが、DRAMメモリセルキャパシタの場合対向電極に印加される電圧は電源電圧の1/2として、キャパシタにHIGH,LOWレベルが蓄積された時にキャパシタ絶縁膜に印加される電圧が±1/2電源電圧となるようにするのが普通である。こうしてDRAMメモリセルの絶縁膜を薄くし、キャパシタ容量を大きくしている。一方周辺回路、特にアナログ周辺回路においては容量の両端子に電源電圧が印加されるのが避けられず、絶縁耐圧が問題となる。一方アナログ動作に耐えるように絶縁膜を厚くすれば、DRAMメモリセルキャパシタの容量が小さくなってしまう。
図13(A)〜(C)は、上記図12のDRAM60の課題を解決した、本発明の第3実施例によるDRAM70の製造工程を示す。ただし図中、先に図1で説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図13(A)を参照するに、前記層間絶縁膜14中には前記コンタクトホール14Bの他に前記フィールド酸化膜12A上の電極13Fを露出する開口部14Dが形成され、前記層間絶縁膜14上にはさらに前記コンタクトホール14Bおよび開口部14Dをそれぞれの断面形状に従って覆う絶縁膜140が形成される。前記層間絶縁膜14の厚さは200nmとし、コンタクトホール14Bの大きさは約0.3μmとしている。一方、前記開口部14Dの大きさは必要とする容量値によるが、いずれにせよ前記コンタクトホール14Bの大きさよりははるかに大きい。集積度が増すにつれて前記コンタクトホール14Bの大きさはさらに減少する。
次に、図13(B)の工程において前記絶縁膜140のうち前記周辺領域10Bに対応する部分をレジストパターンで覆い、前記メモリセル領域10Aにおいて前記絶縁膜140をエッチバックし、前記コンタクトホール14Bの側壁に側壁絶縁膜14bを形成する。図13(B)の工程では、前記周辺領域10Bにおいて前記絶縁膜140はそのまま残留し、したがって前記開口部14Dの底は前記絶縁膜140により覆われている。ただし、前記絶縁膜140は熱CVD法により約70nmの厚さに形成している。この場合、前記コンタクトホール14Bの側壁には約80%、すなわち56nm(=70×0.8)の側壁絶縁膜が形成され、最終的なコンタクトホール14Bのサイズは約0.2μm(=0.3μm−56nm×2)となる。
そこで、前記コンタクトホール14Bの当初の大きさが例えば0.2μmである場合、前記絶縁膜140を70nmの厚さに形成することにより、最終的なコンタクトホール14Bのコンタクトサイズを0.1μm程度にすることができる。このサイズは、DRAMメモリセルのコンタクトサイズとしては特に問題がない。一方、前記コンタクトホール14Bの当初の大きさが0.2μmよりも小さい場合には、前記絶縁膜140の厚さを減少させる必要がある。しかし、このことは一方で周辺回路領域10Bにおける容量絶縁膜の大きさが減少することでもあり、好ましい。アナログ周辺回路の容量を重視する場合には、したがって前記絶縁膜140の厚さを上記の値よりも減少させる。
さらに、図13(C)の工程において前記レジストパターンを除去し、導体層を一様に堆積した後パターニングすることにより、前記コンタクトホール14Bを埋める電極15Bと前記開口部14Dを覆う電極150とが形成される。このうち、前記電極150は前記開口部14Dにおいて前記電極13Fから前記絶縁膜140により隔てられており、その結果前記電極150は前記電極13Fおよび絶縁膜140と共に前記キャパシタDに対応するキャパシタEを形成する。
本実施例によるDRAM70では、前記キャパシタEは前記フィールド酸化膜12A上に形成されるにもかかわらず、キャパシタ絶縁膜として前記側壁絶縁膜14bと同じ絶縁膜140を使うため、図12のキャパシタDの絶縁膜の1/3以下の厚さの薄い絶縁膜を形成でき、集積密度を損なうことなく大きな容量を実現することができる。
また、キャパシタEを形成する際に、前記絶縁膜140をパターニングするのに追加のマスク工程が必要になるが、一方図12のキャパシタCの製造工程と比較すると、前記拡散領域11hを形成するためのマスク工程が不要になるため、全体としてマスク工程数が増加することはない。

[第4実施例]
図14は本発明の第4実施例によるDRAM80の全体構造図を示す。ただし図14中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図14を参照するに、DRAM80は前記周辺領域10B中に、前記キャパシタEの他に前記層間絶縁膜16中に形成された開口部16Cに対応して形成されたキャパシタFと、前記層間絶縁膜16中に形成された開口部16Dに対応して形成されたキャパシタGとをさらに含み、前記キャパシタFは、前記フィールド酸化膜12B上に前記ゲート電極13A〜13Cと同時に形成され、前記開口部16Cにより露出される下側電極13Gと、前記層間絶縁膜16上に前記開口部16Cを覆うように形成され、前記コンタクトホール16Aあるいは16Bの側壁酸化膜16aあるいは16bと同時に形成された絶縁膜160よりなるキャパシタ絶縁膜と、前記キャパシタ絶縁膜160上に前記開口部16Cを埋めるように形成された上側電極21Bとよりなる。ただし、前記キャパシタ絶縁膜160は図7(D)の絶縁膜39に対応する。
