JP2827723B2 - 半導体メモリセルの製造方法 - Google Patents

半導体メモリセルの製造方法

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JP2827723B2
JP2827723B2 JP4194368A JP19436892A JP2827723B2 JP 2827723 B2 JP2827723 B2 JP 2827723B2 JP 4194368 A JP4194368 A JP 4194368A JP 19436892 A JP19436892 A JP 19436892A JP 2827723 B2 JP2827723 B2 JP 2827723B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、1つのトランジスタと
1つのキャパシタから構成される半導体メモリセルの
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】1チップ上に形成されるダイナミック・
ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)の記憶容量
は、3年に4倍の割合で向上してきており、今後も同様
な向上が期待される。DRAMの記憶容量の増大は、微
細加工技術の進歩に伴う集積度の向上によってはかられ
てきた。ところで、DRAMのメモリセルは1つの絶縁
ゲート電界効果トランジスタと一つのキャパシタから構
成されており、メモリセルの占有面積は記憶容量の向上
とともに小さくする必要がある。しかし、記憶を保持す
る蓄積電荷量は信頼性を保つために一定の値以上にする
必要があり、狭い面積で大きな蓄積容量を得る工夫が必
要である。蓄積容量の増大は、容量絶縁膜の実効的な厚
さを薄くすることと実効的な容量電極面積を増大させる
ことによって可能になる。後者の方法の1つとしてキャ
パシタを基板上部に積み重ねて形成するスタックト型メ
モリセルがある。この構造を用いれば、容量電極の形状
を3次元的に工夫することで単位面積当りの容量電極の
表面積が増加する。
【0003】このような構造を得るために、1989年
シンポジウム・オン・ブイ・エル・エス・アイ・テクノ
ロジー・ダイジェスト(Symposium on V
LSI Technology Digest.)、6
9頁、8−5に円筒型のスタックトキャパシタを用いた
手法がある。この手法は図9に示した断面図において、
P型シリコン基板1に形成されたNチャネルMOSトラ
ンジスタの一方のN型ソース・ドレイン領域5−1上に
第1コンタクト孔7を介してビット線(図示せず)が接
続され、他方のN型ソース・ドレイン領域5−2上に円
筒状の蓄積電極33が接続されている。続いてプレート
電極34を形成すると、蓄積電極表面積が広くなるため
に、大きな容量が確保される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来構造と方法を用い
ると、導電膜を下地の側壁部に堆積するのでメモリセル
アレイ領域と周辺領域のように、段差の大きな部分の導
電膜を除去することが困難である。さらにエッチバック
を用いて円筒部を形成するため、蓄積円筒型電極の高さ
が低くなってしまうという問題もある。
【0005】本発明の目的は、導電膜を下地側壁部に堆
積させることなく蓄積電極の表面積を大きくする製造方
を示すことにある。
【0006】
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体メモリセ
ルの製造方法は、半導体基板に少なくとも絶縁ゲート電
界効果トランジスタを形成する工程と、前記絶縁ゲート
電界効果トランジスタのソース・ドレイン領域の一方に
接続する下部電極となる第1導電体膜を堆積する工程
と、補助膜を縞状もしくは市松状に形成し、前記縞状も
しくは市松状補助膜のパターンとずらしてレジスト膜縞
状もしくは市松状に形成し、前記補助膜およびレジスト
膜をマスクとしてエッチングを行ない前記第1導体膜に
縞状もしくは市松状に第1溝を形成し、前記レジスト膜
を除去し前記補助膜の間を有機膜で埋めたのち前記補助
膜を選択的に除去し更にその下部の前記第1導電体膜を
除去して第2溝を形成して縞状もしくは市松状の凹凸の
ある下部電極を形成する工程と、前記下部電極表面に誘
