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JP3171242B2 - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing the same

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JP3171242B2
JP3171242B2 JP12558398A JP12558398A JP3171242B2 JP 3171242 B2 JP3171242 B2 JP 3171242B2 JP 12558398 A JP12558398 A JP 12558398A JP 12558398 A JP12558398 A JP 12558398A JP 3171242 B2 JP3171242 B2 JP 3171242B2
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JP
Japan
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film
capacitor
electrode
semiconductor device
forming
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隆 佐甲
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NEC Corp
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D1/00Resistors, capacitors or inductors
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、特に、DRAM(DynamicRandom
Access Memory)におけるキャパシタ構造の改良に関す
る。
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
Access Memory).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体記憶装置に対して低コスト
化・大容量化の要求が高まっている。これらの要求を満
たすためには、装置サイズ(チップサイズ)当たりの容
量を増加させることが最も有効である。このため、半導
体記憶装置は、そのセルサイズがよりいっそう縮小化さ
れる傾向にある。以下、半導体記憶装置のうちのひとつ
であるDRAMについて考えてみる。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for semiconductor memory devices to be reduced in cost and increased in capacity. In order to satisfy these requirements, it is most effective to increase the capacity per device size (chip size). Therefore, the cell size of the semiconductor memory device tends to be further reduced. Hereinafter, a DRAM which is one of the semiconductor memory devices will be considered.

【0003】DRAMは、1つのトランジスタと1つの
キャパシタとの組み合わせを含んでいる。必要とされる
キャパシタ容量は、トランジスタに接続されているビッ
ト線の容量に基づいて計算される。この必要とされるキ
ャパシタ容量は、セルサイズが縮小化されても、あまり
変わらない。
[0003] A DRAM includes a combination of one transistor and one capacitor. The required capacitance of the capacitor is calculated based on the capacitance of the bit line connected to the transistor. This required capacitor capacity does not change much as the cell size is reduced.

【0004】キャパシタ容量は、容量膜の膜厚に反比例
するため、膜厚が薄いほど大きい。容量膜の膜厚は、容
量膜のリーク電流に基づいて決まるため、ある程度以下
に薄くはできない。
Since the capacitance of a capacitor is inversely proportional to the thickness of a capacitance film, the smaller the film thickness, the greater the capacitance. Since the thickness of the capacitor film is determined based on the leak current of the capacitor film, it cannot be reduced to a certain level or less.

【0005】また、キャパシタ容量は、キャパシタのキ
ャパシタ下部電極とキャパシタ上部電極とが容量膜を介
して対向する部分の面積(キャパシタ表面積)に比例す
る。このため、セルサイズが小型なほど、キャパシタ表
面積の確保が困難である。キャパシタ表面積を大きくす
るために、一般的に、キャパシタを三次元構造にしてい
る。キャパシタの三次元構造は、例えば、非常に膜厚の
厚いキャパシタ下部電極を有するもの(単純型厚膜スタ
ックキャパシタ)や、シリンダ形状のキャパシタ下部電
極を有するもの(シリンダ型スタックキャパシタ)等が
考えられている。以下、これらの製造方法について説明
する。
The capacitance of a capacitor is proportional to the area (capacitor surface area) of a portion where a capacitor lower electrode and a capacitor upper electrode of a capacitor oppose each other via a capacitance film. Therefore, it is more difficult to secure the surface area of the capacitor as the cell size becomes smaller. Generally, a capacitor has a three-dimensional structure in order to increase the surface area of the capacitor. As the three-dimensional structure of the capacitor, for example, a capacitor having a very thick capacitor lower electrode (simple thick film stack capacitor), a capacitor having a cylindrical capacitor lower electrode (cylinder stack capacitor), and the like can be considered. ing. Hereinafter, these manufacturing methods will be described.

