JPH1027889A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH1027889A
JPH1027889A JP8183336A JP18333696A JPH1027889A JP H1027889 A JPH1027889 A JP H1027889A JP 8183336 A JP8183336 A JP 8183336A JP 18333696 A JP18333696 A JP 18333696A JP H1027889 A JPH1027889 A JP H1027889A
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conductive film
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ビット線に対して自己整合的にコンタクトホー
ルを形成する。 【解決手段】酸化シリコン膜1に溝2を形成し、バリア
メタル3、タングステン膜4を堆積し、表面を削って平
坦化すると同時にタングステン膜4からなる配線層を形
成する。タングステン膜4及びバリアメタル3をエッチ
ングして段差5を形成し、窒化シリコン膜6を堆積して
段差5を充填した後、窒化シリコン膜6を削り、表面を
平坦化する。所定のマスクパターンを用いて酸化シリコ
ン膜1をエッチングし、コンタクトホール8を自己整合
的に形成する。窒化シリコン膜を堆積し、エッチバック
してコンタクトホール8の側壁にサイドウォール9を形
成し、次にバリアメタル10及びタングステン膜11を
順次堆積し、コンタクトホール8を充填した後に、酸化
シリコン膜1及び窒化シリコン膜6が露出するまでタン
グステン膜11及びバリアメタル10を削り、表面を平
坦化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばダイナミ
ックRAMのセル構造に係り、特にビット線の上方にメ
モリセルキャパシタをビット線に対して自己整合的に形
成するSTC(Stacked Capacitor )型の半導体記憶装
置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体記憶装置、特にDRAMの
微細化において、リソグラフィ技術における解像度の目
覚ましい進歩によって、線幅及び間隔が増々縮小されて
いる。しかしながら、合わせ精度の改善は解像度の進歩
に追い付けず、合わせズレ対策が重要度を増している。
【0003】合わせズレ対策の一つとして、コンタクト
ホールと配線のボーダレスを実現した技術に、例えば、
「C.W.Kaanta et al. ”Dual Damascene: A ULSI Wirin
g Technology“,VMIC, pp.144-152,1991 」記載の技術
がある。また、この技術をDRAMのビット線コンタク
トとビット線に応用したものに、「D.Kenney et al.”
A Buried-Plate Trench Cell for 64-Mb DRAM “,VLIS
Tech. Symp, pp.14-15,1992」記載のメモリセルがあ
る。
【0004】また、STC型キャパシタを用いたセルに
おいては、メモリセルキャパシタをビット線に対して自
己整合的に形成する技術として、例えば、「M.Fukumoto
etal, ”Stacked capacitor cell technology for 16M
DRAM using double self-aligned contacts “, ESSDE
RC 90, pp.461-464,1990 」記載のメモリセルが提案さ
れている。
【0005】以下、図9を用いて、上記Dual Damascene
技術を説明する。まず、下層配線101上に、平坦化さ
れた層間絶縁膜102を形成する。次に、層間絶縁膜1
02上に、コンタクトホールパターン103を有する第
1のレジスト104と、上層配線パターン105を有す
る第2のレジスト106を形成する(図9(a))。次
に、上記レジスト104、106をマスクに、層間絶縁
膜102を選択的にエッチングし、コンタクトホール1
07を形成する(図9(b))。次に、露出している第
1のレジスト104を一部除去し、上層配線パターン1
08を形成する(図9(c))。このとき、第2のレジ
スト106も第1のレジスト104の膜厚に応じて表面
が除去される。次に、層間絶縁膜102を選択的にエッ
チングし、コンタクトホール109及び上層配線パター
ン110を形成する(図9(d))。次に、メタル11
1を堆積し、コンタクトホール109及び上層配線パタ
ーン110を完全に埋め込む(図9(e))。次に、C
MP(Chemical Mechanical Polishing )法を用いてメ
タル111をエッチバックし、上層配線112を形成す
ると共に表面を平坦化する(図9(f))。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このDual D
amascene技術を、STC型キャパシタを用いたセルに応
用した場合、メモリキャパシタをビット線に対して自己
整合的に形成することができないという問題があった。
【0007】すなわち、メモリキャパシタを形成するた
めには、層間絶縁膜102に対し、半導体基板に形成さ
れたソース、ドレイン拡散層の表面に通じる自己整合コ
ンタクトホールを形成する必要がある。しかし、上層配
線112は表面が露出しているために、層間絶縁膜10
2をエッチングしてコンタクトホールを形成する際に上
層配線112が露出されてしまうからである。そのため
には、図10に示すように、予め上層配線112上にエ
