JPH11330421A - Dramセルキャパシタの製造方法 - Google Patents

Dramセルキャパシタの製造方法

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JPH11330421A
JPH11330421A JP11080481A JP8048199A JPH11330421A JP H11330421 A JPH11330421 A JP H11330421A JP 11080481 A JP11080481 A JP 11080481A JP 8048199 A JP8048199 A JP 8048199A JP H11330421 A JPH11330421 A JP H11330421A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ストレージ電極コンタクトホールとストレー
ジ電極間の誤整列を防止するDRAMセルキャパシタの
製造方法を提供する。 【解決手段】 ビットライン110を含んだ第1絶縁層
108、第2絶縁層116、第2絶縁層116上に第3
絶縁層120を間において第1物質層118及び第2物
質層122の順に形成され、第2物質層122上にスト
レージ電極形成領域を定義してマスクパターン124が
形成される。マスクパターン124を使用して第2物質
層122、第3絶縁層120、第1物質層118、第2
絶縁層116、第1絶縁層108の順でエッチングされ
コンタクトホール125が形成される。コンタクトホー
ルが導電層で充填された後、第3絶縁層の表面が露出さ
れるように導電層を含んで第2物質層が平坦化エッチン
グされ、第1物質層をエッチング停止層として第3絶縁
層が除去されればストレージ電極が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、DRAMセルキャ
パシタ(DRAM cell capacitor)の製造方法に関するも
のであり、より詳しくはストレージ電極コンタクトホー
ル(storage electrode coctact hole)とストレージ電
極間の誤整列(misalign)を防止するDRAMセルキャ
パシタの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、DRAMがより高集積化されつつ
あることによって、セルキャパシタを製造するための工
程がもっと複雑になり難しくなっている。しかし、十分
な容量のセルキャパシタを確保できないだけでなく、セ
ル面積(cell area)が減少されることによってストレ
ージ電極コンタクトホールとストレージ電極間の誤整列
発生可能性がもっと大きくなっている。これは、ストレ
ージ電極コンタクトホールの直径はコンタクト抵抗の増
加及び工程上の限界等によって素子が集積化される傾向
を追って行かれない反面、ストレージ電極は十分なセル
キャパシタを確保するためにその表面積を十分に増大さ
せなければならないために発生される。
【0003】特に、ストレージ電極の表面積を増加させ
るために、HSG(Hemi−Spherical Grain)成長方法
が使われるが、初期ストレージ電極形成時ある程度のス
トレージ電極間のスペース(space)確保が要求され
る。それともHSG成長時ストレージ電極が隣接ストレ
ージ電極とくっ付くようになってダブルビットフェイル
(doublebit fail)及びマルチビットフェイル(multi
bit fail)などを誘発するようになる。
【0004】従って、ストレージ電極コンタクトホール
とストレージ電極のオーバーラップマージンが不足して
ストレージポリエッチング時ストレージ電極コンタクト
ホール内のポリも共にエッチングされる結果が発生さ
れ、その程度が甚だしければストレージ電極が倒れる
(fall down)問題点が発生される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の諸般
問題点を解決するため提案されたものとして、ストレー
ジ電極コンタクトホールとストレージ電極間のオーバー
ラップマージンを増加させることができるDRAMセル
キャパシタの製造方法を提供することにその目的があ
る。本発明の他の目的は、ストレージ電極コンタクトホ
ール形成工程及びストレージ電極(storage electrod
e)形成工程を併合(merge)することによりストレージ
電極コンタクトホールとストレージ電極間の誤整列を防
