JP2633395B2 - 半導体メモリ素子の製造方法 - Google Patents

半導体メモリ素子の製造方法

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JP2633395B2 JP2401637A JP40163790A JP2633395B2 JP 2633395 B2 JP2633395 B2 JP 2633395B2 JP 2401637 A JP2401637 A JP 2401637A JP 40163790 A JP40163790 A JP 40163790A JP 2633395 B2 JP2633395 B2 JP 2633395B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体メモリ素子の製
造方法に関し、より詳しくはスタック型メモリセルを有
する半導体メモリ素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高集積化の先端を走るダイナミック・ラ
ンダム・アクセス・メモリ(以下、DRAMと称す。)
は、3年毎に4倍の割合で記憶容量が増大しており、今
後、16Mb,64Mb,256Mbと順次容量が増大して
行くと予想される。このような集積度の向上を図るうえ
で、DRAMの記憶単位であるメモリセルを縮小してい
く必要がある。一方、放射線によるソフトエラーを防止
すると共に、十分なS/N比の信号を確保するために
は、メモリセル内の電荷蓄積容量はある最低値以上を保
たねばならない。そこで、図6に示すように、半導体基
板11の表面に形成したMOSトランジスタT上に電荷
蓄積用のキャパシタCを3次元的に積層するスタック型
メモリセルが開発されている。このメモリセルは、従
来、次のようにして作製されている。まず、P型シリコ
ン基板11の表面に、ゲート酸化膜11aを覆うゲート
電極12、N(+)型のドレイン領域13およびソース領
域14からなるLDD(ライトリ・ドープト・ドレイン)
構造のトランジスタTが形成される。図6中、15はサ
イド・ウォール絶縁膜、13a,14aはN(−)型領域、
16は素子分離領域を示している。12'は隣接するト
ランジスタのゲート電極である。次に、LPCVD(減
圧気相成長)法により層間絶縁膜(SiO2膜)17が堆積
され、この層間絶縁膜17のうち上記トランジスタTの
ソース領域14上の部分にコンタクトホール18が開口
される。次に、LPCVD法により滑らかな上面19a
を有する多結晶シリコン層が均一な厚さで堆積され、所
定のパターンに加工されてキャパシタCの下部電極19
が形成される。次に、LPCVD法により絶縁膜が均一
な厚さで堆積され、上記下部電極19の上面19aおよ
び側面19bを覆うキャパシタ絶縁膜20が形成され
る。さらにこの上に、LPCVD法により多結晶シリコ
ン層が均一な厚さで堆積され、所定のパターンに加工さ
れて、キャパシタCの上部電極21が形成される。この
上部電極21はキャパシタ絶縁膜20を挟んで下部電極
19の上面19aおよび側面19bと対向する。次に、層
間絶縁膜22が堆積され、積層された層間絶縁膜17,
22のうち上記トランジスタTのドレイン領域13上の
部分にコンタクトホール24が開口される。最後に、こ
のコンタクトホール24を通してドレイン領域13につ
ながるビット線23が形成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記スタッ
ク型メモリセルはキャパシタCの下部電極19の上面1
9aに電荷の大部分が蓄積されるため、セル面積を縮小
させて16Mb,64Mbと高集積化する際に、それに伴
って下部電極19の上面19aの面積を縮小させると、
蓄積電荷量が急激に減少して必要最低量を保つことが困
難となる。
【0004】そこで、この発明の目的は、限られたセル
面積でもってスタック型メモリセルの電荷蓄積容量を増
加させることができる半導体メモリ素子の製造方法を提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の半導体メモリ素子の製造方法は、半導体
基板表面に形成したトランジスタ上に、このトランジス
タの端子に一方の電極がつながるキャパシタを積層して
メモリセルを作製する半導体メモリ素子の製造方法であ
って、上記半導体基板表面に形成した上記トランジスタ
上に、層間絶縁膜を堆積する工程と、上記層間絶縁膜上
にシリコン窒化膜を堆積し、このシリコン窒化膜の表面
を熱酸化する工程と、テトラ・エトキシ・シラン−オゾ
ン系を材料とする常圧化学気相成長法により、上記表面
を熱酸化したシリコン窒化膜上に、波状に粗れた表面形
状を有するシリコン酸化膜を堆積する工程と、積層され
た上記層間絶縁膜、シリコン窒化膜およびシリコン酸化
膜のうち上記トランジスタのソース領域上の部分にコン
タクトホールを開口する工程と、減圧気相成長法により
上記シリコン酸化膜の表面に均一な厚さの多結晶シリコ
ン膜を堆積し、堆積した多結晶シリコン膜をパターン加
工して、上記コンタクトホールを通して上記ソース領域
につながり、上記トランジスタ上に上記シリコン酸化膜
