JPH10209400A - 半導体メモリ素子の製造方法 - Google Patents

半導体メモリ素子の製造方法

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JPH10209400A
JPH10209400A JP9323122A JP32312297A JPH10209400A JP H10209400 A JPH10209400 A JP H10209400A JP 9323122 A JP9323122 A JP 9323122A JP 32312297 A JP32312297 A JP 32312297A JP H10209400 A JPH10209400 A JP H10209400A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャパシタオーバービットライン構造を有す
る半導体メモリ素子の製造方法において、高集積度を要
する半導体メモリ素子の製造に適用するものである。 【解決手段】 半導体基板71上にゲート電極79のパ
ターンを形成し、それら全ての構造物上に絶縁膜81,
83,85を形成し、以後ビットライン91となる第3
絶縁膜85をアクチブ領域73のパターンが露出するま
で除去してビットライントレンチパターン89を形成し
た後、該ビットライントレンチパターン89に伝導性物
質を埋立ててビットライン91のパターンを形成して、
前記ビットライン91が前記絶縁膜85に埋立てられて
形成されることにより、メモリセル領域とその周辺領域
間の段差が小さくなって、セル工程以後の配線工程を単
純化し得る半導体メモリ素子の製造方法が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばキャパシタ
オーバービットライン(COB)構造を有する半導体メ
モリ素子の製造方法に関し、特に高集積度を要する半導
体メモリ素子に適用し、製造工程を単純化、短縮化でき
ると共に、製造コストを節減することができ、且つ製造
される半導体メモリ素子の動作特性を改善することがで
きる半導体メモリ素子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体メモリ素子の集積度が高
くなるに従い、高集積化に有利な多くの種類のメモリセ
ルアレイ及びその構造が提案されている。このような構
造の半導体メモリ素子としては、図7(A),(B)に
示すように、半導体基板11上に形成された長方形のア
クチブ領域12上にキャパシタ13を形成した後、その
上方にビットライン14を形成したものがあり、これは
キャパシタアンダービットライン(Capacitor Under Bi
t Line :以下「CUB」と略称する)構造と呼ばれて
いる。なお、図中、符号15はゲート電極を示す。
【0003】しかし、前記CUB構造の半導体メモリ素
子は、キャパシタ13がビットライン14の下方に位置
するため、該キャパシタ13の面積が制限を受ける。そ
して、半導体メモリ素子を高集積化した場合、キャパシ
タ13の領域が大幅に減少するので、既存と同様な水準
のキャパシタンスを確保するために、該キャパシタ13
の高さを大きくする必要があり、結局、それは、ビット
ラインコンタクトホール16の縦横比を増大させて、ビ
ットライン14の形成時にコンタクトホール16の充填
及びラインパターニングの点で技術的な難しさを招来す
る。従って、16M級DRAM又は64M級DRAM以
上の半導体メモリ素子では新しいセルアレイ及びその構
造が要求されている。
【0004】そこで、従来、米国特許第5,140,3
89号に提示された半導体メモリ素子があり、図8
(A),(B)に示すように、ビットライン23を形成
した後、該ビットライン23の上方領域をキャパシタ2
4の領域に確保するものであって、キャパシタンスを増
大させ、ビットラインコンタクトホール26の縦横比を
小さくして、ビットライン23の形成時に前記コンタク
トホール26の充填を容易にするものがある。これはキ
ャパシタオーバービットライン(Capacitor Over Bit L
ine ;以下「COB」と略称する)構造と呼ばれている。
なお、図中、符号25はゲート電極を示す。
【0005】しかし、このようなCOB構造の半導体メ
モリ素子は、ビットライン23上にキャパシタ24を形
成し、ビットライン23とゲート電極25をアクチブ領
域22と交差させるため、該アクチブ領域22を上記ビ
ットライン23とゲート電極25のところまで折れ曲が
り状に設計し、該折れ曲がり状のアクチブ領域22は図
7に示す長方形のアクチブ領域12よりもコーナーを多
く有するため、写真食刻工程を行う時にパターンの縮小
及び歪曲が甚だしく発生して、上記アクチブ領域22の
パターンを形成するのに多くの問題点が発生する。又、
前記折れ曲がり状のアクチブ領域22は、図7に示す長
方形のアクチブ領域12よりも所定面積中におけるパッ
キング密度が低いため、高集積化の点で不利であるとい
う問題点があった。
【0006】そこで、256M級DRAM以上の超高集
