JP3271090B2 - 半導体装置の製法 - Google Patents

半導体装置の製法

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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、同一の半導体基体の一
主面の上段領域に周辺回路部が、下段領域にメモリセル
部が夫々形成されてなる半導体装置の製法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、ダイナミックRAM等の半導体
メモリ装置では、メモリセル部と、このメモリセル部に
対する入出力や信号のタイミング等を処理するための周
辺回路部とが同一の半導体基板上に形成される。この場
合、半導体基板に段差を形成し、下段領域にメモリセル
部を形成し、周辺の上段領域に周辺回路部を形成するよ
うに構成した半導体メモリ装置が提案されている。
【0003】このような半導体メモリ装置のメモリセル
部及び周辺回路部でのMOSトランジスタは、そのゲー
ト部が図7に示すように半導体基板1上に例えばSiO
2 からなるゲート絶縁膜2、その上の多結晶シリコン膜
3及びメタルシリサイド膜からなるいわゆるポリサイド
膜によるゲート電極5、さらにその上のオフセット用S
iO2 膜6を有して形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、メモリセル
部のゲート部においては、オフセット用SiO2 膜6を
必要とするが、周辺回路部のゲート部においては、ゲー
ト電極5にAl配線をコンタクトすることからオフセッ
ト用SiO2 膜6を必要としない。従って、周辺回路部
でのゲート部のオフセット用SiO2 膜6は除去される
か、もしくは出来るだけ薄い方が望ましい。
【0005】しかし、製造プロセス上、このオフセット
用SiO2 膜6は、ゲート電極5を構成するポリサイド
膜即ちメタルシリサイド膜4及び多結晶シリコン膜3と
同一にパターニングしなければならないこと、また、オ
フセット用SiO2 膜6とゲート電極材とは材質が異な
り、エッチャーも異なること等により、周辺回路部での
オフセット用SiO2 膜6を選択的に除去することが困
難である。
【0006】つまり、多結晶シリコン膜3、メタルシリ
サイド膜4、さらにオフセット用SiO2 膜6をCVD
法にて被着形成した後、周辺回路部及びメモリセル部の
ゲート部をパターニングし、次いで周辺回路部のオフセ
ット用SiO2 膜6のみを選択的に除去しようとする
と、ゲート絶縁膜2が露出されているので、ゲート絶縁
膜2にダメージを与えてしまう。
【0007】逆に、オフセット用SiO2 膜6を周辺回
路部側だけ除去するようにパターンニングしてから、ゲ
ート部のパターニングを行うとすると、エッチング対象
膜が周辺回路部側ではポリサイド(3,4)(または多結
晶シリコン膜)、メモリセル部ではオフセット用SiO
2 膜6とポリサイド膜(3,4)(または多結晶シリコン
膜)となり、エッチングがアンバランスとなり、パター
ニングが困難となる。
【0008】本発明は、上述の点に鑑み、メモリセル部
側のオフセット用絶縁膜はそのまま残し、周辺回路部側
のオフセット用絶縁膜のみを選択的に除去し、若しくは
薄くすることを可能にした半導体装置の製法を提供する
ものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、同一の半導体
基体11の一主面の上段領域aに周辺回路部が形成さ
れ、下段領域bにメモリセル部が形成されてなる半導体
装置の製法において、半導体基体11の上段領域a及び
下段領域bにわたって、ゲート絶縁膜18、ゲート電極
となる導電層21及びオフセット用の絶縁23を順次
形成する工程と、絶縁層23及び導電層21を共にパタ
ーニングして周辺回路部及びメモリセル部のゲート部3
2,33を形成する工程と、全面にレジスト層30を被
着形成する工程と、レジスト層30を周辺回路部におけ
るゲート電極26上の絶縁層23aが除去されるまでエ
