JP3203776B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係わり、さらに詳しくは、小さなセル面積で大きな蓄
積容量をもつキャパシタを有する半導体装置の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化、大容量化に
伴い、たとえば代表的な半導体LSIメモリであるDR
AMでは、セル面積の縮小化に伴ってキャパシタ用蓄積
ノードの面積確保が困難となり、所望の容量を有するキ
ャパシタを半導体基板上に形成することが困難となって
いる。最近では、キャパシタ用蓄積ノードをリング形状
に成形したDRAM用メモリセルが開発されている(1
989 VLSI シンポジウム P.69〜70)。
このように、キャパシタ用蓄積ノードをリング形状に形
成することで、蓄積ノードのキャパシタを構成する面積
を増大させ、小さなセル面積で大きな蓄積容量を持つキ
ャパシタを半導体基板上に形成することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような半
導体装置を従来の製造方法で製造する場合には、キャパ
シタ用蓄積ノードをリング形状に形成しない場合に比較
して、付加的なCVD、RIE等の工程を行わなければ
ならず、半導体装置の製造工程が増加するという課題が
あった。そのため、製造コストが増加し、高集積で安価
な半導体装置の製造が困難であった。本発明は、このよ
うな従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、従来工程に比較して大幅な工程増を生じさせ
ることなく、微細なリング形状蓄積ノードを成形し、大
容量のキャパシタを有する半導体装置を安価に製造する
ことができる半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に、
層間絶縁層を積層し、前記層間絶縁層の表面にキャパシ
タ用蓄積ノードとなる導電層を積層し、前記導電層の表
面にダミー層を積層し、前記ダミー層を、所定のパター
ンの透過光位相反転部分を有するシフタ付き露光用レチ
クルを用いた露光により、前記透過光位相反転部分とそ
の他の部分との境界部に相当するパターンを有するリン
グ形状のパターンに加工し、前記リング形状のダミー層
の内周と外周とに導電性のサイドウォールを形成し、前
記ダミー層をエッチングにより除去し、二重リング形状
のキャパシタ用蓄積ノードを成形することを特徴とす
る。
【0005】
【作用】本発明の半導体装置の製造方法では、上記シフ
タ付き露光用レチクルを用いて露光を行うため、透過光
位相反転部分を通過した露光用光の位相は、その他の部
分を通過した露光用光の位相に対して反転するため、こ
れらの境界部では、光の干渉が生じて打ち消し合い、境
界部分のみが遮光される。その結果、境界部分に相当す
る微細パターンをレジスト等に転写することができ、こ
の微細パターンを用いて、微細パターン蓄積ノードを成
形することができる。微細パターンの線幅は、ステッパ
ーの露光量を変化させることにより調節することができ
る。たとえば、線のステッパーでも、通常の解像度限界
を超える0.15μm程度の線幅が加工可能である。
【0006】このような方法を用いれば、従来工程に比
較して大幅な工程増大を招くことなく、リング状の蓄積
ノードを容易にえることができ、蓄積ノードのキャパシ
タを構成する面積を増大させることができる。そのた
め、製造コストの増加を防止することができ、高集積
で、安価な半導体装置を製造することがきる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例に係わる半導体
装置について、図面に基づいて説明する。図1に示すよ
うに、本実施例では、まず単結晶シリコンなどで構成さ
れた半導体基板4の表面に、LOCOS法等で、所定の
パターンで素子間分離領域5を形成し、素子間分離領域
5間の半導体基板4の表面に、ゲート酸化膜18を熱酸
化法等で形成する。その後、ゲート酸化膜9の上に、ゲ
ート電極を兼ねたワード線7a,7bを所定のパターン
で形成する。ワード線7a,7bは、たとえばCVD法
で成膜されたポリシリコン膜で構成され、導電性を高め
るためにリンなどの不純物がドープしてある。
【0008】ワード線7a,7bの上には、層間絶縁層
8を積層する。層間絶縁層8は、たとえばCVD法によ
り成膜される酸化シリコン膜で構成される。層間絶縁層
8には、ビット線用コンタクトホールが開けられ、この
コンタクトホールに入り込むように、ビット線6を層間
絶縁層8上に、所定のパターンで形成する。
【0009】図2に示すように、ビット線6の表面に
は、層間絶縁層11を成膜する。層間絶縁層11は、た
とえばCVD法で成膜される酸化シリコン膜で構成され
る。層間絶縁層11の表面は、平坦化処理される。層間
絶縁層11および8には、半導体基板4の表面に臨むコ
ンタクトホール10が形成される。
【0010】次に、図3に示すように、コンタクトホー
ル10内に入り込むように、蓄積ノードを形成するため
の導電層12を積層する。導電層12は、たとえばCV
D法により成膜されるポリシリコン膜で構成される。こ
のポリシリコン膜の膜厚は、特に限定されないが、たと
えば600nm程度である。コンタクトホール10内に
入り込んだポリシリコン膜は、導電性プラグ12bとな
