JP2000353793A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 開放型ビット線配置を有するDRAMは、折
り返しビット線配置を有するDRAMに比べて、セル面
積を低減できるという特長を有するが、ノイズに弱いと
いう問題点がある。従来の開放型ビット線配置を有する
DRAMは、ビット線容量が大きい為にノイズに弱い、
あるいはセル面積が大きいという問題があり、ビット線
容量が小さい結果としてノイズに強く、かつセル面積が
小さい開放型ビット線を有するDRAMは無かった。 【解決手段】 本発明では、ビット線容量を低減するた
めに、キャパシタ下部電極プラグ開口工程を、ビット線
に対して非自己整合プロセスとする。同時にセル面積を
増大させない為に、ビット線を細線化し、しかもキャパ
シタ下部電極プラグを、ビット線との間隔を増大させる
方向にずらし、かつコンタクト径を縮小する、構造とす
る。 【効果】 ノイズ耐性に優れ、セル面積の小さい開放型
ビット線配置を有する半導体記憶装置を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細であってかつ
蓄積容量が大きな半導体記憶装置に関する。特に、高集
積化に好適なダイナミックランダムアクセスメモリ(D
RAM)に関する。
【0002】
【従来の技術】これまで、3年に4倍のペースで集積化
の向上を実現してきたダイナミックランダムアクセスメ
モリ(DRAM:Dynamic Random Access Memory)は、
近年のパーソナルコンピュータの爆発的な売上に牽引さ
れて、その需要はますます高まりつつある。
【0003】DRAMのメモリセルの配列には、折り返
しビット線配置と開放型ビット線配置、の2つがある。
図1には代表的な折り返しビット線配置構造を有するD
RAMのメモリセルレイアウトを示している。メモリセ
ル面積を最小にする為に、ワード線及びビット線は最小
寸法をFとして、線幅=F、ピッチ=2Fでレイアウト
されている。横長のアクティブ領域に2つのメモリセル
が形成され、縦長のビット線コンタクトがそれら2つの
セルに共用されている。一方、図2には'1993 Symp
osium on VLSI circuits P.91'に記された、代表的な
開放型ビット線配置の場合のメモリセルレイアウトを示
す。この場合、ワード線は線幅=F、ピッチ=2Fとな
るが、ビット線は線幅=F、ピッチ=3Fとなる。さ
て、これら2つのビット線配置構造に対して、データ読
出し工程を考える。1本のワード線がオンした場合を考
えると、折り返しビット線構造の場合、ビット線からは
一本おきにデータが出てくる。即ち、図3(a)に示した
ように、1つのセンスアンプに繋がるペアのビット線
が、同一マットの中の隣り合う2つのビット線となる。
こうしたことから、折り返しビット線構造と呼ばれる。
一方、開放型ビット線配置の場合は、全てのビット線か
らデータが出てくるので、ペアとなるビット線は図3
(b)に示したように、別マットに開放的に存在すること
になる。即ち、ペアビット線とカップルする駆動ワード
が、折り返しビット線配置では共通であるのに対し、開
放型では共通ではない。これは、雑音という観点で言い
換えるならば、ワード線駆動雑音が、折り返しビット線
配置ではペアビット線間でキャンセルするのに対し、開
放型ではキャンセルしない、ということであり、折り返
しビット線構造がノイズに強いということを意味する。
このように、開放型ビット線配置はノイズに対して弱い
が、その最大の特長は、その小さいセル面積にある。折
り返しビット線配置においては、図1に示したように8
2であるのに対し、開放型では図2のように6F2であ
る。
【0004】量産ということを考えると、製品コストを
下げる為には、チップ面積の縮小、即ちメモリセル面積
の縮小が極めて効果的である。この観点からすると、開
放型ビット線配置の方が、折り返し線配置よりも望まし
い。課題は耐ノイズ性能をいかにして向上するかであ
る。
【0005】実際の製品では、16Kの世代までは開放
型ビット線配置が用いられていたが、以降はノイズに対
して強い、折り返しビット線配置が用いられており、現
在に至っている。
【0006】開放型ビット線配置を有するDRAMに関
して、図2に類似した構造の提案は、特開平07−06
6299にもある。この場合、原理的なセルレイアウト
は図2に示したものに極めて類似しているが、ビット線
ピッチが4Fに緩和されており、その結果として、隣接
キャパシタ下部電極コンタクトの間隔を広げ、セル間リ
ーク電流を低減させている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術には
次に示すような課題がある。
【0008】まず、上述の'1993 Symposium on VLS
I circuits'に記された実施例においては、次のような
問題点がある。図2から明らかなように、キャパシタ下
部電極コンタクト(5)がビット線(3)に近接したレ
イアウトになっており、ビット線(3)と接することな
く、キャパシタ下部電極コンタクト(5)を開口する為
には、所謂自己整合コンタクト技術が必須である。自己
整合コンタクト技術とは以下のようなものである。図2
のAA方向の断面に着目してビット線形成以降のプロセ
スを説明する。図4に示すように、ビット線コンタクト
プラグ(10)形成後、ビット線となるタングステン及
びシリコンナイトライドの積層膜を堆積する。次にリソ
グラフィ、ドライエッチ工程を経てビット線(11)を
形成して、図5のようになる。更に、シリコンナイトラ
イド(1201)を堆積し、図6のようになる。続い
て、シリコン酸化膜からなる層間膜(901)を堆積平
坦化した後に、シリコンナイトライドに対して高選択性
を有する酸化膜エッチングにより、キャパシタ下部電極
コンタクトを開口する。更に、プラグ(13)を形成し
て、図7のようになる。このように、自己整合コンタク
ト開口技術を用いることによって、ビット線(11)に
短絡することなく、下部電極コンタクトを開口できる。
