JP2740202B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2740202B2 JP63232808A JP23280888A JP2740202B2 JP 2740202 B2 JP2740202 B2 JP 2740202B2 JP 63232808 A JP63232808 A JP 63232808A JP 23280888 A JP23280888 A JP 23280888A JP 2740202 B2 JP2740202 B2 JP 2740202B2
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/31DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells having a storage electrode stacked over the transistor

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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 メモリセルのキャパシタのプレート電極を自己整合で
ビット線コンタクト電極と絶縁する構造を有する半導体
装置の製造方法に関する。
従来より様々なセル構造が提案されているが、特に大
容量の高集積DRAMを実現するためには、トレンチ型容量
セルや積層型容量セル(STC:Stacked Capacitor)を用
いる必要がある。トレンチ型では、トレンチを深くした
り、分離併合型を採用することにより容量を大きくでき
るのに対して、STCではメモリセルの段差を考慮すると
蓄積容量には限界がある。しかしSTCはトレンチ型に比
べて従来からのプロセスが使い易く、不良解析なども行
い易いという特徴がある。
最近上記特徴を生かし、蓄積容量の限界を緩和できる
新しいSTCセル構造(自己整合STCセル構造)が提案さ
れ、セル面積を大きくすることなく蓄積容量だけを実質
的に増加できるようになった。
(ロ)従来の技術 第2図(a)〜(c)は従来例の自己整合STC DRAMセ
ルの製造工程断面図である。
同図(a)において、(101)はP型Si基板、(102)
はN+型共通S/D領域、(103)はキャパシタのストレージ
ノードと接触するN+型他のS/D領域、(104)はLOCOS技
術により形成されたフィールドSiO2膜、(106)はゲー
ト電極である第1のポリシリコン膜、(107)はゲート
電極絶縁用の第1のSiO2膜で、(108)はブロック用第
2のSiO2膜、(110)はキャパシタのストレージノード
である第2のポリシリコン膜、(111)は第3のSiO2
から成るキャパシタの容量絶縁膜、(113)はキャパシ
タのプレート電極である第3のポリシリコン膜、(11
4)は層間絶縁膜である第4のSiO2膜、(121)はストレ
ージノードである第2のポリシリコン膜(110)とN+
他のS/D領域(103)とをコンタクトするための第1の開
口部、(122)はビット線電極とN+型共通S/D領域とをコ
ンタクトするための第2の開口部、(154)はプレート
電極である第3のポリシリコン膜(113)とビット線電
極とを絶縁するための絶縁膜を形成するための第5のSi
O2膜である。この構造は通常のよく知られた工程により
形成される。
そして次にRIF(Reactive Ion Etching)技術による
異方性エッチングにより同図(b)に示すようにプレー
ト絶縁用サイドウォールが形成される。
次に同図(c)に示すようにビット線電極であるN+
第4のポリシリコン膜(116)が形成される。そして絶
縁用及び表面平坦用BPSG膜(118)が堆積され第3の開
口部(123)を開けた後ポリサイドビット線配線電極(1
19)が形成されてビット線電極のN+型第4のポリシリコ
ン膜(116)とコンタクトする。
以上のように作製された自己整合STCセルはプレート
絶縁用サイドウォールを自己整合的に形成しているので
プレート電極とビット線電極の電気的ショートを防ぐた
めのマスク合わせ余裕度は最小にすることができ、その
結果セル面積を小さくでき単位セル当りの蓄積容量を増
加することができる。
(ハ)発明が解決しようとする課題 しかし上述の従来方法によると、第3図の従来例の製
