JP3125922B2 - 誘電体メモリおよびその製造方法 - Google Patents

誘電体メモリおよびその製造方法

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JP3125922B2 JP10008797A JP879798A JP3125922B2 JP 3125922 B2 JP3125922 B2 JP 3125922B2 JP 10008797 A JP10008797 A JP 10008797A JP 879798 A JP879798 A JP 879798A JP 3125922 B2 JP3125922 B2 JP 3125922B2
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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、強誘電体膜や高誘
電体膜を用いた誘電体キャパシタを備えた誘電体メモリ
およびその製造方法に係り、特に、参照電位(基準電
位)発生のための蓄積容量の大きな誘電体キャパシタを
有するダミーセル領域を備えた誘電体メモリおよびその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、成膜技術の進歩に伴い、強誘電体
薄膜や高誘電体薄膜を用いた不揮発性の誘電体メモリの
開発が盛んに行われている。誘電体メモリは、誘電体薄
膜の高速な分極反転とその誘電分極を利用することによ
り高速書き換えが可能な不揮発性ランダムアクセスメモ
リ(Ferroelectric Random Access Memories;FeRA
M)であり、電源を切ると書き込み情報が消えてしまう
揮発性メモリとは異なり、書き込まれた内容が消えない
という利点を有する。
【0003】この誘電体メモリは、従来のDRAM(Dy
namic Random Access Memory) とほぼ同様のプロセスで
作製することが可能である。DRAMの作製プロセスで
は、1Gビットクラスになると、そのビットコンタク
ト,ノードコンタクトは自己整合的(セルフアライン)
に形成されることが示されている。従って、誘電体メモ
リにおいても高集積化した場合、各コンタクトを形成す
る際に自己整合化は不可欠となる。
【0004】ところで、DRAMでは、「0」,「1」
の判定のための参照電位として(1/2)Vcc(Vcc;
電源電位)が使用されている。これに対して、誘電体メ
モリでは、参照電位をDRAMと同様の方法により発生
させると、参照電位としての信号量が小さくなり、更に
Vcc書き込みの場合には接合リークによりVssまで電位
が下がるのでDRAMのようにリフレッシュが必要にな
るため、メモリセル領域と同じくトランジスタと誘電体
キャパシタとを有するダミーセル(リファレンスセル)
領域を形成し、このダミーセル領域を用いて参照電位を
発生させる方式が主流になると考えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなダミーセル領域を設けて参照電位を発生させる方式
の誘電体メモリでは次のような問題がある。すなわち、
例えば1個のトランジスタと1個の誘電体キャパシタか
らなる所謂1T/1C型の誘電体メモリでは、トランジ
スタのゲート電極はワード線を兼ねているが、半導体基
板内に形成された2つの不純物領域(ソース・ドレイ
ン)はビットコンタクト(コンタクトプラグ層)を介し
てビット線に、ノードコンタクト(コンタクトプラグ
層)を介して誘電体キャパシタの一方の電極にそれぞれ
電気的に接続される。高集積化のためには、このノード
コンタクトおよびビットコンタクトに要する領域を如何
に縮小するかが問題であり、そのためには前述のように
自己整合プロセスの適用が不可欠である。
【0006】しかしながら、ダミーセル領域のキャパシ
タは、選択的に使用されるメモリセル領域のキャパシタ
に比べて、メモリセル領域での読み出しまたは書き込み
毎にその都度使用され使用頻度が高いために、蓄積容量
