JPH07263571A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ショートや開口不良などを起こしにくくし、
キャパシタ部以外の個所との段差が低減できる半導体装
置を得る。 【構成】 層間絶縁膜１１ａと、この層間絶縁膜１１ａ
に形成されたコンタクトホール１３ａとを備え、コンタ
クトホール１３ａの底部の径を０．２５〜０．２μｍに
形成し、このコンタクトホール１３ａ内に埋め込まれた
所望部１４ｂと、層間絶縁膜１１ａ上にコンタクトホー
ル１３ａ上が他の箇所より突出した形状に形成された第
２の多結晶シリコン膜１５ａとから成るキャパシタ用電
極膜１７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンタクトホール及
びこのコンタクトホールを利用したキャパシタ用電極膜
を有する半導体装置及び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】図５及び図６は従来のコンタクトホール
を利用したキャパシタ用電極膜を有する半導体装置の製
造工程を示す断面図である。この工程における最終段階
の半導体装置の示されている図６（ｂ）において、１は
半導体基板（以下、基板と略す）、２はこの基板１上に
形成された素子間分離用のフィールド酸化膜、３はトラ
ンスファーゲート、４はこのトランスファーゲート３を
覆うように形成されたゲート絶縁膜およびサイドウォー
ル、５は基板１上に堆積された層間絶縁膜で、配線層１
と絶縁を保つため例えば２０００〜４０００オンク゛ストローム
の膜厚に形成されている。７は層間絶縁膜５に形成され
たコンタクトホール、１０はコンタクトホール７内に埋
め込まれた部分と一体となり層間絶縁膜５上に形成され
たキャパシタ用電極膜である。

【０００３】次に、図５及び図６に基づいて従来のコン
タクトホールを利用したキャパシタ用電極膜を有する半
導体装置の製造工程を説明する。まず、基板１上にフィ
ールド酸化膜２、トランスファーゲート３、ゲート絶縁
膜およびサイドウォール４をそれぞれ形成した後、基板
１上に例えばＣＶＤ法により例えば２０００〜４０００
オンク゛ストロームの膜厚の層間絶縁膜５を形成する。次に、層
間絶縁膜５上にレジスト膜６を形成し、これをパターニ
ングしてリソグラフィーの解像限界であるＸ方向Ｙ方向
とも０．５μｍの開口部６ａを有する第１のレジスト膜
６を形成する（図５（ａ））。

【０００４】次に、例えば、平行平板異方性エッチャを
用い、エッチング条件をガス：ＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒ
（混合ガス）、圧力：２００〜３００ｍｔｏｒｒ、パワ
ー：１０００ワットとし、この第１のレジスト膜６をマ
スクとして層間絶縁膜５のエッチングを行い、コンタク
トホール７を形成する（図５（ｂ））。この時、一般的
なエッチング特性により、コンタクトホール７の径は上
端部から下端部にかけて徐々に小さくなり、コンタクト
ホール７の側壁の傾きは８５°〜８７°くらいである。
よって、コンタクトホール７の上端部の径は第１のレジ
スト膜６の開口部６ａと同一径の０．５μｍとなり、底
部である下端部の径は０．４５〜０．４μｍとなってい
る。

【０００５】次に、第１のレジスト膜６を取り除き、層
間絶縁膜５上に例えばＣＶＤ法により例えば４０００〜
６０００オンク゛ストロームの膜厚の多結晶シリコン膜８を形成
する（図５（ｃ））。次に、多結晶シリコン膜８上にレ
ジスト膜を形成し、これをパターニングして第２のレジ
スト膜９を設ける（図６（ａ））。そして、この第２の
レジスト膜９をマスクとして、多結晶シリコン膜８のエ
ッチングを行い、キャパシタ用電極膜１０を形成する。
そして、第２のレジスト膜９を取り除く（図６
（ｂ））。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置は以
上のように構成されているので、第１のレジスト膜６の
開口部６ａの径をたとえ可能な限り最小値に設定して
も、形成されるコンタクトホール７の下端部の径は０．
４μｍ程度が限界で、それより小さくすることができな
かった。従って、フィールド酸化膜２とトランスファー
ゲート３との間隔が他の条件から決められた場合、これ
らとコンタクトホール７との距離が狭まり製作時のマー
ジンが小さくなるので、ショートや開口不良などが起こ
りやすいという問題点があった。

【０００７】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、ショートや開口不良などを起こ
りにくくした半導体装置及び半導体装置の製造方法を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項１
の半導体装置は、層間絶縁膜と、この層間絶縁膜に形成
されたコンタクトホールとを備え、コンタクトホールの
底部の径をリソグラフィー解像限界以下の値の０．４μ
ｍ未満に形成するものである。

