JPH0870043A - 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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JPH0870043A
JPH0870043A JP22742294A JP22742294A JPH0870043A JP H0870043 A JPH0870043 A JP H0870043A JP 22742294 A JP22742294 A JP 22742294A JP 22742294 A JP22742294 A JP 22742294A JP H0870043 A JPH0870043 A JP H0870043A
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layer
film
intermediate layer
semiconductor device
substrate
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JP22742294A
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Seiki Kakihara
清貴 柿原
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JFE Engineering Corp
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】間隔の狭い2つのゲート電極間にリソグラフィ
工程のアラインメント誤差を考慮せずにコンタクトホー
ルを形成でき、また基板表面の拡散層との接触抵抗を低
減できる半導体装置の製造方法を提供する。 【構成】表面に拡散層27を有する半導体基板21上
に、ゲート酸化膜22を介して拡散層27を股ぐように
離れた2つのゲート電極24を形成し、これらゲート電
極を含む基板上に最下層のSi酸化膜28、中間層のS
i窒化膜29と最上層のBPSG膜30を順次積層し
た。これら層間絶縁膜の最上層をエッチングする時はC
/CHFガスを用い、最上層のエッチング速度を
中間層のそれより大きくし、中間層29に対してはSF
ガスを用いそのエッチング速度を最下層のよれより大
きくし、さらに最下層28の時は再びCF/CHF
ガスに切換えて、拡散層に対応する層間絶縁膜を選択的
にエッチングしてコンタクトホール32を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置の製造方法
に関し、特に多層構造の層間絶縁膜を構成する各層のエ
ッチングレートに適宜差をつけてコンタクトホールの形
成に改良を施した半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】周知の如く、例えばSRAM等の半導体
装置においては、半導体基板上にゲート酸化膜を介して
複数のゲート電極が互いに離間するように形成されてい
る。こうした半導体装置においては、素子の高集積化に
伴なってゲート電極の間隔が狭くなる傾向にある。従っ
て、ゲート電極間に位置する層間絶縁膜をエッチングし
てコンタクトホールを形成する際に、フォトリソグラフ
ィ工程のアライメント誤差を考慮しなければならない。
その為、スペース的にマージンを確保する必要があり、
これにより集積化が難しくなってきている。
【0003】そこで、こうした問題点を回避するため
に、従来自己整合的にコンタクトホールを形成するため
に種々の提案がなされている。以下に、その一例を示
す。図1〜図3は、従来の半導体装置の製造方法を工程
順に示すものである。以下、半導体装置の製造方法を説
明する。
【0004】(1)まず、Si基板1上に厚み15nmの
ゲート酸化膜2を熱酸化法により形成する。つづいて、
化学気相堆積(CVD)法により厚さ300nmの第1多
結晶シリコン膜を形成する。ひきつづき、気相拡散法に
より前記第1多結晶シリコン膜中にリンを導入する。次
に、前記第1多結晶シリコン膜の表面を酸化した後、こ
の上に厚さ150nmの窒化ケイ素膜(又はシリコン酸化
膜)をCVD法により堆積する。つづいて、フォト・リ
ソグラフィ技術によりレジスト(図示せず)を形成後、
このレジストを用いて反応性イオンエッチング(RI