止できるDRAMセルキャパシタの製造方法を提供する
ことにある。
【0006】
【課題の解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明によると、DRAMセルキャパシタの製造方
法は、ゲート電極層が形成された半導体基板上に第1絶
縁層を形成する段階と、第1絶縁層上にビットラインを
形成する段階と、ビットラインを含んで第1絶縁層上に
第2絶縁層を形成する段階と、第2絶縁層上に第3絶縁
層を間に置いて絶縁層とエッチング選択比を有する第1
物質層及び第2物質層を順に形成する段階と、第2物質
層上にストレージ電極形成領域を定義してマスクパター
ンを形成する段階と、マスクパターンを使用して第2物
質層、第3絶縁層、第1物質層、第2絶縁層、そして第
1絶縁層を順にエッチングしてストレージ電極を形成す
るためのコンタクトホールを形成する段階と、マスクパ
ターンを除去する段階と、コンタクトホールを導電層で
充填する段階と、第3絶縁層の表面が露出されるように
導電層を含んで第2物質層を平坦化エッチングする段階
と、第1物質層をエッチング停止層として第3絶縁層を
除去して半導体基板と電気的に接続されるストレージ電
極を形成する段階とを含む。
【0007】この方法の望ましい実施形態において、コ
ンタクトホール形成段階は、マスクパターンを使用して
第3絶縁層の表面が露出されるように第2物質層をエッ
チングして少なくとも一つ以上の第1オープニング(fi
rst opening)を形成する段階と、第1物質層をエッチ
ング停止層として使用して第3絶縁層をエッチングする
段階と、第1物質層をエッチングして少なくとも一つ以
上の第2オープニング(second opening)を形成する
が、第2オープニングの両側壁にポリマーが形成される
ようにして第2オープニングの下部の直径が第1オープ
ニングの直径より相対的に小さく形成されるようにする
段階と、第2及び第1絶縁層を順にエッチングする段階
とを含む。
【0008】この方法の望ましい実施形態において、D
RAMセルキャパシタの製造方法は、第3絶縁層を除去
した後ストレージ電極両側の第1物質層を除去する段階
を付加的に含むことができる。この方法の望ましい実施
形態において、DRAMセルキャパシタの製造方法は、
ストレージ電極を含んで第1物質層上に導電層を形成す
る段階と、第2絶縁層の上部表面が露出されるように導
電層及びその下部の第1物質層を異方性エッチング工程
でエッチングしてストレージ電極スペーサを形成する段
階とを付加的に含むことができる。
【0009】
【発明の実施の形態】図3及び図9を参照すると、本発
明の実施形態による新規したDRAMセルキャパシタの
製造方法は、ストレージ電極形成領域を定義したマスク
パターンを使用して第2物質層、第3絶縁層、第1物質
層、第2絶縁層、そして第1絶縁層が順にエッチングさ
れてストレージ電極を形成するためのコンタクトホール
が形成される。
【0010】この時、第1物質層エッチング時ポリマー
が発生されてオープニングの直径が減少される。コンタ
クトホールが導電層に充填された後、第3絶縁層が除去
されれば半導体基板と電気的に接続されるストレージ電
極が形成される。このような半導体装置の製造方法によ
って、ストレージ電極コンタクトホール形成工程及びス
トレージ電極形成工程を併合することによって、フォト
リソグラフィ工程数を減らすことができ、ストレージ電
極コンタクトプラグとストレージ電極を同時に形成する
ことができる。これで、ストレージ電極コンタクトホー
ルとストレージ電極のオーバーラップマージンを増加さ
せることができ、ストレージ電極コンタクトホールとス
トレージ電極間の誤整列を防止できる。
【0011】以下、図1から図12を参照して本発明の
実施形態を詳しく説明する。図7乃至図12において、
図1乃至図6に示されたDRAMセルキャパシタの構成
要素と同一の機能を有する構成要素に対して、同一の符
号を併記する。図1乃至図6は、本発明の実施形態によ
るDRAMセルキャパシタの製造方法の工程の流れに従
って示した図であって、ワードライン(word line)の
延長方向に沿って切取った断面図であり、図7乃至図1
2は本発明の実施形態によるDRAMセルキャパシタの
製造方法の工程の流れに従って示した図であって、ビッ
トライン(bit line)の延長方向に沿って切取った断面
図である。
【0012】図1及び図7を参照すれば、半導体基板1