電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜表面上に対向電
極となる第2導電体膜を形成する工程とを含むというも
のである。
【0008】
【作用】前記製造方法をとることによって、蓄積電極の
高さを高くすることなく蓄積電極の表面積を大きくで
き、蓄積容量の増大がはかれ、また、製造工程の簡略化
がはかられる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用い
て、詳細に説明する。
【0010】図1は、本発明の第1の実施例の製造方法
によって得られる半導体メモリセルの断面構造を示す図
である。メモリセルはMOSトランジスタとキャパシタ
とを有している。各MOSトランジスタはP型シリコン
基板1の表面にシリコン酸化膜2によって分離され形成
される。その構成は、ゲート酸化膜3によりP型シリコ
ン基板1と絶縁されたゲート電極4とP型シリコン基板
1表面にN型不純物を拡散して形成されたN型ソース・
ドレイン領域5−1、5−2から成る。ゲート電極4は
第1層間絶縁膜6によって被覆され、第1コンタクト孔
7を通して第1層間絶縁膜6上に形成されたビット線8
と一方の前記N型ソース・ドレイン領域5−1と接続さ
れている。尚、ビット線8と第2コンタクト孔10の接
触を避けるために、ビット線8と第1コンタクト孔7は
図1断面の奥行き方向に避けて形成される。ビット線8
は第2層間絶縁膜9によって被覆され、第2コンタクト
10孔を通して第2層間絶縁膜9上に形成された縞状凹
凸のある導電体膜11dと他方のN型ソース・ドレイン
領域5−2とが接続されている。キャパシタは縞状凹凸
のある導電体膜11d、その表面に形成された誘電体膜
13およびその表面に形成された対向電極14から構成
される。
【0011】図2〜図5は、本発明の第1の実施例のメ
モリセルの製造方法を順を追って説明するための断面図
である。まず、図2(a)に示すように、P型シリコン
基板1表面に選択酸化法により素子編分離領域となるシ
リコン酸化膜2を形成し、シリコン酸化膜2以外の領域
のP型シリコン基板1表面に熱酸化法によってゲート酸
化膜3を形成し、その表面にN型多結晶シリコン膜から
なるゲート電極4を形成し、イオン注入法によりN型ソ
ース・ドレイン領域5−1、5−2を形成し、CVD法
により表面にシリコン酸化膜からなる第1層間絶縁膜6
を堆積するとNチャネルMOSトランジスタが得られ
る。
【0012】次に、図2(b)に示すように、一方のN
型ソース・ドレイン領域5−1上の第1層間絶縁膜6に
第1コンタクト孔7を開口し、第1コンタクト孔7に図
示しないN型多結晶シリコン膜を埋め込み、その表面に
接するタングステンシリサイド膜からなるビット線8を
形成し、CVD法により表面にシリコン酸化膜からなる
第2層間絶縁膜9を堆積する。
【0013】次に、図2(c)に示すように、他方のN
型ソース・ドレイン領域5−2上の第1層間絶縁膜6お
よび第2層間絶縁膜9に第2コンタクト孔10を開口
し、第2コンタクト孔10にN型多結晶シリコン膜11
を埋め込み、表面にN型多結晶シリコン膜からなる第1
導電体膜11aを厚さ0.3μm堆積する。
【0014】次に、図3(a)に示すように、CVD法
により表面にシリコン酸化膜を厚さ0.2μm堆積し、
リソグラフィー技術を用いて所定パターンのレジスト膜
16に形成し、ドライエッチング技術によってレジスト
膜16が存在しない領域のシリコン酸化膜を除去して所
定ピッチの縞状のシリコン酸化膜15aを形成する。
【0015】次に、図3(b)に示すように、レジスト
膜16を除去した後に、縞状のシリコン酸化膜15aの
ピッチの1/4だけずらしてリソグラフィー技術を用い
てレジスト膜17を形成し、ドライエッチング技術によ
って第2レジスト膜17及びシリコン酸化膜15aが存
在しない領域の第1導電体膜11aを0.2μm除去し
て縞状の第1導電体膜11bを形成する。
【0016】次に、レジスト膜17を除去した後に、図
4(a)に示すように、レジストなどの有機膜を塗布
し、エッチバック技術によってシリコン酸化膜15a及
び第1導電体膜11bの溝部に有機膜19を残す。次
に、図4(b)に示すように、リソグラフィー技術を用
いて、レジスト膜17のあった位置から1/2ピッチず
らしてレジスト膜20を形成し、ドライエッチング技術
によってレジスト膜20及び有機膜19が存在しない領
域のシリコン酸化膜15aと第1導電体膜11bを0.
