JP2965024B2 - 半導体メモリーセルの製造方法 - Google Patents

半導体メモリーセルの製造方法

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JP2965024B2
JP2965024B2 JP10110622A JP11062298A JP2965024B2 JP 2965024 B2 JP2965024 B2 JP 2965024B2 JP 10110622 A JP10110622 A JP 10110622A JP 11062298 A JP11062298 A JP 11062298A JP 2965024 B2 JP2965024 B2 JP 2965024B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体メモリーセル
およびその製造方法に関し、特にスタックド型セルを有
するダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー(D
RAM)の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】1チップ上に形成される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。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画られてきた。
ところで、DRAMのメモリーセルは1つの絶縁ゲート
電界効果トランジスタと1つの蓄積容量とから構成され
ており、メモリー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ある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つとして蓄積容量
を上部に積み重ねて形成するスタックド型メモリーセル
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。また、スタックド型メモリーセルを構成する
トランジスタのゲート電極(ワード線),その両側のビ
ット拡散層,ノード拡散層,ビット線,蓄積容量部の形
成順序、即ち空間的な配置は、メモリーセルの占有面積
を小さくする上で重要である。スタックド型蓄積容量の
ストレージ・ノード電極を形状を自由に変化させるため
には、蓄積容量部が一番上段にあることがのぞましい。
ただし、一番下段にあるトランジスタとノード拡散層と
一番上段にあるストレージ・ノード電極とを結合する配
線は、ワード線およびビット線との接触をさけて通る必
要がある。
【0003】このような構造を得るための半導体メモリ
ーセルとその製造方法が、平成2年5月23日に寺田に
よって提出された特願平2−133146号明細書にあ
る。蓄積容量がビット線の上部に形成される構造におい
て、一対のビット線と一対のワード線とにより囲まれた
領域、特に一対のビット線に起因する絶縁膜の激しい窪
みのある領域においてストレージ・ノード電極とノード
拡散層との接続を行う場合、この領域直下にノード拡散
層が存在して直接この領域にノード・コンタクト孔を設
けるとすると、フォトリソグラフィ技術,エッチング技
術の困難さからビット線の間隔を大きくしなければなら
ない。ここでは、ノード拡散層とストレージ・ノード電
極との間に導電体層を介在させ、さらに1つのノード・
コンタクト孔ではなく第1,第2の2つのノード・コン
タクト孔を設けている。これにより、ストレージ・ノー
ド電極とノード拡散層との接続を容易にし、さらにビッ
ト線間隔の縮小を実現している。
【0004】図5の平面図と、図5に示されたA−A’
線,およびB−B’線における断面を示す図6(a),
(b)の断面図により説明する。
【0005】活性領域202上を走る隣合うビット線2
16a,216bが対となる折り返しビット線構造で蓄
積容量223がビット線の上部に形成されている。p型
のシリコン基板201表面は、素子分離酸化膜203に
より、活性領域202および素子分離領域とに分割され
る。活性領域202は、n型のノード拡散層207,ビ
ット拡散層208が設けられ、これらはゲート電極を兼