【０００９】又、この発明に係る請求項２の半導体装置
の製造方法は、基板または配線層上に層間絶縁膜ととも
に層間絶縁膜上の所定の厚さ分の仮設膜にて成る絶縁膜
を堆積させ、この絶縁膜上に所望のパターン巾を有する
レジスト膜を形成し、このレジスト膜をマスクとして絶
縁膜のエッチングを行いコンタクトホールを形成し、エ
ッチバックにより仮設膜を取り除くものである。

【００１０】又、この発明に係る請求項３の半導体装置
は、請求項１において、コンタクトホール内に埋め込ま
れた部分と一体となりコンタクトホール上が他の箇所よ
り突出した形状で層間絶縁膜上に形成されたキャパシタ
用電極膜を備えるものである。

【００１１】又、この発明に係る請求項４の半導体装置
の製造方法は、基板または配線層上に層間絶縁膜ととも
に層間絶縁膜上の所定の厚さ分の仮設膜にて成る絶縁膜
を堆積させ、この絶縁膜上に所望のパターン巾を有する
レジスト膜を形成し、このレジスト膜をマスクとして絶
縁膜のエッチングを行いコンタクトホールを形成し、こ
のコンタクトホール内に電極膜を形成し、エッチバック
により仮設膜を取り除き層間絶縁膜より電極膜の上部を
突出させ、層間絶縁膜上に、電極膜の突出部を覆い電極
膜と一体となってキャパシタ用電極膜を形成するもので
ある。

【００１２】

【作用】この発明の請求項１における半導体装置の底部
の径がリソグラフィー解像限界以下の値の０．４μｍ未
満に形成されたコンタクトホールは、このコンタクトホ
ールに隣接するものと、コンタクトホールとの距離のマ
ージンを大きくする。

【００１３】又、この発明の請求項２における半導体装
置の製造方法は、基板または配線層上に層間絶縁膜とと
もに層間絶縁膜上の所定の厚さ分の仮設膜にて成る絶縁
膜を堆積させ、この絶縁膜上に所望のパターン巾を有す
るレジスト膜を形成し、このレジスト膜をマスクとして
絶縁膜のエッチングを行いコンタクトホールを形成し、
エッチバックにより仮設膜を取り除くようにしたので、
従来基準の制限幅によるレジストパターンを使用するに
もかかわらず、従来より更に小さいコンタクトホール底
部の径寸法を得ることができる。

【００１４】又、この発明の請求項３における半導体装
置のコンタクトホール内に埋め込まれた部分と一体とな
りコンタクトホール上が他の箇所より突出した形状で層
間絶縁膜上に形成されたキャパシタ用電極膜を有するの
で、キャパシタ部とそれ以外の個所との段差を低減す
る。

【００１５】又、この発明の請求項４における半導体装
置の製造方法は、基板または配線層上に層間絶縁膜とと
もに層間絶縁膜上の所定の厚さ分の仮設膜にて成る絶縁
膜を堆積させ、この絶縁膜上に所望のパターン巾を有す
るレジスト膜を形成し、このレジスト膜をマスクとして
絶縁膜のエッチングを行いコンタクトホールを形成し、
このコンタクトホール内に電極膜を形成し、エッチバッ
クにより仮設膜を取り除き層間絶縁膜より電極膜の上部
を突出させ、層間絶縁膜上に、電極膜の突出部を覆い電
極膜と一体となってキャパシタ用電極膜を形成するよう
にしたのでキャパシタ部とそれ以外の個所との段差を低
減する。

【００１６】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例を図に基づいて説明
する。図１ないし図３は、実施例１におけるコンタクト
ホールを利用したキャパシタ用電極膜を有する半導体装
置の製造工程を示す断面図である。この工程における最
終段階の半導体装置の示されている図３（ｂ）におい
て、従来の場合と同様の部分は同一符号を付して説明を
省略する。１１ｂは基板１上に堆積された層間絶縁膜
で、例えば２０００〜４０００オンク゛ストロームの膜厚に形成
されている。１３ａはフィールド酸化膜２とトランスフ
ァーゲート３との間にて基板１とコンタクトを取るた
め、層間絶縁膜１１ｂに形成されたコンタクトホール、
１４ｂはコンタクトホール１３ａに埋め込まれ、上端が
層間絶縁膜１１ｂより突出して形成された第１の多結晶
シリコン膜、１５ａは第１の多結晶シリコン膜１４ｂを
覆うように層間絶縁膜１１ｂ上に形成された第２の多結
晶シリコン膜、１７は第１の多結晶シリコン膜１４ｂ及
び第２の多結晶シリコン膜１５ａから成るキャパシタ用
電極膜である。

