JPH0461257A - 自己整合型コンタクトホールの形成方法及び半導体装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は自己整合型コンタクトポールの形成方法及び半
導体装置に関し、特に自己整合的に形成するコンタクト
ホールに関する。

［従来の技術］ 以下、従来の自己整合型コンタクトホールの形成方法及
び半導体装置を図面を用いて説明する。

第８図はスタックキャパシタ型ＤＲＡＭセルに自己整合
型コンタクトホールを開口した従来例を示す平面図、第
９図、第１０図はそれぞれ第８図中のＦ−Ｆ’、Ｇ−Ｇ
’断面図である。

まず、Ｐ型シリコン基板１００上に改良ロコス（ＬＯＣ
Ｏ５）法により、膜厚０．８μｍのフィールド絶縁！１
０１と形成した。ここでフィールド絶縁層１０１のパタ
ーン端は、自己整合で形成するコンタクトホールの側壁
として利用するため、バーズビークが小さく、急峻な段
差を有する縦断面形状となっていることが必要である。

次に、膜厚２０ｎｍのり゛−ト絶縁層１０２を形成し、
この上にＬ　Ｐ　ＣＶ　Ｉ）法により多結晶シリコンを
膜厚０．３μｍ堆積し、この多結晶シリコンζこりンを
拡散して、層抵抗を４０Ω／口とり、た。更にこの上に
ＬＰＣＶＤ法により、二酸化シリコンな膜厚Ｏ０３μｍ
堆積し、フォトリソグラフィ技術により、二酸化シリコ
ンと前記多結晶シワ、：ｌンをバターニングし、リンを
拡散した多結晶シリコンから成るワード線１０３を形成
１．／た。

次に、基板面ここイオン注入法により、リンを注入して
ｎＪ＃Ｉ０４とし、Ｌ　Ｐ　ＣＶ　Ｄ法により−、酸化
シリコンを０．２μｍ堆積し、反応性イオンコ、ツチン
グにより、堆積した０、２１１ｍをエッチハックし、ワ
ード線１０３の側壁に二酸化シリ：２ンを残し、前述し
たワード線１０３の上表面の−７−酸化シリコンと合わ
せて、ワード線１０３を覆う第１絶縁層１０５を形成し
た。

更に、基板面Ｃ；＝イオイオ人注入よりヒ素を注入し、
熱処理を行いｎ″層１０６を形成し、Ｌ　Ｐ　ＣＶＤ法
により、ニー酸化シリコンなＯ，２μ１ｌｉ１．積して
第２絶縁層１（）７を形成した４゜ 統いでフォトリソグ″う゛ノイ技術ζ、“より、セル−
、ヤバシタのノー・１・電極とシリコン基板の接触領ノ
ベ］　０８　！：、　、’：、１ンタクトボールを形成
するため、セルキャパシタのノート電極とシリコン基板
の接触領域１０日を開［ｊするためのンスクバター・ン
１０Ｆ３をフォトレジスＦＯ）窓開Ｃプバター・ンとし
２ζ用いた。

そして、反応性イオンエツチングにより第″、≧絶縁［
１０７０，２μｍをエツチングして、セルキャパシタの
ノード電極とシリコン基板の接触領域１０８を形成し／
か。ここで、このセルキャパシタの）・−１・゛電極と
シリコン基板の接触領域１０８は、第８図中のＦ−ＦＭ
ｊ向には、第９図に示゛４ようここ、フィールド絶縁Ｐ
：′１０１ど、その側壁に形成した第１絶縁層１０５及
び第２絶縁層１０７どを利用して自己整合的に、形成し
、第８図中のＧ−Ｇ”方向には、。第１０図に示すよう
にワード線１０３を覆うように形成した第１絶縁層１０
５及び第２絶縁層１０７とを利用して自己整合的ζＪ影
形成２・た。

次に、Ｌ、、　Ｐ　ＣＶ　Ｄ法により多結晶シリ−７二
ノを０゜２μｍ堆積し、リン拡散をｔう゛って層抵抗を
５０Ω／口とした後、フォトリソグラフィ技術によりバ
ターニングして、セルキャパシタのノート電極１１０と
した。