積DRAM素子では一層新しいセルアレイ及びその構造
が要求され、その体表的な構造としては、図9に示すよ
うに、T字形のアクチブ領域32を用いてセルアレイを
構成したものがある。即ち、前記T字形のアクチブ領域
32は、図8に示す折れ曲がり状のアクチブ領域22に
おけるパッキング密度低下を解決するために提案された
ものである。なお、図中、符号33はビットラインを示
し、符号35はゲート電極を示す。
【0007】しかし、前記T字形のアクチブ領域32
も、図7に示す長方形のアクチブ領域12よりもコーナ
ーを多く有するため、写真食刻工程を行う時のパターン
の縮小及び歪曲が甚だしく発生して、上記アクチブ領域
32のパターンを形成するのに多くの問題点が発生す
る。このため、図10に示すように、斜線形のアクチブ
領域42を有するセルアレイが提案されている。なお、
図10において、符号43はビットラインを示し、符号
45はゲート電極を示す。
【0008】そして、上記従来の斜線形のアクチブ領域
42及びCOB構造を有する半導体メモリ素子の製造方
法においては、先ず、図11(A)に示すように、半導
体基板41上に斜線形のアクチブ領域42を写真食刻に
より形成した後、単一素子間の電気的な絶縁のために素
子隔離工程を進行してフィルド酸化領域50を形成し、
前記半導体基板41上に熱酸化により以後ゲート絶縁膜
51となるシリコン熱酸化膜を電気炉でH22雰囲気中
で加熱して約80Åの厚さに成長させる。
【0009】次いで、低圧化学気相蒸着(以下「LPC
VD」と略称する)方式により前記シリコン熱酸化膜上
にゲート電極45となる物質の多結晶又は非晶質シリコ
ンを約2000Åの厚さに形成する。この場合、前記多
結晶又は非晶質シリコン膜のドーピングは、ドーピング
されないシリコン膜を形成した後イオン注入を行ってド
ーピングするか、又は、多結晶シリコンの蒸着と同時に
ドーピングする方法により行う。その後、LPCVD方
式により該シリコン膜上にシリコン酸化膜を約1500
Åの厚さに蒸着し、写真食刻により前記シリコン酸化
膜、多結晶シリコン膜、及びシリコン熱酸化膜を順次食
刻して多結晶シリコンのゲートパターン、即ち、図11
(A)に示すように、ゲート絶縁膜51、ゲート電極4
5、及びシリコン酸化膜53を夫々形成する。
【0010】次いで、それら全ての構造物上にドーピン
グされない酸化膜を蒸着し、該酸化膜を反応性イオン食
刻(以下「RIE」と略称する)法により非等方性食刻
して、前記ゲート電極45の側壁に側壁スペーサ55を
形成する。その後、酸化膜の絶縁膜57をそれら全ての
構造物上に約5000Åの厚さに蒸着形成する。この
時、前記絶縁膜57は、平坦化の優れた03テトラエチ
ルオルトケイ酸塩(Tetra-ethyl-orthosilicate ;以下
「03TEOS」と略称する)又はホウ素リンケイ酸塩
ガラス(Boron Phosphorus Silicate Glass;以下「BP
SG」と略称する)などの物質を用いる。
【0011】次いで、図11(B)に示すように、前記
絶縁膜57上に感光膜59をコーティングし、図11
(C)に示すコンタクトホール61を形成するための感
光膜59のパターンを形成する。前記コンタクトホール
61は、メモリセルのデータアクセスのためアクチブ領
域42(図10参照)と以後形成されるビットライン4
3とを電気的に接続する通路となる。
【0012】次いで、図11(C)に示すように、図1
1(B)でパターン化された感光膜59をマスクとし、
前記絶縁膜57の露出部位を半導体基板41のアクチブ
領域42の表面が露出されるまで食刻してコンタクトホ
ール61を形成した後、前記マスクとして用いられた感
光膜59を除去する。このとき、前記食刻は、RIE方
式によりCHF3又はCF4ガスのプラズマを用いて食刻
を行う。
【0013】次いで、図12(A)に示すように、前記
コンタクトホール61の内側壁に側壁スペーサ63を形
成した後、図12(B)に示すように、LPCVD法に
よりそれら全ての構造物上にビットライン43となる多
結晶シリコン又は非晶質シリコンを約2000Åの厚さ
に蒸着し、該シリコン膜上に化学蒸着法により金属シリ
サイドを約100Åの厚さに形成した後、該金属シリサ
イド膜上に感光膜(図示されず)をコーティングし、ビ
ットライン43を形成するための感光膜パターン(図示
されず)を形成する。その後、該パターン化された感光
膜をマスクとして,RIE方式により露出された前記金
属シリサイド膜及びシリコン膜を順次食刻してビットラ
イン43のパターンを形成し、該感光膜パターンを除去
する。
【0014】以後、前記ビットライン43上にキャパシ
タ(図示されず)を形成して半導体メモリ素子を完成す
る後続工程は、公知の半導体メモリ素子の製造方法と同
様であるので、その説明を省略する。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の斜線形のアクチブ領域42及びCOB構造を有する
半導体メモリ素子においては、前記斜線形のアクチブ領
域42はアクチブ領域パターンの縮小及び歪曲を減少さ
