JP2001291844A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
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Abstract
置を提供する。 【解決手段】 第1領域MCとその周囲の第2領域PC
を含む基板1と、第2領域PC上に形成される絶縁膜2
1と、第1領域MC内の基板1表面上に形成される電極
(17,23)と、電極(17,23)上に形成される
誘電体膜31と、誘電体膜31上に形成される対向電極
35とを有し、絶縁膜21の側壁の形状が、対向する電
極(17,23)の側壁の外周形状を反映した部分を含
む。
Description
造方法に関し、特にキャパシタ素子を含む半導体装置及
びその製造方法に関する。
(以下「DRAM」と称す。)は、通常1メモリセル内
に1つのトランジスタと1つのキャパシタを含む。メモ
リ容量を増大させるためには、限られたメモリセルアレ
イの面積内にできるだけ多くのメモリセルを配置する必
要がある。
リセルトランジスタのゲート電極を兼ねるワード線と、
キャパシタに電荷を供給しキャパシタから電荷を読み出
すためのビット線とが交差して配置されている。
蓄積電極に対してキャパシタ誘電体膜を介して対向する
セルプレート電極によりキャパシタを構成する。
体基板上にワード線、ビット線を配置した後、さらにそ
の上方にキャパシタを配置するキャパシタ・オーバ・ビ
ット線構成が知られている。キャパシタ用蓄積電極は、
メモリセルトランジスタのソース/ドレイン領域のいず
れか一方に接続する必要がある。絶縁層内に接続用開口
を確実に形成するために、自己整合コンタクト(Sel
f AlignedContact:以下「SAC」と
称する。)構造が提案されている。
のワード線の上面及び側面を、例えば窒化シリコン膜で
覆う。トランジスタのソース/ドレイン領域に達する開
口を形成する際、開口の位置が多少ずれていても、窒化
シリコン膜がエッチストッパとして機能するため、確実
にソース/ドレイン領域が露出される。この際、ゲート
電極を兼ねるワード線は窒化シリコン膜により絶縁保護
される。
上にビット線を形成する際にも、SAC構造が採用され
る。ビット線の上面及び側面を窒化シリコンで覆い、開
口形成のため上方からエッチングする場合に、ビット線
を絶縁、保護し、接続領域に確実に開口を形成する。
上、生産価格の低下が望まれる。高集積度のDRAMを
確実に製造するためには、製造プロセスを簡略化するこ
とが望まれる。
度が高く、低価格で高信頼性の半導体装置の製造プロセ
スを提供することである。
格で高信頼性の半導体装置を提供することである。
ば、第1領域とその周囲の第2領域を含む基板と、前記
第2領域上に形成される絶縁膜と、前記第1領域内の前
記基板表面上に形成される電極と、前記電極上に形成さ
れる誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成される対向電極
とを有し、前記絶縁膜の側壁の形状が、対向する前記電
極の側壁の外周形状を反映した部分を含むキャパシタ装
置が提供される。
の周囲の第2領域を含む半導体基板と、前記半導体基板
上に形成される第1絶縁膜と、前記第1領域内の前記第
1絶縁膜に形成される複数のコンタクト孔と、前記第2
領域の前記第1絶縁膜上に形成される第2絶縁膜と、前
記コンタクト孔を介して前記半導体基板と電気的に接続
される電極と、前記電極上に形成される誘電体膜と、前
記誘電体膜上に形成される対向電極とを有し、前記第2
絶縁膜の側壁の形状が、対向する前記電極の側壁の外周
形状を反映した部分を含む半導体装置が提供される。
第1領域とその周囲の第2領域を含む半導体基板上に第
1絶縁膜を形成する工程と、(b)前記第1領域の前記
第1絶縁膜内に前記半導体基板に達する複数の第1コン
タクト孔を形成する工程と、(c)前記第1絶縁膜上に
第2絶縁膜を形成する工程と、(d)前記第1領域の前
記第2絶縁膜内に前記コンタクト孔に達する第2コンタ
クト孔を形成する工程と、(e)前記第2コンタクト孔
内に前記基板と電気的に接続される電極を形成する工程
と、(f)前記電極の側壁を露出するとともに、前記第
1領域周囲の第2領域に残留する前記第2絶縁膜の側壁
の外周形状が対向する前記電極の側壁の外周形状を反映
するようにエッチングを行う工程と、(g)前記電極の
露出した表面を覆う誘電体膜を形成する工程と、(h)
前記誘電体膜上に対向電極を形成する工程とを含む半導
体装置の製造方法が提供される。
験的考察について説明する。
を示す半導体基板の概略断面図である。図4は、DRA
Mの概略的な平面図である。
セルが形成されるメモリセル領域MCと、周辺回路が形
成される周辺回路領域PCとに分けて考えることができ
る。
表面に、STI(ShallowTrench Iso
lation)技術を用いて素子間分離用の酸化シリコ
ン膜102を形成する。
上において複数の活性領域を画定する。
酸化膜103が形成され、その上にゲート電極(ワード
線)104が多結晶シリコン、ポリサイド、金属等によ
り形成される。
5によって覆われる。窒化シリコン層105は、ゲート
電極104と共にパターニングされ、同一形状を有す
る。
をマスクとし、半導体基板101表面にn型不純物をイ
オン注入し、低濃度のソース/ドレイン領域106が形
成される。メモリセル領域MCと周辺回路領域PCのn
チャネルトランジスタに対して、マスクを用いて別個の
イオン注入を行っても良い。
が堆積され、異方性エッチングを行うことにより、ゲー
ト電極構造の側面上にのみ窒化シリコンのサイドスペー
サ107が残される。
105と側面上のサイドスペーサ107とにより、ゲー
ト電極104表面は窒化シリコン層で覆われる。
スタに関しては、サイドスペーサ107を形成した後、
さらに高濃度、高加速エネルギーでイオン注入を行い、
高濃度のソース/ドレイン領域106aを形成する。L
DD構造を有するトランジスタとなる。
層111を形成する。絶縁層111表面上にレジストパ
ターンを形成し、絶縁層111をエッチングすることに
より、所望のソース/ドレイン領域に達する開口が形成
される。この際、ゲート電極上面及び側面上の窒化シリ
コン層105,107は、エッチングストッパとして機
能し、自己整合的にコンタクト開口が形成される。
2等の導電層を堆積し、絶縁層111上面上の導電層を
化学的機械研磨(Chemical Mechanic
alPolishing:CMP)等によって除去す
る。絶縁層111のコンタクト開口内に多結晶シリコン
112等が埋め込まれた平坦な表面が形成される。図に
おいて、メモリセル領域MC内に並列に配置されている
ゲート電極104は、メモリセル領域のワード線(W
L)を構成する。周辺回路領域PCに配置されているト
ランジスタは、周辺回路のトランジスタである。絶縁層
111上にさらに絶縁層を堆積した後、図では破線で示
されているビット線BLが形成され、さらに他の絶縁層
を堆積する。ビット線BLは、全体として絶縁層116
により周囲を囲まれる。
領域AR、ワード線WL、ビット線BLの配置例を示
す。各活性領域は横方向に長く、左右両端に蓄積キャパ
シタが接続されるソース/ドレイン領域S/Dを有す
る。また、中央部にはビット線が接続されるソース/ド
レイン領域S/Dが形成される。これらの2種類のソー
ス/ドレイン領域S/Dの間の領域には、図中縦方向に
延びるワード線WLが配置されている。すなわち、1つ
の活性領域ARに2つのメモリセルトランジスタが形成
され、中央の共通ソース/ドレイン領域CSDには破線
で示されるビット線BLが接続される。ビット線BLと
ワード線WLは、半導体基板表面上に交差して配置され
る。斜線で示された領域にビット線BL用のプラグが形
成される。メモリセル用のキャパシタは、活性領域AR
の両脇に形成される。図では丸印で示されている。
辺回路領域PCが形成されている。周辺回路領域PCに
