JPH028451B2 - - Google Patents

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JPH028451B2
JPH028451B2 JP55166930A JP16693080A JPH028451B2 JP H028451 B2 JPH028451 B2 JP H028451B2 JP 55166930 A JP55166930 A JP 55166930A JP 16693080 A JP16693080 A JP 16693080A JP H028451 B2 JPH028451 B2 JP H028451B2
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JP
Japan
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film
etching
polycrystalline silicon
overhang
mask material
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JP55166930A
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JPS5790940A (en
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Hiroshi Iwai
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に関し、詳しく
は微細パターン形成に際してのエツチング手段を
改良した半導体装置の製造方法に係る。
近年、多結晶シリコンゲートのエツチングにリ
アクテイブイオンエツチング等のサイドエツチン
グのほとんどないエツチング方法が採用されてい
る。しかしながら、かかる方法はオーバーハング
部ではサイドエツチングのないことが災いして、
多結晶シリコンがオーバーハング下に残るという
不都合さがあつた。これをnチヤンネル2層多結
晶シリコンゲートを有するMOSダイナミツク
RAMの製造工程を例にして以下に説明する。
〔〕 まず、(100)の結晶面を有するp型シリコ
ン基板1に選択酸化法により厚さ7000Åのフイ
ールド酸化膜2を形成すると共に、同酸化膜で
分離された素子領域3を形成する(第1図a図
示)。
〔〕 次いで、熱酸化処理を施して厚さ300Åの
第1ゲート酸化膜4を形成した後、全面に厚さ
6000Åの燐ドープ多結晶シリコン膜を堆積す
る。つづいて、写真蝕刻法により多結晶シリコ
ン膜をパターニングして第1層ゲート電極5を
形成した後、同電極5をマスクとして酸化膜4
をエツチング除去する(第1図b図示)。
〔) 次いで、850℃のスチーム雰囲気中で例え
ば100分間熱酸化を行なう。この時、第1図c
に示す如く燐ドープ多結晶シリコンからなる第
1層ゲート電極5周囲には、例えば厚さ4000Å
の酸化膜6が、露出したシリコン基板1上には
例えば厚さ1200Åの薄い酸化膜6′が成長され
る。また、多結晶シリコンの第1層ゲート電極
5端部では下面も酸化されて酸化膜が成長する
ため該電極5が持ち上げられてオーバーハング
部7,7′が形成される。
〔〕 次いで、シリコン基板1上の酸化膜
7を例えば弗化アンモニウム液でエツチング除
去する。この時、第1図dに示す如く多結晶シ
リコンからなる第1層ゲート電極5上の酸化膜
6もエツチングされて膜厚が約2500Åとなる。
つづいて、第1図eに示す如く1000℃の熱酸化
を行なうことにより厚さ600Åの酸化膜8を成
長させた後、全面に厚さ4000Åの燐ドープ多結
晶シリコン膜9を堆積する。この時、第1図f
に示す如く第1層ゲート電極5端部のオーバー
ハング部7,7′が多結晶シリコン膜9で埋入
られる。
〔〕 次いで、写真蝕刻法により多結晶シリコン
膜9をパターニングしてメモリセル部に第2層
ゲート電極10を、周辺回路にゲート電極1
0′を形成する。この時、多結晶シリコン膜9
のエツチングには等方的なエツチング法(例え
ばプラズマエツチング法)を用い、充分オーバ
ーエツチングしてオーバーハング部7,7′の
多結晶シリコン膜9部分が完全に残らないよう
にする。その後、前記ゲート電極10,10′
をマスクとして酸化膜8をエツチングしてメモ
リセル部に第2ゲート酸化膜11、周辺回路に
ゲート酸化膜11′を形成する(第1図g図
示)。