ねるワード線204a,204b,204c等により分
離されている。活性領域202とワード線204との間
には、ゲート絶縁膜224が介在し、ワード線204,
ゲート絶縁膜224,ノード拡散層207,ビット拡散
層208によりトランジスタが構成される。蓄積容量2
23は、ストレージ・ノード電極220,容量絶縁膜2
21,セル・プレート電極222とから構成される。上
面,側面がCVDシリコン酸化膜205,206により
覆われたワード線204並びにノード拡散層207並び
にビット拡散層208並びに素子分離酸化膜203とビ
ット線216との間には、第1の層間絶縁膜213aお
よび第2の層間絶縁膜213bが設けられている。ビッ
ト線216と蓄積容量223との間には、第3の層間絶
縁膜217が設けられている。ビット線216a,21
6b等は、第2,第1の層間絶縁膜に設けられたビット
拡散層208に達するビット・コンタクト孔214を介
して、ビット拡散層208と接続する。
【0006】ストレージ・ノード電極220とノード拡
散層207との接続には、導電体層212が介在する。
導電体層212の一端は、第1の層間絶縁膜213aに
設けられたノード拡散層207に達する第1のノード・
コンタクト孔209を介して、ノード拡散層207と接
続する。例えば、ビット線216bと接続する活性領域
202に一端が接続する場合、導電体層212の他端
は、ビット線216a,216bとワード線204a,
204bとにより囲まれた領域において、素子分離酸化
膜203上に形成された第1の層間絶縁膜213a上に
設けられている。ストレージ・ノード電極220は、第
3の層間絶縁膜217,第2の層間絶縁膜213bに設
けられた導電体層212の他端に達する第2のノード・
コンタクト孔218を介して、導電体層212の他端と
接続する。この導電体層212を介した接続により、セ
ル面積が小さくなる。
【0007】以下に製造方法の説明をする。通常の製造
方法により、p型のシリコン基板201表面に素子分離
酸化膜203,活性領域202,ゲート絶縁膜224を
形成した後、全面にn型の多結晶シリコン膜を形成し、
この表面にパターニングされたCVDシリコン酸化膜2
05を形成する。CVDシリコン酸化膜205をマスク
にしたエッチングにより、ワード線204a,204
b,204c等を形成する。ワード線204をマスクに
したn型不純物の導入により、活性領域202表面にノ
ード拡散層207,ビット拡散層208を形成する。通
常のエッチバック技術を用いて、ワード線204の側面
にスペーサとなるCVDシリコン酸化膜206を形成す
る。このときのエッチバックにより、拡散層上のゲート
絶縁膜は除去される。
【0008】全面に第1の層間絶縁膜213aを堆積
し、ノード拡散層207上の第1の層間絶縁膜213a
をエッチング除去し、第1のノード・コンタクト孔20
9を形成する。次に、前述の位置に一端,他端が位置す
る導電体層212を形成する。全面に第2の層間絶縁膜
213bを堆積し、ビット拡散層208上の第2の層間
絶縁膜213b,第1の層間絶縁膜213aを順次エッ
チング除去し、ビット・コンタクト孔214を形成す
る。ビット・コンタクト孔214を介してビット拡散層
208と接続するビット線216a,216b等を形成
する。全面に第3の層間絶縁膜を堆積し、導電体層21
2の他端上の第3の層間絶縁膜,第2の層間絶縁膜21
3bを順次エッチング除去し、第2のノード・コンタク
ト孔218を形成する。次に、第2のノード・コンタク
ト孔218を介して導電体層212と接続するストレー
ジ・ノード電極220を形成する。続いて、全面に容量
絶縁膜221,セル・プレート電極222を堆積形成
し、蓄積容量22を形成する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述の半導体メモリー
セルは、ビット線間隔を縮小するという点での有効性は
ある。この有効性を発揮するために、第2のノード・コ
ンタクト孔を設ける導電体層の端部を第1の層間絶縁膜
上に設ける必要がある。このため、第1の層間絶縁膜を
形成してからノード拡散層に達する第1のノード・コン
タクト孔を設けなければならない。この第1のノード・