る。導電層12の表面には、レジスト膜14を成膜し、
これを蓄積ノードの加工パターンにパターン加工する。
【0011】本実施例では、レジスト膜14のパターン
加工に際し、図6(A)に示すようなシフタ付き露光用
レチクル40を用いる。この露光用レチクル40には、
透過光位相反転部分42が所定のパターンで形成してあ
る。透過光位相反転部分42は、露光用レチクル40を
構成する透明板における他の部分に比較して板厚を変化
させることにより形成することができる。たとえば透過
光位相反転部分42に対応するパターンで、他の部分に
より板厚が厚い部分を形成すれば良い。
【0012】このようなレチクル40を用いることで、
図6(B)に示すように、透過光位相反転部分42と他
の部分との境界部に相当する微細パターンで、レジスト
膜14をリング状にパターン加工することができる。こ
の微細パターンのパターン幅は、露光量を変化させるこ
とで調節できる。たとえばi線のステッパーでも、通常
の解像度限界を超える0.15μm程度の線幅が加工可
能である。
【0013】このような微細パターンの形成が可能とな
るのは、次のように説明できる。すなわち、シフタ付き
露光用レチクル40を用いれば、透過光位相反転部分を
通過する露光用光は、他の部分を通過する光の位相に対
して反転していることから、これらの境界部分では、光
の干渉により、光の影になる部分が生じるからである。
この影の部分が微細パターンに相当する。
【0014】次に、図4に示すように、所定パターンの
14を用いて、RIEなどのエッチング手段により、導
電層12をパターン加工し、微細リング形状の蓄積ノー
ド12aを得る。なお、図4では、蓄積ノード12aと
導電性プラグ12bとが接続されていないように見える
が、実際には図7に示すように、四角リング形状の蓄積
ノード12aの一辺が導電性プラグ12bに対してそれ
ぞれ接続するようになっている。すなわち、四角リング
状の蓄積ノード12aは、各一辺が導電性プラグ12b
上で接続するようなパターンでマトリックス状に配列さ
れる。
【0015】次に、図5に示すように、キャパシタ用絶
縁薄膜層15を積層し、その後、キャパシタ用セルプレ
ート層16をCVD法等で積層すれば、DRAM用メモ
リセル2が得られる。キャパシタ用絶縁薄膜層15は、
絶縁性のものであれば特に限定されないが、たとえば酸
化シリコン薄膜と窒化シリコン薄膜との積層膜等で構成
される。キャパシタ用セルプレート層16は、導電性の
あるものであれば特に限定されないが、たとえば、ポリ
シリコンで構成される。
【0016】以上のような工程で製造されたDRAM用
メモリセル2は、リング状の蓄積ノード12aを持ち、
その内外壁がキャパシタ面として利用されるので、大き
な蓄積容量を得ることができる。しかも、従来プロセス
に比較し、レチクルを変更するだけで良いため、製造工
程および製造コストはほとんど増加しない。
【0017】以下、本発明の第2の実施例に係わる半導
体装置の製造方法について図面に基づいて説明する。図
8に示すように、上述の第1の実施例と同様な工程で、
半導体基板4上に、ワード線7a、7bとビット線6を
形成した後、ビット線6の表面に、SiO2などで構成
される層間絶縁層11’をCVD法などで成膜し、その
表面を平坦化する。そして、その表面に、第二の層間絶
縁層としても作用するエッチングストッパ層22を成膜
する。エッチングストッパ層22は、たとえばCVD法
で成膜される窒化シリコン膜で構成され、後述するダミ
ー層26をエッチングする際の下層保護用のエッチング
ストッパとして機能する。 エッチングストッパ層22
および層間絶縁層8,11’には、半導体基板4の表面
に臨むコンタクトホール10を形成する。次に、コンタ
クトホール10内に入り込むように、エッチングストッ
パ層22の表面には、蓄積ノードの一部および導電性プ
ラグを形成するための導電層24を積層させる。この導
電層24は、たとえばCVD法で成膜されるポリシリコ
ン膜で構成される。その膜厚は、特に限定されないが、
たとえば100nm程度である。
【0018】次に図9に示すように、導電層24の表面
に、ダミー層26を積層する。ダミー層26は、エッチ
ングストッパ層24に対してエッチングレートが相違す
る材質で構成され、たとえばCVD法で成膜される酸化
シリコン膜で構成される。その膜厚は特に限定されない
が、たとえば600nmである。
【0019】本実施例では、このダミー層26が、前述
した実施例で用いた図6(A)に示すような露光用レチ
クル40により、リング状微細パターンに微細加工され
る。この微細パターンは、蓄積ノードのダミーパターン
となる。
【0020】次に、本実施例では、図10に示すよう
に、所定パターンのダミー層26上に、二重リング状蓄
積ノードを形成するための導電層を積層する。この導電
層は、たとえばCVD法により成膜されるポリシリコン
膜で構成され、その膜厚は特に限定されないが、たとえ
ば100nm程度である。このポリシリコン膜は、RI
Eなどの異方性エッチングによりエッチバックされる。
その結果、ダミー層26の側部には、サイドウォール2
8が形成される。また、同時に下層側の導電層24もエ
ッチングされ、サイドウォール28およびダミー層26
の直下層にのみ所定パターンで蓄積ノード底壁部分24
bが形成される。なお、図10では、蓄積ノード底壁部
分24bと導電性プラグ24aとが切れているように見