同様に、前記キャパシタGは、前記開口部16Dにより露出される前記拡散領域11hと、前記層間絶縁膜16上に前記開口部16Dを覆うように形成され、前記絶縁膜160よりなるキャパシタ絶縁膜と、前記キャパシタ絶縁膜160上に前記開口部16Dを覆うように形成された上側電極21Cとよりなる。前記キャパシタ絶縁膜160は図7(D)の絶縁膜39に対応する。
本実施例によるDRAM80では、前記キャパシタEあるいはFはフィールド酸化膜12Aあるいは12B上に形成され、このためDRAM80の集積密度を低下させることがない。また、キャパシタEではキャパシタ絶縁膜140が、前記側壁絶縁膜14aあるいは14bを形成する絶縁膜と同じ絶縁膜により形成され、その際前記キャパシタ絶縁膜140をパターニングするためにマスク工程を追加する必要があるが、図12のキャパシタCの製造工程と比べると、拡散領域11hを形成するためのマスク工程が不要となるため、全体としてマスク工程数の増加はない。
一方、キャパシタFではキャパシタ絶縁膜160が、前記側壁絶縁膜16aあるいは16bを形成する絶縁膜と同じ絶縁膜により形成されるためマスク工程を追加する必要がなく、さらに図12のキャパシタCの製造工程と比べると、前記拡散領域11hを形成するためのマスク工程が不要となるため、全体としてマスク工程数を削減できる。さらに、キャパシタGにおいても、図12のキャパシタCに比べてマスク工程数の増加が回避される。
なお、前記キャパシタE,F,Gを同時に示した図14は図13の原理の応用を説明するためのものであり、これら全てのキャパシタを同時に使う必要のないことは勿論である。

[第5実施例]
図15は、図1の従来のDRAM10のメモリセル領域10A近傍を詳細に示す。ただし図15中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図15の構成では、先に図10(B)で説明したようなダミーセルがメモリセル領域10Aの周辺部に形成されるが、かかるダミーセルは情報の記憶には寄与しないため、ダミーセル領域を形成することにより、その分だけDRAM10の集積密度は低下してしまう。
これに対し、図16(A),(B)および図17(C)は本発明の第5実施例によるDRAM90の製造工程を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図16(A)を参照するに、本実施例では前記ダミーセルのコンタクトホール38Cがフィールド酸化膜33Bを露出するように形成され、前記絶縁膜39の堆積の後、図16(B)の工程において前記周辺領域30Bをレジストパターンにより保護し、メモリセル領域30Aにおいて前記絶縁膜39をエッチバックすることにより、前記コンタクトホール38A,38B中に側壁酸化膜38a,38bを形成する。ただし、本実施例では前記ダミーセルは周辺領域30B中の前記メモリセル領域30Aとの境界部に形成されている。
さらに、図17(C)の工程において、前記コンタクトホール38A,38Bを埋めるように蓄積電極41A,41Bを形成し、さらに前記コンタクトホール38Cを埋めるように蓄積電極41Cを形成する。このうち、前記蓄積電極41A,41Bはそれぞれ基板31中の拡散領域31aおよび31cにコンタクトし、一方ダミーセルの蓄積電極41Cは前記フィールド酸化膜33B中に前記絶縁膜39により終端されており、拡散領域にはコンタクトしない。
前記蓄積電極41A〜41Cの形成の後、前記蓄積電極41A〜41Cを覆うように、キャパシタ誘電体膜42と対向電極43とが順次形成される。
本実施例では、前記ダミーキャパシタが前記フィールド酸化膜33上に形成されるため、余計な面積の増加が回避され、DRAMの集積密度が向上する。
本実施例において、前記ダミー蓄積電極41Cの先端部は前記絶縁膜39により覆われているため、前記コンタクトホール38Cは前記フィールド酸化膜33Bを貫通してもかまわない。さらに、前記ダミー蓄積電極41Cの先端部が前記絶縁膜39により覆われている限り、前記コンタクトホール38Cは任意の位置に、例えば電極35C上に形成することも可能である。

[第6実施例]
図18(A)〜(C)は、本発明の第6実施例によるDRAM70Aの製造工程を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図18(A)〜(C)を参照するに、DRAM70Aは図13(A)〜(C)で説明したDRAM70の一変形例であり、図18(A)の工程において図13(A)と同様な構造が形成されるが、本実施例ではさらにその上に、前記SiO2膜140を覆うようにPドープしたポリシリコンあるいはアモルファスシリコン膜141が一様に形成される。ただし、図18(A)〜(C)は、先の図13(A)〜(C)とは左右が逆に表示されている。