00上に活性領域と非活性領域を定義して素子隔離膜1
02が形成される。半導体基板100上にゲート電極層
104a乃至104d及びソース/ドレーン領域(図示
せず)を含むセルトランジスタ(cell transistor)が
形成される。ゲート電極層104a乃至104dは、ポ
リシリコンなどの導電層パターンと、後続工程で形成さ
れる第1絶縁層108とエッチング選択比を有する絶縁
層を含む。この絶縁層は例えば、シリコン窒化膜(Si
N)として、導電層パターンを取り囲むように形成され
る。ゲート電極層104a乃至104dの上部膜である
シリコン窒化膜は後続コンタクトホール形成工程時酸化
膜に対するエッチング停止層として作用する。
【0013】半導体基板100上に導電層として各々ビ
ットラインコンタクトパッド(contact pad)106a
及びストレージ電極コンタクトパッド106bが形成さ
れる。ストレージ電極コンタクトパッド106bはゲー
ト電極層104a乃至104d間に形成される。コンタ
クトパッド106a、106bを含んで半導体基板10
0上に例えば、酸化膜で平坦な上部表面を有する第1絶
縁層108が形成される。第1絶縁層108上にビット
ライン110が形成される。ビットライン110を含ん
で第1絶縁層108上に平坦な上部表面を有する第2絶
縁層116が形成される。
【0014】この時、第2絶縁層116内にすなわち、
酸化膜112と酸化膜114との間に後続工程で、ビッ
トライン110の酸化を防止するための絶縁層例えば、
シリコン窒化膜(SiN)113がさらに形成されるこ
とができる。シリコン窒化膜113上の酸化膜114は
後続ポリスペーサ(poly spacer)形成のためのエッチ
ング工程でエッチング停止層として作用する。また、酸
化膜114はHSG成長時シリコン窒化膜113が露出
されてストレージ電極上のHSGシード(seed)形
成を妨害することを防止する。
【0015】図2及び図8において、第2絶縁層116
上に第1物質層118が形成される。第1物質層118
は後続第2オープニング118a形成のためのエッチン
グ工程でポリマー(polymer)を発生させること
ができる膜質で、例えば、ドーピングされたポリシリコ
ン(doped poly−Si)及びシリコン窒化膜(SiN)の
いずれか一つである。
【0016】第1物質層118上に第3絶縁層120及
び第2物質層122が順に形成される。第3絶縁層12
0は、例えば、酸化膜としてストレージ電極と同一な厚
さ以上に形成され、望みのセルキャパシタの容量によっ
てその厚さが調節される。第3絶縁層120は望ましく
は、8000 乃至12000 厚さ範囲内で形成され
る。第2物質層122は例えば、ポリシリコン及びシリ
コン窒化膜中いずれか一つである。第1物質層118及
び第2物質層122は、望ましくは各々500 乃至1
500 の厚さ範囲内で形成される。
【0017】第2物質層118上にストレージ電極を形
成するためのフォトレジストパターン(photoresist pa
tern)などのマスクパターン(mask pattern)124が
形成される。マスクパターン124により定義された領
域は望ましくは、上部から見てビットライン方向(bit
line direction)の幅(b)がワードライン方向(word
line direction)の幅(a)よりもっと広く形成され
る。マスクパターン124を使用して第2物質層12
2、第3絶縁層120、第1物質層118、第2絶縁層
116、そして第1絶縁層108が順にエッチングされ
る。すると、図3及び図9に示されたように、ストレー
ジ電極コンタクトプラグ及びストレージ電極を同時に形
成するためのコンタクトホール125が形成される。
【0018】より具体的に、コンタクトホール125は
まず、マスクパターン124を使用して第3絶縁層12
0の表面が露出されるように第2物質層122がエッチ
ングされる。すると、少なくとも一つ以上の第1オープ
ニング122aが形成される。第1物質層118をエッ
チング停止層として使用して第3絶縁層120が垂直プ
ロファイル(vertical profile)を有するようにエッチ
ングされる。この時、第2物質層122は第3絶縁層1
20エッチング時第1オープニング122aの直径が増
加されることを防止する。すなわち、第2物質層122
が第3絶縁層120とエッチング選択比を持つことによ
って、第3絶縁層120に対しても同一な直径の第1オ
