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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Halbleitervorrichtung mit einem Kondensator, und im
Spezielleren auf eine Halbleitervorrichtung, die einen Kondensator
umfasst, der einen MIM-Aufbau (Metall-Isolator-Metall-Aufbau) aufweist, der
in einem Speicherzellenabschnitt zum Einsatz kommen soll.
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Beschreibung des Stands
der Technik
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Bei einer Halbleitervorrichtung,
insbesondere einem dynamischen Direktzugriffsspeicher RAM (DRAM),
steigt tendenziell die Anzahl der Herstellungsschritte an und die
Herstellungszeit wird tendenziell länger, wenn die Integration
verstärkt
und die Kapazität
erhöht
wird. Als Lösung
ist die Vereinfachung der Herstellungsschritte das wichtigste Element.
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32 ist
eine Teilschnittansicht einer Speicherzellenzone MR und einer peripheren
Schaltungszone LR wie einer Logikschaltung, eines Leseverstärkers oder
eines Decodierers, der in einem herkömmlichen DRAM 90 um
die Speicherzellenzone MR herum vorgesehen ist.
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Wie in 32 gezeigt,
ist eine Elementisolationsschicht 2 selektiv in einer Hauptfläche eines
Siliziumsubstrats 1 vorgesehen, und die Speicherzellenzone
MR und die periphere Schaltungszone LR sind ausgebildet, und darüber hinaus
ist eine aktive Zone AR jeweils in der Speicherzellenzone MR und
der peripheren Schaltungszone LR vorgesehen.
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In der aktiven Zone AR der Speicherzellenzone
MR sind Source-Drain-Zonen 11, 12 und 13 selektiv
in der Fläche
des Substrats vorgesehen, und eine Gate-Isolierschicht 21 ist
selektiv zwischen oberen Teilen der Ränder der Source-Drain-Zonen 11 und 12 und
zwischen oberen Teilen der Ränder
der Source-Drain-Zonen 12 und 13 vorgesehen, und eine
Gate-Elektrode 22 ist auf der Gate-Isolierschicht 21 vorgesehen.
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Darüber hinaus ist eine Randisolierschicht 23 vorgesehen,
um eine Seitenfläche
der Gate-Elektrode 22 zu bedecken, so dass ein MOS-Transistor gebildet
wird.
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Die Gate-Isolierschicht 21,
die Gate-Elektrode 22 und die Randisolierschicht 23 sind
auch auf der Elementisolationsschicht 2 vorgesehen und
fungieren als Wortleitung (Transfergatter).
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In der aktiven Zone AR der peripheren
Schaltungszone LR sind darüber
hinaus Source-Drain-Zonen 14 und 15 selektiv in
der Fläche
des Substrats vorgesehen, und eine Gate-Isolierschicht 31 ist
zwischen oberen Teilen der Ränder
der Source-Drain-Zonen 14 und 15 vorgesehen. Eine Gate-Elektrode 32 ist
auf der Gate-Isolierschicht 31 vorgesehen, und eine Randisolierschicht 33 ist
vorgesehen, um eine Seitenfläche
der Gate-Elektrode 32 zu
bedecken, so dass ein MOS-Transistor gebildet wird.
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Dann ist noch eine Zwischenlagenisolierschicht 3 wie
eine Siliziumoxidschicht vorgesehen, um die Speicherzellenzone MR
und die periphere Schaltungszone LR zu bedecken.
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In der Speicherzellenzone MR ist
eine Bitleitung 42 selektiv in der auf der Source-Drain-Zone 12 vorgesehenen
Zwischenlagenisolierschicht 3 ausgebildet, und die Bitleitung 42 ist über einen
Steckkontakt 41 elektrisch an die Source-Drain-Zone 12 angeschlossen.
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Danach ist in der Speicherzellenzone
MR eine zylindrische untere Elektrode 52, die einen zylindrischen
Kondensator darstellt, selektiv auf der Zwischenlagenisolierschicht 3 ausgebildet,
die oberen Teilen von Zonen entspricht, in denen die Source-Drain-Zonen 11 und 13 vorgesehen
sein sollen. Anschließend
sind die untere Elektrode 52 und die Source-Drain-Zonen 11 und 13 noch über einen Steckkontakt 51 elektrisch
angeschlossen, der vorgesehen ist, um jeweils durch die Zwischenlagenisolierschicht 3 hindurchzugehen.
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Darüber hinaus ist eine dielektrische
Kondensatorschicht 53, die aus einem Dielektrikum wie Ta2O5 besteht, ausgehend
von einer Fläche
der unteren Elektrode 52 zwischen den unteren Elektroden 52 über der
darum herum ausgebildeten Zwischenlagenisolierschicht 3 vorgesehen,
und eine obere Kondensatorelektrode 54 ist entlang einer
Fläche
der dielektrischen Kondensatorschicht 53 vorgesehen, so dass
ein zylindrischer Kondensator CP1 gebildet wird.
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Eine Zwischenlagenisolierschicht 4 ist über einer
gesamten Fläche
vorgesehen, um den zylindrischen Kondensator CP1 zu bedecken. Es
wird eine Abflachung derart durchgeführt, dass sich die Hauptflächen der
Zwischenlagenisolierschichten 4 in der Speicherzellenzone
MR und der peripheren Schaltungszone LR in einer Ebene befinden,
und es ist eine Zwischenlagenisolierschicht 5 auf der Zwischenlagenisolierschicht 4 vorgesehen.
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Eine Verdrahtungslage 72,
die eine erste Verdrahtungslage sein soll, die elektrisch an die
obere Kondensatorelektrode 54 angeschlossen ist, ist selektiv
in einer unteren Hauptfläche
der Zwischenlagenisolierschicht 5 in der Speicherzellenzone
MR vorgesehen, und eine Verdrahtungslage 74 ist in einer
oberen Hauptfläche
der Zwischenlagenisolierschicht 5 vorgesehen, die oberhalb
der Verdrahtungslage 72 vorgesehen und elektrisch über einen Steckkontakt 73 an
die Verdrahtungslage 72 angeschlossen ist. Die Verdrahtungslage 72 und
die obere Kondensatorelektrode 54 sind über einen in der Zwischenlagenisolierschicht 4 vorgesehenen
Steckkontakt 71 elektrisch angeschlossen.
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Darüber hinaus ist eine Verdrahtungslage 62,
die eine erste Verdrahtungslage sein soll, in der unteren Hauptfläche der
Zwischenlagenisolierschicht 5 in der peripheren Schaltungszone
LR selektiv vorgesehen. Die Verdrahtungslagen 62 sind in
Zonen vorgesehen, die Abschnitten entsprechen, die oberhalb der
Source-Drain-Zonen 14 und 15 ausgebildet sind,
dringen durch die Zwischenlagenisolierschichten 3 und 4 hindurch,
und sind elektrisch an die Source-Drain-Zonen 14 und 15 über einen
Steckkontakt 61 angeschlossen, der die Source-Drain-Zonen 14 und 15 erreicht.
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Darüber hinaus ist eine Verdrahtungslage 64,
die eine zweite Verdrahtungslage sein soll, selektiv in der oberen
Hauptfläche
der Zwischenlagenisolierschicht 5 vorgesehen und ist über einen
Steckkontakt 63 elektrisch an eine der Verdrahtungslagen 62 angeschlossen.
Ein die Zwischenlagenisolierschicht 5 durchdringender Steckkontakt 65 ist
an die andere Verdrahtungslage 62 angeschlossen.
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Die Verdrahtungslagen 62, 64, 72 und 74 und
die Steckkontakte 63, 65 und 73 bestehen
beispielsweise aus Kupfer (Cu), und die Steckkontakte 51, 61 und 71 beispielsweise
aus Wolfram (W).
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Obwohl darüber hinaus in manchen Fällen noch
eine Zwischenlagenisolierschicht und eine Verdrahtungslage auf der
Zwischenlagenisolierschicht 5 vorgesehen sind, unterbleibt
deren Darstellung und Beschreibung.
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Wie vorstehend beschrieben, umfasst
der herkömmliche
DRAM 90 den zylindrischen Kondensator CP1 als Kondensator
mit einem MIM-Aufbau. Bei
der Ausbildung des Kondensators CP1 wird der Steckkontakt 51,
der ein Elektrodenstecker sein soll, in der Zwischenlagenisolierschicht 3 vorgesehen,
die untere Kondensatorelektrode 52, die dielektrische Kondensatorschicht 53 und
die obere Kondensatorelektrode 54 werden nacheinander vorgesehen,
und darüber
hinaus wird der Steckkontakt 71 zum Anschließen der
oberen Kondensatorelektrode 54 an die Verdrahtungslage 72 ausgebildet.
Somit wird ein kompliziertes Herstellungsverfahren erforderlich.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Halbleitervorrichtung, bei der ein Aufbau eines
Kondensators vereinfacht und der Herstellungsprozess verschlankt
ist, und ein Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung
bereitzustellen.