造方法に係る自己整合STC DRAMセルの問題点説明図に示
すように、キャパシタのプレート電極の第3のポリシリ
コン膜(113)とビット線電極の第4のポリシリコン膜
(第2図(c)の(116))とを絶縁するためのプレー
ト絶縁用サイドウォール(164)を形成するため、RIEの
異方性エッチングを行う際ゲート電極である第1のポリ
シリコン膜(106)を絶縁するSiO2膜(107)までもエッ
チングされ(RIEのためエッチングされたSiO2膜(174)
として図に点線で表わされている)、初期に予定してい
たビット線−ゲート電極間の絶縁耐圧よりも低下してく
る問題が起きている。
そこで本発明はマスク合わせ余裕度を最小にしたまま
絶縁耐圧の劣化も防止し、半導体集積回路の高密度化・
性能の向上を図ることを目的とするものである。
(ニ)課題を解決するための手段 上記課題は、メモリセルのキャパシタのプレート電極
を自己整合で絶縁する構造を有する半導体装置の製造方
法において、 一導電型の半導体基板(1)上に少なくとも側面と上
面とが第1のSiO2膜(7)で覆われた第1のポリシリコ
ン膜(6)から成る一定の間隔をあけて配置される一対
のゲート電極を形成する工程と、 該一対のゲート電極ではさまれた該半導体基板表面に
は他の導電型の共通のS/D領域(2)を該共通のS/D領域
(2)とは該一対のゲート電極に対してそれぞれ反対側
の該半導体基板表面には他の導電型の他のS/D領域
(3)を形成する工程と、 該半導体基板(1)が露出している表面に第2のSiO2
膜(8)を形成する工程と、 全面に第1のSiN膜(9)を堆積する工程と、 第1の開口部(21)を設け該半導体基板表面の該他の
S/D領域(3)を露出する工程と、 全面に第2のポリシリコン膜(10)を堆積して他の導
電型の不純物を導入する工程と、 少なくとも該第1の開口部(21)を覆うように、多く
とも該共通のS/D領域(2)上には延在しないように該
第2のポリシリコン膜(10)をパターニングしてエッチ
ング除去する工程と、 該第2のポリシリコン膜(10)を完全に覆うように第
3のSiO2膜(11)とその上に第2のSiN膜(12)を形成
する工程と、 全面に第3のポリシリコン膜(13)を堆積して他の導
電型の不純物を導入する工程と、 少なくとも該第3のSiO2膜(11)と第2のSiN膜(1
2)とで完全に覆われた該第2のポリシリコン膜(10)
を完全に覆うように、多くとも該共通のS/D領域(2)
上には延在しないように、該第3のポリシリコン膜(1
3)をパターニングしてエッチング除去し、第2の開口
部(22)を設けて前記第1のSiN膜(9)を露出する工
程と、 全面に第4のSiO2膜(14)を堆積する工程と、 少なくとも該一対のゲート電極上の第3のポリシリコ
ン膜(13)がそれぞれ露出するように、該第4のSiO2
(14)をパターニングしてエッチング除去し第3の開口
部(23)を設ける工程と、 該露出した第3のポリシリコン膜(13)を酸化して第
5のSiO2膜(17)を形成する工程と、 該第2の開口部(22)に露出した前記第1のSiN膜
(9)と第2のSiO2膜(8)とを除去して、該半導体基
板表面の共通のS/D領域(2)を露出する工程と、 全面に第4のポリシリコン膜(14)を堆積して他の導
電型の不純物を導入する工程と、 少なくとも該第3の開口部(23)を完全に覆うよう
に、第4のポリシリコン膜(16)をパターニングしてエ
ッチング除去する工程とを含むことによって達成され
る。
(ホ)作用 即ち、本発明は少なくともゲート電極の上面と側面と
を覆っている第1のSiO2膜(7)上及び共通のS/D領域
(2)上に第1のSiN膜(9)を形成しておき、プレー
ト電極のポリシリコンの側面を熱酸化して、第5のSiO2
膜(17)から成るプレート絶縁用サイドウォール形成す
る際、ゲート電極上面・側面及び共通のS/D領域にSiO2
が新たに形成されないようにしておくことにより、再度
ビット線コンタクト用の窓を開けるためのエッチングを
行う必要がなくゲートの上面・側面の第1のSiO2
(7)が薄くなることはなく、ビット線−ゲート間の絶
縁耐圧の劣化が防止される。
また同時にプレート絶縁用サイドウォールは自己整合
的に形成されるので高密度化が図れる。
(ヘ)実施例 以下、本発明を図示の一実施例により具体的に説明す
る。
第1図(a)〜(f)は本発明の一実施例のSTC DRAM
