JP2624127B2 - 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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JP2624127B2 JP5178525A JP17852593A JP2624127B2 JP 2624127 B2 JP2624127 B2 JP 2624127B2 JP 5178525 A JP5178525 A JP 5178525A JP 17852593 A JP17852593 A JP 17852593A JP 2624127 B2 JP2624127 B2 JP 2624127B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は容量電極を備える半導体
装置に関し、特に容量電極の微細化を図った半導体装置
及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化が進むにつれ
てDRAMの容量電極の1個当たりのスペースの縮小が
要求されている。従来、容量電極を積層配置したスタッ
ク型と呼ばれる容量電極が提案されているが、動作上必
要な静電容量を確保することが難しくなってきている。
このため、近年では容量電極を筒状に形成したシリンダ
型と呼ばれる容量電極が提案されている。このシリンダ
型の容量電極でキャパシタを構成した半導体装置を、図
4ないし図6を用いてその製造工程に従って説明する。
【0003】先ず、図4(a)のように、半導体基板2
01上に素子分離用の熱酸化膜202を形成し、ゲート
酸化膜203、ゲート電極204、ソース・ドレイン領
域205を形成してMOSトランジスタを形成し、更に
容量電極との層間絶縁膜となる酸化膜206をCVD法
により形成する。続いて、図4(b)のように、窒化膜
207を形成し、かつフォトレジスト208をマスクに
してコンタクトホール209を開孔する。次いで、図4
(c)のように、フォトレジスト208を剥離した後、
ポリシリコン210、酸化膜211を順に形成し、更に
容量電極を形成する領域にフォトレジスト212を選択
形成する。
【0004】そして、図5(a)のように、このフォト
レジスト212をマスクにして前記酸化膜211とポリ
シリコン210をドライエッチングで除去する。しかる
後、図5(b)のように、フォトレジスト212を剥離
した上で、全面にポリシリコン213を形成する。この
ポリシリコン213に対してドライエッチングを行うこ
とにより、前記酸化膜211とポリシリコン210の側
面にのみポリシリコン213が残される。その上で、酸
化膜211をウェットエッチングにより除去すると、図
5(c)のように、ポリシリコン213が筒状に残さ
れ、ポリシリコン210と一体化されたシリンダ型の容
量電極が形成される。その後、図6のように、その上に
容量絶縁膜214及び対向電極となるポリシリコン21
5を順に形成し、これらを所定パターンに形成した上
で、層間絶縁膜216を介して配線層217を形成する
とシリンダ型のキャパシタを有したDRAMのメモリセ
ルが完成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の製造方法では容
量電極213(210)を形成する際、及び容量電極を
半導体基板201に電気接続するためのコンタクトホー
ル209を形成する際に、それぞれ図4(c)及び
(b)に示したフォトリソグラフィの工程が必要であ
る。このため、これらのフォトリソグラフィ工程におい
て両者の目合せにずれが生じると、これが容量電極21
3とコンタクトホール209との位置ずれとなり、不具
合が生じることになる。即ち、メモリセルの微細化が進
むにつれて1個の容量電極の占有面積は小さくなり、こ
れに対応させてコンタクトホールを縮小する必要があ
る。このため、両者の目合せの余裕が小さくなる。例え
ば、図7において(a)から(b)へ微細化する場合に
ついて考える。(a)においてコンタクトホールCH1
を0.6μm、容量電極CT1の短辺を0.9μmとす
ると、コンタクトホールCH1に対する容量電極CT1
の目合せ余裕Δ1はコンタクトホールCH1及び容量電
極CT1それぞれの寸法偏差分を含めて±0.15μm
である。それに対して(b)でコンタクトホールCH2