【0006】まず、従来の単純型厚膜スタックキャパシ
タの製造方法について説明する。図5(a)に示すよう
に、素子分離酸化膜2、拡散層領域3、ゲート電極4、
およびビット線5を有する半導体基板1上に、フォトリ
ソグラフィの技術を用いて形成されたフォトレジストパ
ターン7をマスクとして、キャパシタコンタクト孔部部
6を開孔する。フォトレジストパターン7を除去後、図
5(b)に示すように、リンドープポリシリコン膜を例
えば0.9μm成膜した後に、フォトリソグラフィの技
術を用いて形成されたフォトレジストパターン8をマス
クとして、キャパシタ下部電極9を形成する。フォトレ
ジストパターン8を除去後、図5(c)に示すように、
例えば7nm程度のシリコン窒化膜を成膜して容量膜1
0を形成すると共に、リンドープポリシリコン膜を0.
15μm程度成膜してキャパシタ上部電極11を形成す
る。これにより電荷を保持するためのキャパシタが形成
される。
First, a method of manufacturing a conventional simple type thick film stacked capacitor will be described. As shown in FIG. 5A, an element isolation oxide film 2, a diffusion layer region 3, a gate electrode 4,
A capacitor contact hole 6 is formed on the semiconductor substrate 1 having the bit lines 5 by using a photoresist pattern 7 formed by photolithography as a mask. After removing the photoresist pattern 7, as shown in FIG. 5 (b), after forming a phosphorus-doped polysilicon film of, for example, 0.9 μm, the photoresist pattern 8 formed using the photolithography technique is used as a mask. Then, the capacitor lower electrode 9 is formed. After removing the photoresist pattern 8, as shown in FIG.
For example, a silicon nitride film having a thickness of about 7 nm
0, and a phosphorus-doped polysilicon film is formed to a thickness of 0.1.
A film of about 15 μm is formed to form the capacitor upper electrode 11. As a result, a capacitor for holding electric charges is formed.

【0007】次に、従来のシリンダ型スタックキャパシ
タの製造方法について説明する。図6(a)に示すよう
に、素子分離酸化膜2、拡散層領域3、ゲート電極4、
およびビット線5を有する半導体基板1上に、フォトリ
ソグラフィの技術を用いて形成されたフォトレジストパ
ターン7をマスクとしてキャパシタコンタクト孔部部6
を開孔する。フォトレジストパターン7を除去後、図6
(b)に示すように、0.15μm程度のリンドープポ
リシリコン膜および0.8μm程度のPSG膜を成膜し
た後に、フォトリソグラフィの技術を用いて形成された
フォトレジストパターン8をマスクとして、コア酸化膜
12およびキャパシタ下部電極9を形成する。フォトレ
ジストパターン8を除去後、図6(c)に示すように、
全面にリンドープポリシリコン膜を0.07μm程度成
膜した後に、全面エッチバックを行って側壁電極13を
形成する。次に、図6(d)に示すように、コア酸化膜
12を除去する。そして、図6(e)に示すように、例
えば7nm程度のシリコン窒化膜を成膜して容量膜10
を形成すると共に、例えばリンドープポリシリコン膜を
0.15μm程度成膜してキャパシタ上部電極11を形
成する。これにより、電荷を保持するためのキャパシタ
が形成される。
Next, a method of manufacturing a conventional cylinder type stack capacitor will be described. As shown in FIG. 6A, the isolation oxide film 2, the diffusion layer region 3, the gate electrode 4,
And a capacitor contact hole 6 using a photoresist pattern 7 formed on the semiconductor substrate 1 having the bit lines 5 by photolithography as a mask.
The hole is opened. After removing the photoresist pattern 7, FIG.
As shown in (b), after forming a phosphorus-doped polysilicon film having a thickness of about 0.15 μm and a PSG film having a thickness of about 0.8 μm, a photoresist pattern 8 formed using a photolithography technique is used as a mask. A core oxide film 12 and a capacitor lower electrode 9 are formed. After removing the photoresist pattern 8, as shown in FIG.
After a phosphorous-doped polysilicon film is formed on the entire surface to a thickness of about 0.07 μm, the entire surface is etched back to form a sidewall electrode 13. Next, as shown in FIG. 6D, the core oxide film 12 is removed. Then, as shown in FIG. 6E, for example, a silicon nitride film of about 7 nm
Is formed, and for example, a phosphorus-doped polysilicon film is formed to a thickness of about 0.15 μm to form the capacitor upper electrode 11. As a result, a capacitor for holding electric charges is formed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図7を参照して、単純
型厚膜スタックキャパシタにおいて、キャパシタ下部電
極9は、鋭角な部分P9を備えている。キャパシタ上部
電極11とキャパシタ下部電極9との間に電圧が印加さ
れると、部分P9に電界(矢印E)が集中し、キャパシ
タ上部電極11−キャパシタ下部電極9間に容量膜10
を介してリーク電流が流れる。このリーク電流は、キャ
パシタの電荷保持特性を劣化させる大きな要因である。
Referring to FIG. 7 [0008], in a simple thick-film stacked capacitor, the capacitor bottom electrode 9 is provided with a sharp portion P 9. When a voltage is applied between the capacitor upper electrode 11 and the capacitor lower electrode 9, an electric field (arrow E) concentrates on the portion P 9 , and the capacitance film 10 is formed between the capacitor upper electrode 11 and the capacitor lower electrode 9.
Leakage current flows through the device. This leak current is a major factor that degrades the charge retention characteristics of the capacitor.