の表面形状を反映させた状態で延在する上記一方の電極
を形成する工程と、上記シリコン酸化膜とシリコン窒化
膜との両方または上記シリコン酸化膜のみをエッチング
して除去して、上記一方の電極のうち上記トランジスタ
上に延在する部分を下面が離間した状態で上記半導体基
板上に突出させる工程と、上記一方の電極の上面,側面
および下面を覆うキャパシタ絶縁膜を形成する工程と、
上記キャパシタ絶縁膜を挟んで上記一方の電極の上面,
側面および下面に対向する上部電極を形成する工程とを
有することを特徴としている。
【0006】
【作用】この発明により作製されたスタック型メモリ素
子は、キャパシタを構成する一方の電極の上面,側面,下
面がそれぞれ他方の電極と対向する状態となる。したが
って、セル面積が限られた条件下で、従来法により作製
されたスタック型メモリセルに比して電荷蓄積容量を増
大させることが可能となる。しかも、上記一方の電極の
上面および下面を波状に粗れた状態に仕上げているの
で、上記両電極の対向面積がさらに増大して、さらに電
荷蓄積容量を増大させられる。
【0007】
【実施例】以下、この発明の半導体メモリ素子の製造方
法を実施例により詳細に説明する。
【0008】まず、図1に示すように、従来と同様
に、P型シリコン基板11の表面に、ゲート酸化膜11
aを覆うゲート電極12,N(+)型のドレイン領域13お
よびソース領域14からなるLDD構造のトランジスタ
Tを形成する。図中、15はサイド・ウォール絶縁膜、
13a,14aはN(−)型領域、16は素子分離領域を示
している。
【0009】次に、図2に示すように、LPCVD法
により、上記基板11上にSiO2からなる層間絶縁膜1
7を堆積する。
【0010】続いて、LPCVD法により、上記層間
絶縁膜17上にシリコン窒化膜(Si34膜)34を堆積
する。このSi34膜34の表面34aを熱酸化して、表
面34aに図示しない薄いSiO2膜を形成する。
【0011】次に、テトラ・エトキシ・シラン(TE
OS)−オゾンを材料とする常圧CVD法により、上記
Si34膜34の表面34a上にシリコン酸化膜(ノンド
ープSiO2膜)35を堆積する。ここで、TEOS−オ
ゾン系の常圧CVD法の性質により、ノンドープSiO2
膜35の表面35aは波状に粗れた形状となる。すなわ
ち、熱酸化膜上でオゾン濃度を高くして膜成長を行う
と、成長された膜の表面の凹凸が増すのである。
【0012】次に、図3に示すように、積層された上
記層間絶縁膜17,Si34膜34およびSiO2膜35の
うち上記トランジスタTのソース領域14上の部分にコ
ンタクトホール28を開口する。
【0013】次に、LPCVD法により上記SiO2
35の表面35aにこの表面35aの形状を反映させた状
態で均一な厚さの多結晶シリコン膜を堆積する。堆積し
た多結晶シリコン膜を所定のパターンに加工して下部電
極(キャパシタCの一方の電極)29を形成する。この下
部電極29は、上記コンタクトホール28を通して上記
ソース領域14につながり、上記トランジスタTで上面
29aおよび下面29cに上記SiO2膜35の表面形状を
反映させた状態に形成される。
【0014】次に、上記SiO2膜35とSi34膜3
4の両方をエッチングして除去する。これにより、上記
下部の電極29のうち上記トランジスタT上に延在する
部分と素子領域16上に延在する部分とを下面29cが
離間した状態で上記基板11上に突出させる。
【0015】次に、図4に示すように、LPCVD法
により、上記下部電極29の上面29a,側面29bおよ
び下面29cを覆うキャパシタ絶縁膜20を形成する。
【0016】次に、LPCVD法により、上記キャパ
シタ絶縁膜20を挟んで上記下部の電極29の上面29
a,側面29bおよび下面29cに対向する上部電極21を
形成する。これにより、上記トランジスタTのソース領
域14につながるキャパシタCが形成される。
【0017】最後に、層間絶縁膜22堆積し、積層され
た層間絶縁膜17,22のうち上記トランジスタTのド
レイン領域13上の部分にコンタクトホール24を開口
する。そして、このコンタクトホール24を通してドレ
イン領域13とつながるビット線23を形成する。
【0018】このようにして作製したスタック型メモリ
セルは、キャパシタCを構成する下部電極29の上面2
9a,側面29b,下面29cがそれぞれ上部電極21と対
向した状態となる。したがって、従来法により作製され
たスタック型メモリセルに比して、限られたセル面積で
もって電荷蓄積容量を増加させることができる。しか
も、下部電極29の上面29aおよび下面29cを波状に
粗れた状態にしているので、下部電極29,上部電極2
1の対向面積をさらに増大でき、さらに電荷蓄積容量を
増大することができる。
【0019】なお、上に説明した例では、ビット線23
を最後に形成したが、これに限られるものではない。図
5中に破線で示すように、層間絶縁膜17を形成する途
中にビット線23を形成しても良い。
【0020】また、工程においてSiO2膜35とSi3
4膜34の両方をエッチングして除去したが、SiO2
膜35のみをエッチングして除去し、図5に示すように