は多数のトランジスタや抵抗等の素子が配置され、これ
らにより周辺回路が形成されている。尚、図1は図4の
I−I線断面図に相当する。但し、ビット線BLの構成
を明らかにするため、図1は単なる断面図ではなくビッ
ト線に関しては透過図となっている。
一部を貫通し、ビット線コンタクト用の開口が形成さ
れ、ビット線BLならびにコンタクトパッド(周辺回路
領域)が形成される。
が形成される。開口内にW等の導電材料が充填される。
導電材料を形成後、絶縁層116の表面上の導電層材料
が除去され、導電性プラグ117が埋め込まれた平坦な
表面が形成される。平坦化された表面全面にエッチスト
ッパ用の窒化シリコン膜120が形成される。
−Etoxy Silane: TEOS)を用いたC
VD法により、シリコン酸化膜等により形成された絶縁
層121を厚く堆積する。
から1.5μmの間が好ましい。絶縁層121上にハー
ドマスクとしてアモルファスシリコン層122を、例え
ば50nm程度の厚さ堆積する。フォトリソグラフィー
技術を用いてフォトレジストマスクを形成し、アモルフ
ァスシリコン層122、絶縁層121、窒化シリコン膜
120を順次エッチング除去する。導電性プラグ117
の表面が露出される開口部AP1が形成される。開口の
側壁を形成する絶縁層の傾斜角は、例えば、88度から
90度である。尚、傾斜角が88度というのは、開口の
径が基板の上方に向けて徐々に大きくなっている状態を
示すものである。
用の材料123aを堆積する。次いで蓄積容量用の材料
123a上に、例えばSOG酸化膜を用いて内側保護膜
124を形成する。内側保護膜124の厚さは20nm
程度である。内側保護膜124は、薄い蓄積容量用の材
料123aを内側から保護する。
グすることにより、開口AP1内の内側保護膜124を
窪ませる。
チングする。絶縁層121表面及び側面に露出している
蓄積電極用の材料が除去される。
24の表面の位置まで蓄積電極用材料123aをエッチ
ングする。1つの開口AP1ごとに、分離された蓄積電
極123が形成される。
3内に形成されている内側保護膜124と蓄積電極12
3間の絶縁層121とを除去する。エッチングに際して
は、第1段階として反応性イオンエッチング(RIE)
により異方性エッチングを行い、次いでウェットエッチ
ングを行う。
層121も同時にエッチングされるのを防止するため
に、フォトリソグラフィー技術を用いて周辺回路領域P
Cの絶縁層121上にフォトレジストマスクR1を形成
する必要がある。
キャパシタ用絶縁層131を形成する。キャパシタ用絶
縁層131の上に、CVD法により導電層135aを形
成する。CMP法を用いて、周辺回路領域PCの絶縁層
121表面がストッパとなるように導電層135aの表
面を平坦化する。平坦化工程のためのとしてエッチバッ
ク法を用いても良い。このようにしてセルプレート電極
135を形成する。
の絶縁層121と表面高さがほぼ等しいセルプレート電
極135が形成される。
35を覆って、基板表面に絶縁膜141を形成する。そ
の後、セルプレート電極135上にコンタクト開口部1
43が、周辺回路領域PCのトランジスタ上にコンタク
ト開口部145が形成される。コンタクト開口部14
3、145内を導電材料により充填し、上部配線を形成
する。
れている内側保護膜124と蓄積電極123関の絶縁膜
121とをエッチングする際に、周辺回路領域PCの絶
縁層121も同時にエッチングされるのを防止するため
に、フォトリソグラフィー技術を用いて周辺回路領域P
Cの絶縁層121上にフォトレジストマスクR1を形成
する必要がある。
程を省略できれば、工程の短縮化、DRAMの歩留まり
向上が期待できる。
程を不要とする新しい工程を考案した。
するための図であり、上記図2C、D間の工程に相当す
る工程を示す断面図である。但し、周辺回路領域PC上
の絶縁層121の上にフォトレジストマスクR1を形成
しない。
から窪んだ状態において、内側保護膜124及び絶縁層
121のエッチングを行う。エッチングには、通常、フ
ッ酸系のウェットエッチングを用いる。内側保護膜12
4はSOGにより形成されている。フッ酸系のウェット
エッチング液を用いると、SOGのエッチング速度は非
常に速い。
おける絶縁層121のエッチング特性と、前記界面から
離れた内部の領域(バルク領域)の絶縁層121のエッ
チング特性とが異なるようにしておく。エッチング液を
うまく選択することにより、蓄積電極123と絶縁層1
21との界面における絶縁層121を速やかにエッチン
グ除去することができる可能性がある。
縁層121の界面を基板方向に向かって進む(矢印AR
1で示す)。界面にスリットが形成され、その後、エッ
チングは蓄積電極123と絶縁層121との界面に垂直
な方向に進む(矢印AR2で示す)。
ッチングを行うと、蓄積電極123と絶縁層121との
界面近傍の絶縁層121のエッチングレートは、バルク
の絶縁層121より1桁程度速い。エッチングは、まず
界面に沿って進行し、続いて横方向にも等方向的に進行
する。
界面がエッチングにより分離されれば、蓄積電極123
間に存在する絶縁層121は素早くエッチングされる。
蓄積電極123間の絶縁層121は、両側の蓄積電極1
23との界面からエッチングにより除去されることにな
る。蓄積電極間の幅の約半分の厚さ分の絶縁膜をエッチ
ング除去すれば、蓄積電極間の絶縁膜を全て除去するこ
とができる。例えば、0.15〜0.13μmルールの
DRAMでは、蓄積電極間の距離は、約0.1μmであ
る。従って、少なくとも0.05μm程度の絶縁膜の除
去を行えばよい。実際には、エッチング量がバラツクこ
とを考慮して、0.1μm程度の絶縁膜を除去しておく
のが好ましい。
辺回路領域PCの上面の絶縁層121も上面から基板方
向に向けて(矢印AR3で示す)エッチングされる。絶
縁層121は、表面から0.1μm程度エッチングされ
ることになるが、予めこのエチング分を見込んで絶縁層
121の厚さを厚めにしておけば特に問題ない。メモリ
セル部MCと周辺回路領域PCとの界面においても、矢
印AR4で示すように周辺回路領域PC方向へ向けて基
板表面と平行な方向にエッチングが進行する。このエッ
チングもエッチング量が約0.1μmあれば、特に問題
とはならない。
PCを覆うフォトレジストマスク、従ってフォトリソグ
ラフィー工程は不要となる。
手段として以下に説明するような第1から第3までの3
つの手段が存在することを見いだした。
縁層との界面における密着性が弱い組み合わせを選択す
る。両者の密着性が弱ければ、ウェットエッチング時に
まず界面に沿ってエッチング液がしみ込み、絶縁層のエ
ッチングが急速に進行する。
開口内に形成した後、熱処理等を行う。蓄積電極を構成
する材料又はその一部が蓄積電極と絶縁層との界面付近
の絶縁層中に拡散する。界面付近の絶縁層は、金属材料
を拡散させることによりウェットエッチングの速度が速
まる。
成する材料を堆積する前に、所定のウェットエッチング
法を用いた場合のエッチング速度が絶縁層や蓄積電極に
比べて速い分離膜を薄く形成しておく。絶縁層の表面に
堆積した蓄積電極材料をCMP法などにより取り除く際
に、分離膜の端面が露出する。分離膜を選択的に又は非
常に速くエッチングするエッチング方法を用いることに
より、分離膜を選択的に除去する。分離膜が除去された
蓄積電極と絶縁層との界面にスリットが形成される。絶
縁層をエッチングするためのエッチング液がスリット内
にしみ込み、絶縁層がエッチングされる。
ずれか又はこれらの組み合わせを適宜選択することがで
きる。
の形態による半導体装置およびその製造方法について説
明する。
セルが形成されるメモリセル領域MCと周辺回路が形成
される周辺回路領域PCとに分けて考えることができ
る。
に、STIを用いて素子間分離用の酸化シリコン膜2を
形成する。
複数の活性領域を画定する。
酸化膜3が形成され、その上にゲート電極(ワード線)
4が多結晶シリコン、ポリサイド、金属等により形成さ