せ、COB構造はビットラインコンタクトのためのコン
タクトホール61の縦横比を低下させるという特徴はあ
るが、現在、半導体DRAM素子の高集積化に伴って1
G級DRAM素子の開発が進行中であり、この1G級D
RAM素子では0.2μm以下のデザインルールが要求
されている。特に、セルブロックのデザインが難しく、
その中でもコンタクトホール61の寸法が何よりも臨界
寸法となって、工程上の難しさが現われていた。又、高
集積化に伴い複雑な工程段階を必要として製造コストが
上昇し、製造コストの節減及び工程短縮の必要性が要求
されていた。
【0016】そこで、本発明の目的は、超高集積度を要
する256M級DRAM以上の半導体メモリ素子に適用
して、製造工程を単純化、短縮化できると共に、製造コ
ストを節減することができ、且つ製造される半導体メモ
リ素子の動作特性を改善することができる半導体メモリ
素子の製造方法を提供しようとするものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第一の発明に係る半導体メモリ素子の製造方法は、
半導体基板にアクチブ領域のパターンを形成する工程
と、前記半導体基板に単一素子間の電気的な絶縁のため
に素子隔離構造を形成する工程と、前記半導体基板上に
ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に
ゲート電極となる第1伝導膜を形成する工程と、前記第
1伝導膜上に第1絶縁膜を形成する工程と、該第1絶縁
膜及び第1伝導膜をパターニングしてゲート電極のパタ
ーンを形成する工程と、それら全ての構造物上に前記第
1絶縁膜と食刻特性の類似した第2絶縁膜を形成する工
程と、前記第2絶縁膜を非等方性食刻して前記パターニ
ングされた各ゲート電極の側壁に側壁スペーサを形成す
る工程と、それら全ての構造物上に第3絶縁膜を形成す
る工程と、ビットラインの形成される領域の第3絶縁膜
を前記アクチブ領域が露出するまで除去してビットライ
ントレンチパターンを形成する工程と、それら全ての構
造物上に第2伝導膜を形成する工程と、ビットラインの
形成される領域以外に形成された前記第2伝導膜を除去
してビットラインを該第2伝導膜で形成する工程と、前
記ビットラインの上部にキャパシタを形成する工程と、
を順次行い半導体メモリ素子を製造するものである。
【0018】また、前記アクチブ領域は、折れ曲がり
状、T字形、又は斜線形のいずれか一つの形態を有し、
前記ビットラインと交差して形成される。
【0019】さらに、前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜の
食刻特性と前記第3絶縁膜の食刻特性とは相互に異なる
ように形成される。
【0020】そして、前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜は
シリコン酸化膜で形成し、前記第3絶縁膜はシリコン窒
化膜で形成すればよい。
【0021】或いは、前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜は
シリコン窒化膜で形成し、前記第3絶縁膜はシリコン酸
化膜で形成してもよい。
【0022】また、前記第3絶縁膜は03テトラエチル
オルトケイ酸塩又はホウ素リンケイ酸塩ガラスからなる
ものである。
【0023】さらに、前記第3絶縁膜を形成した後、該
第3絶縁膜を平坦化させるとよい。
【0024】そして、前記第3絶縁膜の平坦化方法は、
化学機械的研磨法又は乾式食刻法を用いるとよい。
【0025】また、前記第2伝導膜の除去方法は、化学
機械的研磨法又は乾式食刻法を用いるるとよい。
【0026】また、第二の発明に係る半導体メモリ素子
の製造方法は、半導体基板にアクチブ領域のパターンを
形成する工程と、前記半導体基板に単一素子間の電気的
な絶縁のために素子隔離構造を形成する工程と、前記半
導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート
絶縁膜上にゲート電極となる第1伝導膜を形成する工程
と、該第1伝導膜上に第1絶縁膜を形成する工程と、該
第1絶縁膜及び第1伝導膜をパターニングしてゲート電
極のパターンを形成する工程と、それら全ての構造物上
に前記第1絶縁膜と食刻特性の類似した第2絶縁膜を形
成する工程と、該第2絶縁膜を非等方性食刻して前記パ
ターニングされたゲート電極の側壁に側壁スペーサを形
成する工程と、それら全ての構造物上に第3絶縁膜を形
成する工程と、該第3絶縁膜上に第4絶縁膜を形成する
工程と、ビットラインの形成される領域の該第4絶縁膜
及び第3絶縁膜を前記アクチブ領域が露出するまで食刻
してビットライントレンチパターンを形成する工程と、
それら全ての構造物上に第5絶縁膜を形成する工程と、
該第5絶縁膜を前記アクチブ領域が露出するまで食刻し
て前記ビットライントレンチパターンの内側壁に前記第
5絶縁膜からなる側壁を形成する工程と、それら全ての
構造物上に第2伝導膜を形成する工程と、ビットライン
