JP2005032982A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置に関し、より特定的には、容量素子を備える半導体装置の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
微細化が進んだDRAM(Dynamic Random Access Memory)においては、容量素子であるキャパシタの容量を増大させるために、円筒型キャパシタ構造の採用が増加している。このような、円筒型キャパシタ構造を採用したDRAMを開示するものとして、下記の特許文献1〜4が挙げられる。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−297960号公報
【0004】
【特許文献2】
特開平11−317504号公報
【0005】
【特許文献3】
特開平11−017144号公報
【0006】
【特許文献4】
特開平11−233740号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記円筒型キャパシタ構造を採用したDRAMにおいては、円筒型状のストレージノード(下部電極)の高さが高くなるほど(キャパシタの容量が増加するほど)機械的強度は低下するため、ストレージノードが倒れたり折れたりして、隣接するストレージノードとの間でショートを引き起こすことが考えられる。
【0008】
DRAMにおいては、ストレージノードの間でショートが発生すると、ビット線不良、ペアビット線不良となる。これらの不良の発生は、ある程度以下の不良発生であれば、冗長回路にて救済することができる。しかし、予定以上の不良発生になると、冗長回路にて救済することができなくなり、典型的な機能不良となり、半導体装置の製造工程における歩留まりを低下させる結果となる。
【0009】
このような、円筒型のストレージノードの倒れ等の発生を回避するために、ストレージノードの外側において円筒下端部から所定高さまでを酸化膜で覆い、この酸化膜でストレージノードの下端部領域を支持する構造が考えられる。しかし、この構造の場合には、酸化膜で支持されたストレージノードの部分は、誘電体膜およびセルプレートでは覆われないため、キャパシタとしては機能しない領域となる。その結果、キャパシタの容量を低下させることになる。DRAMにおいてキャパシタの容量の低下は、リフレッシュ特性をはじめとするデバイス特性の劣化の要因となる。
【0010】
したがって、この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、キャパシタの容量を増加させるために柱状部材からなるストレージノードの高さを高くした場合であっても、ストレージノードの間でショートの発生を回避することが可能な構造を備える半導体装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明に基づいた半導体装置においては、下部電極、誘電体膜、および上部電極を有する容量素子を備える半導体装置であって、上記下部電極は、上方に延びる柱状部材を有し、上記柱状部材の上端部外周縁に、この外周縁を取囲むように絶縁部材を設けたものである。
【0012】
上記構成によれば、柱状部材からなる下部電極が、倒れたり折れたりした場合であっても、柱状部材の上端部外周縁に絶縁部材が設けられていることにより、隣接する下部電極との間で電気的な接触を回避することが可能になる。その結果、隣接する下部電極の間でのショートの発生を防ぐことが可能になる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に基づいた一例である、各実施の形態における半導体装置およびその製造方法について図を参照して説明する。
【0014】
(実施の形態1)
図1〜図10を参照して、実施の形態1における半導体装置100およびその製造方法について説明する。なお、図1は、本実施の形態における半導体装置100の部分平面図、図2(A)は図1中II(A)−II(A)線矢視断面図、図2(B)は図1中II(B)−II(B)線矢視断面図である。
【0015】
また、図3〜図10は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を示す断面図であり、(A)は、図1中II(A)−II(A)線矢視断面に対応する工程断面図であり、(B)は、図1中II(B)−II(B)線矢視断面に対応する工程断面図である。
【0016】
なお、(A)−(A)線方向は、ワードラインが延びる方向に一致し、(B)−(B)線方向は、ビットラインが延びる方向に一致する。以下の各実施の形態においても同様とする。
【0017】
(半導体装置100の構成)