れる。
によって覆われる。窒化シリコン層5は、ゲート電極4
と共にパターニングされ、同一形状を有する。
とし、半導体基板1表面にn型不純物をイオン注入し、
低濃度のソース/ドレイン領域6が形成される。その
後、半導体基板全面上に窒化シリコンが堆積され、異方
性エッチングを行うことにより、ゲート電極構造の側面
上にのみ窒化シリコンのサイドスペーサ7が形成され
る。
スタに関しては、サイドスペーサ7を形成した後、さら
に高濃度、高加速エネルギーでイオン注入を行い、高濃
度のソース/ドレイン領域6aを形成する。LDD構造
を有するトランジスタとなる。
Sで形成する場合には、n型の不純物層を形成するため
のイオン注入に加えてp型の不純物層を形成するための
イオン注入を行えば良い。
層11を形成する。絶縁層11表面上にレジストパター
ンを形成し、絶縁層11をエッチングすることにより、
所望のソース/ドレイン領域に達する開口が形成され
る。この際、ゲート電極上面及び側面上の窒化シリコン
層5,7は、エッチングストッパとして機能し、自己整
合的にコンタクト開口を形成することができる。
等の導電層を堆積し、絶縁層11表面上の導電層をCM
P等を用いて除去する。絶縁層11上のコンタクト開口
内に多結晶シリコン12等が埋め込まれた平坦な表面が
形成される。
並列に配置されているゲート電極4は、メモリセル領域
のワード線(WL)を構成する。周辺回路領域PCに配
置されているトランジスタは、周辺回路のトランジスタ
である。絶縁層11上にさらに他の絶縁層16を堆積
し、多結晶シリコン層12に至るコンタクト開口を形成
した後、図では破線で示されているビット線BLが形成
される。
領域AR、ワード線WL、ビット線BLの配置例を示
す。各活性領域は横方向に長く、左右両端に蓄積キャパ
シタが接続されるソース/ドレイン領域S/Dを有す
る。また、中央部にはビット線BLが接続される共通ソ
ース/ドレイン領域CSDが形成される。これらの2種
類のソース/ドレイン領域S/Dの間の領域には、図
中、縦方向にワード線WLが配置されている。すなわ
ち、1つの活性領域ARに2つのメモリセルトランジス
タが形成され、中央の共通ソース/ドレイン領域CSD
には、ビット線BLが接続される。ビット線BLとワー
ド線WLは、半導体基板表面上に交差して配置される。
膜(符号16の一部)を形成し、ビット線開口およびビ
ット線BLを形成した後、さらに層間絶縁膜(符号16
の一部)を形成する。
口15が形成される。開口15内にW等の導電層が充填
される。導電層を形成後、層間絶縁層16の表面上の導
電層材料が除去され、導電性プラグ17が埋め込まれた
平坦な表面が形成される。
てエッチングを進める場合に、その下部構造にまでエッ
チング液がしみ込み、下部構造までがエッチング除去さ
れてしまう恐れがある。
がエッチング除去されると、蓄積電極は底面で下部構造
(プラグ)と密着力のみにより支持されることとなる。
蓄積電極が転倒しやすくなる。
にまでエッチングが進行しないように、エッチストップ
用の窒化シリコン膜20が形成される。
リコン膜20を用いてその開口内に蓄積電極の下部を納
める。蓄積電極の下部においてその外周を窒化シリコン
膜が支持し、蓄積電極が倒れないようにする。
a−Etoxy Silane: TEOS)を用いたC
VD法により、シリコン酸化膜等により形成された絶縁
層21を厚く堆積する。
ら1.5μmの間が好ましい。絶縁層21上にハードマ
スクとしてアモルファスシリコン層22を、例えば50
nm程度の厚さ堆積する。フォトリソグラフィー技術を
用いてフォトレジストマスクを形成し、アモルファスシ
リコン層22、絶縁層21、窒化シリコン膜20を順次
エッチング除去する。導電性プラグ17の表面が露出さ
れる開口部AP2が形成される。開口の側壁を形成する
絶縁層21の傾斜角は、例えば、88度から90度であ
る。尚、ここで、傾斜角が88度というのは、開口AP
2の径が基板の上方に向けて徐々に大きくなるように傾
斜している状態を表す。
面に対してほぼ直立する」との表現は、半導体表面に対
して90度の角度で立ち上がる場合のみではなく、例え
ば半導体表面に対して角度が80度から90度までの範
囲であれば良い。
用の材料、例えばRu膜23aをCVD法により堆積す
る。Ru膜の厚さは、例えば20nm程度である。次い
でRu膜の上に、例えばSOG膜を用いて内側保護膜2
4を形成する。内側保護膜24の厚さは200nm程度
である。内側保護膜24は、薄いRu膜を保持し、Ru
膜が内側からエッチングされるのを保護する機能を発揮
する。
することにより、開口AP1内の内側保護膜24を窪ま
せる。
基板表面及び側面に露出しているRu膜が除去される。
4の表面の位置までRu膜がエッチングされる。内側保
護膜24の表面の位置までRu膜がエッチングされ、1
つの開口AP2ごとに、分離された蓄積電極23が形成
される。
に形成されている内側保護膜24を除去する。エッチン
グに際しては、第1段階として反応性イオンエッチング
(RIE)により異方性エッチングを行う。次いで、ア
ッシング処理、コリン(Colin)処理、希フッ酸処
理を行う。希フッ酸は、例えばフッ化水素酸と水とを、
例えば、2:100の割合で混合した緩衝液を用いる。
てエッチングが速やかに進行してスリットが形成され、
次いで、基板表面と平行な方向にエッチングされる。エ
ッチング処理により、内側保護膜24と、蓄積電極23
間の絶縁層21とが除去される。SOGで形成された内
側保護膜24は、絶縁層21に比べてフッ酸系のエッチ
ング液によりエッチングした際のエッチング速度が速
く、速やかに除去される。
キャパシタ用絶縁層31を形成する。キャパシタ用絶縁
層31の材料としては、誘電材料、好ましくは高誘電率
の材料、例えばTa2O5が用いられる。Ta2O5の厚さ
は、例えば10nmである。キャパシタ用絶縁層31の
上に、CVD法により導電層35a、例えばTiON
層、Ru、W、WN、SRO等を形成する。導電層35
aの厚さは例えば200nmである。周辺回路領域PC
の絶縁層21表面をストッパとしてCMP法を用いて導
電層35aの表面を平坦化し、セルプレート電極35を
形成する。平坦化工程のための方法としてエッチバック
法を用いても良い。
の絶縁層21と表面高さがほぼ等しいセルプレート電極
35が形成される。
TEOS絶縁膜41を形成する。その後、セルプレート
電極35上にコンタクト開口部43が、周辺回路領域P
Cのトランジスタ上にコンタクト開口部45が形成され
る。コンタクト開口部43、45内を導電材料により充
填し、上部配線を形成する。
製造方法によれば、周辺回路領域の絶縁層に対して、蓄
積電極内及び蓄積電極間の絶縁層をほぼ選択的に除去で
きる。
層をエッチング除去する際に、周辺回路領域の絶縁層が
同時に除去されるのを防止するための追加の保護マスク
形成工程が不要になる。DRAMの製造工程が簡略化さ
れる。
したDRAM構造において特徴的な構造について図9及
び図10を用いて以下に説明する。
内に多数形成された蓄積電極23の外周部は、フォトリ
ソグラフィー工程によってその形状が決まるため、通
常、ある間隔だけ隔ててほぼ平行に向き合う直線状の部
分23cと2本の直線状の部分23cをその両端で結ぶ
2本の円弧状の部分23dとからなるレーストラック状
の形状を有している。
23とを分離するためのエッチングを行うと、蓄積電極
23の外周形状を反映するように蓄積電極23の外周部
からほぼ等距離だけ離れた面までの領域に存在する絶縁
層がエッチングされる。図9Aに示すように、外周部2
3c、23dを結ぶレーストラック状の形状を反映し
て、一点鎖線で示される仮想線の内側の領域に存在する
絶縁層21が除去されることになる。
した後の平面形状を示す。実線53で示される輪郭の内
側部分に形成されていた絶縁層がエッチングされる。実
線53で示される部分の形状は、図9Aにおける蓄積電
極の外周形状のうち直線状の部分23cの形状を反映し