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Nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine
Halbleitervorrichtung mit einem mehrlagigen Aufbau einen Kondensator,
der in einer oberen Hauptfläche
einer ersten Zone einer Zwischenlagenisolierschicht vorgesehen ist,
und eine Verdrahtungslage, die in einer oberen Hauptfläche einer
zweiten Zone der Zwischenlagenisolierschicht vorgesehen ist. Der Kondensator
weist eine obere Kondensatorelektrode auf, die vorgesehen ist, um
in der oberen Hauptfläche
der ersten Zone der Zwischenlagenisolierschicht eingebettet zu sein,
eine dielektrische Kondensatorschicht, die vorgesehen ist, um mindestens
eine Seitenfläche
und eine untere Fläche
der oberen Kondensatorelektrode zu bedecken, und mindestens einen
unteren Elektrodenstecker, der den Kondensator an einen Aufbau einer
Schicht elektrisch anschließt,
die unter dem Kondensator vorgesehen ist, und einen Abschnitt aufweist,
der in einer vertikalen Richtung der oberen Kondensatorelektrode
eingesteckt ist, wobei der eingesteckte Abschnitt als untere Kondensatorelektrode
fungiert, die dielektrische Kondensatorschicht darüber hinaus
eine Fläche
des eingesteckten Abschnitts des mindestens einen unteren Elektrodensteckers
bedeckt, und die Verdrahtungslage über mindestens einen Steckkontakt
mit einem Abschnitt, der in einer vertikalen Richtung der Verdrahtungslage
eingesteckt ist, elektrisch an einen Aufbau einer Schicht angeschlossen
ist, die unter der Verdrahtungslage vorgesehen ist.
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Die untere Kondensatorelektrode verwendet auch
einen Kondensatorkontakt, um an den Aufbau der unteren Lage angeschlossen
zu werden. In der ersten Zone können
die untere Elektrode und der Kondensatorkontakt gleichzeitig ausgebildet
werden. Darüber
hinaus wird mindestens ein Steckkontakt, der ein Kontakt der Verdrahtungslage
in der zweiten Zone sein soll, mit dem Aufbau deren Lage gleichzeitig
ausgebildet. In der Folge kann ein Herstellungsprozess vereinfacht
werden, so dass die Herstellungskosten gesenkt werden können. Darüber hinaus
ist der Kondensator in der oberen Hauptfläche der Zwischenlagenisolierschicht
eingebettet und die obere Kondensatorelektrode kann gleichzeitig
mit der Ausbildung der Verdrahtungslage in der zweiten Zone durch
das Einzeldamaszierverfahren vorgesehen werden. Auf diese Weise
kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden.
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Diese und weitere Aufgaben, Merkmale,
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
ausführlichen
Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den
beigefügten
Zeichnungen deutlicher.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht eines Aufbaus einer Halbleitervorrichtung nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung, die 2 bis 14 sind Schnittansichten,
die einen Prozess zur Herstellung der Halbleitervorrichtung nach
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen,
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15 ist
eine Ansicht eines planen Aufbaus der Halbleitervorrichtung nach
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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16 ist
eine Schnittansicht eines Aufbaus nach einer Variante der Halbleitervorrichtung
nach der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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17 ist
eine Schnittansicht eines Herstellungsprozesses nach der Variante
der Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die 18 und 19 sind Schnittansichten,
die ein angewandtes Beispiel der Halbleitervorrichtung nach der
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen,
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20 ist
eine Schnittansicht eines Aufbaus einer Halbleitervorrichtung nach
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die 21 bis 30 sind Schnittansichten,
die einen Prozess zur Herstellung der Halbleitervorrichtung nach
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen,
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31 ist
eine Ansicht eines planen Aufbaus der Halbleitervorrichtung nach
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und
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32 ist
eine Schnittansicht eines Aufbaus einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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A. Erste Ausführungsform
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A-1. Aufbau der Vorrichtung
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Für
eine Halbleitervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein DRAM 100 mit Bezug
auf 1 beschrieben.
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1 ist
eine Teilschnittansicht, die eine Speicherzellenzone MR und eine
periphere Schaltungszone LR wie eine Logikschaltung, einen Leseverstärker oder
einen Decodieren darstellt, der im DRAM 100 um die Speicherzellenzone
MR herum vorgesehen ist. 1 zeigt
nur einen Aufbau eines Teils des DRAMs 100, und die Anzahl
an Elementen o. dgl. ist nicht darauf beschränkt.
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Wie in 1 gezeigt,
ist eine Elementisolationsschicht 2 selektiv in einer Hauptfläche eines
Siliziumsubstrats 1 vorgesehen, und die Speicherzellenzone
MR und die periphere Schaltungszone LR sind ausgebildet, und darüber hinaus
ist eine aktive Zone AR jeweils in der Speicherzellenzone MR und
der peripheren Schaltungszone LR vorgesehen.
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In der aktiven Zone AR der Speicherzellenzone
MR sind Source-Drain-Zonen 11, 12 und 13 selektiv
in der Fläche
des Substrats vorgesehen, und eine Gate-Isolierschicht 21 ist
selektiv zwischen oberen Teilen von Rändern der Source-Drain-Zonen 11 und 12 und
zwischen oberen Teilen von Rändern
der Source-Drain-Zonen 12 und 13 vorgesehen, und eine
Gate-Elektrode 22 ist auf der Gate-Isolierschicht 21 vorgesehen.
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Darüber hinaus ist eine Randisolierschicht 23 vorgesehen,
um eine Seitenfläche
der Gate-Elektrode 22 zu bedecken, so dass ein MOS-Transistor gebildet
wird.
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Die Gate-Isolierschicht 21,
die Gate-Elektrode 22 und die Randisolierschicht 23 sind
auch auf der Elementisolationsschicht 2 vorgesehen und
fungieren als Wortleitung (Transfergatter).
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In der aktiven Zone AR der peripheren
Schaltungszone LR sind darüber
hinaus Source-Drain-Zonen 14 und 15 selektiv in
der Fläche
des Substrats vorgesehen, und eine Gate-Isolierschicht 31 ist
zwischen oberen Teilen der Ränder
der Source-Drain-Zonen 14 und 15 vorgesehen. Eine Gate-Elektrode 32 ist
auf der Gate-Isolierschicht 31 vorgesehen, und eine Randisolierschicht 33 ist
vorgesehen, um eine Seitenfläche
der Gate-Elektrode 32 zu
bedecken, so dass ein MOS-Transistor gebildet wird.
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Dann ist noch eine Zwischenlagenisolierschicht 3 wie
eine Siliziumoxidschicht vorgesehen, um die Speicherzellenzone MR
und die periphere Schaltungszone LR zu bedecken.
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In der Speicherzellenzone MR ist
eine Bitleitung 42 selektiv in der auf der Source-Drain-Zone 12 vorgesehenen
Zwischenlagenisolierschicht 3 ausgebildet, und die Bitleitung 42 ist über einen
Steckkontakt 41 elektrisch an die Source-Drain-Zone 12 angeschlossen.
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In der Speicherzellenzone MR ist
ein Kondensator CP10 in einer oberen Hauptfläche der Zwischenlagenisolierschicht 3 vorgesehen,
wobei jegliche elektrische Verbindung des Kondensators CP10 mit
den Source-Drain-Zonen 11 und 13 über einen Steckkontakt 101 erfolgt,
der in den Kondensator CP10 eingesteckt ist und die Source-Drain-Zonen 11 und 13 erreicht.
Der Steckkontakt 101 ist so eingesetzt, dass er eine obere
Kondensatorelektrode 103 in einer vertikalen Richtung dazu
durchdringt.
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Die obere Kondensatorelektrode 103 des Kondensators
CP10 ist so vorgesehen, dass sie in der oberen Hauptfläche der
Zwischenlagenisolierschicht 3 eingebettet ist, und eine
dielektrische Kondensatorschicht 102 ist so vorgesehen,
dass sie eine Seitenfläche
und eine untere Fläche
der oberen Kondensatorelektrode 103 bedeckt. Darüber hinaus
ist die dielektrische Kondensatorschicht 102 auch noch vorgesehen,
um eine Seitenfläche
des Steckkontakts 101 zu bedecken, der so ausgebildet ist,
dass er die obere Kondensatorelektrode 103 in einer vertikalen Richtung
zu dieser durchdringt, und ein Abschnitt des Steckkontakts 101,
welcher mit der dielektrischen Kondensatorschicht 102 bedeckt
ist, fungiert als untere Kondensatorelektrode 101. Demzufolge
wird klar, dass der Steckkontakt 101 ein unterer Elektrodenstecker
ist, der auch für
die untere Kondensatorelektrode in der Speicherzellenzone MR verwendet werden
soll. Der Steckkontakt 101 hat die Form eines Zylinders
oder Prismas und besteht beispielsweise aus Wolfram (W).
