JPH10242273A - 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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JPH10242273A
JPH10242273A JP9042556A JP4255697A JPH10242273A JP H10242273 A JPH10242273 A JP H10242273A JP 9042556 A JP9042556 A JP 9042556A JP 4255697 A JP4255697 A JP 4255697A JP H10242273 A JPH10242273 A JP H10242273A
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mask layer
contact hole
forming
etching
semiconductor device
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Tetsuo Gocho
哲雄 牛膓
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Abstract

(57)【要約】 【課題】コンタクトホールの径を狭め高集積化可能で、
耐圧性の確保など配線の信頼性を高めたコンタクトホー
ルを有する半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】半導体基板10上に絶縁膜21、22を形
成する工程と、絶縁膜21、22上に第1マスク層33
を形成する工程と、第1マスク層33に第1コンタクト
ホールを開口するCH1工程と、第1コンタクトホール
CH1の内壁表面における選択成長により第2マスク層
34を形成する工程と、第2マスク層34をマスクにし
て絶縁膜21、22に第2コンタクトホールCH2を開
口する工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に微細なコンタクトを有する半導体装置の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体記憶装置などに見られるよ
うに、半導体装置の高集積化及び高性能化が進展するに
伴い、半導体装置の微細加工が必須の条件となってきて
いる。特に高集積度が必要な半導体記憶装置において
は、トランジスタのゲート電極のゲート幅やDRAMな
どでのキャパシタの占有面積を狭める一方で、フォトリ
ソグラフィーの解像度以上の微細な寸法にコンタクトホ
ールを形成する必要がある。
【0003】例えばメモリセルサイズを小さくする構造
の一つであるCOB構造(Capacitor Over Bitline;キ
ャパシタをビットラインよりも上層に形成する構造)を
用いたDRAMにおいては、第1の配線として形成され
たワード線と、ワード線に直行するレイアウトでワード
ラインの上層に形成されたビット線があり、さらにその
上層に記憶ノードを形成する。この場合、記憶ノードコ
ンタクトはワード線とビット線が交差する間隙に形成し
なければならない。
【0004】上記の記憶ノードコンタクトを形成するた
めのフォトリソグラフィー工程において合わせずれが生
じると、記憶ノードコンタクトとワード線の間、あるい
は記憶ノードコンタクトとビット線の間で短絡などが生
じる可能性がある。このような合わせずれが生じても記
憶ノードコンタクトとワード線の間、及び記憶ノードコ
ンタクトとビット線の間の耐圧性を確保するためには、
記憶ノードコンタクトとワード線の間、及び記憶ノード
コンタクトとビット線の間の距離を大きくすればよい
が、この場合、セルサイズが大きくなってしまうので、
高集積化に弊害が生じるという不利益がある。
【0005】上記の不利益を回避し、記憶ノードコンタ
クトとワード線の間、及び記憶ノードコンタクトとビッ
ト線の間の距離を大きくすることなく耐圧性を確保する
技術として、コンタクトホール工程の位置合わせのため
のマスク上の設計余裕を不要にできる自己整合コンタク
ト技術が注目され、特に0.25μmルール以降の世代
で活発化してきている。しかし、自己整合コンタクトを
を実用化するには、薄いSi3 4 上でエッチングを停
止させるような難度の高いエッチング技術をクリアする
ことが必要であるなど、まだ課題が多いと言わざるを得