本技術により、余裕が十分に無いときにも、面積を増大
することなく、コンタクト開口が可能である。しかし、
自己整合コンタクト開口技術には次のような問題点があ
る。シリコンナイトライドの誘電率はシリコン酸化膜の
約2倍である。自己整合コンタクト技術では、図7に示
したように、ビット線(11)をシリコンナイトライド
(12,1201)で囲む構造となり、しかも下部電極
プラグとビット線の間がシリコンナイトライドで絶縁さ
れることになるので、ビット線容量が増大することを意
味する。すでに述べたように、開放型ビット線配置は折
り返し配置よりもノイズに対して弱いので、こうした構
造ではビット線容量を低減することが極めて重要であ
る。この点で、開放型ビット線配置を有するDRAMに
おいて、自己整合コンタクト形成プロセスを用いること
は、適切ではない。
【0009】また、特開平07−066299では、図
2に類似したレイアウトで、ビット線ピッチを広げるこ
とにより、キャパシタ下部電極コンタクトの間隔を広げ
ている。しかし、これでは、セル面積が増大してしま
い、開放型ビット線配置の最大の特長を活かしていな
い。
【0010】本発明は、上記課題を同時に解決するもの
である。即ち、ビット線容量が小さい結果ノイズ耐性に
優れ、しかもセル面積の小さい、開放型ビット線配置を
有するDRAMのレイアウト並びに製造方法を提案する
ものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0012】すなわち、請求項1に記載の発明は、第1
方向に延びる複数のワード線と、前記第1方向に交差す
る第2方向に延びる複数のビット線と、それぞれが1つ
のトランジスタと1つの容量素子とを有する複数のメモ
リセルとを備え、前記ビット線上に前記容量素子を配置
した半導体集積回路装置であって、半導体基板上におい
て、前記複数のワード線中の隣接する第1、第2ワード
線及び前記複数のビット線中の第1ビット線と交差し、
前記第1及び第2方向と異なる第3方向に延び、前記第
3方向に対して直交する第4方向に所定の幅を有する活
性領域と、前記活性領域内に形成され、前記トランジス
タのソース、ドレインとして機能する第1及び第2半導
体領域と、前記容量素子を構成する第1(キャパシタ下
部電極)及び第2電極(フ゜レート)と、前記第1及び第2
電極間に位置する誘電体膜と、前記ビット線と前記第1
電極との間に位置する第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜に
形成された第1開孔内に形成され、前記第1(ソース)
及び第2半導体領域(ドレイン)の一方と、前記第1電
極(キャパシタ下部電極)とを電気的に接続するための
第1導体層(SNCT)とからなり、前記第1導体層は
前記ワード線とビット線によって囲まれた領域の各々に
配置され、前記第1導体層(SNCT)の中心は、前記
第3方向に沿う前記活性領域の中心線からずらした半導
体集積回路装置構造とするものである。
【0013】また、請求項8に記載の発明は、各々が第
1方向に延び、互いに隣接する第1、第2ワード線と、
前記第1ワード線に隣接し前記第2ワード線と反対側に
配置された第3ワード線と、前記第2ワード線に隣接し
前記第1ワード線と反対側に配置された第4ワード線
と、前記第1方向に交差する第2方向に延び、連続的に
隣接する第1,第2及び第3ビット線と、前記第1及び
第2方向と交差する第3方向に延びる活性領域と、前記
活性領域内であって、前記第1、第2ワード線間に位置
する第1半導体領域と、前記活性領域内であって、前記
第1、第3ワード線間及び第2、第4ワード線間に位置
する第2半導体領域と、前記容量素子を構成する第1及
び第2電極と、前記第1及び第2電極間に位置する誘電
体膜と、前記第2半導体領域と前記第1電極とを電気的
に接続する複数の第1導体層とを有し、前記第1導体層
は、前記ワード線と前記ビット線で囲まれた領域の各々
に配置され、前記第1、第3ワード線間に配置された第
1導体層の中心と、前記第2、第4ワード線間に配置さ
れた第1導体層の中心とを結ぶ直線が前記第1方向に対
してなす角度は、前記第3方向が前記第1方向に対して
なす角度よりも小である半導体集積回路装置構造とする
ものである。
【0014】また、請求項9に記載の発明は、第1方向
に延びる複数のワード線と、前記第1方向に交差する第
2方向に延びる複数のビット線と、それぞれが1つのト
ランジスタと1つの容量素子とを有する複数のメモリセ
ルとを備え、前記ビット線上に前記容量素子を配置した
半導体集積回路装置であって、半導体基板上において2
つのワード線及び1つのビット線と交差し、前記第1及
び第2方向と異なる第3方向に延びる活性領域と、前記
活性領域内に形成され、前記トランジスタのソース、ド
レインとして機能する第1及び第2半導体領域と、前記
容量素子を構成する第1及び第2電極と、前記第1及び
第2電極間に位置する誘電体膜と、前記ビット線と前記
第1電極との間に位置する第1絶縁膜と、前記第1絶縁
膜に設けられた第1開孔内に形成され、前記第1及び第
2半導体領域の一方と、前記第1電極とを電気的に接続
するための第1導体層とからなり、前記第1導体層は、
前記ワード線とビット線で囲まれた領域の各々に配置さ
れ、前記第1導体層の前記第2方向における幅は、前記
ワード線の幅よりも小である半導体集積回路装置構造と
するものである。
【0015】また、請求項15に記載の発明は、第1方
向に延びる複数のワード線と、前記第1方向に交差する
第2方向に延びる複数のビット線と、それぞれが1つの
トランジスタと1つの容量素子とを有する複数のメモリ
セルとを備え、前記ビット線上に前記容量素子を配置し
た半導体集積回路装置であって、半導体基板上に形成さ
れた前記容量素子を構成する第1及び第2電極と、前記
第1及び第2電極間に位置する誘電体膜と、前記ビット
線と前記第1電極との間に位置する第1絶縁膜と、前記
第1絶縁膜に形成された第1開孔内に形成され、前記ト
ランジスタと、前記第1電極とを電気的に接続するため
の第1導体層とからなり、前記第1導体層は前記ワード