を0.5μm、容量電極CT2の短辺を0.7μmに微
細化したとすると、目合せ余裕Δ2は±0.1μmに減
少してしまう。寸法偏差の低減及び目合せ余裕の低減は
容量電極の縮小率と比較すると極く僅かであるため、寸
法の変動あるいは目合せずれによる不具合が生じ易くな
る。
【0006】図8はこのような容量電極とコンタクトホ
ールとの間に目合せずれが生じた場合の断面図である。
図5(a)の異方性エッチングの際にポリシリコン21
0がコンタクトホール209の内部までエッチングさ
れ、図5(c)で酸化膜211を等方性のウェットエッ
チングで除去するときにエッチング液が窒化膜207と
ポリシリコン213の隙間から入り込んで層間絶縁膜2
06をエッチングし、空洞Yができてしまう。このよう
に目合せにずれが生じると信頼性に重大な影響を及ぼす
こととなる。
【0007】また、従来の製造方法ではシリンダ型の容
量電極を形成するためにCVD工程によりポリシリコン
210及びポリシリコン213を形成しているが、これ
らポリシリコンは時間的に隔たった工程で形成されるた
め、両ポリシリコン間には継ぎ目が存在することにな
り、後工程において酸化膜211を異方性エッチングで
除去する際にこの継ぎ目からポリシリコン213の部分
が脱落され易いという問題もある。本発明の目的は、容
量電極とコンタクトホールとの目合せずれを解消し、か
つ製造工程途中における破損を防止したシリンダ型容量
電極を備える半導体装置及びその製造方法を提供するこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板上にコンタクトホールを介して前記半導体基
板と電気的に導通され、かつその一部が上方に向けて筒
状に形成された容量電極と、この容量電極の上層に絶縁
膜を介して形成される対向電極とでキャパシタを構成
し、かつ容量電極の平面方向の外形状が前記コンタクト
ホールの平面方向の外形状から一定の間隔で拡大してコ
ンタクトホールと相似形状とする。また、本発明の製造
方法は、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成し、この第
1の絶縁膜上に第1の絶縁膜とエッチングの選択性のあ
る第2の絶縁膜を形成する工程と、第2の絶縁膜上に開
口を有するマスクを形成する工程と、このマスクを利用
して前記第2の絶縁膜を等方性エッチングし、第2の絶
縁膜にマスク開口よりも大きな開口寸法のホールを開設
する工程と、同じくマスクを利用して第1の絶縁膜を異
方性エッチングし、第1の絶縁膜にマスク開口に略等し
い開口寸法のコンタクトホールを開設する工程と、各ホ
ールを含む領域の第1及び第2の絶縁膜上に第1の導電
膜を形成する工程と、この第1の導電膜を選択的にエッ
チングして各ホール内面にのみ第1の導電膜を残して容
量電極を形成する工程と、第1の導電膜上に絶縁膜及び
第2の導電膜を形成し、これらを所要のパターンにエッ
チングして容量絶縁膜及び対向電極を形成する工程とを
含む。
【0009】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の半導体装置の要部の断面図、図2及
び図3は本発明の半導体装置の製造方法を工程順に示す
要部の断面図である。先ず、図2(a)のように、半導
体基板101上に素子分離用の熱酸化膜102を形成
し、かつその素子領域にゲート酸化膜103、ゲート電
極104、ソース・ドレイン領域105を形成してMO
Sトランジスタを形成した後、容量電極との層間絶縁膜
となる酸化膜106をCVD法により150nmの厚さ
に形成する。更に、その上に窒化膜107、酸化膜10
8をCVD法によりそれぞれ20nm,300nmの厚
さに被着する。そして、その上にコンタクトホール形成
箇所に開口を開設したフォトレジスト109を形成す
る。
【0010】次いで、図2(b)のように、前記フォト
レジスト109をマスクにしてコンタクトホールのパタ
ーニングを行う。このとき、前記酸化膜108に対して
は、破線Xの部分までは異方性ドライエッチングにより
除去するが、その後から窒化膜107までの間の距離
は、等方性エッチングを行う。これにより、結果として
酸化膜108にはフォトレジスト109の開口よりも平
面方向に一定の間隔で拡大した開口寸法のホール110
が開設されることになる。ここで、ホール110はフォ