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Darüber hinaus ist in der peripheren
Schaltungszone LR eine Verdrahtungslage 201, die eine erste
Verdrahtungslage sein soll, in der unteren Hauptfläche der
Zwischenlagenisolierschicht 3 selektiv vorgesehen. Die
Verdrahtungslage 201 ist jeweils in Zonen vorgesehen, die
Abschnitten entsprechen, die oberhalb der Source-Drain-Zonen 14 und 15 vorgesehen
sind, und sowohl die Source- als auch die Drain-Zonen 14 und 15 sind über einen
Kontaktstecker 101 elektrisch angeschlossen, der die Verdrahtungslage 201 in
einer vertikalen Richtung durchdringt, und die Zwischenlagenisolierschicht 3 durchdringt,
um die Source-Drain-Zonen 14 und 15 zu erreichen.
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Dann ist eine Zwischenlagenisolierschicht 6 auf
der Zwischenlagenisolierschicht 3 vorgesehen, und eine
Verdrahtungslage 302, die eine zweite Verdrahtungslage
sein soll, ist selektiv in einer oberen Hauptfläche der Zwischenlagenisolierschicht 6 in
der Speicherzellenzone MR vorgesehen und elektrisch über einen
Steckkontakt 301 an die obere Kondensatorelektrode 103 angeschlossen.
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Darüber hinaus ist eine Verdrahtungslage 402,
die eine zweite Verdrahtungslage sein soll, selektiv in der oberen
Hauptfläche
der Zwischenlagenisolierschicht 6 in der peripheren Schaltungszone
LR vorgesehen, und ist über
einen Steckkontakt 401 elektrisch an eine der Verdrahtungslagen 201 angeschlossen.
Ein Steckkontakt 403, der die Zwischenlagenisolierschicht 6 durchdringt,
ist an die andere Verdrahtungslage 201 angeschlossen.
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Die obere Kondensatorelektrode 103,
die Verdrahtungslagen 201, 302 und 402,
und die Steckkontakte 301, 401 und 403 bestehen,
beispielsweise aus Kupfer (Cu).
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Obwohl in manchen Fällen darüber hinaus noch
eine Zwischenlagenisolierschicht und eine Verdrahtungslage auf der
Zwischenlagenisolierschicht 6 ausgebildet sind, unterbleibt
deren Darstellung und Beschreibung.
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A-2. Herstellungsverfahren
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Ein Verfahren zur Herstellung des
DRAMs 100 wird nun mit Bezug auf die 2 bis 14 beschrieben,
die Schnittansichten sind, die den Ablauf eines Herstellungsprozesses
zeigen.
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Die 2 bis 14 sind Teilschnittansichten, die
eine Speicherzellenzone MR und eine periphere Schaltungszone LR
wie eine Logikschaltung, einen Leseverstärker oder einen Decodieren
zeigen, der um die Speicherzellenzone MR herum im DRAM 100 vorgesehen
ist.
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Als Erstes wird, wie in 2 gezeigt, ein Siliziumsubstrat 1 vorbereitet,
und eine Elementisolationsschicht 2 wird selektiv in einer
Hauptfläche
des Siliziumsubstrats 1 so ausgebildet, um eine Speicherzellenzone
MR und eine periphere Schaltungszone LR asuzubilden, und um eine
aktive Zone AR in der Speicherzellenzone MR bzw. der peripheren Schaltungszone
LR bei einem in 3 gezeigten Schritt
zu bilden.
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Als Nächstes wird ein Schichtungsaufbau
einer Gate-Isolierschicht 21 und einer Gate-Elektrode 22 selektiv
in der aktiven Zone AR der Speicherzellenzone MR ausgebildet, und
es wird ein Schichtungsaufbau einer Gate-Isolierschicht 31 und
einer Gate-Elektrode 32 selektiv in der peripheren Schaltungszone
LR durch ein herkömmliches
Verfahren bei einem in 4 gezeigten
Schritt ausgebildet. Die Gate-Isolierschichten 21 und 31 bestehen
beispielsweise aus einer Siliziumoxidschicht und haben Dicken, die
so eingestellt sind, dass sie etwa 2 nm betragen, und die Gate-Elektroden 22 und 32 bestehen aus
einer Polysiliziumschicht und haben Dicken, die so eingestellt sind,
dass sie etwa 200 nm betragen.
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In der Speicherzellenzone MR wird
die Schichtungsstruktur der Gate-Isolierschicht 21 und die
Gate-Elektrode 22 auch auf der Elementisolationsschicht 2 ausgebildet.
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Bei einem in 5 gezeigten Schritt wird als Nächstes ein
Störstellenion
implantiert, indem die Gate-Elektrode 22 als Implantationsmaske
in der Speicherzellenzone MR verwendet wird, so dass sich Source-Drain-Zonen 11, 12 und 13 in
der Hauptfläche
des Siliziumsubstrats 1 bilden. Darüber hinaus wird in der peripheren
Schaltungszone LR ein Störstellenion
implantiert, indem die Gate-Elektrode 32 als Implantationsmaske
verwendet wird, so dass sich Source-Drain-Zonen 14 und 15 in
der Hauptfläche des
Siliziumsubstrats 1 bilden.
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Dann wird eine Randisolierschicht 23 so
ausgebildet, dass sie eine Seitenfläche der Gate-Elektrode 22 bedeckt,
und darüber
hinaus wird eine Randisolierschicht 33 so ausgebildet,
dass sie eine Seitenfläche
der Gate-Elektrode 32 bedeckt,
so dass ein MOS-Transistor entsteht.
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Bei einem in 6 gezeigten Schritt wird als Nächstes eine
Zwischenlagenisolierschicht 3A mit einer Dicke von ca.
400 nm aus einer Siliziumoxidschicht über einer gesamten Fläche des
Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, wodurch beispielsweise
der MOS-Transistor bedeckt wird. Danach wird in der Speicherzellenzone
MR ein Kontaktloch CH1, das die Source-Drain-Zone 12 erreicht,
so ausgebildet, dass es die Zwischenlagenisolierschicht 3A durchdringt.
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Bei einem in 7 gezeigten Schritt wird dann eine Leiterschicht,
die beispielsweise aus Wolfram besteht und eine Dicke von ca. 100
nm aufweist, auf der Zwischenlagenisolierschicht 3A ausgebildet, und
das Kontaktloch CH1 wird so aufgefüllt, dass es einen Steckkontakt 41 bildet,
und die Leiterschicht wird dann selektiv entfernt, wodurch eine
Bitleitung 42 entsteht.
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Bei einem in 8 gezeigten Schritt wird als Nächstes eine
Zwischenlagenisolierschicht, die beispielsweise aus einer Siliziumoxidschicht
besteht und eine Dicke von ca. 600 nm aufweist, auf der Zwischenlagenisolierschicht 3A ausgebildet,
so dass zusammen mit der Zwischenlagenisolierschicht 3A eine Zwischenlagenisolierschicht 3 mit
einer Dicke von ca. 1000 nm entsteht.
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Dann wird eine Schutzschicht auf
eine gesamte Fläche
der Zwischenlagenisolierschicht 3 aufgetragen, und eine
Schutzschichtstruktur zur Ausbildung eines Steckkontakts wird durch
Fotolithografie übertragen,
um eine Schutzschichtmaske RM1 in der Speicherzellenzone MR und
der peripheren Schaltungszone LR auszubilden.
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Unter Verwendung der Schutzschichtmaske RM1
zum Durchführen
anisotropischen Trockenätzens
wird dann ein Kontaktloch CH11 ausgebildet, das die Zwischenlagenisolierschicht 3 durchdringt. Das
Kontaktloch CH11 nimmt die Form eines Zylinders oder Prismas an.
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Das Kontaktloch CH11 in der Speicherzellenzone
MR ist an Stellen vorgesehen, die die Source-Drain-Zonen 11 und 13 erreichen,
und das Kontaktloch CH11 in der peripheren Schaltungszone LR ist
an Stellen vorgesehen, die die Source-Drain-Zonen 14 und 15 erreichen.
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Als Nächstes wird die Schutzschichtmaske RM1
entfernt. Bei einem in 9 gezeigten
Schritt wird dann eine Leiterschicht, die beispielsweise aus Wolfram
besteht und eine Dicke von ca. 100 nm hat, über der gesamten Fläche der
Zwischenlagenisolierschicht 3 ausgebildet und ist in jedes
Kontaktloch CH11 eingebettet. Danach wird die auf der Zwischenlagenisolierschicht 3 ausgebildete
Leiterschicht durch CMP (chemischmechanisches Polieren) entfernt,
um im Kontaktloch CH11 einen Steckkontakt 101 auszubilden.