図1および図2を参照して、この半導体装置100は、DRAMを構成している。シリコン半導体基板1の上には、活性領域を規定するために素子分離絶縁膜21が設けられている。また、シリコン半導体基板1、および素子分離絶縁膜21の上の所定領域には、ゲート酸化膜(図示省略)を介在して、ドープトポリシリコン層31、タングステンシリサイド層6、シリコン酸化膜26、およびシリコン窒化膜51,52の積層構造からなるゲート電が極設けられている。ゲート電極の側壁は、サイドウォール絶縁膜5により覆われている。
【0018】
複数のゲート電極は、シリコン酸化膜からなる第1層間絶縁膜22に覆われ、所定領域に、不純物が導入されたポリシリコン(以下、ドープトポリシリコンという。)からなるコンタクトプラグ32が設けられている。第1層間絶縁膜22の上には、それぞれシリコン酸化膜からなる第2層間絶縁膜23および第3層間絶縁膜24が設けられている。第2層間絶縁膜23および第3層間絶縁膜24には、選択されたコンタクトプラグ32に接続されるストレージノード(下部電極)コンタクトプラグ33が設けられている。なお、第2層間絶縁膜23と第3層間絶縁膜24との間の所定領域には、ビット線4が埋め込まれている。
【0019】
第3層間絶縁膜24の上には、ストレージノードコンタクトプラグ33に接続し、キャパシタの下部電極を構成する柱状部材としての中空円筒形状のドープトポリシリコンからなるストレージノード34Aが複数設けられている。また、ストレージノード34Aの上端部外周縁には、この外周縁を取囲むようにシリコン窒化膜からなる絶縁部材54Aが、外方に向けて張出すように設けられている。また、第3層間絶縁膜24の上において、ストレージノード34Aの底部は、シリコン窒化膜53により分離されている。
【0020】
本実施の形態において、このストレージノード34Aは、図1の部分平面図に示すように、斜め格子状(千鳥格子状)に規則的に配列されている。なお、ストレージノード34Aの配列はあくまでも一例であり、本配列に限定されるものではない。
【0021】
ストレージノード34Aおよび絶縁部材54Aの露出する外表面を覆うように誘電体膜60が設けられ、さらに誘電体膜60を覆うようにセルプレート(上部電極)70が設けられている。ストレージノード34A、誘電体膜60、およびセルプレート(上部電極)70により容量素子としてのキャパシタが構成される。
【0022】
(半導体装置100の製造方法)
次に、図3〜図10を参照して、上記構成からなる半導体装置100の製造方法について説明する。なお、第2層間絶縁膜23および第3層間絶縁膜24にコンタクトプラグ33を形成するまでの製造方法は、従来公知である製造方法を採用することが可能であるため、ここでの説明は省略する(以下に示す、各実施の形態における製造方法においても同様に省略する)。
【0023】
まず、図3を参照して、第3層間絶縁膜24の上にシリコン窒化膜53をCVD法により成膜する。その後、シリコン窒化膜53の上に、所定厚さのシリコン酸化膜25をCVD法により成膜する。次に、図4を参照して、シリコン酸化膜25の所定領域に、写真製版技術およびドライエッチング処理を施して、コンタクトホール25hを形成する。このとき、シリコン窒化膜53は、高アスペクトのシリコン酸化膜25をエッチングする際の、エッチングストッパ膜として作用する。
【0024】
次に、図5を参照して、シリコン酸化膜25の表面およびコンタクトホール25hの内部を覆うように、ドープトポリシリコン34をCVD法により成膜する。その後、このドープトポリシリコン34の表面を覆い、また、ドープトポリシリコン34で覆われたコンタクトホール25hの内部を埋め込むように、シリコン酸化膜27をCVD法により形成する。その後、図6に示すように、シリコン酸化膜25、シリコン酸化膜27およびドープトポリシリコン34に対してCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理を施してシリコン酸化膜25上に存在するドープトポリシリコン34を除去する。
【0025】
次に、図7を参照して、シリコン酸化膜25およびシリコン酸化膜27に対してウエットエッチングを施す。ここで、このエッチング処理としては、エッチング処理剤に対する処理速度が、シリコン酸化膜25よりもシリコン酸化膜27に対するウエットエッチングの方が十分遅くなるように、シリコン酸化膜25およびシリコン酸化膜27のそれぞれの材料が選択されるものとする。これにより、図7に示すように、シリコン酸化膜25の方がシリコン酸化膜27よりも多くエッチングされ、シリコン酸化膜25にリセス(h)が形成されることになる。
【0026】
次に、図8を参照して、シリコン酸化膜25、ドープトポリシリコン34、およびシリコン酸化膜27を覆うように、シリコン窒化膜54をCVD法により形成する。その後、図9に示すように、シリコン窒化膜54に対して全面エッチバック処理を施す。これにより、ドープトポリシリコン34の上端部外周縁に、この外周縁を取囲むようにシリコン窒化膜54からなるサイドウォール形状の絶縁部材54Aが形成される。
【0027】