ープニング122aが形成されるようにする。
【0019】マスクパターン124を使用して第1物質
層118をエッチングすることによって、少なくとも一
つ以上の第2オープニング118aが形成される。この
時、第1物質層118のエッチングはポリマーを発生さ
せながら進められる。ポリマーは第1物質層118をフ
ッ素(F)を含むエッチングガスを使用してエッチング
することにより発生される。エッチングガスは例えば、
CHF3及びCF4中少なくともいずれか一つを含む。こ
の条件で第1物質層118をエッチングすることによ
り、第2オープニング118aの両側壁にポリマーが形
成されて第2オープニング118aの下部の直径が第1
オープニング122aの直径より相対的に小さく形成さ
れる。
【0020】マスクパターン124を使用して第2及び
第1絶縁層114、112が順にエッチングされてコン
タクトホール125が完成される。第2及び第1絶縁層
114、112エッチング時コンタクトパッド106
a、106bがエッチング停止層として作用する。ま
た、誤整列が発生される場合、ゲート電極層104a乃
至104dの上部層すなわち、シリコン窒化膜もエッチ
ング停止層として作用する。
【0021】図4及び図10を参照すれば、マスクパタ
ーン124が除去された後コンタクトホール125が導
電層126で充填される。導電層126は例えば、ドー
ピングされたポリシリコンである。第3絶縁層120の
表面が露出されるように導電層126を含んで第2物質
層122が平坦化エッチングされる。平坦化エッチング
工程はエッチバック工程及びCMP中のいずれか一つで
遂行される。
【0022】最後に、第3絶縁層120である酸化膜が
湿式ストリップ(wet strip)工程などを通して除去さ
れる。酸化膜である第3絶縁層120の下部にポリシリ
コンである第1物質層118があるために酸化膜を完全
に除去できるようになる。すなわち、第3絶縁層120
除去時、第1物質層118がエッチング停止層として作
用する。第3絶縁層120の除去で図5及び図11のよ
うに、ストレージ電極126aとストレージ電極コンタ
クトプラグ126bが同時に形成される。
【0023】後続工程として、ストレージ電極126a
両側の第2絶縁層116の上部表面が露出されるように
第1物質層118がエッチバック工程のような異方性エ
ッチング工程で除去されることができる。第1物質層1
18が導電層である場合、必ず除去される。この時、第
1物質層118の除去時、第2絶縁層116がエッチン
グ停止層として作用する。
【0024】または、後続工程として、ストレージ電極
126aを含んで第1物質層118上にドーピングされ
たポリシリコンなどの導電層が形成される。この導電層
の厚さはストレージ電極126a間のスペースにより決
定され、特にHSG工程を遂行する場合HSG成長時ス
トレージ電極126a間ブリッジ(bridge)が発生され
ない範囲内で決定される。導電層がエッチバック工程等
のような異方性エッチング工程でエッチングされて図6
及び図12に示されたように、ストレージ電極126a
の両側壁にストレージ電極スペーサ127すなわち、ポ
リスペーサが形成される。この時、第2絶縁層116が
エッチング停止層として作用する。
【0025】ストレージ電極スペーサ127は、ストレ
ージ電極126aの表面積を増加させてセルキャパシタ
ンスを増加させるようになる。また、後続キャパシタ誘
電体膜及びプレートポリ(platepoly)蒸着において、
ステップカバレージ(step coverage)を向上させるよ
うになる。後続工程として、ストレージ電極126aの
表面積を増加させるため、ストレージ電極126aの表
面またはストレージ電極スペーサ127を含んでストレ
ージ電極126aの表面にHSGをもっと成長させるこ
とができる。本発明は、DRAMセルキャパシタの製造
だけでなく、通常コンタクトホール上部にランディング
パッド(landing pad)を製造する半導体工程に応用で
きる。
【0026】
【発明の効果】本発明はストレージ電極コンタクトホー
ル形成工程及びストレージ電極形成工程を併合すること
によって、フォトリソグラフィ工程数を減らすことがで
き、ストレージ電極コンタクトプラグとストレージ電極
を同時に形成することができる。これで、ストレージ電
極コンタクトホールとストレージ電極のオーバーラップ
マージンを増加させることができ、ストレージ電極コン