ッチングマスクとなる絶縁膜113を形成した後にコン
タクトホール114を形成しなければならない。しか
し、この場合には自己整合コンタクトホールとはなら
ず、合わせ余裕を見て、上層配線112から所定の距離
だけ離してコンタクトホール114を形成しなければな
らないため、配線間隔が大きくなり、微細化は困難であ
る。
【0008】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、ビット線に対して自己
整合的に形成されるコンタクトホールを有する半導体装
置及びその製造方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る半導体装
置の製造方法は、半導体基板上に第1絶縁膜を形成する
工程と、上記第1絶縁膜に溝を形成する工程と、上記溝
内を導電膜で充填する工程と、上記導電膜の表面を所定
の厚みだけエッチングして上記第1絶縁膜との段差を形
成する工程と、上記段差部を第2絶縁膜で充填する工程
とを具備している。
【0010】請求項2に係る半導体装置の製造方法は、
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、前記
第1絶縁膜に溝を形成した後にこの溝の側壁に第3絶縁
膜からなるスペーサを形成する工程をさらに具備してい
る。
【0011】請求項3に係る半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、上記第1
絶縁膜に溝を形成する工程と、上記溝内を導電膜で充填
する工程と、上記導電膜の表面を所定の厚みだけエッチ
ングして上記第1絶縁膜との段差を形成する工程と、上
記段差部を第2絶縁膜で充填する工程と、上記第2絶縁
膜をマスクとして用いた選択的エッチング法によって上
記第1絶縁膜をエッチングし、上記溝に隣接するコンタ
クトホールを形成する工程とを具備している。
【0012】請求項4に係る半導体装置の製造方法は、
請求項3に記載の半導体装置の製造方法において、前記
第1絶縁膜に溝を形成した後にこの溝の側壁に第3絶縁
膜からなる第1のスペーサを形成する工程をさらに具備
している。
【0013】請求項5に係る半導体装置の製造方法は、
請求項3に記載の半導体装置の製造方法において、前記
コンタクトホールの側壁に第4絶縁膜からなる第2のス
ペーサを形成する工程をさらに具備している。
【0014】請求項6に係る半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、上記第1
絶縁膜に溝を形成する工程と、上記溝の内壁に第1導電
膜を形成する工程と、上記溝内を第2導電膜で充填する
工程と、上記第2導電膜の表面を所定の厚みだけエッチ
ングすると同時に上記第1導電膜を上記第2導電膜のエ
ッチング量よりも多くエッチングして上記第1絶縁膜と
の段差を形成する工程と、上記段差部を第2絶縁膜で充
填する工程とを具備している。
【0015】請求項7に係る半導体記憶装置の製造方法
は、請求項6に記載の半導体記憶装置の製造方法におい
て、第1絶縁膜に溝を形成した後に、この溝の側壁に第
3絶縁膜からなるスペーサを形成する工程をさらに具備
している。
【0016】請求項8に係る半導体記憶装置の製造方法
は、半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、上記
第1絶縁膜に溝を形成する工程と、上記溝内を導電膜で
充填してビット線を形成する工程と、上記導電膜の表面
を所定の厚みだけエッチングして上記第1絶縁膜との段
差を形成する工程と、上記段差部を第2絶縁膜で充填す
る工程と、上記第2絶縁膜をマスクとして用いた選択的
エッチング法によって上記第1絶縁膜をエッチングし、
上記溝に隣接するストレージノードコンタクトホールを
形成する工程とを具備している。
【0017】請求項9に係る半導体記憶装置の製造方法
は、請求項8に記載の半導体記憶装置の製造方法におい
て、前記第1絶縁膜に溝を形成した後にこの溝の側壁に
第3絶縁膜からなるスペーサを形成する工程をさらに具
備している。
【0018】請求項10に係る半導体記憶装置の製造方
法は、請求項8に記載の半導体記憶装置の製造方法にお
いて、前記ストレージノードコンタクトホールの側壁に
第4絶縁膜からなるスペーサを形成する工程をさらに具
備している。
【0019】請求項11に係る半導体記憶装置の製造方
法は、半導体基板に素子分離絶縁膜を形成する工程と、
上記半導体基板にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形
成すると共に上記半導体基板に不純物を導入してソー
ス、ドレイン拡散層を形成してMOSFETを形成する
工程と、上記MOSFETを被覆するように第1絶縁膜
を形成する工程と、上記第1絶縁膜にビット線コンタク
トホールを形成する工程と、上記第1絶縁膜に、後にビ
ット線が形成される溝を形成する工程と、上記溝及びビ
ット線コンタクトホール内を導電膜で充填し、上記MO
SFETのソース、ドレイン拡散層のうち一方の拡散層
と電気的に接続されたビット線を形成する工程と、上記
導電膜の表面を所定の厚みだけエッチングして上記第1
絶縁膜との段差を形成する工程と、上記段差部を第2絶
縁膜で充填する工程と、上記第2絶縁膜をマスクとして
用いた選択的エッチング法によって上記第1絶縁膜をエ
ッチングし、上記ビット線に隣接するストレージノード
コンタクトホールを形成する工程と、上記ストレージノ
ードコンタクトホールの側壁に第3絶縁膜からなるスペ
ーサを形成する工程と、上記ストレージノードコンタク
トホールを導電膜で充填する工程と、上記MOSFET