の形成される領域以外に形成された前記第2伝導膜を除
去してビットラインを該第2伝導膜で形成する工程と、
前記ビットラインの上部にキャパシタを形成する工程
と、を順次行い半導体メモリ素子を製造するものであ
る。
【0027】また、前記アクチブ領域は、折れ曲がり
状、T字形、又は斜線形のいずれか一つの形態を有し、
前記ビットライン125と交差して形成される。
【0028】さらに、前記第3絶縁膜の食刻特性と第4
絶縁膜117の食刻特性とは相互に異なるように形成さ
れる。
【0029】そして、前記第3絶縁膜はシリコン酸化膜
で形成し、前記第4絶縁膜はシリコン窒化膜で形成すれ
ばよい。
【0030】或いは、前記第3絶縁膜はシリコン窒化膜
で形成し、前記第4絶縁膜はシリコン酸化膜で形成して
もよい。
【0031】また、前記第4絶縁膜は、03テトラエチ
ルオルトケイ酸塩又はホウ素リンケイ酸塩ガラスからな
るものである。
【0032】さらに、前記第4絶縁膜を形成した後、該
第4絶縁膜を平坦化させるとよい。
【0033】そして、前記第4絶縁膜の平坦化方法は、
化学機械的研磨法又は乾式食刻法を用いるとよい。
【0034】また、前記第2伝導膜の除去方法は、化学
機械的研磨法又は乾式食刻法を用いるとよい。
【0035】なお、前記第5絶縁膜は、シリコン酸化膜
又はシリコン窒化膜で形成される。
【0036】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係る
半導体メモリ素子の製造方法により製造した斜線形のア
クチブ領域及びCOB構造を有する半導体メモリ素子の
セルアレイを示す平面図である。図1に示されるよう
に、上記の半導体メモリ素子の平面形は、図10に示し
た従来の斜線形のアクチブ領域42を有するセルアレイ
の平面形と同様であり、半導体基板71(101)上
に、アクチブ領域73(103)と、ゲート電極79
(109)と、ビットライン91(125)とが形成さ
れている。
【0037】図2及び図3は、第一の発明に係るCOB
構造を有する半導体メモリ素子の製造方法の実施形態を
示す工程図であって、図2(A−1),(B−1)及び
図3(A−1),(B−1)は図1のA−A線に沿う縦
断面図であり、図2(A−2),(B−2)及び図3
(A−2),(B−2)は図1のB−B線に沿う縦断面
図である。
【0038】以下、その工程を詳細に説明する。先ず、
図2(A−1),(A−2)に示すように、半導体基板
71上に斜線形のアクチブ領域73のパターンを写真食
刻により形成し、単一素子間の電気的な絶縁のための素
子隔離工程を施してフィルド酸化領域75を形成した
後、半導体基板71上に熱酸化方式により以後ゲート絶
縁膜77となるシリコン熱酸化膜を電気炉でH22雰囲
気中で加熱して約80Åの厚さに成長させる。
【0039】次いで、LPCVD法により、該シリコン
熱酸化膜からなるゲート絶縁膜77上にゲート電極79
となる第1伝導膜として多結晶シリコン又は非晶質シリ
コン膜を約2000Åの厚さに形成する。この場合、多
結晶又は非晶質シリコン膜のドーピングは、ドーピング
されないシリコン膜を形成した後イオン注入によりドー
ピングするか、又は多結晶シリコンの蒸着と同時にドー
ピングする方法により行う。その後、LPCVD方式に
より上記第1伝導膜としてのシリコン膜上に例えばシリ
コン窒化膜からなる第1絶縁膜81を約1500Åの厚
さに蒸着し、写真食刻法により該第1絶縁膜81のシリ
コン窒化膜及びゲート電極79の多結晶シリコン膜を順
次食刻して、前記ゲート絶縁膜77上にゲート電極79
及び第1絶縁膜81が順次積層形成されたゲートパター
ンを形成する。
【0040】次いで、それら全ての構造物上に第2絶縁
膜83としてドーピングされない例えば窒化膜を蒸着
し、該窒化膜を反応性イオン食刻法により非等方性食刻
して、前記パターン化されたゲート電極79の側壁に窒
化膜の側壁スペーサ(83)を形成する。次いで、例え
ば酸化膜からなる第3絶縁膜85をそれら全ての構造物
上に約5000Åの厚さに形成する。このとき、該第3
絶縁膜85は平坦化の優れた03TEOS又はBPSG
などの物質を用い、前記第3絶縁膜85の平坦化は化学
機械的研磨(以下「CMP」と略称する)法又は乾式食
刻法を用いる。
【0041】次いで、図2(B−1),(B−2)に示
すように、前記第3絶縁膜85上に感光膜パターン87
を形成する。この感光膜パターン87は、前記第3絶縁
膜85上に感光膜をコーティングした後、本発明に係る
ビットラインマスク(図示されず)を用いて図1に示す
ビットライン91の形成される部分の前記第3絶縁膜8
5の表面が露出するようにパターンを形成する。前記本
発明のビットラインマスクは、ビットライン91のパタ
ーンが光を透過させるように透明に形成し、該ビットラ
インパターン以外の領域は遮光膜で形成する。即ち、前
記第3絶縁膜85上に感光膜をコーティングした後、こ
のようなビットラインマスクを用いて露光を行うと、光
の透過された部分の写真食刻膜が除去されて、図2(B
−2)に示したように、ビットライン91領域の第3絶
