JPH06338596A - 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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JPH06338596A
JPH06338596A JP5126957A JP12695793A JPH06338596A JP H06338596 A JPH06338596 A JP H06338596A JP 5126957 A JP5126957 A JP 5126957A JP 12695793 A JP12695793 A JP 12695793A JP H06338596 A JPH06338596 A JP H06338596A
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JP
Japan
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trench
conductive layer
forming
insulating film
semiconductor device
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JP5126957A
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English (en)
Inventor
Toru Maeda
亨 前田
Shigeki Sugimoto
茂樹 杉本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は高度なリソグラフィ技術を必要
とせずに容易に側壁コンタクトを形成する半導体装置の
製造方法を提供することである。 【構成】 半導体基板に側壁コンタクトの形成予定部分
の段差が極めて少ないトレンチキャパシタを形成する。
続いて、トンスファトランジスタを形成し、そのトラン
スファゲ−ト電極配線層20を覆う保護膜22を用いて
セルフアラインにより自己整合的に第一ストレ−ジノ−
ド17、高誘電体膜16、絶縁膜14,19、第三の不
純物拡散層21をエッチング除去し、側壁コンタクト形
成予定部である溝24を形成する。該溝24を第二スト
レ−ジノ−ド25により埋め込み、側壁コンタクトトが
形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板にトレンチキ
ャパシタを有する半導体装置の製造方法に関し、特にト
レンチキャパシタの形成及びトレンチキャパシタ内部の
導電層を不純物拡散層と電気的に接続する側壁コンタク
トの形成方法である。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路において、半導体基板に
溝構造を設け、その内部に素子を形成することが盛んで
ある。例えばDRAM(Dynamic Random Access Memor
y)においては、溝構造内部にキャパシタを形成するい
わゆるトレンチキャパシタが広く知られている。トレン
チキャパシタとして最も簡単な構造は、トレンチの側面
及び底面の半導体基板中に拡散層を設け、電荷蓄積層と
し、その表面を薄いゲ−ト酸化膜で覆い、内部に電極プ
レ−トを埋め込んでキャパシタを形成する方法である。
しかしながら、かかる方法では素子の集積化により、ト
レンチ間の距離が接近してくると、電荷蓄積層間の電荷
のリ−クが問題となる。
【0003】そこで、さらに集積化を進めるため、トレ
ンチ内部を絶縁膜で覆った後、その内部にキャパシタ構
造を形成することが必要となる。このような構造ではト
レンチ内部の電荷蓄積ノ−ドと半導体基板表面の電荷転
送ゲ−トの拡散層とをトレンチの側面で電気的に接続す
る(側壁コンタクト)方法が重要となる。
【0004】従来の側壁コンタクトの形成方法を図9乃
至図13を参照して説明する。半導体基板上に第一不純
物拡散層101、第二不純物拡散層102及び厚い絶縁
膜103を順次形成する。第一不純物拡散層101に達
するトレンチを形成した後、上記トレンチの側壁及び半
導体基板表面に薄い絶縁膜104を形成する。上記トレ
ンチ内部に多結晶シリコンからなるプレ−ト電極105
を形成後、表面を高誘電体膜106で覆う。その後、少
なくとも上記トレンチ内部が完全に埋まるように多結晶
シリコンからなる第一ストレ−ジノ−ド107を堆積さ
せる(図9)。
【0005】次に、第一ストレ−ジノ−ド107を側壁
コンタクトの形成予定部分が露出するまでエッチバック
する。それにより、第一ストレ−ジノ−ド107は第二
不純物拡散層102表面から1500オングストロ−ム
(オングストロ−ム:以下Aと記す)以上エッチングさ
れる(図10)。
【0006】全面にレジストを塗布後、リソグラフィ法
により側壁コンタクト形成予定部分が開口されたレジス