〔〕 以下、常法に従つてメモリセルの基板1部
分にデジツトラインとしてのn+領域12を、
周辺回路の基板1部分にn+型のソース、ドレ
イン領域13,14を形成し、更にCVD−
SiO2膜15を堆積した後、コンタクトホール
16を開孔し、Al配線17を形成してMOSダ
イナミツクRAMを製造する(第1図h図示)。
しかしながら、上述した従来法にあつては、上
記〔〕工程での等方的なエツチングにおいて、
多結晶シリコン膜9をオーバーハング部7,7′
に多結晶シリコンが残らないように充分オーバー
エツチングするため、周辺回路のゲート電極1
0′も相当オーバーエツチングされる。その結果、
ゲート長が細くなり、いわゆるシヨートチヤンネ
ル効果、パンチスルー現象が発生する欠点があつ
た。これを防ぐためには、ゲード電極10′を形
成する際の写真蝕刻時のレジスト寸法を大きくす
る必要があり、素子の集積化に支障となる。
このようなことから、既述した如く多結晶シリ
コンをリアクテイブイオンエツチングなどのサイ
ドエツチングの全くないか、或いはほとんどない
エツチング方法が採用され、素子の集積化に大き
く貢献している。しかしながら、上述したダイナ
ミツクRAMの製造工程において、リアクテイブ
イオンエツチング法により第2の多結晶シリコン
膜をエツチングすると、第2図に示す如くサイド
エツチングがないために、オーバーハング部7に
多結晶シリコン18が残存する。これと同様な問
題はオーバーハング構造のみならず、垂直又は垂
直に近い段差部上の被膜をリアクテイブイオンエ
ツチング法でエツチングする際にも生じる。即
ち、第3図aに示すように垂直な段差部19に多
結晶シリコン膜20を堆積した後、これをリアク
テイブイオンエツチング法でエツチングすると、
サイドエツチングがないので、第3図bに示す如
く段差部19の側面には多結晶シリコン21がエ
ツチングされないで残つてしまう。
本発明は、上記従来の問題点を解決するために
なされたもので、半導体基板上に形成されたオー
バーハング部もしくは段差部でのエツチング残り
を防止できると共に、該オーバーハング部もしく
は段差部以外の領域においてサイドエツチングの
ない高精度の被膜パターンの形成が可能な半導体
装置の製造方法を提供しようとするものである。
即ち、本発明は半導体基板に形成されたオーバ
ーハング部もしくは垂直に近い側面を有する段差
部を含む全面に被膜を堆積する工程と、この被膜
上に第1のマスク材を少なくとも前記オーバーハ
ング部もしくは段差部上の被膜領域が露出するよ
うに形成する工程と、このマスク材を用いて露出
した前記被膜領域を等方性又は等方性に近いエツ
チング手段により選択エツチングする工程と、前
記マスク材を除去した後、再度、第2のマスク材
を残存被膜を含む基板上に前記オーバーハング部
もしくは段差部が存在しない所望の残存被膜領域
が露出するように形成する工程と、この第2のマ
スク材を用いて露出した前記残存被膜領域を基板
に対して略垂直方向に入射する気状イオンにより
選択エツチングして被膜パターンを形成する工程
とを具備したこを特徴とする半導体装置の製造方
法である。
本発明に用いる被膜としては、例えばゲート電
極や配線となる多結晶シリコン膜、不純物ドープ
多結晶シリコン膜、金属シリサイド、もしくは
Al、Pt、Wなどの金属膜、又は層間絶縁やパツ
シベーシヨン膜となるCVD−SiO2膜、燐硅化ガ
ラス膜(PSG膜)、シリコン窒化膜、アルミナ膜
等を挙げることができる。
本発明における等方性もしくは等方性に近いエ
ツチングはオーバーハング部、段差部に被膜が残
存することなく該被膜をパターニングするために
用いられる。かかるエツチング手段としては湿式
エツチング法、プラズマエツチング法等を挙げる
ことができる。
本発明における基板に対して略垂直方向に入射
する気状イオンによるエツチングはマスク材に忠
実なオーバーエツチングのないパターニングを行
なうために用いられる。かかるエツチング手段と
しては、リアクテイブイオンエツチング法、反応
性イオンビームエツチング法等を挙げることがで
きる。本発明によれば、被膜上に第1のマスク材
を少なくとも前記オーバーハング部もしくは段差
部上の被膜領域が露出するように形成した後、該
マスク材を露出した前記被膜領域を等方性又は等
方性に近いエツチング手段により選択エツチング
することによつて、前記オーバーハング部もしく
は段差部に被膜が残ることなくパターニングでき
る。つづいて、前記第1のマスク材を除去した
後、再度、第2のマスク材を残存被膜を含む基板