縁膜85の所定部位だけ露出された感光膜パターン87
が形成される。
【0042】次いで、図3(A−1),(A−2)に示
すように、RIE方式によりCHF 3又はCF4ガスのプ
ラズマを用いて前記露出された第3絶縁膜85を食刻し
てビットライントレンチパターン89を形成する。この
とき、前記第3絶縁膜85の食刻は、半導体基板71の
アクチブ領域73が露出されるまで行う。その後、図2
(B−2)に示す感光膜パターン87を除去する。
【0043】次いで、図3(B−1),(B−2)に示
すように、それら全ての構造物上にLPCVD法により
第2伝導膜を約5000Åの厚さに蒸着し、CMP法又
は乾式食刻法により研磨して平坦に、且つ、前記第3絶
縁膜85が露出されるまで除去する。ここで、前記第2
伝導膜はビットライン91となるものであって、その材
質は多結晶又は非晶質シリコン、或いはCVDの可能な
任意の金属中の一つであり、さらに多結晶シリコン上に
シリサイド膜を積層した構造の物質でもよい。
【0044】このようにビットライン91のパターンを
形成した後、該ビットライン91上にキャパシタ(図示
されず)を形成する後続工程は公知の一般の半導体メモ
リ素子の製造工程と同様であるため、その説明は省略す
る。
【0045】そして、以上説明した第一の発明の実施形
態において、特に注意すべきことは、前記第1絶縁膜8
1及び第2絶縁膜83の食刻特性と、第3絶縁膜85の
食刻特性とは相互に異なるように形成することである。
その理由は、前記ビットライン91の形成される領域の
前記第3絶縁膜85を食刻して除去するとき、即ち、ビ
ットライントレンチパターン89を形成するとき、前記
第1絶縁膜81及び第2絶縁膜83とが一緒に食刻され
て前記ゲート電極79が露出されるおそれを防止するた
めである。例えば、前記第1絶縁膜81及び第2絶縁膜
83をシリコン酸化膜で形成する場合、第3絶縁膜85
はシリコン窒化膜で形成し、これと反対に、前記第1絶
縁膜81及び第2絶縁膜83をシリコン窒化膜で形成す
る場合、第3絶縁膜85はシリコン酸化膜で形成する。
【0046】一方、図4〜図6は、第二の発明に係るC
OB構造を有する半導体メモリ素子の製造方法の実施形
態を示す工程図であって、図4(A−1),(B−1)
及び図5(A−1),(B−1)並びに図6(A−1)
は図1のA−A線に沿う縦断面図であり、図4(A−
2),(B−2)及び図5(A−2),(B−2)並び
に図6(A−2)は図1のB−B線に沿う縦断面図であ
る。
【0047】以下、その工程を詳しく説明する。先ず、
図4(A−1),(A−2)に示すように、半導体基板
101上に斜線形のアクチブ領域103のパターンを写
真食刻法により形成する。次いで、単一素子間の電気的
な絶縁のための素子隔離工程を行ってフィルド酸化領域
105を形成し、前記半導体基板101上に熱酸化方式
によりゲート絶縁膜107となるシリコン熱酸化膜を電
気炉でH22雰囲気中で加熱して約80Åの厚さに成長
させる。
【0048】その後、LPCVD法により、シリコン熱
酸化膜からなるゲート絶縁膜107上にゲート電極10
9となる第1伝導膜として多結晶又は非晶質シリコン膜
を約2000Åの厚さに形成する。このとき、前記多結
晶シリコン又は非晶質シリコン膜のドーピングは、ドー
ピングされないシリコン膜を形成した後イオン注入方式
によりドーピングするか、多結晶シリコンの蒸着と共に
ドーピングする方式により行う。次いで、LPCVD方
式により上記第1伝導膜としての前記シリコン膜上に例
えばシリコン酸化膜からなる第1絶縁膜111を約15
00Åの厚さに蒸着し、写真食刻法により該第1絶縁膜
111のシリコン酸化膜及びゲート電極109の多結晶
シリコン膜を順次食刻して前記ゲート絶縁膜107上に
ゲート電極109と第1絶縁膜111の順に積層された
ゲートパターンを形成する。
【0049】次いで、それら全ての構造物上に第2絶縁
膜113としてドーピングされない例えば酸化膜を蒸着
し、該酸化膜を反応性イオン食刻法により非等方性食刻
して、前記パターン化されたゲート電極109の側壁に
前記酸化膜の側壁スペーサ(113)を形成する。次い
で、それら構造物上に例えばシリコン窒化膜からなる第
3絶縁膜115を約500Åの厚さに蒸着し、該シリコ
ン窒化膜(115)上に化学蒸着酸化膜の第4絶縁膜1
17を約5000Åの厚さに蒸着する。この場合、該第
4絶縁膜117は平坦化の優れた03TEOS又はBP
SGなどの物質を用い、該平坦化はCMP法又は乾式食
刻法を用いる。
【0050】次いで、図4(B−1),(B−2)に示
すように、前記第4絶縁膜117上に感光膜パターン1
19を形成する。この感光膜パターン119は、前記第
4絶縁膜117上に感光膜をコーティングした後、本発
明に係るビットラインマスク(図示されず)を用いて図
1に示すビットライン125の形成される部分の前記第
4絶縁膜117の表面だけが露出するように形成された
ものである。そして、前記ビットラインマスクは、ビッ
トライン125のパターンが光を透過させるように透明
に形成され、該ビットラインパターン以外の領域は遮光