次に、図18(B)の工程において、図13(B)の場合と同様なレジストパターンを使って前記ポリシリコン膜141をパターニングした後、さらにその下のSiO2膜140を同じレジストパターンをマスクにパターニングし、前記コンタクトホール14Bの底部において前記Si基板11を露出させる。図18(B)よりわかるように、本実施例では前記コンタクトホール14Bの側壁を覆うSiO2膜140がさらにポリシリコン膜141により覆われ、また前記キャパシタEのキャパシタ絶縁膜を構成するSiO2膜140も前記ポリシリコン膜141により覆われる。
次に、図18(B)の構造はHF水溶液中に浸漬され、前記露出したSi基板11表面に形成されている自然酸化膜がエッチング除去される。その際、前記コンタクトホール14Bにおいても前記キャパシタEにおいてもSiO2膜140はポリシリコン膜141により保護されているため、コンタクトホール14Bの側壁絶縁膜140あるいはキャパシタEのキャパシタ絶縁膜140にピンホールが生じる等の問題は生じない。
さらに、図18(C)の工程において、前記ビット線電極15Bおよびキャパシタ電極150が、それぞれ前記コンタクトホール14BおよびキャパシタEにおいて前記ポリシリコン膜141を覆うように形成される。
先にも説明したように、かかる構造ではコンタクトホール14Bの底面において基板11表面の自然酸化膜を除去するためにHF処理を行なうことができるため、ビット線のコンタクト抵抗を減少させ、確実なコンタクトを実現することができる。
なお、本実施例において前記ビット線電極15Bおよびキャパシタ電極150は、W,Al,ポリシリコン,WSi等の導電体あるいはその積層体により形成するのが好ましい。また、前記側壁ポリシリコン膜141もW等の他の導電膜により置き換えることができる。
例えば、前記側壁導電膜141をPにより第1の濃度にドープされたポリシリコンとし、前記ビット線電極15BをPにより第2の、より高い濃度にドープされたポリシリコンとWとの積層膜としてもよい。さらに、前記側壁導電膜141およびビット線電極15Bの双方をWにより形成してもよい。

[第7実施例]
図19(A)〜図21(D)は本発明の第7実施例による、アナログ集積回路とDRAMとを共通基板101上にモノリシックに集積化した半導体集積回路200の製造工程を示す。
図19(A)を参照するに、p型Si基板101上にはアナログ集積回路に対応してn型ウェル101Aが形成されており、前記n型ウェル101A上にはゲート酸化膜102を隔てて、ポリシリコン膜103aとWSi膜103bとを積層した電極パターン103Aが形成されている。同様に、前記基板101のDRAM領域には、前記ゲート酸化膜102を隔てて、各々ポリシリコン膜103aとWSi膜103bとを積層した複数のゲート電極103Bが形成されている。前記電極パターン103Aおよびゲート電極103Bは、いずれもSiN膜104により上部および側壁面が覆われている。
次に、図19(B)の工程において、図19(A)の構造上にBPSG,PSGあるいはHSG等の層間絶縁膜105を堆積し、化学機械研磨(CMP)法により平坦化した後、前記層間絶縁膜105中に前記電極パターン103Aに対応して開口部105Aを、また前記複数のゲート電極103Bの間に形成される拡散領域(図示せず)に対応して複数のビット線コンタクトホール105Bおよびメモリセルコンタクトホール105Cを形成する。ただし、前記開口部105Aは前記電極パターン103A上のSiN膜104を露出するのに対し、前記ビット線コンタクトホール105Bあるいはメモリセルコンタクトホール105Cは前記Si基板101の表面を露出する。前記層間絶縁膜105は、平坦化後に前記電極パターン103A上の部分が少なくとも50nmの厚さを有するように形成するのが好ましい。
前記開口部105Aおよびコンタクトホール105B,105Cの形成は、例えばC48/Ar/CO/O2混合ガスを使った、SiO2あるいはBPSG等のシリコン酸化膜に対して選択的に作用し、SiN膜に対するエッチング速度が低いRIE法により行なうのが好ましい。この場合、前記コンタクトホール105Bおよび105Cの形成は、SiN膜104を自己整合マスクとして実行される。すなわち、本実施例の方法によれば、微細なコンタクトホール105Bあるいは105Cを形成するのに特別なマスクあるいは露光装置は必要なく、コンタクトホール105B,105Cは前記開口部105Aの形成と同時に形成することができる。また、前記開口部105Aを形成するエッチングは、前記電極パターン103A上のSiN膜104が露出した時点で自発的に停止する。