のソース、ドレイン拡散層のうち他方の拡散層と電気的
に接続したストレージ電極、キャパシタ絶縁膜及びプレ
ート電極を順次形成してキャパシタを形成する工程とを
具備している。
【0020】請求項12に係る半導体記憶装置の製造方
法は、請求項11に記載の半導体記憶装置の製造方法に
おいて、前記第1絶縁膜に溝を形成した後にこの溝の側
壁に第4絶縁膜からなるスペーサを形成する工程をさら
に具備している。
【0021】請求項13に係る半導体装置は、半導体基
板上に形成された第1絶縁膜と、上記第1絶縁膜に形成
された溝と、上記溝の内周面に上記溝を完全に埋め込ま
ない程度の厚みに形成された第1導電膜と、上記第1導
電膜上に設けられ上記溝を途中まで埋め込むように形成
された第2導電膜と、上記第1、第2導電膜上に設けら
れ上記溝を完全に埋め込むように形成された第2絶縁膜
とを具備している。
【0022】請求項14に係る半導体装置は、請求項1
3に記載の半導体装置において、前記第2導電膜が高融
点金属からなる。請求項15に係る半導体装置は、請求
項13に記載の半導体装置において、前記第1導電膜が
バリアメタルからなる。
【0023】請求項16に係る半導体装置は、請求項1
3に記載の半導体装置において、前記溝の側壁には第3
絶縁膜からなるスペーサが形成されている。請求項17
に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された第1絶
縁膜と、上記第1絶縁膜に形成された溝と、上記溝の上
部を除いた内周面に上記溝を完全に埋め込まない程度の
厚みに形成された第1導電膜と、上記第1導電膜上に設
けられ、上面が上記溝の側壁上に位置する上記第1導電
膜の上面よりも高くなるように形成された第2導電膜
と、上記溝を完全に埋め込むように形成された第2絶縁
膜とを具備している。
【0024】請求項18に係る半導体装置は、請求項1
7に記載の半導体装置において、前記第2導電膜が高融
点金属からなる。請求項19に係る半導体装置は、請求
項17に記載の半導体装置において、前記第1導電膜が
バリアメタルからなる。
【0025】請求項20に係る半導体装置は、請求項1
7に記載の半導体装置において、前記第1絶縁膜が酸化
シリコンからなりかつ前記第2絶縁膜が窒化シリコンか
らなる。
【0026】請求項21に係る半導体装置は、半導体基
板上に形成された第1絶縁膜と、上記第1絶縁膜に互い
に離間して形成された第1及び第2の溝と、上記第1絶
縁膜の上記第1及び第2の溝で挟まれた領域に形成され
たコンタクトホールと、上記第1及び第2の溝の側壁に
形成された第2絶縁膜からなる第1のスペーサと、上記
第1及び第2の各溝の内周面にそれぞれの溝を完全に埋
め込まない程度の厚みに形成された第1導電膜と、上記
第1導電膜上に設けられ上記第1及び第2の溝を完全に
埋め込むように形成された第2導電膜と、上記コンタク
トホールの側壁に形成された第3絶縁膜からなる第2の
スペーサと、上記コンタクトホールの内周面にこのコン
タクトホールを完全に埋め込まない程度の厚みに形成さ
れた第3導電膜と、上記第3導電膜上に設けられ上記コ
ンタクトホールを埋め込むように形成された第4導電膜
とを具備している。
【0027】請求項22に係る半導体装置は、請求項2
1に記載の半導体装置において、前記第1絶縁膜及び第
3絶縁膜のそれぞれがバリアメタルである。請求項23
に係る半導体記憶装置は、半導体基板に形成された素子
分離絶縁膜と、上記半導体基板にゲート絶縁膜を介して
設けられたゲート電極及び上記半導体基板に設けられた
ソース、ドレイン拡散層からなるMOSFETと、上記
MOSFETを被覆するように形成された第1絶縁膜
と、上記第1絶縁膜に形成されたビット線コンタクトホ
ール及びビット線形成用の溝と、上記溝を途中まで充填
するように設けられた第1導電膜からなり、上記MOS
FETのソース、ドレイン拡散層のうち一方の拡散層と
電気的に接続されたビット線と、上記溝を完全に充填す
るように設けられた第2絶縁膜と、上記ビット線に隣接
するように上記第1絶縁膜に設けられたストレージノー
ドコンタクトホールと、上記ストレージノードコンタク
トホールの側壁に設けられた第3絶縁膜からなるスペー
サと、上記ストレージノードコンタクトホールを充填す
る第2導電膜と、ストレージ電極、キャパシタ絶縁膜及
びプレート電極からなり、上記MOSFETのソース、
ドレイン拡散層のうち他方の拡散層と電気的に接続され
たキャパシタとを具備している。
【0028】請求項24に係る半導体記憶装置は、配線
を形成する第1導電膜と、上記配線に隣接し、上記配線
の上層と下層とを接続するためのコンタクトホールと、
上記コンタクトホールを充填する第2導電膜と、上記第
1、第2導電膜相互間に形成され、上記第1、第2導電
膜を電気的に分離するスペーサとを具備し、配線下部の
スペーサの膜厚よりも配線上部のスペーサの膜厚が厚い
ことを特徴としている。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態を説明する。図1(a)〜(e)はこの発明
の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を工程
順に示す断面図ある。
【0030】まず、半導体基板上に形成された酸化シリ
コン膜1に、周知のリソグラフィ法及びRIE(Reacti
ve Ion Etching)法を用いて溝2を形成する。次に、上
記溝2を完全に埋め込まない程度の厚みに、TiNまた
はWN等のバリアメタル3をスパッタリング法を用いて
全面に堆積し、続いて高融点金属膜、例えばタングステ
ン膜4をCVD(Chemical Vapor Deposition )法を用