【００１７】次に、図１ないし図３に基づいて実施例１
のコンタクトホールを利用したキャパシタ用電極膜を有
する半導体装置の製造工程を説明する。まず、従来の場
合と同様に基板１上にフィールド酸化膜２、トランスフ
ァーゲート３、ゲート絶縁膜およびサイドウォール４を
それぞれ形成した後、基板１上に例えばＣＶＤ法により
例えば１００００〜１５０００オンク゛ストロームの膜厚の、層
間絶縁膜１１ｂとともに所定の厚さの仮設膜１１ａから
成る絶縁膜１１を形成する。次に、絶縁膜１１上にレジ
スト膜を形成し、これをパターニングしてリソグラフィ
ー解像の限界である例えばＸ方向Ｙ方向とも０．５μｍ
の開口部１２ａを有する第１のレジスト膜１２を設ける
（図１（ａ））。

【００１８】次に、例えば従来の場合と同様に、平行平
板異方性エッチャを用い、エッチング条件をガス：ＣＨ
Ｆ₃／ＣＦ₄／Ａｒ（混合ガス）、圧力：２００〜３００
ｍｔｏｒｒ、パワー：１０００ワットとし、この第１の
レジスト膜１２をマスクとして絶縁膜１１のエッチング
を行い、予備コンタクトホール１３を形成する（図１
（ｂ））。この時、従来の場合と同様に一般的なエッチ
ング特性により、予備コンタクトホール１３の径は上端
部から下端部にかけて徐々に小さくなり、予備コンタク
トホール１３の側壁の傾きは８５°〜８７°くらいであ
る。よって、予備コンタクトホール１３の上端部の径は
第１のレジスト膜１２の開口部１２ａと同一径の０．５
μｍとなるが、絶縁膜１１が１００００〜１５０００オン
ク゛ストロームと従来の場合より大変厚く形成されているた
め、下端部の径はこの絶縁膜１１の厚み分従来の場合よ
り小さい０．２５〜０．２μｍにて形成されることとな
る。

【００１９】次に、第１のレジスト膜１２を取り除き、
予備コンタクトホール１３を埋め込むように例えばＣＶ
Ｄ法にて第１の多結晶シリコン膜１４を形成する（図１
（ｃ））。次に、例えば、ＥＣＲ異方性エッチャを用
い、エッチング条件をガス：Ｃｌ₂、圧力：５〜１０ｍ
ｔｏｒｒ、パワー：３０〜４０ワットとし、絶縁膜１１
上に堆積された第１の多結晶シリコン膜１４のみエッチ
ングし、予備コンタクトホール１３内に第１の多結晶シ
リコン膜１４ａのみを残す。（図２（ａ））。

【００２０】次に、例えば、平行平板異方性エッチャを
用い、エッチング条件をガス：ＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒ
（混合ガス）、圧力：２００〜３００ｍｔｏｒｒ、パワ
ー：５００ワットとし、基板１と絶縁を保つために必要
な例えば２０００〜４０００オンク゛ストロームの膜厚まで、絶
縁膜１１のエッチバックを行い仮設膜１１ａを取り除
き、層間絶縁膜１１ｂを形成する。そして、この時同時
に、絶縁膜１１より遅いエッチング速度にて第１の多結
晶シリコン膜１４ａもエッチングされ、最終的には、層
間絶縁膜１１ｂより上端が例えば２０００〜３０００オン
ク゛ストローム突出した第１の多結晶シリコン膜１４ｂとな
り、又、予備コンタクトホール１３は下部の径の小さい
箇所のみ残され、コンタクトホール１３ａとなる（図２
（ｂ））。

【００２１】次に、層間絶縁膜１１ｂ上に例えばＣＶＤ
法により例えば２０００〜３０００オンク゛ストロームの膜厚の
第２の多結晶シリコン膜１５を形成すると、第１の多結
晶シリコン膜１４ｂの上端が層間絶縁膜１１ｂより突出
しているため、第２の多結晶シリコン膜１５の表面は、
コンタクトホール１３ａ上が例えば２０００〜３０００
オンク゛ストローム突出する（図２（ｃ））。次に、第２の多結
晶シリコン膜１５上にレジスト膜を形成し、これをパタ
ーニングし第２のレジスト膜１６を設ける（図３
（ａ））。そして、この第２のレジスト膜１６をマスク
として、第２の多結晶シリコン膜１５のエッチングを行
って、第２の多結晶シリコン膜１５ａを残し、この第２
の多結晶シリコン膜１５ａと第１の多結晶シリコン膜１
４ｂとから成る表面が凸形状のキャパシタ用電極膜１７
を形成する。そして、第２のレジスト膜１６を取り除く
（図３（ｂ））。