E)法により前記窒化ケイ素膜及び第1多結晶シリコン
膜を選択的にエッチングし、窒化ケイ素膜パターン3、
多結晶シリコンからなるゲート電極4を形成する。次
に、前記レジストを剥離後、前記窒化ケイ素膜パターン
3及びゲート電極4をマスクとして前記基板1にP(リ
ン)イオンをイオン注入し、浅い第1不純物層5を形成
する。つづいて、全面にCVD法により厚さ350nmの
酸化膜6を堆積させた後、RIE法により前記酸化膜6
をエッチングし、窒化ケイ素膜パターン3及びゲート電
極4の側壁にのみ前記酸化膜(スペーサ−)6を残存さ
せる(図1参照)。
【0005】(2)次に、前記窒化ケイ素膜パターン3
及びスペーサー5をマスクとして、Asイオンを前記リ
ンイオンより大きなドーズ量,加速エネルギーで基板1
にイオン注入し、深い第2不純物層(図示せず)を形成
する。つづいて、アニール処理を施し、ゲート電極4よ
りの浅い第1拡散層7aと深い第2拡散層7bからなる
拡散層7を形成する。次いで、CVD法により全面に第
2シリコン酸化膜8を形成した後、フォト・リソグラフ
ィ技術とRIE法により前記第2シリコン酸化膜8をそ
の一部が前記窒化ケイ素膜パターン3上にオーバーラッ
プするようにエッチングする。次に、厚さ100nmの第
2多結晶シリコン膜9をCVD法により堆積する。つづ
いて、この第2多結晶シリコン膜9にAsをイオン注入
して、第2多結晶シリコン膜9中にAsを導入する。つ
づいて、Asが導入された第2多結晶シリコン膜9をフ
ォト・リソグラフィ技術とRIE法により、前記第2シ
リコン酸化膜8上に延出するようにエッチングする。更
に、CVD法により、厚さ150nmの第3シリコン酸化
膜10,厚さ700nmのボロンリンガラス膜11を順次形成
する(図2参照)。
【0006】(3)次に、フォト・リソグラフィ技術と
等方性エッチング及びRIE法により、前記ボロンリン
ガラス膜11及び第3シリコン酸化膜10を選択的にエッチ
ングし、第2多結晶シリコン膜9が露出するようにコン
タクトホール12を形成する。つづいて、スパッタリング
法により全面にTi(厚み20nm)/TiN(厚み80
nm)/Al(厚み400nm)からなる金属層を形成す
る。つづいて、フォト・リソグラフィ技術及びRIE法
により前記金属層をパターニングし、前記第2多結晶シ
リコン膜パターン8に接続するTi/TiN/Alから
なる配線13を形成し、半導体装置を製造する(図3参
照)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば、層間絶縁膜にコンタクトホール12を形成す
る際、コンタクトホール12を自己整合的に形成するため
のマージンをかせぐためにエッチングストッパーとして
第2多結晶シリコン膜9を形成する必要がある。従っ
て、フォト・リソグラフィ工程やエッチング工程が必要
となり、工程が多くなるという問題点がある。
【0008】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、層間絶縁膜の最上層をエッチングする時は最
上層のエッチングレートを中間層のそれよりも大きく
し、かつ中間層をエッチングする時は中間層のエッチン
グレートを最下層のそれよりも大きくして、前記拡散層
に対応する前記層間絶縁膜を選択的にエッチングしてコ
ンタクトホールを形成することにより、間隔の狭い2つ
ゲート電極間にコンタクトホールを形成する場合でもフ
ォトリソグラフィ工程のアライメント誤差を考慮するこ
となく素子の高集積化を実現できるとともに、基板表面
の拡散層とのコンタクト抵抗を低くすることができる半
導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、表面に拡散
層を有する半導体基板と、この半導体基板上にゲート酸
化膜を介して形成された、前記拡散層をまたぐように互
いに離間した少なくとも2つのゲート電極と、これらの
ゲート電極を含む前記基板上に形成された、最下層、中
間層及び最上層を順次基板側から積層した層間絶縁膜と
を具備する半導体装置を製造する方法において、前記層
間絶縁膜の最上層をエッチングする時は最上層のエッチ
ングレートを中間層のそれよりも大きくし、かつ中間層
をエッチングする時は中間層のエッチングレートを最下
層のそれよりも大きくして、前記拡散層に対応する前記
層間絶縁膜を選択的にエッチングしてコンタクトホール