【0009】図8を参照して、シリンダ型キャパシタに
おいても、側壁電極13に鋭角な部分P13が存在する。
キャパシタ上部電極11と側壁電極13との間に電圧が
印加されると、部分P13に電界(矢印E)が集中し、キ
ャパシタ上部電極11−側壁電極13間に容量膜10を
介してリーク電流が流れる。そして、リーク電流がキャ
パシタの電荷保持特性を劣化させる。
[0009] With reference to FIG. 8, in the cylinder type capacitor, there is an acute part P 13 to the side wall electrodes 13.
When a voltage is applied between the capacitor upper electrode 11 and the side wall electrode 13, an electric field (arrow E) concentrates on the portion P 13 , and a leakage current flows between the capacitor upper electrode 11 and the side wall electrode 13 via the capacitance film 10. Flows. Then, the leakage current degrades the charge retention characteristics of the capacitor.

【0010】この問題に対し、DRAMの製造工程中に
て形成された鋭角な部分を等方性エッチングにより丸め
て無くすという方法が、特開平4−328859号公報
にて開示されている。この方法によれば、鋭角な部分が
無くなるので、電界が局所的に集中することはない。
[0010] To solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 4-328859 discloses a method in which a sharp portion formed during a DRAM manufacturing process is rounded off by isotropic etching. According to this method, since the sharp portion is eliminated, the electric field is not locally concentrated.

【0011】しかし、等方エッチングでは、鋭角な部分
が丸まるだけではなく、スタックの高さがかなり短くな
る。
[0011] However, in the isotropic etching, not only sharp corners are rounded, but also the height of the stack is considerably shortened.

【0012】近年、セルサイズが縮小されるに伴ってス
タック上部の面積が小さくなっている。このため、前述
した目的のために広い表面積を確保するときには、上面
よりも側面を広い面積に確保する方が合理的である。例
えば、0.25μm×0.75μmの底面サイズおよび
0.90μmの高さを有する単純型厚膜スタックキャパ
シタの場合には、上面の面積は0.188μm2である
一方、側面の表面積は1.8μm2程度である。鋭角な
部分が丸まるように等方性エッチングにより高さ方向に
て0.1μmエッチングしたときには、スタック全体の
表面積は0.2μm2程度減少する。この減少する面積
は、上面の面積よりも大きい。シリンダ型スタックの場
合には、外壁面に加えて内壁面も有しているので、等方
エッチングをしたときには表面積が顕著に減少する。加
えていえば、鋭角な部分が丸まることによっても表面積
は減少する。
In recent years, as the cell size has been reduced, the area at the top of the stack has been reduced. For this reason, when securing a large surface area for the above-described purpose, it is more reasonable to secure a wider side surface than an upper surface. For example, in the case of a simple thick film stack capacitor having a bottom size of 0.25 μm × 0.75 μm and a height of 0.90 μm, the area of the top surface is 0.188 μm 2 , while the surface area of the side surface is 1.88 μm 2 . It is about 8 μm 2 . When 0.1 μm is etched in the height direction by isotropic etching so as to round an acute portion, the surface area of the entire stack is reduced by about 0.2 μm 2 . This decreasing area is larger than the area of the upper surface. In the case of the cylinder type stack, since it has an inner wall surface in addition to the outer wall surface, the surface area is significantly reduced when isotropic etching is performed. In addition, the rounding of the sharp corners also reduces the surface area.

【0013】このように、等方エッチングによれば、キ
ャパシタ下部電極に電界が局所的に集中することを回避
できるけれども、キャパシタ下部電極の表面積が減少す
るという問題が副次的に起こる。
As described above, according to the isotropic etching, although the electric field can be prevented from being locally concentrated on the lower electrode of the capacitor, the problem that the surface area of the lower electrode of the capacitor is reduced is secondarily caused.

【0014】それ故、本発明の目的は、キャパシタ下部
電極に電界が局所的に集中することがないと共に、スタ
ックキャパシタ下部電極の表面積が広い半導体装置を提
供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which an electric field is not locally concentrated on a capacitor lower electrode and the surface area of a stack capacitor lower electrode is large.

【0015】本発明の他の目的は、上記のような半導体
装置を合理的に製造できる半導体装置の製造方法を提供
することである。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of rationally manufacturing the above semiconductor device.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、容量膜
を介して対向する第1および第2の電極を備えるキャパ
シタを有し、前記第1の電極は、シリンダ形状を呈する
半導体装置において、前記第1の電極のエッジを含む上
面と前記容量膜との間に前記電極のエッジへの電界集中
を緩和する少くとも前記容量膜の膜厚よりも厚い付加的
容量膜を有することを特徴とする半導体装置が得られ
る。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device having a capacitor having first and second electrodes opposed to each other via a capacitance film, wherein the first electrode has a cylindrical shape. An additional capacitor film that is at least thicker than the capacitor film between the upper surface including the edge of the first electrode and the capacitor film to reduce electric field concentration on the edge of the electrode. Is obtained.