次に、Ｉ、　Ｐ　ＣＶ　Ｄ法ｔこより、二酸化シリニｊ
ン２ｒ’ｉｍ、窒化シリコン７ｎｍ、二酸化シリコン２
ｎｍを堆積してキャパシタの絶縁層１１１を形成し、さ
らニＬ　Ｐ　ＣＶ　Ｄ法により多結晶シリコンを０．２
μｍ、堆積し、リン拡散して層抵抗を５ｏΩ／口して、
フォトリソグラフィ技術により所定の形状にバターニン
グしてセルプレート１１２とした。

層間絶縁層として、ＣＶＤ法により二酸化シリコン１１
００ｎと、ＬＰＣＶＤ法によりＢＰＳＧを０．４μｍ堆
積し、熱処理を行いＢＰＳＧをフローし、フォトリソグ
ラフィ技術によりビット線コンタクト１１３を開口した
。さらに、スパッタ法により高融点金属シリサイドを０
．　２μｍ堆積し、イオン注入法によりリンを注入した
後、フォトリソグラフィ技術により、高融点金属シリサ
イドなバターーー′ニンクし、・でヒツト線１１４どし
た。

上記のように従来Ｃは、自己整合的に形成さ、１＋る一
７ンタクトホールは、フィールド絶縁ｆｆ１１０１と中
間配線ｑ１０３の１−表面及び側壁に形成された絶縁Ｍ
１０５，１０７の双方を用いで形成されていた。

［発明が解決り、ようとする課題］ 従来の自己整合型コンタクトボールは、゛ノイールド絶
縁層及びワード線の上表面と側壁に形成した絶縁層によ
り構成していたため、以下の課題があった。

まず、自己整合型コンタクトホールを形成するために、
フィールド絶縁層をそのパターン端での段差を急峻にし
、かつ絶縁層の厚さを本来の素子分離の機能を満足させ
るために必要な厚さより厚くしなければならなかった。

このことは、次ニー程のフォトリソグラフィ工程におけ
るフォ）ｌノジストのバターニング及びエツチングの際
の加工精度を大きく低下させる直接的原因となる。

また、ワード線の１１人簡にもありがし・め絶縁］ごを
形成し／（′おく；必要があるため、ツー１−線！こよ
る段差が大きくなる。例えはり−ｌ−線のｊν゛さＯ４
；３μｍ、ｒ７＝）線上１表面の絶縁膜Ｏ，２１ｔｎ、
ワ・−ト線側壁の絶縁膜をＯ，２７ノｍとジノた場合、
マスク１゜、イアウド上でワー・Ｆ線間隔かＯ，，７７
ＪＩＩ＋のどころζ゛は、幅Ｏ，３μｍ、　　深さ０．
５７１．ｍのスリット状の凹部が形成され３次の゛ノ第
１・リソクラフィコ。程゛てのフォトし・シストのバタ
ーニング尺びＪ、ツチングを非常に難しいものとし・で
いた３゜ このように、従来゛Ｃは自己整合コンタクトホールを形
成する場合Ｃコは、１・゛地パターンの段′差が人きく
なって、次のフォトリソグラフィＩ稈での加工精度が低
１−°が厳シ、・＜、現実的こごは使用しにくいという
課題かあ・−１）た。

ざらにフ、・−ルド絶縁層も自己整合型コンタク）・ボ
ールの形成ζ６”利用し！でいたため、シリコン基板上
の二ｌン゛タクトホールごこしか適月Ｊ″Ｃきないとい
う課題かあ・−）た。

［゛課題を解決４るための手段］ 本発明（、Ｊ係る自己整合型−７：ノタクトホールの形
成方法（、、ｌ、第１の導体層と第：３の導体層どの間
こ６”１＼冒苓する第２の導体層を有する゛４″導体技
置ここ３おいで、第１の導体層と第３の導体層とを主、
気的に接続するｊンタクトボール形成１☆置を囲ん゛Ｃ
第２０）導体７１０を覆う絶縁層を形成ｌ八　　当該絶
縁、ｊΔて囲Ｊ、れた位置に自己整合的にＸ７ンタクト
ポールを１干、′成イることを特徴とする。

また、本発明に係る゛１′、導体装置−は、第１の導体
層と第；（の導体層との間にイ）７置する第２の導体層
をイ〜Ｊする工導体装置乙こおいで＼第１の導体層と第
３３の導体層と４・電−（的に接続する蚕ンタク）・ホ
ー・ルが−ぞの周囲を第２の導体層を覆・う絶縁層Ｃ囲
よれた構造Ｃあることを特徴と覆る。