を形成する工程を具備することを特徴とする半導体装置
の製造方法である。
【0010】この発明において、前記層間絶縁膜の最上
層,中間層,最下層のエッチング速度選択比は、最上層
のエッチング時は最上層/中間層≧20/1であり、中
間層のエッチング時は中間層/最下層≧5/1であるこ
とが好ましい。前記層間縁膜の各層の材料の具体例とし
ては、最上層としてボロンリンガラス膜、中間層として
窒化ケイ素膜もしくは多結晶シリコン膜、最下層として
シリコン酸化膜が挙げられる。
【0011】
【作用】この発明においては、まず基板上にゲート酸化
膜を介してゲート電極,窒化ケイ素膜パターンを形成
し、これらの側壁にスペーサーを形成し、さらにアニー
ル処理により基板表面に拡散層を形成した後、全面に層
間絶縁膜を構成する最下層,中間層及び最上層を順次積
層する。そして、レジストパターンをマスクとしてこれ
らの膜を、上から順次上述したエッチング条件で選択的
にエッチングする。
【0012】そして、層間絶縁膜の最上層エッチングす
る際は、最上層のエッチング速度を中間層のエッチング
速度より著しく大きくし、かつ中間層をエッチングする
際は中間層のエッチング速度を最下層のエッチング速度
より著しく大きくしてエッチングを行なう。そのため、
最上層,中間層及び最下層を順次選択的にエッチングで
き、もって間隔の狭い2つのゲート電極間の層間絶縁膜
に従来のようにフォトリソグラフィ工程のアライメント
誤差を考慮することなく、コンタクトホールを容易に形
成することができる。
【0013】また、従来のように配線をパターン化した
多結晶シリコン膜を介して基板表面の拡散層に接続させ
るのではなく、配線を直接基板表面の拡散層に接続する
ため、従来と比べ、基板とのコンタクト抵抗を低く抑え
ることができる。
【0014】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図4〜図8を参
照して工程順に説明する。 (1)まず、Si基板21上に厚み15nmのゲート酸化膜
22を熱酸化法により形成した。つづいて、化学気相堆積
(CVD)法により厚さ300nmの第1多結晶シリコン
膜を形成した。ひきつづき、気相拡散法により前記第1
多結晶シリコン膜中にドーズ量1×1020cm-3でリンを
導入した。次に、前記第1多結晶シリコン膜の表面を酸
化した後、この上に厚さ150nmの窒化ケイ素膜(又は
シリコン酸化膜)をCVD法により堆積する。つづい
て、フォト・リソグラフィ技術によりレジスト(図示せ
ず)を形成後、このレジストを用いてSF6 /HBr,
CF4 ,HBr/Cl2 をエッチングガスとする反応性
イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etchin
g)法により前記窒化ケイ素膜及び第1多結晶シリコン
膜を選択的にエッチングし、窒化ケイ素膜パターン23、
多結晶シリコンからなるゲート電極24を形成した。
【0015】次に、前記レジストを剥離後、前記窒化ケ
イ素膜パターン23及びゲート電極24をマスクとして前記
基板21にリンイオンをドーズ量5×1013cm-3,加速エ
ネルギー40KeVの条件でイオン注入し、浅い第1不
純物層25を形成する。つづいて、全面にCVD法により
厚さ350nmの酸化膜26を堆積させた後、エッチングガ
スとしてCF4 /CHF3 を用いてRIE法により前記
酸化膜26をエッチングし、窒化ケイ素膜パターン23及び
ゲート電極24の側壁にのみ前記酸化膜(スペーサ−)26
を残存させた(図4参照)。
【0016】(2)次に、前記窒化ケイ素膜パターン23
及びスペーサー26をマスクとして、Asイオンをドーズ
量4×1015cm-3,加速エネルギー80KeVの条件で
基板21にイオン注入し、深い第2不純物層を形成した。
つづいて、アニール処理を施し、ゲート電極24寄りの浅
い第1拡散層27aと深い第2拡散層27bからなる拡散層
27を形成した。次いで、全面に厚さ150nmのシリコン
酸化膜(最下層)28、厚さ50nmの窒化ケイ素膜(中間
層)29及び厚さ700nmのボロンリンガラス膜(最上
層)30を順次堆積した。ここで、各膜を総称して層間絶
縁膜と呼ぶ。なお、前記窒化ケイ素膜の代わりに不純物
ノンドープ多結晶シリコン膜を用いても良い。更に、前
記ボロンリンガラス膜30上にレジストを形成した後、フ