膜により形成される。即ち、前記第4絶縁膜117上に
感光膜をコーティングした後、このようなビットライン
マスクを用いて露光を進行させると、光が透過された部
分の感光膜は除去され、図4(B−2)に示すように、
ビットライン125領域となる第4絶縁膜117だけ露
出された感光膜パターン119が形成される。
【0051】次いで、図5(A−1),(A−2)に示
すように、RIE方式によりCHF 3又はCF4ガスのプ
ラズマを用いて前記露出された第4絶縁膜117を食刻
し、さらにこの食刻により露出された第3絶縁膜115
を食刻してビットライントレンチパターン121を形成
する。この場合、前記第4絶縁膜117及び第3絶縁膜
115の食刻は、前記第3絶縁膜115が前記側壁スペ
ーサ(113)の表面のみに残存すると共に、前記アク
チブ領域103が露出されるまで行う。その後、図4
(B−2)に示す感光膜パターン119を除去する。
【0052】次いで、図5(B−1),(B−2)に示
すように、それら全ての構造物上に例えばシリコン窒化
膜からなる第5絶縁膜123を約500Åの厚さに蒸着
し、該第5絶縁膜123を乾式食刻法により前記アクチ
ブ領域103が露出するまで非等方性食刻して、前記ビ
ットライントレンチパターン121の内側壁に第5絶縁
膜123の側壁を形成する。該側壁(123)は、ビッ
トライン125の形成時に該ビットライン125を一層
正確に整列させるためのものである。
【0053】次いで、図6(A−1),(A−2)に示
すように、それら全ての構造物上にLPCVD法により
第2伝導膜を約5000Åの厚さに蒸着し、CMP法に
より該第2伝導膜を研磨して平坦化させながら、前記第
4絶縁膜117が露出するまで除去する。ここで、前記
第2伝導膜はビットライン125となるもので、その材
質は多結晶又は非晶質シリコン、或いはCVDの可能な
任意の金属を用い、さらに多結晶シリコン上にシリサイ
ド膜を積層した構造の物質でもよい。
【0054】このようにビットライン125のパターン
を形成した後、該ビットライン125上にキャパシタ
(図示されず)を形成する後続工程は公知の一般の半導
体メモリ素子の製造工程と同様であるため、その説明を
省略する。
【0055】そして、以上説明した第二の発明の実施形
態において、特に注意すべきことは、前記第3絶縁膜1
15の食刻特性と第4絶縁膜117の食刻特性とを相互
に異なるように形成することである。その理由は、前記
ビットライン125の形成される部分の前記第4絶縁膜
117を食刻して前記ビットライントレンチパターン1
21を形成するとき、前記第3絶縁膜115が食刻停止
の役割をして、前記ゲート電極109が露出されないよ
うにするためである。例えば、前記第3絶縁膜115を
シリコン窒化膜で形成する場合、第4絶縁膜117はシ
リコン酸化膜で形成し、これと反対に前記第3絶縁膜1
15をシリコン酸化膜で形成する場合、第4絶縁膜11
7はシリコン窒化膜で形成する。
【0056】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
第一の発明に係る半導体メモリ素子の製造方法によれ
ば、半導体メモリ素子の製造時、デザインマージンの小
さいビットラインのコンタクトを排除し、該ビットライ
ンコンタクトを自己整列方式により進行するので工程が
容易になる。且つ、ビットラインが絶縁膜の中に埋立て
られて形成されるため、ビットラインの形成以後の段階
で平坦化が有利になって、キャパシタの形成時ノードコ
ンタクトのためのコンタクトホールの縦横比を小さく
し、該コンタクトホールの食刻時に半導体基板に与える
食刻損傷を最小化する。又、埋立て方式のビットライン
形成によりメモリセル領域とその周辺領域間の段差が小
さくなって、セル工程以後の配線工程を容易にするとい
う特長を有する。更に、ビットラインがアクチブ領域に
自己整列されてコンタクトされるため、コンタクトホー
ルを形成するためのマスク工程が省略されて工程が単純
化され、製造コストが節減される。また、上記ビットラ
インの縦断面積が大きくなり、該ビットラインのコンタ
クト領域が最大に広くなってビットラインの電気的なコ
ンタクト抵抗が減少するため、該ビットラインを通るデ
ータの伝送速度が速くなる。このことから、半導体メモ
リ素子の動作特性が改善されるという効果がある。
【0057】また、第二の発明に係る半導体メモリ素子
の製造方法は、第一の発明に係る半導体メモリ素子の製
造方法における第3絶縁膜の形成工程と第2伝導膜の形
成工程との間に、該第3絶縁膜上に第4絶縁膜を形成す
る工程と、ビットラインの形成される領域の該第4絶縁
膜及び第3絶縁膜を前記アクチブ領域が露出するまで食
刻してビットライントレンチパターンを形成する工程
と、それら全ての構造物上に第5絶縁膜を形成する工程
と、該第5絶縁膜を前記アクチブ領域が露出するまで食
刻して前記ビットライントレンチパターンの内側壁に前
記第5絶縁膜からなる側壁を形成する工程と、を付加し
たものであるが、略同様の工程で高集積度を要する半導
体メモリ素子を製造することができると共に、その動作