いて全面に堆積し、溝2を完全に充填する。そして、次
にCMP法を用いて酸化シリコン膜1が露出するまでタ
ングステン膜4及びバリアメタル3を削り、表面を平坦
化すると同時にタングステン膜4からなる配線層を形成
する。その後、RIE法を用いてタングステン膜4及び
バリアメタル3を選択的にエッチングし、段差5を形成
する(図1(a))。
【0031】次に窒化シリコン膜6をCVD法を用いて
全面に堆積して段差5を充填した後、続いて、CMP法
を用いて窒化シリコン膜6を削り、表面を平坦化する
(図1(b))。
【0032】これまでの工程により、半導体基板上に形
成された酸化シリコン膜1には溝2が形成され、この溝
2の内周面にはこの溝2を完全に埋め込まない程度の厚
みのバリアメタル3が形成され、上記バリアメタル3上
には、溝を2を途中まで埋め込むようにタングステン膜
4形成され、さらにタングステン膜4上には溝2を完全
に埋め込むような窒化シリコン膜6が形成される。
【0033】このような方法によれば、従来のDamascen
e 技術では達成し得なかった自己整合コンタクトを形成
する上で必要になる、配線層直上の絶縁膜(窒化シリコ
ン膜6)が形成される。
【0034】次に、溝2に直交するライン/スペースパ
ターンを用いてフォトレジスト7を形成し、このフォト
レジスト7及び窒化シリコン膜6に対して選択比の高い
条件を用いて酸化シリコン膜1をRIE法によりエッチ
ングし、コンタクトホール8を自己整合的に形成する
(図1(c))。
【0035】次に、フォトレジスト7を除去し、全面に
窒化シリコン膜を堆積した後、全面をRIE法を用いて
エッチバックし、コンタクトホール8の側壁に窒化シリ
コン膜からなるサイドウォール9を形成する(図1
(d))。
【0036】次にバリアメタル10及びタングステン膜
11を順次堆積し、コンタクトホール8を充填する。次
に、CMP法を用いて酸化シリコン膜1及び窒化シリコ
ン膜6が露出するまでタングステン膜11及びバリアメ
タル10を削り、表面を平坦化する(図1(e))。
【0037】このような方法を用いることで、 Damasce
ne配線(タングステン膜4)に対して自己整合的に、こ
の Damascene配線に隣接するコンタクトを形成すること
ができる。従って、 Damascene配線を採用した半導体装
置において、 Damascene配線相互間にコンタクトを設け
る場合に、コンタクトを設ける際の余分な位置合わせ余
裕を取る必要がないので、 Damascene配線相互の間隔を
十分に小さくすることができ、集積化する際のチップサ
イズの縮小化を図ることができる。
【0038】なお、このようにして製造された半導体装
置において、上記タングステン膜4からなる配線層はメ
モリセルのビット線として使用され、このビット線に隣
接して形成されたコンタクトはメモリセルのストレージ
ノードコンタクトとして使用される。
【0039】次にこの発明の第2の実施の形態に係る半
導体装置の製造方法を図2(a)〜(e)を用いて説明
する。上記第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方
法において、酸化シリコン膜1をエッチングしてコンタ
クトホール8を形成する際に、酸化シリコン膜1のエッ
チングは、窒化シリコン膜6に対して選択比の高い条件
を用いて行っている。しかし、このエッチング選択比は
有限の値であるから、窒化シリコン膜6自体も僅かにエ
ッチングされる。このとき、エッチング条件のゆらぎ、
膜厚のゆらぎ等によって、ある確率でスペーサである窒
化シリコン膜6がエッチングされ、短絡が生じる場合が
ある。この短絡の過程を詳細に調べると、配線層の肩の
部分で生じることが分かっている。そこで、この第2の
実施の形態に係る半導体装置では、上記配線層の肩の部
分で生じる短絡を防止するようにしたものである。
【0040】すなわち、前記第1の実施の形態の方法と
同様に、まず、半導体基板上に形成された酸化シリコン
膜1に、周知のリソグラフィ法及びRIE法を用いて溝
2を形成し、次に、上記溝2を完全に埋め込まない程度
の厚みに、バリアメタル3をスパッタリング法を用いて
全面に堆積し、続いて高融点金属膜、例えばタングステ
ン膜4をCVD法を用いて全面に堆積し、溝2を完全に
充填する。
【0041】その後、Cl2 系のガスを用いたRIE法
でタングステン膜4及びバリアメタル3を選択的にエッ
チングし、段差5を形成する。このとき、Cl2 系のガ
スに対して、タングステンよりもチタン化合物(Ti
N)の方がエッチングレートが速いため、配線層の上部
両側にバリアメタル3の膜厚に対応した浅い溝12が形
成される(図2(a))。
【0042】この後は、前記第1の実施の形態の方法と
同様に、窒化シリコン膜6をCVD法を用いて全面に堆
積して段差5を充填し、次に、CMP法を用いて窒化シ
リコン膜6を削り、表面を平坦化し(図2(b))、さ
らに溝2に直交するライン/スペースパターンを用いて
フォトレジスト7を形成して酸化シリコン膜1をRIE
法によりエッチングし、コンタクトホール8を自己整合
的に形成し(図2(c))、フォトレジスト7を除去し
た後に、全面に窒化シリコン膜を堆積し、全面をRIE
法を用いてエッチバックし、コンタクトホール8の側壁
に窒化シリコン膜からなるサイドウォール9を形成し
(図2(d))、続いてバリアメタル10及びタングス
テン膜11を順次堆積し、コンタクトホール8を充填す
る。そしてさらに、CMP法を用いて酸化シリコン膜1
及び窒化シリコン膜6が露出するまでタングステン膜1
1及びバリアメタル10を削り、表面を平坦化する(図
2(e))。
【0043】このような方法によれば、配線層の肩の部