ォトリソグラフィ技術でレジストの露光・現像を行な
い、コンタクトホール形成予定部が開口したレジストパ
ターン31を形成した(図5参照)。
【0017】(3)次に、CF4 /CHF3 をエッチン
グガスとするRIE法により、最上層である前記ボロン
リンガラス膜30を選択的にエッチングした(図6参
照)。ここで、ボロンリンガラス膜30をエッチングする
際のエッチング条件及び窒化ケイ素膜29に対するエッチ
ング速度選択比は、下記「表1」の通りとした。 表1 (エッチング条件) CF4 :25sccm CHF3 :35sccm Ar :200sccm 圧力 :500mTorr 出力 :1300W (エッチング速度選択比) 20/1≦ボロンリンガラス膜/窒化ケイ素膜 前記ボロンリンガラス膜30のエッチングに際しては、上
記したようにボロンリンガラス膜30のエッチング速度が
その下層である窒化ケイ素膜29のエッチング速度よりも
著しく大きいため、エッチングは窒化ケイ素膜29で止ま
った。
【0018】(4)次に、エッチングガスをSF6 に切
り換えてRIE法により、中間層である前記窒化ケイ素
膜29を選択的にエッチングした(図7参照)。ここで、
窒化ケイ素膜29をエッチングする際のエッチング条件及
びシリコン酸化膜28に対するエッチング速度選択比は、
下記「表2」の通りとした。
【0019】表2 (エッチング条件) SF6 :150sccm He :130sccm 圧力 :450mTorr 出力 :250W (エッチング速度選択比) 窒化ケイ素膜/シリコン酸化膜>5/1 つづいて、再度エッチングガスをCF4 /CHF3 に切
り換えて、ゲート電極の側壁のスペーサー26の形状は保
ちつつ、RIE法によりシリコン酸化膜28を選択的にエ
ッチングし、コンタクトホール32を形成した(図8参
照)。
【0020】(9)次に、レジストパターン31を剥離し
た後、スパッタリング法により、Ti(厚さ20nm)/
TiN(厚さ80nm)/Al(400nm)からなる配線
材料を堆積した。つついて、この配線材料をフォトリソ
グラフィ技術とBCl3 /Cl2 を用いたRIE法によ
りパターニングし、コンタクトホール32を介して前記拡
散層27に接続するTi/TiN/Alからなる配線33を
形成し、半導体装置を製造した(図9参照)。
【0021】このように、上記実施例では、基板21上に
ゲート酸化膜22を介してゲート電極24,窒化ケイ素膜パ
ターン23を形成し、これらの側壁にスペーサー26を形成
し、さらにアニール処理により基板21表面に拡散層27を
形成した後、全面にシリコン酸化膜28,窒化ケイ素膜29
及びボロンリンガラス膜30を順次積層する。そして、レ
ジストパターン31をマスクとしてこれらの膜を、上から
順次上述したエッチング条件で選択的にエッチングす
る。即ち、層間絶縁膜の上層であるボロンリンガラス膜
30をエッチングする際はボロンリンガラス膜30のエッチ
ング速度を中間層である窒化ケイ素膜29のエッチング速
度より著しく大きくし、かつ窒化ケイ素膜29をエッチン
グする際は窒化ケイ素膜29のエッチング速度を最下層で
あるシリコン酸化膜28のエッチング速度より著しく大き
くしてエッチングするため、ボロンリンガラス膜30,窒
化ケイ素膜29及びシリコン酸化膜28を順次選択的にエッ
チングでき、もって間隔の狭い2つのゲート電極24,24
間の3層構造の層間絶縁膜に従来のようにフォトリソグ
ラフィ工程のアライメント誤差を考慮することなく、コ
ンタクトホール32を容易に形成することができる。
【0022】また、従来(図3)のように配線をパター
ン化した多結晶シリコン膜を介して基板表面の拡散層に
接続させるのではなく、配線33を直接基板21表面の拡散
層27に接続しているため、従来と比べ、基板21とのコン
タクト抵抗を低く抑えることができる。
【0023】なお、上記実施例では、層間絶縁膜の最上
層,中間層,最下層として、夫々ボロンリンガラス膜,
窒化ケイ素膜,シリコン酸化膜を用い、ボロンリンガラ
ス膜及び窒化ケイ素膜エッチング条件を上記表1,表2
のように設定した場合について述べたが、これに限定さ
れない。つまり、最上層,中間層,最下層のエッチング
速度選択比は、最上層のエッチング時は最上層/中間層
≧10/1の範囲で、中間層のエッチング時は中間層/
最下層≧10/1の範囲の絶縁材料であればなんでもよ