さらに、図20(C)の工程において、図19(B)の構造上にPをドープした導電性アモルファスシリコン膜(図示せず)を、前記開口部105Aおよびコンタクトホール105B,105Cを埋めるように、200〜400nmの厚さに堆積する。さらに、前記アモルファスシリコン膜のうち、前記層間絶縁膜105上に堆積している部分をCMP法により除去することにより、前記開口部105Aを埋める導電性アモルファスシリコンプラグ106Aおよび前記コンタクトホール105B,105Cを埋める導電性アモルファスシリコンプラグ106Bおよび106Cが形成される。このようにして形成されたアモルファスシリコンプラグ106Aはアナログ集積回路中のキャパシタの下部電極を構成する。
図20(C)の工程では、さらに前記層間絶縁膜105上にSiO2膜107が30〜70nm程度の厚さに堆積され、前記SiO2膜107中には、前記ビット線コンタクトホール105Bを埋める導電性プラグ106Bを露出する開口部107Aが、たとえばCF4/CHF3/Arの混合ガスを使ったRIE法によるパターニングにより形成される。さらに、前記SiO2膜107上にポリシリコン膜108aとWSi膜108bとをそれぞれ50nmおよび100nmの厚さに形成し、これをさらにCl2/O2の混合ガスを使ったRIE法によりパターニングすることにより、前記キャパシタ下部電極106Aに対応してキャパシタ上部電極108Aが、また前記導電性プラグ106Bに対応してビット線電極108Bが形成される。前記キャパシタ上部電極108Aと前記ビット線電極108Bとは、いずれも前記ポリシリコン膜108aとWSi膜108bとを積層した構造を有する。前記キャパシタ下部電極106Aとキャパシタ上部電極108Aとは、間に介在する前記SiO2膜107と共に、アナログ集積回路のキャパシタCを構成する。
次に、図21(D)の工程において図20(C)の構造上に、前記上部電極108Aおよびビット線電極108Bを覆うように、PSG,BPSGあるいはHSG等の別の層間絶縁膜109を堆積し、形成された前記層間絶縁膜109中に、前記アモルファスシリコンプラグ106Cに対応した開口部109Aを、RIE法により形成する。さらに、前記層間絶縁膜109上にSiO2膜を前記開口部109Aを含むように堆積した後、前記基板101の主面に略垂直に作用する異方性エッチングを行なうことにより、前記開口部109Aの側壁面にSiO2側壁膜109Bを形成すると同時に前記SiO2膜107中に対応する開口部を形成し、前記アモルファスシリコンプラグ106Cを露出する。
次に前記層間絶縁膜109上に、前記開口部109Aを埋めるようにPドープアモルファスシリコンあるいはポリシリコンよりなるDRAMの蓄積電極110を形成し、さらに前記蓄積電極110の表面にSiO2あるいはSiNよりなるキャパシタ誘電体膜111を形成し、さらにその上に、Pドープポリシリコンよりなる対向電極112を形成する。
図19(A)〜21(D)の方法によれば、前記キャパシタ下側電極106Aは前記アモルファスシリコンプラグ106B,106Cを形成する工程と同時に形成され、余計なマスク工程が必要になることはない。また、前記キャパシタ上側電極108Aも、ビット線電極108Bと同時に形成され、余計なマスク工程は必要ない。すなわち、本実施例の方法によれば、同一基板上にキャパシタCを含むアナログ集積回路とDRAMとを、同時に、余計な工程増なしに形成することが可能になる。

[第8実施例]
図22(A)〜(B)は、本発明の第8実施例による半導体装置220の製造工程を示す。ただし、図22(A),(B)中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図22(A)を参照するに、半導体装置220は先の実施例による半導体装置200の一変形例であり、本実施例では図19(B)の工程の後、前記開口部105Aおよびコンタクトホール105B,105CをそれぞれPドープアモルファスシリコンプラグ106A,106Bおよび106Cで充填し、さらにCMP処理を行なった後、前記層間絶縁膜105上にSiO2膜107と別の、Pドープアモルファスシリコン膜107Bとを順次堆積する。さらに、図22(A)の工程では、前記アモルファスシリコン膜107BとSiO2膜107B中に、前記ビット線コンタクトに対応するアモルファスシリコンプラグ106Bを露出するコンタクトホール107Aが形成されている。
さらに、本実施例では図22(A)の構造上をHF水溶液中においてウェットエッチング処理し、前記露出したアモルファスシリコンプラグ106Bの表面から自然酸化膜を除去する。この工程では、前記SiO2膜107は前記Pドープアモルファスシリコン膜107Bにより覆われているため、HFエッチャントにより侵食される問題は実質的に生じない。
本実施例では、次に図22(B)の工程で、このように処理された図22(A)の構造上に、図20(C)の工程と同様にキャパシタCの上側電極108Aおよびビット線電極108Bを形成する。
本実施例による半導体装置220では、図22(A)の工程においてHF処理により前記アモルファスシリコンプラグ106Bの露出表面から自然酸化膜を除去することが可能になり、その結果ビット線電極108Bのコンタクト抵抗を低減することができる。また、前記SiO2膜107がアモルファスシリコン膜107Bにより保護されているため、このようなHF処理を行なっても、アナログ集積回路中のキャパシタ絶縁膜の膜厚が目減りすることがない。