ッチバックする工程を有する。
【0010】また、本発明は、同一の半導体基体11の
一主面の上段領域aに周辺回路部が形成され、下段領域
bにメモリセル部が形成されてなる半導体装置の製法に
おいて、半導体基体11の上段領域a及び下段領域bに
わたって、ゲート絶縁膜18、ゲート電極となる導電層
21及びオフセット用の絶縁層23を順次形成する工程
と、絶縁層23及び導電層21を共にパターニングして
周辺回路部及びメモリセル部のゲート部32,33を形
成する工程と、全面にレジスト層30を被着形成する工
程と、レジスト層30を周辺回路部におけるゲート電極
26上の絶縁層23aが所定の厚みを残して除去される
までエッチバックする工程を有する。
【0011】
【作用】第1の発明においては、絶縁層23及び導電層
21を共に同一にパターニングして周辺回路部及びメモ
リセル部のゲート部32,33を形成した後、レジスト
層30を被着し、エッチバックすることにより下段領域
bのメモリセル部のゲート電極27上の絶縁層23bを
全て残して上段領域aに形成される周辺回路部のゲート
電極26上の絶縁層23aのみを容易に選択除去でき
る。
【0012】第2の発明も、同様に、絶縁層23及び導
電層21を共に同一にパターニングして周辺回路部及び
メモリセル部のゲート部32,33を形成した後、レジ
スト層30を被着し、所定の厚さまでエッチバックする
ことにより、下段領域bのメモリセル部のゲート電極2
7上の絶縁層23bを全て残して、上段領域aに形成さ
れる周辺回路部のゲート電極26上の絶縁層23aのみ
を容易に薄くすることができる。
【0013】
【実施例】以下、図1〜図6を参照して本発明による半
導体装置の製法の実施例を説明する。
【0014】本例は、ダイナミックRAMの製法に適用
した場合であり、同図はその要部のみを示す。
【0015】本例においては、先ず、図1Aに示すよう
に、シリコン基板11の一主面の周辺回路部を形成すべ
き領域(周辺領域)aにSiO2 膜12を介して選択的
にSiN膜13を形成し、選択酸化(いわゆるLOCO
S)を行ってメモリセル部を形成すべき領域(中央領
域)bに選択酸化層14を形成する。
【0016】本例では、シリコン基板11の主面全体を
熱酸化して厚さ50〜100nmのSiO2 膜12を形
成し、その上にCVD法によりSiN膜13を被着形成
する。次いで、周辺回路部側の領域a上に選択的に形成
したレジスト層(図示せず)をマスクとしてRIE(反
応性イオンエッチング)又はプラズマエッチングにより
SiN膜13をパターニングして領域a側にのみSiN
膜13を残す。しかる後、残ったSiN膜13をマスク
として熱酸化し、厚さ800〜1500nmの選択酸化
層14を形成する。次に、100〜200℃に熱したリ
ン酸でSiN膜13を除し、続いてフッ酸でSiO2
12及び選択酸化層14を除去して図1Bに示すよう
に、シリコン基板11の一主面に周辺回路部側の領域a
が上段となりメモリセル部側の領域bが下段となる段差
15を形成する。この選択酸化層14の形成及び除去の
工程は、必要に応じて1回若しくは複数回行って所要の
深さの段差15を形成する。
【0017】次に、図2Cに示すように、選択酸化法に
より、フィールド酸化層17を形成して素子形成領域間
を分離する。同図では段差側壁にフィールド酸化層17
が形成され、周辺回路部を形成すべき上段領域aとメモ
リセル部を形成すべき下段領域bが分離される。ここ
で、フィールド酸化層17の厚さは400〜700n
m、両領域a,b上に形成されたSiO2 からなるゲー
ト絶縁膜18の厚さは10〜40nmである。
【0018】次に、図2Dに示すように、シリコン基板
11の一主面上にゲート電極となる多結晶シリコン膜2
0及びWSi膜21からなるポリサイド層22をCVD
法にて被着形成すると共に、この上にオフセット用Si
2 膜となるSiO2 膜23をCVD法にて被着形成す
る。さらに、周辺回路部側及びメモリセル部側のゲート
部に対応する位置に夫々選択的にレジスト層24を形成
する。
【0019】次に、レジスト層24をマスクにRIEに