セルの製造工程断面図である。同図において特許請求の
範囲の請求項1に記載の耐酸化性絶縁膜はSiN膜として
ある。
先ず同図(a)に示すように、P型Si基板(1)に通
常のよく知られたSTC DRAMセルの製造工程によりLDD構
造のMOSFETを有するセルを形成する。
同図(a)において、(2)はN+型共通のS/D領域、
(3)はN+型他のS/D領域、(4)はフィールドSiO
2膜、(5)はゲートSiO2膜、(6)は第1のポリシリ
コン膜からなるゲート電極、(7)はゲート電極(6)
を絶縁する第1のSiO2膜、(8)は厚さ150Åのブロッ
ク用第2のSiO2膜である。
次に同図(b)に示すように、全面に厚さ500Åの酸
化ブロッキング用耐酸化性絶縁膜としての第1のSiN膜
(9)を形成した後、第1のSiN膜(9)と第2のSiO2
膜(8)とを選択的に除去してキャパシタのストレージ
ノードと他のS/D領域(3)とを接触するための第1の
開口部(21)を開ける。しかる後に、全面にストレージ
ノードと成る厚さ3500Åの第2のポリシリコン膜(10)
を堆積しイオン注入によりリンを導入しN+型化する。
次に同図(c)に示すように、上記第2のポリシリコ
ン膜(10)を少なくとも第1の開口部(21)を完全に覆
うようにパターニングしてストレージノードを形成す
る。次にこのストレージノードを完全に覆うように容量
絶縁膜と成る厚さ50Åの第3のSiO2膜(11)と厚さ50Å
の第2の耐酸化性絶縁膜としての第2のSiN膜(12)を
形成する。なお、第2のSiN膜(12)はピンホールをな
くするために、その表面を酸化処理する。
次に全面に厚さ4000Åのプレート電極と成る第3のポ
リシリコン膜(13)を堆積しイオン注入によりリンを導
入しN+型化する。
次に同図(d)に示すように、第3のポリシリコン膜
(13)をパターニングしビット線電極と共通S/D領域
(2)とをコンタクトするための第2の開口部(22)を
形成する。このとき第2の開口部(22)のサイズはビッ
ト線電極がコンタクトである限りパターニング精度の最
小値まで狭くすることができる。しかる後、全面に層間
絶縁膜と成る厚さ4000Åの第4のSiO2膜(14)を堆積し
ビット線電極と共通S/D領域(2)とをコンタクトする
ための第3の開口部(23)を形成する。このときこの第
3の開口部(23)は十分なマスク余裕度をもって開けて
も問題はない。
次に同図(e)に示すように、上記工程の後、酸化性
雰囲気(ウェット酸素)中850℃25分程度熱処理してプ
レート電極と成る第3のポリシリコン膜(13)の側面を
酸化してプレート絶縁用サイドウォールと成る第5のSi
O2膜(17)を厚さ2000Å形成する。このときゲート電極
上面・側面と共通のS/D領域上面には第1のSiN膜(9)
でカバーされているので新たなSiO2膜は形成されない。
次に第2の開口部底面に露出している第1のSiN膜
(9)と第2のSiO2膜(8)をエッチング除去するので
あるが、第2のSiO2膜(8)は厚さが160Åと薄いので
これをエッチングしてもゲート電極上面・側面の第1の
SiO2膜(7)の厚さはほとんど減少しない。
次に全面にビット線電極となる第4のポリシリコン膜
(16)を堆積し、次いでイオン注入によりリンを導入し
てN+型化する。
次に同図(f)に示すように第4のポリシリコン膜
(16)をパターニングしてビット線電極(16)形成す
る。しかる後、絶縁用と表面平坦化用のBPSG膜(18)を
形成し表面平坦化のため950℃の熱処理でリフローす
る。次に第4の開口部(24)を形成しポリサイドビット
線配線電極(19)を堆積して第4の開口部を介してビッ
ト線電極(16)とコンタクトする。
以上耐酸化性絶縁膜としてSiN膜を用いたがこれに限
定されるものではない。又不純物のタイプも上記説明と
は逆タイプでも発明の効果は有効である。
(ト)発明の効果 以上のように本発明によれば、耐酸化性絶縁膜でゲー
ト電極上面・側面及び共通のS/D領域をカバーしてプレ
ート絶縁用サイドウォールを形成しているので、ビット
線電極を共通のS/D領域とコンタクトする窓の形成のた
めのエッチングの際ゲート電極上面・側面の絶縁膜厚が
ほとんど減少することがなくビット線電極−ゲート電極
間の絶縁耐圧の劣化が防止できかつプレート絶縁用サイ
ドウォールを自己整合的に形成しているので半導体集積