【0017】本発明によればまた、前記付加的容量膜
は、前記容量膜との積層膜にかかる電界が該容量膜単膜
にかかる電界の0.75倍以下になるような膜厚を有す
る前記半導体装置が得られる。
According to the present invention, the additional capacitance film has a thickness such that the electric field applied to the laminated film with the capacitance film is 0.75 times or less the electric field applied to the single capacitance film. The semiconductor device is obtained.

【0018】[0018]

【0019】本発明によればまた、前記第1の電極は、
上面よりも表面積が大きい側面を有する前記半導体装置
が得られる。
According to the present invention, the first electrode includes:
The semiconductor device having the side surface having a larger surface area than the upper surface is obtained.

【0020】本発明によればさらに、前記付加的容量膜
は、酸化シリコン、窒化シリコン、および酸化タンタル
のうちのいずれか1材料を含む前記半導体装置が得られ
る。
According to the present invention, there is further provided the semiconductor device, wherein the additional capacitance film includes any one of silicon oxide, silicon nitride, and tantalum oxide.

【0021】[0021]

【0022】[0022]

【0023】本発明によれば、拡散層領域、ゲート電
極、ビット線、および接続孔が形成された半導体基板上
に第1の導電膜を形成する工程と、前記第1の導電膜上
にエッチストップ膜を形成する工程と、前記エッチスト
ップ膜上にバッファ膜を形成する工程と、前記バッファ
膜をパターニングする工程と、パターニングされた前記
バッファ膜を有する半導体基板上に第1の絶縁膜を形成
する工程と、前記第1の絶縁膜をエッチバックすること
によってパターニングされた前記バッファ膜の横側にの
み側壁絶縁膜として残すと共に露出している前記エッチ
ストップ膜を除去する工程と、前記側壁絶縁膜をマスク
として用いて前記バッファ膜および前記エッチストップ
膜ならびに前記第1の導電膜の一部をエッチングして第
1の電極を形成する工程と、前記第1の電極が形成され
た半導体基板上に第2の絶縁膜を容量膜として形成する
工程と、前記容量膜上に第2の導電膜を第2の電極とし
て形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法が得られる。尚、この半導体装置の製造方法
において、前記第1の電極の側面の表面積が上面の表面
積よりも大きくなるように前記第1の導電膜を形成する
ようにしてもよい。
According to the present invention, a step of forming a first conductive film on a semiconductor substrate in which a diffusion layer region, a gate electrode, a bit line, and a connection hole are formed; Forming a stop film, forming a buffer film on the etch stop film, patterning the buffer film, and forming a first insulating film on a semiconductor substrate having the patterned buffer film Removing the exposed etch stop film while leaving the exposed side as a sidewall insulating film only on the side of the buffer film patterned by etching back the first insulating film; Forming a first electrode by etching a part of the buffer film, the etch stop film, and the first conductive film using a film as a mask; Forming a second insulating film as a capacitance film on the semiconductor substrate on which the first electrode is formed, and forming a second conductive film as a second electrode on the capacitance film. And a method for manufacturing a semiconductor device characterized by having the following. In the method for manufacturing a semiconductor device, the first conductive film may be formed such that the surface area of the side surface of the first electrode is larger than the surface area of the upper surface.

【0024】[0024]

【作用】本発明による半導体装置は、キャパシタ下部電
極の鋭角な部分付近の上面が容量膜よりも厚い絶縁膜に
覆われているため、鋭角な部分での電界集中が緩和され
る。
In the semiconductor device according to the present invention, since the upper surface near the acute portion of the capacitor lower electrode is covered with an insulating film thicker than the capacitor film, the electric field concentration at the acute portion is reduced.

【0025】また、本発明によると、電界集中が緩和さ
れているので容量膜のさらなる薄膜化が可能となる。
Further, according to the present invention, since the electric field concentration is reduced, the capacitance film can be further thinned.

【0026】また、本発明によると、キャパシタ下部電
極形成後に鋭角な部分を丸めるための等方性エッチング
を行わないのでキャパシタ下部電極の表面積が大きく減
少することはない。
Further, according to the present invention, since the isotropic etching for rounding the sharp portion is not performed after the formation of the capacitor lower electrode, the surface area of the capacitor lower electrode is not greatly reduced.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態による半導体装置およびその製造方法を説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor device according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described below with reference to the drawings.

