JP2797451B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にスタッ
ク型キャパシタを有する半導体装置の製造方法に関す
る。
〔従来の技術〕
従来、この種のスタックキャパシタは、第3図(c)
に示されるように、n型シリコン基板1上に形成した酸
化膜2と、酸化膜2に形成したコンタクトホール3を通
してn型シリコン基板1に接続されたスタック電極4′
と、スタック電極4′を覆うように形成された容量絶縁
膜7と、容量絶縁膜7を覆うように形成された容量多結
晶シリコン層(以下、容量ポリシリコン層と記す)8と
から構成されていた。
この従来技術によるスタックキャパシタでは、n型シ
リコン基板1と容量ポリシリコン層8の間に電位差を与
えると、スタック電極4′上面の周縁部の角部9におい
て、電界は、スタック電極4′上面および側面の平坦部
に比べ、著しい電界集中が起こる。
次にこの従来技術によるスタックキャパシタの製造方
法を第3図(a)〜(c)を用いて説明する。n型シリ
コン基板1を熱酸化して酸化膜2を形成する。次にホト
リソグラフィ技術を用いて、所望の位置のn型シリコン
基板1が露出するように第3図(a)に示すようにコン
タクトホール3を形成する。次にポリシリコン層を全面
に成長させ、これにリンを拡散して導電性を高める。こ
の際一部のリンは、コンタクトホール3部のn型シリコ
ン基板1まで到達し、ポリシリコン層とn型シリコン基
板1は電気的な接続がなされる。次にこのポリシリコン
層をホトリソグラフィ技術を用いて第3図(b)に示す
ようにパターニングして、スタック電極4′を形成す
る。次に熱酸化を行って、スタック電極4′表面に容量
絶縁膜7を形成する。次に対極となるポリシリコン層を
成長し、リンを拡散して導電性を高め、第3図(c)の
ように所定の形状にパターニングして容量ポリシリコン
層8を形成し、スタックキャパシタを完成する。
〔発明が解決しようとする課題〕
前述の従来技術によるスタックキャパシタは、シリコ
ン基板1と容量ポリシリコン層8の間に電位差を与えた
場合、スタック電極4′の上面の周縁部の角部9におけ
る電界は、上面あるいは側面の平坦部における電界に比
べると非常に強くなっており、耐圧が劣化し、長期信頼
性が低下するという問題点を有する。
本発明の目的は、スタック電極上面の周縁部角部にお
ける電界集中を緩和し、耐圧の向上を可能とする半導体
装置およびその製造方法を提供するものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の半導体装置は、上面部と側面部の間に傾斜面
部を有するスタック電極と、スタック電極表面を覆う容
量絶縁膜と、容量絶縁膜を覆う対向電極とを有してい
る。そのため、従来に比べ、スタック電極の周縁部角部
における電界集中が緩和される。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、第1のポリ
シリコン層上にパターニングした窒化シリコン膜を形成
する工程と、熱酸化により窒化シリコン膜領域下以外の
ポリシリコン層上に酸化膜を形成する工程と、この酸化
膜を除去する工程と、窒化シリコン膜をマスクとする異
方性エッチングによりポリシリコン層を加工してスタッ
ク電極を形成する工程と、窒化シリコン膜を除去した後
にスタック電極表面に容量絶縁膜を形成する工程と、容
量絶縁膜を覆うように対向電極を形成する工程とを含ん
で構成されている。そのため、あらかじめパターニング
された窒化シリコン膜をスタック電極のパターニング
と、電極上面の傾斜面の形成に利用することができ、工
程数の大幅な増加を招くことなく、耐圧を向上させたス
タックキャパシタを形成できる。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。第1図
(g)は本発明の一実施例の縦断面図である。本発明に
よるスタックキャパシタは、n型シリコン基板1上に形
成したコンタクトホール3を有する絶縁酸化膜2と、コ
ンタクトホール3を通してn型シリコン基板1に接続さ
れ、かつ上面と側面の間に傾斜面を有するスタック電極
4′と、スタック電極4′表面を覆う容量絶縁膜7と、
容量絶縁膜7を覆う容量ポリシリコン層8とから構成さ
れている。