図22(B)の工程の後は、図21(D)と同様な工程が実行され、共通基板101上にキャパシタCを有するアナログ集積回路とDRAMとが集積化された半導体装置が形成される。

[第9実施例]
図23(A)〜24(C)は、本発明の第9実施例による半導体装置230の製造工程を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図23(A)を参照するに、半導体装置230は先の実施例による半導体装置220の一変形例であり、図19(B)の工程の後、前記開口部105Aおよびコンタクトホール105CをそれぞれPドープアモルファスシリコンプラグ106Aおよび106Cで充填し、さらにCMP処理を行なうが、本実施例では図23(A)の工程では前記ビット線コンタクトに対応するコンタクトホール105Bは形成されない。
次に、図23(B)の工程において、前記図23(A)の構造上にSiO2膜107とPドープアモルファスシリコン膜107Bとが堆積され、さらに前記膜107Bおよび107を貫通する開口部107Aの形成の後、前記コンタクトホール105Bを前記層間絶縁膜105中に形成する。
さらに、図24(C)の工程において図23(B)の構造上にPドープポリシリコン膜108aを、前記コンタクトホール105Bを埋めるように堆積し、さらにその上にWSi膜108bを堆積した後パターニングを行なうことにより、前記キャパシタCの下側電極106Aに対応して上側電極108Aが、また前記コンタクトホール105Bを埋めるビット線電極108Bが形成される。
本実施例による方法でも、前記下側電極106Aは導電性プラグ106Cと同時に形成され、また前記上側電極108Aも導電性プラグ106Bと同時に形成されるため、余計な堆積工程やマスク工程は不要である。

[第10実施例]
図25(A)〜28(G)は、本発明の第10実施例による半導体装置240の製造工程を示す。
図25(A)を参照するに、p型Si基板201上にはアナログ集積回路形成領域AとDRAM形成領域Bとの間に素子分離溝201Aが形成されており、前記素子分離溝201AはSiO2膜201Bにより埋められている。また図25(A)の工程では、前記アナログ集積回路形成領域Aにn型不純物、例えばAsやPがイオン注入され、n型ウェル(図示せず)が形成される。
次に、図25(B)の工程において、図25(A)の構造上に、前記アナログ集積回路形成領域Aに形成されるMOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜202Aが一様に、前記Si基板201の熱酸化により形成され、さらに前記ゲート酸化膜202A上にはポリシリコン膜が100〜200nmの厚さに堆積される。さらにこのようにして形成されたポリシリコン膜をレジストパターンRをマスクにCl2/O2混合ガスを使ったドライエッチング法によりパターニングすることにより、前記アナログ集積回路形成領域Aにおいて前記ゲート酸化膜202A上にポリシリコンパターン203が形成される。さらに、図25(B)の工程では、前記レジストパターンRおよびポリシリコンパターン203をマスクにB等の不純物元素のイオン注入を行ない、前記DRAM形成領域Bにp型ウェル(図示せず)を形成する。
次に、図26(C)の工程において、前記Si基板201表面から露出している熱酸化膜202AをHFによるウェットエッチング処理により除去し、新たに前記DRAM領域BのSi基板201表面にSiO2膜202Bを熱酸化により形成する。これに伴い、前記アナログ集積回路形成領域Aにおいても前記ポリシリコンパターン203の表面に熱酸化膜が、前記SiO2膜202Bの延長として形成される。
図26(C)の工程では、さらに前記SiO2膜202B上に、Pドープアモルファスシリコン膜204と、W膜205と、SiO2膜206とが、それぞれ70nm,100nmおよび100nmの厚さに順次堆積され、さらに図26(D)の工程においてこれを順次パターニングすることにより、前記DRAM領域Bにおいて複数のゲート電極207が形成される。ただし、前記SiO2膜206のパターニングはCF4/CHF3/Arの混合ガスを使ったRIEにより実行されるのに対し、前記W膜205とアモルファスシリコン膜204のパターニングはCl2とO2の混合ガスを使ったRIEにより実行される。
さらに、図26(D)の工程では、前記ゲート電極207をマスクにPあるいはAsのイオン注入を行なうことにより、前記ゲート電極207の各々に隣接してn型拡散領域(図示せず)が形成される。
さらに、図27(E)の工程において図26(D)の構造上に一様にSiO2膜を堆積し、これを前記基板201に略垂直方向に作用するRIE法によりエッチバックすることにより、前記ゲート電極207の上面および側面を覆う酸化膜パターン208が形成される。また、かかる酸化膜パターン208は前記ポリシリコンパターン203の側壁面にも形成される。前記酸化膜パターン208は、隣接するゲート電極207上の酸化膜パターン208との間に、前記基板201の表面を露出する自己整合コンタクトホールを形成する。