【0028】[実施の形態1]図1を参照して、本発明の
実施の形態1による半導体装置であるDRAMは、素子
分離酸化膜2、拡散層領域3、ゲート電極4、およびビ
ット線5を有する半導体基板1上に、拡散層領域3と電
気的に接続されたキャパシタ下部電極9を有している。
下部電極9上面上には、バッファ絶縁膜14を有してい
る。さらに、容量膜10およびキャパシタ上部電極11
を有している。
[First Embodiment] Referring to FIG. 1, a DRAM which is a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention includes an element isolation oxide film 2, a diffusion layer region 3, a gate electrode 4, and a bit line 5. A capacitor lower electrode 9 electrically connected to the diffusion layer region 3 is provided on the semiconductor substrate 1 having
The buffer insulating film 14 is provided on the upper surface of the lower electrode 9. Further, the capacitance film 10 and the capacitor upper electrode 11
have.

【0029】図2(a)〜図2(c)を参照して、単純
型厚膜スタックキャパシタの製造方法を説明する。
With reference to FIGS. 2A to 2C, a method of manufacturing a simple type thick film stacked capacitor will be described.

【0030】まず、図2(a)に示すように、拡散層領
域3およびゲート電極4およびビット線5を有する半導
体基板1上においてフォトリソグラフィの技術を用いて
形成されたフォトレジストパターン7をマスクとして拡
散層領域3にまで到達する接続孔6を開孔する。接続孔
6は、例えば上部で0.22μmかつ底部で0.15μ
m程度の直径を有する。フォトレジストパターン7を除
去後、図2(b)に示すように、全面に例えば0.9μ
m程度のリンドープポリシリコン膜19および例えば
0.1μm程度のシリコン酸化膜を成膜した後、フォト
リソグラフィの技術により形成されたフォトレジストパ
ターン8をマスクとして例えば0.2μm程度の間隔で
バッファ絶縁膜14を形成する。フォトレジストパター
ン8を除去後、図2(c)に示すように、バッファ絶縁
膜14をマスクとしてリンドープポリシリコン膜19の
エッチングを行いキャパシタ下部電極9を形成する。そ
して、例えば8nm程度のシリコン窒化膜を容量膜10
として、また、0.15μm程度のリンドープポリシリ
コン膜をキャパシタ上部電極11として成膜することに
より先に図1に示したキャパシタ構造が得られる。
First, as shown in FIG. 2A, a photoresist pattern 7 formed by photolithography on a semiconductor substrate 1 having a diffusion layer region 3, a gate electrode 4 and a bit line 5 is masked. A connection hole 6 reaching the diffusion layer region 3 is opened. The connection hole 6 is, for example, 0.22 μm at the top and 0.15 μm at the bottom.
It has a diameter of the order of m. After removing the photoresist pattern 7, as shown in FIG.
After a phosphorus-doped polysilicon film 19 having a thickness of about m and a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 0.1 μm are formed, buffer insulation is performed at intervals of, for example, about 0.2 μm using a photoresist pattern 8 formed by photolithography as a mask. The film 14 is formed. After removing the photoresist pattern 8, as shown in FIG. 2C, the phosphorus-doped polysilicon film 19 is etched using the buffer insulating film 14 as a mask to form the capacitor lower electrode 9. Then, for example, a silicon nitride film of about 8 nm
By forming a phosphorus-doped polysilicon film of about 0.15 μm as the capacitor upper electrode 11, the capacitor structure shown in FIG. 1 can be obtained.

【0031】本実施の形態ではリンドープポリシリコン
膜19のパターニングをフォトレジストパターン8の除
去後としたが、フォトレジスト膜を除去せずにシリコン
酸化膜をパターニング後連続的にリンドープポリシリコ
ン膜19のパターニングを行ってもよい。
In this embodiment, the phosphorus-doped polysilicon film 19 is patterned after the removal of the photoresist pattern 8. However, the phosphorus-doped polysilicon film is continuously formed after the silicon oxide film is patterned without removing the photoresist film. 19 patterning may be performed.

【0032】また、本実施の形態ではバッファ絶縁膜1
4をシリコン酸化膜としたが、蓄積電荷容量を大きくす
るためにシリコン酸化膜よりも誘電率の高い膜、例えば
シリコン窒化膜あるいはタンタル酸化膜等を用いても問
題はない。同様に容量膜10をシリコン窒化膜とした
が、これもタンタル酸化膜等を用いても特に問題はな
い。
In this embodiment, the buffer insulating film 1
4 is a silicon oxide film, but there is no problem if a film having a higher dielectric constant than the silicon oxide film, for example, a silicon nitride film or a tantalum oxide film is used to increase the accumulated charge capacity. Similarly, the capacitance film 10 is a silicon nitride film, but there is no particular problem even if a tantalum oxide film or the like is used.