よりSiO2 膜23、続いてポリサイド層22をパター
ニングし、図3Eに示すように夫々周辺回路部側のゲー
ト電極26とその上のオフセット用SiO2 膜23a及
びメモリセル部側のゲート電極27とその上のオフセッ
ト用SiO2 膜23bを形成する。そして、同じレジス
ト層24をマスクにしてセルフアラインにてソース、ド
レイン領域となるN- 拡散層29を形成する。
【0020】次に、図3Fに示すように、エッチバック
用のレジスト層30を全体に厚く(300〜1000n
m程度)形成する。ここで、ゲート電極(ワード線)2
7と平行方向でシリコン基板の段差部分の断面形状(即
ち図FのI−I線上の断面)を図5Aに示す。
【0021】次に、図4Gに示すように、レジスト層3
0に対するエッチバックを行い平坦化する。このエッチ
バックでは上段領域aに形成された周辺回路部のゲート
部32のオフセット用SiO2 膜23aが全て除去され
るまで行われる。周辺回路部でのゲート部の面積が比較
的広いので、オフセット用SiO2 膜23aの検出は容
易にでき、オフセット用SiO2 膜23aの除去は可能
である。ここで、下段領域bに形成されたメモリセル部
のゲート部33のゲート絶縁膜18からオフセット用S
iO2 膜23bの上面までの高さt1 とゲート絶縁膜1
8からエッチバック終端の面までの高さt2 の関係は、
1 <t2 となるように選定される。
【0022】これによって、上段領域aでのゲート部3
2のオフセット用SiO2 膜23aのみが除去され、下
段領域bでのゲート部33のオフセット用SiO2 膜2
3bは除去されずに残る。図5Bは図4GのII−II線上
の断面図で、ゲート電極(ワード線)27と平行方向で
シリコン基板11の段差部分の断面形状を示す。
【0023】然る後、図4Hに示すように、上段領域a
の周辺回路部において、層間絶縁膜35に設けたコンタ
クトホール36を通してゲート電極26にオーミック接
続するAl配線38を形成する。37は例えばSiO2
からなるサイドウォールである。また下段領域bのメモ
リセル部において、ゲート部33に例えばSiO2 によ
るサイドウォール37を形成した後、セルフアライメン
トによりN- 拡散層29に記憶ノード用の多結晶シリコ
ン層39が形成され、さらに、図示せざるも層間絶縁層
の開口を通して記憶ノード、従ってキャパシタとなる多
結晶シリコン層、誘電体膜及び多結晶シリコン層からな
るプレート電極等が形成される。このようにして最終的
にダイナミックRAMが作製される。尚、ゲート電極3
2,33としてポリサイド膜を用いたが、その他、多結
晶シリコン膜を用いることもできる。
【0024】上述の製法によれば、シリコン基板11の
上段領域a及び下段領域bに夫々周辺回路部のゲート部
32及びメモリセル部のゲート部33をパターニング
し、夫々のゲート部32,33にオフセット用SiO2
膜23a,23bを有する状態でレジスト層30を厚く
形成して周辺回路部のゲート部32のオフセット用Si
2 膜23aが除去される位置までエッチバックするこ
とにより、メモリセル部のゲート部33上のオフセット
用SiO2 膜23bを残したまま、周辺回路部のゲート
部32上のオフセット用SiO2 膜23aのみを選択的
に除去することができる。
【0025】また、周辺回路部及びメモリセル部の夫々
のゲート部32及び33のパターニングに際し、ゲート
電極となるポリサイド膜22とオフセット用SiO2
23を同一にパターニングすることができる。
【0026】一方、図5Bに示すように、エッチバック
によって、オフセット用SiO2 膜23aを除去する領
域aとオフセット用SiO2 膜23bを残す領域bとの
境界は、なだらかな段差でつなぐことができ、後の工程
で段差の影響を無くすことができる。
【0027】図6は本発明の他の実施例である。前述の
図4Gのエッチバック工程では、周辺回路部のゲート部
32上のオフセット用SiO2 膜23aを全て除去する
ようにしたが、図6の実施例のように周辺回路部のゲー
ト部32上のオフセット用SiO2 膜23aを薄く残す
ようにエッチバックすることも可能である。他の工程は
