説明

半導体装置の製造方法

【課題】後続の工程に伴う埋め込みゲートの酸化を防止し、ビットラインコンタクト及びストレージノードコンタクトと基板との間のコンタクト面積を増加させ、コンタクト抵抗を低減し、ビットラインコンタクト及びストレージノードコンタクトと埋め込みゲートとの間のGIDLを低減し、自己整合コンタクト不良を防止することのできる半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、前記プラグ導電膜をエッチングしてランディングプラグを形成するステップと、前記ランディングプラグ間の基板をエッチングしてトレンチを形成するステップと、前記トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、前記ゲート絶縁膜上に前記トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、を含むことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、ランディングプラグ前置構造を用いた埋め込みゲートを備える半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
60nm以下のDRAM工程において、セルにおけるトランジスタの集積度を増加させ、工程の単純化及びリーク電流のような素子特性を向上させるために、埋め込みゲート(buried gate)を形成することが欠かせない。
【0003】
埋め込みゲートの製造方法は、トレンチを形成し、トレンチの内部にゲートを埋め込む方式で行うことにより、ビットラインとゲートとの間の干渉を最小化し、積層膜の数を減少させることができ、また、セル全体のキャパシタンスを減少させ、リフレッシュ(refresh)特性を向上させることができるという利点がある。
【0004】
図1Aないし図1Eは、従来技術に係る埋め込みゲートを備えた半導体装置の製造方法を示す図である。
【0005】
図1Aに示すように、セル領域と周辺領域とが画定された基板11に素子分離膜12を形成する。
【0006】
次に、ハードマスク膜13を用いてセル領域の基板をエッチングしてトレンチ14を形成した後、第1ゲート絶縁膜15を形成する。次に、第1ゲート絶縁膜15上にトレンチの一部を埋め込む埋め込みゲート16を形成する。
【0007】
図1Bに示すように、ハードマスク膜13を除去した後、埋め込みゲート16の上部をシールするシール膜17を形成する。
【0008】
次に、シール膜17がセル領域にのみ残留するように周辺領域オープン工程を行う。
【0009】
次に、周辺領域に対してゲート酸化工程を行うことにより第2ゲート絶縁膜18を形成する。
【0010】
図1Cに示すように、第2ゲート絶縁膜18上にゲート導電膜19を形成した後、セル領域にビットラインコンタクト用ビットラインコンタクトホール20を形成する工程を行う。これにより、シール膜17(図1B)は、基板の一部を露出させる形状のシールパターン17Aとなる。
【0011】
図1Dに示すように、ビットラインコンタクトホールを埋め込むように基板の全面に金属膜を蒸着した後、金属膜上にハードマスク膜を形成する。
【0012】
次に、ゲートのエッチングを行う。ゲートのエッチングは、ハードマスク膜、金属膜、ゲート導電膜、及び第1ゲート絶縁膜をエッチングする工程であり、これにより、周辺領域においては、第2ゲート絶縁パターン18A上に、ゲート導電パターン19A、ゲート金属パターン21B、及びゲートハードマスクパターン22Bの順に積層される周辺領域のトランジスタ用ゲート(以下、「周辺ゲート(peri gate)」と略称する。)PGが完成する。前記周辺ゲートPGの形成時に、セル領域では、ビットラインコンタクトを兼ねたビットライン配線パターン21A及びビットラインハードマスクパターン22Aの順に積層されるビットラインBLが形成される。
【0013】
図1Eに示すように、基板の全面に層間絶縁膜を形成する。次に、層間絶縁膜をエッチングし、セル領域にストレージノードコンタクト(storage node contact)24を形成するためのコンタクト形成工程を行う。このコンタクト形成工程は基板の表面まで進み、シールパターン17A(図1D)及び層間絶縁膜の一部がエッチングされて最終シールパターン17B及び層間絶縁膜23となる。
【0014】
前述した従来技術は、セル領域に埋め込みゲート16を形成した後、セル領域にシール膜17を用いて埋め込みゲート16の酸化を防止するためのシール工程を行う。その後、周辺領域のみをオープンして周辺領域のトランジスタを形成するためのゲート酸化工程及びゲート導電膜蒸着工程が行われる。その後、セル領域を再度オープンし、ビットラインコンタクトホールを形成するためのコンタクトエッチング工程を行う。
【0015】
しかしながら、従来技術では、シール膜17がセル領域をシールしてはいるものの、周辺領域において、ゲート酸化工程を行う際、酸素ソースによって埋め込みゲート16が酸化するのを防止するには限界がある(図1Bの「A」参照)。
【0016】
また、セル領域において、ビットラインBLを形成した後、ストレージノードコンタクト24が形成されるため、ストレージノードコンタクト24を形成するためのコンタクトオープン面積を確保することが難しい。しかも、コンタクトオープン面積が狭いため、ストレージノードコンタクトと基板との間の界面抵抗が増加するという問題がある。
【0017】
さらに、従来技術では、ストレージノードコンタクト工程またはビットラインコンタクト工程を行う際、オーバーエッチングによる基板の損失(図1Cの「B」参照)により、各ストレージノードコンタクトと埋め込みゲートとの間のGIDL(Gate Induced Drain Leakage)が増加し、自己整合コンタクト不良の可能性が増加するという問題がある。
【0018】
これらの問題を克服するために、ハードマスク膜を適用してランディングプラグ(landing plug)が形成される部分を上昇させてからハードマスク膜を除去し、その後にランディングプラグを形成する方法が提案されたが、これは、ハードマスク膜を除去するとき、コンタクトの拡大(widening)が生じ、コンタクト間のブリッジ(bridge)が発生する可能性が高く、工程の途中にエッチング工程とCMP(Chemical Mechanical Polishing)工程が行われるため、コンタクトの高さを一定高さ以上に調整するのに困難がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
本発明は、上記の従来技術に係る問題を解決するためになされたものであって、その目的は、後続の工程に伴う埋め込みゲートの酸化を防止することのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0020】
また、本発明の別の目的は、ビットラインコンタクト及びストレージノードコンタクトと基板との間のコンタクト面積を増加させ、コンタクト抵抗を低減することのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0021】
さらに、本発明の別の目的は、ビットラインコンタクト及びストレージノードコンタクトと埋め込みゲートとの間のGIDL(Gate Induced Drain Leakage)を低減し、自己整合コンタクト不良を防止することのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0022】
上記の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、基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、前記プラグ導電膜をエッチングしてランディングプラグを形成するステップと、前記ランディングプラグ間の基板をエッチングしてトレンチを形成するステップと、前記トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、前記ゲート絶縁膜上に前記トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、を含むことを特徴とする。