［実施例１ 次に本発明とこりいて図面を参照し１て説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るＩ）　ＲＡ　Ｍセルを
示す平面図、第２図（Ａ）−（Ｇ）は第１図中の、ヘー
Ａ　’断面に対応し１て］−：程を順次示す断面図、第
′、、３図にＪ第１図中のＨ−Ｉ３　’断面に対応し・
て途中Ｊ−程を示−シ断面図、第・１図は第１図中のＣ
−（ソ断面コ、：′対応［７，て途中］稈を示す断面図
である。

まず、Ｐ型シリフン基板１にロコス法により１９“さ０
．５．ｕｍのフィールド絶縁膜２を形成イる。シリ＝ｖ
　＞基板表面に熱酸化法により４　Ｏｎｍ　（Ｄ−、−
、、、、’、’、’ｌ酸化シリコンを形成し、その、−
酸化シリコンを通し・て、チャネルト゛−ブを行う。そ
の二酸化シリコフンをフッ酸系のエツチング液で除去し
て、熱酸化法により厚さ２０ｎｍのゲート絶縁Ｎ３を形
成し・た。

ＬＰＣＶＤ法により多結晶シリコンを０．３μｍ堆積し
・、気相熱拡散法によりリンを拡散し、層抵抗を４０Ω
／口とした。続いて、ＬＰＣＶＤ法により、−酸化シリ
コンを０．２μｍ堆積し、フォトリソグラフィ技術によ
り、上述の二酸化シリコン及び多結晶シリコンをバター
ニングして第２図（Ａ）に示すように、多結晶シリコン
から成るワード線４を形成した。

次に、第２図（Ｂ）に示すように、基板面にイオ、：、
！注入法により、リンをイオン汀人し７−’Ｃｎ　−Ｊ
”　ｂを形成し、さらζご１．　Ｐ　ＣＶ　Ｄ法により
二酸化シリこ］ンな０．２７１ｍ稚積Ｉ堆積で、反応性
イオン上ツチングにより、−′ｌ酸化シリ″７ンＯ，２
７１ｍを工・ソｙ゛バッグ４−る。イして、基板面にイ
オン注入法によりヒ素を注入しへ活性性の熱処理を行つ
でエビ層〔３を形成し・た。−１；己の工程ζこおいて
”、コニ・ンチバ・ツクにより形成し・たり一ド線４の
側壁の二酸化シリコンと、前述したワード線４の上表面
の二酸化シリ：２ンとを台わゼて第１絶縁層７が形成さ
れる。

次に、第２図（Ｃ）に示すように、Ｌ、　Ｐ　ＣＶ　Ｄ
法により二酸化シリコン膜を堆積し、ワード線４を第１
絶縁Ｎ７の上から更に覆う第２絶縁屡８を形成した。こ
の第２絶縁層８の形成が自己整合型コンタクトホールを
実現するために最も重要な工程で、本発明の所望の効果
を得るためには、次の条件を満足する必要がある。前述
したワード線４の側壁の第１絶紗Ｎ７の犀、さをｔｌ、
第２絶縁層８の厚さをｔ２、マスクレイアウト上のワー
ド線４の間隔をｂ（第１図）とすれば、ｂ＜２（ｔｌ＋
ｔ２）なる関係を満たさなりれはならない。この関係を
満足すれば、第１図中のＢ−Ｂ’の断面を表す第３図に
示すように、隣接するワード線４０間が第１絶縁層７及
び第２絶縁層８により埋め込まれ、セルキャパシタのノ
ード電極とシリコン基板の接触領域９（すなわち、コン
タクトホール形成位置）の周囲は、第２絶縁層８で囲ま
れた構造となり、ワード線４の上表面及び側壁に形成し
た第１Ｍ縁層７及び第２絶縁Ｎ８だけて自己整合的にセ
ルキャパシタのノード電極とシリコン基板間のコンタク
トホールを開口できる。さらに、第１図において、自己
整合型コンタクトホール部及びビット線コンタクト開口
領域以外は、ワード線４０間隔をｂ＜、２（ｔｌ＋ｊ２
）を満たす一定値すれは、自己整合型コンタクトホール
形成による平坦性の悪化は回避できる。