次に、図10に示すように、ウエットエッチングによりシリコン酸化膜25およびシリコン酸化膜27を同時に除去する。このとき、シリコン酸化膜25およびシリコン酸化膜27のエッチング処理速度は異なるが、シリコン酸化膜25のエッチングには、シリコン窒化膜53がエッチングストッパとして作用し、シリコン酸化膜27のエッチングには、ドープトポリシリコン34がエッチングストッパとして作用する。これにより、その構成部材が外側にのみ設けられた中空円筒型状のストレージノード34Aが完成する。その後、誘電体膜60、およびセルプレート(上部電極)70を形成する。これにより、図2に示す半導体装置100が完成する。
【0028】
(作用・効果)
以上、本実施の形態における半導体装置100およびその製造方法によれば、中空円筒型状のストレージノード34Aが、倒れたり折れたりした場合であっても、ストレージノード34Aの上端部外周縁にサイドウォール形状の絶縁部材54Aが設けられていることにより、隣接するストレージノード34Aとの間で電気的な接触を回避することが可能になる。その結果、ビット線不良、ペアビット線不良の発生を回避させて、半導体装置の製造工程における歩留まりの向上を図ることが可能になる。
【0029】
また、ストレージノード34Aの筒状部全体をキャパシタとして寄与させることができ、さらに、ストレージノード34Aの高さを高くすることも可能となるため、DRAMのキャパシタ容量の増加を図ることが可能になる。
【0030】
(実施の形態2)
次に、図11〜図15を参照して、実施の形態2における半導体装置200およびその製造方法について説明する。なお、図11は、本実施の形態における半導体装置200の部分平面図、図12(A)は図11中XII(A)−XII(A)線矢視断面図、図12(B)は図11中XII(B)−XII(B)線矢視断面図である。
【0031】
また、図13〜図15は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を示す断面図であり、(A)は、図11中XII(A)−XII(A)線矢視断面に対応する工程断面図であり、(B)は、図11中XII(B)−XII(B)線矢視断面に対応する工程断面図である。
【0032】
なお、本実施の形態2における半導体装置200において、上記実施の形態1と同一または相当部分については同一の参照番号を図中に付して、重複する説明は繰返さず、特徴的部分についてのみ詳細に説明する。
【0033】
(半導体装置200の構成)
図11および図12を参照して、この半導体装置200の特徴的構成は、上記半導体装置100のストレージノード34Aに設けられた絶縁部材54Aと同じ機能を有する絶縁部材54Bがストレージノード34Aの上端部外周縁に設けられているが、図11および図12(A)の平面図に表れるように、斜め格子状に複数配設されたストレージノード34Aにおいて、斜め方向において相互に隣接するストレージノード34Aの絶縁部材54Bが連結するように設けられていることを特徴としている。
【0034】
(半導体装置200の製造方法)
次に、図13〜図15を参照して、上記構成からなる半導体装置200の製造方法について説明する。なお、シリコン酸化膜25にリセス(h)が形成されるまでの工程(図3〜図7)は、上記半導体装置100の製造方法と同じである。
【0035】
図13を参照して、シリコン酸化膜25、ドープトポリシリコン34、およびシリコン酸化膜27を覆うように、シリコン窒化膜54をCVD法により形成する。この場合、図13(A)に示すワード線が延びる方向に沿って見た断面においては、同断面図に示すように、隣接するドープトポリシリコン34の間のシリコン窒化膜54が連結するように、実施の形態1の場合よりもシリコン窒化膜54を厚く成膜する。このとき、図13(B)に示すビット線が延びる方向に沿って見た断面においては、ドープトポリシリコン34の間のシリコン窒化膜54が連結していないことが重要である。
【0036】
次に、図14に示すように、シリコン窒化膜54に対して全面エッチバック処理を施す。これにより、ドープトポリシリコン34の上端部外周縁に、この外周縁を取囲むようにシリコン窒化膜54からなるサイドウォール形状の絶縁部材54Bが形成される。なお、本実施の形態の場合、実施の形態1の場合よりも厚くシリコン窒化膜54が成膜されている結果、図13(A)に示す断面部分においては、サイドウォール形状の絶縁部材54Bが連結した状態となる。
【0037】
次に、図15に示すように、上記実施の形態1の場合と同様に、ウエットエッチングによりシリコン酸化膜25およびシリコン酸化膜27を同時に除去する。これにより、その構成部材が外側にのみ設けられた中空円筒型状のストレージノード34Aが完成する。なお、図15(A)に示す断面部分のサイドウォール形状の絶縁部材54Bが連結された下方領域のシリコン酸化膜25は、周囲からのエッチング剤の回り込みにより、十分除去される。その後、誘電体膜60、およびセルプレート(上部電極)70を形成する。これにより、図12に示す半導体装置200が完成する。
【0038】
(作用・効果)