【００２２】上記のように構成された実施例１の半導体
装置は、予備コンタクトホール１３の下部の径の小さい
箇所であるコンタクトホール１３ａを用いるようにした
ので、フィールド酸化膜２及びトランスファーゲート２
とコンタクトホール１３ａとの距離のマージンが大きく
なり、ショートや開口不良などが起こりにくくなり、
又、コンタクトホール１３ａを使用し、表面が凸形状に
形成されたキャパシタ用電極膜１７を用いるようにした
ので、キャパシタ用電極膜１７の表面積が大きくなるた
め、キャパシタの容量を大きくすることができる。

【００２３】実施例２．図４はこの発明の他の製造方法
を示す実施例２としての半導体装置の製造工程の断面図
である。図において、上記実施例１と同様の部分は同一
符号を付して説明を省略する。

【００２４】次に、図４に基づいて実施例２の半導体装
置の製造工程を上記実施例１を交えて説明する。まず、
上記実施例１にて示した図１（ａ）ないし図２（ｂ）と
同様の工程を経て、図４（ａ）に示すように、第１の多
結晶シリコン膜１４ｂが埋め込まれたコンタクトホール
１３ａを形成する。次に、例えば、ＥＣＲ異方性エッチ
ャを用い、エッチング条件をガス：Ｃｌ₂、圧力：５〜
１０ｍｔｏｒｒ、パワー：３０〜４０ワットとし、コン
タクトホール１３ａ内に埋め込まれた第１の多結晶シリ
コン膜１４ｂのみをエッチングして取り除き、コンタク
トホール１３ａの内部を空洞にする（図４（ｂ））。そ
して、後工程でこのコンタクトホール１３ａを介して基
板１との配線などを行うのに、所望の材質の部材の例え
ばタングステン等の高融点金属やその金属シリサイド等
をコンタクトホール１３ａに埋め込む。

【００２５】尚、上記実施例１にて示した図１（ａ）及
び図１（ｂ）と同様の工程を経て、予備コンタクトホー
ル１３を形成した後、予備コンタクトホール１３に何も
埋め込まず仮設膜１１ａのみのエッチバックを行い、内
部が空洞のコンタクトホール１３ａを形成する方法も考
えられる。しかしこのようにすれば、仮設膜１１ａのエ
ッチバックの際に予備コンタクトホール１３の側壁もエ
ッチングされ、コンタクトホール１３ａの径が大きくな
ってしまうため、このような方法は採用しない。

【００２６】上記のように構成された実施例２の半導体
装置は、コンタクトホール１３ａの内部を空洞に形成す
るようにしたので、所望の材料を使用した配線などを形
成することができる。尚、ここでは第１の多結晶シリコ
ン膜１４ｂを用いコンタクトホール１３ａを形成する例
を示したけれども、これに限られることはなく、多結晶
シリコン膜のかわりに例えばレジスト膜を用いてコンタ
クトホール１３ａを形成し、レジスト膜をエッチングす
ることによりコンタクトホール１３ａを空洞にするよう
にしてもよい。

【００２７】実施例３．上記各実施例では絶縁膜１１を
１００００〜１５０００オンク゛ストロームの膜厚に形成し、こ
れをエッチングすることにより下端の径が０．２５〜
０．２μｍのコンタクトホール１３ａを設ける例を示し
たけれども、これに限られることはなく、絶縁膜１１が
層間絶縁膜１１ｂより厚く形成されていれば、これをエ
ッチングすることにより従来の場合より小さい０．４μ
ｍ未満の下端の径を有するコンタクトホールを形成する
ようにしてもよい。

【００２８】実施例４．上記各実施例では基板１につな
がるコンタクトホール１３ａを形成したものを示した
が、これに限られることはなく基板１のかわりに通常の
配線層であってもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、層間絶縁膜と、この層間絶縁膜に形成されたコン
タクトホールトとを備え、コンタクトホールの底部の径
をリソグラフィー解像限界値以下の０．４μｍ未満に形
成するようにしたので、ショートや開口不良などを起こ
しにくい半導体装置を提供することができるという効果
がある。