【0033】[実施の形態2]図3を参照して、本発明の
実施の形態2による半導体装置であるDRAMは、素子
分離酸化膜2、拡散層領域3、ゲート電極4、およびビ
ット線5を有する半導体基板1上に、拡散層領域3と電
気的に接続されたキャパシタ下部電極9を有している。
キャパシタ下部電極9の突出している部分の上には、側
壁絶縁膜17を有している。さらに、容量膜10および
キャパシタ上部電極11を有している。
[Second Embodiment] Referring to FIG. 3, a DRAM which is a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention includes an element isolation oxide film 2, a diffusion layer region 3, a gate electrode 4, and a bit line 5. A capacitor lower electrode 9 electrically connected to the diffusion layer region 3 is provided on the semiconductor substrate 1 having
On the protruding portion of the capacitor lower electrode 9, a side wall insulating film 17 is provided. Further, it has a capacitance film 10 and a capacitor upper electrode 11.

【0034】図4(a)〜図4(f)を参照して、シリ
ンダ型スタックキャパシタの製造方法を説明する。
Referring to FIGS. 4 (a) to 4 (f), a method for manufacturing a cylinder type stacked capacitor will be described.

【0035】まず、図4(a)に示すように、拡散層領
域3およびゲート電極4およびビット線5を有する半導
体基板1上においてフォトリソグラフィの技術を用いて
形成されたフォトレジストパターン7をマスクとして拡
散層領域3にまで到達する例えば上部で0.22μm、
底部で0.15μm程度の接続孔6を開孔する。
First, as shown in FIG. 4A, a photoresist pattern 7 formed by photolithography on a semiconductor substrate 1 having a diffusion layer region 3, a gate electrode 4, and a bit line 5 is masked. For example, the upper part reaching the diffusion layer region 3 is, for example, 0.22 μm,
A connection hole 6 of about 0.15 μm is formed at the bottom.

【0036】次に、図4(b)に示すように、全面に例
えば0.9μm程度のリンドープポリシリコン膜19、
例えば0.02μm程度のシリコン酸化膜15、および
例えばアモルファスシリコン膜を0.3μm程度成膜し
た後、フォトリソグラフィの技術を用いて形成されたフ
ォトレジストパターン8をマスクとしてバッファシリコ
ン膜16をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 4B, a phosphorus-doped polysilicon film 19 of, for example, about 0.9 μm is formed on the entire surface.
After forming a silicon oxide film 15 of, for example, about 0.02 μm and an amorphous silicon film of, for example, about 0.3 μm, the buffer silicon film 16 is patterned using the photoresist pattern 8 formed by using the photolithography technique as a mask. .

【0037】フォトレジストパターン8を除去後、全面
に例えばシリコン酸化膜(図示せず)を0.07μm程
度成膜した後に全面エッチバックを行うことにより、図
4(c)に示すように、パターニングされたアモルファ
スシリコン膜(バッファシリコン膜16)の側壁のみに
側壁絶縁膜17が残るような構造にする。また、このと
きに露出したシリコン酸化膜15は、シリコン酸化膜
(図示せず)を全面エッチバックする際に除去されてい
る。
After the photoresist pattern 8 is removed, for example, a silicon oxide film (not shown) is formed on the entire surface to a thickness of about 0.07 μm, and then the entire surface is etched back to perform patterning as shown in FIG. The structure is such that the side wall insulating film 17 remains only on the side wall of the formed amorphous silicon film (buffer silicon film 16). The silicon oxide film 15 exposed at this time is removed when the entire surface of the silicon oxide film (not shown) is etched back.

【0038】そして、図4(d)に示すように、側壁絶
縁膜17およびシリコン酸化膜15をマスクにリンドー
プポリシリコン膜19およびバッファシリコン膜16の
エッチングを行う。この際にエッチングガスとしては、
塩素と臭化水素との混合ガスを用いてエッチングを行
う。
Then, as shown in FIG. 4D, the phosphorus-doped polysilicon film 19 and the buffer silicon film 16 are etched using the side wall insulating film 17 and the silicon oxide film 15 as a mask. At this time, as an etching gas,
Etching is performed using a mixed gas of chlorine and hydrogen bromide.

【0039】次に、図4(e)に示すように、バッファ
シリコン膜16の下にあったシリコン酸化膜15が露出
したところで、エッチングガスを四塩化炭素に切り替
え、シリコン酸化膜15のエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 4E, when the silicon oxide film 15 under the buffer silicon film 16 is exposed, the etching gas is switched to carbon tetrachloride, and the silicon oxide film 15 is etched. Do.

