JPS6038854A - 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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JPS6038854A
JPS6038854A JP14638483A JP14638483A JPS6038854A JP S6038854 A JPS6038854 A JP S6038854A JP 14638483 A JP14638483 A JP 14638483A JP 14638483 A JP14638483 A JP 14638483A JP S6038854 A JPS6038854 A JP S6038854A
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JP
Japan
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etching
film
resist
capacitor
etched
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JP14638483A
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English (en)
Inventor
Taijo Nishioka
西岡 泰城
Yoshio Honma
喜夫 本間
Noriyuki Sakuma
憲之 佐久間
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40Capacitors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76802Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
    • H01L21/76804Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics by forming tapered via holes

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は#−専鉢体装置製造方法に係シ、特に大規模集
積回路(LSI)の実現に適しているキャパシタの製造
方法に関する。
〔発明の背景〕
LSI、特にダイナミックメモリやバイホー2メモリで
は、その集8[度が向上するにつれてキャパシタの面積
が縮小されてきたが、α線による誤動作を防止するなど
の回路動作上の栄件から静電容量はめる限度よシも小さ
くすることはできない。
(特開昭52−11960.%開昭53−973431
゜ところが、従来ダイナミックメモリを代表例とするL
SI用キャパシタの誘’l料として、熱酸化シリコンが
用いられてきたが、酸化膜の膜厚を薄くしなければなら
ず、十分な歩留りを確保することは難しくなシつつある
。したがって、熱酸化シリコンよシも比誘電率の大きい
キャパシタ用訪亀材料に対する要求が高まっている。上
記の新しいキャパシタ用誘電材料として、窒化シリコン
や、酸化タンクルなどの遷移金属酸化物を用いようとす
る試みがなされているが、LSIの製造工程に必要な量
産性と再現性を要求する場合は気相成長法(CVD法)
やスパッタ法によって上記の誘電劇料を被着する必要が
ある。
ところが、一般にLSI用キャパシタは、第1図(a)
に断面図を示したように導電性基板1上に第2の絶縁膜
2と第1の絶縁膜3で覆われた部分にコンタクト用穴を
形成し、作られることが多い。
第1図(a)の領域上に導電性基板1を一つの電極とし
てキャパシタを形成するさいは、第1図(b)のようV
こフォトレジスト4をパターニング形成して、8141
の絶縁膜に対して選択的にエツチング速度の速いエツチ
ング法で該第1の絶縁膜をエツチングしたのち、第2の
絶縁膜に対して速い第2のエツチング法によって該第2
の絶縁膜をエツチングするのが従来の方法でおる。
上述のエツチングを行うと、第1図(b)に示したよう
にコンタクト穴の周辺に第2の絶縁膜2が第1の絶縁膜
3の下側までエツチングされいわゆる゛オーバハングa
を生じる。
次に第1図<C>に示すように、レジスト4″f:除去
し、キャパシタ用誘電材料5をCVD法、スパッタ法な
どによって形成する。そのさい、オーバハングaの部分
には誘電材料5は形成されないか又は極めて薄い、した
がって、次に上部電極6として金属膜等が蒸着されると
オーバハング部へも上部電極6が入りこみ、電極6と基
板1が短絡することによるキャパシタの歩留シの低下が
生ずる。
その結果、2層以上よシなる絶縁膜にコンタクト用穴を
開孔しキャパシタを形成するさいには、オーバハングが
生じやすいため、uk体が段切れを起こして、キャパシ
タの配圧不良を生じることが多かった。また、上部コン
タクトポール上の電極に関してもオーバハング部で配線
羽村が段切れを起こし、断線を生じやすいなどの難点が
あった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記コンタクトホール形成のさいのオー
バハングの発生を防止し、キャパシタ用U一体や配置N