【0023】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、前記プラグ導電膜及び基板をエッチングして第1トレンチを形成するステップと、前記第1トレンチをギャップフィルする素子分離膜を形成するステップと、前記プラグ導電膜をエッチングしてランディングプラグを形成するステップと、前記ランディングプラグ間の基板をエッチングして第2トレンチを形成するステップと、前記第2トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、前記ゲート絶縁膜上に前記第2トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、を含むことを特徴とする。
【0024】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、基板に素子分離膜を形成するステップと、前記基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、前記プラグ導電膜をエッチングしてランディングプラグを形成するステップと、前記ランディングプラグ間の基板をエッチングしてトレンチを形成するステップと、前記トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、前記ゲート絶縁膜上に前記トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、を含むことを特徴とする。
【0025】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、セル領域と周辺領域とが画定された基板の前記周辺領域上に選択的にゲート絶縁膜及びゲート導電膜を形成するステップと、前記基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、前記プラグ導電膜をエッチングして前記セル領域にランディングプラグを形成するステップと、前記ランディングプラグ間の基板をエッチングしてトレンチを形成するステップと、前記トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、前記ゲート絶縁膜上に前記トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、前記周辺領域においてゲートを形成するためのゲートパターニングを行うステップと、を含むことを特徴とする。
【0026】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、セル領域と周辺領域とが画定された基板の前記周辺領域上にゲート絶縁膜及びゲート導電膜を形成するステップと、前記基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、前記プラグ導電膜及び基板をエッチングして第1トレンチを形成するステップと、前記第1トレンチをギャップフィルする素子分離膜を形成するステップと、前記プラグ導電膜をエッチングして前記セル領域にランディングプラグを形成するステップと、前記ランディングプラグ間の基板をエッチングして第2トレンチを形成するステップと、前記第2トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、前記ゲート絶縁膜上に前記第2トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、前記周辺領域においてゲートを形成するためのゲートパターニングを行うステップと、を含むことを特徴とする。
【0027】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、セル領域と周辺領域とが画定された基板に素子分離膜を形成するステップと、前記周辺領域の基板上に選択的にゲート絶縁膜及びゲート導電膜を形成するステップと、前記基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、前記プラグ導電膜をエッチングして前記セル領域にランディングプラグを形成するステップと、前記ランディングプラグ間の基板をエッチングしてトレンチを形成するステップと、前記トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、前記ゲート絶縁膜上に前記トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、前記周辺領域においてゲートを形成するためのゲートパターニングを行うステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0028】
本発明は、埋め込みゲートの安定性を確保し、周辺ゲートの形成を容易にし、埋め込みゲートの形成後、後続のビットラインとのコンタクト工程やストレージノードとのコンタクト形成工程における工程マージンを確保することができる。
【0029】
また、周辺領域において、ゲート酸化工程及びゲート導電膜蒸着工程を行い、セル領域においては、まず、ランディングプラグを形成した後、素子分離工程及び埋め込みゲート工程を行うことにより、コンタクト抵抗を低減し、コンタクトを形成するための面積を確保し、後続の工程におけるオープン不良(not−open)を防止するだけでなく、以後のコンタクト工程によるランディングプラグの形成時に発生し得るコンタクトオープン不良(contact−not−open)やブリッジなども防止することができる。
【0030】
さらに、周辺ゲートを形成するための工程を素子分離用トレンチの形成前に完了できるため、周辺ゲートの形成時に発生し得る埋め込みゲートの酸化も防止することで安定した装置を確保することができ、後続のコンタクト工程や物質除去工程を減らして工程ステップを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1A】従来技術に係る埋め込みゲートを備えた半導体装置の製造方法を示す図である。
【図1B】従来技術に係る埋め込みゲートを備えた半導体装置の製造方法を示す図である。
【図1C】従来技術に係る埋め込みゲートを備えた半導体装置の製造方法を示す図である。
【図1D】従来技術に係る埋め込みゲートを備えた半導体装置の製造方法を示す図である。
【図1E】従来技術に係る埋め込みゲートを備えた半導体装置の製造方法を示す図である。
【図2A】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図2B】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図2C】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図2D】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図2E】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図2F】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図2G】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図2H】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図3A】本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図3B】本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図3C】本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図3D】本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図3E】本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図3F】本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図4A】本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図4B】本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図4C】本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図4D】本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図4E】本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図4F】本