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Bei einem in 10 gezeigten Schritt wird dann eine Schutzschicht
auf die gesamte Fläche
der Zwischenlagenisolierschicht 3 aufgetragen, und eine Schutzschichtstruktur
zur Ausbildung eines Kondensators und einer ersten Verdrahtungslage
wird durch Fotolithografie übertragen,
wodurch eine Schutzschichtmaske RM2 gebildet wird.
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In der Schutzschichtstruktur zur
Ausbildung eines Kondensators ist ein breiter, mehrere Speicherzellen
umfassender Bereich, in dem später
eine obere Kondensatorelektrode 103 ausgebildet werden soll,
eine Öffnung.
In der Schutzschichtstruktur zur Ausbildung einer ersten Verdrahtungslage,
ist ein Bereich, in dem die erste Verdrahtungslage später ausgebildet
werden soll, eine Öffnung.
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Als Nächstes wird anisotropisches
Trockenätzen
unter Verwendung der Schutzschichtmaske RM2 durchgeführt, um
die Zwischenlagenisolierschicht 3 selektiv zu entfernen.
In der Folge werden ein Ausnehmungsabschnitt RP1 zur Ausbildung
eines Kondensators, und ein Ausnehmungsabschnitt RP2 zur Ausbildung
einer ersten Verdrahtungslage gleichzeitig in der Speicherzellenzone
MR bzw. der peripheren Schaltungszone LR vorgesehen. Die Ausnehmungsabschnitte
RP1 und RP2 haben Tiefen von ca. 300 nm, und der Steckkontakt 101 springt von
deren Bodenabschnitten vor.
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Dann wird die Schutzschichtmaske
RM2 entfernt. Bei einem in 11 gezeigten
Schritt wird danach eine dielektrische Schicht, die beispielsweise aus
Ta2O5 besteht und
eine Dicke von ca. 10 nm hat, über
den gesamten Flächen
der Speicherzellenzone MR und der peripheren Schaltungszone LR ausgebildet.
In der Speicherzellenzone MR wird danach eine Schutzschichtmaske
RM3 so strukturiert, dass sie die dielektrische Schicht bedeckt.
Die dielektrische Schicht in der peripheren Schaltungszone LR wird durch Ätzen entfernt,
wodurch nur in der Speicherzellenzone MR eine dielektrische Kondensatorschicht 102 ausgebildet
wird. Die dielektrische Kondensatorschicht 102 wird entlang
einer Innenfläche
des Ausnehmungsabschnitts RP1 ausgebildet und ist darüber hinaus
vorgesehen, um eine Seitenfläche
und eine Endfläche
des Steckkontakts 101 zu bedecken, der von einer Bodenfläche des
Ausnehmungsabschnitts RP1 vorspringt.
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Als Nächstes wird die Schutzschichtmaske RM3
entfernt. Bei einem in 12 gezeigten
Schritt wird dann eine Leiterschicht, die beispielsweise aus Kupfer
besteht und eine Dicke von ca. 300 nm hat, über den gesamten Flächen der
Speicherzellenzone MR und der peripheren Schaltungszone LR ausgebildet,
und die Leiterschicht wird in den Ausnehmungsabschnitten RP1 und
RP2 eingebettet.
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Danach erfolgt ein Abflachen, indem
die auf der Zwischenlagenisolierschicht 3 ausgebildete
Leiterschicht und die sich auf den Ausnehmungsabschnitten RP1 und
RP2 erhebende Leiterschicht durch CMP entfernt wird. Dabei werden
in der Speicherzellenzone MR die dielektrische Kondensatorschicht 102,
die auf der Endfläche
des Steckkontakts 101 vorgesehen ist, und die dielektrische
Kondensatorschicht 102, die auf der Zwischenlagenisolierschicht 3 vorgesehen
ist, zusammen entfernt.
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Als Ergebnis wird ein Kondensator
CP10 durch die obere Kondensatorelektrode 103 und die dielektrische
Kondensatorschicht 102, die in der oberen Hauptfläche der
Zwischenlagenisolierschicht 3 eingebettet sind, und der
Steckkontakt 101 erhalten, der vorgesehen ist, um die obere
Kondensatorelektrode 103 in einer vertikalen Richtung zu
dieser zu durchdringen, und der als untere Kondensatorelektrode
in der Speicherzellenzone MR dient, und die Verdrahtungslage 201,
die in die obere Hauptfläche der
Zwischenlagenisolierschicht 3 eingebettet ist, wird in
der peripheren Schaltungszone LR erhalten. Das Verfahren zur Herstellung
der ersten, mit Bezug auf die 10 bis 12 beschriebenen Verdrahtungsschicht,
wird als Einzeldamaszierverfahren bezeichnet, und es ist klar, dass
die obere Kondensatorelektrode 103 durch das Einzeldamaszierverfahren
ausgebildet wird.
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Bei einem in 13 gezeigten Schritt wird als Nächstes eine
Zwischenlagenisolierschicht 6 durch eine Siliziumoxidschicht
o. dgl. über
den gesamten Flächen
der Speicherzellenzone MR und der peripheren Schaltungszone LR ausgebildet.
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Dann wird eine Schutzschicht auf
eine gesamte Fläche
der Zwischenlagenisolierschicht 6 aufgetragen, und eine
Schutzschichtstruktur zur Ausbildung eines Steckkontakts wird durch
Fotolithografie übertragen,
um eine Schutzschichtmaske RM4 in der Speicherzellenzone MR und
der peripheren Schaltungszone LR auszubilden.
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Danach wird unter Verwendung der
Schutzschichtmaske RM4 das anisotropische Trockenätzen durchgeführt. In
der Folge bildet sich in der Speicherzellenzone MR eine Durchkontaktierung
BH11, die die obere Kondensatorelektrode 103 des Kondensators
CP10 erreicht, und in der peripheren Schaltungszone LR bildet sich
eine Durchkontaktierung BH12, die die Verdrahtungslage 201 erreicht.
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Als Nächstes wird die Schutzschichtmaske RM4
entfernt. Bei einem in 14 gezeigten
Schritt wird danach eine Schutzschicht auf die gesamte Fläche der
Zwischenlagenisolierschicht 6 aufgetragen, und eine Schutzschichtstruktur
zur Ausbildung einer zweiten Verdrahtungslage wird durch Fotolithografie übertragen,
um in der Speicherzellenzone MR und der peripheren Schaltungszone
LR eine Schutzschichtmaske RM 5 auszubilden.
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Dann wird unter Verwendung der Schutzschichtmaske
RM5 das anisotropische Trockenätzen durchgeführt. In
der Folge bilden sich in der Speicherzellenzone MR bzw. der peripheren
Schaltungszone LR gleichzeitig ein Ausnehmungsabschnitt RP11, der
mit der Durchkontaktierung BH11 in Verbindung steht, und ein Ausnehmungsabschnitt
RP12, der mit der Durchkontaktierung BH12 in Verbindung steht. Die
Ausnehmungsabschnitte RP11 und RP12 haben Tiefen von ca. 250 nm.
Danach wird die Schutzschichtmaske RM5 entfernt. Dann wird eine Leiterschicht,
die beispielsweise aus Kupfer besteht und eine Dicke von ca. 300
nm hat, über
den gesamten Flächen
der Speicherzellenzone MR und der peripheren Schaltungszone LR ausgebildet,
und die Leiterschicht wird gleichzeitig in die Ausnehmungsabschnitte
RP11 und RP12 und die Durchkontaktierungen BH11 und BH12 eingebettet.
Als Nächstes wird
die auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 vorhandene Leiterschicht
durch CMP entfernt.
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Im Ergebnis ist es, wie in 20 gezeigt, möglich, einen
derartigen Aufbau zu erhalten, dass eine Verdrahtungslage 302,
die eine zweite Verdrahtungslage sein soll, selektiv in der oberen
Hauptfläche
der Zwischenlagenisolierschicht 6 in der Speicherzellenzone
MR vorgesehen und über
einen Steckkontakt 301 elektrisch an die obere Kondensatorelektrode 103 angeschlossen
ist. Eine Verdrahtungslage 402, die eine zweite Verdrahtungslage sein
soll, ist selektiv in der oberen Hauptfläche der Zwischenlagenisolierschicht 6 in
der peripheren Schaltungszone LR vorgesehen und über einen Steckkontakt 401 elektrisch
an eine der Verdrahtungslagen 201 angeschlossen, und ein
Steckkontakt 403, der die Zwischenlagenisolierschicht 6 durchdringt,
ist an die andere Verdrahtungslage 201 angeschlossen.
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Das Verfahren zur Herstellung der
zweiten Verdrahtungslage, das mit Bezug auf die 13 und 14 beschrieben
wurde, wird als Doppeldamaszierverfahren bezeichnet.
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15 zeigt
ein Beispiel eines planen Aufbaus der Speicherzellenzone MR im DRAM 100.