電極材料の段切れを防止する半導体装置の製造方法に関
する。
〔発明の概要〕
本発明の概念は2層以上よりなるr4膜に覆われたコン
タクト領域に、レジストマスクをパターニング形成して
、第1の薄膜をエツチングしたのち、該レジストマスク
を熱処理等で流動化し、レジストマスクを拡げたのち第
2の薄膜をエツチングすることによってオーバハングの
ないコンタクトポールを形成することにある。
レジストの流動性に関しては1′真空”の24巻第12
号19項(1981)に示されたように、ホトレジスト
AZ−1350J(シブレイ社の商品名)を基板に塗布
後、85C,20分のブレベーク後、マスクアライナ−
で露光を行った。しかるのち、通常のホトレジストパタ
ーンを形成したところ、第2図(a)のようなレジスト
パターンとなった。なお、7は基板、8はホトレジスト
パターンである。
また、このコンタクトホールは10μmx16μmの大
きさであった。
この第2図(a)の断面形状を有するオドレジストパタ
ーンを紫外線をマスクアライナ−を用いて全全面露光し
、180tl:’、30分加熱処理を行ったところ、第
2図(b)のようにホトレジストが変形した。このホト
レジストはコンタクト穴すの内側にΔLずつ拡がった。
この変形量ΔLと加熱温度との関係を第3図に示す。第
3図C)ま上記の処理で生じたレジストの拡が夛2ΔL
を示した。レジストの拡がシは1000以上で始1す1
9(l程紋で飽和する。
〔発明の実施例〕
以下、上記レジストの流動性をオリ用した、オーバハン
グのないコンタクトホールを用い形成し、キャパシタに
応用した場合の一実施例を示す。
第4図にその特性を針側したキャパシタの製造工程にお
ける断面図を示す。
第4図(a)で、まず比抵抗0.03Ω・G以下の面濃
度に不純物をドープした81基板9の表面を乾燥02ガ
ス中で、10002?、30分酸化して、33nmの酸
化シリコン10を形成した。次に、CVD法によって1
20nmのS’3N411 を被着し、フォトレジスト
がはがれない、よう表面活性化を行い、フォトレジスト
AZ−1350Jを1.3μmスピン回転塗布機を用い
て塗布する。その後、密着り元型フォトアライナ−(C
obilt社製)を用いて露光し、通常の手段で現像し
、コンタクト部のフォトレジストバター71.2 f形
成する。
上記7オトレジスト12をマスクとして、Si3N4膜
11を東京応化社製のIPC形ドラドライエツチング装
置いてエツチングした。そのさい、反応性カスは02を
5チ#1ど含むCF 4ガスでオシ、プラズマ放電中の
ガス圧は0.6torr。
を力は200W″′cあった。上記のエツチングは約3
分〜4分程度で完了するが、エツチング終了はウェハ全
面の干渉色が消えてから30秒はどオーバエツチングを
行った。その結果s S’sNa 11のレジスト12
の下側に約150nmのサイドエッチが生じた。ところ
で、上記のCF sによるエツチングによって、レジス
ト表面に薄い変質層13が生じて、レジストの流動性を
耐容する。したがって、上記IPCエツチング装置にて
、02ガス圧0.6 torr g囲気中で上記レジス
トの変質#13を灰化し除去する。
続いて、上記のSi基板90表面を紫外光で約40秒間
全面露光し、190Cで30分間熱処理しレジスト12
を流動化させる。その結果、Vジス)12itコンタク
ト穴の内側へ0.2μm程度拡がるが、その断面図を第
4図<C)に示す。
次に、33nmの酸化シリコンを弗化水素水:弗化アン
モニウムの比がに6のエツチング液によって約40秒間
エツチングする。このエツチングによって約40nm、
レジスト12の下部の酸化シリコン10がサイドエッチ
されるが、レジスト12が0.2μm程度コンタクト人
の内側に張シ出しているため、3t3N411と酸化シ
リコン10との間にオーバフ1ングは生ぜず、第4図(
d)に示すコンタクト人が形成された。
上記本発明の方法によって形成したコンタクトホールは
、多層配線のスルーホールとして上層の配線と下層の配
線を歩留シよく形成する効果を持つが、ここでは特に上
記コンタクトホール部にキャパシタを形成したさいの効
果について詳述する。
キャパシタ用誘電体としては、高誘電率材料として良好
な特性をもつ酸化タンタルを上記コンタクトホールの上
部からスパッタ法によって60人蒸着し、上部電極とし
てMO′lr:蒸着し、従来のフォトレジスト法によっ
て加工した。MOはリン酸を含むエツチング液によって
容易にエツチング可能である。その断面図を第4図(e
)に示す。13は酸化タンタル薄膜、14はMO%極で
おる。
以下、上記本発明の方法によって形成したキャパシタの
特性と、本発明の方法とレジストパターン形成後の紫外
線の全面り光と1900の熱処理を行なわない代りに、
レジストパターン形成後、140U、30分間熱処理を
行ったが、その工程のみが異なる工程によって形成した
キャパシタの特性を比較して示す。
第5図(a) I−を本発明の方法によって形成したキ
ャパシタの電流−翫圧特性を示し、第5図(b)には上
記の従来方法によって形成したキャパシタの電流−電圧
特性を示す。第5図(a)に示したキャノくシタでは幾
つかのキャパシタの測定値のノくラツキはほとんどなく
再現性の良いキャッジシタが形成されていることがわか
る。一方、;A5図(b)に示した従来法によって形成