線とビット線によって囲まれた領域の各々に配置され、
前記ビット線の幅は、前記ワード線の幅よりも小である
半導体集積回路装置構造とするものである。
【0016】請求項20に記載の発明は、前記半導体集
積回路装置の製造方法であって、半導体基板上に、隣接
する第1,第2及び第3導体層を形成する工程と、前記
第1,第2及び第3導体層の上部及び側壁に第1絶縁膜
を形成する工程と、前記第1,第2及び第3導体層間が
埋まるように、前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成す
る工程と、前記第1及び第2導体層間の半導体基板表面
が露出するように、前記第2絶縁膜及び第1絶縁膜に第
1開孔を形成する工程と、前記第1開孔内に第4導体層
を形成する工程と、前記第2及び第3導体層間の半導体
基板表面が露出するように、前記第2絶縁膜及び第1絶
縁膜に第2開孔を形成する工程と、前記第2開孔内に第
5導体層を形成する工程とを有する半導体集積回路装置
の製造方法である。
【0017】請求項22に記載の発明は、前記半導体集
積回路装置の製造方法であって、半導体基板上のメモリ
セル形成領域に第1及び第2導体層を、周辺回路形成領
域に第3導体層を形成する工程と、前記第1、第2及び
第3導体層上に、前記第1及び第2導体層間が埋まらな
い程度の膜厚の第1絶縁膜を形成する工程と、前記第
1、第2及び第3導体層上に、前記第1及び第2導体層
間が埋まるような膜厚の第2絶縁膜を形成する工程と、
前記メモリセル領域を第3絶縁膜で覆った状態で、前記
第3導体層上の第1、第2絶縁膜に異方性エッチングを
施し、前記第3導体層の側壁に側壁絶縁膜を形成する工
程とを有する半導体集積回路装置の製造方法である。
【0018】上記半導体集積回路装置の構造,製造方法
により、ビット線容量が小さくできてノイズ耐性に優れ
た、しかもセル面積の小さい半導体集積回路装置を提
供,製造できるものであります。
【0019】
【発明の実施の形態】(実施例1)以下、本発明の実施
例を、レイアウト図及びプロセスフロー断面図を用いて
説明する。
【0020】まず始めに、半導体基板(7)を用意し
て、図8に示すような浅溝素子分離領域(8)を形成す
る。続いて、ウエル及びパンチスルーストッパ領域を形
成する為に、不純物イオンを打ち込む。ゲート酸化膜を
形成した後に、50nmのノンドープのポリシリコンを
公知のCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用い
て堆積する。2極性ゲート形成の為に、Nゲート領域に
はリンイオンをエネルギー5keV、ドーズ量2e15
cm−2の条件で打ち込み、Pゲート領域にはボロンイ
オンをエネルギー2keV、ドーズ量2e15cm−2
の条件で打ち込む。勿論、リンの代わりにヒソを、ボロ
ンの代わりにBF2を用いても構わない。続いて、ワー
ド線抵抗を低減する為にTiNを10nm、Wを80n
mスパッタする。TiNはポリシリコンとWの間のシリ
サイド化反応を抑える為であり、WNを代わりに用いる
こともできる。さらに、自己整合コンタクト用として、
CVD法を用いてSiNを100nm堆積する。つづい
て、公知のドライエッチ法を用いて、SiN/W/Ti
N/poly−Siを加工し、ゲート電極(14)を形
成して図9のようになった。ワード線(2)レイアウト
は図10に示すようになる。次に、周辺MOSFETの
拡散層形成の為に、レジストマスクを用いて、N型MO
SFETにはヒソイオンをエネルギー20keV、ドー
ズ量1e14cm−2の条件で、P型のMOSFETに
はBF2イオンをエネルギー20keV、ドーズ量1e
14cm−2の条件で、打ち込む。さらにCVD法を用
いてSiN(1203)を30nm堆積し、図11のよ
うになる。続いて、ゲート側壁膜を形成するために、周
辺回路領域のSiNをエッチバックし、レジストをマス
クに拡散層抵抗低減を目的にイオン打ち込みを行う。先
ず、P型拡散層領域をレジストで開口し、BF2イオンを
エネルギー20keV、ドーズ量2e15cm−2の条
件で打ち込む。続いて、レジストを除去した後、N型拡
散層領域をレジストで開口し、ヒソイオンをエネルギー
15keV、ドーズ量2e15cm−2で打ち込む。
【0021】次に、350nmの酸化膜をCVD法を用
いて堆積し平坦化を行い、レジストをマスクにメモリア
レー内において、ビット線やキャパシタ電極用の直径約
0.2ミクロンのプラグ穴を開口し、下地SiNを露出
させる。ゲート電極はSiNで完全に覆われているの
で、酸化膜加工の際にゲート電極が露出することはなか
った。この時の、プラグのレイアウトパタン(16)を
図12に示す。続いて、30nmのSiNドライエッチ
を行い、基板に形成された拡散層表面を露出させて図1
3のようになる。続いて、メモリセルトランジスタの電
界緩和を目的として、リンをエネルギー25keV、ド
ーズ量6e12cm−2の条件で打ち込む。次に、メモ
リセルプラグとなるポリシリコンを500nm堆積す
る。勿論、このポリシリコンにはリンを4e20cm−
3の濃度でドープされている。次にポリシリコンの平坦
化を行い、図14のようにメモリセル下部電極プラグ
(16)が形成された。
【0022】続いて、CVDによりシリコン酸化膜(9
03)を50nm堆積した後に、図15のように直径
0.18ミクロンのメモリセルアレー部のビット線コン
タクトと、周辺回路のコンタクトを開口する。この時
の、ビット線コンタクトのレイアウトパタン(17)を
図16に示す。次に、TiNプラグの形成を行う。CV
Dにより100nmのTiN(18)を堆積し、さらに
TiNエッチバック工程を行い、TiNプラグ(18,
19)を形成し図17を得る。本実施例ではTiNプラ
グを用いたが、プラグ材料としてW/TiN積層膜を用
いても構わない。
【0023】次にビット線に用いるWを50nmスパッ
タする。続いて、レジストをマスクにWをドライエッチ
し、メモリセルアレー部ではビット線(20)、周辺回
路部ではインターコネクト配線(21)が図18のよう
に形成される。尚、図19にはメモリセルアレーにおけ