本発明によるスタックキャパシタでは、n型シリコン
基板1と容量ポリシリコン層8の間に電位差を与えたと
きのスタック電極4′周縁部の角部における電界集中
は、スタック電極3周縁部の傾斜面が上面および側面に
対しそれぞれ鈍角を成すという構造のために、大幅に緩
和される。またスタック電極4′周縁部における容量ポ
リシリコン層8の被覆性も向上する。
次に本発明による半導体装置の製造工程の一例を第1
図(a)〜(g)を参照して説明する。n型シリコン基
板1を熱酸化して、たとえば厚さ5000Åの酸化膜2を形
成する。次にホトリソグラフィ技術を用いて、第1図
(a)に示すように、所望の領域のシリコン基板が露出
するようにコンタクトホール3を形成する。次に厚さ40
00Åのポリシリコン層4を成長させ、これにリンを拡散
して導電性を高める。この際一部のリンは、コンタクト
ホール3部のn型シリコン基板1まで到達し、ポリシリ
コン層4とn型シリコン基板1は電気的な接続がなされ
る。次に全面に窒化シリコン膜5を厚さ1000Å成長した
後、ホトリソグラフィ技術を用いて第1図(b)のよう
に所期の形状に加工する。次に熱酸化を行い、ポリシリ
コン層4上に酸化膜6を形成する。この際、窒化シリコ
ン膜5の下は酸化が阻止されるが、窒化シリコン膜5の
端部の下は横方向から酸化が進行するので、酸化膜6の
窒化シリコン膜5の下の部分の膜厚は、窒化シリコン膜
5の中心に向かうに従って薄くなる。従って酸化膜6は
第1図(c)に示されたような形状となる。次に第1図
(d)に示すように酸化膜エッチングにより酸化膜6を
除去する。次に第1図(e)のように窒化シリコン膜5
をマスクとしてポリシリコンプラズマエッチングを行
い、スタック電極4′を形成する。次に第1図(f)の
ように窒化膜エッチングにより窒化シリコン膜5を除去
した後、熱酸化を行って、スタック電極4′表面にたと
えば、厚さ150Åの容量絶縁膜7を形成する。次に全面
に厚さ2000Åのポリシリコン層を成長させ、リンを拡散
して導電性を高め、第1図(g)のように所定の形状の
容量ポリシリコン層8を形成し、本発明によるスタック
キャパシタを製造することができる。
本発明の特徴は、窒化シリコン膜により、スタック電
極の周縁部の傾斜面の形成と、スタック電極のパターニ
ングが行なわれていることである。そのため、わずかな
工程数の増加のみで、耐圧の高い形状を有するスタック
電極を形成することができる。すなわち、スタック電極
周縁部の角は、すべて鈍角となり、従来のほぼ直角に形
成されていたスタック電極に比べ、電界の集中を抑えら
れる構造となっている。
第2図(f)は本発明をダイナミックRAMのセルキャ
パシタに適用した一例を示す縦断面図である。本発明を
適用したダイナミックRAMのセルは、P型シリコン基板1
1上に形成したフィールド酸化膜12と、ゲート電極14、
ゲート酸化膜13、n型不純物層によるドレイン15および
ソース16から成るトランジスタと、上面と側面の間に、
傾斜面を有するスタック電極19′、スタック電極19′表
面に形成された容量絶縁膜22、および容量絶縁膜22を覆
う容量ポリシリコン層23から成るソース16に接続された
キャパシタと、ドレイン15に接続されたディジット線26
と、層間絶縁のための酸化膜17,24から構成されてい
る。
次に、本発明を適用したダイナミックRAMのセルの製
造工程の一例を第2図(a)〜(f)を使って説明す
る。P型シリコン基板11を選択酸化し、6000Åのフィー
ルド酸化膜12を形成する。次に熱酸化を行い、250Åの
ゲート酸化膜13を形成する。ポリシリコンを厚さ4000Å
成長し、ホトリソグラフィ技術用いて、第2図(a)に
示すように、ゲート電極14を形成する。次にゲート電極
14を利用したセルファライン方式により、たとえば加速
電圧70KeV、打込み量5×1015cm-3でヒ素をイオン打込
みしてドレイン15、ソース16を形成する。約4000Åの酸
化膜17を成長した後、ホトリソグラフィ技術を用いて、
第2図(b)のようにシリコン基板11が露出するように
コンタクトホール18を形成する。次に厚さ4000Åのポリ
シリコン層19を成長し、これにリンを拡散して導電性を
高める。この際一部のリンは、コンタクトホール18を介
してP型シリコン基板11まで到達し、ポリシリコン層19
とP型シリコン基板11は電気的に接続される。次に窒化