次に、第２図（Ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ
技術を利用して、反応性イオンエツチングにより、自己
整合でセルキャパシタのノード電極と、シリコン基板を
接続するコンタクトボールを開口した。このコンタクト
ホールは、第２図（Ｉつ）に示すように断面の方向には
、ワード線４の側壁に形成した第１絶縁層７及び第２絶
縁層８を利用して自己整合的に形成されている。また、
これと垂直な方向（第１図中のｃ−ｃ’力方向には、第
４図に示すように、ワード線間を埋め込んだ第１絶縁Ｎ
７及び第２絶縁層８を利用し５て自己整合で形成されて
いる。このようにフィールド絶縁層２を利用することな
くコンタクトボールを形成てきるのて、フィールド絶縁
層２の高さを低く抑え、全体として段差が小さくなり、
また、ワード線間が絶縁Ｎ７，８て埋まり、そこに狭く
て深い満か形成されないので、以後のフォトレジストの
パターン及びエツチングが精度良く行える。尚、フォト
レジストのパターンは第２図（Ｄ）に示したパターンに
限定されるものではなく、第１図で図示されている頓域
内では、最小限ビット線コンタクト１０を形成する範囲
を覆っていれは良い。

次に、第２図（Ｅ）に示すように、フォトレジスト１１
を剥離した後、ＬＰＣＶＤ法により多結晶シリコンを０
．２μｍ堆積し、気相熱拡散法によりリンを拡散し、フ
ォトリソグラフィ技術によりバターニングして、セルキ
ャパシタのノート電極１２を形成とした。続いて、この
上にＬ　Ｐ　ＣＶ　Ｄ法により二酸化シリコン２ｎｍ、
穿通シリコン７ｎｍ、二酸化シリコン２ｎｍを堆積し、
この３層膜を持ってキャパシタの絶ｉｔ層１３を形成し
た。さらに、この上にＬＰＣＶＤ法により多結晶シリコ
ンを０゜２μｍ堆積し、気相熱拡散法によりリンを拡散
して層抵抗を５０Ω／口としてフォトリソグラフィ技術
により所定の形状にバターニングして、セルプレート１
４を形成した。

次に、第２図（Ｆ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法により
ＢＰＳＧを０．５μｍ堆積し、熱処理によりフローさせ
、第３絶縁層１５を形成した。そして、フォトリソグラ
フィ技術によりビット線コンタクト１０を開口して熱処
理を行った後、スパッタ法により高融点金属シワサイト
を０．　２μｍ堆積してイオン注入法でリンを注入した
後、所定の形状くこバターニングしてビット線１６とし
た。

次に、第２図（Ｇａｘこ示すように、第４絶縁層１７、
　第５絶縁層１８を順次形成し、次いて金属配線層１９
として、ＡＱ、−３ｉ−Ｃｕをスパッタ法こごより堆積
してバターニングし、パッシベーション膜２０を形成し
てＤＲＡ、Ｍセルを形成した。

すなわち、本実施例は、１１層６（導体層）とセルキャ
パシタのノード電極１２（導体層）どの開にワード線４
（導体層）が位置する構造において、ｎ゛層６ノード電
極１２とを電気的に接続するコンタクトボールなその周
囲をワード線４を覆う絶縁層７，８で囲み、これら　絶
縁層７，８を利用して自己整合で形成している。

次に本発明の他の一実施例について図面を参照して説明
する。

第５図は本実施例を示す平面図、第６図は第５図中のＤ
−Ｄ’断面図、第７図は第５図中のＥ−Ｅ゛の縦断面図
である。

まず、シリコン基板５０上に厚さ０．５μｍのフィール
ド絶縁層５１を形成し、続いて、ＬＰＣＶＤ法により厚
さ０，３μｍの多結晶シリコンを堆積し、気相熱拡散法
ζこよりリンを拡散し′Ｃ層抵抗ヲ４０Ω／口とし、フ
ォトリックラフ了技体■により所定の形状にバター・ニ
ングし、第１導体層５２とした。