るビット線(20)レイアウトを示している。ビット線
ピッチは、ワード線ピッチを2Fとして、3Fである。
【0024】この時、後のキャパシタ下部電極コンタク
ト開口の際に、ビット線との短絡を防ぐ為に、ビット線
をレジストアッシングにより約50nm細線化し、80
nmとした。更に、層間絶縁膜として酸化膜(904)
を200nm堆積し、エッチバック工程により平坦化し
た。次に、キャパシタ下部電極コンタクトを形成する。
自己整合プロセスを用いることなく、コンタクトを開口
する目的で、キャパシタ下部電極コンタクト(22)は
図20に示したように、下部電極プラグに対してビット
線から離れる方向にオフセットし、しかも、その直径を
下地プラグよりも小さくしている。メモリセルコンタク
トのレイアウトの特徴を言い換えると次のようになる。
まず、ワード線方向に関しては、隣接上部キャパシタ電
極プラグ(22)の中心距離が、隣接下部キャパシタ電
極プラグ(16)の中心距離よりも大きい。またビット
線方向に関しては、隣接上部キャパシタ電極プラグ(2
2)の中心距離が、隣接下部キャパシタ電極プラグ(1
6)の中心距離よりも小さくなっている。この結果、自
己整合コンタクト形成技術を用いること無く、ビット線
との短絡を防止することが可能になる。また、下部キャ
パシタ電極プラグ(16)が大きく開口されている結
果、たとえ上部キャパシタ下部電極プラグ(22)がオ
フセットされていても、必要十分なプラグの重なりが確
保されている。続いて、リンを高濃度に含む多結晶シリ
コンを300nm堆積し、エッチバック工程により平坦
化し、プラグ(22)を形成して、図20中のBB方向
の断面図は図21のようになった。
【0025】続いて、公知の製造方法を用いて、メモリ
キャパシタ(23)及び配線2(26)の形成を行い、
図22に示す所望の半導体記憶装置を得た。勿論、必要
に応じて配線層を増やすことは可能である。
【0026】以上述べたように本実施例によれば、キャ
パシタ下部電極プラグを下地プラグからオフセットさ
せ、しかもその径を下地プラグよりも小さくすることに
よって、セル面積を増大させることなく、自己整合プロ
セスを用いずに開放型ビット線配置のDRAMを形成で
きた。また、本実施例には以下のような特長もある。即
ち、開放型ビット線配置を有するDRAMにおいては、
寄生抵抗及び容量の低減が、ノイズの観点からは極めて
重要である。本実施例では、ワードにポリシリコンとタ
ングステンの積層膜、ビット線にタングステンを用いる
ことによって、ワード線とビット線の低抵抗化を達成
し、その結果ノイズに対して強い構造となっている。
【0027】(実施例2)本実施例の目的は、実施例1
と同様に、ノイズに対して強く、セル面積の小さい開放
型ビット線配置を有するDRAMの製造方法を提案する
ものである。実施例1との違いは製造工程の簡略化、即
ちマスク枚数の削減にある。具体的には、実施例1にお
いては、キャパシタ下部電極プラグが積層プラグ構造に
なっていたが、本実施例では、単一プラグ構造としてい
る。その製造工程を以下、図面を用いて説明する。
【0028】図11に示したワード線形成までは実施例
1と同様である。続いて、層間絶縁膜(902)を堆積
し、ビット線コンタクト及び、周辺回路コンタクトを開
口する。次に、プラグ電極(18,19)を形成し、タ
ングステンから成るビット線(20)及びローカルイン
タコネクト配線(21)を形成して、図23のようにな
った。この時、実施例1と同様にビット線は細線化さ
れ、その幅は約80nmであった。さらに、層間絶縁膜
として、シリコン酸化膜(904)を堆積平坦化し、キ
ャパシタ電極プラグコンタクト(22)を開口する。こ
の時の、平面レイアウトを図24に示す。この特長は、
キャパシタプラグコンタクトが下地の素子形成領域に対
して、ビット線との短絡余裕を増大させる方向にオフセ
ットされている点である。尚、キャパシタプラグコンタ
クトの直径は約100nmである。この結果、ビット線
間隔を広げることなく、ビット線との短絡を回避して、
図25に示すようにキャパシタ下部電極プラグコンタク
トを開口し、プラグ電極(22)を形成できた。この実
施例には、プラグと素子形成領域の重なりが減少する結
果、コンタクト抵抗が増大するという懸念がある。しか
し、実際にはメモリセルの特性を劣化させる程のコンタ
クト抵抗の増大は観測されなかった。以降のキャパシタ
形成及び配線工程は実施例1と同様である。こうして、
所望の半導体記憶装置を得た。
【0029】以上述べたように、本実施例においては、
キャパシタ下部電極と基板活性化領域をつなぐプラグを
単一構造とし、プラグのレイアウトをワード線が走る方
向に、ビット線との距離を増大させる向きにオフセット
させ、かつその直径を100nmにすることによって、
セル面積を増大することなく、しかも自己整合プロセス
を用いない結果ビット線容量の小さい開放型ビット線配
置のDRAMを形成できた。
【0030】(実施例3)本実施例は、開放型ビット線
配置を有するDRAMにおいて、特に、実施例1のプロ
セスフローに関して、メモリセル周りの合わせ余裕を増
大させるものである。
【0031】実施例1においては、次のような順序でメ
モリセルプラグを形成している。即ち、まず、ビット線
及びキャパシタの下部プラグ(16)を形成(図2
6)、ビット線上部プラグ(18)を形成(図27)、
ビット線(20)を形成し、キャパシタ電極の上部プラ
グ(22)を形成(図28)、の順となっている。これ
に対して、本実施例では次のようなフローで形成した。
まず、図29に示したように、多結晶Siからなるキャ
パシタ下部電極プラグ(16)を形成する。次に、図3
0に示したように、層間膜を堆積した後に、ビット線コ
ンタクトを開口し、多結晶Siからなるビット線プラグ
を形成する。続いて、ビット線プラグをエッチバックす
ることによりくぼませ、その中に、W/TiNプラグ
(18)を形成し図31のようになる。この時、同時
に、周辺回路コンタクトプラグ(19)も形成する。続
いて、Wからなるビット線(20)を形成し、さらにキ
ャパシタ下部プラグ(22)を形成し、図32を得る。