次に、図27(F)の工程において前記図27(E)の構造上にポリシリコン膜209を一様に、かつ前記自己整合コンタクトホールを覆うように堆積し、さらに図28(F)の工程でこれを例えばCl2とO2の混合ガスをエッチングガスとしたRIE法によりパターニングすることにより、前記DRAM領域Bにおいては前記基板201中の拡散領域に前記自己整合コンタクトホールにおいて電気的にコンタクトする導体プラグ210Bが形成される。同時に、前記アナログ集積回路形成領域Aにおいては、前記ポリシリコン膜209のパターニングの結果、ゲート電極210が形成される。
図28(G)に示す本実施例の半導体装置240では、前記DRAM形成領域Bにおいて微細な自己整合コンタクトホールに導電性プラグ210Bを、余計なマスク工程を行なう必要なく、しかも前記アナログ集積回路形成領域Aにおけるゲート電極の形成と同時に形成することができる。また、前記導電性プラグ210Bを形成することにより、図26(G)の後の工程で、図26(G)の構造を覆う層間絶縁膜中に深いコンタクトホールを形成する必要がなくなり、半導体装置の製造が容易になる。

[第11実施例]
図29(A)〜30(C)は、本発明の第11実施例による半導体装置250の製造工程を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
本実施例では図29(A)の工程において図27(E)の構造上にSiO2膜をCVD法により堆積し、これをエッチバックして前記ポリシリコンパターン203を覆うSiO2膜211Aを形成する。ただし、前記SiO2膜211Aは前記ポリシリコンパターン203の側壁を覆うSiO2側壁膜208を覆うように延在する。また、同時に、前記CVD−SiO2膜のパターニングの結果として、前記ゲート電極207を覆うSiO2膜208の側壁にも、側壁膜211Bが形成される。
図29(A)の例では、前記基板201中のシャロートレンチ構造201Bはn型ウェル201Cにより置き換えられている。
次に、図29(B)の工程において、図29(A)の構造上にPドープアモルファスシリコン膜212を典型的には100〜200nmの厚さに堆積し、さらに図30(C)の工程において前記アモルファスシリコン膜212をパターニングし、前記ポリシリコンパターン203に対応してアモルファスシリコンパターン212Aを、また前記隣接する一対のゲート電極207の間に、前記Si基板201表面とコンタクトした導電性プラグ212Bとを同時に形成する。ここで、前記アモルファスシリコンパターン212Aはその下のSiO2膜211Aおよびポリシリコンパターン203と共に前記アナログ集積回路形成領域AにおいてキャパシタCを形成する。また、前記導電性プラグ212Bは図28(G)の導電性プラグ210Bと同様な、引き出し電極を形成する。

[第12実施例]
図31(A)〜32(D)は、本発明の第12実施例による半導体装置260の製造工程を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図31(A)を参照するに、本実施例では図26(D)の構造上にSiO2膜213をCVD法により30〜50nmの厚さに堆積し、さらに図31(B)の工程においてこれをエッチバックし、前記ポリシリコンパターン203を覆うSiO2膜213Aおよび前記ゲート電極207を覆うSiO2膜213Bを同時に形成する。ただし、このエッチバック工程において、前記SiO2膜213は前記アナログ集積回路形成領域Aにおいて、レジストパターン(図示せず)により保護しておく。また、図31(A)において、図29(A)と同様に、図26(D)のシャロートレンチ構造201Bはn型ウェル201Cにより置き換えられている。また、図31(B)においてゲート電極207の最上部を構成するSiO2膜206は前記SiO2膜213Bの一部として示してある。
さらに図32(C)の工程において、図31(B)の構造上にPドープしたアモルファスシリコン膜214を100〜200nmの厚さに堆積し、さらにこれをパターニングすることにより、図32(D)に示すように、キャパシタCの上側電極214AおよびDRAMの導電性プラグ214Bが形成される。

[第13実施例]
図33は、先に説明した図21(D)の半導体装置200において、前記アナログ集積回路形成領域のキャパシタCに電気的にコンタクトをとるための、本発明の第13実施例による構成を示す。ただし図33中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図33を参照するに、前記上側層間絶縁膜109には前記キャパシタCの上側電極108Aを露出するコンタクトホール109Cが形成され、前記層間絶縁膜109上には前記コンタクトホール109Cを埋めるように電極113Aが形成される。また、前記層間絶縁膜109中には前記SiO2膜107を貫通して前記下側電極106Aを露出するように別のコンタクトホール109Dが形成され、前記層間絶縁膜109上には前記コンタクトホール109Dを埋めるように電極113Bが形成される。