コンタクト孔は、2本のワード線の間に設けられるた
め、ワード線の間隔を縮小することは困難である。これ
により、セル面積の縮小は制約されることになる。
【0010】本発明の目的は、ワード線の間隔を縮小
し、セル面積の縮小をはかることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体メモリー
セルの製造方法は、ビット線下方の半導体基板表面に絶
縁膜からなる素子分離領域に囲まれた矩形素子領域が形
成され、該素子領域は長手方向に対して交差しそれぞれ
ゲート電極を兼ねる2本のワード線によって3つの活性
領域に分離され、前記3つの活性領域のうちの両端の活
性領域表面にはノード拡散層が形成され、該ノード拡散
層は前記ビット線上方に形成された蓄積容量のストレー
ジ・ノード電極に接続され、前記3つの活性領域のうち
の中央の活性領域表面には前記ビット線と接続するビッ
ト拡散層が形成されたメモリーセルを有し、前記ビット
線および前記ワード線はそれぞれ周期的に配列されてお
り、前記ビット線に沿って該ビット線が4本のワード線
と交差する毎に前記素子領域が1個配置されるように前
記メモリーセルが周期的に配列され、隣接するビット線
に接続される前記素子領域は前記周期的に配列されたワ
ード線における1周期分に等しい長さだけビット線と平
行な方向にずれて配置される折り返しビット線構造の半
導体メモリーの製造方法であって、前記半導体基板表面
の所定部分に素子分離絶縁膜を形成して前記素子分離領
域および前記素子領域を形成する工程と、前記素子領域
表面にゲート絶縁膜を形成し、上面に絶縁膜を有したゲ
ート電極を兼ねる前記ワード線を形成し、前記ワード線
をマスクにして前記活性領域にノード拡散層およびビッ
ト拡散層を形成する工程と、基板表面の全面に絶縁膜を
堆積した後にマスク無しでエッチバックすることによっ
て前記ワード線の側面に選択的に絶縁膜を形成するとと
もに、前記ノード拡散層および前記ビット拡散層に自己
整合的な第1のノード・コンタクト孔および第1のビッ
ト・コンタクト孔を形成する工程と、前記ビット・コン
タクト孔を介して前記ビット拡散層と接続してかつ前記
ビット拡散層上を覆う第1導電体層と、一端が前記ノー
ド・コンタクト孔を介して前記ノード拡散層と接続して
かつ前記ノード拡散層上を覆い、他端はワード線に平行
かつ1つの素子領域両端のノード拡散層間では互いに逆
方向となる方向の前記素子分離絶縁膜上に延長する第2
導電体層と、を同時に形成する工程と、第1の層間絶縁
膜を形成し、前記第1導電体層に達する第2のビット・
コンタクト孔を形成し、前記第2のビット・コンタクト
孔に第1縦配線を形成する工程と、前記第1縦配線と接
続するビット線を形成する工程と、第2の層間絶縁膜を
形成し、2本のビット線と2本のワード線に囲まれた領
域内を上下方向に貫通し下端が前記第2導電体層の前記
他端に達する第2のノード・コンタクト孔を形成し、前
記第2のノード・コンタクト孔に第2縦配線を形成する
工程と、前記第2縦配線と接続するストレージ・ノード
電極を形成し、容量絶縁膜を形成し、セル・プレート電
極を形成する工程と、を有している。
【0012】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図1〜図4は本発明の一実施例を説明する
ための図である。図1,図2は本実施例に係わる本発明
メモリーセルを説明するための図であり、図1は平面
図、図2(a),(b)は図1に示されたA−A’線,
B−B’線における断面図である。図3,図4は本実施
例に係わる半導体メモリーセルの製造方法を説明するた
めの図であり、図1に示されたA−A’線,B−B’線
における断面図である。ここで、図1は、煩雑さを避け
るため、図1(a)と図1(b)とに分割してある。図
1(a)は、活性領域,ワード線,第1のビット・コン
タクト孔,第1のノード・コンタクト孔,第1の導電体
層,および第2の導電体層の位置関係を図示し、図1
(b)は、第1の導電体層,第2の導電体層,第2のビ
ット・コンタクト孔,第2のノード・コンタクト孔,ビ
ット線,および蓄積容量の位置関係を図示してある。
【0013】まず、図1,図2を参照して、本発明に係