トレジスト109の開口と相似形、換言すれば後述する
コンタクトホール111の平面形状と相似形となる。
お、このエッチングに際しては窒化膜107がエッチン
グのストッパーとして機能する。更に、図2(c)のよ
うに、同じフォトレジスト109をマスクにして窒化膜
107、酸化膜106を異方性エッチングにより除去
し、これらにフォトレジスト109の開口と略同じ開口
寸法のコンタクトホール111を開設する。
【0011】しかる後、図3(a)のように、全面にポ
リシリコン112、BPSG113をCVD法によりそ
れぞれ150nm,300nmの厚さに被着し、その上
でBPSG113の上表面を平坦化するために、例えば
900℃,N2 中で30分間熱処理を行う。そして、図
3(b)のように、平坦部のポリシリコン112が露出
するまでBPSG113の異方性ドライエッチングを行
い、更に平坦部のポリシリコン112を異方性ドライエ
ッチングにより除去してコンタクトホール111及びホ
ール110の内部にのみポリシリコン112が残るよう
にする。
【0012】更に、図3(c)のように、コンタクトホ
ール111及びホール110内に残ったBPSG113
と、酸化膜108を等方性エッチングにより除去すると
ポリシリコン112の上部が筒型に残された状態とな
り、これによりシリンダ型の容量電極が完成する。ここ
で、窒化膜107は酸化膜108のエッチングのストッ
パとしての役割を果たす。しかる後、図1のように、容
量絶縁膜114及び対向電極となるポリシリコン115
を順に形成し、所要のパターンに形成する。更に、層間
絶縁膜116を形成し、この層間絶縁膜116にコンタ
クトホール117を開設し、その上から配線層118を
形成することで、メモリセル構造が得られる。
【0013】したがって、このように製造される容量電
極は、図2(b)の工程において、フォトレジスト10
9の開口を利用した等方性エッチングにより開設された
酸化膜108のホール110内に形成されることにな
り、このホール110はフォトレジスト109の開口と
略同じ寸法(L1)で形成されるコンタクトホール11
1よりも平面方向に拡大された寸法(L2)となるた
め、容量電極112は必ずコンタクトホール111の外
周の形状から一定の間隔で拡大された外周形状となる。
このため、コンタクトホールの微細化が進められても、
コンタクトホールと容量電極との間に目合せずれが生じ
ることはなく、信頼性の高い容量電極が製造できる。ま
た、容量電極は全て1回の工程で形成されるため、ポリ
シリコンの形成工程を削減して製造を容易に行うことが
できるとともに、容量電極の一部に継ぎ目が生じること
もなく、機械的な強度が高められ、製造工程の途中で破
損されるようなこともない。因みに、前記実施例で示し
た製造方法におけるシリンダ型キャパシタの静電容量値
は従来の製造方法によるシリンダ型キャパシタの静電容
量値とほぼ同じでキャパシタ1個当たり約30fFの値
を得ることができた。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
は、容量電極の平面方向の外形状がコンタクトホールの
平面方向の外形状から一定の間隔で拡大した相似形状と
しているので、容量電極とコンタクトホールとの間に目
合せずれが生じることはなく、信頼性の高いキャパシタ
を備える半導体装置を構成することができる。また、本
発明の製造方法は、マスクを用いて上層の第2の絶縁膜
を等方性エッチングしてホールを開設した後に、同じマ
スクを用いて下層の第1の絶縁膜を異方性エッチングし
てコンタクトホールを開設しているので、第2の絶縁膜
のホールは必ず第1の絶縁膜のコンタクトホールの外側
に拡大された寸法となる。そして、これらホールの内面
に沿って第1の導電膜を形成して容量電極としているた
め、容量電極がコンタクトホールに対して目合せずれが
生じることは全くなく、厳しい目合せ精度を必要とする
フォトリソグラフィの工程を不要とすることができ、本
発明の半導体装置を容易にしかも高精度に製造すること
ができる。また、この製造方法で形成される容量電極
は、第1の導電膜のみで形成されるため、容量電極を形
成するための導電膜の形成工程が1回で済み、製造工数
の削減を図るとともに、形成された容量電極に継ぎ目が
生じることはなく、機械的な強度を高めて製造工程途中