以上、本実施の形態における半導体装置200およびその製造方法によれば、上記実施の形態1の場合と同様の作用効果を得ることができる。さらに、本実施の形態2の場合における半導体装置200においては、斜め方向において相互に隣接するストレージノード34Aの絶縁部材54Bが連結するように設けられていることから、全体として見た場合に、ストレージノード34Aの上端部分が相互に連結された状態となり、ストレージノード34Aの剛性の向上を図ることを可能としている。その結果、中空円筒型状のストレージノード34Aが、倒れたり折れたりすることをより高い確率で回避させることが可能となる。
【0039】
(実施の形態3)
次に、図16〜図24を参照して、実施の形態3における半導体装置300およびその製造方法について説明する。なお、図16は、本実施の形態における半導体装置300の部分平面図、図17(A)は図16中XVII(A)−XVII(A)線矢視断面図、図17(B)は図16中XVII(B)−XVII(B)線矢視断面図である。
【0040】
また、図18〜図24は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を示す断面図であり、(A)は、図16中XVII(A)−XVII(A)線矢視断面に対応する工程断面図であり、(B)は、図16中XVII(B)−XVII(B)線矢視断面に対応する工程断面図である。
【0041】
なお、本実施の形態における半導体装置300において、上記実施の形態1と同一または相当部分については同一の参照番号を図中に付して、重複する説明は繰返さず、特徴的部分についてのみ詳細に説明する。
【0042】
(半導体装置300の構成)
図16および図17を参照して、上記実施の形態1および2においては、ストレージノードの形状として、上方に延びる柱状部材の一例として構成部材が外側にのみ設けられた中空円筒型状の場合を説明したが、本実施の形態における半導体装置300は、柱状部材として内部がその構成部材により満たされた密実円柱形状のストレージノード34Bを採用していることを特徴とし、上記実施の形態1の構成と同様に、絶縁部材54Aがストレージノード34Bの上端部外周縁に設けられている。
【0043】
(半導体装置300の製造方法)
次に、図18〜図24を参照して、上記構成からなる半導体装置300の製造方法について説明する。
【0044】
図18を参照して、第3層間絶縁膜24の上にシリコン窒化膜53をCVD法により成膜する。その後、シリコン窒化膜53の上に、所定厚さのシリコン酸化膜25をCVD法により成膜する。シリコン酸化膜25の所定領域に、写真製版技術およびドライエッチング処理を施して、コンタクトホール25hを形成する。このとき、シリコン窒化膜53は、高アスペクトのシリコン酸化膜25をエッチングする際の、エッチングストッパ膜として作用する。
【0045】
次に、図19を参照して、シリコン酸化膜25の表面およびコンタクトホール25hの内部を埋め込むように、ドープトポリシリコン34をCVD法により成膜する。その後、図20に示すように、シリコン酸化膜25およびドープトポリシリコン34に対してCMP処理を施して、シリコン酸化膜25上に存在するドープトポリシリコン34を除去し、密実円柱形状のストレージノード34Bを完成させる。
【0046】
次に、図21を参照して、シリコン酸化膜25に対してウエットエッチングを施し、シリコン酸化膜25にリセス(h)を形成する。次に、図22を参照して、シリコン酸化膜25、およびストレージノード34Bを覆うように、シリコン窒化膜54をCVD法により形成する。その後、図23に示すように、シリコン窒化膜54に対して全面エッチバック処理を施す。これにより、ストレージノード34Bの上端部外周縁に、この外周縁を取囲むようにシリコン窒化膜54からなるサイドウォール形状の絶縁部材54Aが形成される。
【0047】
次に、図24に示すように、ウエットエッチングによりシリコン酸化膜25を除去する。このとき、シリコン酸化膜25のエッチングには、シリコン窒化膜53がエッチングストッパとして作用する。その後、誘電体膜60、およびセルプレート(上部電極)70を形成する。これにより、図17に示す半導体装置300が完成する。
【0048】
(作用・効果)
以上、本実施の形態における半導体装置300およびその製造方法によれば、上記実施の形態1の場合と同様の作用効果を得ることができる。さらに、密実円柱形状のストレージノード34Bを採用した場合に、微細化の影響によりショートマージンの低下が問題となる場合であっても、ストレージノード34Bの上端部外周縁に絶縁部材54Aを設けておくことで、ショートマージンの向上を図ることが可能になる。その結果、ストレージノード34Bの高さをより高くすることができ、キャパシタ容量の増加を期待することが可能になる。
【0049】
(実施の形態4)
次に、図25〜図29を参照して、実施の形態4における半導体装置400およびその製造方法について説明する。なお、図25は、本実施の形態における半導体装置400の部分平面図、図26(A)は図25中XXVI(A)−XXVI(A)線矢視断面図、図26(B)は図25中XXVI(B)−XXVI(B)線矢視断面図である。