わる半導体メモリーセルを説明する。
【0014】活性領域102上を走る隣合うビット線1
16a,116b等が対となる折り返しビット線構造で
蓄積容量123がビット線の上部に形成されている。p
型のシリコン基板101表面は、素子分離酸化膜103
により、活性領域102および素子分離領域とに分割さ
れる。活性領域102は、n型のノード拡散層107,
ビット拡散層108が設けられ、これらはゲート電極を
兼ねるワード線104a,104b,104c等により
分離されている。活性領域102とワード線104との
間には、ゲート絶縁膜が介在し、ワード線104,ゲー
ト絶縁膜,ノード拡散層107,ビット拡散層108に
よりトランジスタが構成される。蓄積容量123は、ス
トレージ・ノード電極120,容量絶縁膜121,セル
・プレート電極122とから構成される。上面,側面が
それぞれCVDシリコン酸化膜により覆われたワード線
104並びにノード拡散層107並びにビット拡散層1
08並びに素子分離酸化膜103とビット線116との
間には、第1の層間絶縁膜113が設けられている。ビ
ット線116と蓄積容量123との間には、第2の層間
絶縁膜117が設けられている。
【0015】ビット線116a,116b,116c等
とビット拡散層108との接続は、第1の縦配線11
5,および第1の導電体層111を介して行われる。第
1の導電体層111は、第1のビット・コンタクト孔1
10を介して、ビット拡散層108と接続し、かつビッ
ト拡散層108を覆っている。さらに第1の導電体層1
11は、ワード線104を覆うCVDシリコン酸化膜を
介して、ワード線104の上部に設けることが可能とな
る。第1のビット・コンタクト孔110は、ビット拡散
層108に対して、自己整合的な構造である。第1の縦
配線115は、その上端が直接ビット線116と接続
し、その下端が第1の導電体層111の上端と接続し、
第1の層間絶縁膜113に設けられた第2のビット・コ
ンタクト構造114内に埋め込まれている。
【0016】蓄積容量123におけるストレージ・ノー
ド電極120とノード拡散層107との接続は、第2の
縦配線119,および第2の導電体層112を介して行
われる。第2の導電体層112の一端は、第1のノード
・コンタクト孔109を介して、ノード拡散層107と
接続し、かつノード拡散層107を覆っている。さらに
第2の導電体層112は、ワード線104を覆うCVD
シリコン酸化膜を介して、ワード線104の上部に設け
ることが可能となる。例えば、ビット線116aと接続
する活性領域102に一端が接続する場合、第2の導電
体層112の他端は、ビット線116a,116bとワ
ード線104a,104bとにより囲まれた領域におい
て、素子分離酸化膜103上に設けられている。第1の
ノード・コンタクト孔109は、ノード拡散層107に
対して、自己整合的な構造である。第2の縦配線119
は、その上端が直接ストレージ・ノード電極120と接
続し、その下端が第2の導電体層112の他端と接続
し、第2の層間絶縁膜117,第1の層間絶縁膜113
に設けられた第2のノード・コンタクト孔118内に埋
め込まれている。
【0017】本実施例においては、第1のノード・コン
タクト孔118,第1のビット・コンタクト孔110が
それぞれノード拡散層107,ビット拡散層108に対
して自己整合的な構造であり、これらのコンタクト孔を
介してこれらの拡散層と接続する第2の導電体層11
2,第1の導電体層111がCVDシリコン酸化膜で覆
われたワード線104の上部に設けることが可能となる
ことにより、ワード線104の間隔を縮小することが可
能となる。また、第2のビット・コンタクト孔114,
第1の縦配線115,第2のノード・コンタクト孔11
8,第2の縦配線119を設けることにより、従来より
ビット線116の間隔も縮小することができる。従来と
同じ設計ルールを用いた場合、本実施例によりメモリー
セルの面積は10%〜20%縮小され、第2のビット・
コンタクト孔114の深さも従来の半導体メモリーセル
のビット・コンタクト孔より30%〜50%低減され
る。
【0018】次に、図3,図4を参照して、本実施例に
係わる半導体メモリーセルの製造方法を説明する。