ない。
【0006】一方で、記憶ノードコンタクトとワード線
の間、及び記憶ノードコンタクトとビット線の間の距離
を大きくすることなく、コンタクトホールをフォトリソ
グラフィーの解像度以上に小さくし、径を狭めることに
より、記憶ノードコンタクトとワード線の間、及び記憶
ノードコンタクトとビット線の間に一定の距離を確保
し、耐圧性を確保する技術が知られている。以下に、上
記のコンタクトホールの径を狭めて開口する方法につい
て図面を参照して説明する。
【0007】まず、図5(a)に示すように、シリコン
半導体基板10上に、図示しないゲート酸化膜、ゲート
電極(ワード線)31、及び図示しない拡散層などから
なるトランジスタなどの半導体素子を形成した後、これ
らの素子を被覆して例えば酸化シリコンを常圧CVD法
などによって堆積し、リフローあるいはエッチバックな
どにより平坦化して第1絶縁膜21を形成する。次に、
第1絶縁膜21の上層にビット線32を形成し、ビット
線32を被覆して例えば酸化シリコンを常圧CVDなど
法によって堆積し、リフローあるいはエッチバックなど
により平坦化して第2絶縁膜22を形成する。次に、第
2絶縁膜22のの上層に例えばポリシリコンを減圧CV
D法で200nm堆積させて第1マスク層33を形成す
る。第1マスク層33の上層にレジスト膜Rを例えば径
0.32μmにパターニングする。
【0008】次に、図5(b)に示すように、レジスト
RをマスクにしてRIE(反応性イオンエッチング)な
どのエッチングを行い、第1マスク層33を貫通し、第
2絶縁膜22の表面を露出させる第1コンタクトホール
CH1を開口する。次に、レジストRを除去する。
【0009】次に、図6(c)に示すように、例えばポ
リシリコンを減圧CVD法にて第1マスク層31及び第
1コンタクトホールCH1内を全面に被覆して100n
m堆積し、第2マスク層36を形成する。
【0010】次に、図6(d)に示すように、RIEな
どのエッチングを行い、第1コンタクトホールCH1内
の側壁部をサイドウォール状に残すように第2マスク層
36をエッチングして、サイドウォールマスク層36a
を形成する。この後は、サイドウォールマスク層26a
をマスクにしてエッチングを行い、第1絶縁膜21及び
第2絶縁膜22を貫通して半導体基板10を露出させる
第2コンタクトホールを開口する。この時の第2コンタ
クトホールの開口径は例えば0.1μm程度であり、サ
イドウォールマスク層36aの形成でエッチングマスク
の径を狭めたことにより、微細なコンタクトホールを形
成できる。
【0011】上記の方法によれば、前述の自己整合コン
タクトと異なり、対Si3 4 高選択比条件等の新規プ
ロセスなどは不要で、マイクロローディング効果を注意
深くクリアしていくという従来からのアプローチを適用
することで、0.1μmφ程度の極微細・高アスペクト
比のコンタクトホールの開口を達成することができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなサイドウォールマスク層の形成によりエッチング
マスクの径を狭めて微細なコンタクトホールを形成する
場合、図7(e)に示すように、第1絶縁膜21及び第
2絶縁膜22をエッチングする際に、ポリシリコンより
も酸化シリコンの方がエッチングされるようにエッチン
グ選択比をとっているものの、サイドウォールマスク層
36aの肩部に後退が生じる。図7(e)中、サイドウ
ォールマスク層36aの肩部の後退前の表面の位置を点
線で示す。このサイドウォールマスク層36aの後退が
激しい状態が続くと、実効的なコンタクトホールの径が
大きくなってしまう。
【0013】さらに、サイドウォールマスク層36aの
肩部のエッチングが進行すると、RIEなどにおけるエ
ッチングイオンがサイドウォールマスク層36aの表面
で反射してコンタクトホール内に入射し、コンタクトホ
ール内壁部にあたるイオンが増える。このため、コンタ
クトホール内壁部にボウイングBが発生しやすくなる。
ボウイングBが発生すると、コンタクトとビット線32
などの配線層との間の距離が短くなり、耐圧性が劣化し
てしまう。
【0014】また、図7(f)に示すように、コンタク
トホール内をポリシリコンなどの導電体で埋め込んで埋
め込み配線層37を形成したときに、ボウイングBの近
傍にボイドVが発生することがある。ボイドV中にウェ
ット洗浄における洗浄液が残った場合に、後の熱処理工
程で爆発を起こす危険性がある。また、埋め込み配線層