えるが、実際には、前述した実施例と同様に、平面側か
ら見て、これらは接続されている。
【0021】次に、フッ酸処理などにより、ダミー層2
6を除去すれば、図11に示すように、サイドウォール
28,28および蓄積ノード底壁部分24bで構成され
る二重リング形状の蓄積ノード30を形成することがで
きる。その後、前記実施例と同様に、キャパシタ用絶縁
薄膜層とキャパシタ用セルプレート層を積層すれば、D
RAM用メモリセル20が得られる。
【0022】本実施例では、蓄積ノードは二重リング形
状に形成され、それぞれの内周と外周とがキャパシタを
構成するため、第1の実施例に対してさらに大幅な蓄積
容量の増加が可能となる。そのため、将来の256MD
RAM等を形成する際の微細化や、1.5V等の低電圧
化に対応することができる。
【0023】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。たとえば、本発明の半導体装置の製造方法
は、DRAMのみに用いられることなく、たとえばDR
AMを有するASICデバイス等、蓄積ノードを有する
その他の半導体装置の製造方法に用いることができる。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体装置
の製造方法によれば、従来工程に比較して大幅な工程増
大を招くことなく、リング状の蓄積ノードを容易に得る
ことができ、蓄積ノードのキャパシタを構成する面積を
増大させることができる。そのため、製造コストの増加
を防止することができ、高集積で、安価な半導体装置を
製造することがきる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係わるDRAMの製造
方法を示す概略断面図である。
【図2】同実施例に係わるDRAMの製造過程を示す概
略断面図である。
【図3】同実施例に係わるDRAMの製造過程を示す概
略断面図である。
【図4】同実施例に係わるDRAMの製造過程を示す概
略断面図である。
【図5】同実施例に係わるDRAMの製造過程を示す概
略断面図である。
【図6】同実施例で用いる露光用レチクルの平面図およ
びそれを用いて得られる微細パターン図である。
【図7】同実施例の製造方法で得られる蓄積ノードのパ
ターンを示す平面図である。
【図8】本実施例の第2の実施例に係わるDRAMの製
造方法を示す概略断面図である。
【図9】同実施例に係わるDRAMの製造過程を示す概
略断面図である。
【図10】同実施例に係わるDRAMの製造過程を示す
概略断面図である。
【図11】同実施例に係わるDRAMの製造過程を示す
概略断面図である。
【符号の説明】
2、20 DRAM用メモリセル 4 半導体基板 6 ビット線 7a、7b ワード線 8,11,11’ 層間絶縁層 9 ゲート酸化膜 10 コンタクトホール 12 導電層 12a 蓄積ノード 12b 導電性プラグ 14 レジスト膜 15 キャパシタ用絶縁薄膜層 16 キャパシタ用セルプレート層 22 エッチングストッパ層 24 導電層 24a 導電性プラグ 24b 蓄積ノード底壁部分 26 ダミー層 28 サイドウォール 30 蓄積ノード 40 露光用レチクル 42 透過光位相反転部分
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 27/04 (56)参考文献 特開 平4−99373(JP,A) 特開 平5−190791(JP,A) 1992 Symposium on V LSI Technology,Dig est of Thecnical P apers,(June 2−4, 1992)pp.10−11 Technical Digest of International E lectron Devices Me eting,(1991)pp.63−66

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板に、層間絶縁層を積層し、 前記層間絶縁層の表面にキャパシタ用蓄積ノードとなる
    導電層を積層し、 前記導電層の表面にダミー層を積層し、 前記ダミー層を、所定のパターンの透過光位相反転部分
    を有するシフタ付き露光用レチクルを用いた露光によ
    り、前記透過光位相反転部分とその他の部分との境界部
    に相当するパターンを有するリング形状のパターンに加
    工し、 前記リング形状のダミー層の内周と外周とに導電性のサ
    イドウォールを形成し、 前記ダミー層をエッチングにより除去し、二重リング形
    状のキャパシタ用蓄積ノードを成形することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】半導体基板の上方に、複数のキャパシタ用
    蓄積ノードが、下層に位置する導電性プラグ層とそれぞ
    れ接続されるように、マトリクス状に配列して形成して
    ある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。
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JP2972554B2 (ja) * 1995-05-31 1999-11-08 日本電気株式会社 半導体装置の製造方法
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