【0019】通常の製造方法により、p型のシリコン基
板101表面に素子分離酸化膜103,活性領域102
(図1(a)参照,ゲート絶縁膜124を形成した後、
全面にn型の多結晶シリコン膜を形成し、この表面にパ
ターニングされたCVDシリコン酸化膜105を形成す
る。CVDシリコン酸化膜105をマスクにしたエッチ
ングにより、ワード線104a,104b,104c等
を形成する。ワード線104をマスクにしたn型不純物
の導入により、活性領域102表面にノード拡散層10
7,ビット拡散層108を形成する〔図3(a)〕。
【0020】通常のエッチバック技術を用いて、ワード
線104の側面にスペーサとなるCVDシリコン酸化膜
106を形成する。このときのエッチバックにより、拡
散層上のゲート絶縁膜は除去されると同時に、ノード拡
散層107,ビット拡散層108と自己整合的な第1の
ノード・コンタクト孔109,第1のビット・コンタク
ト孔110が形成される。次に、全面にn型の多結晶シ
リコン膜を堆積し、これをパターニングし、第1の導電
体層111,および前述の位置に一端,他端が位置する
第2の導電体層112を形成する〔図3(b)〕。
【0021】第1の層間絶縁膜113を全面に堆積し、
表面を平坦化する。次に、第1の導電体層111に達す
る第2のビット・コンタクト孔114を、第1の層間絶
縁膜113に開口する。第2のビット・コンタクト孔1
14内に、多結晶シリコン、あるいはタングステンを埋
め込み、第1の縦配線115を形成する。次に、例え
ば、タングステン・シリサイドにより、ビット線116
a等を形成する〔図3(c),図4(a)〕。
【0022】全面に第2の層間絶縁膜117を堆積し、
表面を平坦化する。次に、第2の層間絶縁膜117,第
1の層間絶縁膜113を順次エッチングして、第2の導
電体層110に達する第2のノード・コンタクト孔11
8を設ける。第2のノード・コンタクト孔118内に、
多結晶シリコン、あるいはタングステンを埋め込み、第
2の縦配線119を形成する。続いて、多結晶シリコン
からなるストレージ・ノード電極120を形成する〔図
4(b)〕。さらに、ストレージ・ノード電極120の
表面に容量絶縁膜121を形成し、全面に多結晶シリコ
ンからなるセル・プレート電極122を形成し、図1,
図2に示した構造の半導体メモリーセルを得る。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、蓄積容量
がビット線の上部にあるスタック型のDRAMにおい
て、第1の縦配線を介してビット線とビット拡散層とを
接続する第1の導電体層と、ビット拡散層に対して自己
整合的な構造を有してビット拡散層と第1の導電体層と
を接続させる第1のビット・コンタクト孔と、第2の縦
配線を介してストレージ・ノード電極とノード拡散層と
を接続する第2の導電体層と、ノード拡散層に対して自
己整合的な孔を有してノード拡散層と第2の導電体層と
を接続させる第1のノード・コンタクト孔と、が形成さ
れている。これらの存在により、ワード線の間隔の縮小
が可能となり、これにより半導体メモリーセルのセル面
積を縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わる半導体メモリーセル
を説明するための略平面図である。
【図2】本発明の一実施例に係わる半導体メモリーセル
を説明するための略断面図であり、分図(a),(b)
は図1に示されたA−A’線,B−B’線における略断
面図である。
【図3】本発明の一実施例に係わる半導体メモリーセル
の製造方法を説明するための略断面図であり、図1に示
されたA−A’線における略断面図である。
【図4】本発明の一実施例に係わる半導体メモリーセル
の製造方法を説明するための略断面図であり、図1に示
されたB−B’線における略断面図である。
【図5】従来の半導体メモリーセルおよびその製造方法
を説明するための平面模式図である。
【図6】従来の半導体メモリーセルおよびその製造方法
を説明するための略断面図であり、分図(a),(b)
は図5に示されたA−A’線,B−B’線における略断
面図である。
【符号の説明】