分の窒化シリコン膜を溝2の側壁の部分よりも厚く形成
することができるので、前記のような短絡が生じる確率
を著しく低減することができ、高歩留まり、高信頼性の
半導体装置を製造することができる。
【0044】図3(a)〜(f)はこの発明の第3の実
施の形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図ある。まず、半導体基板上に形成された酸化シリコ
ン膜1に、周知のリソグラフィ法及びRIE法を用いて
溝2を形成する。次に、上記溝2を完全に埋め込まない
程度の厚みで、全面に窒化シリコン膜を堆積し、続いて
全面をRIE法を用いてエッチバックし、溝2の側壁に
窒化シリコン膜からなるサイドウォール13を形成する
(図3(a))。
【0045】続いて、上記溝2を完全に埋め込まない程
度の厚みに、TiNまたはWN等のバリアメタル3をス
パッタリング法を用いて全面に堆積し、続いて高融点金
属膜、例えばタングステン膜4をCVD法を用いて全面
に堆積し、溝2を完全に充填する。次にCMP法を用い
て酸化シリコン膜1が露出するまでタングステン膜4及
びバリアメタル3を削り、表面を平坦化すると同時にタ
ングステン膜4からなる配線層を形成する。その後、R
IE法を用いてタングステン膜4及びバリアメタル3を
選択的にエッチングし、段差5を形成する(図3
(b))。この際、前記第2の実施の形態の方法と同様
に、タングステン膜4よりもバリアメタル3の方がエッ
チングレートが速くなる条件でエッチングを行い、配線
層の上部両側にバリアメタル3の膜厚に対応した浅い溝
を形成するようにしてもよい。
【0046】次に窒化シリコン膜6をCVD法を用いて
全面に堆積して段差5を充填し、続いて、CMP法によ
り窒化シリコン膜6を削り、表面を平坦化する(図3
(c))。
【0047】これまでの工程により、半導体基板上に形
成された酸化シリコン膜1には溝2が形成され、この溝
2の側壁には窒化シリコン膜からなるサイドウォール1
3が形成され、さらに溝2の内周面にはこの溝2を完全
に埋め込まない程度の厚みのバリアメタル3が形成さ
れ、上記バリアメタル3上には、溝を2を途中まで埋め
込むようにタングステン膜4が形成され、さらにタング
ステン膜4上には溝2を完全に埋め込むような窒化シリ
コン膜6が形成される。
【0048】このような方法によれば、第1の実施の形
態の場合と同様に、従来のDamascene 技術では達成し得
なかった自己整合コンタクトを形成する上で必要にな
る、配線層直上の絶縁膜(窒化シリコン膜6)が形成さ
れる。
【0049】次に、溝2に直交するライン/スペースパ
ターンを用いてフォトレジスト7を形成し、このフォト
レジスト7及び窒化シリコン膜6に対して選択比の高い
条件を用いて酸化シリコン膜1をRIE法によりエッチ
ングし、コンタクトホール8を自己整合的に形成する
(図3(d))。
【0050】次に、フォトレジスト7を除去し、全面に
窒化シリコン膜を堆積した後、全面をRIE法を用いて
エッチバックし、コンタクトホール8の側壁に窒化シリ
コン膜からなるサイドウォール9を形成する(図3
(e))。このサイドウォール9を構成する窒化シリコ
ン膜の形成に際し、第1の実施の形態の方法では溝の内
部に形成されたバリアメタル3に接して窒化シリコン膜
が形成される。メタル上に堆積した窒化シリコン膜は、
絶縁膜上に堆積した窒化シリコン膜より膜質が劣化する
ことが知られている。この実施の形態では溝の側壁に予
め窒化シリコン膜からなるサイドウォール13が形成さ
れるために、このような劣化を引き起こすことなくサイ
ドウォール9を形成することができる。もちろん、サイ
ドウォール13の形成に際しても、絶縁膜(酸化シリコ
ン膜1)上への堆積であるために、劣化を引き起こすこ
とはない。
【0051】この後はバリアメタル10及びタングステ
ン膜11を順次堆積し、コンタクトホール8を充填し、
CMP法を用いて酸化シリコン膜1及び窒化シリコン膜
6が露出するまでタングステン膜11及びバリアメタル
10を削り、表面を平坦化する(図3(f))。
【0052】このような方法を用いることで、 Damasce
ne配線(タングステン膜4)に対して自己整合的に、こ
の Damascene配線に隣接するコンタクトホール8を形成
することができる。しかも、この実施の形態では、膜質
の良いサイドウォール13を形成することができるとい
う効果が得られる。
【0053】次にこの発明の第4の実施の形態を図4
(a)〜(d)、図5(a)〜(c)、図6(a)〜
(d)、図7(a)〜(f)及び図8を用いて説明す
る。この第4の実施の形態は、この発明をSTC型DR
AMセルのビット線及びストレージノードコンタクトの
製造方法に適用したものであり、図4(a)〜(d)及
び図5(a)〜(c)は使用されるマスクパターンを、
図6(a)〜(d)、図7(a)〜(f)及び図8は工
程途中の図4(a)〜(d)及び図5(a)〜(c)中
の各断面をそれぞれ示している。
【0054】まず、図4(a)に示すアクティブ領域パ
ターン21を用いて、周知のSTI(Shallow Trench I
solation)法で、P型シリコン半導体基板31の表面に
素子分離酸化膜32を形成する(図6(a))。
【0055】次に、半導体基板31の表面にゲート酸化
膜33を形成した後、ポリシリコン膜34、タングステ
ンシリサイド膜35及び窒化シリコン膜36を順次堆積
し、図4(b)に示すゲート電極パターン22を用いて
ゲート電極をパターニングする。続いて、ゲート電極を
マスクにN型不純物をイオン注入し、ソース/ドレイン
拡散層37を形成する(図6(b))。
【0056】次に、ゲート電極の側壁に窒化シリコン膜