い。また、前記層間絶縁膜の最上層,中間層,最下層の
形成方法についても、上記実施例に記載した方法に限定
されない。
【0024】更に、上記実施例では、基板表面に接続す
る配線の材料がTi/TiN/Alである場合について
述べたが、これに限定されない。また、この配線の各材
料の厚みについても限定されないことは勿論のことであ
る。
【0025】(付記的事項)この発明をまとめると、次
のようになる。
【0026】1.表面に拡散層を有する半導体基板と、
この半導体基板上にゲート酸化膜を介して形成された、
前記拡散層をまたぐように互いに離間した少なくとも2
つのゲート電極と、これらのゲート電極を含む前記基板
上に形成された、最下層、中間層及び最上層を順次基板
側から積層した層間絶縁膜とを具備する半導体装置を製
造する方法において、前記層間絶縁膜の最上層をエッチ
ングする時は最上層のエッチングレートを中間層のそれ
よりも大きくし、かつ中間層をエッチングする時は中間
層のエッチングレートを最下層のそれよりも大きくし
て、前記拡散層に対応する前記層間絶縁膜を選択的にエ
ッチングしてコンタクトホールを形成する工程を具備す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【0027】2.上記1において、前記層間絶縁膜の最
上層,中間層,最下層のエッチング速度選択比が、最上
層のエッチング時は最上層/中間層≧20/1であり、
中間層のエッチング時は中間層/最下層≧5/1である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。こうした構成
にすることにより、最上層をエッチングするときは最上
層のみを、中間層をエッチングするときは中間層のみを
エッチングでき、もって最上層,中間層及び最下層を順
次確実に選択的にエッチングすることができる。
【0028】3.上記1において、前記層間絶縁膜の最
上層としてボロンリンガラス膜、中間層として窒化ケイ
素膜もしくは多結晶シリコン膜、最下層としてシリコン
酸化膜を用いることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【0029】4.表面に拡散層を有する半導体基板と、
この半導体基板上にゲート酸化膜を介して形成された、
前記拡散層をまたぐように互いに離間した少なくとも2
つのゲート電極と、これらのゲート電極を含む前記基板
上に形成された、最下層、中間層及び最上層を順次基板
側から積層した層間絶縁膜とを具備する半導体装置にお
いて、前記拡散層に対応する前記層間絶縁膜にコンタク
トホールが形成され、かつこのコンタクトホールに前記
拡散層に直接配線が接続されている構成の半導体装置。
こうした構成の半導体装置によれば、配線が拡散層に直
接接続されているため、従来(図3)のように多結晶シ
リコン膜を介した半導体装置に比べて、基板とのコンタ
クト抵抗を抑制することができる。
【0030】
【発明の効果】以上詳述した如くこの発明によれば、層
間絶縁膜の最上層をエッチングする時は最上層のエッチ
ングレートを中間層のそれよりも大きくし、かつ中間層
をエッチングする時は中間層のエッチングレートを最下
層のそれよりも大きくして、前記拡散層に対応する前記
層間絶縁膜を選択的にエッチングしてコンタクトホール
を形成することにより、間隔の狭い2つゲート電極間に
コンタクトホールを形成する場合でもフォトリソグラフ
ィ工程のアライメント誤差を考慮することなく素子の高
集積化を実現できるとともに、基板表面の拡散層とのコ
ンタクト抵抗を低くすることができる半導体装置の製造
方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の半導体装置の製造方法の一工程の説明図
を示し、具体的には窒化シリコン膜パターン及びスペー
サーをマスクとして基板に第1不純物層を形成した状態
の半導体装置の断面図。
【図2】従来の半導体装置の製造方法の一工程の説明図
を示し、具体的には全面にボロンリンガラス膜を形成し
た状態の半導体装置の断面図。
【図3】従来の半導体装置の製造方法の一工程の説明図
を示し、具体的には拡散層に不純物ドープ多結晶シリコ
ン膜を介して接続した状態の半導体装置の断面図。
【図4】この発明の一実施例に係る半導体装置の製造方
法の一工程の説明図を示し、具体的には窒化シリコン膜
パターン及びスペーサーをマスクとして基板に第1不純