本実施例においては、プラグと拡散層の接触部にはすべ
て多結晶Siを用いたが、工程簡略化の観点から、W/
TiN等のメタル材料を用いることも勿論可能である。
【0032】本実施例においては、ビット線上部コンタ
クトプラグ(18)を実効的に、ビット線下部コンタク
トプラグ(16)に対して自己整合的に形成することに
なる。この結果、実施例1よりもメモリセルのプラグ形
成プロセスにおいて、合わせマージンを大きく確保する
ことに成功した。
【0033】(実施例4)本実施例は、開放型ビット線
配置を有するDRAMにおいて、周辺回路の高性能化を
実現する手法に関するものである。実施例1に示したよ
うに、フィーチャーサイズ0.13umを有するDRA
Mにおいては、メモリセルプラグの拡散層とのコンタク
ト面積確保の観点から、メモリセルにおいては側壁膜は
30nm程度に制限される。工程簡略化の観点からは、
これを周辺回路の側壁膜として使用するのが望ましい。
しかし、トランジスタの高性能化と信頼性両立の為に
は、側壁膜は100nm程度必要である。そこで、本実
施例においては、メモリセルトランジスタと周辺回路ト
ランジスタの側壁膜の膜厚を異なるものとした。具体的
には、図33に示したように、メモリセルにおいては、
側壁膜として30nmのシリコンナイトライド(120
3)を、周辺回路においては、シリコンナイトライド3
0nm(1203)とシリコン酸化膜40nm(27)
の積層膜とした。
【0034】こうして、本実施例においては、周辺回路
トランジスタの側壁膜をメモリセルトランジスタのそれ
よりも厚く形成することにより、高性能化と信頼性の両
立を可能にした。
【0035】(実施例5)本実施例は開放型ビット線配
置を有するDRAMのセンスアンプレイアウトに関する
ものである。従来の折り返しビット線配置を有するDR
AMにおいては、センスアンプは図34(a)に示したよ
うに、ビット線ピッチを2Fとして、8F内に収めれば
よい。この場合の典型的なセンスアンプのレイアウトを
図35(a)に示す。しかし、開放型ビット線配置を有す
るDRAMにおいては、セル面積を増大させない為に
は、図34(b)に示したように、6Fの範囲に入れる必
要がある。即ち、センスアンプの短辺方向の長さを短縮
する必要がある。そこで、センスアンプを形成するトラ
ンジスタに関しては、ゲート電極とコンタクトの間隔を
縮小できる、自己整合コンタクトプロセスを適用した。
この時のレイアウトを図35(b)に示す。この結果、所
望のピッチの中にセンスアンプを配置することができ
た。従来は、センスアンプにおいて技術的に難度の高い
自己整合コンタクト技術を用いることはなかった。
【0036】このように、本実施例においては、開放型
ビット線配置を有するDRAMのセンスアンプにおい
て、ゲートに対する自己整合コンタクト開口プロセスを
適用することによって、6Fのピッチの中でのレイアウ
トを可能にした。この結果、ビット線ピッチを緩和する
ことなく、所望の半導体記憶装置を実現できた。
【0037】(実施例6)本実施例は開放型ビット線配
置を有するDRAMのメモリセルレイアウトに関するも
のである。実施例1や2におけるレイアウトでは、ワー
ド線とビット線が互いに直交し、それらに対して素子形
成領域が斜めに交差していた。本実施例では、ワード線
と素子形成領域が互いに直交し、ビット線がそれらに対
して斜めに交差するレイアウトを提案する。
【0038】図36に本実施例におけるメモリセルの1
レイアウト図を示す。セル面積は実施例1と同様、にフ
ィーチャーサイズをFとして、6F2である。実施例1
と同様の製造工程を経て、所望の半導体記憶装置を得
た。また、図37には、別のメモリセルレイアウトを示
す。この場合、実施例2と同様の製造工程を経て、所望
の半導体記憶装置を得た。図36と図37のレイアウト
の違いは、キャパシタ下部電極に繋がるプラグが図36
の場合は積層構造であるのに対し、図37の場合は単層
構造である点である。いずれの場合も、キャパシタ下部
電極プラグをビット線から離す方向にオフセットするこ
とにより、セル面積を増大させることなく、ノイズに対
して強い、開放型ビット線配置を有する、半導体記憶装
置を実現できた。また本実施例には、素子形成領域の分
離幅を実施例1や2よりも大きく確保でき、その結果と
して、メモリセル間のリークを低減できるという特長を
も有する。
【0039】
【発明の効果】本発明には、開放型ビット線配置を有す
るDRAMにおいて、ノイズに対する耐性を向上し、し
かも同時にセル面積の縮小を可能にする、という効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の折り返しビット線配置構造を有するDR
AMのメモリセルレイアウト。
【図2】従来の開放型ビット線配置を有するDRAMの
メモリセルレイアウト。
【図3】(a)折り返しビット線配置構造の原理図。 (b)開放型ビット線配置構造の原理図。
【図4】自己整合コンタクトプロセスの説明図。
【図5】自己整合コンタクトプロセスの説明図。
【図6】自己整合コンタクトプロセスの説明図。
【図7】自己整合コンタクトプロセスの説明図。
【図8】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における
断面図。
【図9】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における
断面図。
【図10】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
るレイアウト図。
【図11】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図12】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
るレイアウト図。