【００３０】又、この発明の請求項２によれば、基板ま
たは配線層上に層間絶縁膜とともに層間絶縁膜上の所定
の厚さ分の仮設膜にて成る絶縁膜を堆積させ、この絶縁
膜上に所望のパターン巾を有するレジスト膜を形成し、
このレジスト膜をマスクとして絶縁膜のエッチングを行
いコンタクトホールを形成し、エッチバックにより仮設
膜を取り除くようにしたので、従来基準の制限幅による
レジストパターンを使用するにもかかわらず、従来より
更に小さいコンタクトホール底部の径寸法を得る半導体
装置の製造方法を提供することができるという効果があ
る。

【００３１】又、この発明の請求項３によれば、請求項
１において、コンタクトホール内に埋め込まれた部分と
一体となりコンタクトホール上が他の箇所より突出した
形状で層間絶縁膜上に形成されたキャパシタ用電極膜を
備えるようにしたので、キャパシタ部以外の個所との段
差を低減する半導体装置を提供することができるという
効果がある。

【００３２】又、この発明の請求項４によれば、配線層
上に層間絶縁膜とともに層間絶縁膜上の所定の厚さ分の
仮設膜にて成る絶縁膜を堆積させ、この絶縁膜上に所望
のパターン巾を有するレジスト膜を形成し、このレジス
ト膜をマスクとして絶縁膜のエッチングを行いコンタク
トホールを形成し、このコンタクトホール内に電極膜を
形成し、エッチバックにより仮設膜を取り除き層間絶縁
膜より電極膜の上部を突出させ、層間絶縁膜上に、電極
膜の突出部を覆い電極膜と一体となってキャパシタ用電
極膜を形成するようにしたので、キャパシタ部以外の個
所との段差を低減する半導体装置の製造方法を提供する
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の半導体装置の製造方法の
一工程を示す断面図である。

【図２】この発明の実施例１の半導体装置の製造方法の
一工程を示す断面図である。

【図３】この発明の実施例１の半導体装置の製造方法の
一工程を示す断面図である。

【図４】この発明の実施例２の半導体装置の製造方法の
工程を示す断面図である。

【図５】従来の半導体装置の製造方法の一工程を示す断
面図である。

【図６】従来の半導体装置の製造方法の一工程を示す断
面図である。

【符号の説明】

１ 基板 １１ 絶縁膜 １１ａ 仮設膜 １１ｂ 層間絶縁膜 １２ 第１のレジスト膜 １２ａ 開口部 １３ 予備コンタクトホール １３ａ コンタクトホール １４、１４ａ、１４ｂ 第１の多結晶シリコン膜 １５、１５ａ 第２の多結晶シリコン膜 １６ 第２のレジスト膜 １７ キャパシタ用電極膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3065 21/768 27/04 21/822 Ｈ０１Ｌ 21/90 Ｃ 27/04 Ｃ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 層間絶縁膜と、この層間絶縁膜に形成さ
   れたコンタクトホールトとを備え、上記コンタクトホー
   ルの底部の径をリソグラフィー解像限界値以下の値の
   ０．４μｍ未満に形成することを特徴とする半導体装
   置。
2. 【請求項２】 基板または配線層上に層間絶縁膜ととも
   に上記層間絶縁膜上の所定の厚さ分の仮設膜にて成る絶
   縁膜を堆積させる工程と、上記絶縁膜上に所望のパター
   ン巾を有するレジスト膜を形成する工程と、上記レジス
   ト膜をマスクとして上記絶縁膜のエッチングを行いコン
   タクトホールを形成する工程と、エッチバックにより上
   記仮設膜を取り除く工程とを備えたことを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 コンタクトホール内に埋め込まれた部分
   と一体となり上記コンタクトホール上が他の箇所より突
   出した形状で層間絶縁膜上に形成されたキャパシタ用電
   極膜を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装
   置。
4. 【請求項４】 基板または配線層上に層間絶縁膜ととも
   に上記層間絶縁膜上の所定の厚さ分の仮設膜にて成る絶
   縁膜を堆積させる工程と、上記絶縁膜上に所望のパター
   ン巾を有するレジスト膜を形成する工程と、上記レジス
   ト膜をマスクとして上記絶縁膜のエッチングを行いコン
   タクトホールを形成する工程と、上記コンタクトホール
   内に電極膜を形成する工程と、エッチバックにより上記
   仮設膜を取り除き上記層間絶縁膜より上記電極膜の上部
   を突出させる工程と、上記層間絶縁膜上に、上記電極膜
   の突出部を覆い上記電極膜と一体となってキャパシタ用
   電極膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導
   体装置の製造方法。