を大きく(例えばメモリセル領域側のキャパシタ容量の
3〜5倍程度)設定する必要がある。このため、ダミー
セル領域では、キャパシタの大きさに応じてメモリセル
領域よりもワード線のピッチが広くなり、ノードコンタ
クトおよびビットコンタクトを形成する際に、自己整合
プロセスを適用できないという問題があった。
【0007】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、メモリセル領域およびダミー領域に
おいてもコンタクト形成に自己整合プロセスを適用する
ことができ、製造工程を簡略化することができる誘電体
メモリおよびその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による誘電体メモ
リは、誘電体キャパシタを有するメモリセル領域と、こ
のメモリセル領域に並設して設けられると共に、メモリ
セル領域側の誘電体キャパシタよりも蓄積容量の大きな
誘電体キャパシタを有するダミーセル領域とを含むもの
であって、メモリセル領域に所定のピッチで設けられた
複数の第1の導電線と、ダミーセル領域に第1の導電線
とは異なるピッチで設けられた複数の第2の導電線と、
ダミーセル領域に互いの間隔が第1の導電線間のピッチ
と同じになるように第2の導電線に隣接して設けられた
電気的には作動しない第3の導電線とを備えている。
【0009】本発明による他の誘電体メモリは、半導体
基板上に、誘電体キャパシタを有するメモリセル領域と
メモリセル領域側の誘電体キャパシタよりも蓄積容量の
大きな誘電体キャパシタを有するダミーセル領域とを含
む誘電体メモリであって、メモリセル領域およびダミー
セル領域における半導体基板内に選択的に設けられた複
数の不純物領域と、メモリセル領域における半導体基板
の表面に絶縁膜を介して所定のピッチで設けられた複数
の第1の導電線と、ダミーセル領域における半導体基板
の表面に絶縁膜を介して第1の導電線とは異なるピッチ
で設けられた複数の第2の導電線と、ダミーセル領域に
おける半導体基板の表面に絶縁膜を介して互いの間隔が
第1の導電線間のピッチと同じになるように第2の導電
線に隣接して設けられた電気的には作動しない第3の導
電線と、第1の導電線、第2の導電線および第3の導電
線各々の側面に設けられたサイドウォール膜と、このサ
イドウォール膜によりコンタクトサイズが決定されると
共に不純物領域に電気的に接続されたコンタクトプラグ
層とを備えている。
【0010】本発明による誘電体メモリの製造方法は、
半導体基板上に、誘電体キャパシタを有するメモリセル
領域とメモリセル領域側の誘電体キャパシタよりも蓄積
容量の大きな誘電体キャパシタを有するダミーセル領域
とを含む誘電体メモリの製造方法であって、メモリセル
領域およびダミーセル領域における半導体基板上に絶縁
膜を介して同一ピッチで複数の導電線を形成する工程
と、メモリセル領域およびダミーセル領域における半導
体基板内に複数の導電線間に対応して複数の不純物領域
を選択的に形成する工程と、複数の導電線の側面にそれ
ぞれサイドウォール膜を形成する工程と、サイドウォー
ル膜を形成した後、半導体基板上に層間絶縁膜を形成す
る工程と、各導電線のサイドウォール膜を利用した自己
整合プロセスにより層間絶縁膜に前記不純物領域に達す
る開口を形成し、開口に導電性材料を埋め込むことによ
りコンタクトプラグ層を形成する工程とを備えている。
【0011】本発明による誘電体メモリでは、ダミーセ
ル領域における第2の導電線および第3の導電線が、メ
モリセル領域の第1の導電線と同一ピッチで設けられて
いるので、製造過程で、メモリセル領域およびダミーセ
ル領域それぞれにおいてコンタクトプラグ層(ビットコ
ンタクトおよびノードコンタクト)を自己整合的に形成
することが可能になる。
【0012】本発明による他の誘電体メモリでは、ダミ
ーセル領域において第2の導電線および第3の導電線
が、メモリセル領域の第1の導電線と同一ピッチで設け
られると共に、各導電線にサイドウォール膜が形成され
ているので、製造過程で、このサイドウォール膜を利用