[第14実施例]
図34は、先に説明した図30(C)の半導体装置250において、前記アナログ集積回路形成領域のキャパシタCに電気的にコンタクトをとるための、本発明の第14実施例による構成を示す。
図34を参照するに、本実施例では前記上側電極212Aの一部が前記キャパシタCの形成領域外まで延在して延在部212Aexを形成し、さらに前記キャパシタCを覆うように層間絶縁膜213が形成される。前記層間絶縁膜213中にはさらに前記延在部213Aexを露出するコンタクトホール213Aが形成され、前記層間絶縁膜213上には前記コンタクトホール213Aを埋めるように電極214Aが形成される。さらに、前記層間絶縁膜213中には前記キャパシタCの下側電極203を露出するコンタクトホール213Bが形成され、前記層間絶縁膜213上には前記コンタクトホール213Bを介して前記下側電極203とコンタクトする電極214Bが形成される。

以上の説明では、素子分離にフィールド酸化膜を使う構成を説明したが、本発明はかかる特定の素子分離構造に限定されるものではなく、例えばシャローアイソレーショントレンチ(STI)構造の素子分離構造を使った半導体装置に対しても同様に適用できる。
また、コンタクトホールは必ずしも基板を露出するものである必要はなく、コンタクトホール内に導体プラグを形成され、かかる導体プラグを介して基板と電気的なコンタクトをとる構成のものであってもよい。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の要旨内において様々な変形・変更が可能である。
従来のDRAMの構造を示す図である。 (A)〜(C)は、図1のDRAMの問題点を説明する図である。 (A),(B)は、本発明の第1実施例による半導体装置の製造工程を説明する図(その1)である。 (C),(D)は、本発明の第1実施例による半導体装置の製造工程を説明する図(その2)である。 (E),(F)は、本発明の第1実施例による半導体装置の製造工程を説明する図(その3)である。 (A),(B)は、図4(D)〜図5(E)の間の工程を詳細に示す図(その1)である。 (C),(D)は、図4(D)〜図5(E)の間の工程を詳細に示す図(その2)である。 図7(D)の構造の一変形例を示す図である。 DRAMのメモリセル領域と周辺領域との間の段差部に残留する導体パターンを示す図である。 (A),(B)は、図9の残留導体パターンの形成を説明する平面図である。 本発明の第2実施例による半導体装置の構成を示す平面図である。 メモリセル領域に隣接する周辺領域中にキャパシタを有する半導体装置の構成を示す図である。 (A)〜(C)は、本発明の第3実施例による半導体装置の構成を示す図である。 本発明の第4実施例による半導体装置の構成を示す図である。 従来のダミーセルを示す図である。 (A),(B)は、本発明の第5実施例による半導体装置の構成を示す図(その1)である。 (C)は本発明の第5実施例による半導体装置の構成を示す図(その2)である。 (A)〜(C)は、本発明の第6実施例による半導体装置の構成を示す図である。 (A),(B)は、本発明の第7実施例による半導体装置の構成を示す図(その1)である。 (C)は本発明の第7実施例による半導体装置の構成を示す図(その2)である。 (D)は本発明の第7実施例による半導体装置の構成を示す図(その3)である。 (A),(B)は、本発明の第8実施例による半導体装置の構成を示す図である。 (A),(B)は、本発明の第9実施例による半導体装置の構成を示す図(その1)である。 (C)は、本発明の第9実施例による半導体装置の構成を示す図(その2)である。 (A),(B)は、本発明の第10実施例による半導体装置の構成を示す図(その1)である。 (C),(D)は、本発明の第10実施例による半導体装置の構成を示す図(その2)である。 (E),(F)は、本発明の第10実施例による半導体装置の構成を示す図(その3)である。 (G)は、本発明の第10実施例による半導体装置の構成を示す図(その4)である。 (A),(B)は、本発明の第11実施例による半導体装置の構成を示す図(その1)である。 (C)は、本発明の第11実施例による半導体装置の構成を示す図(その2)である。 (A),(B)は、本発明の第12実施例による半導体装置の構成を示す図(その1)である。 (C),(D)は、本発明の第12実施例による半導体装置の構成を示す図(その2)である。 本発明の第13実施例による半導体装置の構成を示す図である。 本発明の第14実施例による半導体装置の構成を示す図である。
符号の説明
10,30,50,60,70,70A,80,90 DRAM
10A,30A メモリセル領域
10B,30B 周辺領域
11,31 基板