【図13】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図14】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図15】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図16】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
るレイアウト図。
【図17】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図18】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図19】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
るレイアウト図。
【図20】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
るレイアウト図。
【図21】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図22】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図23】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図24】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
るレイアウト図。
【図25】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図26】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図27】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図28】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図29】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図30】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図31】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図32】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図33】本発明の半導体記憶装置の1製造工程におけ
る断面図。
【図34】(a)折り返しビット線構造におけるセンスア
ンプ配置。 (b)開放型ビット線構造におけるセンスアンプ配置。
【図35】(a)従来のセンスアンプレイアウト。 (b)本発明の1実施例におけるセンスアンプレイアウ
ト。
【図36】本発明の半導体記憶装置の1実施例における
メモリレイアウト。
【図37】本発明の半導体記憶装置の1実施例における
メモリレイアウト。
【符号の説明】
1…活性化領域、2…ワード線、3…ビット線、4…ビ
ット線コンタクト、5…キャパシタ下部電極コンタクト
1、6…センスアンプ、7…メモリセル、7…Si基
板、8…素子分離領域、9,901,902,903,
904,905,906…層間絶縁膜、10…ビット線
コンタクトプラグ、11…タングステン、12,120
1,1202,1203…シリコンナイトライド、13
…キャパシタ下部電極コンタクトプラグ、14…ワード
線(W/TiN/ポリシリコン)、15…ゲート電極
(周辺回路)、16…メモリセルプラグ、17…ビット
線コンタクト、18…ビット線コンタクトプラグ、19
…周辺トランジスタコンタクトプラグ、20…ビット
線、21…配線1、22…キャパシタ下部電極コンタク
ト2、23…キャパシタ下部電極、24…プレート電
極、25…周辺回路配線接続プラグ、26…配線2、2
7…側壁酸化膜、28…Y選択ゲート、29…プリチャ
ージ回路、30…センスアンプNMOS、31…センス
アンプPMOS、32…N型ウエル領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 勇 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 永井 亮 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 関口 知紀 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 竹村 理一郎 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 5F083 AD31 GA02 GA03 GA09 GA12 GA27 JA39 JA40 KA05 LA03 LA12 LA13 LA21 MA01 MA03 MA06 MA15 MA16 MA17 MA19 MA20 PR29 PR43 PR44 PR53 PR54 ZA05 ZA06

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1方向に延びる複数のワード線と、前記
    第1方向に交差する第2方向に延びる複数のビット線
    と、それぞれが1つのトランジスタと1つの容量素子と
    を有する複数のメモリセルとを備え、前記ビット線上に
    前記容量素子を配置した半導体集積回路装置であって、 半導体基板上において、前記複数のワード線中の隣接す
    る第1、第2ワード線及び前記複数のビット線中の第1
    ビット線と交差し、前記第1及び第2方向と異なる第3
    方向に延び、前記第3方向に対して直交する第4方向に
    所定の幅を有する活性領域と、 前記活性領域内に形成され、前記トランジスタのソー
    ス、ドレインとして機能する第1及び第2半導体領域
    と、 前記容量素子を構成する第1及び第2電極と、前記第1
    及び第2電極間に位置する誘電体膜と、 前記ビット線と前記第1電極との間に位置する第1絶縁