タクトホールとストレージ電極間の誤整列を防止できる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態によるDRAMセルキャパ
シタの製造方法の工程の流れに従って示した図であっ
て、ワードラインの延長方向に切取った断面図。
【図2】 本発明の実施形態によるDRAMセルキャパ
シタの製造方法の工程の流れに従って示した図であっ
て、ワードラインの延長方向に切取った断面図。
【図3】 本発明の実施形態によるDRAMセルキャパ
シタの製造方法の工程の流れに従って示した図であっ
て、ワードラインの延長方向に切取った断面図。
【図4】 本発明の実施形態によるDRAMセルキャパ
シタの製造方法の工程の流れに従って示した図であっ
て、ワードラインの延長方向に切取った断面図。
【図5】 本発明の実施形態によるDRAMセルキャパ
シタの製造方法の工程の流れに従って示した図であっ
て、ワードラインの延長方向に切取った断面図。
【図6】 本発明の実施形態によるDRAMセルキャパ
シタの製造方法の工程の流れに従って示した図であっ
て、ワードラインの延長方向に切取った断面図。
【図7】 本発明の実施形態によるDRAMセルキャパ
シタの製造方法の工程の流れに従って示した図であっ
て、ビットラインの延長方向に切取った断面図。
【図8】 本発明の実施形態によるDRAMセルキャパ
シタの製造方法の工程の流れに従って示した図であっ
て、ビットラインの延長方向に切取った断面図。
【図9】 本発明の実施形態によるDRAMセルキャパ
シタの製造方法の工程の流れに従って示した図であっ
て、ビットラインの延長方向に切取った断面図。
【図10】 本発明の実施形態によるDRAMセルキャ
パシタの製造方法の工程の流れに従って示した図であっ
て、ビットラインの延長方向に切取った断面図。
【図11】 本発明の実施形態によるDRAMセルキャ
パシタの製造方法の工程の流れに従って示した図であっ
て、ビットラインの延長方向に切取った断面図。
【図12】 本発明の実施形態によるDRAMセルキャ
パシタの製造方法の工程の流れに従って示した図であっ
て、ビットラインの延長方向に切取った断面図。
【符号の説明】
100 半導体基板 102 素子隔離膜 104a〜104d ゲート電極層 106a ビットラインコンタクトパッド 106b ストレージ電極コンタクトパッド 108 第1絶縁層 110 ビットライン 116 第2絶縁層 118 第1物質層 118a 第2オープニング 120 第3絶縁層 122 第2物質層 122a 第1オープニング 124 マスクパターン 125 ストレージ電極コンタクトホール 126a ストレージ電極 126b ストレージ電極コンタクトプラグ 127 ストレージ電極スペーサ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲート電極層が形成された半導体基板上
    に第1絶縁層を形成する段階と、 前記第1絶縁層上にビットラインを形成する段階と、 前記ビットラインを含んで第1絶縁層上に第2絶縁層を
    形成する段階と、 前記第2絶縁層上に第3絶縁層を間に置いて前記絶縁層
    とエッチング選択比を有する第1物質層及び第2物質層
    を順に形成する段階と、 前記第2物質層上にストレージ電極形成領域を定義して
    マスクパターンを形成する段階と、 前記マスクパターンを使用して前記第2物質層、第3絶
    縁層、第1物質層、第2絶縁層、そして第1絶縁層を順
    にエッチングしてストレージ電極を形成するためのコン
    タクトホールを形成する段階と、 前記マスクパターンを除去する段階と、 前記コンタクトホールを導電層で充填する段階と、 前記第3絶縁層の表面が露出されるように前記導電層を
    含んで前記第2物質層を平坦化エッチングする段階と、 前記第1物質層をエッチング停止層として第3絶縁層を
    除去して半導体基板と電気的に接続されるストレージ電
    極を形成する段階とを含むDRAMセルキャパシタの製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記ゲート電極層は、導電膜パターン
    と、前記第1絶縁層とのエッチング選択比を有して前記
    導電膜パターンを覆うように形成された絶縁層を含むこ
    とを特徴とする請求項1に記載のDRAMセルキャパシ
    タの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記絶縁層は、シリコン窒化膜であるこ