た直線状の部分53cと、図9Aにおける円弧状の部分
23dの形状を反映した円弧状の部53aとを結んだ形
状となる。直線状の部分53c間には内側に向けて窪む
形状の部分53dが形成されており、円弧状の部分23
dの間にも、同様に内側(メモリセルMC側)に向けて
絶縁層が突出する形状の部分53bが形成される。実線
53が、メモリセル領域MCと周辺回路領域PCとの境
界を画定することになる。
広くとる場合に、またはオーバーエッチングを少な目に
する場合、メモリセル領域MC内には、以下に説明する
ような構造が残留する。
つのメモリセルの中心間を結ぶ2本の対角線の交点付近
に、ほぼ菱形に形成された搭状の絶縁層51が残留す
る。
ンとしては長方形の形状をしているのが一般的である。
ところで、長方形の形状を、フォトリソグラフィー技術
を用いて形成する場合には、回折、干渉で角部は丸め込
まれ、完全な長方形のパターンとはなりにくい。いわゆ
るショートニング効果と呼ばれる効果により、蓄積電極
パターンの長手方向の間隔は、短い方向の間隔よりも広
くなる傾向が強い。
に並ぶ2つの蓄積電極間の間隔は、水平方向又は垂直方
向に隣接する蓄積電極間の間隔と比べて広くなる。従っ
て、水平方向又は垂直方向に隣接する蓄積電極間に存在
する絶縁層を除去するために必要な時間に多少のオーバ
ーエッチング時間をも見込んでエッチングを行ったとし
ても、対角線方向に並ぶ2つの蓄積電極間に存在する絶
縁層が全てエッチングされるとは限らない。典型的に
は、菱形の形状をした島状の絶縁層領域が残る。
絶縁層領域は消失することになる。残された菱形の部分
51の形状および寸法は、蓄積電極間の間隔と絶縁層の
エッチング量とに依存する。
ると、メモリセル領域MCと周辺回路領域PCとの境界
を画定する境界線53が、周辺回路領域PCの方に向け
て拡がっていく。周辺回路領域PCの絶縁層がオーバー
エッチングされてしまう。このオーバーエッチングされ
た領域は、何らの機能も有していないことから無駄な領
域といえる。このような無駄な領域が増えると、チップ
表面を余計な領域が占有することになり、素子の詰め込
み密度を低下し、ひいてはチップサイズを大きくするこ
とになる。チップ単価を押し上げることにもなる。
極を厚くすることもできるが、余計なプレート電極の成
膜に余計な時間が必要となる。プレート電極が厚くなる
と、プレート電極中にクラックが入る等の問題も生じ
る。
ル領域MC外方に拡げるのは得策ではなく、拡がりを最
小限に押えることが望ましい。すると、メモリセル間に
酸化物の柱状体が残る。
ーションが存在する。
る蓄積電極間の距離が長ければ、各メモリセル間には菱
形状の領域は形成されない。代わりに複数の蓄積電極が
水平方向に整列して形成される2つの蓄積電極の列間
に、帯状の絶縁層領域55が形成される。帯状の絶縁層
領域55の外周部は、内側に凸の円弧状の外周部53a
が垂直方向に整列した形状を有している。
向に整列しておらず、斜め方向に整列している場合に
は、蓄積電極の列の間に斜め方向に延びる帯状の絶縁層
領域57が形成される。斜め方向に延びる帯状の絶縁層
領域57は、内側に凸の円弧状の外周部53aと直線状
の外周部53cの一部とを1単位としてこの1単位が複
数、連続して繋がった外周形状を有している。
蓄積電極間の距離が長ければ、水平方向に複数の蓄積電
極が整列して形成される蓄積電極の行間に、帯状の絶縁
層領域60が形成される。帯状の絶縁層領域60の外周
部は、直線状の外周部53cと外側に凸の円弧状外周部
53aの一部とを1単位としてこの1単位が複数、連続
して繋がった形状を有している。
方向に隣接する蓄積電極間の距離が長ければ、1つの蓄
積電極ごとに分離された被エッチング領域が形成され
る。すなわち、絶縁層内にレーストラック状断面を有す
る開口が形成され、この開口内に絶縁層から一定距離離
れて平面視レーストラック状の形状を有する蓄積電極が
配置される。
積電極の配置を変えると、絶縁層のエッチングを行った
後に残される絶縁層の形状は変化する。従って、その形
状をある1つの形状として特定することは困難である
が、絶縁層がエッチングされた部分(被エッチング部)
の外周形状は、蓄積電極の外周形状を反映していること
は確かである。蓄積電極の外周からのエッチングは基板
面と水平な方向に等方的に進むと考えられ、従って、蓄
積電極の外周から絶縁層の外周を画定する境界線までの
距離は、ほぼ等しくなる。本明細書において、「蓄積電
極の外周形状を反映する」との表現は、上記のような状
態を意味している。
ように、基板面と水平な方向に向けてエッチングされる
距離が、隣接する蓄積電極間の距離よりも長い部分にお
いては、実際には絶縁膜がエッチング処理の途中で完全
に除去されてしまう。この場合にも、一部の絶縁層が残
り、その残った絶縁層の形状が蓄積電極の外周部の形状
を反映していれば、外周部の形状を反映すると表現する
ことができる。本明細書における「外周形状を反映す
る」との表現は、上記の状態をも含むものである。
導体装置及びその製造方法の変形例について図面を参照
しつつ説明する。
実施の形態における図7Cに対応する図である。
内側保護膜24との表面が、絶縁層21の表面とほぼ面
一になっている。蓄積電極23および内側保護膜24の
表面が窪んでいない。
5aを堆積した後に、周辺回路領域PCの絶縁層21表
面をストッパとしてCMP法を用いて導電層35aの表
面を平坦化すると、蓄積電極上のセルプレート電極が除
去されるため、セルプレート電極の抵抗が高くなってし
まう。前述のように、蓄積電極23の上面が、絶縁層2
1の上面とほぼ面一になっているからである。
導電層35a上にフォトレジスト等により加工用のマス
クを形成する必要がある。
る際にはマスクが不要である。従って、製造工程が簡略
化される。
側保護膜が形成される開口部が存在しない。蓄積電極用
の導電膜を厚めに堆積することにより、中実の蓄積電極
が形成される。いわゆる台座(Pedestal)構造
の蓄積電極である。
21をエッチングする際に周辺回路領域PC上の絶縁層
21を覆うマスクは不要である。蓄積電極23の表面
は、絶縁層21の表面に対して窪んでいる。従って、プ
レート電極形成工程においても、CMP法等を用いるこ
とができ、マスク形成工程が不要となる。
チング時において、絶縁層21上にアモルファスシリコ
ン膜22を残している。このアモルファスシリコン膜2
2は、開口21を形成するための反応性イオンエッチン
グを行う際における、いわゆるハードマスクとして働
く。アモルファスシリコン膜2を残しておくことによ
り、絶縁膜21が上面から目減りするのを緩和する機能
もある。
ルファスシリコン膜22と絶縁膜との界面の高さよりも
深くまで窪ませる必要がある。絶縁層21の側面を露出
させ、絶縁層21の除去のためのウェットエッチング時
に絶縁層21と蓄積電極23の界面に早くエッチング液
がしみ込むようにするためである。
的には除去する。アモルファスシリコン膜22に代え
て、Al2O3やSi3N4などの絶縁材料を残すこともで
きる。
ッチングした際にアモルファスシリコン膜22はエッチ
ングされずに残る。アモルファスシリコン膜22は、通
常薄く形成するため、強度的にはもろい。アモルファス
シリコン膜22の強度を保つため、上述の菱形状に残る
絶縁層をその支柱として機能させることもできる。
を省略した構造である。蓄積電極用の開口と、その下の
接続用の開口とが一体に形成され、蓄積電極用導電材料
により蓄積電極部分とプラグに相当する部分とが一体に
なって形成される。
体装置の製造方法について説明する。
方法は、絶縁層と蓄積電極との界面近傍の絶縁層のエッ
チング速度を速くするための第2の手段、すなわち、以
下の方法を採用している。
他、Pt、W、WN、TiN、SRO、Ir、IrOx
絶縁層の開口内に形成した後、350℃から800℃の
間の温度で熱処理を行う。
るRuが蓄積電極と絶縁層との界面付近の絶縁層中に拡
散する。Ruが絶縁層中に拡散すると、フッ酸系のエッ