したキャパシタでは電流密度が犬きくかつ測定試料によ
って大きくばらつくため、LSI用キャパシタとしては
@軸性が悪い。
従って、本発明によるオーツ〈ノ・ングのないコンタク
トホールを扇いた場合、該コンタクトホールの上方から
60人t1どの薄膜を被着しても段切れを起こさないこ
とがわかる。
一方、該コンタクトホールの上部電極の厚さは通常のL
SIプロセスにおいてuO,2〜1.0μm程度である
ため、段切れが起こる心配はない。
また、本発明の実施例に示したキャノζシタの誘電体は
60人の膜厚の酸化タンクル薄膜を用い。
容量密度は、第5図(a)の試料でFil 2.9 f
F/pm2゜第5図の)の試料では13.1fF/μm
2 もの容量が得られた。一方、従来LSI用キャノく
シタとして用いられてきた、酸化膜では本発明と同じく
60人程度の薄膜を用いても6.0fF/μm2しか得
られず容量密度の点からみると、本発明で形成したキャ
パシタの特性よシも劣る。本実施例では、酸化タンタル
を例にとシ本発明の有効性を示したが、該誘電体として
ニオビウム、バナジウム。
チタン、ジルコニウム、ハフニウム。アルミニウムの酸
化物等も良好な物質である。
−また、将来、L S Iが3次元化されてくると、キ
ャパシタ材やゲート絶縁膜として1ooocもの高温雰
囲気中で形成される熱酸化膜、熱窒化膜の代シに、CV
D法や光CVD法等の低温での絶縁膜形成法を用いられ
ると推測されるが、そのさい必ず、本明細書で示したコ
ンタクトホール部でも絶縁膜の段切れの問題が生ずると
考えられる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、2層以上の薄膜に覆われている領域に
、コンタクトホールを形成するさい、オーバハングのな
いコンタクトホールを形成できるためキャパシタ用誘電
体薄膜や上部電極を段切れなしに形成でき、LSIの歩
留りを大幅に向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) 、 (b) +’ (C)は従来のキャ
パシタの形成プロセスの断面図、第2図(a)、 (1
1)はレジストの断面形状、第3図は1/シストの変形
量と加熱温度の関係を示すグラフ、第4図(a)、 (
b)、 (C)、 (d)、 (e)は本発明によるキ
ャパシタの製造プロセスの断面図、第5図(a)は本発
明によるキャパシタの電流−電圧特性、第5図(b)F
i従来プロセスにおけるキャパシタの電流−を正特性を
それぞれ示す。 1・・・導電性基板、2・・・第2の絶縁膜、3・・・
第1の絶縁膜、4・・・フォトレジスト、5・・・防電
材料、6・・・電極、7・・・基板、8・・・ホ)L/
レジスト9・・・S1基板、10・・・酸化シリコン、
11・・・513N4膜、12・・・フォトレジスト、
13・・・酸化タンタル、第 1 阻 第 2 閃 <b) 第 3 圀 5L度(゛す

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1の薄膜/第2の薄膜/専亀性基板がそれぞれa
    層されている半導体装置において、該aら1の薄膜上に
    レジストマスクをパターニング形成して、該第1の薄膜
    をエツチングし、次に全面に紫外線を照射し、該レジス
    トが流動性を示す温度以上の温星で加熱し、該第2の薄
    膜をエツチングし、オーバハングのない段差部を含むコ
    ンタクトポールを形成することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。 2、特許請求の範囲第1項記載の方法において、前記コ
    ンタクトホールの上部から絶縁膜を被着し、次に該絶縁
    膜の上部に電極を形成しキャパシタとすることを特徴と
    する半導体装置の製造方法。 3 屯許請求の範囲第2項記載の方法において、前記絶
    縁膜は、タンタル、ニオビウム、バナジウム、チタン、
    ジルコニウム、ハフニウム等の遷移金属の酸化物によっ
    て形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
JP14638483A 1983-08-12 1983-08-12 半導体装置の製造方法 Pending JPS6038854A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0303248A2 (en) * 1987-08-10 1989-02-15 Sumitomo Electric Industries Limited Method of forming a mask pattern and recessed-gate MESFET

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0303248A2 (en) * 1987-08-10 1989-02-15 Sumitomo Electric Industries Limited Method of forming a mask pattern and recessed-gate MESFET

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