回路の高密度化が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(f)は本発明の一実施例のSTC DRAMセ
ルの製造工程断面図、第2図(a)〜(c)は従来例の
自己整合STC DRAMセルの製造工程断面図、第3図は従来
例の製造方法による自己整合STC DRAMセルの問題点説明
図である。 (符号の説明) (1),(101)……P型Si基板、(2),(102)……
N+型共通のS/D領域、(3),(103)……N+型他のS/D
領域、(4),(104)……フィールドSiO膜、(5),
(105)……ゲートSiO2膜、(6/106),(10/110),
(13/113),(16/116)……第1の,第2の,第3の,
第4のポリシリコン膜、(7/107),(8/108),(11/1
11),(14/114),(17/154)……第1の,第2の,第
3の,第4の,第5のSiO2膜、(9),(12)……第1
の,第2のSiN膜、(21/121),(22/122),(23/12
3),(24)……第1の,第2の,第3の,第4の開口
部、(18/118)……BPSG膜、(19/119)……ポリサイド
ビット線配線電極、(164)……プレート絶縁用サイド
ウォール、RIE……反応性イオンエッチング、I.I.……
イオンインプランテーション。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メモリセルのキャパシタのプレート電極を
    自己整合で絶縁する構造を有する半導体装置の製造方法
    において、 一導電型の半導体基板上に少なくとも側面と上面とが第
    1のSiO2膜で覆われた第1のポリシリコン膜から成る一
    定の間隔をあけて配置される一対のゲート電極を形成す
    る工程と、 該一対のゲート電極ではさまれた該半導体基板表面には
    他の導電型の共通のS/D領域を該共通のS/D領域とは該一
    対のゲート電極に対してそれぞれ反対側の該半導体基板
    表面には他の導電型の他のS/D領域を形成する工程と、 該半導体基板が露出している表面に第2のSiO2膜を形成
    する工程と、 全面に第1の耐酸化性絶縁膜を堆積する工程と、 第1の開口部を設け該半導体基板表面の該他のS/D領域
    を露出する工程と、 全面に第2のポリシリコン膜を堆積して他の導電型の不
    純物を導入する工程と、 少なくとも該第1の開口部を覆うように、多くとも該共
    通のS/D領域上には延在しないように該第2のポリシリ
    コン膜をパターニングしてエッチング除去する工程と、 該第2のポリシリコン膜を完全に覆うように第3のSiO2
    膜とその上に第2の耐酸化性絶縁膜を形成する工程と、 全面に第3のポリシリコン膜を堆積して他の導電型の不
    純物を導入する工程と、 少なくとも該第3のSiO2膜と第2の耐酸化性絶縁膜とで
    完全に覆われた該第2のポリシリコン膜を完全に覆うよ
    うに、多くとも該共通のS/D領域上には延在しないよう
    に、該第3のポリシリコン膜をパターニングしてエッチ
    ング除去し、第2の開口部を設けて前記第1の耐酸化性
    絶縁膜を露出する工程と、 全面に第4のSiO2膜を堆積する工程と、 少なくとも該一対のゲート電極上の第3のポリシリコン
    膜がそれぞれ露出するように、該第4のSiO2膜をパター
    ニングしてエッチング除去し第3の開口部を設ける工程
    と、 該露出した第3のポリシリコン膜を酸化して第5のSiO2
    膜を形成する工程と、 該第2の開口部に露出した前記第1の耐酸化性絶縁膜と
    第2のSiO2膜とを除去して、該半導体基板表面の共通の
    S/D領域を露出する工程と、 全面に第4のポリシリコン膜を堆積して他の導電型の不
    純物を導入する工程と、 少なくとも該第3の開口部を完全に覆うように、第4の
    ポリシリコン膜をパターニングしてエッチング除去する
    工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記第1,第2の耐酸化性絶縁膜をSiN膜と
    した請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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