図1A〜図3Fと同様なので詳細説明は省略する。
【0028】このようにオフセット用SiO2 膜23a
を薄く残すようにした場合においても、その後のゲート
電極26に対するAl配線38のコンタクトも比較的に
容易且つ精度よく得られ、図1A〜図4Hの場合と同様
の作用効果を奏する。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、同一半導体基体の上段
領域に周辺回路部を、下段領域にメモリセル部を形成し
てなる半導体装置の製造に際し、メモリセル部のゲート
部のオフセット用絶縁を残した状態で周辺回路部側の
ゲート部のオフセット用絶縁のみを選択的に除去、若
しくは薄く形成することができる。
【0030】また、上段領域と下段領域との境界がなだ
らかな段差でつなぐことができるので、後の工程で段差
による影響が無くなる。従って、信頼性の高いこの種の
半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る製造工程図(その1)である。
【図2】本実施例に係る製造工程図(その2)である。
【図3】本実施例に係る製造工程図(その3)である。
【図4】本実施例に係る製造工程図(その4)である。
【図5】A 図3FのI−I線上の断面図である。 B 図4GのII−II線上の断面図である。
【図6】他の実施例に係る要部の工程図である。
【図7】従来例の説明に供するゲート部の断面図であ
る。
【符号の説明】
11 シリコン基板 12 SiO2 膜 13 SiN膜 14,17 選択酸化層 15 段差 18 ゲート絶縁膜 20 多結晶シリコン膜 21 WSi膜 22 ポリサイド膜 23,23a,23b オフセット用のSiO2 膜 24 レジスト層 26,27 ゲート電極 29 N- 拡散層 30 エッチバック用のレジスト層 32,33 ゲート部 35 層間絶縁膜 36 コンタクトホール 38 Al配線 39 多結晶シリコン膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 27/108 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/10 471 H01L 21/76 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04 H01L 27/108

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一の半導体基体の一主面の上段領域に
    周辺回路部が形成され、下段領域にメモリセル部が形成
    されてなる半導体装置の製法において、 上記半導体基体の上段領域及び下段領域にわたって、ゲ
    ート絶縁膜、ゲート電極となる導電層及びオフセット用
    の絶縁層を順次形成する工程と、 上記絶縁層及び導電層を共にパターニングして周辺回路
    部及びメモリセル部のゲート部を形成する工程と、 全面にレジスト層を被着形成する工程と、 上記レジスト層を上記周辺回路部におけるゲート電極上
    上記絶縁層が除去されるまでエッチバックする工程を
    有することを特徴とする半導体装置の製法。
  2. 【請求項2】 同一の半導体基体の一主面上の上段領域
    に周辺回路部が形成され、下段領域にメモリセル部が形
    成されてなる半導体装置の製法において、 上記半導体基体の上段領域及び下段領域にわたって、ゲ
    ート絶縁膜、ゲート電極となる導電層及びオフセット用
    の絶縁層を順次形成する工程と、 上記絶縁層及び導電層を共にパターニングして周辺回路
    部及びメモリセルのゲート部を形成する工程と、 全面にレジスト層を被着形成する工程と、 上記レジスト層を上記周辺回路部におけるゲート電極上
    上記絶縁層が所定の厚みを残して除去されるまでエッ
    チバックする工程を有することを特徴とする半導体装置
    の製法。
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