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図4G】本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図4H】本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図4I】本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図4J】本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5A】本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5B】本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5C】本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5D】本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5E】本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5F】本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5G】本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5H】本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5I】本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5J】本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5K】本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の技術思想を容易に実施できる程度に詳細に説明するため、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照して説明する。
【0033】
図2A〜図2Hは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【0034】
図2Aに示すように、パッド酸化膜32A及び第1ハードマスク膜32Bの順に積層された構造を用いて基板31をエッチングし、素子分離膜が形成される第1トレンチ33を形成する。ここで、第1ハードマスク膜32Bは、ポリシリコン膜または窒化膜を含むことができる。好ましくは、ポリシリコン膜と窒化膜とを積層して形成することができる。
【0035】
図2Bに示すように、第1トレンチ33(図2A)をギャップフィル(gap−filling:埋め込み)する素子分離膜34を形成する。このとき、前記素子分離膜34を形成する工程をSTI(Shallow Trench Isolation)工程といい、第1トレンチ33の形成後に絶縁膜でギャップフィルして素子分離膜34を形成する。
【0036】
図2Cに示すように、第1ハードマスク膜32B及びパッド酸化膜32A(図2B)を除去するが、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去する。
【0037】
図2Dに示すように、基板31の全面にプラグ導電膜35を形成した後、素子分離膜34の表面が露出するまで平坦化する。このとき、プラグ導電膜35は、ポリシリコン膜を含む。プラグ導電膜35は、他の厚さ範囲も考えられるが、600〜1500Åの範囲の厚さに形成する。また、プラグ導電膜35は、タングステン膜などの金属膜を含むこともできる。
【0038】
図2Eに示すように、プラグ導電膜35(図2D)上に第2ハードマスク膜を形成した後、埋め込みゲート工程のためのマスク工程及びエッチング工程を行う。例えば、感光膜パターン(図示せず)を用いて第2ハードマスク膜をエッチングして第2ハードマスクパターン36を形成し、第2ハードマスクパターン36をエッチングバリアとしてプラグ導電膜35及び基板31をエッチングし、エッチングされた基板31A及びエッチングされたプラグ導電膜35Aを形成するが、以下、便宜上、これらをそれぞれ基板31A及びプラグ導電膜35Aと称する。これにより、一定深さの第2トレンチ37が形成され、第2トレンチ37は、基板31A及び素子分離膜34を同時にエッチングして形成され得る。第2ハードマスク膜は、窒化膜を含むことができる。
【0039】
上記のように、第2ハードマスク膜を用いてプラグ導電膜をエッチングすることにより第1及び第2ランディングプラグ35Aが形成され、連続して第1及び第2ランディングプラグ35A間の基板をエッチングすることにより第2トレンチ37が形成される。このとき、素子分離膜34は、その内部がエッチングされた形状34Aとなる。
【0040】
図2Fに示すように、第2トレンチ37の表面上にゲート絶縁膜38を形成した後、ゲート絶縁膜38上に第2トレンチ37をギャップフィルするように全面にゲート導電膜39を蒸着する。ゲート導電膜39は、チタン窒化膜(TiN)、タンタル窒化膜(TaN)、タングステン膜(W)などを含む。例えば、仕事関数の大きいチタン窒化膜(またはタンタル窒化膜)を共形薄膜蒸着した後、抵抗を低減するためのタングステン膜をギャップフィルして形成することができる。また、ゲート導電膜39は、チタン窒化膜とタンタル窒化膜とを積層して形成するか、またはチタン窒化膜、タンタル窒化膜、及びタングステン膜を順に積層して形成することもできる。このとき、チタン窒化膜は、20〜80Åの範囲の厚さに形成することが好ましいが、他の厚さ範囲も考えられる。
【0041】
次に、第2ハードマスクパターン36の表面が露出するように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)などの方法を用いてゲート導電膜39を平坦化した後、連続してエッチバックを行って埋め込みゲート39Aを形成する。埋め込みゲート39Aの表面の高さは、基板31Aの表面より低くなり得る。
【0042】
図2Gに示すように、埋め込みゲート39Aの上部をシールするシール膜40を形成する。ここで、シール膜40は、酸化膜、窒化膜、または窒化膜と酸化膜との積層構造から選択され得る。例えば、シール膜40は、シール窒化膜40Aを薄くシールした後、シールした領域を、SOD(Spin On Dielectric)などのシール酸化膜40Bでギャップフィルして形成することができる。
【0043】
シール膜40が第2ハードマスクパターン36を覆っている場合は、第2ハードマスクパターン36の表面が露出するようにシール膜40を平坦化する。
【0044】
図2Hに示すように、コンタクトマスク(図示せず)を用いて第2ハードマスクパターン36をエッチングし、ランディングプラグ35Aの表面を露出させるコンタクトホール(図面符号「C」)を形成する。コンタクトホールCが形成されていない第2ハードマスクパターン36は、エッチングされた第2ハードマスクパターン36Aとして残留する。コンタクトホールは、ビットラインコンタクトホールを含む。コンタクトホールは、シール膜40上に層間絶縁膜などが形成された後に設けられてもよい。
【0045】
図3A〜図3Fは、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【0046】
図3Aに示すように、基板の全面にプラグ導電膜を形成する。このとき、プラグ導電膜は、ポリシリコン膜を含み、600〜1500Åの範囲の厚さに形成することができるが、他の厚さ範囲も考えられる。また、プラグ導電膜は、タングステン膜などの金属膜を含むこともできる。
【0047】
次に、プラグ導電膜上にハードマスク膜を形成した後、STI工程を行う。すなわち、素子分離マスク(図示せず)を用いてハードマスク膜をエッチングした後、素子分離予定領域のプラグ導電膜及び基板をエッチングして一定深さの第1トレンチ44を形成する。ハードマスク膜は、窒化膜を含むことができる。図3Aは、第1トレンチ44が形成された基板41、プラグ導電膜42、及びハードマスク膜43を示している。
【0048】
図3Bに示すように、第1トレンチ44をギャップフィルするようにSODなどの絶縁膜を形成した後、CMPなどの平坦化工程を行って素子分離膜45を形成する。
【0049】