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15 zeigt
einen planen Aufbau der Speicherzellenzone MR von der Seite der
oberen Kondensatorelektrode 103 aus gesehen in dem in 12 dargestellten Zustand.
Der Einfachheit halber ist die obere Kondensatorelektrode 103 in
einer durchbrochenen Linie und ein Aufbau einer unter der oberen Kondensatorelektrode 103 vorhandenen
Lage ist klar dargestellt. Darüber
hinaus ist nur ein Teil der Bitleitung 42 gezeigt. Die
Speicherzellenzone MR in den 2 bis 14 entspricht einer Schnittansicht
entlang einer Linie A-A. Es ist offensichtlich, dass die obere Kondensatorelektrode 103 so
vorgesehen ist, dass sie einen breiten Bereich einschließlich mehrerer Speicherzellen
bedeckt.
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15 zeigt
einen Aufbau, bei dem ein Steckkontakt 101 an die Source-Drain-Zone 11 bzw. 12 angeschlossen
ist. Wenn die Source-Drain-Zonen 11 und 12 große Bereiche
aufweisen und mehrere Steckkontakte 101 angeschlossen werden
können, können die
Steckkontakte 101 vorgesehen sein. In der Folge ist es
möglich,
eine Stromladungsspeicherungskapazität pro Speicherzelle zu erhöhen.
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A-3. Funktion und Wirkung
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Wie vorstehend beschrieben, wird
bei der Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die untere Elektrode des Kondensators
CP10 auch als Steckkontakt 101, der ein Kondensatorkontakt
sein soll, verwendet, und die untere Elektrode und der Kondensatorkontakt können gleichzeitig
in der Speicherzellenzone MR ausgebildet werden, und der Steckkontakt 101,
der ein Kontakt der ersten Verdrahtungslage in der peripheren Schaltungszone
LR mit einem Halbleiterelement sein soll, wird auch gleichzeitig
ausgebildet. In der Folge kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden,
so dass die Herstellungskosten gesenkt werden können.
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Darüber hinaus ist der Kondensator
CP10 in der oberen Hauptfläche
der Zwischenlagenisolierschicht 3 eingebettet, und die
obere Kondensatorelektrode 103 wird auch als erste Verdrahtungslage
in der Speicherzellenzone MR verwendet und kann gleichzeitig mit
der Ausbildung der ersten Verdrahtungslage in der peripheren Schaltungszone
LR durch das Einzeldamaszierverfahren ausgebildet werden. In der
Folge kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden, so dass die
Herstellungskosten gesenkt werden können.
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Da darüber hinaus der Steckkontakt 101 in der
Speicherzellenzone MR die obere Kondensatorelektrode 103 durchdringt,
kann die Herstellung einfach bewerkstelligt werden.
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A-4. Variante
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sAls eine Variante des zuvor beschriebenen DRAMs 100 zeigt 16 einen Aufbau eines DRAMs 100A.
Dieselben Strukturen wie diejenigen des in 1 gezeigten DRAMs 100 sind mit
denselben Bezugszeichen versehen, und deshalb unterbleibt deren
wiederholte Beschreibung.
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Bei einem in 16 gezeigten Kondensator CP10A durchdringt
ein Steckkontakt 101 in einer Speicherzellenzone MR nicht
eine obere Kondensatorelektrode 103, sondern weist einen
eingesteckten Abschnitt auf, der von der oberen Kondensatorelektrode 103 umgeben
ist, und es ist auch eine dielektrische Kondensatorschicht 102 auf
einer Endfläche des
Steckkontakts 101 vorgesehen, so dass ein Flächenbereich
einer unteren Kondensatorelektrode vergrößert ist. Folglich kann ein
Speicherladungsbetrag des Kondensators größer ausgelegt werden als derjenige
des DRAMs 100. Der Steckkontakt 101 in einer peripheren
Schaltungszone LR durchdringt eine Verdrahtungslage 201 nicht.
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Nun wird mit Bezug auf 17 ein Verfahren zur Herstellung
des DRAMs 100A beschrieben. Schritte, die bis 17 auszuführen sind,
sind dieselben wie zuvor mit Bezug auf die 2 bis 9 für die Herstellung
des DRAMs 100 beschrieben wurden. Bei dem in 9 gezeigten Schritt wird
der Steckkontakt 101 im Kontaktloch CH11 ausgebildet. Dann wird
der Steckkontakt 101 im Kontaktloch CH11 durch anisotropisches Ätzen derart
entfernt, dass ein Spitzenabschnitt davon bei einem in 17 gezeigten Schritt eine
vorbestimmte Tiefe erreicht. In der Folge ist es möglich, den
Steckkontakt 101 mit einem Spitzenabschnitt zu erhalten,
der auf einem Innenteil des Kontaktlochs CH11 vorgesehen ist. Die
Tiefe ist so eingestellt, dass die dielektrische Kondensatorschicht 102 von
der oberen Kondensatorelektrode 103 nicht freigelegt wird,
wenn die dielektrische Kondensatorelektrode 102 auf einer
oberen Endfläche des
Steckkontakts 101 ausgebildet und in diesem Zustand mit
der oberen Kondensatorelektrode 103 bedeckt wird.
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Indem die mit Bezug auf die 10 bis 14 beschriebenen Herstellungsschritte
durchgeführt werden,
ist es dann möglich,
den DRAM 100A mit dem in 16 gezeigten
Kondensator CP10A zu erhalten.
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A-5. Anwendungsbeispiel
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Obwohl der Aufbau des Kondensators
in der Speicherzellenzone MR des DRAMs in der mit Bezug auf die 1 bis 15 beschriebenen ersten Ausführungsform
und in der mit Bezug auf 16 beschriebenen
Variante vereinfacht ist, ist die Anwendung des Kondensators nicht
auf die Speicherzellenzone beschränkt, vielmehr kann derselbe
Kondensator auf jedes Teil in einem einen Kondensator benötigenden Schaltungsbereich,
beispielsweise eine Logikzone, angewandt werden, und darüber hinaus
ist eine zu verwendende Halbleitervorrichtung nicht auf den DRAM
beschränkt.
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18 zeigt
ein Beispiel, bei dem der Kondensator nach der vorliegenden Erfindung
auf eine andere als die Speicherzellenzone angewandt wird.
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In 18 ist
in einem Aufbau, bei dem Zwischenlagenisolierschichten L1, L2 und
L3 nacheinander vorgesehen sind, eine beispiels weise aus Wolfram
(W) bestehende Verdrahtungslage 501 in einer oberen Hauptfläche der
Zwischenlagenisolierschicht L1 vorgesehen, ein Kondensator CP20
ist in einer oberen Hauptfläche
einer Zwischenlagenisolierschicht L2 vorgesehen, und der Kondensator
CP20 und die Verdrahtungslage 501 sind über mehrere Steckkontakte 81 elektrisch
miteinander verbunden, die den Kondensator CP20 in einer vertikalen
Richtung und die Zwischenlagenisolierschicht L2 durchdringen, um
die Verdrahtungslage 501 zu erreichen.
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Der Kondensator CP20 hat im Grunde
denselben Aufbau wie der mit Bezug auf 1 beschriebene Kondensator CP10, und
weist eine obere Kondensatorelektrode 83 auf, die vorgesehen
ist, um in einer oberen Hauptfläche
einer Zwischenlagenisolierschicht 3 eingebettet zu werden,
und eine dielektrische Kondensatorschicht 82, die vorgesehen
ist, um eine Seitenfläche
und eine untere Fläche
der oberen Kondensatorelektrode 83 zu bedecken und beispielsweise
aus Ta2O5 besteht,
und die dielektrische Kondensatorschicht 82 bedeckt eine
Seitenfläche
des Steckkontakts 81, der die obere Kondensatorelektrode 83 in
der vertikalen Richtung durchdringt, und derselbe Abschnitt fungiert
als untere Kondensatorelektrode 81. Der Steckkontakt 81 besteht
beispielsweise aus Wolfram.
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Darüber hinaus ist auch eine Verdrahtungslage 601 selektiv
in einer oberen Hauptfläche
der Zwischenlagenisolierschicht 3 vorgesehen. Die Verdrahtungslage 601 ist
durch den Steckkontakt 81 elektrisch angeschlossen, der
die Verdrahtungslage 601 in der vertikalen Richtung und
die Zwischenlagenisolierschicht 3 durchdringt, um die Verdrahtungslage 501 zu
erreichen.
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Danach sind auf der Zwischenlagenisolierschicht
L3 selektiv Verdrahtungslagen 92 und 702 vorgesehen
und elektrisch über
die Zwischenlagenisolierschicht L3 an die obere Kondensatorelektrode 83 bzw.
die Verdrahtungslage 601 angeschlossen. Die obere Kondensator elektrode 83,
die Verdrahtungslagen 92, 601 und 702,
und die Steckkontakte 91 und 701 bestehen beispielsweise
aus Kupfer (Cu).