37をエッチバックしてコンタクトプラグを形成したと
きに、ボイドVがあるとプラグロス(リセス量)が大き
くなって上層配線との接続におけるカバレージが悪くな
り、配線の信頼性が低下する。また、極端に大きなボイ
ドVが発生した場合には、コンタクトプラグ形成のエッ
チングの際にコンタクトホール底部の半導体基板までエ
ッチングされてしまい、接合リーク電流の増加を招くこ
ともある。
【0015】上記のようにサイドウォールマスク層が後
退してコンタクトホールの開口径が広がってしまった
り、ボウイングやボイドが発生して耐圧性が低下するな
ど配線の信頼性を低下させる原因として、第2マスク層
の堆積後にエッチバックして形成したサイドウォールマ
スク層の表面が、半導体基板に対して斜めの表面を有し
ていることがあげられる。サイドウォールマスク層をエ
ッチバックにより形成するため、第2マスク層の肩が落
ちてしまい、斜めの表面を持つようになる。これは、エ
ッチングイオンのスパッタ効率が40〜60度の面角度
で最大になることに起因する。
【0016】上記のように斜めの表面を有するサイドウ
ォールマスク層は、エッチングイオンとの面角度が大き
くなってエッチングイオンが斜めの表面にあたり、コン
タクトホールの開口径を広げるとともに、反射してコン
タクトホール内に斜めに入射し、ボウイングが発生しや
すくなる。
【0017】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、従って、本発明の目的は、コンタクトホール
の径を狭めてフォトリソグラフィーの解像度以上に小さ
くし、ボウイング及びボイドの発生を抑制して耐圧性の
確保など配線の信頼性を高めたコンタクトホールを有
し、高集積化及び高性能化が可能な半導体装置の製造方
法を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に
絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第1マスク層
を形成する工程と、前記第1マスク層に第1コンタクト
ホールを開口する工程と、前記第1コンタクトホールの
内壁表面における選択成長により第2マスク層を形成す
る工程と、前記第2マスク層をマスクにして前記絶縁膜
に第2コンタクトホールを開口する工程とを有する。
【0019】コンタクトホールの開口工程などでのエッ
チングイオンは、そのほとんどが半導体基板に対して垂
直に入射するので、エッチングマスクが半導体基板に対
してできるだけ垂直に切り立った形状(矩形)をしてい
れば、コンタクトホール内にエッチングイオンは垂直に
入射することとなる。エッチングマスクを半導体基板に
対して垂直に切り立った形状(矩形)にすることによ
り、エッチングイオンがマスク層にあたってコンタクト
ホールを広げることや、マスク層から反射してコンタク
トホールの内部に斜めに入射してボウイングを形成する
ことなどを防ぐことができる。
【0020】上記のようにエッチングマスクを半導体基
板に対してできるだけ垂直に切り立った形状(矩形)に
するためには、エッチバックによりサイドウォールマス
ク層を形成しないで、第1マスク層に形成された開口部
に、エッチバックをせずに選択成長のみによって第2マ
スク層を形成することにより実現できる。第1マスク層
に形成された第1コンタクトホールは半導体基板に対し
て垂直に切り立った面を有するように加工でき、選択成
長においてもその面の角度を保存しながら第2マスク層
を形成することが可能である。
【0021】上記のように選択成長により第2マスク層
を形成するとによりエッチングイオンがマスク層にあた
ってコンタクトホールを広げることや、マスク層から反
射してコンタクトホールの内部に斜めに入射してボウイ
ングを形成することなどを防ぐことができ、さらにボイ
ドの発生を抑制できるので、プラグロスの増加を抑制す
ることができる。
【0022】上記の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記第2マスク層を形成する工程が選択的CVD法
により形成する工程である。選択的CVD法により第1
コンタクトホールの内壁の表面の角度を保存しながら第
2マスク層を形成することができる。
【0023】上記の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記第2マスク層の形成工程後、前記第2コンタク
トホールの開口工程前に前記第2マスク層をその上面か