図3Cに示すように、埋め込みゲート工程のためのマスク工程及びエッチング工程を行う。例えば、感光膜パターン(図示せず)を用いてハードマスク膜43をエッチングし、エッチングされたハードマスクパターン43Aをエッチングバリアとしてゲート予定領域のプラグ導電膜42及び基板41をエッチングする。これにより、基板41A及びエッチングされた素子分離膜45A上に一定深さの第2トレンチ46が形成される。ここで、第2トレンチ46は、基板41及び素子分離膜45を同時にエッチングして形成され得る。
【0050】
前記ハードマスクパターン43Aを用いてプラグ導電膜42をエッチングすることによりランディングプラグ42Aが形成され、連続してランディングプラグ42A間(すなわち、第1及び第2ランディングプラグ間)の基板をエッチングすることにより第2トレンチ46が形成される。
【0051】
図3Dに示すように、第2トレンチ46の表面上にゲート絶縁膜47を形成した後、ゲート絶縁膜47上に第2トレンチ46をギャップフィルするように全面にゲート導電膜48を蒸着する。ゲート導電膜48は、チタン窒化膜(TiN)、タンタル窒化膜(TaN)、タングステン膜(W)などを含む。例えば、ゲート導電膜48は、仕事関数の大きいチタン窒化膜(またはタンタル窒化膜)を共形薄膜蒸着した後、抵抗を低減するためのタングステン膜をギャップフィルして形成することができる。また、ゲート導電膜48は、チタン窒化膜とタンタル窒化膜とを積層して形成するか、またはチタン窒化膜、タンタル窒化膜、及びタングステン膜を順に積層して形成することもできる。このとき、チタン窒化膜は、20〜80Åの範囲の厚さに形成することが好ましいが、他の厚さ範囲も考えられる。
【0052】
次に、ハードマスクパターン43Aの表面が露出するように、CMPなどの方法を用いてゲート導電膜48を平坦化した後、連続してエッチバックを行って埋め込みゲート48Aを形成する。埋め込みゲート48Aの表面の高さは、基板41の表面より低くなり得る。
【0053】
図3Eに示すように、埋め込みゲート48Aの上部をシールするシール膜49を形成する。ここで、シール膜49は、酸化膜、窒化膜、または窒化膜と酸化膜との積層構造から選択され得る。シール膜49は、例えば、シール窒化膜49Aを薄くシールした後、SODなどのシール酸化膜49Bをギャップフィルして形成することができる。
【0054】
次に、シール膜49がハードマスクパターン43Aを覆っている場合は、ハードマスクパターン43Aの表面が露出するようにシール膜49を平坦化する。
【0055】
図3Fに示すように、コンタクトマスク(図示せず)を用いてハードマスクパターン43Aをエッチングし、ランディングプラグ42Aの一部表面を露出させるコンタクトホール50を形成する。最終ハードマスクパターン43Bは、コンタクトホール50が形成された後のハードマスクパターンである。コンタクトホール50は、ビットラインコンタクトホールまたはストレージノードコンタクトホールを含むが、好ましくは、ビットラインコンタクトホールである。コンタクトホールは、シール膜49上に層間絶縁膜などが形成された後に設けられてもよい。
【0056】
上述した第1実施形態及び第2実施形態によれば、プラグ導電膜を予め形成した後、埋め込みゲートが形成されるトレンチの形成前にランディングプラグを形成することにより、ランディングプラグと基板との間のコンタクト接触面積を広く確保することができる。これにより、コンタクト抵抗を低減することができる。
【0057】
また、コンタクトホールの形成、プラグ導電膜の蒸着及びエッチングによりランディングプラグを形成するのではなく、プラグ導電膜の蒸着及びトレンチのエッチングによりランディングプラグを形成するため、コンタクトオープン不良が根本的に防止され、これにより、隣接するランディングプラグ間のブリッジも防止可能である。また、ランディングプラグが形成されるコンタクトホールエッチング工程を行わなくてもよいので、基板の損失は発生しない。
【0058】
図4A〜図4Jは、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【0059】
図4Aに示すように、セル領域と周辺領域とが画定された基板51に、第1ハードマスク膜52Bを用いたエッチング工程により素子分離膜が形成される第1トレンチ53を形成する。ここで、第1ハードマスク膜52Bは、ポリシリコン膜または窒化膜を含み、好ましくは、ポリシリコン膜と窒化膜とを積層して形成することができる。第1ハードマスク膜52Bの下には、パッド酸化膜52Aが形成されている。
【0060】
次に、第1トレンチ53をギャップフィルする素子分離膜54を形成する。このように、素子分離膜54を形成する工程をSTI工程といい、第1トレンチ53を形成した後、HDP、SODなどの絶縁膜をギャップフィルして素子分離膜54を形成する。
【0061】
図4Bに示すように、第1ハードマスク膜52B及びパッド酸化膜52Aを除去する。
【0062】
次に、図4Cに示すように、ゲート酸化工程により、基板51上に第1ゲート絶縁膜を形成した後、第1ゲート絶縁膜上に第1ポリシリコン膜を形成する。このとき、第1ポリシリコン膜は、100〜500Åの範囲の厚さに形成するが、他の厚さ範囲も考えられる。
【0063】
上述した第1ゲート絶縁膜は、周辺領域のトランジスタ用ゲート絶縁膜である。以下、説明の便宜上、第1ゲート絶縁膜を「周辺ゲート絶縁膜」と略称する。
【0064】
次に、セル領域オープン工程によりセル領域の第1ポリシリコン膜及び周辺ゲート絶縁膜を除去する。これにより、周辺領域にのみ周辺ゲート絶縁膜55及び第1ポリシリコン膜56が残留する。
【0065】
図4Dに示すように、基板51の全面に第2ポリシリコン膜を形成した後、平坦化工程によりセル領域と周辺領域との間の段差を除去する。このとき、第2ポリシリコン膜57は、ランディングプラグとして用いられる物質である。また、第2ポリシリコン膜57のほか、ランディングプラグとして用いられるプラグ導電膜は、タングステン膜などの金属膜を含むこともできる。
【0066】
このように、第2ポリシリコン膜57を形成すると、セル領域には第2ポリシリコン膜57の単一膜が残留し、周辺領域では、周辺ゲート絶縁膜55上に第1ポリシリコン膜56と第2ポリシリコン膜57とが積層される。第2ポリシリコン膜57は、セル領域ではプラグとなり、周辺領域ではゲートの一部となる。第2ポリシリコン膜57は、500〜1000Åの範囲の厚さに形成するが、他の厚さ範囲も考えられる。
【0067】
図4Eに示すように、第2ポリシリコン膜57を含む全面に窒化膜を用いて第2ハードマスク膜を形成した後、セル領域に埋め込みゲート工程のためのマスク工程及びエッチング工程を行う。例えば、感光膜パターン(図示せず)を用いて第2ハードマスク膜をエッチングし、エッチングされた第2ハードマスクパターン58をエッチングバリアとして第2ポリシリコン膜57及び基板51をエッチングする。これにより、セル領域には一定深さの第2トレンチ59が形成され、第2トレンチ59は、セル領域において基板51及び素子分離膜54を同時にエッチングして形成され得る。第2トレンチ59が形成された後、基板51A上にはエッチングされた素子分離膜54Aが残留する。
【0068】
上のように、第2ハードマスクパターン58を用いて第2ポリシリコン膜57をエッチングすることによりランディングプラグ57Aが形成され、連続してランディングプラグ57A間(すなわち、第1及び第2ランディングプラグ57A間)の基板をエッチングすることにより第2トレンチ59が形成される。一方、周辺領域には第2ポリシリコン膜57が依然として残留し、周辺領域に残留する第1ポリシリコン膜56及び第2ポリシリコン膜57は周辺領域のゲートとなる。
【0069】
図4Fに示すように、第2トレンチ59の表面上に第2ゲート絶縁膜60を形成する。第2ゲート絶縁膜60は、セル領域のトランジスタ用ゲート絶縁膜であって、以下、説明の便宜上、「セルゲート絶縁膜60」と略称する。
【0070】
次に、セルゲート絶縁膜60上に第2トレンチ59をギャップフィルするように全面に金属膜61を蒸着する。金属膜61は、チタン窒化膜(TiN)、タンタル窒化膜(TaN)、タングステン膜(W)などを含む。金属膜61は、例えば、仕事関数の大きいチタン窒化膜(またはタンタル窒化膜)を共形薄膜蒸着した後、抵抗を低減するためのタングステン膜をギャップフィルして形成することができる。また、金属膜61は、チタン窒化膜とタンタル窒化膜とを積層して形成するか、またはチタン窒化膜、タンタル窒化膜、及びタングステン膜を順に積層して形成することもできる。このとき、チタン窒化膜は、20〜80Åの範囲の厚さに形成することが好ましいが、他の厚さ範囲も考えられる。
【0071】
次に、第2ハードマスクパターン58の表面が露出するように、CMPなどの方法を用いて金属膜61を平坦化した後、連続してエッチバックを行って埋め込みゲート61Aを形成する。埋め込みゲート61Aの表面の高さは、基板51の表面より低くなり得る。