11a〜11h,31a〜31o 拡散領域
12,12A〜12C,33A〜33F フィールド酸化膜
13A〜13D,35A〜35F ゲート電極
13E〜13G,15D,150 キャパシタ電極
13a〜13d,34 ゲート絶縁膜
13e キャパシタ絶縁膜
14,16,20,36,38,44 層間絶縁膜
14A〜14C,16A,16B,20A,20B,36A〜36D,38A〜38C,44A,44B コンタクトホール
14D 開口部
14a〜14c,16a,16b,36a〜36d,38a〜38c 側壁絶縁膜
15A,15B,37A,37B ビット線電極
15C,37C,37D 電極
17A,17B,41 蓄積電極
18,42 キャパシタ誘電体膜
19,43 対向電極
21A,21B,45A,45B 配線電極
21C,21D,45C,45D 配線パターン
31A〜31C ウェル
38G 溝部
381〜383 層間絶縁膜主面
39,140,160 絶縁膜
40 レジスト
42X 残留導体パターン
42Y 導体パターン
141 アモルファスシリコン膜
101 基板
101A,201C ウェル
102 ゲート酸化膜
103a,108a ポリシリコン膜
103b,108b W膜
103A,106A 下側電極
104 絶縁膜
105,109 層間絶縁膜
105A 開口部
105B,105C 自己整合コンタクトホール
107 キャパシタ絶縁膜
107A,109A コンタクトホール
107B アモルファスシリコン膜
108A 上側電極
108B ビット線電極
109B 側壁絶縁膜
200,220,230,240,250,260 半導体装置
201A 素子分離溝
201B 素子分離絶縁体
202A ゲート酸化膜
202B 熱酸化膜
203 ポリシリコンパターン
204 アモルファスシリコン膜
205 W膜
206 絶縁膜
207,210A ゲート電極
208,211B 側壁酸化膜
209 ポリシリコン膜
210B,212B 引き出し電極
211A 絶縁膜
212A,214A 上側電極
213,213A 絶縁膜

Claims (6)

  1. 拡散領域を形成された基板と、
    前記基板上に形成された層間絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜中に形成され、前記拡散領域を露出する第1のコンタクトホールと、
    前記第1のコンタクトホール側壁を覆う側壁絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜上に形成され、前記第1のコンタクトホール内に前記側壁絶縁膜が間に介在する電極パターンと、
    前記基板上に形成され、前記層間絶縁膜により覆われた第1のキャパシタ電極と、
    前記層間絶縁膜中に、前記第1のキャパシタ電極を露出するように形成された第2のコンタクトホールと、
    前記層間絶縁膜上に形成され、前記第2のコンタクトホールをその形状に沿って覆い、前記側壁絶縁膜と実質的に同一の組成を有するキャパシタ絶縁膜と、
    前記キャパシタ絶縁膜上に形成され、前記第2のコンタクトホールを前記キャパシタ絶縁膜が間に介在するように覆う第2のキャパシタ電極とを含み、前記第1のキャパシタ電極、前記第2のキャパシタ電極および前記キャパシタ絶縁膜がキャパシタを構成し、
    前記層間絶縁膜上面の高さが、前記第2のコンタクトホールが形成されている部分において、前記第1のコンタクトホールが形成されている部分よりも高いことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記電極パターンと前記第2のキャパシタ電極とは、実質的に同一の組成と実質的に同一の厚さを有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記基板はさらに素子分離絶縁膜とゲート電極とを有し、前記第1のキャパシタ電極は、前記素子分離絶縁膜上に形成され、前記ゲート電極と実質的に同一の組成と実質的に同一の厚さを有する導体パターンよりな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。
  4. 前記第1のキャパシタ電極は、前記基板中に形成された別の拡散領域よりな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。
  5. 前記電極パターンは別のキャパシタの一部を構成することを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
  6. 前記層間絶縁膜は前記上面が、前記第2のコンタクトホールが形成されている部分において平坦化されて平坦であることを特徴とする請求項1〜5のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
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