38を形成した後、全面に酸化シリコン膜39を堆積
し、CMP法を用いて窒化シリコン膜36が露出するま
で酸化シリコン膜39を削り、表面を平坦化する(図6
(c))。
【0057】次に、図4(c)に示すポリプラグパター
ン23を用いて、窒化シリコン膜36、38に対して高
選択な条件で酸化シリコン膜39をエッチングし、ゲー
ト電極に自己整合的にコンタクトホール40を形成す
る。次に、全面にポリシリコン膜41を堆積し、コンタ
クトホール40を完全に埋め込み、その後、CMP法で
窒化シリコン膜36及び酸化シリコン膜39が露出する
までポリシリコン膜41を削り、表面を平坦化する(図
6(d))。
【0058】次に、全面に酸化シリコン膜42を形成
し、図4(d)に示すビット線コンタクトパターン24
を用いて、コンタクトホール43を形成する(図7
(a)、(b))。
【0059】次に、図5(a)に示すビット線パターン
25を用いて、周知の Damascene法で上記酸化シリコン
膜42に溝を形成し、その後、窒化シリコン膜44をそ
の溝が埋まらない程度の膜厚で堆積し、続いて全面をR
IE法を用いてエッチバックし、溝の側壁に窒化シリコ
ン膜44からなるサイドウォールを形成する。次に、バ
リアメタル45及びタングステン膜46を堆積して溝を
充填する。次に、CMP法を用いて酸化シリコン膜42
が露出するまでタングステン膜46及びバリアメタル4
5を削り、表面を平坦化すると同時にタングステン膜4
6からなるビット線を形成する。その後、RIE法を用
いてタングステン膜46及びバリアメタル45を選択的
にエッチングして前記第1〜第3の実施の形態と同様の
段差を形成する。次に、窒化シリコン膜47を堆積して
この段差を充填し、その後、CMP法を用いて、酸化シ
リコン膜42が露出するまで窒化シリコン膜47を削
り、表面を平坦化する(図7(c)、(d))。
【0060】次に、図5(b)に示すストレージノード
コンタクトパターン26を用いて、窒化シリコン膜47
に対して選択比の高い条件を用いて酸化シリコン膜42
をRIE法によりエッチングし、コンタクトホール48
を形成する。次に、窒化シリコン膜49を堆積し、全面
を同様のRIE法を用いてエッチバックし、コンタクト
ホール48の側壁に窒化シリコン膜49からなるサイド
ウォールを形成する。次に、バリアメタル50及びタン
グステン膜51を順次堆積し、コンタクトホール48を
充填する。次に、CMP法を用いて酸化シリコン膜42
及び窒化シリコン膜47が露出するまでタングステン膜
51及びバリアメタル50を削り、表面を平坦化する
(図7(e)、(f))。
【0061】次に、キャパシタの下部電極となるルテニ
ウム膜52をスパッタリング法で堆積し、図5(c)に
示すストレージノードパターン27を用いて、ルテニウ
ム膜52からなるストレージノード電極を形成する。続
いて、キャパシタ絶縁膜であるBSTO(バリウム・ス
トロンチウム・チタンオキサイド)膜53及び上部電極
となるルテニウム膜54を堆積し、メモリキャパシタが
形成される(図8)。これ以降は、周知の方法で配線層
を形成し、DRAMが完成する。
【0062】このような方法によって製造されたDRA
Mは、ビット線コンタクトとビット線のボーダーレス化
を実現できると共に、ストレージノードコンタクトとビ
ット線の自己整合も可能となり、微細化が図れ、メモリ
セルのビット単価を大幅に低減することができる。
【0063】なお、この実施の形態において、キャパシ
タの下部電極及び上部電極をルテニウム膜を用いて形成
する場合について説明したが、ルテニウム膜の他に例え
ば白金膜等が使用できる。
【0064】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ビット線に対して自己整合的に形成されるコンタク
トホールを有する半導体装置及びその製造方法を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図。
【図2】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図。
【図3】この発明の第3の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図。
【図4】この発明の第4の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法で使用されるマスクを示す図。
【図5】この発明の第4の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法で使用されるマスクを示す図。
【図6】上記第4の実施の形態に係る半導体装置の製造
方法を工程順に示す断面図。
【図7】図6に続く製造工程を示す断面図。
【図8】図7に続く製造工程を示す断面図。
【図9】従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図。
【図10】図9に続く断面図。
【符号の説明】
1…酸化シリコン膜、2…溝、3…バリアメタル、4…
タングステン膜、5…段差、6…窒化シリコン膜、7…
フォトレジスト、8…コンタクトホール、9…サイドウ
ォール、10…バリアメタル、11…タングステン膜、
12…浅い溝、13…サイドウォール、21…アクティ
ブ領域パターン、22…ゲート電極パターン、23…ポ
リプラグパターン、24…ビット線コンタクトパター
ン、25…ビット線パターン、26…ストレージノード
コンタクトパターン、27…ストレージノードパター
ン、31…P型シリコン半導体基板、32…素子分離酸
化膜、33…ゲート酸化膜、34…ポリシリコン膜、3
5…タングステンシリサイド膜、36…窒化シリコン
