JP2827579B2 - 半導体メモリセルとその形成方法 - Google Patents
半導体メモリセルとその形成方法Info
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Description
1トランジスタ・1キャパシタ型半導体メモリセルとそ
の形成方法に関する。
年の1kビット・ダイナミック・ランダム・アクセス・
メモリの発売を出発点として、3年に4倍の割合で大規
模化がなされ、そのメモリセルの面積は一世代に0.3
〜0.4倍に縮小されてきた。メモリセルを縮小しても
ソフトエラー耐性を低下させないために、セル容量の確
保が重要な問題となっている。
シンポジウム・オン・ブイエルエスアイ・テクノロジー
・ダイジェスト・オブ・テクニカルペーパーズ(198
9SYMPOSIUM ON VLSI TECHNO
LOGY DIGESTOF TECHNICAL P
APERS)、69ページで述べられている方法があ
る。
コン基板1に形成されたMOSトランジスタの一方のソ
ース・ドレイン領域5−1上に、蓄積電極として、中
空,柱状の導電部材8を形成し、その外壁のみでなく、
内壁も容量部として利用することにより、セル面積の増
大を抑えながら大きな容量を確保しようとしている。
の導電部材8の周囲に存在した絶縁膜に、導電体膜を堆
積し、それをエッチバックすることにより形成されてい
る。そのため、図8に示されるように、導電部材8の上
側の端部は鋭く、尖っている。その為、この部分に電界
集中が生じ、容量を形成する絶縁膜の耐圧を低下させ、
メモリセルの信頼性を落とす原因となっている。
状な蓄積電極の上端面を平坦にすることにより、この部
分への電界集中をなくし、信頼性の高い蓄積電極を形成
することができる半導体メモリセルとその形成方法を提
供することにある。
ルは、一つのMOSトランジスタと、該MOSトランジ
スタの一方のソース・ドレイン領域に容量部が接続さ
れ、他方のソース・ドレイン領域にビット線が接続され
て成る半導体メモリセルにおいて、酸化シリコン膜に窒
化シリコン膜が積層してなる下層層間絶縁膜が、前記M
OSトランジスタを被覆し、前記下層層間絶縁膜を貫通
する開口部を介して前記一方のソース・ドレイン領域に
接続された前記容量部が、該一方のソース・ドレイン領
域上から前記MOSトランジスタのゲート電極上にかけ
て該下層層間絶縁膜を介して設けられ該一方のソース・
ドレイン領域に接続される柱状で中空、かつ、その上端
面が平坦な導電部材と、該導電部材の全表面に形成され
る誘電体膜と、該誘電体膜の全表面上に形成される対向
電極とを有し、前記下層層間絶縁膜及び容量部を上層層
間絶縁膜が被覆し、前記ビット線が、前記上層層間絶縁
膜を選択的に被覆し、該上層層間絶縁膜及び前記下層層
間絶縁膜を貫通するコンタクト孔を介して前記他方のソ
ース・ドレイン領域に接続されていることを特徴とす
る。
半導体基板にMOSトランジスタを形成する工程と、酸
化シリコン膜に窒化シリコン膜が積層してなる下層層間
絶縁膜により前記MOSトランジスタを被覆し、該下層
層間絶縁膜に該MOSトランジスタの一方のソース・ド
レイン領域に達する開口部を形成する工程と、前記開口
部を介して前記MOSトランジスタの一方のソース・ド
レイン領域に接続して、前記下層層間絶縁膜を被覆する
導電体膜を被着する工程と、レジスト膜をマスクにした
エッチングにより、前記導電体膜のうち、前記一方のソ
ース・ドレイン領域上を除く部分の該導電体膜を薄く
し、該導電体膜に凸部を形成する工程と、前記レジスト
膜を除去し、全面に酸化シリコン膜を被着し、該酸化シ
リコン膜をエッチバックして、前記凸部の側壁を選択的
に被覆する該酸化シリコン膜からなる耐エッチング部材
を形成し、しかる後に、前記導電体膜をエッチングし、
該耐エッチング部材の外側の部分の該導電体膜を完全に
除去した時点でエッチングを停止し、該耐エッチング部
材の下側に、中空で柱状、かつ、その上面が平坦で、さ
らにその底部が前記一方のソース・ドレインに接続され
た導電部材を形成する工程と、前記耐エッチング部材を
選択的に除去する工程と、前記導電部材表面に誘電体膜
を形成する工程と、前記導電体膜上に対向電極を形成し
て、容量部を形成する工程と、前記下層層間絶縁膜及び
容量部を被覆する上層層間絶縁膜を形成し、該上層層間
絶縁膜及び該下層層間絶縁膜を貫通して前記MOSトラ
ンジスタの他方のソース・ドレイン領域に達するコンタ
クト孔を形成し、該コンタクト孔を介して該他方のソー
ス・ドレイン領域に接続されるビット線を形成する工程
とを含んで構成される。
て説明する。
面図である。このメモリセルは、MOSトランジスタと
容量部とを有している。MOSトランジスタは、P型シ
リコン基板1に形成されたN型ソース・ドレイン領域5
−1,5−2と、ゲート酸化膜3を介して積層されたゲ