【0050】
また、図27〜図29は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を示す断面図であり、(A)は、図25中XXVI(A)−XXVI(A)線矢視断面に対応する工程断面図であり、(B)は、図25中XXVI(B)−XXVI(B)線矢視断面に対応する工程断面図である。
【0051】
なお、本実施の形態4における半導体装置400において、上記実施の形態3と同一または相当部分については同一の参照番号を図中に付して、重複する説明は繰返さず、特徴的部分についてのみ詳細に説明する。
【0052】
(半導体装置400の構成)
図25および図26を参照して、この半導体装置400の特徴的構成は、上記半導体装置300のストレージノード34Bに設けられた絶縁部材54Aと同じ機能を有する絶縁部材54Bがストレージノード34Bの上端部外周縁に設けられているが、図25および図26(A)の平面図に表れるように、斜め格子状に複数配設されたストレージノード34Bにおいて、斜め方向において相互に隣接するストレージノード34Bの絶縁部材54Bが連結するように設けられていることを特徴としている。
【0053】
(半導体装置400の製造方法)
次に、図27〜図29を参照して、上記構成からなる半導体装置400の製造方法について説明する。なお、シリコン酸化膜25にリセス(h)が形成されるまでの工程は(図18〜図21)、上記半導体装置300の製造方法と同じである。
【0054】
図27を参照して、シリコン酸化膜25およびストレージノード34Bを覆うように、シリコン窒化膜54をCVD法により形成する。この場合、図27(A)に示すワード線が延びる方向に沿って見た断面においては、同断面図に示すように、隣接するストレージノード34Bの間のシリコン窒化膜54が連結するように、実施の形態3の場合よりもシリコン窒化膜54を厚く成膜する。このとき、図27(B)に示すビット線が延びる方向に沿って見た断面においては、ドープトポリシリコン34Bの間のシリコン窒化膜54が連結していないことが重要である。
【0055】
次に、図28に示すように、シリコン窒化膜54に対して全面エッチバック処理を施す。これにより、ストレージノード34Bの上端部外周縁に、この外周縁を取囲むようにシリコン窒化膜54からなるサイドウォール形状の絶縁部材54Bが形成される。なお、本実施の形態の場合、実施の形態3の場合よりも厚くシリコン窒化膜54が成膜されている結果、図28(A)に示す断面部分においては、サイドウォール形状の絶縁部材54Bが連結した状態となる。
【0056】
次に、図29に示すように、上記実施の形態3の場合と同様に、ウエットエッチングによりシリコン酸化膜25を除去する。なお、図29(A)に示す断面部分のサイドウォール形状の絶縁部材54Bが連結された下方領域のシリコン酸化膜25は、周囲からのエッチング剤の回り込みにより、十分除去される。その後、誘電体膜60、およびセルプレート(上部電極)70を形成する。これにより、図26に示す半導体装置400が完成する。
【0057】
(作用・効果)
以上、本実施の形態における半導体装置400およびその製造方法によれば、上記実施の形態3の場合と同様の作用効果を得ることができる。さらに、本実施の形態4の場合における半導体装置400においては、斜め方向において相互に隣接するストレージノード34Bの絶縁部材54Bが連結するように設けられていることから、全体として見た場合に、ストレージノード34Bの上端部分が相互に連結された状態となり、ストレージノード34Bの剛性の向上を図ることを可能としている。その結果、密実円柱形状のストレージノード34Bが、倒れたり折れたりすることをより高い確率で回避させることが可能となる。
【0058】
なお、上述した各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0059】
【発明の効果】
この発明に基づいた半導体装置によれば、キャパシタの容量を増加させるために柱状部材からなるストレージノードの高さを高くした場合であっても、ストレージノードの間でショートの発生を回避することが可能な構造を備える半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1における半導体装置の部分平面図である。
【図2】(A)は図1中II(A)−II(A)線矢視断面図、(B)は図1中II(B)−II(B)線矢視断面図である。
【図3】実施の形態1における半導体装置の製造方法を示す第1工程断面図である。
【図4】実施の形態1における半導体装置の製造方法を示す第2工程断面図である。
【図5】実施の形態1における半導体装置の製造方法を示す第3工程断面図である。
【図6】実施の形態1における半導体装置の製造方法を示す第4工程断面図である。
【図7】実施の形態1における半導体装置の製造方法を示す第5工程断面図である。