チング液でエッチングした際の絶縁層のエッチング速度
が増す。蓄積電極と絶縁層との界面付近の絶縁層が速や
かにエッチングされる。この現象を利用することによ
り、周辺回路領域上の絶縁層に対して、蓄積電極間に存
在する絶縁層をほぼ選択的に除去することができる。そ
の他の工程については、第1の実施の形態による半導体
装置の製造方法と同様の方法が用いられる。
ドーピングされた多結晶シリコンを用いることもでき
る。その場合には、熱処理を行うことによって多結晶シ
リコン内の不純物、例えば燐やヒ素、ボロン等が絶縁層
中に拡散する。不純物が拡散すると、絶縁層のエッチン
グ速度は増す。蓄積電極と絶縁層との界面の密着性が良
くない場合と同様に、周辺回路領域上の絶縁層に対して
蓄積電極間に存在する絶縁層をほぼ選択的に除去するこ
とができる。
導体装置の製造方法について説明する。
方法は、絶縁層と蓄積電極との界面近傍の絶縁層のエッ
チング速度を速くするため、前述の第3の手段を採用し
ている。
材料を堆積する前に、ウェットエッチングによるエッチ
ング速度の速い分離膜を薄く形成しておく。絶縁層の表
面に堆積した蓄積電極材料をCMP法などにより取り除
く際に、分離膜の端面が露出する。蓄積電極形成後、分
離膜を選択的に又は非常に速くエッチングするエッチン
グ方法を用いることにより、分離膜を除去する。分離膜
が除去された蓄積電極と絶縁層との界面にスリットが形
成される。続いて絶縁層のエッチングが行われる。絶縁
層をエッチングするためのエッチング液がスリット内に
しみ込み、絶縁層がエッチングされる。分離膜のエッチ
ングと絶縁層のエッチングとは、同じエッチングでも別
のエッチングでも良い。
15までを参照して説明する。
AP2を形成する際に、厚い絶縁膜21の下部に形成さ
れている窒化膜20をエッチングストッパーとして用い
る。窒化膜20の表面でエッチングを停止させる。窒化
膜20内に開口を形成しない。
の段階では開口を形成しない方が、後に蓄積電極の転倒
を防止できるので有利である。
た場合に、絶縁層21と比較してそのエッチングレート
の速い材料により形成される分離膜61を、開口AP2
の内壁を含む基板表面上にCVD法或いはスパッタ法を
用いて堆積する。分離膜61として、例えばTiを用い
る。Tiからなる分離膜61は、開口AP2の内壁にお
ける膜厚が、例えば5nm程度となるように成膜する。
と反応せず、異方性エッチングが容易でHF以外のエッ
チング液で容易にエッチングできる材料が望ましい。
を用いて、Tiからなる分離膜61をエッチングする。
件を用いることができる。
とO2との混合ガスが用いられる。Wに対しては、SF6
が用いられる。Al、TiN、Ti、Al2O3に対して
は、SiCl4が用いられる。Cや有機膜に対してはO2
が用いられる。Si3N4に対しては、CF4とO2との
混合ガスが用いられる。
ものを用いなくても、開口AP2を異方性エッチングに
より形成した際に、開口内壁に堆積される被膜(内壁を
保護し垂直エッチングを可能にする)を除去せずにその
まま用いても良い。また膜と表現できないようなもの、
例えば薬品により処理した場合に付着した付着物でも良
い。
分離膜61のうち、開口AP2の内壁に堆積された分離
膜61のみが残る。
エッチングにより除去する。コンタクトプラグ(セルト
ランジスタのソース又はドレインに接続される)17表
面に達する開口を形成する。
材料23aを形成する。導電材料23aとしては、例え
ば、Ruが用いられる。Ruを、例えばCVD法を用い
て20nm程度堆積する。
ばレジスト又はSOG等(24)で埋める。図14Dに
示すように、導電材料23aであるRuをエッチング
し、酸化膜21の表面を露出させる。
に過酸化水素を混合した液などのエッチング液を用いて
基板全面をエッチングする。分離膜21の材料に応じて
次のウェットエッチングを用いることもできる。
晶シリコンに対しては希釈したHFとHNO3との混合
液が、TiNに対しては過酸化水素と硫酸との混合液
が、Alに対してはHClが、Al2O3に対しては、ボ
イルド硫酸が用いられる。
れている導電材料23a(例えば、Ti)がエッチング
され、基板表面から下部の窒化膜20に至る空洞(スリ
ット)63が、蓄積電極24と隣接する絶縁膜21との
界面に形成される。
ントのエッチング処理を行う。フッ酸系のエッチング液
は、スリット63内に浸透し深部に至る。絶縁層21の
等方的なエッチングが行われる。蓄積電極23間の絶縁
層21が除去される。上記第1又は第2の実施の形態に
よる製造方法と同様に、周辺回路領域上の絶縁層を保護
するマスクを必要としない。
ッチング液としては、フッ酸を含まないエッチング液を
用いるのが好ましい。フッ酸系のエッチング液を用いる
と、周辺の絶縁膜21もエッチングされてしまうからで
ある。
するエッチング速度が、分離膜61のエッチング速度が
絶縁膜21のエッチング速度に対して十分に速ければ十
分使用可能である。
3との界面には形成されない。水平方向に隣接する蓄積
電極23間に窒化膜20からなるスペーサが介在してい
るため、蓄積電極23の転倒の可能性が低減する。
後にTiの分離膜61を形成すると、Tiの分離膜61
が窒化膜20の側壁にも形成される。窒化膜20の側壁
と蓄積電極23の外側壁との間にもスリットが形成され
るため、蓄積電極が倒れ易くなる。
VD法により形成されたRuの成膜条件を、上記第1の
実施の形態による半導体装置の製造方法とは変えること
が好ましい。
造方法においては、Ruと酸化膜との界面の密着性を適
度に制御して(密着性をある程度弱めて)、フッ酸系の
エッチング液でエッチングを行った場合に、エッチング
液が速やかに界面にしみ込むようにするのが好ましい。
置の製造方法によれば、Ruと絶縁層との界面の密着性
を強めて、フッ酸系のエッチング液でエッチングを行っ
た場合でも、そのエッチング液がRuと絶縁膜との界面
にしみ込みにくいようにするのが好ましい。そのための
手段として、例えば、Ru成膜工程のうち初期の段階に
おいて、雰囲気中に酸素をわずかに添加してRuOを薄
く成膜する。次いで酸素の供給を停止してRuを形成す
る方法がある。
酸化膜等)とRuO膜との密着性は良好であるため、フ
ッ酸系のエッチング液でエッチングを行った場合でも、
エッチング液が界面にしみ込みにくい。
導体装置及びその製造方法について図面を参照して説明
する。
も、蓄積電極と隣接する絶縁膜との界面のエッチングレ
ートが速い現象を利用したものである。
下部に形成され、エッチングによる除去は行わない絶縁
膜(16: 主に酸化膜)の表面において停止されるの
が好ましい。絶縁膜16の表面でエッチングが停止しな
いと、蓄積電極23をその下部において支える絶縁膜1
6がエッチングにより除去されて、蓄積電極23の支持
機構が失われ、デバイスの構造が破壊される恐れがあ
る。蓄積電極23の絶縁性が失われる等、正常なデバイ
ス特性を維持できなくなる可能性がある。
は、上記の点を考慮し、次に説明するような構造及びプ
ロセスを採る。
に、蓄積電極23との密着性が良く、蓄積電極と隣接す
る絶縁層との間の界面をエッチングする場合にエッチン
グ速度が非常に遅い材料により形成された絶縁性の密着
層20を形成する。密着層20は、例えばシリコン窒化
膜により形成される。この密着層20は、蓄積電極23
と隣接する絶縁層21との間の界面をエッチングする際
に、下部構造まではエッチングされないようにするエッ
チングストッパ層の機能を兼ねる。
て、上記の密着層20内を貫通する開口が形成される。
その後に、蓄積電極用の導電性材料を堆積する。
壁とが接触している。この密着層20と蓄積電極23と
の界面では、フッ酸系のエッチング液によるエッチング
の際におけるエッチングレートが速くなる現象は起きな
い。フッ酸系のエッチング液によるエッチングの際に形
成されるスリットは、蓄積電極23の外側壁と密着層2
0の内側壁とが接触している部分には形成されない。
着層20を形成するだけでは不十分な場合には、エッチ