シリコン膜を1000Å成長した後、ホトリソグラフィ技術
を用いて所期の形状に加工して、第2図(c)のように
窒化シリコン膜20を形成する。次に熱酸化を行ってポリ
シリコン層19上に酸化膜21を形成する。この際、前述の
実施例中で述べたように、酸化膜21の窒化シリコン膜20
下の膜厚は、窒化シリコン膜20の中心に向かうに従って
薄くなる。従って酸化膜21は第2図(d)に示されたよ
うな形状となる。次に酸化膜エッチングにより酸化膜21
を除去する。次に窒化シリコン膜20をマスクとしてポリ
シリコンプラズマエッチングを行い、スタック電極19′
を形成する。次に窒化膜エッチングにより窒化シリコン
膜20を除去する。次に第2図(e)に示すように熱酸化
を行って、スタック電極19′表面に厚さ150Åの容量絶
縁膜22を形成した後、厚さ1500Åのポリシリコン層23を
全面に成長し、リンを拡散して導電性を高める。次にホ
トリソグラフィ技術を用いて、ポリシリコン23を所定の
形状にパターニングして容量ポリシリコン23′を形成す
る。次に層間膜として厚さ4000Åの酸化膜24を成長さ
せ、ホトリソグラフィ技術により、ドレイン15が露出す
るようにコンタクトホール25を形成した後、アルミニウ
ムを約1μm成長させる。次にホトリソグラフィ技術を
用いてディジット線26を形成し、第2図(f)に示す構
成が得られる。以上の工程により、本発明を適用したダ
イナミックRAMのセルを製造することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、スタック電極の上面部
と側面部の間の周縁部に上面部および側面部に対し、そ
れぞれ鈍角を成す様に配置された傾斜面を有する形状と
することにより、スタック電極の上面周縁部の角部にお
ける電界集中を緩和することができるので、耐圧特性が
向上し、高信頼性を有するスタックキャパシタを実現で
きる効果がある。
また、スタック電極周縁部において、傾斜面が形成さ
れることにより、対向電極の被覆性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(g)は本発明のスタックキャパシタを
示す製造工程断面図、第2図は本発明のスタックキャパ
シタを適用したダイナミックRAMのセルを示す製造工程
断面図、第3図は従来の構造を有するスタックキャパシ
タを示す製造工程断面図である。 1……n型シリコン基板、2,6,17,21,24……酸化膜、3,
18,25……コンタクトホール、4,19,23……ポリシリコン
層、4′,19′……スタック電極、5,20……窒化シリコ
ン膜、7,22……容量絶縁膜、8,23′……容量ポリシリコ
ン層、9……角部、11……P型シリコン基板、12……フ
ィールド酸化膜、13……ゲート酸化膜、14……ゲート電
極、15……ドレイン、16……ソース、26……ディジット
線。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
    該絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、該コン
    タクトホールを含む該絶縁膜上に第1の多結晶シリコン
    層を成長する工程と、該第1の多結晶シリコン層上に窒
    化シリコン層を成長する工程と、前記コンタクトホール
    上を含む所定の領域の窒化シリコン膜を残して窒化シリ
    コン膜を除去する工程と、前記第1の多結晶シリコン層
    を熱酸化し、酸化膜を形成する工程と、該酸化膜を除去
    する工程と、前記窒化シリコン膜をマスクし、前記第1
    の多結晶シリコンに異方性エッチングを施し、第1の電
    極を形成する工程と、前記窒化シリコン膜を除去する工
    程と、前記第1の電極表面を酸化し、容量絶縁膜を形成
    する工程と、該容量絶縁膜を覆うように第2の多結晶シ
    リコン層を成長させる工程と、該第2の多結晶シリコン
    を所定の形状にパターニングし、第2の電極を形成する
    工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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