【図8】実施の形態1における半導体装置の製造方法を示す第6工程断面図である。
【図9】実施の形態1における半導体装置の製造方法を示す第7工程断面図である。
【図10】実施の形態1における半導体装置の製造方法を示す第8工程断面図である。
【図11】実施の形態2における半導体装置の部分平面図である。
【図12】(A)は図11中XII(A)−XII(A)線矢視断面図、(B)は図11中XII(B)−XII(B)線矢視断面図である。
【図13】実施の形態2における半導体装置の製造方法を示す第6工程断面図である。
【図14】実施の形態2における半導体装置の製造方法を示す第7工程断面図である。
【図15】実施の形態2における半導体装置の製造方法を示す第8工程断面図である。
【図16】実施の形態3における半導体装置の部分平面図である。
【図17】(A)は図16中XVII(A)−XVII(A)線矢視断面図、(B)は図16中XVII(B)−XVII(B)線矢視断面図である。
【図18】実施の形態3における半導体装置の製造方法を示す第1工程断面図である。
【図19】実施の形態3における半導体装置の製造方法を示す第2工程断面図である。
【図20】実施の形態3における半導体装置の製造方法を示す第3工程断面図である。
【図21】実施の形態3における半導体装置の製造方法を示す第4工程断面図である。
【図22】実施の形態3における半導体装置の製造方法を示す第5工程断面図である。
【図23】実施の形態3における半導体装置の製造方法を示す第6工程断面図である。
【図24】実施の形態3における半導体装置の製造方法を示す第7工程断面図である。
【図25】実施の形態4における半導体装置の部分平面図である。
【図26】(A)は図25中XXVI(A)−XXVI(A)線矢視断面図、(B)は図25中XXVI(B)−XXVI(B)線矢視断面図である。
【図27】実施の形態4における半導体装置の製造方法を示す第5工程断面図である。
【図28】実施の形態4における半導体装置の製造方法を示す第6工程断面図である。
【図29】実施の形態4における半導体装置の製造方法を示す第7工程断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン半導体基板、4 ビット線、5 サイドウォール絶縁膜、6 タングステンシリサイド層、21 素子分離絶縁膜、22 第1層間絶縁膜、23第2層間絶縁膜、24 第3層間絶縁膜、25 シリコン酸化膜、25h コンタクトホール、26,27 シリコン酸化膜、31 ドープトポリシリコン層、32 コンタクトプラグ、33 ストレージノード(下部電極)コンタクトプラグ、34 ドープトポリシリコン、34A,34B ストレージノード、51,52,53,54 シリコン窒化膜、54A,54B 絶縁部材、60 誘電体膜、70 セルプレート(上部電極)、100,200,300,400 半導体装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a structure of a semiconductor device including a capacitor element.
[0002]
[Prior art]
In a DRAM (Dynamic Random Access Memory), which has been miniaturized, the use of a cylindrical capacitor structure is increasing in order to increase the capacitance of a capacitor as a capacitive element.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 11-297960 A
[0004]
[Patent Document 2]
JP-A-11-317504
[0005]
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-0117144
[0006]
[Patent Document 4]
JP-A-11-233740
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the DRAM adopting the cylindrical capacitor structure, the mechanical strength decreases as the height of the cylindrical storage node (lower electrode) increases (as the capacitance of the capacitor increases). It is conceivable that the storage node may fall or cause a short circuit between adjacent storage nodes.