101,201 シリコン基板 102,202 活性領域 103,203 素子分離酸化膜 104,204 ワード線 105,106,205,206 CVDシリコン酸化
膜 107,207 ノード拡散層 108,208 ビット拡散層 109,118,209,218 ノード・コンタクト
孔 110,114,214 ビット・コンタクト孔 111,112,212 導電体層 113,117,213a,213b,217 層間絶
縁膜 115,119 縦配線 116,216 ビット線 120,220 ストレージ・ノード電極 121,221 容量絶縁膜 122,222 セル・プレート電極 123,223 蓄積容量 124,224 ゲート絶縁膜
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 21/768 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ビット線下方の半導体基板表面に絶縁膜か
    らなる素子分離領域に囲まれた矩形素子領域が形成さ
    れ、該素子領域は長手方向に対して交差しそれぞれゲー
    ト電極を兼ねる2本のワード線によって3つの活性領域
    に分離され、前記3つの活性領域のうちの両端の活性領
    域表面にはノード拡散層が形成され、該ノード拡散層は
    前記ビット線上方に形成された蓄積容量のストレージ・
    ノード電極に接続され、前記3つの活性領域のうちの中
    央の活性領域表面には前記ビット線と接続するビット拡
    散層が形成されたメモリーセルを有し、 前記ビット線および前記ワード線はそれぞれ周期的に配
    列されており、前記ビット線に沿って該ビット線が4本
    のワード線と交差する毎に前記素子領域が1個配置され
    るように前記メモリーセルが周期的に配列され、 隣接するビット線に接続される前記素子領域は前記周期
    的に配列されたワード線における1周期分に等しい長さ
    だけビット線と平行な方向にずれて配置される折り返し
    ビット線構造の半導体メモリーの製造方法であって、 前記半導体基板表面の所定部分に素子分離絶縁膜を形成
    して前記素子分離領域および前記素子領域を形成する工
    程と、 前記素子領域表面にゲート絶縁膜を形成し、上面に絶縁
    膜を有したゲート電極を兼ねる前記ワード線を形成し、
    前記ワード線をマスクにして前記活性領域にノード拡散
    層およびビット拡散層を形成する工程と、 基板表面の全面に絶縁膜を堆積した後にマスク無しでエ
    ッチバックすることによって前記ワード線の側面に選択
    的に絶縁膜を形成するとともに、前記ノード拡散層およ
    び前記ビット拡散層に自己整合的な第1のノード・コン
    タクト孔および第1のビット・コンタクト孔を形成する
    工程と、 前記ビット・コンタクト孔を介して前記ビット拡散層と
    接続してかつ前記ビット拡散層上を覆う第1導電体層
    と、一端が前記ノード・コンタクト孔を介して前記ノー
    ド拡散層と接続してかつ前記ノード拡散層上を覆い、他
    端はワード線に平行かつ1つの素子領域両端のノード拡
    散層間では互いに逆方向となる方向の前記素子分離絶縁
    膜上に延長する第2導電体層と、を同時に形成する工程
    と、 第1の層間絶縁膜を形成し、前記第1導電体層に達する
    第2のビット・コンタクト孔を形成し、前記第2のビッ
    ト・コンタクト孔に第1縦配線を形成する工程と、前記
    第1縦配線と接続するビット線を形成する工程と、 第2の層間絶縁膜を形成し、2本のビット線と2本のワ
    ード線に囲まれた領域内を上下方向に貫通し下端が前記
    第2導電体層の前記他端に達する第2のノード・コンタ
    クト孔を形成し、前記第2のノード・コンタクト孔に第
    2縦配線を形成する工程と、 前記第2縦配線と接続するストレージ・ノード電極を形
    成し、容量絶縁膜を形成し、セル・プレート電極を形成
    する工程と、を有することを特徴とする半導体メモリー
    セルの製造方法。
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