【0072】
図4Gに示すように、埋め込みゲート61Aの上部をシールするシール膜62を形成する。ここで、シール膜62は、酸化膜、窒化膜、または窒化膜と酸化膜との積層構造から選択され得る。シール膜62は、例えば、シール窒化膜62Aを薄くシールした後、シールした領域をSODなどのシール酸化膜62Bでギャップフィルして形成することができる。
【0073】
次に、シール膜62が第2ハードマスクパターンを覆っている場合は、第2ハードマスクパターン58の表面が露出するようにシール膜62を平坦化する。
【0074】
図4Hに示すように、基板51Aの全面にセルキャップ膜63を形成した後、周辺領域をオープンさせる。次に、周辺領域のセルキャップ膜63を除去し、連続して周辺領域の第2ハードマスクパターン58を除去する。セルキャップ膜63は、酸化膜または窒化膜を含み、好ましくは、窒化膜(50〜400Å)と酸化膜(50〜200Å)とを積層して形成することができるが、他の厚さ範囲も考えられる。ここで、窒化膜は、後続のエッチング工程におけるエッチング停止膜の役割も果たし、酸化膜は、周辺領域オープン工程におけるキャップ膜の役割を果たす。
【0075】
これにより、周辺領域には、周辺ゲート絶縁膜55、第1ポリシリコン膜56、及び第2ポリシリコン膜57Aの積層構造のみが残留する。セル領域では、セルキャップ膜63及び第2ハードマスク58Aが残留する。
【0076】
図4Iに示すように、ビットラインコンタクト工程を行う。すなわち、ビットラインコンタクトマスクを用いてセルキャップ膜63及び第2ハードマスク58Aをエッチングし、ランディングプラグ57Aの一部表面を露出させるビットラインコンタクトホール64を形成する。ビットラインコンタクトホール64が形成されることにより、セル領域には最終の第2ハードマスク58B及びエッチングされたキャップ膜63Aが残留する。ビットラインコンタクトホール64を形成するためのエッチング工程は、図4Hの工程が行われた後、層間絶縁膜を形成した後に行うこともできる。
【0077】
図4Jに示すように、ビットラインコンタクトホール64を埋め込むように全面に金属膜とハードマスク膜とを積層した後、ゲートのエッチングを行う。ここで、ゲートのエッチングは、周辺領域において周辺ゲートを形成するための工程であって、本発明は、ゲートのエッチング時にセル領域のビットライン工程も同時に行うことができる。金属膜は、周辺領域ではゲート金属膜65Bとなり、セル領域ではビットライン金属膜65Aとなる。ハードマスク膜は、周辺領域ではゲートハードマスク膜66Bとなり、セル領域ではビットラインハードマスク膜66Aとなる。金属膜は、タングステン膜を含み、ハードマスク膜は、窒化膜を含むことができる。
【0078】
これにより、周辺領域には、周辺ゲート絶縁膜55A上に、第1ポリシリコン膜56A、第2ポリシリコン膜57B、ゲート金属膜65B、及びゲートハードマスク膜66Bの順に積層される周辺ゲートPGが完成する。前記周辺ゲートPGの形成時に、セル領域では、ビットライン金属膜65A及びビットラインハードマスク膜66Aの順に積層されるビットラインBLが形成される。ビットライン金属膜65Aは、ビットラインコンタクトホールに埋め込まれることにより、ビットラインコンタクトの役割も兼ねるようになる。周辺ゲート絶縁膜55Aは、周辺ゲート構造によっては二重構造(Duble Gate Oxide)または三重構造(Triple Gate Oxide)も適用可能である。
【0079】
図5A〜図5Kは、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【0080】
図5Aに示すように、セル領域と周辺領域とが画定された基板71に、ゲート酸化工程により周辺ゲート絶縁膜72を形成した後、周辺ゲート絶縁膜72上に第1ポリシリコン膜73を形成する。このとき、第1ポリシリコン膜73は、100〜500Åの範囲の厚さに形成するが、他の厚さ範囲も考えられる。
【0081】
図5Bに示すように、セルオープン工程によりセル領域の第1ポリシリコン膜73及び周辺ゲート絶縁膜72を除去する。これにより、周辺領域にのみ周辺ゲート絶縁膜72A及び第1ポリシリコン膜73Aが残留する。
【0082】
図5Cに示すように、結果物(基板71)上全面に第2ポリシリコン膜(74)を形成した後、平坦化工程によりセル領域と周辺領域との間の段差を除去する。このとき、第2ポリシリコン膜74は、ランディングプラグとして用いられるプラグ導電膜である。ランディングプラグとして用いられるプラグ導電膜は、ポリシリコン膜のほか、タングステン膜などの金属膜を含むこともできる。
【0083】
図5Dに示すように、第2ポリシリコン膜74上にハードマスク膜(75)を形成した後、素子分離膜工程のためのSTI工程を行う。例えば、感光膜パターン(図示せず)を用いてハードマスク膜(75)をエッチングし、ハードマスク膜75をエッチングバリアとして第2ポリシリコン膜74及び基板71をエッチングする。これにより、セル領域及び周辺領域に一定深さの第1トレンチ76が形成され、実施形態によれば、2つ以上の第1トレンチ76が図5Dに示すように形成され得る。周辺領域では、第2ポリシリコン膜74、第1ポリシリコン膜73A、及び周辺ゲート絶縁膜72Aをエッチングした後、基板71をエッチングして第1トレンチ76(または各々の第1トレンチ76)を形成する。図5Dにおいて、第1トレンチ76が形成された基板71Aは、周辺領域では、周辺ゲート絶縁パターン72B、第1ポリシリコンパターン73B、第2ポリシリコンパターン74A、及びハードマスク膜75が残留し、セル領域では、第2ポリシリコンパターン74A及びハードマスク膜75が残留することが示されている。
【0084】
図5Eに示すように、第1トレンチ76をギャップフィルするようにSODなどの絶縁膜(77)を形成した後、CMPなどの平坦化工程により素子分離膜77を形成する。
【0085】
図5Fに示すように、セル領域に埋め込みゲート工程のためのマスク及びエッチング工程を行う。例えば、感光膜パターン(図示せず)を用いてハードマスク膜75をエッチングしてハードマスクパターン75Aを形成し、ハードマスクパターン75Aをエッチングバリアとして第2ポリシリコンパターン74A及び基板71A(図5E参照)をエッチングする。これにより、セル領域には一定深さの第2トレンチ78が形成され、第2トレンチ78は、セル領域において基板71A及び素子分離膜77を同時にエッチングして形成され得る。
【0086】
上記のように、ハードマスクパターン75Aを用いて第2ポリシリコンパターン74Aをエッチングすることによりランディングプラグ74Bが形成され、連続してランディングプラグ74B間の基板をエッチングすることにより、基板71B及びエッチングされた素子分離膜77Aに第2トレンチ78が形成される。
【0087】
図5Gに示すように、第2トレンチ78の表面上にセルゲート絶縁膜79を形成した後、セルゲート絶縁膜79上に第2トレンチ78をギャップフィルするように全面に金属膜80を蒸着する。金属膜80は、チタン窒化膜(TiN)、タンタル窒化膜(TaN)、タングステン膜(W)などを含む。金属膜80は、例えば、仕事関数の大きいチタン窒化膜(またはタンタル窒化膜)を共形薄膜蒸着した後、抵抗を低減するためのタングステン膜をギャップフィルして形成することができる。また、金属膜80は、チタン窒化膜とタンタル窒化膜とを積層して形成するか、またはチタン窒化膜、タンタル窒化膜、及びタングステン膜を順に積層して形成することもできる。このとき、チタン窒化膜は、20〜80Åの範囲の厚さに形成することが好ましい。
【0088】
次に、ハードマスクパターン75Aの表面が露出するように、CMPなどの方法を用いて金属膜80を平坦化した後、連続してエッチバックを行って埋め込みゲート80Aを形成する。埋め込みゲート80Aの表面の高さは、基板71Bの表面より低くなり得る。
【0089】
図5Hに示すように、埋め込みゲート80Aの上部をシールするシール膜81を形成する。ここで、シール膜81は、酸化膜、窒化膜、または窒化膜と酸化膜との積層構造から選択され得る。シール膜81は、例えば、シール窒化膜81Aを薄くシールした後、シールした領域をSODなどのシール酸化膜81Bでギャップフィルして形成することができる。
【0090】
次に、ハードマスクパターン75Aにシール膜81が存在する場合は、ハードマスクパターン75Aの表面が露出するようにシール膜81を平坦化する。
【0091】