ングストッパー層を兼ねる密着層の厚さを厚くすれば良
い。
の高さの半分程度にまで厚くすることが可能である(破
線DL参照)。密着層20の厚さを厚くすると、その厚
さに相当する部分の蓄積電極外壁の面積分、蓄積電極2
3に蓄積される電気容量の値は小さくなる。但し、この
場合でも、内壁はほぼ全部の面積分を容量として使用す
ることができる。
法と同様の方法により蓄積電極23を形成し、隣接する
蓄積電極間の絶縁層21を除去する。密着層兼エッチン
グストッパ層20の厚さが十分に厚いので、蓄積電極2
3の外側壁にスリットを形成するためのエッチング工程
を行っても、スリットの形成は密着層の厚さ方向の途中
において停止し、蓄積電極下部にまで到達するスリット
が形成される可能性が少ない。
とえば、窒化膜/酸化膜、窒化膜/酸化膜/窒化膜の2
層、3層構造としても良い。複合膜であっても、表面側
の層の少なくとも一層が蓄積電極23との密着性が良
く、耐HF性があり、界面でのHFのしみ込みを防止で
きるものであれば、全体として上記の構造と同じよう
に、密着層としての機能を持たせたり、エッチングスト
ッパ膜と兼用させたりすることができる。
体装置及びその製造方法の変形例について説明する。
の代わりに、タンタルの酸化膜(例えば、Ta2O5やT
a2O6を含む)、BST(Barium Stront
ium Tantalate)又はST(Stront
ium Tantalate)、アルミナ(Al2O3)
等の材料により形成された絶縁膜が密着膜として用いら
れる。3層構造における窒化膜1層を上記の膜に置換す
ることができる。
によってはほとんどエッチングされない。加えて、蓄積
電極を形成する材料、例えばRuとの密着性が良好であ
る。
成するためのフッ酸系のエッチング液を用いたエッチン
グ工程を行っても、スリットの形成は密着層の厚さ方向
の途中において停止し、蓄積電極下部にまで到達するス
リットが形成される可能性が少ない。
体装置及びその製造方法について説明する。
装置及びその製造方法について説明するための断面図で
ある。
の下部に形成されているプラグ17の周辺を覆う材料1
6のうちの表層16bは、フッ酸系のエッチングに対し
て耐エッチング性があり、プラグ17用の材料との密着
性が良好な材料である。材料16として、例えば、窒化
膜或いは窒化膜/酸化膜/窒化膜の3層構造からなる積
層構造を有する絶縁層を用いることができる。
す構造を形成するための工程を示す。
ン酸化膜16cを形成する。シリコン酸化膜16c内に
第1の層間絶縁膜11までは到達しない溝を形成すると
ともに、下部構造へのコンタクト用開口を形成する。溝
内に例えばW配線を埋め込む。その後、絶縁層16a例
えば窒化シリコン膜を用い、W配線上を覆う。可能であ
れば、基板表面を平坦化する。平坦化工程は任意の工程
である。
形成する。厚さは、例えば50nm〜200nmであ
る。
ターンをマスクとして、窒化膜16b、窒化膜16a、
酸化膜16cを貫通する開口AP3を形成する。開口A
P3は、メモリセルトランジスタのソース/ドレインに
至る。開口AP3を形成するためには、DRAMの製造
工程において通常用いられているSACプロセスを用い
ても良い。要するに、ソース/ドレインに電気的に接続
する開口が形成されれば良い。
た多結晶シリコン又はTiNなどの別プラグ12を介し
てトランジスタのソース/ドレインに接続されていても
良い。
上面と側面が窒化膜により覆われており、窒化膜が、絶
縁層16除去のためのエッチング条件においてはほとん
どエッチングされないことを利用して、ビット線BL間
において位置合わせ余裕を考慮することなしに自己整合
的にコンタクト開口AP3が形成される構造である。
酸系のエッチング液に対して耐エッチング性のある導電
材料、例えばW又はTiN或いはPt、TiN、WN、
RuO、Ru、ドープした多結晶シリコン、W/TiN
/Ti等からなる複合膜の耐エッチング導電材料を堆積
する。開口AP3内は、W又はTiN、W/TiN/T
iの複合膜等の導電材料によって充填される。
材料としては、例えば蓄積電極23にRuを用いる場
合、Ruとは異なる材料が使用される。蓄積電極と酸化
膜との界面とは異なり、プラグ用の電極材料は、絶縁層
との密着性が良く、界面におけるエッチング速度が速く
なりすぎないようにするのが好ましい。
用いて、窒化膜16b上のプラグ用電極材料を除去す
る。WやTiN、(ドープトポリシリコン)、W/Ti
N/Ti、WN、RuO、Ru等の導電材料により開口
内が充填されたプラグ構造が形成される。プラグ17
は、上記の多結晶シリコンからなる別プラグ12の上に
形成される。
20を形成し、その上に厚い酸化膜21を形成する。窒
化膜20の形成は省略することもできる。厚い酸化膜2
1と窒化膜20を貫通しプラグ17の表面に至る蓄積電
極用開口部AP4を形成する。
として、CVD法によりRu膜を形成する。蓄積電極2
3を形成する工程は、これまでに説明した工程と同様で
ある。
絶縁膜21との界面に形成されるスリットは、下部構造
にまで達しない。プラグ17とその周辺に形成される窒
化膜16bとの密着性は良い。加えて、プラグ17を形
成するプラグ材料及び窒化膜16bのフッ酸系のエッチ
ング液によるエッチング速度は非常に遅い。従って、窒
化膜16bとプラグ17との界面にフッ酸系のエッチン
グ液がしみ込み、界面にスリットが形成される可能性が
少ない。スリットの形成は、この下部構造(窒化膜16
bとプラグ17)によってくい止められる。スリットが
更に下部の構造にまで延びるのを防止する。
極を形成した構造を総称して電極と称する場合がある。
導体装置及びその製造方法について説明する。
体装置及びその製造方法について説明するための断面図
である。図20Aに示す構造は、図16および図17に
示す構造においてエッチングストッパー兼スリット防止
膜を3層構造で形成したものである。3層構造は、例え
ば窒化シリコン膜/酸化シリコン膜/窒化シリコン膜で
ある。酸化シリコン膜の代わりに、Ta2O5膜又はアル
ミナ膜、BST、STOなどを用いることもできる。
22に示す。
ッチング液に対して耐エッチング性のある絶縁膜で形成
される。3層構造のうちの中間に形成される膜は、ある
エッチング条件下では、等方性のエッチングが可能な絶
縁膜である。
図17の厚い酸化膜21下部の窒化膜20の代わりに、
上述した3層構造の膜が用いられる。以下に製造方法を
示す。
窒化膜16aと酸化膜16bとを形成する。酸化膜の形
成は省略しても良い。
口AP5を形成する。開口は、上記窒化膜16a及び酸
化膜16bを貫通し、別ブラグ12の表面にまで到達す
る。
述の工程と同様の工程により、プラグ材を充填し、プラ
グ17を形成する。
縁層21とを基板上に形成する。蓄積電極用の開口部A
P6を、まず3層構造20のうち最上部の窒化膜20a
表面に至るまで形成する。その後、最上部の窒化膜20
aをエッチングし、次いでフッ酸系のエッチング液を用
いて中間の膜20bを横方向にサイドエッチングし、横
方向に延びるスリットHSを形成する。この際、最下部
窒化膜20cはエッチングされていない。
り除去する。下部プラグの表面に到達する蓄積電極用の
開口部が形成される。
た工程と同様の工程を用いて、蓄積電極を形成する。図
22Eには蓄積電極23の上面図も合わせて示してい
る。
又はCVD法を用いて形成されたWN膜を用いて蓄積電
極を形成する。Ru又はWNにより形成されたCVD膜
は、ステップカバレッジが非常に良い。横方向に延びる
スリットHSの内部にも電極材料が侵入する。
外側壁から突出する環状の突出部23bが形成される。
する窒化膜とが接触することにより、その下部に存在す
る酸化膜領域までの距離が実質的に長くなる。フッ酸系
のエッチング液が下部領域まで侵入するのを防止でき
る。
されているため抜けにくい。蓄積電極が強固に支持され
るため、蓄積電極の転倒が防止できる。
導体装置及びその製造方法について説明する。
製造方法における3層構造と同様の3層構造を、ビット