[0008]
In a DRAM, when a short circuit occurs between storage nodes, a bit line defect and a pair bit line defect occur. The occurrence of these defects can be remedied by a redundant circuit if the occurrence of defects below a certain level. However, if a defect occurs more than expected, it cannot be remedied by a redundant circuit, resulting in a typical malfunction, resulting in a decrease in yield in the manufacturing process of the semiconductor device.
[0009]
In order to avoid such a collapse of the cylindrical storage node, the lower end of the cylinder is covered with an oxide film on the outside of the storage node, and the lower end region of the storage node is supported by this oxide film. A structure that can be considered. However, in the case of this structure, the portion of the storage node supported by the oxide film is not covered with the dielectric film and the cell plate, and thus becomes a region that does not function as a capacitor. As a result, the capacitance of the capacitor is reduced. In the DRAM, a decrease in the capacitance of the capacitor causes deterioration of device characteristics such as refresh characteristics.
[0010]
Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problem, and even if the height of the storage node made of the columnar member is increased in order to increase the capacitance of the capacitor, a short circuit is caused between the storage nodes. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a structure capable of avoiding the occurrence of the above.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device including a capacitive element having a lower electrode, a dielectric film, and an upper electrode, and the lower electrode includes a columnar member extending upward. And an insulating member is provided on the outer periphery of the upper end of the columnar member so as to surround the outer periphery.
[0012]
According to the above configuration, even when the lower electrode made of the columnar member falls down or breaks, the insulating member is provided on the outer peripheral edge of the upper end portion of the columnar member, so This makes it possible to avoid electrical contact. As a result, it is possible to prevent occurrence of a short circuit between adjacent lower electrodes.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to each embodiment, which is an example based on the present invention, will be described with reference to the drawings.
[0014]
(Embodiment 1)
With reference to FIGS. 1-10, the
[0015]
3 to 10 are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, and (A) corresponds to the cross section taken along the line II (A) -II (A) in FIG. It is process sectional drawing, (B) is process sectional drawing corresponding to the II (B) -II (B) arrow cross section in FIG.
[0016]
The (A)-(A) line direction coincides with the direction in which the word lines extend, and the (B)-(B) line direction coincides with the direction in which the bit lines extend. The same applies to each of the following embodiments.
[0017]
(Configuration of Semiconductor Device 100)
Referring to FIGS. 1 and 2,
[0018]
The plurality of gate electrodes are covered with a first
[0019]
On the third
[0020]
In the present embodiment, as shown in the partial plan view of FIG. 1, the
[0021]
A
[0022]
(Method for Manufacturing Semiconductor Device 100)
Next, a method for manufacturing the
[0023]
First, referring to FIG. 3, a
[0024]
Next, referring to FIG. 5, doped
[0025]
Next, referring to FIG. 7, wet etching is performed on
[0026]
Next, referring to FIG. 8, a
[0027]
Next, as shown in FIG. 10, the
[0028]
(Action / Effect)
As described above, according to the
[0029]
In addition, the entire cylindrical portion of the
[0030]
(Embodiment 2)
Next, with reference to FIGS. 11-15, the
[0031]
13 to 15 are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, and (A) corresponds to a cross-section taken along line XII (A) -XII (A) in FIG. It is process sectional drawing, (B) is process sectional drawing corresponding to the XII (B) -XII (B) arrow cross section in FIG.
[0032]
In the
[0033]
(Configuration of Semiconductor Device 200)
Referring to FIGS. 11 and 12, the characteristic configuration of
[0034]
(Method for Manufacturing Semiconductor Device 200)
Next, a method for manufacturing the
[0035]
Referring to FIG. 13, a
[0036]
Next, as shown in FIG. 14, the entire surface of the
[0037]
Next, as shown in FIG. 15, as in the first embodiment, the
[0038]
(Action / Effect)
As described above, according to the
[0039]
(Embodiment 3)
Next, with reference to FIGS. 16-24, the
[0040]
18 to 24 are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment, and FIG. 18A corresponds to a cross section taken along line XVII (A) -XVII (A) in FIG. It is process sectional drawing, (B) is process sectional drawing corresponding to a XVII (B) -XVII (B) arrow cross section in FIG.