    膜と、 前記第1絶縁膜に形成された第1開孔内に形成され、前
    記第1及び第2半導体領域の一方と、前記第1電極(キ
    ャパシタ下部電極)とを電気的に接続するための第1導
    体層とからなり、 前記第1導体層は前記ワード線とビット線によって囲ま
    れた領域の各々に配置され、前記第1導体層の中心は、
    前記第3方向に沿う前記活性領域の中心線からずれてい
    ることを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の半導体集積回路装置にお
    いて、更に前記第1導体層と前記第1及び第2半導体領
    域の一方との間に配置された第2半導体層を有し、前記
    第1方向において、前記第2半導体層の幅は、前記第1
    半導体層の幅よりも大であることを特徴とする半導体集
    積回路装置。
  3. 【請求項3】請求項2記載の半導体集積回路装置におい
    て、 前記第1方向において隣接する第2半導体層の中心間距
    離は、前記第2半導体層の上に配置された前記第1半導
    体層の中心間距離よりも小であることを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  4. 【請求項4】請求項2記載の半導体集積回路装置におい
    て、 前記第2方向において隣接する第2半導体層の中心間距
    離は、前記第2半導体層の上に配置された前記第1半導
    体層の中心間距離よりも大であることを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  5. 【請求項5】請求項2記載の半導体集積回路装置におい
    て、 前記ワード線と前記第2導体層間には窒化珪素膜が存在
    し、前記ビット線と前記第1導体層間には窒化珪素膜は
    存在しないことを特徴とする半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】請求項1記載の半導体集積回路装置におい
    て、 前記第2方向において、前記第1導体層の幅は、前記ワ
    ード線の幅よりも小であることを特徴とする半導体集積
    回路装置。
  7. 【請求項7】請求項1記載の半導体集積回路装置におい
    て、 前記ビット線の幅は、前記ワード線の幅よりも小である
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  8. 【請求項8】各々が第1方向に延び、互いに隣接する第
    1、第2ワード線と、前記第1ワード線に隣接し前記第
    2ワード線と反対側に配置された第3ワード線と、前記
    第2ワード線に隣接し前記第1ワード線と反対側に配置
    された第4ワード線と、 前記第1方向に交差する第2方向に延び、連続的に隣接
    する第1,第2及び第3ビット線と、 前記第1及び第2方向と交差する第3方向に延びる活性
    領域と、 前記活性領域内であって、前記第1、第2ワード線間に
    位置する第1半導体領域と、前記活性領域内であって、
    前記第1、第3ワード線間及び第2、第4ワード線間に
    位置する第2半導体領域と、 前記容量素子を構成する第1及び第2電極と、前記第1
    及び第2電極間に位置する誘電体膜と、 前記第2半導体領域と前記第1電極とを電気的に接続す
    る複数の第1導体層とを有し、 前記第1導体層は、前記ワード線と前記ビット線で囲ま
    れた領域の各々に配置され、前記第1、第3ワード線間
    に配置された第1導体層の中心と、前記第2、第4ワー
    ド線間に配置された第1導体層の中心とを結ぶ直線が前
    記第1方向に対してなす角度は、前記第3方向が前記第
    1方向に対してなす角度よりも小であることを特徴とす
    る半導体集積回路装置。
  9. 【請求項9】第1方向に延びる複数のワード線と、前記
    第1方向に交差する第2方向に延びる複数のビット線
    と、それぞれが1つのトランジスタと1つの容量素子と
    を有する複数のメモリセルとを備え、前記ビット線上に
    前記容量素子を配置した半導体集積回路装置であって、 半導体基板上において2つのワード線及び1つのビット
    線と交差し、前記第1及び第2方向と異なる第3方向に
    延びる活性領域と、 前記活性領域内に形成され、前記トランジスタのソー
    ス、ドレインとして機能する第1及び第2半導体領域
    と、 前記容量素子を構成する第1及び第2電極と、前記第1
    及び第2電極間に位置する誘電体膜と、 前記ビット線と前記第1電極との間に位置する第1絶縁
    膜と、 前記第1絶縁膜に設けられた第1開孔内に形成され、前
    記第1及び第2半導体領域の一方と、前記第1電極とを
    電気的に接続するための第1導体層とからなり、 前記
    第1導体層は、前記ワード線とビット線で囲まれた領域
    の各々に配置され、 前記第1導体層の前記第2方向に
    おける幅は、前記ワード線の幅よりも小であることを特
    徴とする半導体集積回路装置。
  10. 【請求項10】請求項9記載の半導体集積回路装置にお
    いて、更に前記第1導体層と前記第1及び第2半導体領
    域の一方との間に配置された第2半導体層を有し、前記
    第1方向において、前記第2半導体層の幅は、前記第1
    半導体層の幅よりも大であることを特徴とする半導体集
    積回路装置。
  11. 【請求項11】請求項10記載の半導体集積回路装置に
    おいて、 前記第1方向において隣接する第2半導体層の中心間距
    離は、前記第2半導体層の上に配置された前記第1半導
    体層の中心間距離よりも小であることを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  12. 【請求項12】請求項10記載の半導体集積回路装置に
    おいて、 前記第2方向において隣接する第2半導体層の中心間距
    離は、前記第2半導体層の上に配置された前記第1半導