【0040】次に、図4(f)に示すように、露出した
シリコン酸化膜15が完全に除去された時点で、エッチ
ングガスを再び塩素と臭化水素の混合ガスに切り替え、
リンドープポリシリコン膜19のエッチングを行い、図
3に示すようなキャパシタ下部電極9の形状を得る。そ
して、例えば8nm程度のシリコン窒化膜を容量膜10
として、また、0.15μm程度のリンドープポリシリ
コン膜をキャパシタ上部電極11として成膜することに
より、先に図3に示したキャパシタ構造が得られる。
Next, as shown in FIG. 4F, when the exposed silicon oxide film 15 is completely removed, the etching gas is switched again to a mixed gas of chlorine and hydrogen bromide.
The phosphorus-doped polysilicon film 19 is etched to obtain the shape of the capacitor lower electrode 9 as shown in FIG. Then, for example, a silicon nitride film of about 8 nm
By forming a phosphorus-doped polysilicon film of about 0.15 μm as the capacitor upper electrode 11, the capacitor structure shown in FIG. 3 can be obtained.

【0041】本実施の形態では側壁絶縁膜17をシリコ
ン酸化膜としたが、蓄積電荷容量を大きくするためにシ
リコン酸化膜よりも誘電率の高い膜、例えばシリコン窒
化膜あるいはタンタル酸化膜等を用いても問題はない。
同様に容量膜10をシリコン窒化膜としたが、これもタ
ンタル酸化膜等を用いても特に問題はない。
In this embodiment, the side wall insulating film 17 is a silicon oxide film, but a film having a higher dielectric constant than the silicon oxide film, for example, a silicon nitride film or a tantalum oxide film is used to increase the accumulated charge capacity. There is no problem.
Similarly, the capacitance film 10 is a silicon nitride film, but there is no particular problem even if a tantalum oxide film or the like is used.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明による半導体装置は、第1の電極
のエッジを含む面と容量膜との間に付加的容量膜を有し
ているため、下部電極に電界が局所的に集中することが
ないと共に、スタックキャパシタ下部電極の表面積が広
い。
Since the semiconductor device according to the present invention has an additional capacitance film between the surface including the edge of the first electrode and the capacitance film, the electric field is locally concentrated on the lower electrode. And the surface area of the lower electrode of the stack capacitor is large.

【0043】即ち、電極の鋭角な部分での電界集中が緩
和されるため、容量膜を介したリーク電流が減少し、ま
た、容量膜の耐圧が向上する。
That is, since the electric field concentration at the acute angle portion of the electrode is reduced, the leak current through the capacitor film is reduced, and the withstand voltage of the capacitor film is improved.

【0044】また、電界集中が緩和されているので容量
膜のさらなる薄膜化が可能となるために蓄積電荷容量の
増加が見込まれる。
Further, since the electric field concentration is reduced, the capacity film can be further thinned, so that an increase in the accumulated charge capacity is expected.

【0045】また、本発明によれば、キャパシタ下部電
極形成後に鋭角な部分を丸めるための等方性エッチング
を行わないのでキャパシタ下部電極の表面積が大きく減
少せず、したがって大幅な蓄積電荷量の減少は避けられ
る。
Further, according to the present invention, since the isotropic etching for rounding the sharp portion is not performed after the formation of the capacitor lower electrode, the surface area of the capacitor lower electrode does not greatly decrease, and therefore, the amount of accumulated electric charge greatly decreases. Can be avoided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1による半導体装置の構造
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】(a)〜(c)は、本発明の実施の形態1によ
る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
FIGS. 2A to 2C are views for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の実施の形態2による半導体装置の構造
を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図4】(a)〜(f)は、本発明の実施の形態2によ
る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
FIGS. 4A to 4F are diagrams for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention; FIGS.

【図5】(a)〜(c)は、従来の単純型厚膜スタック
キャパシタを有する半導体装置の製造方法を説明するた
めの図である。
FIGS. 5A to 5C are views for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor device having a simple thick film stacked capacitor.

【図6】(a)〜(e)は、従来のシリンダ型スタック
キャパシタを有する半導体装置の製造方法を説明するた
めの図である。
FIGS. 6A to 6E are views for explaining a method for manufacturing a semiconductor device having a conventional cylinder-type stacked capacitor.

【図7】従来の単純型厚膜スタックキャパシタを有する
半導体装置のキャパシタ下部電極において生ずる電界集
中を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing electric field concentration occurring at a capacitor lower electrode of a conventional semiconductor device having a simple thick film stack capacitor.