ら研磨する工程を有する。選択成長によって第2マスク
層を形成した場合、コンタクトホールの底部近傍は半導
体基板に対して垂直に近い表面となるが、コンタクトホ
ールの上方部分においては丸みを持ったり、斜めの面と
なったりしてしまうことがある。第2マスク層の上面か
らCMP(Chemical Mechanical Polishing )などの研
磨を行って第2マスク層の上方部分の丸みを持ったり斜
めの面を有する部分を除去することにより、半導体基板
に対して垂直に近い表面のみを有する第2マスク層を形
成できる。
【0024】上記の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記第1コンタクトホールの開口工程と前記第2コ
ンタクトホールの開口工程のうち少なくともいずれかの
工程が低圧高密度のプラズマエッチングにより開口する
工程であり、さらに好適には、ECR(Electron Cyclo
tron Resonance)タイププラズタイプマエッチング、I
CP(Inductively Coupled Plasma)タイププラズマエ
ッチング、あるいはヘリコン波プラズマエッチングのい
ずれかにより開口する工程である。第1コンタクトホー
ル及び第2コンタクトホールの開口には、従来タイプの
プラズマ処理装置でも原理的に可能であるが、第1コン
タクトホールは半導体基板に対して垂直に開口すること
が好ましく、第2コンタクトホールは高アスペクト比の
コンタクトホールであることから、これらの開口工程に
おいては、低圧高密度プラズマ源を利用したエッチング
処理の使用が望ましい。低圧高密度プラズマにおいて
は、放電空間に電場を誘起させてプラズマ中の自由電子
を加速し、その結果生じる高エネルギー電子によって中
性ガスを電離し、高密度のプラズマを得る。低圧のエッ
チング室において高密度のプラズマを発生させると、基
板表面近傍に形成されるイオンシース中でイオンが、他
のイオンや中性ガス粒子と衝突する確率が小さくなるた
め、イオンの直進性が高まり、また電離度が高いために
イオン対中性ラジカルの比が大きくとれ、エッチングの
異方性を高めることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。
【0026】本実施形態半導体装置の製造方法により製
造した半導体装置の断面図を図1に示す。半導体基板1
0上に図示しないゲート絶縁膜、ゲート電極(ワード
線)31、図示しない拡散層などからなるトランジスタ
やその他の半導体素子が形成されており、その半導体基
板10の上層を第1絶縁膜21が被覆している。第1絶
縁膜21上にはビット線32が形成されており、さらに
その上層を第2絶縁膜22が被覆している。第1絶縁膜
21及び第2絶縁膜22には半導体基板10に達するコ
ンタクトホールが開口されており、コンタクトホール内
に埋め込み配線層35aが埋め込まれている。
【0027】かかる半導体装置は、コンタクトホールの
径を狭めてフォトリソグラフィーの解像度以上に小さく
し、ボウイング及びボイドがなく、耐圧性の確保など配
線の信頼性を高めたコンタクトホールを有する半導体装
置である。
【0028】以下に、上記の本実施例の半導体装置の製
造方法について説明する。まず、図2(a)に示すよう
に、シリコン半導体基板10に図示しない素子分離絶縁
膜をLOCOS法などにより形成し、トランジスタの活
性領域の形成やパンチスルー耐圧向上のためのイオン注
入を行う。次に、図示しないゲート酸化膜を形成し、例
えばポリシリコン及びタングステンシリサイドをCVD
法により堆積してゲート電極様にエッチング加工し、ポ
リサイドのゲート電極(ワード線)31を形成する。次
に、イオン注入により図示しない拡散層を形成し、電界
効果型トランジスタを形成する。また、半導体基板10
上にその他の半導体素子を形成するこもできる。
【0029】トランジスタなどの半導体素子を形成した
後、これらの素子を被覆して例えば酸化シリコンを常圧
CVD法などによって堆積し、リフローあるいはエッチ
バックなどにより平坦化して第1絶縁膜21を形成す
る。その上層に、例えばポリシリコン及びタングステン
シリサイドをCVD法により堆積してビット線様にエッ
チング加工し、ポリサイドのビット線32を形成する。
次にビット線32を被覆して例えば酸化シリコンを常圧
CVD法などによって堆積し、リフローあるいはエッチ
バックなどにより平坦化して第2絶縁膜22を形成す