での破損を防止することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の一実施例の要部の断面図
である。
【図2】本発明の半導体装置の製造方法の工程の前半を
示す断面図である。
【図3】本発明の半導体装置の製造方法の工程の後半を
示す断面図である。
【図4】従来の半導体装置の製造方法の工程の前半を示
す断面図である。
【図5】従来の半導体装置の製造方法の工程の後半を示
す断面図である。
【図6】従来の半導体装置の要部の断面図である。
【図7】従来の問題点を説明するための模式的な平面図
である。
【図8】不具合が生じた状態の断面図である。
【符号の説明】
101 半導体基板 104 ゲート電極 106 酸化膜(第1の絶縁膜) 107 窒化膜(第1の絶縁膜) 108 酸化膜(第2の絶縁膜) 109 フォトレジスト 110 ホール 111 コンタクトホール 112 ポリシリコン(第1の導電膜) 114 容量絶縁膜 115 ポリシリコン(第2の導電膜)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にコンタクトホールを介し
    て前記半導体基板と電気的に導通され、かつその一部が
    上方に向けて筒状に形成された容量電極と、この容量電
    極の上層に絶縁膜を介して形成される対向電極とでキャ
    パシタを構成する半導体装置において、前記容量電極の
    平面方向の外形状が前記コンタクトホールの平面方向の
    外形状から一定の間隔で拡大して前記コンタクトホール
    と相似形状であることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に第1の絶縁膜を形成し、
    この第1の絶縁膜上に前記第1の絶縁膜とエッチングの
    選択性のある第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2
    の絶縁膜上に開口を有するマスクを形成する工程と、こ
    のマスクを利用して前記第2の絶縁膜を等方性エッチン
    グし、第2の絶縁膜に前記マスク開口よりも大きな開口
    寸法のホールを開設する工程と、前記マスクを利用して
    前記第1の絶縁膜を異方性エッチングし、第1の絶縁膜
    に前記マスク開口に略等しい開口寸法のコンタクトホー
    ルを開設する工程と、前記各ホールを含む領域の前記第
    1及び第2の絶縁膜上に第1の導電膜を形成する工程
    と、この第1の導電膜を選択的にエッチングして前記各
    ホール内面にのみ第1の導電膜を残して容量電極を形成
    する工程と、前記第1の導電膜上に絶縁膜及び第2の導
    電膜を形成し、これらを所要のパターンにエッチングし
    て容量絶縁膜及び対向電極を形成する工程とを含むこと
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に第1の酸化膜を形成し、
    この第1の酸化膜上に薄い窒化膜を形成し、この薄い窒
    化膜上に第2の酸化膜を形成する工程と、前記第2の酸
    化膜上に開口を有するマスクを形成する工程と、このマ
    スクを利用して前記第2の酸化膜を等方性エッチング
    し、第2の酸化膜に前記マスク開口よりも大きな開口寸
    法のホールを開設する工程と、前記マスクを利用して前
    記窒化膜及び第1の酸化膜を異方性エッチングし、これ
    らの膜に前記マスク開口に略等しい開口寸法のコンタク
    トホールを開設する工程と、前記各ホールを含む領域の
    前記第1及び第2の酸化膜及び窒化膜上に第1のポリシ
    リコン膜を形成する工程と、この第1のポリシリコン膜
    を選択的にエッチングして前記各ホール内面にのみ第1
    のポリシリコン膜を残して容量電極を形成する工程と、
    前記第1のポリシリコン膜上に第3の酸化膜及び第2の
    ポリシリコン膜を形成し、これらを所要のパターンにエ
    ッチングして容量絶縁膜及び対向電極を形成する工程と
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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