トパタ−ン108を形成する。レジストパタ−ン108
をマスクとして用いて側壁コンタクト形成予定部分の高
誘電体膜106及び薄い絶縁膜104をフッ酸溶液にて
エッチング除去し、上記トレンチの側壁の一部と第二不
純物拡散層102の表面の一部が露出される(図1
1)。
【0007】レジストパタ−ン108を除去後、全面に
第二ストレ−ジノ−ド109を堆積し、上記トレンチ開
口面までエッチバックを行う(図12)。ところで、第
二ストレ−ジノ−ド109とその後形成されるトランス
ファトランジスタとを電気的に接続する電荷転送ゲ−ト
拡散層110は、第二ストレ−ジノ−ド109の形成前
に形成するか、あるいは第二ストレ−ジノ−ド109か
らの不純物拡散により形成する。第二ストレ−ジノ−ド
109表面を酸化させ酸化膜111を形成し、上記トレ
ンチ以外の高誘電体膜106及び薄い絶縁膜104を除
去する。そして、第二不純物拡散層102表面に新たに
絶縁膜112を形成し、トランスファゲ−ト電極配線層
113とトランスファトランジスタのソ−ス若しくはド
レインとなる第三不純物拡散層114及びその保護膜1
15を形成してトレンチキャパシタとトランスファトラ
ンジスタから成るDRAMセル構造を形成する(図1
3)。
【0008】このような方法によると、図11に示すよ
うに、レジストパタ−ン108を形成するには、下地の
段差が1500A以上ありレジストの膜厚は厚い上開口
幅も0.3μmと狭いため、レジストパタ−ニングは難
しい。また、電荷転送用ゲ−ト拡散層110の形成がD
RAM製造過程の前半に位置するためそれ以降の熱処理
で拡散層が伸び、隣接したセルと電気的に短絡する可能
性がある。更に、トレンチに2度の埋めこみ及びエッチ
ングをおこなうため、生産性が悪い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】それ故に、本発明の目
的は高度なリソグラフィ技術を必要とせずに容易に側壁
コンタクトを形成する半導体装置の製造方法を提供する
ことである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板内に形成されたトレンチの側壁に
第一絶縁膜を形成する工程と、上記トレンチ内に第一導
電層を埋め込む工程と、上記トレンチ内の上記第一導電
層に第一の溝を形成する工程と、上記第一の溝表面にキ
ャパシタ絶縁膜を形成する工程と、上記第一の溝内に第
二導電膜を埋め込む工程と、上記第一の溝内の上記第二
導電膜表面を酸化し酸化膜を形成する工程とを含む方法
である。
【0011】上記方法により形成されたトレンチキャパ
シタを用いて、側壁コンタクトは次の2つの方法により
形成される。第一の方法は、上記トレンチキャパシタ形
成後トランスファトランジスタを形成する工程と、上記
トランスファトランジスタのトランファトランジスタの
ゲ−ト電極配線層上に形成された絶縁膜からなる保護膜
をマスクとして用いて、上記第二導電層及び上記キャパ
シタ絶縁膜及び上記第一絶縁膜及び上記トランスファト
ランジスタの不純物拡散層のそれぞれ一部をエッチング
し第二の溝を形成する工程と、上記溝に第三導電層を埋
め込む工程とからなる。
【0012】第二の方法は、上記トレンチキャパシタを
形成後、全面にレジストを形成する工程と、上記レジス
トの側壁コンタクト形成予定領域を開口する工程と、上
記側壁コンタクト形成予定領域の上記酸化膜及び上記キ
ャパシタ絶縁膜及び上記第一絶縁膜のそれぞれ一部をエ
ッチング除去する工程と、上記第二導電層と上記半導体
基板の間に第三導電層を埋め込む工程とからなる。
【0013】
【作用】上記方法によりトレンチキャパシタを形成する
と、上記第一の溝つまり上記トレンチ内がほぼ完全に第
二導電膜により埋め込まれ、その表面に上記酸化膜が形
成されるため、上記トレンチキャパシタの表面と、その
後隣接して形成されるトランスファトランジスタの領域
とが平坦化される。
【0014】また、上記第一の方法によると、側壁コン
タクト領域となる上記第二の溝は、上記保護膜をマスク
として用いてセルフアラインによりエッチング形成され
る。上記第二の方法によると、上記レジストにフォトリ
ソグラフィ法により上記側壁コンタクト予定領域を開口
する際に、上記レジストの下地の上記酸化膜が平坦であ
るためフォトリソグラフィの解像度が向上され容易に開
口される。
【0015】
【実施例】以下、本発明による半導体装置の製造方法を
図面を参照して説明する。先ず、トレンチキャパシタの
形成方法を図1より説明する。半導体基板には第一不純
物拡散層11及び第二不純物拡散層12が形成されてお
り、その表面に厚い絶縁膜13が形成される。第一不純
物拡散層11に達するトレンチを形成し、上記トレンチ
の側壁及び半導体基板表面に薄い絶縁膜14を形成す
る。上記トレンチ内部に多結晶シリコンからなるプレ−
ト電極15を形成後、表面を窒化膜等の高誘電体膜16
で覆う。