特性も改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体メモリ素子の製造方法によ
り製造した斜線形のアクチブ領域及びCOB構造を有す
る半導体メモリ素子のメモリセルレイアウトを示す平面
図である。
【図2】第一の発明に係るCOB構造を有する半導体メ
モリ素子の製造方法の実施形態を示す工程図であり、そ
の前半部を示す。
【図3】同じく第一の発明に係るCOB構造を有する半
導体メモリ素子の製造方法の実施形態を示す工程図であ
り、その後半部を示す。
【図4】第二の発明に係るCOB構造を有する半導体メ
モリ素子の製造方法の実施形態を示す工程図であり、そ
の前部を示す。
【図5】同じく第二の発明に係るCOB構造を有する半
導体メモリ素子の製造方法の実施形態を示す工程図であ
り、その中間部を示す。
【図6】同じく第二の発明に係るCOB構造を有する半
導体メモリ素子の製造方法の実施形態を示す工程図であ
り、その後部を示す。
【図7】従来のCOB構造を有する半導体メモリ素子の
メモリセルレイアウトを示す平面図及び縦断面図であ
る。
【図8】従来の折れ曲がり状のアクチブ領域を有する半
導体メモリ素子のメモリセルレイアウトを示す平面図及
び縦断面図である。
【図9】従来のT字形のアクチブ領域を有する半導体メ
モリ素子のメモリセルレイアウトを示す平面図である。
【図10】従来の斜線形のアクチブ領域を有する半導体
メモリ素子のメモリセルレイアウトを示す平面図であ
る。
【図11】従来のCOB構造を有する半導体メモリ素子
の製造方法を示す工程図であり、その前半部を示す。
【図12】従来のCOB構造を有する半導体メモリ素子
の製造方法を示す工程図であり、その後半部を示す。
【符号の説明】
71,101…半導体基板 73,103…アクチブ領域 75,105…フィルド酸化領域 77,107…ゲート絶縁膜 79,109…ゲート電極 81,111…第1絶縁膜 83,113…第2絶縁膜(側壁スペーサ) 85,115…第3絶縁膜 117…第4絶縁膜 87,119…感光膜パターン 89,121…ビットライントレンチパターン 91,125…ビットライン 123…第5絶縁膜(側壁)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャン−ジャエ リー 大韓民国、チューンチェオンブク−ド、チ ェオンジュ、サンダン−ク、ヨンガム−ド ン、58

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板にアクチブ領域のパターンを
    形成する工程と、 前記半導体基板に単一素子間の電気的な絶縁のために素
    子隔離構造を形成する工程と、 前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極となる第1伝導膜を形
    成する工程と、 前記第1伝導膜上に第1絶縁膜を形成する工程と、 該第1絶縁膜及び第1伝導膜をパターニングしてゲート
    電極のパターンを形成する工程と、 それら全ての構造物上に前記第1絶縁膜と食刻特性の類
    似した第2絶縁膜を形成する工程と、 前記第2絶縁膜を非等方性食刻して前記パターニングさ
    れた各ゲート電極の側壁に側壁スペーサを形成する工程
    と、 それら全ての構造物上に第3絶縁膜を形成する工程と、 ビットラインの形成される領域の第3絶縁膜を前記アク
    チブ領域が露出するまで除去してビットライントレンチ
    パターンを形成する工程と、 それら全ての構造物上に第2伝導膜を形成する工程と、 ビットラインの形成される領域以外に形成された前記第
    2伝導膜を除去してビットラインを該第2伝導膜で形成
    する工程と、 前記ビットラインの上部にキャパシタを形成する工程
    と、を順次行うことを特徴とする半導体メモリ素子の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記アクチブ領域は、折れ曲がり状、T
    字形、又は斜線形のいずれか一つの形態を有し、前記ビ
    ットラインと交差して形成されることを特徴とする請求
    項1記載の半導体メモリ素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜の食刻特
    性と前記第3絶縁膜の食刻特性とは相互に異なるように
    形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体メモ
    リ素子の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜はシリコ
    ン酸化膜で形成し、前記第3絶縁膜はシリコン窒化膜で
    形成することを特徴とする請求項3記載の半導体メモリ
    素子の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜はシリコ
    ン窒化膜で形成し、前記第3絶縁膜はシリコン酸化膜で
    形成することを特徴とする請求項3記載の半導体メモリ