膜、37…ソース/ドレイン拡散層、38…窒化シリコ
ン膜、39…酸化シリコン膜、40…コンタクトホー
ル、41…ポリシリコン膜、42…酸化シリコン膜、4
3…コンタクトホール、44…窒化シリコン膜、45…
バリアメタル、46…タングステン膜、47…窒化シリ
コン膜、48…コンタクトホール、49…窒化シリコン
膜、50…バリアメタル、51…タングステン膜、52
…ルテニウム膜、53…BSTO膜、54…ルテニウム
膜。

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工
    程と、 上記第1絶縁膜に溝を形成する工程と、 上記溝内を導電膜で充填する工程と、 上記導電膜の表面を所定の厚みだけエッチングして上記
    第1絶縁膜との段差を形成する工程と、 上記段差部を第2絶縁膜で充填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. 【請求項2】 前記第1絶縁膜に溝を形成した後にこの
    溝の側壁に第3絶縁膜からなるスペーサを形成する工程
    をさらに具備したことを特徴とする請求項1に記載の半
    導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工
    程と、 上記第1絶縁膜に溝を形成する工程と、 上記溝内を導電膜で充填する工程と、 上記導電膜の表面を所定の厚みだけエッチングして上記
    第1絶縁膜との段差を形成する工程と、 上記段差部を第2絶縁膜で充填する工程と、 上記第2絶縁膜をマスクとして用いた選択的エッチング
    法によって上記第1絶縁膜をエッチングし、上記溝に隣
    接するコンタクトホール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。
  4. 【請求項4】 前記第1絶縁膜に溝を形成した後にこの
    溝の側壁に第3絶縁膜からなる第1のスペーサを形成す
    る工程をさらに具備したことを特徴とする請求項3に記
    載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記コンタクトホールの側壁に第4絶縁
    膜からなる第2のスペーサを形成する工程をさらに具備
    したことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工
    程と、 上記第1絶縁膜に溝を形成する工程と、 上記溝の内壁に第1導電膜を形成する工程と、 上記溝内を第2導電膜で充填する工程と、 上記第2導電膜の表面を所定の厚みだけエッチングする
    と同時に上記第1導電膜を上記第2導電膜のエッチング
    量よりも多くエッチングして上記第1絶縁膜との段差を
    形成する工程と、 上記段差部を第2絶縁膜で充填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。
  7. 【請求項7】 前記第1絶縁膜に溝を形成した後に、こ
    の溝の側壁に第3絶縁膜からなるスペーサを形成する工
    程をさらに具備したことを特徴とする請求項6に記載の
    半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工
    程と、 上記第1絶縁膜に溝を形成する工程と、 上記溝内を導電膜で充填してビット線を形成する工程
    と、 上記導電膜の表面を所定の厚みだけエッチングして上記
    第1絶縁膜との段差を形成する工程と、 上記段差部を第2絶縁膜で充填する工程と、 上記第2絶縁膜をマスクとして用いた選択的エッチング
    法によって上記第1絶縁膜をエッチングし、上記溝に隣
    接するストレージノードコンタクトホールを形成する工
    程とを具備したことを特徴とする半導体記憶装置の製造
    方法。
  9. 【請求項9】 前記第1絶縁膜に溝を形成した後にこの
    溝の側壁に第3絶縁膜からなるスペーサを形成する工程
    をさらに具備したことを特徴とする請求項8に記載の半
    導体記憶装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記ストレージノードコンタクトホー
    ルの側壁に第4絶縁膜からなるスペーサを形成する工程
    をさらに具備したことを特徴とする請求項8に記載の半
    導体記憶装置の製造方法。
  11. 【請求項11】 半導体基板に素子分離絶縁膜を形成す
    る工程と、 上記半導体基板にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形
    成すると共に上記半導体基板に不純物を導入してソー
    ス、ドレイン拡散層を形成してMOSFETを形成する
    工程と、 上記MOSFETを被覆するように第1絶縁膜を形成す
    る工程と、 上記第1絶縁膜にビット線コンタクトホールを形成する
    工程と、 上記第1絶縁膜に、後にビット線が形成される溝を形成
    する工程と、 上記溝及びビット線コンタクトホール内を導電膜で充填
    し、上記MOSFETのソース、ドレイン拡散層のうち
    一方の拡散層と電気的に接続されたビット線を形成する
    工程と、 上記導電膜の表面を所定の厚みだけエッチングして上記
    第1絶縁膜との段差を形成する工程と、 上記段差部を第2絶縁膜で充填する工程と、 上記第2絶縁膜をマスクとして用いた選択的エッチング
    法によって上記第1絶縁膜をエッチングし、上記ビット
    線に隣接するストレージノードコンタクトホールを形成