次にＣＶＤ法により二酸化シリコンをＯ，３導４ｍ堆積
して第１絶縁、−５３とし、スパッタ法により第２導体
層５４どする高融点金属シリサイドを０゜２μｍ堆積し
、続いてＣＶＤ法ここより二酸化シリコンを０．２μｍ
堆積し・た後、フォトリソクラフィ技術により、二酸化
シリコン及び高融点金属シリサイドを所定の形成にバタ
ーニングした。Ｌ　Ｉ’）　ＣＶＤ法により二酸化シリ
コンを０．３μｍ堆積して、第２絶縁層５５とした。こ
こで、第１導体Ｎ５２と第３導体層５６とのコンタクト
ホール形成領域５７の周囲は、第２導体層５４を覆う第
２絶縁層５５に囲まれている必要がある。従って第５図
中に示すａ部分は、第２絶縁層５５て埋め込まれていた
構造どしである。尚、隣接した第２導体層５５同士の距
離が大きい場合には、コンタクトホ−ル形成領域」近で
、第２絶縁層５５の平面形状を丁−失し・τ対応ずれば
よい。

そシ２．て、反応性イオンエツチングにより第２絶縁層
５５をユーツチパックしＣ、スパッタ法により厚さ１．
０μｍのＡＱ−５ｉ−Ｃｕを堆積しＦ、所定の形状にバ
ターニングしてコンタクトボールζＪ、より、第１導体
層５２と接続した第３導体層５Ｇを形成した。

前述した第１の実施例では、スタック型Ｉ）　■＜ＡＭ
セルのシリコン基板と上層導体層との二ｌンタクトボー
ルに関して説明したが、本発明はこれζこ限らず」−２
した第２の実施例に示したように３）５以上の導体層が
あれば、中間の導体層の絶縁層を利用して、上下の導体
層のコンタクトポールを自己整合で形成することができ
る。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明は、少なくとも３Ｎ以−Ｌの
導体層を有する半導体装置において、第１の導体層と第
１の導体層より２Ｎ以Ａｌ１１１１　層にある第３の導
体層とを電気的に接続する自己整合型コンタクトボール
が第１の導体層と第３３の導体層の中間層にある第２の
導体層の上表面及び側壁の絶縁層を利用して形成できる
ため、）−イールド絶縁層を薄く抑えて下地層の段差を
小さくすることかＣき、次工程のフォトレジストのバタ
ーニング及びエツチングの加工制度を損なうことなく自
己整合型コンタクトボールを構成することができる。

また、自己整合型コンタクトホールの形成に必要な要素
が中間導体層だけなので、任意の；３つの導体層を組み
合わせて自己整合型コンタクトボールを実現できるとい
う効果がある。

面図、第８図は従来例の東面図、第９図は第８図中のＦ
−Ｆ’断面図、第１０図は第８図中の（；に゛断面図で
ある。

／１・・・・・・・・ワーＦ線、 ６・・・・・・・・ｎ土層、 ７．８・・・・・・絶Ｗ順 １２・・　・・・・・ノーＩ−電極、 ５２・・・・・・・第１導体層、 ５４・・・・・・・第２導体層、 ５５・・・・・・・第２絶縁層、 ５６・・・・・・・第３導体層。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る平面図、第２図（Ａ）
〜（Ｇ）は、第１図中のＡ−Ａ’に対応して工程を順次
示す縦断面図、第３図は第１図中のＢ−Ｂ’に対応する
断面図、第４図は第１図中のｃ−ｃ’に対応する断面図
、第５図は本発明の他の一実施例の平面図、第６図は第
５図中のＤ−Ｄ′の断面図、第７図は第５図中のＥ−Ｅ
’の断特許出願人　　日本電気株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の導体層と第３の導体層との間に位置する第
   ２の導体層を有する半導体装置において、第１の導体層
   と第３の導体層とを電気的に接続するコンタクトホール
   形成位置を囲んで第２の導体層を覆う絶縁層を形成し、
   当該絶縁層で囲まれた位置に自己整合的にコンタクトホ
   ールを形成することを特徴とする自己整合型コンタクト
   ホールの形成方法。
2. （２）第１の導体層と第３の導体層との間に位置する第
   ２の導体層を有する半導体装置において、第１の導体層
   と第３の導体層とを電気的に接続するコンタクトホール
   がその周囲を第２の導体層を覆う絶縁層で囲まれた構造
   であることを特徴とする半導体装置。