ラインBL上に設けている。
置の製造方法を示す。
層の絶縁層16bは、3層構造(16e、16f、16
g)により形成されている。
16eをエッチングして開口部を設け、3層構造の中間
層(酸化膜)16fを露出する。
ッチング液によりエッチングし、横方向に延びるスリッ
トHSを形成する。
いて説明した構造と異なり、周辺には蓄積電極23周辺
の絶縁膜21の相当する酸化膜がない。絶縁層21等が
エッチングされる点を考慮しなくて済む。横方法のスリ
ットSHの長さのみを考慮して必要量のエッチングを行
えば良い。
最下層の窒化膜16gをエッチングする。次いで、窒化
膜16a、酸化膜16cを異方性エッチングして、別プ
ラグ12表面に達するコンタクト開口AP11を形成す
る。
エッチングしたのは、等方性のエッチングを行うと、中
間層の酸化膜16fが余計に再度エッチングされ、横方
向スリットSHの長さを制御することが難しくなるから
である。
P11内をプラグ材として用いる導電性材料により埋め
る。この導電性材料は、横方向のスリットHSの内部に
も入る。プラグ17の外側壁から突出する突出部17a
が形成される。プラグ17とその周辺の窒化膜16e、
16gとの接触面積が増え、またフッ酸系のエッチング
液の浸入ルートとなる距離が長くなる。フッ酸系のエッ
チング液の浸入を防止することができる。
及び図24Fに示す。基板表面上に、窒化シリコン膜2
0と酸化シリコン膜21とを形成する。窒化シリコン膜
20は省略されていても良い。窒化シリコン膜20と酸
化シリコン膜21にコンタクト孔AP12を形成する。
Ruを形成する。
1上のRuを除去し、内側保護膜をSOG等で形成す
る。
リコン膜21表面上から窪ませる。
る酸化膜21を選択的にエッチングする。
ート電極の形成は、前述の方法、例えば第1の実施の形
態において説明した方法と同様の方法で行う。
製造方法によれば、蓄積電極とその下部の別プラグとを
接続するプラグに、その外側壁から突出する突出部が形
成されている。この突出部は、上下を窒化膜により挟ま
れた3層構造の中間に形成されている横方向スリット内
に挿入されている。
域まで侵入するのを防止できる。
されているため抜けにくい。蓄積電極が強固に支持され
るため、蓄積電極の転倒が防止できる。
層膜16eをエッチングした後に行うように説明した
が、3層分(16e、16f、16g)の全てをエッチ
ングして開口を形成した後に、スリット形成のためのエ
ッチングを行っても良い。
グ液によるエッチングが下層にも至ることを考慮してサ
イズを決める必要がある。この観点からは、前者の方が
望ましい。
て蓄積電極の形状がシリンダ形状の場合について説明し
たが、蓄積電極の形状はピラー形状でも良く、他の形
状、例えば、シリンダ型、ピラー型の表面を波打たせ
て、表面積を大きくしたような蓄積電極構造にも適用で
きる。
して、特許請求の範囲に記載した発明と併せて、以下に
付記する発明についても抽出可能である。
(b)前記第1絶縁膜上に第1シリコン窒化膜とシリコ
ン酸化膜と第2シリコン窒化膜とを含む第2絶縁膜を形
成する工程と、(c)前記第2絶縁膜上に第3絶縁膜を
形成する工程と、(d)前記第3絶縁膜内に前記第2絶
縁膜の前記第1シリコン窒化膜表面に達する第1コンタ
クト孔を形成する工程と、(e)前記第1シリコン窒化
膜内に前記第1コンタクト孔に対応する第2コンタクト
孔を形成する工程と、(f)前記シリコン酸化膜をオー
バーエッチングして前記半導体基板と平行な方向に延び
る収容部を形成する工程と、(g)前記第2シリコン窒
化膜を除去する工程と、(h)前記第1絶縁膜内に前記
第1及び第2コンタクト孔に対応する第3コンタクト孔
を形成する工程と、(i)前記第1、第2及び第3のコ
ンタクト孔内に電極材料を充填するとともに前記収容部
内に収容される突出部を形成する工程とを含む半導体装
置の製造方法。
(b)前記第1絶縁膜上に第1シリコン窒化膜とシリコ
ン酸化膜と第2シリコン窒化膜とを含む第2絶縁膜を形
成する工程と、(c)前記第1シリコン窒化膜内に第1
コンタクト孔を形成する工程と、(d)前記シリコン酸
化膜をオーバーエッチングして前記半導体基板と平行な
方向に延びる収容部を形成する工程と、(e)前記第2
シリコン窒化膜を除去する工程と、(f)前記第1絶縁
膜内に前記第1コンタクト孔に対応する第2コンタクト
孔を形成する工程と、(g)前記第1及び第2コンタク
ト孔内に充填されるとともに、前記収容部内に収容され
るプラグ電極を形成する工程と、(h)前記第2絶縁膜
上に第3絶縁膜を形成する工程と、(i)前記第3絶縁
膜内に前記プラグ電極に達する第3コンタクト孔を形成
する工程と、(j)前記第3のコンタクト孔内に電極を
形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
(b)前記第1絶縁膜内に第1コンタクト孔を形成する
工程と、(c)前記第1コンタクト孔内にプラグ電極を
形成する工程と、(d)前記第1絶縁膜上に第1シリコ
ン窒化膜とシリコン酸化膜と第2シリコン窒化膜とを含
む第2絶縁膜を形成する工程と、(e)前記第2絶縁膜
上に第3絶縁膜を形成する工程と、(f)前記第3絶縁
膜内に第2コンタクト孔を形成する工程と、(g)前記
第2コンタクト孔に対応する領域の前記第1シリコン窒
化膜内に第3コンタクト孔を形成する工程と、(h)前
記シリコン酸化膜をオーバーエッチングして前記半導体
基板と平行な方向に延びる収容部を形成する工程と、
(i)前記第2シリコン窒化膜を除去する工程と、
(j)前第2及び内に充填されるとともに、前記収容部
内に収容される上部電極を形成する工程とを含む半導体
装置の製造方法。
有する蓄積電極をマスクレスで形成することが可能にな
る。DRAM等の半導体装置の製造工程を短縮すること
ができる。半導体装置の製造コストを大幅に削減するこ
とができる。
ル部と周辺回路領域との境界をマスク合わせ工程無しに
自己整合的に形成することができるので、位置合わせず
れを考慮する必要がない。メモリセル部と周辺回路領域
との境界に余裕を持たせるための余分な領域を見込んで
おく必要がなく、半導体集積回路の集積度を向上させる
ことができる。メモリセル部と周辺回路領域との境界を
必要最小限に小さくすることができ、余分な領域が形成
されず、集積度を向上させることができる。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
の製造方法の原理を示す半導体基板の概略断面図であ
る。
の製造工程を示す半導体基板の概略断面図である。
の製造工程を示す半導体基板の概略断面図である。
の製造工程を示す半導体基板の概略断面図である。
の概略的な平面図である。図9Aはエッチング前の様子
を示す。図9Bはエッチング後の様子を示す。
置の概略的な平面図であり、特徴的な形状のバリエーシ
ョンを示す平面図である。
置の製造工程の変形例を説明するための半導体基板の概
略断面図である。
置の製造工程の変形例を説明するための半導体基板の概
略断面図である。
置の製造方法を示す半導体基板の概略断面図である。
置の製造方法を示す半導体基板の概略断面図である。
置本発明の第4の実施の形態による半導体装置の製造方
法を示す半導体基板の概略断面図である。
置の製造方法を示す半導体基板の概略断面図である。
置の製造方法を示す半導体基板の概略断面図である。
置の製造方法を示す半導体基板の概略断面図である。
置の製造方法を示す半導体基板の概略断面図である。
置の構造を示す断面図である。
置の構造を示す断面図である。
置の構造を示す断面図である。
置の構造を示す断面図である。
置の構造を示す断面図である。
置の構造を示す断面図である。
置の構造を示す断面図である。
19)
断面図である。
断面図である。
断面図である。
の製造方法の原理を示す半導体基板の概略断面図であ
る。
の製造工程を示す半導体基板の概略断面図である。
の製造工程を示す半導体基板の概略断面図である。