Si34膜はそのまま残すようにしても良い。
【0021】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体メモリ素子の製造方法は、半導体基板表面に形成し
たトランジスタ上に、このトランジスタの端子に一方の
電極がつながるキャパシタを積層してメモリセルを作製
する半導体メモリ素子の製造方法であって、上記半導体
基板表面に形成した上記トランジスタ上に、層間絶縁膜
を堆積する工程と、上記層間絶縁膜上にシリコン窒化膜
を堆積し、このシリコン窒化膜の表面を熱酸化する工程
と、テトラ・エトキシ・シラン−オゾン系を材料とする
常圧化学気相成長法により、上記表面を熱酸化したシリ
コン窒化膜上に、波状に粗れた表面形状を有するシリコ
ン酸化膜を堆積する工程と、積層された上記層間絶縁
膜、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜のうち上記ト
ランジスタのソース領域上の部分にコンタクトホールを
開口する工程と、減圧気相成長法により上記シリコン酸
化膜の表面に均一な厚さの多結晶シリコン膜を堆積し、
堆積した多結晶シリコン膜をパターン加工して、上記コ
ンタクトホールを通して上記ソース領域につながり、上
記トランジスタ上に上記シリコン酸化膜の表面形状を反
映させた状態で延在する上記一方の電極を形成する工程
と、上記シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との両方また
は上記シリコン酸化膜のみをエッチングして除去して、
上記一方の電極のうち上記トランジスタ上に延在する部
分を下面が離間した状態で上記半導体基板上に突出させ
る工程と、上記一方の電極の上面,側面および下面を覆
うキャパシタ絶縁膜を形成する工程と、上記キャパシタ
絶縁膜を挟んで上記一方の電極の上面,側面および下面
に対向する上部電極を形成する工程とを有しているの
で、限られたセル面積でもってスタック型メモリセルの
電荷蓄積容量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例の半導体メモリ素子の製
造方法を説明する工程図である。
【図2】 この発明の一実施例の半導体メモリ素子の製
造方法を説明する工程図である。
【図3】 この発明の一実施例の半導体メモリ素子の製
造方法を説明する工程図である。
【図4】 この発明の一実施例の半導体メモリ素子の製
造方法を説明する工程図である。
【図5】 他の実施例の製造方法により作製した半導体
メモリ素子を示す図である。
【図6】 従来の製造方法により作製した半導体メモリ
素子を示す図である。
【符号の説明】
11 P型シリコン基板 12 ゲート電極 13 ドレイン領域 13a,14a N(−)型領域 14 ソース領域 15 サイドウォール絶縁膜 16 素子分離領域 17,22 層間絶縁膜 20 キャパシタ絶縁膜 21 上部電極 22 ビット線 29 下部電極 C キャパシタ T トランジスタ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板表面に形成したトランジスタ
    上に、このトランジスタの端子に一方の電極がつながる
    キャパシタを積層してメモリセルを作製する半導体メモ
    リ素子の製造方法であって、上記半導体基板表面に形成
    した上記トランジスタ上に、層間絶縁膜を堆積する工程
    と、上記層間絶縁膜上にシリコン窒化膜を堆積し、この
    シリコン窒化膜の表面を熱酸化する工程と、テトラ・エ
    トキシ・シラン−オゾン系を材料とする常圧化学気相成
    長法により、上記表面を熱酸化したシリコン窒化膜上
    に、波状に粗れた表面形状を有するシリコン酸化膜を堆
    積する工程と、積層された上記層間絶縁膜、シリコン窒
    化膜およびシリコン酸化膜のうち上記トランジスタのソ
    ース領域上の部分にコンタクトホールを開口する工程
    と、減圧気相成長法により上記シリコン酸化膜の表面に
    均一な厚さの多結晶シリコン膜を堆積し、堆積した多結
    晶シリコン膜をパターン加工して、上記コンタクトホー
    ルを通して上記ソース領域につながり、上記トランジス
    タ上に上記シリコン酸化膜の表面形状を反映させた状態
    で延在する上記一方の電極を形成する工程と、上記シリ
    コン酸化膜とシリコン窒化膜との両方または上記シリコ
    ン酸化膜のみをエッチングして除去して、上記一方の電
    極のうち上記トランジスタ上に延在する部分を下面が離
    間した状態で上記半導体基板上に突出させる工程と、上
    記一方の電極の上面,側面および下面を覆うキャパシタ
    絶縁膜を形成する工程と、上記キャパシタ絶縁膜を挟ん
    で上記一方の電極の上面,側面および下面に対向する上
    部電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導
    体メモリ素子の製造方法。
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