【0016】その後、少なくとも上記トレンチ内部が完
全に埋まるようにリンが添加された多結晶シリコンを堆
積させ、トレンチ開口面までCDE法によりエッチバッ
クし第一ストレ−ジノ−ド17を形成する。この時、第
一ストレ−ジノ−ド17は少なくとも基板表面から30
0A下がった所まで埋め込まれている。その後、トレン
チ内の第一ストレ−ジノ−ド17を酸化し膜厚が100
0Aの酸化膜18を形成する。このように形成されたト
レンチキャパシタの表面が、その後隣接して形成される
トランスファトランジスタ領域の表面とほぼ段差(30
0A以下)がなく平坦に形成される。
【0017】次に、上記方法により形成されたトレンチ
キャパシタを用いた側壁コンタクトの形成方法を説明す
る。第一実施例を図2乃至図4を用いて説明する。図1
のようにトレンチキャパシタを形成後、トレンチ以外の
表面の高誘電体膜16及び薄い絶縁膜14を除去し新た
に絶縁膜19を形成する。その後、トランスファゲ−ト
電極配線層20及びトランスファトランジスタのソ−ス
若しくはドレインとなる第三不純物拡散層21を形成
し、トランスファゲ−ト電極配線層20を覆う保護膜2
2を形成する(図2)。
【0018】その後、全面にレジストを塗布し、リソグ
ラフィ法により側壁コンタクト形成予定領域を含むよう
な範囲を開口し、ラフなレジストパタ−ン23を形成す
る。その後、トランスファゲ−ト電極配線層20を覆う
保護膜22をマスクとして用いて自己整合的に第一スト
レ−ジノ−ド17、高誘電体膜16、絶縁膜14,1
9、第三の不純物拡散層21をエッチング除去し、側壁
コンタクトが形成される溝24が形成される。(図
3)。
【0019】レジストパタ−ン23を除去した後、溝2
4を埋め込むように全面に例えば、リンが添加された多
結晶シリコンからなる第二ストレ−ジノ−ド25を堆積
させトレンチ開口面までエッチバックする(図4)。
【0020】このように溝24を自己整合的に形成する
ため、レジストパタ−ン23を形成する際に側壁コンタ
タクト形成予定部分を含む大きな範囲を開口すればよ
い。従って、リソグラフィの高解像度を必要とせず、容
易に側壁コンタクトを形成することができる。また本実
施例では、トランスファトランジスタ形成後に側壁コン
タクトを形成するため、トランスファトランジスタ形成
前に側壁コンタクトを形成する場合と比べて、第二スト
レ−ジノ−ドの不純物拡散層の伸びが2/3程度とな
る。従って、隣接セルへの電気的ショ−トマ−ジンを向
上でき、更にセル間距離を縮めることによりDRAMの
チップ面積の縮小も可能となる。
【0021】次に、第二実施例を図5乃至図8を用いて
説明する。図1のようにトレンチキキャパシタを形成
後、CDE法によりトレンチ外の高誘電体膜16をエッ
チング除去する。続いて、全面にレジストを塗布し、リ
ソグラフィ法により該レジストを側壁コンタクト形成予
定部分より大きく開口し、レジストパタ−ン23形成す
る(図5)。
【0022】その際に、上記レジストが塗布された基板
表面はほぼ平坦化されているため、リソグラフィの解像
力が向上するため、容易に側壁コンタクト形成予定部分
をパタ−ニングすることができる。
【0023】続いて、レジストパタ−ン23をマスクと
して用いてRIE法を用いて酸化膜17、絶縁膜14、
高誘電体膜16をエッチング除去し、側壁コンタクト形
成予定部分に溝24を形成する。この時、絶縁膜14及
び高誘電体膜16は1500A程度エッチングされる
(図6)。
【0024】レジストパタ−ン23を除去した後、溝2
4にリンが添加されたポリシリコンからなる第二ストレ
−ジノ−ド25(a,b)を完全に埋め込み、更に全面
に膜厚300A程度堆積させる(図7)。
【0025】その後、熱酸化法によりトレンチ内部以外
の第二ストレ−ジノ−ド25bを酸化させ酸化膜26を
形成すると同時に、溝24に埋め込まれた第二ストレ−
ジノ−ド25aから第二不純物拡散層12へ不純物が拡
散し拡散層27が形成され、その後トランスファトラン
ジスタが形成される。ここで、酸化膜26の膜厚は60
0A程度であり層間絶縁膜として使用することもできる
(図8)。最後に、第一実施例及び第二実施例いずれも
DRAMビットライン形成工程へ移り、DRAMのセル
構造を形成する。
【0026】
【発明の効果】本発明によりトレンチキャパシタを形成
方法すると、トレンチキャパシタはその表面が他の部
分、特に側壁コンタクトが形成される部分の表面と極め
て少ない段差となるように平坦に形成される。
【0027】従って、その後に形成される側壁コンタク
トを容易に形成することができる。特に、側壁コンタク
トが形成される溝をセルフアラインにより形成する場合
は、仮にエッチングの際にレジストパタ−ンを形成した
としても非常にラフなリソグラフィでよいため生産性及
び製造マ−ジンが大幅に向上する。また、レジストパタ
−ンをマスクとして用いてエッチングにより形成する場