図5Iに示すように、基板の全面にセルキャップ膜(82)を形成した後、周辺領域をオープンさせる。次に、周辺領域のセルキャップ膜(82)を除去し、連続して周辺領域のハードマスクパターン(75A)を除去する。セル領域に残留するセルキャップ膜82は、酸化膜または窒化膜を含み、好ましくは、窒化膜(50〜400Å)と酸化膜(50〜200Å)とを積層して形成することができる。ここで、窒化膜は、後続のエッチング工程におけるエッチング停止膜の役割も果たし、酸化膜は、周辺領域オープン工程におけるキャップ膜の役割を果たす。
【0092】
これにより、周辺領域には、周辺ゲート絶縁パターン72B、第1ポリシリコンパターン73B、及び第2ポリシリコンパターン74Bの積層構造が残留する。
【0093】
図5Jに示すように、ビットラインコンタクト工程を行う。すなわち、ビットラインコンタクトマスクを用いてセルキャップ膜82及びハードマスクパターン75Aをエッチングし、ランディングプラグ74Bの一部表面を露出させるビットラインコンタクトホール83を形成する。ビットラインコンタクトホール83が形成されていないハードマスクパターン75A及びセルキャップ膜82は、最終ハードマスクパターン75B及びセルキャップパターン82Aとして残留する。ビットラインコンタクトホール83を形成するためのコンタクトエッチング工程は、図5Iの工程後に層間絶縁膜まで形成した後に行うこともできる。
【0094】
図5Kに示すように、ビットラインコンタクトホール83を埋め込むように全面に金属膜とゲートハードマスク膜とを積層した後、ゲートのエッチングを行う。ここで、ゲートのエッチングは、周辺領域において周辺ゲートを形成するための工程であって、本発明は、ゲートのエッチング時に、セル領域のビットライン工程も同時に行うことができる。金属膜は、周辺領域ではゲート金属膜84Bとなり、セル領域ではビットライン金属膜84Aとなる。ハードマスク膜は、周辺領域ではゲートハードマスク膜85Bとなり、セル領域ではビットラインハードマスク膜85Aとなる。金属膜は、タングステン膜を含み、ハードマスク膜は、窒化膜を含むことができる。
【0095】
これにより、周辺領域には、周辺ゲート絶縁パターン72B上に最終の第1ポリシリコンパターン73C、最終の第2ポリシリコンパターン74C、ゲート金属膜84B、及びゲートハードマスク膜85Bの順に積層される周辺ゲートPGが完成する。前記周辺ゲートPGの形成時に、セル領域では、ビットライン金属膜84A及びビットラインハードマスク膜85Aの順に積層されるビットラインBLが形成される。ビットライン金属膜84Aは、ビットラインコンタクトホールに埋め込まれることにより、ビットラインコンタクトの役割も兼ねるようになる。周辺ゲート絶縁パターン72Bは、周辺ゲート構造によっては二重構造(Duble Gate Oxide)または三重構造(Triple Gate Oxide)も適用可能である。
【0096】
上述した第3実施形態及び第4実施形態によれば、プラグ導電膜として用いられる第2ポリシリコン膜を予め形成した後、埋め込みゲートが形成される第2トレンチの形成前にランディングプラグを形成することにより、ランディングプラグと基板との間のコンタクト接触面積を広く確保することができる。これにより、コンタクト抵抗を低減することができる。
【0097】
また、コンタクトホールの形成、プラグ導電膜の蒸着及びエッチングによりランディングプラグを形成するのではなく、プラグ導電膜の蒸着及びトレンチのエッチングによりランディングプラグを形成するため、コンタクトオープン不良が根本的に防止され、これにより、隣接するランディングプラグ間のブリッジも防止可能である。また、ランディングプラグが形成されるコンタクトホールエッチング工程を行わなくてもよいので、基板の損失は防止可能である。
【0098】
さらに、周辺ゲートの形成のための工程のうち、ゲート酸化工程及び第1ポリシリコン膜蒸着工程を埋め込みゲートの形成前に完了するため、周辺ゲートのためのゲート酸化工程時に発生し得る埋め込みゲートの酸化を防止することができる。
【0099】
本発明の技術思想は、上述した実施形態により具体的に記述されたが、これらの実施形態は、それを説明するためのものであって、それを制限するためのものではないことに留意しなければならない。また、本発明の技術分野における通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内で多様な実施形態が可能であることを理解することができる。
【符号の説明】
【0100】
71 基板
72A 周辺ゲート絶縁膜
73A 第1ポリシリコン膜
74A 第2ポリシリコンパターン(ランディングプラグ)
75 ハードマスク膜
77 素子分離膜
78 第2トレンチ
79 セルゲート絶縁膜
80A 埋め込みゲート
81 シール膜

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、
前記プラグ導電膜をエッチングしてランディングプラグを形成するステップと、
前記ランディングプラグ間の基板をエッチングしてトレンチを形成するステップと、
前記トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記ゲート絶縁膜上に前記トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記埋め込みゲートの上部をギャップフィルするシール膜を形成するステップと、
前記ランディングプラグの表面を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、
をさらに含む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。
【請求項3】
前記シール膜は、酸化膜、窒化膜、及び窒化膜と酸化膜とが積層された二重膜から選択されたいずれか1つを含む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。
【請求項4】
前記プラグ導電膜は、金属膜またはポリシリコン膜を含む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。
【請求項5】
前記ランディングプラグを形成するステップ及び前記トレンチを形成するステップは、
ハードマスク膜をエッチングバリアとして用いて行われ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。
【請求項6】
基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、
前記プラグ導電膜及び基板をエッチングして第1トレンチを形成するステップと、
前記第1トレンチをギャップフィルする素子分離膜を形成するステップと、
前記プラグ導電膜をエッチングしてランディングプラグを形成するステップと、
前記ランディングプラグ間の基板をエッチングして第2トレンチを形成するステップと、
前記第2トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記ゲート絶縁膜上に前記第2トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記埋め込みゲートの上部をギャップフィルするシール膜を形成するステップと、
前記プラグ導電膜を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項8】
前記シール膜は、酸化膜、窒化膜、及び窒化膜と酸化膜とが積層された二重膜から選択されたいずれか1つを含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項9】
前記プラグ導電膜は、金属膜またはポリシリコン膜を含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項10】
前記ランディングプラグを形成するステップ及び第2トレンチを形成するステップは、
ハードマスク膜をエッチングバリアとして用いて行われることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項11】
前記プラグ導電膜上にハードマスク窒化膜をさらに形成し、前記ハードマスク窒化膜が、前記埋め込みゲートの形成時に除去されることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項12】
基板に素子分離膜を形成するステップと、
前記基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、
前記プラグ導電膜をエッチングしてランディングプラグを形成するステップと、