の製造工程を示す半導体基板の概略断面図である。
の概略的な平面図である。図9Aはエッチング前の様子
を示す。図9Bはエッチング後の様子を示す。
置の概略的な平面図であり、特徴的な形状のバリエーシ
ョンを示す平面図である。
置の製造工程の変形例を説明するための半導体基板の概
略断面図である。
置の製造工程の変形例を説明するための半導体基板の概
略断面図である。
置の製造方法を示す半導体基板の概略断面図である。
置の製造方法を示す半導体基板の概略断面図である。
置本発明の第4の実施の形態による半導体装置の製造方
法を示す半導体基板の概略断面図である。
置の製造方法を示す半導体基板の概略断面図である。
置の製造方法を示す半導体基板の概略断面図である。
置の製造方法を示す半導体基板の概略断面図である。
置の製造方法を示す半導体基板の概略断面図である。
置の構造を示す断面図である。
置の構造を示す断面図である。
置の構造を示す断面図である。
置の構造を示す断面図である。
置の構造を示す断面図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 第1領域とその周囲の第2領域を含む基
板と、 前記第2領域上に形成される絶縁膜と、 前記第1領域内の前記基板表面上に形成される電極と、 前記電極上に形成される誘電体膜と、 前記誘電体膜上に形成される対向電極とを有し、 前記絶縁膜の側壁の形状が、対向する前記電極の側壁の
外周形状を反映した部分を含むキャパシタ装置。 - 【請求項2】 第1領域とその周囲の第2領域を含む基
板と、 前記第2領域に形成される絶縁膜と、 前記第1領域内の前記基板表面上に形成される電極と、 前記電極上に形成される誘電体膜と、 前記誘電体膜上に形成される対向電極と、 前記第1領域内において、前記電極の側壁形状を反映す
る側壁の形状を有する前記絶縁膜と同一材料で形成され
た残留絶縁部分とを有するキャパシタ装置。 - 【請求項3】 第1領域とその周囲の第2領域を含む半
導体基板と、 前記半導体基板上に形成される第1絶縁膜と、 前記第1領域内の前記第1絶縁膜に形成される複数のコ
ンタクト孔と、 前記第2領域の前記第1絶縁膜上に形成される第2絶縁
膜と、 前記コンタクト孔を介して前記半導体基板と電気的に接
続される電極と、 前記電極上に形成される誘電体膜と、 前記誘電体膜上に形成される対向電極とを有し、 前記第2絶縁膜の側壁の形状が、対向する前記電極の側
壁の外周形状を反映した部分を含む半導体装置。 - 【請求項4】 第1領域とその周囲の第2領域を含む半
導体基板と、 前記半導体基板上に形成される第1絶縁膜と、 前記第1領域内の前記第1絶縁膜に形成される複数のコ
ンタクト孔と、 前記第2領域の前記第1絶縁膜上に形成される第2絶縁
膜と、 前記コンタクト孔を介して前記半導体基板と電気的に接
続される電極と、 前記電極上に形成される誘電体膜と、 前記誘電体膜上に形成される対向電極と、 前記第1領域内において、前記電極の側壁形状を反映す
る側壁の形状を有する前記第2絶縁膜と同一材料で形成
された残留絶縁部分とを有する半導体装置。 - 【請求項5】 前記電極の外周部には、外方に突出する
突出部が形成され、 前記第1絶縁膜内に前記突出部を収容する凹部が形成さ
れている請求項3又は4に記載の半導体装置。 - 【請求項6】 さらに前記第1の絶縁膜と前記第2の絶
縁膜との間に第3の絶縁膜が形成されており、前記電極
の外周部には、外方に突出する突出部が形成され、前記
第3の絶縁膜内に前記突出部を収容する凹部が形成され
ている請求項3又は4に記載の半導体装置。 - 【請求項7】 前記第1領域に、ゲート及びソース/ド
レインを含む半導体メモリ用スイッチング素子が形成さ
れ、前記電極、前記誘電体膜及び前記対向電極と共に半
導体メモリ素子を構成し、 前記第2領域に、周辺回路素子が形成されている請求項
3又は4に記載の半導体装置。 - 【請求項8】 (a)第1領域とその周囲の第2領域を
含む半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、 (b)前記第1領域の前記第1絶縁膜内に前記半導体基
板に達する複数の第1コンタクト孔を形成する工程と、 (c)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程
と、 (d)前記第1領域の前記第2絶縁膜内に前記コンタク
ト孔に達する第2コンタクト孔を形成する工程と、 (e)前記第2コンタクト孔内に前記基板と電気的に接
続される電極を形成する工程と、 (f)前記電極の側壁を露出するとともに、前記第1領
域周囲の第2領域に残留する前記第2絶縁膜の側壁の外
周形状が対向する前記電極の側壁の外周形状を反映する
ようにエッチングを行う工程と、 (g)前記電極の露出した表面を覆う誘電体膜を形成す
る工程と、 (h)前記誘電体膜上に対向電極を形成する工程と、を
含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 (a)第1領域とその周囲の第2領域を
含む半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、 (b)前記第1領域の前記第1絶縁膜内に前記半導体基
板に達する複数の第1コンタクト孔を形成する工程と、 (c)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程
と、 (d)前記第1領域の前記第2絶縁膜内に前記コンタク
ト孔に達する第2コンタクト孔を形成する工程と、 (e)前記第2コンタクト孔内に前記基板と電気的に接
続される電極を形成する工程と、 (f)前記電極の側壁を露出するとともに、前記電極の
側壁形状を反映する外周形状を有する前記第2絶縁膜の
残留部分を含むようにエッチングを行う工程と、 (g)前記電極の露出した表面を覆う誘電体膜を形成す
る工程と、 (h)前記誘電体膜上に対向電極を形成する工程と、を
含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記工程(a)の前に、 (x)前記第1領域内に、ゲート及びソース/ドレイン
を含む半導体メモリ用スイッチング素子を形成する工程
を含む請求項8又は9に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 前記(b)工程と(c)工程の間に、 (y)前記第1コンタクト孔内に第1導電材料を充填し
て前記ソース又はドレインと接続する導電性プラグを形
成する工程を有し、 前記(e)工程は、 (z)前記第2コンタクト孔内に前記導電性プラグと接
続する第2導電材料を形成する工程を含む請求項8から
10までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 前記(z)工程は、 (z−1)前記第2導電材料を、表面から所定の深さだ
け低い位置に電極を形成する工程を含み、 前記(h)の工程は、 (h−1)前記誘電体膜上に前記対向電極用導電領域を
形成する工程と、 (h−2)前記第1領域周囲の第2領域に残留する前記
第2絶縁膜の表面上に形成されている前記対向電極用導
電領域を選択的に除去する工程とを含む請求項11に記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】 前記(e)の工程の前に、 前記第2絶縁膜と異なるエッチング特性を有するスペー
サ膜を前記第2コンタクト孔の内壁に形成する工程と、 前記第2絶縁膜の上面上及び前記第2コンタクト孔の底
面上に形成されている前記スペーサ膜を除去し、前記第
2コンタクト孔の側壁上に前記スペーサ膜を残す工程と
を含み、 前記(f)工程の前に、 前記第2コンタクト孔の側壁に形成されている前記スペ
ーサ膜を除去する工程を含む請求項8に記載の半導体装
置の製造方法。
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