合でも、下地の段差が極めて少ないため微細な側壁コン
タクトのパタ−ニングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により形成されたトレンチキャパシタを
示す断面図である。
【図2】本発明によるトレンチキャパシタを用いた側壁
コンタクトの形成方法を示す第一実施例における第一工
程を示す断面図である。
【図3】本発明によるトレンチキャパシタを用いた側壁
コンタクトの形成方法を示す第一実施例における第二工
程を示す断面図である。
【図4】本発明によるトレンチキャパシタを用いた側壁
コンタクトの形成方法を示す第一実施例における第三工
程を示す断面図である。
【図5】本発明によるトレンチキャパシタを用いた側壁
コンタクトの形成方法を示す第二実施例における第一工
程を示す断面図である。
【図6】本発明によるトレンチキャパシタを用いた側壁
コンタクトの形成方法を示す第二実施例における第二工
程を示す断面図である。
【図7】本発明によるトレンチキャパシタを用いた側壁
コンタクトの形成方法を示す第二実施例における第三工
程を示す断面図である。
【図8】本発明によるトレンチキャパシタを用いた側壁
コンタクトの形成方法を示す第二実施例における第四工
程を示す断面図である。
【図9】従来の方法による第一工程を示す断面図であ
る。
【図10】従来の方法による第二工程を示す断面図であ
る。
【図11】従来の方法による第三工程を示す断面図であ
る。
【図12】従来の方法による第四工程を示す断面図であ
る。
【図13】従来の方法による第五工程を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
11…第一不純物拡散層、12…第二不純物拡散層、1
3…厚い絶縁膜 14…薄い絶縁膜、15…プレ−ト電極、16…高誘電
体膜 17…第一ストレ−ジノ−ド、18…酸化膜、19…絶
縁膜 20…トランスファゲ−ト電極配線層、21…第三不純
物拡散層 22…保護膜、23…レジストパタ−ン、24…溝 25…第二ストレ−ジノ−ド、26…酸化膜、27…拡
散層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板中にトレンチを形成する工程
    と、上記トレンチ内部に第一絶縁膜を形成する工程と、
    上記トレンチ内部を第一導電層で埋め込む工程と、上記
    第一導電層と上記第一絶縁膜の一部を除去して上記第一
    導電層の内部に第一の溝構造を形成する工程と、上記第
    一の溝構造を第二導電層で埋め込む工程と、上記第一の
    溝構造上に形成された上記第二導電層を酸化し酸化膜を
    形成する工程とを具備するトレンチキャパシタの製造方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法か
    らなるトレンチキャパシタを用いた1トランジスタ・1
    キャパシタ型の半導体装置において、上記半導体基板に
    トランスファトランジスタを形成する工程と、上記トラ
    ンスファトランジスタのゲ−ト電極配線層を覆う保護膜
    をエッチング障壁として上記トランスファトランジスタ
    と上記トレンチキャパシタとの一部とをエッチング除去
    し、第二の溝構造を形成する工程と、上記第二の溝構造
    を第三導電層により埋め込む工程とを具備し上記トレン
    チキャパシタの不純物拡散層と上記第二導電層とが電気
    的接続されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置の製造方法か
    らなるトレンチキャパシタを用いた1トランジスタ・1
    キャパシタ型の半導体装置において、上記半導体基板表
    面にレジストを形成する工程と、上記第一絶縁膜と上記
    第二導電層の一部が露出するように上記レジストを開口
    する工程と、上記レジストをエッチング障壁として上記
    第一絶縁膜と上記第二導電層の一部をエッチング除去
    し、第二の溝構造を形成する工程と、上記第二の溝構造
    を第三導電層により埋め込む工程と、上記半導体基板に
    トランスファトランジスタを形成する工程とを具備し上
    記第三の導電層及びその拡散層とにより上記トランスフ
    ァトランジスタの不純物拡散層と上記第二導電層とが電
    気的に接続されることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
JP5126957A 1993-05-28 1993-05-28 半導体装置の製造方法 Pending JPH06338596A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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