    する工程と、 上記ストレージノードコンタクトホールの側壁に第3絶
    縁膜からなるスペーサを形成する工程と、 上記ストレージノードコンタクトホールを導電膜で充填
    する工程と、 上記MOSFETのソース、ドレイン拡散層のうち他方
    の拡散層と電気的に接続したストレージ電極、キャパシ
    タ絶縁膜及びプレート電極を順次形成してキャパシタを
    形成する工程とを具備したことを特徴とする半導体記憶
    装置の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記第1絶縁膜に溝を形成した後にこ
    の溝の側壁に第4絶縁膜からなるスペーサを形成する工
    程をさらに具備したことを特徴とする請求項11に記載
    の半導体記憶装置の製造方法。
  13. 【請求項13】 半導体基板上に形成された第1絶縁膜
    と、 上記第1絶縁膜に形成された溝と、 上記溝の内周面に上記溝を完全に埋め込まない程度の厚
    みに形成された第1導電膜と、 上記第1導電膜上に設けられ上記溝を途中まで埋め込む
    ように形成された第2導電膜と、 上記第1、第2導電膜上に設けられ上記溝を完全に埋め
    込むように形成された第2絶縁膜とを具備したことを特
    徴とする半導体装置。
  14. 【請求項14】 前記第2導電膜が高融点金属からなる
    請求項13に記載の半導体装置。
  15. 【請求項15】 前記第1導電膜がバリアメタルからな
    る請求項13に記載の半導体装置。
  16. 【請求項16】 前記溝の側壁には第3絶縁膜からなる
    スペーサが形成されている請求項13に記載の半導体装
    置。
  17. 【請求項17】 半導体基板上に形成された第1絶縁膜
    と、 上記第1絶縁膜に形成された溝と、 上記溝の上部を除いた内周面に上記溝を完全に埋め込ま
    ない程度の厚みに形成された第1導電膜と、 上記第1導電膜上に設けられ、上面が上記溝の側壁上に
    位置する上記第1導電膜の上面よりも高くなるように形
    成された第2導電膜と、 上記溝を完全に埋め込むように形成された第2絶縁膜と
    を具備したことを特徴とする半導体装置。
  18. 【請求項18】 前記第2導電膜が高融点金属からなる
    請求項17に記載の半導体装置。
  19. 【請求項19】 前記第1導電膜がバリアメタルからな
    る請求項17に記載の半導体装置。
  20. 【請求項20】 前記第1絶縁膜が酸化シリコンからな
    りかつ前記第2絶縁膜が窒化シリコンからなる請求項1
    7に記載の半導体装置。
  21. 【請求項21】 半導体基板上に形成された第1絶縁膜
    と、 上記第1絶縁膜に互いに離間して形成された第1及び第
    2の溝と、 上記第1絶縁膜の上記第1及び第2の溝で挟まれた領域
    に形成されたコンタクトホールと、 上記第1及び第2の溝の側壁に形成された第2絶縁膜か
    らなる第1のスペーサと、 上記第1及び第2の各溝の内周面にそれぞれの溝を完全
    に埋め込まない程度の厚みに形成された第1導電膜と、 上記第1導電膜上に設けられ上記第1及び第2の溝を完
    全に埋め込むように形成された第2導電膜と、 上記コンタクトホールの側壁に形成された第3絶縁膜か
    らなる第2のスペーサと、 上記コンタクトホールの内周面にこのコンタクトホール
    を完全に埋め込まない程度の厚みに形成された第3導電
    膜と、 上記第3導電膜上に設けられ上記コンタクトホールを埋
    め込むように形成された第4導電膜とを具備したことを
    特徴とする半導体装置。
  22. 【請求項22】 前記第1導電膜及び第3導電膜のそれ
    ぞれがバリアメタルである請求項21に記載の半導体装
    置。
  23. 【請求項23】 半導体基板に形成された素子分離絶縁
    膜と、 上記半導体基板にゲート絶縁膜を介して設けられたゲー
    ト電極及び上記半導体基板に設けられたソース、ドレイ
    ン拡散層からなるMOSFETと、 上記MOSFETを被覆するように形成された第1絶縁
    膜と、 上記第1絶縁膜に形成されたビット線コンタクトホール
    及びビット線形成用の溝と、 上記溝を途中まで充填するように設けられた第1導電膜
    からなり、上記MOSFETのソース、ドレイン拡散層
    のうち一方の拡散層と電気的に接続されたビット線と、 上記溝を完全に充填するように設けられた第2絶縁膜
    と、 上記ビット線に隣接するように上記第1絶縁膜に設けら
    れたストレージノードコンタクトホールと、 上記ストレージノードコンタクトホールの側壁に設けら
    れた第3絶縁膜からなるスペーサと、 上記ストレージノードコンタクトホールを充填する第2
    導電膜と、 ストレージ電極、キャパシタ絶縁膜及びプレート電極か
    らなり、上記MOSFETのソース、ドレイン拡散層の
    うち他方の拡散層と電気的に接続されたキャパシタとを
    具備したことを特徴とする半導体記憶装置。
  24. 【請求項24】 配線を形成する第1導電膜と、 上記配線に隣接し、上記配線の上層と下層とを接続する
    ためのコンタクトホールと、 上記コンタクトホールを充填する第2導電膜と、 上記第1、第2導電膜相互間に形成され、上記第1、第
    2導電膜を電気的に分離するスペーサとを具備し、 配線下部のスペーサの膜厚よりも配線上部のスペーサの
    膜厚が厚いことを特徴とする半導体記憶装置。
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