[0041]
In the
[0042]
(Configuration of Semiconductor Device 300)
Referring to FIGS. 16 and 17, in the first and second embodiments, the storage node has a hollow cylindrical shape in which the constituent members are provided only on the outside as an example of the columnar member extending upward. As described above, the
[0043]
(Method for Manufacturing Semiconductor Device 300)
Next, with reference to FIGS. 18-24, the manufacturing method of the
[0044]
Referring to FIG. 18, a
[0045]
Next, referring to FIG. 19, doped
[0046]
Next, referring to FIG. 21, wet etching is performed on the
[0047]
Next, as shown in FIG. 24, the
[0048]
(Action / Effect)
As described above, according to
[0049]
(Embodiment 4)
Next, with reference to FIGS. 25-29, the
[0050]
27 to 29 are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 27A corresponds to a cross section taken along line XXVI (A) -XXVI (A) in FIG. It is process sectional drawing, (B) is process sectional drawing corresponding to the XXVI (B) -XXVI (B) arrow cross section in FIG.
[0051]
In the
[0052]
(Configuration of Semiconductor Device 400)
Referring to FIGS. 25 and 26, the characteristic configuration of
[0053]
(Method for Manufacturing Semiconductor Device 400)
Next, a method for manufacturing the
[0054]
Referring to FIG. 27, a
[0055]
Next, as shown in FIG. 28, the entire surface of the
[0056]
Next, as shown in FIG. 29, the
[0057]
(Action / Effect)
As described above, according to the
[0058]
It should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0059]
【The invention's effect】
According to the semiconductor device based on the present invention, even when the height of the storage node made of the columnar member is increased in order to increase the capacitance of the capacitor, it is possible to avoid the occurrence of a short circuit between the storage nodes. A semiconductor device having a possible structure can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial plan view of a semiconductor device according to a first embodiment.
2A is a cross-sectional view taken along line II (A) -II (A) in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line II (B) -II (B) in FIG.
FIG. 3 is a first process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the first embodiment;
4 is a second process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the first embodiment; FIG.
FIG. 5 is a third process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the first embodiment.
6 is a fourth process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in
7 is a fifth process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the first embodiment; FIG.
FIG. 8 is a sixth process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the first embodiment.
FIG. 9 is a seventh process sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment;
FIG. 10 is an eighth process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the first embodiment.
FIG. 11 is a partial plan view of the semiconductor device in the second embodiment.
12A is a cross-sectional view taken along line XII (A) -XII (A) in FIG. 11, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line XII (B) -XII (B) in FIG.
FIG. 13 is a sixth process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the second embodiment.
FIG. 14 is a seventh process sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment;
15 is an eighth process sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. FIG.
16 is a partial plan view of a semiconductor device in
17A is a cross-sectional view taken along line XVII (A) -XVII (A) in FIG. 16, and FIG. 17B is a cross-sectional view taken along line XVII (B) -XVII (B) in FIG.
FIG. 18 is a first process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the third embodiment.
FIG. 19 is a second process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the third embodiment.
FIG. 20 is a third process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the third embodiment.
FIG. 21 is a fourth process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the third embodiment.
FIG. 22 is a fifth process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the third embodiment;
FIG. 23 is a sixth process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the third embodiment.
24 is a seventh process sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment; FIG.
25 is a partial plan view of a semiconductor device in
26A is a cross-sectional view taken along line XXVI (A) -XXVI (A) in FIG. 25, and FIG. 26B is a cross-sectional view taken along line XXVI (B) -XXVI (B) in FIG.
FIG. 27 is a fifth process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the fourth embodiment;
FIG. 28 is a sixth process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the fourth embodiment;
29 is a seventh process sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment; FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記下部電極は、上方に延びる柱状部材を有し、
前記柱状部材の上端部外周縁に、この外周縁を取囲むように絶縁部材が設けられている、半導体装置。A semiconductor device comprising a capacitive element having a lower electrode, a dielectric film, and an upper electrode,
The lower electrode has a columnar member extending upward,
A semiconductor device, wherein an insulating member is provided on an outer peripheral edge of an upper end portion of the columnar member so as to surround the outer peripheral edge.
斜め方向において相互に隣接する前記下部電極の前記絶縁部材同士が連結するように設けられる、請求項1に記載の半導体装置。A plurality of the capacitive elements are arranged in an oblique lattice shape,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating members of the lower electrodes adjacent to each other in an oblique direction are connected to each other.
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