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Eine elektrische Ladung kann über die
Verdrahtungslage 702, den Steckkontakt 701, die
Verdrahtungslage 601, den Steckkontakt 81 und
die Verdrahtungslage 501 im Kondensator CP20 gespeichert
oder daraus abgeleitet werden.
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Darüber hinaus sind in manchen
Fällen
noch eine Zwischenlagenisolierschicht und eine Verdrahtungslage
auf der Zwischenlagenisolierschicht L3 ausgebildet, und deren Darstellung
und Beschreibung unterbleibt hier.
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Der Kondensator CP20 weist mehrere Steckkontakte 81 (d.h.
untere Kondensatorelektroden) zusätzlich zu denselben Wirkungsweisen
wie der Kondensator CP10 auf, und besitzt deshalb das Merkmal, dass
ein Gesamtflächenbereich
der unteren Kondensatorelektrode vergrößert ist, was zu einer Zunahme
des Ladungsspeicherbetrags führt.
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Genauso wie bei dem mit Bezug auf 16 beschriebenen Kondensator
CP10A ist es auch möglich,
einen derartigen Aufbau einzusetzen, dass der Steckkontakt 81 die
obere Kondensatorelektrode 83 nicht durchdringt und ein
eingesteckter Abschnitt von der oberen Kondensatorelektrode 83 umgeben
ist, und die dielektrische Kondensatorschicht 82 auch auf
einer Endfläche
des Steckkontakts 81 vorgesehen ist, was zu einer Zunahme
des Flächenbereichs der
unteren Kondensatorelektrode führt.
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19 zeigt
einen Aufbau des Kondensators CP20A mit dem wie zuvor beschriebenen
Aufbau. Der Kondensator CP20A unterschiedet sich von dem in 18 gezeigten Kondensator
CP20 insofern, als der Steckkontakt 81 die obere Kondensatorelektrode 83 nicht
durchdringt. Diesel ben Strukturen wie diejenigen des in 18 gezeigten Kondensators
CP20 sind mit denselben Bezugszeichen versehen, und deshalb unterbleibt
deren wiederholte Beschreibung. Der Steckkontakt 81 durchdringt
die Verdrahtungslage 601 nicht.
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B. Zweite Ausführungsform
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B-1. Aufbau der Vorrichtung
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Mit Bezug auf 20 wird ein Aufbau eines DRAMs 200 für eine Halbleitervorrichtung
nach einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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20 ist
eine Teilschnittansicht einer Speicherzellenzone MR und einer peripheren
Schaltungszone LR, wie einer Logikschaltung, eines Leseverstärkers oder
eines Decodierers, der im DRAM 200 um die Speicherzellenzone
MR herum vorgesehen ist. Dieselben Strukturen wie diejenigen des
in 1 gezeigten DRAMs 100 sind
mit denselben Bezugszeichen versehen, und deshalb unterbleibt deren
wiederholte Beschreibung.
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In einer aktiven Zone AR der Speicherzellenzone
MR sind Source-Drain-Zonen 11, 12 und 13 selektiv
in einer Fläche
eines Substrats vorgesehen, und eine Gate-Isolierschicht 21 ist
selektiv zwischen oberen Teilen von Rändern der Source-Drain-Zonen 11 und 12 und
zwischen oberen Teilen von Rändern der
Source-Drain-Zonen 12 und 13 vorgesehen, und eine
Gate-Elektrode 22 ist auf der Gate-Isolierschicht 21 vorgesehen.
Dann ist eine Siliziumnitridschicht 24 auf der Gate-Elektrode 22 vorgesehen,
und eine Randnitridschicht 25 ist vorgesehen, um eine Seitenfläche der
Gate-Elektrode 22 bzw. der Siliziumnitridschicht 24 zu
bedecken, so dass ein MOS-Transistor entsteht.
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Darüber hinaus sind die Gate-Isolierschicht 21,
die Gate-Elektrode 22 , die Siliziumnitridschicht 24 und
die Randnitridschicht 25 auch noch auf einer Elementisolationsschicht 2 vorgesehen
und fungieren als Wortleitung (Transfergatter).
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In der aktiven Zone AR der peripheren
Schaltungszone LR sind darüber
hinaus Source-Drain-Zonen 14 und 15 selektiv in
der Fläche
des Substrats vorgesehen, und eine Gate-Isolierschicht 31 ist
zwischen oberen Teilen von Rändern
der Source-Drain-Zonen 14 und 15 vorgesehen. Eine Gate-Elektrode 32 ist
auf der Gate-Isolierschicht 31 vorgesehen, eine Siliziumnitridschicht 34 ist
auf der Gate-Elektrode 32 vorgesehen, und eine Randnitridschicht 35 ist
vorgesehen, um jeweilige Seitenflächen der Gate-Elektrode 32 und
der Siliziumnitridschicht 34 zu bedecken, so dass ein MOS-Transistor entsteht.
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Eine Stopperschicht zur Ausbildung
eines selbstjustierenden Kontakts 9 (im Folgenden als Stopperschicht
bezeichnet) ist über
den gesamten Flächen
der Speicherzellenzone MR und der peripheren Schaltungszone LR vorgesehen.
Die Stopperschicht 9 besteht aus einer Siliziumnitridschicht.
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Dann ist eine Zwischenlagenisolierschicht 3 wie
eine Siliziumoxidschicht vorgesehen, um die Speicherzellenzone MR
und die periphere Schaltungszone LR zu bedecken, ein Kondensator
CP30 ist in einer oberen Hauptfläche
der Zwischenlagenisolierschicht 3 in der Speicherzellenzone
MR vorgesehen, und jede elektrische Verbindung des Kondensators
CP30 und der Source-Drain-Zonen 11 und 13 erfolgt über einen
Steckkontakt 101A, der in den Kondensator CP30 eingesteckt
ist und die Source-Drain-Zonen 11 und 13 erreicht.
Der Steckkontakt 101A ist so eingesteckt, dass er eine
obere Kondensatorelektrode 103A in vertikaler Richtung
durchdringt.
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Die obere Kondensatorelektrode 103A des Kondensators
CP30 ist so vorgesehen, dass sie in der oberen Hauptfläche der
Zwischenlagenisolierschicht 3 eingebettet ist und beispielsweise
aus Kupfer besteht, und eine dielektrische Kondensatorschicht 102A ist
so vorgesehen, dass sie eine Seitenfläche und eine untere Fläche der
oberen Kondensatorelektrode 103A bedeckt.
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Darüber hinaus ist die dielektrische
Kondensatorschicht 102A auch noch vorgesehen, um eine Seitenfläche des
Steckkontakts 101A zu bedecken, der so ausgebildet ist,
dass er die obere Kondensatorelektrode 103A in einer vertikalen
Richtung zu dieser durchdringt, und ein Abschnitt des Steckkontakts 101A,
welcher mit der dielektrischen Kondensatorschicht 102A bedeckt
ist, fungiert als untere Kondensatorelektrode 101A. Demzufolge
wird klar, dass der Steckkontakt 101A ein unterer Elektrodenstecker
ist, der als untere Kondensatorelektrode dient. Der Steckkontakt 101A besteht
beispielsweise aus Wolfram (W).
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Der Steckkontakt 101A nimmt
die Form eines rechteckigen Quaders an, um eine rechteckige Querschnittsform
auf einer Fläche
zu haben, die parallel zu einer Hauptfläche eines Siliziumsubstrats 1 (oder
der Zwischenlagenisolierschicht 3) ist, und ist derart
vorgesehen, dass eine Längsrichtung
des rechteckigen Abschnitts mit einer Richtung einer Gate-Länge des MOS-Transistors zusammenfällt, und
elektrisch an die Source-Drain-Zonen 11 und 13 angeschlossen
und darüber
hinaus in Angriff an einem oberen Teil eines Gate-Aufbaus ist.
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In der peripheren Schaltungszone
LR ist noch eine Verdrahtungslage 201, die eine erste Verdrahtungslage
sein soll, selektiv in der oberen Hauptfläche der Zwischenlagenisolierschicht 3 vorgesehen.
Die Verdrahtungslage 201 ist in jeder der Zonen vorgesehen,
die über
den Source-Drain-Zonen 14 und 15 ausgebildeten
Abschnitten entsprechen, und die Source-Drain-Zonen 14 und 15 sind über einen Steckkontakt 101 elek trisch
angeschlossen, der die Verdrahtungslage 201 in einer vertikalen
Richtung und die Zwischenlagenisolierschicht 3 durchdringt, um
die Source-Drain-Zonen 14 und 15 zu erreichen.
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Dann ist eine Zwischenlagenisolierschicht 6 auf
der Zwischenlagenisolierschicht 3 vorgesehen, und eine
Verdrahtungslage 302, die eine zweite Verdrahtungslage
sein soll, ist selektiv in einer oberen Hauptfläche der Zwischenlagenisolierschicht 6 in
der Speicherzellenzone MR vorgesehen und ist über einen Steckkontakt 301 elektrisch
an die obere Kondensatorelektrode 103A angeschlossen.