る。
【0030】次に第2絶縁膜22の上層に例えばポリシ
リコンを減圧CVD法で300nm堆積させて第1マス
ク層33を形成する。このときの第1マスク層の堆積条
件は、例えば(装置:減圧CVD装置、ガス:SiH4/He/
N2=100/400/200sccm、圧力:70Pa、温度:550
℃)とすることができる。次に、第1マスク層33の上
層にレジスト膜Rを例えば径0.32μmにパターニン
グする。
【0031】次に、図2(b)に示すように、レジスト
Rをマスクにしてエッチングを行い、第1マスク層33
を貫通し、第2絶縁膜22の表面を露出させる第1コン
タクトホールCH1を開口する。このときのエッチング
条件は、例えば(装置:ECRタイププラズマエッチン
グ装置、ガス:C2Cl3F3/SF6=60/10sccm 、圧力:1.3
Pa、マイクロ波:850W、RF Power:100W、サ
セプタ温度:20℃)とすることができる。次に、レジ
ストRを除去する。
【0032】次に、図3(c)に示すように、例えばポ
リシリコンを減圧CVD法にて第1マスク層33の表面
上に対して選択成長により例えば膜厚100nm堆積
し、第2マスク層34を形成する。この時の第2マスク
層の堆積条件は、例えば(装置:減圧CVD装置、ガ
ス:SiH2Cl2/H2/HCl=100/2000/50sccm、圧力:15P
a、温度:800℃)とすることができる。
【0033】上記の図3(c)のように第2マスク層を
形成した後、研磨により第2マスク層の上方部分の丸み
を持ったり斜めの面を有する部分を除去してもよい。第
2マスク層の丸みを持った部分などを除去することによ
り半導体基板に対して垂直に近い表面のみを有する第2
マスク層を形成できる。研磨の方法としては、例えばC
MP(Chemical Mechanical Polishing )を用いること
ができる。
【0034】次に、図3(d)に示すように、第2マス
ク層34をマスクにして例えばRIEなどのエッチング
を行い、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22を貫通して
半導体基板10を露出させる第2コンタクトホールCH
2を開口する。このときのエッチング条件は、例えば
(装置:枚様式マグネトロン反応性イオンエッチング装
置、ガス:C4F8/CO/Ar=8/60/200sccm 、圧力:5.3P
a、RF Power:1600W、サセプタ温度:20℃)と
することができる。
【0035】次に、図4に示すように、例えばポリシリ
コンを減圧CVD法により第2コンタクトホールCH2
内を埋め込み、第2マスク層34を被覆して全面に30
0nm堆積し、埋め込み配線層35を形成する。
【0036】次に、図1に示すように、例えばRIEな
どのエッチングにより全面にエッチバックを行い、コン
タクトホールの外部の導電層を除去して、第2コンタク
トホールCH2内に埋め込み配線層35aを形成する。
【0037】以上で、図1に示すように、コンタクトホ
ールの径を狭めてフォトリソグラフィーの解像度以上に
小さくし、ボウイング及びボイドがなく、耐圧性の確保
など配線の信頼性を高めたコンタクトホールを有する半
導体装置を形成することができる。また、実施形態によ
れば、従来法に対して第2マスク層のエッチバック工程
とエッチバック工程後の洗浄工程を削減でき、工程を簡
略化することができる。
【0038】本発明は、MOSトランジスタの半導体装
置や、バイポーラ系の半導体装置、あるいはA/Dコン
バータなど、コンタクトホールを有する半導体装置であ
ればなんでも適用できる。特に高集積化が必要とされる
COB型のDRAMに好ましく適用することができ、装
置の微細化、縮小化が進められた半導体装置に、微細で
信頼性の高いコンタクトによる接合を提供することがで
きる。
【0039】本発明は、上記の実施の形態に限定されな
い。例えば、第1コンタクトホールの開口工程におい
て、第1マスク層33を貫通し、第2絶縁膜22の表面
を露出したところでエッチングを終了しているが、第2
絶縁膜22の上方にまでエッチングして開口部を設けて
もよく、また、第1マスク層33貫通する前に止めても
よい。また、第1マスク層、第2マスク層、埋め込み配
線層などは多層構成としてもよい。ゲート電極及びビッ
ト線はポリサイドの2層構成としているが、1層構成で
もよく、3層以上の構成でもよい。その他、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、コンタクトホールの径