上に前記オーバーハング部もしくは段差部が存在
しない所望の残存被膜領域が露出するように形成
した後、該第2のマスク材を用いて露出した前記
残存被膜領域を基板に対して略垂直方向に入射す
る気状イオンにより選択エツチングすることによ
つて、前記オーバーハング部もしくは段差部以外
の領域においてサイドエツチングのない第2のマ
スク材に忠実なパターニングを行なうことができ
る。この気状イオンによるエツチングに際して
は、第2のマスク材から前記オーバーハング部も
しくは段差部上の残存被膜が露出していないた
め、オーバーハング部等への残存被膜のエツチン
グ残りが生じることはない。従つて、半導体基板
上に形成されたオーバーハング部もしくは段差部
でのエツチング残りを防止できると共に、該オー
バーハング部もしくは段差部以外の領域において
サイドエツチングのない高精度の被膜パターンを
形成でき、ひいては高集積度で高信頼性の半導体
装置を得ることができる。
次に、本発明をnチヤンネル2層多結晶シリコ
ンゲート構造を有するMOSダイナミツクRAMに
適用した例について第4図a〜dを参照して説明
する。
実施例 () 前述した第1図a〜fの工程に準じてp型
シリコン基板1の素子領域3(メモリセル部)
に第1層ゲート電極5、層間絶縁としての酸化
膜6及びメモリセルの第2ゲート酸化膜、周辺
回路のゲート酸化膜となる酸化膜8を形成し、
更に厚さ4000Åの第2燐ドープ多結晶シリコン
膜9を堆積した後、写真蝕刻法によりメモリセ
ル部の第2層ゲート電極予定部及び周辺回路部
を覆うレジスト膜221,222を形成した(第
4図a図示)。つづいて、同レジスト膜221
222をマスクとしてCF4プラズマガスにより
選択エツチングした。この時、プラズマガスに
よるエツチングが等方性であることから、第4
図bに示す如くオーバーハング部7に多結晶シ
リコンが残ることなく第2層ゲート電極10が
形成されると共に、レジスト膜222下の周辺
回路部には多結晶シリコン膜9′が残存した。
() 次いで、レジスト膜221,222を除去し
た後、再度写真蝕刻法によりメモリセル部及び
周辺回路のゲート電極予定部を覆うレジスト膜
231,232を形成した(第4図c図示)。つ
づいて、レジスト膜231,232をマスクとし
てリアクテイブイオンエツチングを施した。こ
の時、リアクテイブイオンエツチングはサイド
エツチングが少ないことから第4図dに示す如
く周辺回路部の燐ドープ多結晶シリコン膜9′
がパターニングされレジスト膜232に忠実な
ゲート電極10′が形成された。なお、メモリ
セル部はレジスト膜231で覆われているため
第2層ゲート電極10のエツチングは起こらな
い。
() 以下、レジスト膜231,232を除去した
後、前述した第1図g,h工程に準じてMOS
ダイナミツクRAMを製造した。
本実施例においては、第2の多結晶シリコン膜
の写真蝕刻法を2回に分け、かつそのエツチング
手段を1回目は等方性エツチング、2回目はリア
クテイブエツチングしているため、メモリセル部
におけるオーバーハング部での多結晶シリコンの
エツチング残りを解消できると共に、周辺回路に
サイドエツチングのないマスクに忠実なゲート電
極を形成でき、集積度の高いMOSダイナミツク
RAMを得ることができた。
なお、第5図aに示すようにレジスト膜221
222をマスクとしてプラズマエツチングにより
第2層ゲート電極10を形成した後、メモリセル
部を覆うレジスト膜231′をメモリセルと周辺回
路を分離するフイールド酸化膜2上の多結晶シリ
コン膜部分まで延在させ、レジスト膜231′,2
2をマスクとしてリアクテイブイオンエツチン
グを施して周辺回路にゲート電極10′を形成す
ると共に、フイールド酸化膜2上に燐ドープ多結
晶シリコンの配線24を形成(第5図b図示)し
てもよい。
更に、本発明方法は上述したMOSダイナミツ
クRAMに限らず、以下に示す方法により被膜パ
ターンを形成してもよい。
まず、段差部101を含む全面に多結晶シリコ
ン膜102を堆積した後、写真蝕刻法により段差
部101を含む多結晶シリコン膜102の領域を
覆うレジスト膜103を形成する(第6図a図
示)。つづいて、同レジスト膜103をマスクと
してプラズマエツチングにより多結晶シリコン膜
102をパターニングする。この時段差部101
の側面に多結晶シリコンが残存することなくパタ
ーニングされる。ひきつづき、レジスト膜103
を除去した後、再度写真蝕刻法により段差部10
1付近上の残存多結晶シリコン膜102′部分を