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Während
der Steckkontakt 101A in der vorstehenden Beschreibung
die Form eines rechteckigen Quaders annimmt, wird vorausgesetzt,
dass der Kondensator CP30 als Kondensator für einen Speicher verwendet
wird. Falls der Kondensator CP30 in einer anderen Zone als der Speicherzellenzone
eingesetzt wird, ist die Form des Steckkontakts 101A nicht
auf einen rechteckigen Quader beschränkt, sondern kann ein Kubus
oder Zylinder sein.
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B-2. Herstellungsverfahren
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Nachstehend wird ein Verfahren zur
Herstellung des DRAMs 200 mit Bezug auf die 21 bis 30 beschrieben, die Schnittansichten
sind, die nacheinander einen Herstellungsprozess zeigen.
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Die 21 bis 30 sind Teilschnittansichten einer
Speicherzellenzone MR und einer peripheren Schaltungszone LR wie
einer Logikschaltung, eines Leseverstärkers oder eines Decodieres,
der im DRAM 200 um die Speicherzellenzone MR herum vorgesehen
ist.
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Zuerst wird bei einem in 21 gezeigten Schritt eine
Elementisolationsschicht 2 selektiv in einer Hauptfläche eines
Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, um eine Speicherzellenzone
MR und eine periphere Schaltungszone LR zu bilden, und um eine aktive
Zone AR in der Speicherzellenzone MR bzw. der peripheren Schaltungszone
LR zu bilden. Durch ein herkömmliches
Verfahren wird dann ein Schichtungsaufbau aus einer Gate-Isolierschicht 21,
einer Gate-Elektrode 22 und einer Siliziumnitridschicht 24 selektiv
in der aktiven Zone AR der Speicherzellenzone MR ausgebildet, und
ein Schichtungsaufbau aus einer Gate-Isolierschicht 31,
einer Gate-Elektrode 32 und einer Siliziumnitridschicht 34 wird
selektiv in der peripheren Schaltungszone LR ausgebildet. Die Gate-Isolierschichten 21 und 31 bestehen
beispielsweise aus einer Siliziumoxidschicht und haben Dicken, die
so eingestellt sind, dass sie ca. 2 nm betragen, die Gate-Elektroden 22 und 32 bestehen
aus einer Polysiliziumschicht und haben Dicken, die so eingestellt
sind, dass sie ca. 100 nm betragen, und die Siliziumnitridschichten 24 und 34 werden
durch ein CVD-Niederdruckverfahren ausgebildet und haben Dicken,
die so eingestellt sind, dass sie beispielsweise 100 nm betragen.
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In der Speicherzellenzone MR ist
auch der Schichtungsaufbau aus der Gate-Isolierschicht 21, der
Gate-Elektrode 22 und der Siliziumnitridschicht 24 auf
der Elementisolationsschicht 2 ausgebildet.
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Bei einem in 22 gezeigten Schritt wird als Nächstes ein
Störstellenion
implantiert, indem die Siliziumoxidschicht 24 und die Gate-Elektrode 22 als Implantationsmasken
in der Speicherzellenzone MR verwendet werden, so dass sich Source-Drain-Zonen 11, 12 und 13 in
der Hauptfläche
des Siliziumsubstrats 1 bilden. Darüber hinaus wird in der peripheren Schaltungszone
LR ein Störstellenion
implantiert, indem die Siliziumnitridschicht 34 und die
Gate-Elektrode 32 als Implantationsmasken verwendet werden,
so dass sich Source-Drain-Zonen 14 und 15 in der
Hauptfläche
des Siliziumsubstrats 1 bilden.
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Dann wird eine Randnitridschicht 25 so
ausgebildet, dass sie Seitenflächen
der Siliziumnitridschicht 24 und der Gate-Elektrode 22 bedeckt,
und darüber
hinaus wird eine Randnitridschicht 35 so ausgebildet, dass
sie Seitenflächen
der Siliziumnitridschicht 34 und der Gate-Elektrode 32 bedeckt,
so dass ein MOS-Transistor entsteht. Die Randnitridschicht 35 wird
durch das CVD-Niederdruckverfahren ausgebildet, und eine Dicke von
dieser wird so eingestellt, dass sie beispielsweise 100 nm beträgt.
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Bei einem in 23 gezeigten Schritt wird als Nächstes eine
Stopperschicht 9 über
einer gesamten Fläche
des Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, und eine Gatestruktur
jedes MOS-Transistors wird mit der Stopperschicht 9 bedeckt.
Die Stopperschicht 9 wird durch das CVD-Niederdruckverfahren ausgebildet, und
eine Dicke von dieser wird so eingestellt, dass sie beispielsweise
50 nm beträgt.
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Bei einem in 24 gezeigten Schritt wird als Nächstes eine
Zwischenlagenisolierschicht 3A, die aus einer Siliziumoxidschicht
besteht und eine Dicke von ca. 400 nm hat, über der gesamten Fläche des
Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, wodurch beispielsweise
der MOS-Transistor bedeckt wird. In der Speicherzellenzone MR wird
dann ein Kontaktloch CH1 ausgebildet, das die Zwischenlagenisolierschicht 3A durchdringt,
um die Source-Drain-Zone 12 zu erreichen, und eine Leiterschicht,
die beispielsweise aus Wolfram besteht und eine Dicke von ca. 100
nm hat, wird danach auf der Zwischenlagenisolierschicht 3A ausgebildet,
und das Kontaktloch CH1 wird aufgefüllt, um einen Steckkontakt 41 zu
bilden. Danach wird die Leiterschicht selektiv entfernt, wodurch
eine Bitleitung 42 ausgebildet wird.
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Bei einem in 25 gezeigten Schritt wird als Nächstes eine
Zwischenlagenisolierschicht, die beispielsweise aus einer Siliziumoxidschicht
besteht und eine Dicke von ca. 600 nm hat, auf der Zwischen lagenisolierschicht 3A ausgebildet,
so dass zusammen mit der Zwischenlagenisolierschicht 3A eine Zwischenlagenisolierschicht 3 mit
einer Dicke von ca. 1000 nm erhalten wird.
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Dann wird eine Schutzschicht auf
eine gesamte Fläche
der Zwischenlagenisolierschicht 3 aufgetragen, und es wird
eine Schutzschichtstruktur durch Fotolithografie übertragen,
um eine Schutzschichtmaske RM11 in der Speicherzellenzone MR und
der peripheren Schaltungszone LR auszubilden.
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Unter Verwendung der Schutzschichtmaske RM11
wird danach anisotropisches Trockenätzen durchgeführt, um
die Kontaktlöcher
CH21 und CH11 auszubilden, die die Zwischenlagenisolierschicht 3 in der
Speicherzellenzone MR und der peripheren Schaltungszone LR durchdringen.
Indem beispielsweise eine Bedingung festgelegt wird, dass eine Ätzrate der
Siliziumoxidschicht beim Ätzen
für die
Siliziumnitridschicht erhöht
wird, wird eine Bedingung so eingestellt, dass die Ätzrate der
Siliziumoxidschicht fünf
Mal so hoch ist wie diejenige der Siliziumnitridschicht beim Ätzen unter
Verwendung eines Gases wie C4F8,
ist es möglich
zu verhindern, dass der Ätzvorgang
das Siliziumsubstrat 1 und die Gatestruktur erreicht.
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Das Kontaktloch CH21 wird derart
ausgebildet, dass ein Abschnitt ausgehend von den Source-Drain-Zonen 11 und 13 bis
zu einem oberen Teil der Gatestruktur auch eine Öffnung ist, wobei eine Öffnungsform
rechteckig ist und eine Längsrichtung davon
mit einer Richtung einer Gate-Länge
des MOS-Transistors zusammenfällt.
Das Kontaktloch CH11 in der peripheren Schaltungszone LR ist an Stellen
vorgesehen, die die Source-Drain-Zonen 14 und 15 erreichen.
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Nach dem Entfernen der Schutzschichtmaske
RM11 wird als Nächstes
die auf den Source-Drain-Zonen 11 und 13 und den
Source- Drain-Zonen 14 und 15 vorhandene
Stopperschicht 9 bei einem in 26 gezeigten Schritt unter Verwendung der
Zwischenlagenisolierschicht 3 als Ätzmaske entfernt. Zu diesem
Zeitpunkt wird die Stopperschicht 9 auf der Gatestruktur,
die nicht mit der Zwischenlagenisolierschicht 3 bedeckt
ist, in der Speicherzellenzone MR entfernt.