前記ランディングプラグ間の基板をエッチングしてトレンチを形成するステップと、
前記トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記ゲート絶縁膜上に前記トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項13】
前記埋め込みゲートの上部をギャップフィルするシール膜を形成するステップと、
前記ランディングプラグの表面を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項14】
前記シール膜は、酸化膜、窒化膜、及び窒化膜と酸化膜とが積層された二重膜から選択されたいずれか1つを含むことを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項15】
前記プラグ導電膜は、金属膜またはポリシリコン膜を含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項16】
前記ランディングプラグを形成するステップ及びトレンチを形成するステップは、
ハードマスク膜をエッチングバリアとして用いて行われることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項17】
セル領域と周辺領域とが画定された基板の前記周辺領域上に選択的にゲート絶縁膜及びゲート導電膜を形成するステップと、
前記基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、
前記プラグ導電膜をエッチングして前記セル領域にランディングプラグを形成するステップと、
前記ランディングプラグ間の基板をエッチングしてトレンチを形成するステップと、
前記トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記ゲート絶縁膜上に前記トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、
前記周辺領域においてゲートを形成するためのゲートパターニングを行うステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項18】
前記ゲートパターニングを行うステップの前に、
前記埋め込みゲートの上部をギャップフィルするシール膜を形成するステップと、
前記シール膜を含む基板の全面を覆うキャップ膜を形成するステップと、
前記周辺領域がオープンされるように前記キャップ膜をエッチングするステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項19】
前記シール膜は、酸化膜、窒化膜、及び窒化膜と酸化膜とが積層された二重膜から選択されたいずれか1つを含むことを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項20】
前記キャップ膜は、窒化膜と酸化膜とを積層して形成されることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項21】
前記セル領域に残留するキャップ膜の一部をエッチングして前記ランディングプラグの表面を露出させるコンタクトホールを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項22】
前記プラグ導電膜は、金属膜またはポリシリコン膜を含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項23】
前記ランディングプラグを形成するステップ及びトレンチを形成するステップは、
ハードマスク膜をエッチングバリアとして用いて行われることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項24】
前記周辺領域上に選択的にゲート絶縁膜及びゲート導電膜を形成するステップが、
前記基板の全面に前記ゲート絶縁膜及びゲート導電膜を順に形成するステップと、
セル領域オープン工程により前記ゲート導電膜及びゲート絶縁膜を前記周辺領域に残留させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項25】
セル領域と周辺領域とが画定された基板の前記周辺領域上にゲート絶縁膜及びゲート導電膜を形成するステップと、
前記基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、
前記プラグ導電膜及び基板をエッチングして第1トレンチを形成するステップと、
前記第1トレンチをギャップフィルする素子分離膜を形成するステップと、
前記プラグ導電膜をエッチングして前記セル領域にランディングプラグを形成するステップと、
前記ランディングプラグ間の基板をエッチングして第2トレンチを形成するステップと、
前記第2トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記ゲート絶縁膜上に前記第2トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、
前記周辺領域においてゲートを形成するためのゲートパターニングを行うステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項26】
前記ゲートパターニングを行うステップの前に、
前記埋め込みゲートの上部をギャップフィルするシール膜を形成するステップと、
前記シール膜を含む基板の全面を覆うキャップ膜を形成するステップと、
前記周辺領域がオープンされるように前記キャップ膜をエッチングするステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項27】
前記シール膜は、酸化膜、窒化膜、及び窒化膜と酸化膜とが積層された二重膜から選択されたいずれか1つを含むことを特徴とする請求項26に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項28】
前記キャップ膜は、窒化膜と酸化膜とを積層して形成されることを特徴とする請求項26に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項29】
前記セル領域に残留するキャップ膜の一部をエッチングして前記ランディングプラグの表面を露出させるコンタクトホールを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項26に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項30】
前記プラグ導電膜は、金属膜またはポリシリコン膜を含むことを特徴とする請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項31】
前記ランディングプラグを形成するステップ及び第2トレンチを形成するステップは、
ハードマスク膜をエッチングバリアとして用いて行われることを特徴とする請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項32】
前記周辺領域上に選択的にゲート絶縁膜及びゲート導電膜を形成するステップは、
前記基板の全面に前記ゲート絶縁膜及びゲート導電膜を順に形成するステップと、
セル領域オープン工程により前記ゲート導電膜及びゲート絶縁膜を前記周辺領域にのみ残留させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項33】
前記プラグ導電膜上にハードマスク窒化膜をさらに形成し、前記ハードマスク窒化膜が、前記埋め込みゲートの形成時に除去されることを特徴とする請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項34】
セル領域と周辺領域とが画定された基板に素子分離膜を形成するステップと、
前記周辺領域の基板上に選択的にゲート絶縁膜及びゲート導電膜を形成するステップと、
前記基板の全面にプラグ導電膜を形成するステップと、
前記プラグ導電膜をエッチングして前記セル領域にランディングプラグを形成するステップと、
前記ランディングプラグ間の基板をエッチングしてトレンチを形成するステップと、
前記トレンチの表面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記ゲート絶縁膜上に前記トレンチの一部を埋め込む埋め込みゲートを形成するステップと、