物層を形成した状態の半導体装置の断面図。
【図5】この発明の一実施例に係る半導体装置の製造方
法の一工程の説明図を示し、具体的にはボロンリンガラ
ス膜上にレジストパターンを形成した状態の半導体装置
の断面図。
【図6】この発明の一実施例に係る半導体装置の製造方
法の一工程の説明図を示し、具体的にはレジストパター
ンをマスクとしてボロンリンガラス膜を選択的にエッチ
ングした後の状態の半導体装置の断面図。
【図7】この発明の一実施例に係る半導体装置の製造方
法の一工程の説明図を示し、具体的にはレジストパター
ンをマスクとして窒化ケイ素膜を選択的にエッチングし
た後の状態の半導体装置の断面図。
【図8】この発明の一実施例に係る半導体装置の製造方
法の一工程の説明図を示し、具体的にはレジストパター
ンをマスクとしてシリコン酸化膜を選択的にエッチング
した後の状態の半導体装置の断面図。
【図9】この発明の一実施例に係る半導体装置の製造方
法の一工程の説明図を示し、具体的には基板表面に形成
された拡散層に接続した配線を形成した後の状態の半導
体装置の断面図。
【符号の説明】
21…Si基板、 22…ゲート酸化膜、 23…窒
化ケイ素膜パターン、24…ゲート電極、 26…スペ
ーサー、 27…拡散層、28…シリコン酸化膜、 29
…窒化ケイ素膜、 30…ボロンリンガラス膜、31…レ
ジストパターン、32…コンタクトホール、33…配線。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に拡散層を有する半導体基板と、こ
    の半導体基板上にゲート酸化膜を介して形成された、前
    記拡散層をまたぐように互いに離間した少なくとも2つ
    のゲート電極と、これらのゲート電極を含む前記基板上
    に形成された、最下層、中間層及び最上層を順次基板側
    から積層した層間絶縁膜とを具備する半導体装置を製造
    する方法において、 前記層間絶縁膜の最上層をエッチングする時は最上層の
    エッチングレートを中間層のそれよりも大きくし、かつ
    中間層をエッチングする時は中間層のエッチングレート
    を最下層のそれよりも大きくして、前記拡散層に対応す
    る前記層間絶縁膜を選択的にエッチングしてコンタクト
    ホールを形成する工程を具備することを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記層間絶縁膜の最上層,中間層,最下
    層のエッチング速度選択比が、最上層のエッチング時は
    最上層/中間層≧20/1であり、中間層のエッチング
    時は中間層/最下層≧5/1であることを特徴とする請
    求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記層間絶縁膜の最上層としてボロンリン
    ガラス膜、中間層として窒化ケイ素膜もしくは多結晶シ
    リコン膜、最下層としてシリコン酸化膜を用いることを
    特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
JP22742294A 1994-08-30 1994-08-30 半導体装置の製造方法 Pending JPH0870043A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100434312B1 (ko) * 2000-12-21 2004-06-05 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법
KR100560821B1 (ko) * 2004-08-17 2006-03-13 삼성전자주식회사 반도체 소자의 캐패시터 형성 방법
KR100596493B1 (ko) * 1999-11-15 2006-07-03 삼성전자주식회사 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법
KR100669838B1 (ko) * 2000-01-31 2007-01-18 챠터드 세미컨덕터 매뉴팩춰링 리미티드 폴리 캡 마스크를 이용하는 집적회로 장치의 제조 방법

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