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Bei einem in Schritt 27 gezeigten
Schritt wird als Nächstes
eine Leiterschicht, die beispielsweise aus Wolfram besteht und eine
Dicke von ca. 200 nm hat, über
der gesamten Fläche
der Zwischenlagenisolierschicht 3 ausgebildet und in die
Kontaktlöcher CH21
und CH11 eingebettet. Dann wird die auf der Zwischenlagenisolierschicht 3 vorgesehene
Leiterschicht durch CMP entfernt, und ein Steckkontakt 101A wird
im Kontaktloch CH21 und ein Steckkontakt 101 im Kontaktloch
CH11 gebildet.
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Ein Bereich eines Abschnitts, in
dem der Steckkontakt 101A mit den Source-Drain-Zonen 11 und 13 in
Berührung
kommt, wird selbstjustierend in einem Anordnungszwischenraum der
Gatestruktur festgelegt. Deshalb wird der Steckkontakt 101A als selbstjustierender
Kontakt bezeichnet.
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Bei einem in 28 gezeigten Schritt wird eine Schutzschicht
auf die gesamte Fläche
der Zwischenlagenisolierschicht 3 aufgetragen, und es wird eine
Schutzschichtstruktur zur Ausbildung eines Kondensators und einer
ersten Verdrahtungslage durch Fotolithografie übertragen, wodurch eine Schutzschichtmaske
RM12 entsteht.
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In der Schutzschichtstruktur zur
Ausbildung eines Kondensators ist ein breiter Bereich einschließlich mehrerer
Speicherzellen, in dem später
eine obere Kondensatorelektrode 103A ausgebildet werden soll,
eine Öffnung.
In der Schutzschichtstruktur zur Ausbildung einer ersten Verdrahtungslage,
ist ein Bereich, in dem die erste Verdrahtungslage später ausgebildet
werden soll, eine Öffnung.
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Als Nächstes wird das anisotropische
Trockenätzen
unter Verwendung der Schutzschichtmaske RM12 durchgeführt, um
die Zwischenlagenisolierschicht 3 selektiv zu entfernen.
In der Folge werden ein Ausnehmungsabschnitt RP11 zur Ausbildung
eines Kondensators bzw. ein Ausnehmungsabschnitt RP12 zur Ausbildung
einer ersten Verdrahtungslage in der Speicherzellenzone MR und der
peripheren Schaltungszone LR gleichzeitig vorgesehen. Die Ausnehmungsabschnitte
RP11 und RP12 haben Tiefen von ca. 250 nm, und der Steckkontakt 101A springt
von jeweiligen Bodenabschnitten vor.
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Dann wird die Schutzschichtmaske
RM12 entfernt. Bei einem in 29 gezeigten
Schritt wird danach eine dielektrische Schicht, die beispielsweise aus
Ta2O5 besteht und
eine Dicke von ca. 10 nm hat, über
den gesamten Flächen
der Speicherzellenzone MR und der peripheren Schaltungszone LR ausgebildet.
In der Speicherzellenzone MR wird danach eine Schutzschichtmaske
RM13 strukturiert, um die dielektrische Schicht zu bedecken. Dann
wird die dielektrische Schicht in der peripheren Schaltungszone
LR durch Ätzen
entfernt, wodurch nur in der Speicherzellenzone MR eine dielektrische
Kondensatorschicht 102A entsteht. Die dielektrische Kondensatorschicht 102A wird
entlang einer Innenfläche
des Ausnehmungsabschnitts RP11 gebildet und ist darüber hinaus
vorgesehen, um eine Seitenfläche
und eine Endfläche
des Steckkontakts 101A zu bedecken, die von einer Bodenfläche des
Ausnehmungsabschnitts RP11 vorspringen.
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Als Nächstes wird die Schutzschichtmaske RM13
entfernt. Bei einem in 30 gezeigten
Schritt wird dann eine Leiterschicht, die beispielsweise aus Kupfer
besteht und eine Dicke von ca. 300 nm hat, über den gesamten Flächen der
Speicherzellenzone MR und der peripheren Schaltungszone LR ausgebildet
und die Leiterschicht in die Ausnehmungsabschnitte RP11 und RP12
eingebettet.
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Dann wird eine Abflachung durchgeführt, indem
die Leiterschicht, die auf der Zwischenlagenisolierschicht 3 ausgebildet
ist, und die Leiterschicht, die sich auf den Ausnehmungsabschnitten
RP11 und RP12 erhebt, durch CMP entfernt wird. In diesem Fall wird
in der Speicherzellenzone MR die auf der Endfläche des Steckkontakts 101A vorhandene
dielektrische Kondensatorschicht 102A zusammen mit der auf
der Zwischenlagenisolierschicht 3 vorhandenen dielektrischen
Kondensatorschicht 102A entfernt.
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Im Ergebnis wird der Kondensator
CP30 durch die obere Kondensatorelektrode 103A und die dielektrische
Kondensatorschicht 102A, die in der oberen Hauptfläche der
Zwischenlagenisolierschicht 3 eingebettet sind, erhalten
und der Steckkontakt 101A, der vorgesehen ist, um die obere
Kondensatorelektrode 103 in einer vertikalen Richtung zu
dieser zu durchdringen, und der als untere Kondensatorelektrode
in der Speicherzellenzone MR dient, und die Verdrahtungslage 201,
die in der oberen Hauptfläche
der Zwischenlagenisolierschicht 3 eingebettet ist, wird
in der peripheren Schaltungszone LR erhalten.
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Dann wird der in 20 gezeigte DRAM 200 durch ein
Verfahren zur Herstellung einer zweiten Verdrahtungslage unter Verwendung
des mit Bezug auf die 13 und 14 beschriebenen Doppeldamaszierverfahrens
erhalten.
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31 zeigt
ein Beispiel eines planen Aufbaus der Speicherzellenzone MR im DRAM 200.
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31 zeigt
einen planen Aufbau der Speicherzellenzone von der Seite der oberen
Kondensatorelektrode 103A aus gesehen, in dem in 30 dargestellten Zustand.
Der Einfachheit halber ist die obere Kondensatorelektrode 103A in
einer durchbrochenen Linie dargestellt, und ein Aufbau einer Lage, die
unter der oberen Kondensatorelektrode 103A vorhanden ist,
ist deutlich dargestellt. Darüber
hinaus ist nur ein Teil der Bitleitung 42 gezeigt. Die
Speicherzellenzone MR in den 21 bis 30 entspricht einer Schnittansicht
entlang einer Linie B-B. Es ist klar, dass die obere Kondensatorelektrode 103A vorgesehen
ist, um einen breiten Bereich einschließlich mehrerer Speicherzellen
zu bedecken.
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30 zeigt
einen Aufbau, bei dem ein Steckkontakt 101A an die Source-Drain-Zonen 11 bzw. 12 angeschlossen
ist. Wenn die Source-Drain-Zonen 11 und 12 große Bereiche
aufweisen und mehrere Steckkontakte 101A angeschlossen werden
können,
können
die Steckkontakte 101A vorgesehen werden. In der Folge
ist es möglich,
eine Stromladungsspeicherungskapazität pro Speicherzelle zu erhöhen.
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B-3. Funktion und Wirkung
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Wie vorstehend beschrieben, wird
bei der Halbleitervorrichtung nach der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die untere Elektrode des Kondensators
CP30 auch als Steckkontakt 101A, der ein Kondensatorkontakt
sein soll, verwendet, und die untere Elektrode und der Kondensatorkontakt
können
gleichzeitig in der Speicherzellenzone MR ausgebildet werden, und
der Steckkontakt 101A, der ein Kontakt der ersten Verdrahtungslage
in der peripheren Schaltungszone LR sein soll, und ein Halbleiterelement
werden auch gleichzeitig ausgebildet. In der Folge kann der Herstellungsprozess
vereinfacht werden, so dass die Herstellungskosten gesenkt werden
können.
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Darüber hinaus ist der Kondensator
CP30 in der oberen Hauptfläche
der Zwischenlagenisolierschicht 3 eingebettet, und die
obere Kondensatorelektrode 103A wird auch als erste Verdrahtungslage in
der Speicherzellenzone MR verwendet und kann gleichzeitig mit der
Ausbildung der ersten Verdrahtungslage in der peripheren Schaltungszone
LR durch das Einzeldamaszierverfahren ausgebildet werden. In der
Folge kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden, so dass die
Herstellungskosten gesenkt werden können.
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Darüber hinaus kann, da der Steckkontakt 101A,
der auch als untere Kondensatorelektrode dient, die Form eines rechteckigen
Quaders annimmt und den Aufbau eines selbstjustierenden Kontakts verwendet,
ein Flächenbereich
davon stark vergrößert und
ein Speicherladungsbetrag erhöht
werden.
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Obwohl die Erfindung ausführlich aufgezeigt und
beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten
erläuternd
und nicht einschränkend.
Es ist deshalb selbstverständlich, dass
zahlreiche Abwandlungen und Änderungen
angedacht werden können,
ohne dass dabei den Rahmen der Erfindung verlassen würde.