2μm除去して縞状のシリコン酸化膜15bと縞状の第
1導電体膜11cを形成する。
【0017】次に、レジスト膜20及び有機膜19を酸
素プラズマ、酸剥離により除去した後に、弗酸溶液によ
りシリコン酸化膜15bを選択的に除去し、リソグラフ
ィー技術を用いて、図5(a)に示すように、所定パタ
ーンのレジスト膜21を形成し、ドライエッチング技術
によってレジスト膜21が存在しない領域の第1導電体
膜11cを除去して縞状導電体膜11dとする。
【0018】次に、レジスト膜21を除去した後、図5
(b)に示すように、縞状の凹凸のある導電体膜11d
の表面にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜から
なる誘電体膜13をシリコン酸化膜の膜厚換算で5nm
堆積する。次に、図1に示すように、表面にN型多結晶
シリコンからなる対向電極14を形成する。
【0019】このようにして、リソグラィーの最小加工
寸法の1/2の幅の縞状の凹凸のある下部電極を形成で
きるので占有面積当りの表面積を大きくできる。
【0020】図6〜図8は本発明の第2の実施例の半導
体メモリセルの製造方法を順を追って説明するための断
面図である。
【0021】第1の実施例で図2(a),(b),
(c)を参照して説明した工程の後に、図6(a)に示
すように、第1導電体膜12aの表面にシリコン酸化膜
を厚さ0.2μm堆積し、リソグラフィー技術を用いて
市松状のレジスト膜26を形成し、ドライエッチング技
術によってレジスト膜26が存在しない領域のシリコン
酸化膜を除去して市松状のシリコン酸化膜25aを形成
する。
【0022】次に、レジスト膜26を除去した後に、リ
ソグラフィー技術を用いて、図6(b)に示すように、
市松状のレジスト膜27をシリコン酸化膜25aに対し
X方向Y方向ともに1/4ピッチずらして形成し、ドラ
イエッチング技術によってレジスト膜27及びシリコン
酸化膜25aが存在しない領域の第1導電体膜12aを
0.2μm除去して第1導電体膜12bを形成する。
【0023】次に、第1の実施例と同様に、レジスト膜
27を除去した後に、図7(a)に示すように、有機膜
を塗布し、エッチバック技術によってシリコン酸化膜2
5a及び第1導電体膜12bの穴部に有機膜29を形成
する。次に、図7(b)に示すように、リソグラフィー
技術を用いて市松状のレジスト膜30をレジスト膜27
とはX方向Y方向ともに1/2ピッチずらした位置に形
成し、ドライエッチング技術によってレジスト膜30及
び有機膜29が存在しない領域のシリコン酸化膜25a
と第1導電体膜12bを0.2μm除去してシリコン酸
化膜25bと市松状の第1導電体膜12cを形成するレ
ジスト膜30、有機体膜29、シリコン酸化膜25bを
除去し、パターニングを行なうと、図8に示すように第
1導電体膜12dからなる表面に市松状の凹凸のある下
部電極が得られ、以降に誘電体膜、対向電極を有すると
メモリセルが得られる。このようにして、最小加工寸法
の1/2の凹凸を市松状に形成することができる。
【0024】前述の実施例において、凹凸のある下部電
極を形成するための補助膜としてCVDシリコン酸化膜
を用いたが、これに限定するものではなく第1導電体膜
に対して選択的に除去できる材質であればよい。また、
第1導電体膜の膜厚を0.3μm、エッチングの深さ
0.2μm、補助膜の膜厚を0.2μmとしたがこれに
限定するものではなく、縞状もしくは市松状の凹凸を第
1導電体膜に形成できる組合せの厚さであればよい。
【0025】
【発明の効果】本発明の製造方法によって得られる構造
をとることによって、蓄積電極(下部電極)の高さを高
くすることはなく蓄積電極の表面積を大きくでき、従来
例と同等以上の蓄積容量が得られる。また、導電膜を下
地の側壁部に堆積する工程がないために段差部に導電膜
が残ってしまうという工程上の困難を回避することがえ
きる。また、最小露光線幅(最小加工寸法)よりも狭い
溝または市松模様の凹凸を有する下部電極が形成でき、