ート電極4とで構成されている。このMOSトランジス
タは、酸化シリコン膜からなる第1層間絶縁膜6に窒化
シリコン膜からなる第2層間絶縁膜か積層してなる下層
層間絶縁膜により被覆されている。容量部は、下層層間
絶縁膜を介してN型ソース・ドレイン領域5−1上から
ゲート電極4上にかけて設けられ、さらに、下層層間絶
縁膜に設けられた開口部を介してこのN型ソース・ドレ
イン領域5−1に接続されている。容量部及び第2層間
絶縁膜7は、上層層間絶縁膜である第3層間絶縁膜11
により被覆されている。第3層間絶縁膜11,第2層間
絶縁膜7並びに第1層間絶縁膜6を貫通して形成された
コンタクト孔12を介して、ビット線13とN型ソース
・ドレイン領域5−2とが接続されている。
に接続された柱状で中空(別の言い方をすればリング
状)、かつその上の上端面が平坦な導電体部材8よりな
る蓄積電極とセルプレート10(対向電極)と両者を隔
絶する容量絶縁膜9(誘電体膜)とからなる。セルプレ
ート10とビット線13とは、第3層間絶縁膜11で隔
絶され、素子分離はシリコン基板1に形成された酸化シ
リコン膜2によりなされている。
方法の一実施例を説明する為の工程順に示した半導体チ
ップの断面図である。
のP型シリコン基板1に熱酸化により約40nmの図示
しないマスク酸化膜を形成し、次にCVD法により、図
示しない窒化シリコン膜を約120nmの厚さに堆積
し、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術に
より、所定領域上にマスク酸化膜と窒化シリコン膜が残
る様にパターニングした後、熱酸化することにより厚さ
600nmの酸化シリコン膜2を形成して素子領域を区
画する。そして、窒化シリコン膜とマスク酸化膜をウェ
ットエッチング除去する。
域に厚さ20nmのゲート酸化膜3を形成する。CVD
法により多結晶シリコン膜500nmの厚さに堆積し、
通常のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術
によりゲート電極4を形成する。
ルギー100keV,ドーズ量5×1015/cm2 で注
入し、N型ソース・ドレイン領域5−1,5−2を形成
する。次に、ウェットエッチングでゲート電極4の直下
のゲート酸化膜3のみを残して他を除去する。次にCV
D法により酸化シリコン膜を堆積しこれを第1層間絶縁
膜6とする。ひき続き、CVD法により窒化シリコン膜
を堆積し、これを第2層間絶縁膜7とする。
レイン領域5−1上の第1層間絶縁膜6と第2層間絶縁
膜7の一部を通常のフォトリソグラフィ技術とドライエ
ッチング技術を用いてエッチング除去し、N型ソース・
ドレイン領域5−1に達する開口部を形成する。CVD
法により多結晶シリコン膜16を堆積し、リンを熱拡散
したのち、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、レ
ジスト膜14をパターニングし、続いて、ドライエッチ
ング技術を用いて、レジスト膜14のない部分の多結晶
シリコン膜16をエッチングし、薄くすることによっ
て、図5に示すように多結晶シリコン膜16に凸部を形
成する。次いでレジスト膜14を除去し全面に、CVD
法により酸化シリコン膜を堆積した後、エッチバックを
行ない、多結晶シリコン膜16の凸部の側壁にのみに
(耐エッチング部材である)酸化シリコン膜15を形成
する。さらに、その状態から、ドライエッチング技術を
用いて、多結晶シリコン膜16をエッチングし、酸化シ
リコン膜15の外側部分の多結晶シリコン膜16が、な
くなった時点でエッチングを停止すると、図5に示した
多結晶シリコン膜16の凸部の高さに応じ、N型ソース
・ドレイン領域5−1の上側、および酸化シリコン膜1
5の下側には、多結晶シリコン膜16が残る。酸化シリ
コン膜15を選択的にエッチング除去することにより、
図6に示す導電体部材8が形成される。
D法により多結晶シリコン膜を堆積させ、リンを熱拡散
し、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術に
よりパターニングし、図7に示す容量絶縁膜9とセルプ
レート10を得る。
成る第3層間絶縁膜11を堆積した後、コンタクト孔1
2を開孔し、アルミニウム膜でビット線13を形成する
ことにより図1に示す構造のメモリセルが得られる。
て、シリコンの熱酸化膜を用いたが容量を大きくするこ
と、信頼性を高めることを主目的として酸化シリコン膜
と窒化シリコン膜のどちらか一方、あるいは両方を用い
て1層〜3層構造としても良い。
をアルミニウム膜とし、蓄積電極の上側を通すとした
が、アルミニウムをこれよりも隔点の高いポリサイドな
どに変え、蓄積電極の下側を通しても良い。
積電極の構成要素として、柱状,中空でかつ、その上端
面が平坦な導電体部材を用いている為、その上端面が、
鋭角的に尖っている場合に比べ、容量絶縁膜の耐圧が、