前記周辺領域においてゲートを形成するためのゲートパターニングを行うステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項35】
前記ゲートパターニングを行うステップの前に、
前記埋め込みゲートの上部をギャップフィルするシール膜を形成するステップと、
前記シール膜を含む基板の全面を覆うキャップ膜を形成するステップと、
前記周辺領域がオープンされるように前記キャップ膜をエッチングするステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項34に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項36】
前記シール膜は、酸化膜、窒化膜、及び窒化膜と酸化膜とが積層された二重膜から選択されたいずれか1つを含むことを特徴とする請求項35に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項37】
前記キャップ膜は、窒化膜と酸化膜とを積層して形成されることを特徴とする請求項35に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項38】
前記セル領域に残留するキャップ膜の一部をエッチングして前記ランディングプラグの表面を露出させるコンタクトホールを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項34に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項39】
前記プラグ導電膜は、金属膜またはポリシリコン膜を含むことを特徴とする請求項34に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項40】
前記ランディングプラグを形成するステップ及びトレンチを形成するステップは、
ハードマスク膜をエッチングバリアとして用いて行われることを特徴とする請求項34に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項41】
前記周辺領域上に選択的にゲート絶縁膜及びゲート導電膜を形成するステップは、
前記基板の全面に前記ゲート絶縁膜及びゲート導電膜を順に形成するステップと、
セル領域オープン工程により前記ゲート導電膜及びゲート絶縁膜を前記周辺領域にのみ残留させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項34に記載の半導体装置の製造方法。

【図1A】
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【図1B】
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【図1C】
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【図1D】
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【図1E】
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【図2A】
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【図2B】
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【図2C】
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【図2D】
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【図2E】
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【図2F】
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【図2G】
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【図2H】
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【図3A】
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【図3B】
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【図3C】
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【図3D】
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【図3E】
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【図3F】
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【図4A】
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【図4B】
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【図4C】
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【図4D】
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【図4E】
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【図4F】
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【図4G】
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【図4H】
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【図4I】
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【図4J】
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【図5A】
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【図5B】
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【図5C】
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【図5D】
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【図5E】
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【図5F】
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【図5G】
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【図5H】
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【図5I】
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【図5J】
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【図5K】
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【公開番号】特開2011−14867(P2011−14867A)
【公開日】平成23年1月20日(2011.1.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−11238(P2010−11238)
【出願日】平成22年1月21日(2010.1.21)
【出願人】(591024111)株式会社ハイニックスセミコンダクター (1,189)
【氏名又は名称原語表記】HYNIX SEMICONDUCTOR INC.
【住所又は居所原語表記】San 136−1,Ami−Ri,Bubal−Eup,Ichon−Shi,Kyoungki−Do,Korea
【Fターム(参考)】