段差部101方向の端部まで延びたレジスト膜1
041で覆うと共に、段差部101の存在しない
残存多結晶シリコン膜102′の領域をレジスト
膜1042で覆う(第6図b図示)。次いで、同レ
ジスト膜1041,1042をマスクとしてリアク
テイブイオンエツチングにより残存多結晶シリコ
ン膜102′をパターニングする。この時、段差
部101付近の残存多結晶シリコン膜102′は
レジスト膜104′で覆われているため、同段差
部101でのエツチング残りを生じることなく所
定の多結晶シリコンパターン1051,1052
形成される(第6図c図示)。こうした方法によ
れば段差部101でのエツチング残りがなく、レ
ジスト膜1042のパターンに忠実な高精度の多
結晶シリコンパターン1052を形成できる。
以上詳述した如く、本発明によればオーバーハ
ング部もしくは段差部でのエツチング残りを防止
できると共に、他の領域でのサイドエツチングを
防止して高精度かつ微細なゲート電極や配線等の
被膜パターンを形成でき、ひいては高信頼性、高
集積度を達成した半導体装置の製造方法を提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図a〜hは従来法によるMOSダイナミツ
クRAMの製造工程を示す断面図、第2図は第1
層ゲート電極端部のオーバーハング部に多結晶シ
リコンのエツチング残りが生じた状態を示す断面
図、第3図a,bは段差部を有する部分での多結
晶シリコン膜のパターニング工程を示す断面図、
第4図a〜dは本発明の実施例におけるMOSダ
イナミツクRAMの製造工程を示す断面図、第5
図a,bは本発明におけるMOSダイナミツク
RAMの製造工程での変形例を示す断面図、第6
図a〜cは本発明の他の実施例における多結晶シ
リコンパターンの形成工程を示す平面図である。 1……p型シリコン基板、2……フイールド酸
化膜、5……第1層ゲート電極、7,7′……オ
ーバーハング部、9,102……多結晶シリコン
膜、10……第2層ゲート電極、10′……周辺
回路のゲート電極、12……n+拡散層、13…
…n+型ソース領域、14……n+ドレイン領域、
221,222,231,232,231′,232′,1
03,1041,1042……レジスト膜、101
……段差部、1051,1052……多結晶シリコ
ンパターン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板に形成されたオーバーハング部も
    しくは垂直に近い側面を有する段差部を含む全面
    に被膜を堆積する工程と、この被膜上に第1のマ
    スク材を少なくとも前記オーバーハング部もしく
    は段差部上の被膜領域が露出するように形成する
    工程と、このマスク材を用いて前記被膜の露出部
    分を等方性又は等方性に近いエツチング手段によ
    り選択エツチングする工程と、前記マスク材を除
    去した後、再度、第2のマスク材を残存被膜を含
    む基板上に前記オーバーハング部もしくは段差部
    を跨ぐ残存被膜のエツチング縁部が少なくとも覆
    われるように形成する工程と、この第2のマスク
    材を用いて前記残存被膜の露出部分を基板に対し
    て略垂直方向に入射する気状イオンにより選択エ
    ツチングして被膜パターンを形成する工程とを具
    備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 2 被膜が多結晶シリコン又は金属シリサイドか
    らなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の半導体装置の製造方法。 3 オーバーハング部が二層ゲート電極構造の第
    1層ゲート電極の持上がりにより形成されたもの
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の半導体装置の製造方法。
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JPS5591130A (en) * 1978-12-27 1980-07-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Production of semiconductor device

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