    とを特徴とする請求項2に記載のDRAMセルキャパシ
    タの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第3絶縁層は、少なくとも前記スト
    レージ電極と同一な厚さで形成されることを特徴とする
    請求項1に記載のDRAMセルキャパシタの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第3絶縁層は、8000 乃至12
    000 厚さ範囲内で形成されることを特徴とする請求
    項1に記載のDRAMセルキャパシタの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1物質層及び第2物質層は、各々
    ポリシリコン及びシリコン窒化膜のいずれか一つである
    ことを特徴とする請求項1に記載のDRAMセルキャパ
    シタの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記第1物質層及び第2物質層は、各々
    500 乃至1500 厚さ範囲内で形成されることを
    特徴とする請求項1に記載のDRAMセルキャパシタの
    製造方法。
  8. 【請求項8】 前記コンタクトホール形成段階は、前記
    マスクパターンを使用して第3絶縁層の表面が露出され
    るように第2物質層をエッチングして少なくとも一つ以
    上の第1オープニングを形成する段階と、 前記第1物質層をエッチング停止層として使用して前記
    第3絶縁層をエッチングする段階と、 前記第1物質層をエッチングして少なくとも一つ以上の
    第2オープニングを形成するが、前記第2オープニング
    の両側壁にポリマーを形成させて前記第2オープニング
    の下部の直径を前記第1オープニングの直径より相対的
    に小さく形成させる段階と、 前記第2及び第1絶縁層を順にエッチングする段階とを
    含むことを特徴とする請求項1に記載のDRAMセルキ
    ャパシタの製造方法。
  9. 【請求項9】 前記ポリマーは、前記第1物質層をフッ
    素(F)を含むエッチングガスを使用してエッチングす
    ることにより形成されることを特徴とする請求項8に記
    載のDRAMセルキャパシタの製造方法。
  10. 【請求項10】 前記エッチングガスは、CHF3及び
    CF4中の少なくともいずれか一つを含むことを特徴と
    する請求項9に記載のDRAMセルキャパシタの製造方
    法。
  11. 【請求項11】 前記第2物質層は、前記第3絶縁層と
    エッチング選択比を有する物質であって、前記第3絶縁
    層に対しても同一な直径の第1オープニングが形成され
    るようにすることを特徴とする請求項8に記載のDRA
    Mセルキャパシタの製造方法。
  12. 【請求項12】 前記平坦化エッチング工程は、エッチ
    バック工程及びCMPのいずれか一つであることを特徴
    とする請求項1に記載のDRAMセルキャパシタの製造
    方法。
  13. 【請求項13】 前記DRAMセルキャパシタの製造方
    法は、前記第3絶縁層を除去した後前記ストレージ電極
    両側の第1物質層を除去する段階を付加的に含むことを
    特徴とする請求項1に記載のDRAMセルキャパシタの
    製造方法。
  14. 【請求項14】 前記第1物質層除去は、異方性エッチ
    ング工程で遂行されることを特徴とする請求項13に記
    載のDRAMセルキャパシタの製造方法。
  15. 【請求項15】 前記DRAMセルキャパシタの製造方
    法は、前記ストレージ電極を含んで第1物質層上に導電
    層を形成する段階と、 前記第2絶縁層の上部表面が露出されるように導電層及
    びその下部の第1物質層を異方性エッチング工程でエッ
    チングしてストレージ電極スペーサを形成する段階とを
    付加的に含むことを特徴とする請求項1に記載のDRA
    Mセルキャパシタの製造方法。
  16. 【請求項16】 前記ストレージ電極スペーサは、スト
    レージ電極の表面積を増加させることを特徴とする請求
    項15に記載のDRAMセルキャパシタの製造方法。
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