することにより、メモリセル領域およびダミーセル領域
それぞれにおいてコンタクトプラグ層(ビットコンタク
トおよびノードコンタクト)を自己整合的に形成するこ
とが可能になる。
【0013】本発明による誘電体メモリの製造方法で
は、メモリセル領域およびダミーセル領域それぞれにお
いて、同一ピッチで複数の導電線が形成されると共に、
各導電線の側面にそれぞれサイドウォール膜が形成さ
れ、このサイドウォール膜を利用した自己整合プロセス
によりコンタクトプラグ層が形成される。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【0015】図1は本発明の一実施の形態に係る誘電体
メモリ1の回路構成を表している。この誘電体メモリ1
は、2本のビット線BL1,BL2を介してセンスアン
プ2に電気的に接続されたメモリセル領域3を備えてお
り、このメモリセル領域3とセンスアンプ2との間には
参照電位発生用のダミーセル領域4が設けられている。
メモリセル領域3は、ビット線BL1に接続されたセル
と、ビット線BL2に接続されたセルとを交互に配置し
たもので、各セルはそれぞれ1個のトランジスタ3aと
1個の誘電体キャパシタ3bとにより構成されている。
各トランジスタ3aは、そのゲート電極がワード線WL
1〜WLn(nは偶数)の一部を構成すると共に、2つ
の不純物領域(ソース・ドレイン)の一方がビット線B
L1,BL2のいずれか一方に電気的に接続されてい
る。各トランジスタ3aの他方の不純物領域は、誘電体
キャパシタ3bの一方の電極(下部電極)に電気的に接
続され、誘電体キャパシタ3bの他方の電極(上部電
極)はプレート線PL1〜PLnにそれぞれ電気的に接
続されている。なお、ワード線WL1〜WLnが本発明
の第1の導電線に対応している。
【0016】ダミーセル領域4の各セル(ここでは2
つ)も同様に、1個のトランジスタ(ダミートランジス
タ)4aと1個の誘電体キャパシタ(ダミーキャパシ
タ)4bとにより構成されている。誘電体キャパシタ4
bは、メモリセル領域3側の誘電体キャパシタ3bより
も使用回数が多いことから、後述の断面構成で示すよう
に、誘電体キャパシタ3bよりも蓄積容量が大きく、す
なわち面積が大きくなっている(例えば誘電体キャパシ
タ3bの3倍)。各トランジスタ4aは、そのゲート電
極がダミーワード線DWL1,DWL2の一部を構成す
ると共に、2つの不純物領域(ソース・ドレイン)の一
方がビット線BL1,BL2のいずれか一方に電気的に
接続されている。各トランジスタ4aの他方の不純物領
域は、誘電体キャパシタ4bの一方の電極(下部電極)
に電気的に接続され、誘電体キャパシタ4bの他方の電
極(上部電極)はダミープレート線DPL1,DPL2
にそれぞれ電気的に接続されている。なお、ダミーワー
ド線DWL1,DWL2が本発明の第2の導電線対応
している。
【0017】この誘電体メモリ1では、メモリセル領域
3において、図において上から奇数番目のワード線WL
1,WL3〜WLn−1 が選択された場合には、図にお
いて左側のセルのトランジスタ3aがオンし、誘電体キ
ャパシタ3bに蓄積された電位が一方のビット線BL1
を介してセンスアンプ2へ送られて増幅される。このと
き、ダミーセル領域4においては、一方のダミーワード
線DWL2が選択され、図において右側のトランジスタ
4aがオンし、大容量の誘電体キャパシタ4bに蓄積さ
れた電位が参照電位としてビット線BL2を介してセン
スアンプ2へ送られる。この参照電位を基準としてメモ
リセル領域3で発生した電位の「1」,「0」の判定が
行われる。
【0018】同様に、偶数番目のワード線WL2,WL
4〜WLnが選択された場合には、図において右側のセ
ルのトランジスタ3aがオンし、誘電体キャパシタ3b
に蓄積された電位が他方のビット線BL2を介してセン
スアンプ2へ送られる。また、ダミーセル領域4におい
ては、他方のダミーワード線DWL2が選択され、図に
おいて左側のトランジスタ4aがオンし、誘電体キャパ
シタ4bに蓄積された電位が参照電位としてビット線B