【図8】従来のシリンダ型スタックキャパシタを有する
半導体装置のキャパシタ下部電極において生ずる電界集
中を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing electric field concentration occurring at a capacitor lower electrode of a conventional semiconductor device having a cylindrical stack capacitor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 素子分離酸化膜 3 拡散層領域 4 ゲート電極 5 ビット線 6 キャパシタコンタクト孔部 7、8 フォトレジストパターン 9 キャパシタ下部電極 10 容量膜 11 キャパシタ上部電極 12 コア酸化膜 13 側壁電極 14 バッファ絶縁膜 15 シリコン酸化膜 16 バッファシリコン膜 17 側壁絶縁膜 19 リンドープポリシリコン膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Element isolation oxide film 3 Diffusion layer area 4 Gate electrode 5 Bit line 6 Capacitor contact hole 7, 8 Photoresist pattern 9 Capacitor lower electrode 10 Capacitance film 11 Capacitor upper electrode 12 Core oxide film 13 Side wall electrode 14 Buffer insulation Film 15 silicon oxide film 16 buffer silicon film 17 sidewall insulating film 19 phosphorus-doped polysilicon film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/108 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/108 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 容量膜を介して対向する第1および第2
の電極を備えるキャパシタを有し、前記第1の電極は、
シリンダ形状を呈する半導体装置において、前記第1の
電極のエッジを含む上面と前記容量膜との間に前記電極
のエッジへの電界集中を緩和する少くとも前記容量膜の
膜厚よりも厚い付加的容量膜を有することを特徴とする
半導体装置。
1. A first and a second facing each other via a capacitance film.
And a capacitor comprising: a first electrode, wherein the first electrode comprises:
In the semiconductor device exhibiting cylinder shape, the electrode between the upper surface and the capacitor film including the edge of the first electrode
At least the capacitance film for reducing electric field concentration on the edge of
A semiconductor device having an additional capacitance film thicker than a film thickness .
【請求項2】 前記付加的容量膜は、前記容量膜との積
層膜にかかる電界が該容量膜単膜に掛かる電界の0.7
5倍以下になるような膜厚を有する請求項1に記載の半
導体装置。
2. The electric field applied to the laminated film with the capacitor film is 0.7% of the electric field applied to the single film of the capacitor film.
2. The semiconductor device according to claim 1, having a film thickness that is five times or less.
【請求項3】 前記第1の電極は、上面よりも表面積が
大きい側面を有する請求項1または2に記載の半導体装
置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first electrode has a side surface having a larger surface area than an upper surface.
【請求項4】 前記付加的容量膜は、酸化シリコン、窒
化シリコン、および酸化タンタルのうちのいずれか1材
料を含む請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装
置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein said additional capacitance film includes one of silicon oxide, silicon nitride, and tantalum oxide.
【請求項5】 拡散層領域、ゲート電極、ビット線、お
よび接続孔が形成された半導体基板上に第1の導電膜を
形成する工程と、前記第1の導電膜上にエッチストップ
膜を形成する工程と、前記エッチストップ膜上にバッフ
ァ膜を形成する工程と、前記バッファ膜をパターニング
する工程と、パターニングされた前記バッファ膜を有す
る半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記
第1の絶縁膜をエッチバックすることによってパターニ
ングされた前記バッファ膜の横側にのみ側壁絶縁膜とし
て残すと共に露出している前記エッチストップ膜を除去
する工程と、前記側壁絶縁膜をマスクとして用いて前記
バッファ膜および前記エッチストップ膜ならびに前記第
1の導電膜の一部をエッチングして第1の電極を形成す
る工程と、前記第1の電極が形成された半導体基板上に
第2の絶縁膜を容量膜として形成する工程と、前記容量
膜上に第2の導電膜を第2の電極として形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. A step of forming a first conductive film on a semiconductor substrate on which a diffusion layer region, a gate electrode, a bit line, and a connection hole are formed, and forming an etch stop film on the first conductive film. Performing, forming a buffer film on the etch stop film, patterning the buffer film, forming a first insulating film on a semiconductor substrate having the patterned buffer film, Removing the exposed etch stop film while leaving as a sidewall insulating film only on the side of the buffer film patterned by etching back the first insulating film; and using the sidewall insulating film as a mask. Forming a first electrode by etching a portion of the buffer film, the etch stop film, and a part of the first conductive film, Forming a second insulating film as a capacitance film on the semiconductor substrate on which the first electrode is formed, and forming a second conductive film as the second electrode on the capacitance film. Semiconductor device manufacturing method.
【請求項6】 前記第1の電極の側面の表面積が上面の
表面積よりも大きくなるように前記第1の導電膜を形成
する請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the first conductive film is formed such that a surface area of a side surface of the first electrode is larger than a surface area of the upper surface.
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