向上し、信頼性が増大するという効果が得られる。
る。
明するための断面図である。
明するための断面図である。
明するための断面図である。
明するための断面図である。
明するための断面図である。
明するための断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 一つのMOSトランジスタと、該MOS
トランジスタの一方のソース・ドレイン領域に容量部が
接続され、他方のソース・ドレイン領域にビット線が接
続されて成る半導体メモリセルにおいて、酸化シリコン膜に窒化シリコン膜が積層してなる下層層
間絶縁膜が、前記MOSトランジスタを被覆し、 前記下層層間絶縁膜を貫通する開口部を介して前記一方
のソース・ドレイン領域に接続された 前記容量部が、該
一方のソース・ドレイン領域上から前記MOSトランジ
スタのゲート電極上にかけて該下層層間絶縁膜を介して
設けられ該一方のソース・ドレイン領域に接続される柱
状で中空、かつ、その上端面が平坦な導電部材と、該導
電部材の全表面に形成される誘電体膜と、該誘電体膜の
全表面上に形成される対向電極とを有し、 前記下層層間絶縁膜及び容量部を上層層間絶縁膜が被覆
し、 前記ビット線が、前記上層層間絶縁膜を選択的に被覆
し、該上層層間絶縁膜及び前記下層層間絶縁膜を貫通す
るコンタクト孔を介して前記他方のソース・ドレイン領
域に接続され ていることを特徴とする半導体メモリセ
ル。 - 【請求項2】 半導体基板にMOSトランジスタを形成
する工程と、酸化シリコン膜に窒化シリコン膜が積層してなる下層層
間絶縁膜により前記MOSトランジスタを被覆し、該下
層層間絶縁膜に該MOSトランジスタの一方のソース・
ドレイン領域に達する開口部を形成する工程と、 前記開口部を介して 前記MOSトランジスタの一方のソ
ース・ドレイン領域に接続して、前記下層層間絶縁膜を
被覆する導電体膜を被着する工程と、 レジスト膜をマスクにしたエッチングにより、前記 導電
体膜のうち、前記一方のソース・ドレイン領域上を除く
部分の該導電体膜を薄くし、該導電体膜に凸部を形成す
る工程と、前記レジスト膜を除去し、全面に酸化シリコン膜を被着
し、該酸化シリコン膜をエッチバックして、前記 凸部の
側壁を選択的に被覆する該酸化シリコン膜からなる耐エ
ッチング部材を形成し、しかる後に、前記導電体膜をエ
ッチングし、該耐エッチング部材の外側の部分の該導電
体膜を完全に除去した時点でエッチングを停止し、該耐
エッチング部材の下側に、中空で柱状、かつ、その上面
が平坦で、さらにその底部が前記一方のソース・ドレイ
ンに接続された導電部材を形成する工程と、前記 耐エッチング部材を選択的に除去する工程と、 前記導電部材表面に誘電体膜を形成する工程と、前記 導電体膜上に対向電極を形成して、容量部を形成す
る工程と、前記下層層間絶縁膜及び容量部を被覆する上層層間絶縁
膜を形成し、該上層層間絶縁膜及び該下層層間絶縁膜を
貫通して前記MOSトランジスタの他方のソース・ドレ
イン領域に達するコンタクト孔を形成し、該コンタクト
孔を介して該他方のソース・ドレイン領域に接続される
ビット線を形成する工程と を含むことを特徴とする半導
体メモリセルの形成方法。
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP3138106A JP2827579B2 (ja) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | 半導体メモリセルとその形成方法 |
Publications (2)
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JPH04364068A JPH04364068A (ja) | 1992-12-16 |
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ID=15214092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3138106A Expired - Lifetime JP2827579B2 (ja) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | 半導体メモリセルとその形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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-
1991
- 1991-06-11 JP JP3138106A patent/JP2827579B2/ja not_active Expired - Lifetime
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