    素子の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第3絶縁膜は03テトラエチルオル
    トケイ酸塩又はホウ素リンケイ酸塩ガラスからなること
    を特徴とする請求項5記載の半導体メモリ素子の製造方
    法。
  7. 【請求項7】 前記第3絶縁膜を形成した後、該第3絶
    縁膜を平坦化させることを特徴とする請求項1記載の半
    導体メモリ素子の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記第3絶縁膜の平坦化方法は、化学機
    械的研磨法又は乾式食刻法を用いることを特徴とする請
    求項7記載の半導体メモリ素子の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記第2伝導膜の除去方法は、化学機械
    的研磨法又は乾式食刻法を用いることを特徴とする請求
    項1記載の半導体メモリ素子の製造方法。
  10. 【請求項10】 半導体基板にアクチブ領域のパターン
    を形成する工程と、 前記半導体基板に単一素子間の電気的な絶縁のために素
    子隔離構造を形成する工程と、 前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、 該ゲート絶縁膜上にゲート電極となる第1伝導膜を形成
    する工程と、 該第1伝導膜上に第1絶縁膜を形成する工程と、 該第1絶縁膜及び第1伝導膜をパターニングしてゲート
    電極のパターンを形成する工程と、 それら全ての構造物上に前記第1絶縁膜と食刻特性の類
    似した第2絶縁膜を形成する工程と、 該第2絶縁膜を非等方性食刻して前記パターニングされ
    たゲート電極の側壁に側壁スペーサを形成する工程と、 それら全ての構造物上に第3絶縁膜を形成する工程と、 該第3絶縁膜上に第4絶縁膜を形成する工程と、 ビットラインの形成される領域の該第4絶縁膜及び第3
    絶縁膜を前記アクチブ領域が露出するまで食刻してビッ
    トライントレンチパターンを形成する工程と、 それら全ての構造物上に第5絶縁膜を形成する工程と、 該第5絶縁膜を前記アクチブ領域が露出するまで食刻し
    て前記ビットライントレンチパターンの内側壁に前記第
    5絶縁膜からなる側壁を形成する工程と、 それら全ての構造物上に第2伝導膜を形成する工程と、 ビットラインの形成される領域以外に形成された前記第
    2伝導膜を除去してビットラインを該第2伝導膜で形成
    する工程と、 前記ビットラインの上部にキャパシタを形成する工程
    と、を順次行うことを特徴とする半導体メモリ素子の製
    造方法。
  11. 【請求項11】 前記アクチブ領域は、折れ曲がり状、
    T字形、又は斜線形のいずれか一つの形態を有し、前記
    ビットラインと交差して形成されることを特徴とする請
    求項10記載の半導体メモリ素子の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記第3絶縁膜の食刻特性第4絶縁
    膜の食刻特性とは相互に異なるように形成されることを
    特徴とする請求項10記載の半導体メモリ素子の製造方
    法。
  13. 【請求項13】 前記第3絶縁膜はシリコン酸化膜で形
    成し、前記第4絶縁膜はシリコン窒化膜で形成すること
    を特徴とする請求項12記載の半導体メモリ素子の製造
    方法。
  14. 【請求項14】 前記第3絶縁膜はシリコン窒化膜で形
    成し、前記第4絶縁膜はシリコン酸化膜で形成すること
    を特徴とする請求項12記載の半導体メモリ素子の製造
    方法。
  15. 【請求項15】 前記第4絶縁膜は、03テトラエチル
    オルトケイ酸塩又はホウ素リンケイ酸塩ガラスからなる
    ことを特徴とする請求項14記載の半導体メモリ素子の
    製造方法。
  16. 【請求項16】 前記第4絶縁膜を形成した後、該第4
    絶縁膜を平坦化させることを特徴とする請求項10記載
    の半導体メモリ素子の製造方法。
  17. 【請求項17】 前記第4絶縁膜の平坦化方法は、化学
    機械的研磨法又は乾式食刻法を用いることを特徴とする
    請求項16記載の半導体メモリ素子の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記第2伝導膜の除去方法は、化学機
    械的研磨法又は乾式食刻法を用いることを特徴とする請
    求項10記載の半導体メモリ素子の製造方法。
  19. 【請求項19】 前記第5絶縁膜は、シリコン酸化膜又
    はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項10記
    載の半導体メモリ素子の製造方法。
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