    体層の中心間距離よりも大であることを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  13. 【請求項13】請求項10記載の半導体集積回路装置に
    おいて、 前記ワード線と前記第2導体層間には窒化珪素膜が存在
    し、前記ビット線と前記第1導体層間には窒化珪素膜は
    存在しないことを特徴とする半導体集積回路装置。
  14. 【請求項14】請求項9において、 前記ビット線の幅は、前記ワード線の幅よりも小である
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  15. 【請求項15】第1方向に延びる複数のワード線と、前
    記第1方向に交差する第2方向に延びる複数のビット線
    と、それぞれが1つのトランジスタと1つの容量素子と
    を有する複数のメモリセルとを備え、前記ビット線上に
    前記容量素子を配置した半導体集積回路装置であって、 半導体基板上に形成された前記容量素子を構成する第1
    及び第2電極と、前記第1及び第2電極間に位置する誘
    電体膜と、 前記ビット線と前記第1電極との間に位置する第1絶縁
    膜と、 前記第1絶縁膜に形成された第1開孔内に形成され、前
    記トランジスタと、前記第1電極とを電気的に接続する
    ための第1導体層とからなり、 前記第1導体層は前記ワード線とビット線によって囲ま
    れた領域の各々に配置され、前記ビット線の幅は、前記
    ワード線の幅よりも小であることを特徴とする半導体集
    積回路装置。
  16. 【請求項16】請求項15記載の半導体集積回路装置に
    おいて、更に 前記第1導体層と前記第1及び第2半導体領域の一方と
    の間に配置された第2半導体層を有し、前記第1方向に
    おいて、前記第2半導体層の幅は、前記第1半導体層の
    幅よりも大であることを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  17. 【請求項17】請求項16記載の半導体集積回路装置に
    おいて、 前記第1方向において隣接する第2半導体層の中心間距
    離は、前記第2半導体層の上に配置された前記第1半導
    体層の中心間距離よりも小であることを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  18. 【請求項18】請求項16記載の半導体集積回路装置に
    おいて、 前記第2方向において隣接する第2半導体層の中心間距
    離は、前記第2半導体層の上に配置された前記第1半導
    体層の中心間距離よりも大であることを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  19. 【請求項19】請求項16記載の半導体集積回路装置に
    おいて、 前記ワード線と前記第2導体層間には窒化珪素膜が存在
    し、前記ビット線と前記第1導体層間には窒化珪素膜は
    存在しないことを特徴とする半導体集積回路装置。
  20. 【請求項20】半導体基板上に、隣接する第1,第2及
    び第3導体層を形成する工程と、 前記第1,第2及び第3導体層の上部及び側壁に第1絶
    縁膜を形成する工程と、 前記第1,第2及び第3導体
    層間が埋まるように、前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を
    形成する工程と、 前記第1及び第2導体層間の半導体基板表面が露出する
    ように、前記第2絶縁膜及び第1絶縁膜に第1開孔を形
    成する工程と、 前記第1開孔内に第4導体層を形成する工程と、 前記第2及び第3導体層間の半導体基板表面が露出する
    ように、前記第2絶縁膜及び第1絶縁膜に第2開孔を形
    成する工程と、 前記第2開孔内に第5導体層を形成する工程とからなる
    半導体集積回路装置の製造方法。
  21. 【請求項21】請求項20記載の半導体集積回路装置の
    製造方法において、更に前記第5導体層上に第3絶縁膜
    を形成し、前記第3絶縁膜に、前記第5導体層の一部を
    露出する第3開孔を形成する工程と、 前記第3開孔内に第6絶縁膜を形成し、前記第6絶縁膜
    に異方性エッチングを施し、前記第3開孔の側壁に側壁
    絶縁膜を残す工程と、 前記第3開孔内を第6導体層で埋める工程とを有するこ
    とを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  22. 【請求項22】半導体基板上のメモリセル形成領域に第
    1及び第2導体層を、周辺回路形成領域に第3導体層を
    形成する工程と、 前記第1、第2及び第3導体層上に、前記第1及び第2
    導体層間が埋まらない程度の膜厚の第1絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記第1、第2及び第3導体層上に、前記第1及び第2
    導体層間が埋まるような膜厚の第2絶縁膜を形成する工
    程と、 前記メモリセル領域を第3絶縁膜で覆った状態で、前記
    第3導体層上の第1、第2絶縁膜に異方性エッチングを
    施し、前記第3導体層の側壁に側壁絶縁膜を形成する工
    程からなる半導体集積回路装置の製造方法。
  23. 【請求項23】請求項22記載の半導体集積回路装置の
    製造方法において、更に前記メモリセル領域の第2絶縁
    膜上に、第4絶縁膜を形成する工程と、 前記第4、第2及び第1絶縁膜エッチングを施し、前記
    第1、第2導体層間に開孔を形成する工程とからなり、
    前記第1絶縁膜は窒化珪素膜であり、前記第2及び第4
    絶縁膜は酸化珪素膜であることを特徴とする半導体集積
    回路装置の製造方法。
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