蓄積容量を増大できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法の第1の実施例により得られ
半導体チップの断面図である。
【図2】本発明の第1の実施例の製造法を説明するため
(a)〜(c)に分図して示す工程順断面図である。
【図3】図2に続いて(a),(b)に分図して示す工
程順断面図である。
【図4】図3に続いて(a),(b)に分図して示す工
程順断面図である。
【図5】図4に続いて(a),(b)に分図して示す工
程順断面図である。
【図6】本発明の製造方法の第2の実施例の説明のため
(a)、(b)に分図して示す工程順断面図である。
【図7】図6に続いて(a),(b)に分図して示す工
程順斜視断面図である。
【図8】図7に続いて示す斜視断面図である。
【図9】従来例を示す半導体チップの断面図である。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 ゲート電極 5−1、5−2 N型ソース・ドレイン領域 6 第1層間絶縁膜 7 第1コンタクト孔 8 ビット線 9 第2層間絶縁膜 10 第2コンタクト孔 11a〜11d、12a〜12d 第1導電体膜 13 誘電体膜 14 対向電極 15a〜15b、25a、15b CVDシリコン酸
化膜 16、26 レジスト膜 17、27 レジスト膜 19、29 有機膜 20、30 レジスト膜 21 レジスト膜 33 蓄積電極 34 プレート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/108 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に少なくとも絶縁ゲート電界
    効果トランジスタを形成する工程と、前記絶縁ゲート電
    界効果トランジスタのソース・ドレイン領域の一方に接
    続する下部電極となる第1導電体膜を堆積する工程と、
    所定幅の補助膜を所定ピッチで形成し、前記所定幅と実
    質上同一幅のレジスト膜を前記所定ピッと実質上同一
    で一部前記補助膜を覆うようにずらして形成し、前記補
    助膜およびレジスト膜をマスクとしてエッチングを行な
    い前記第1導体膜に縞状の第1溝を形成し、前記レジス
    ト膜を除去し前記補助膜の間を有機膜で埋めたのち前記
    補助膜を選択的に除去し更にその下部の前記第1導電体
    膜を除去して第2溝を形成して縞状凹凸のある下部電極
    を形成する工程と、前記下部電極表面に誘電体膜を形成
    する工程と、前記誘電体膜表面上に対向電極となる第2
    導電体膜を形成する工程とを含むことを特徴とする半導
    体メモリセルの製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板に少なくとも絶縁ゲート電界
    効果トランジスタを形成する工程と、前記絶縁ゲート電
    界効果トランジスタのソース・ドレイン領域の一方に接
    続する下部電極となる第1導電体膜を堆積する工程と、
    所定寸法の補助膜を市松状に形成し、前記補助膜の市松
    状パターンとずらしてレジスト膜を市松状に形成し、前
    記補助膜およびレジスト膜をマスクとしてエッチングを
    行ない前記第1導体膜に市松状の第1溝を形成し、前記
    レジスト膜を除去し前記補助膜の間を有機膜で埋めたの
    ち前記補助膜を選択的に除去し更にその下部の前記第1
    導電体膜を除去して第2溝を形成して市松状凹凸のある
    下部電極を形成する工程と、前記下部電極表面に誘電体
    膜を形成する工程と、前記誘電体膜表面に対向電極とな
    る第2導電体領域を形成する工程とを含むことを特徴と
    する半導体メモリセルの製造方法。
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