を狭めてフォトリソグラフィーの解像度以上に小さく
し、ボウイング及びボイドがなく、耐圧性の確保など配
線の信頼性を高めたコンタクトホールを有する半導体装
置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の半導体装置の製造方法により製
造した半導体装置の断面図である。
【図2】図2は本発明の半導体装置の製造方法の製造工
程を示す断面図であり、(a)はレジスト膜形成工程ま
で、(b)は第1コンタクトホールの開口工程までを示
す。
【図3】図3は図2の続きの工程を示し、(c)は第2
マスク層の形成工程まで、(d)は第2コンタクトホー
ルの開口工程までを示す。
【図4】図4は図3の続きの工程を示し、埋め込み配線
層の形成工程までを示す。
【図5】図5は従来例の半導体装置の製造方法の製造工
程を示す断面図であり、(a)はレジスト膜形成工程ま
で、(b)は第1コンタクトホールの開口工程までを示
す。
【図6】図6は図5の続きの工程を示し、(c)は第2
マスク層の形成工程まで、(d)はサイドウォールマス
ク層の形成工程までを示す。
【図7】図7は図6の続きの工程を示し、(e)は第2
コンタクトホールの開口工程まで、(f)は埋め込み配
線層の形成工程までを示す。
【符号の説明】
10…半導体基板、21……第1絶縁膜、22……第2
絶縁膜、31…ゲート電極(ワード線)、32…ビット
線、33…第1マスク層、34、36…第2マスク層、
35、35a、37…埋め込み配線層、36a…サイド
ウォールマスク層、R…レジスト、CH1、CH2…コ
ンタクトホール

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜上に第1マスク層を形成する工程と、 前記第1マスク層に第1コンタクトホールを開口する工
    程と、 前記第1コンタクトホールの内壁表面における選択成長
    により第2マスク層を形成する工程と、 前記第2マスク層をマスクにして前記絶縁膜に第2コン
    タクトホールを開口する工程とを有する半導体装置の製
    造方法。
  2. 【請求項2】前記第2マスク層を形成する工程が選択的
    CVD法により形成する工程である請求項1記載の半導
    体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記第2マスク層の形成工程後、前記第2
    コンタクトホールの開口工程前に前記第2マスク層をそ
    の上面から研磨する工程を有する請求項1記載の半導体
    装置の製造方法。
  4. 【請求項4】前記第1コンタクトホールの開口工程と前
    記第2コンタクトホールの開口工程のうち少なくともい
    ずれかの工程が低圧高密度のプラズマエッチングにより
    開口する工程である請求項1記載の半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項5】前記低圧高密度のプラズマエッチングがE
    CRタイププラズタイプマエッチング、ICPタイププ
    ラズマエッチング、あるいはヘリコン波プラズマエッチ
    ングのいずれかである請求項4記載の半導体装置の製造
    方法。
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JP9042556A Pending JPH10242273A (ja) 1997-02-26 1997-02-26 半導体装置の製造方法

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JP (1) JPH10242273A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003007869A (ja) * 2001-06-26 2003-01-10 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2008288597A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Samsung Electronics Co Ltd 半導体素子及びその製造方法並びにdramの製造方法

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