L2を介してセンスアンプ2へ送られ、上記と同様の判
定が行われる。
【0019】図2は誘電体メモリ1のメモリセル領域3
およびダミーセル領域4のワード線およびビット線のパ
ターン構成を表したものである。メモリセル領域3で
は、ビット線BL1,BL2間のピッチ(F)と同一の
間隔でワード線WL1〜WLnの各パターンが形成され
ている。これに対して、ダミーセル領域4ではダミーワ
ード線WL1とダミーワード線WL2との間の間隔は3
Fとなっている。これは前述のように誘電体キャパシタ
4bの面積が誘電体キャパシタ3bのそれよりも大きく
設定されていることによる。
【0020】メモリセル領域3では、ワード線WL1〜
WLnが同一ピッチで配置されるため、ワード線WL1
〜WLnの各側面にサイドウォール膜を形成することに
より、ビットコンタクト5およびノードコンタクト6を
それぞれ自己整合プロセスによって形成することができ
る。これに対して、ダミーセル領域4では、ダミーワー
ド線WL1とダミーワード線WL2との間のピッチはメ
モリセル領域3とは異なっており、この状態では前述し
たようにメモリセル領域3と同一の自己整合プロセスを
適用することができない。
【0021】そこで、本実施の形態では、ダミーセル領
域4に自己整合用のメカニカルワード線MWL1,MW
L2を追加することにより、各パターン間のピッチをメ
モリセル領域3と同じ大きさに設定し、ダミーセル領域
4においても自己整合プロセスを適用できるようにした
ものである。これらメカニカルワード線MWL1,MW
L2は、他のワード線と異なり、ビットコンタクトおよ
びノードコンタクトの各領域を形成する際のプロセス上
において意味があるもので、電気的には作動しないもの
である。なお、これらメカニカルワード線MWL1,M
WL2が本発明の第3の導電線に対応している。
【0022】図3は誘電体メモリ1の具体的な構成を表
すものである。なお、この図は図2のパターン構成図の
A−A矢視方向の断面構成を示している。この誘電体メ
モリ1では、基板例えばシリコン基板11内のフィール
ド絶縁膜12で囲まれた領域に、ソース・ドレインとな
るLDD(Lightly Doped Drain) 構造の不純物領域13
A,13B,13Cがそれぞれ形成されている。これら
不純物領域13A〜13C間のシリコン基板11の上に
はゲート絶縁膜14を介してワード線(兼ゲート電極)
15Aおよびダミーワード線15Bがそれぞれ形成され
ている。ワード線15Aが図1および図2に示したワー
ド線WLn、ダミーワード線15Bが図1および図2に
示したダミーワード線DWL1 にそれぞれ対応してい
る。不純物領域13A,13Bおよびワード線15Aに
より図1に示したセルトランジスタ3a、不純物領域1
3B,13Cおよびダミーワード線15Bにより図1に
示したダミートランジスタ4aがそれぞれ構成されてい
る。
【0023】フィールド絶縁膜12上にも、メモリセル
領域3側においてワード線15C、ダミーセル領域4側
においてメカニカルワード線15D、ダミーワード線1
5Eおよびメカニカルワード線15Fがそれぞれ形成さ
れている。ワード線15Cが図1および図2に示したワ
ード線WLn−1 、メカニカルワード線15Dが図2に
示したメカニカルワード線MWL1 、ダミーワード線1
5Eが図1および図2に示したダミーワード線DWL
2、メカニカルワード線15Fが図2に示したメカニカ
ルワード線MWL2にそれぞれ対応している。なお、ワ
ード線15A,15C、ダミーワード線15B,15E
およびメカニカルワード線15D,15Fはそれぞれ例
えば低抵抗の多結晶シリコン膜の上にシリサイド膜(例
えばWSi2 )を積層した構造の所謂ポリサイド膜によ
り形成されると共に、このポリサイド膜の上に例えばS
iO2 (二酸化シリコン)により形成されたオフセット
絶縁膜16が形成されており、各線幅は例えば0.25
μmとなっている。
【0024】ワード線15A,15C、ダミーワード線
15B,15Eおよびメカニカルワード線15D,15
Fの各側面にはそれぞれ例えばSiO2 により形成され
た自己整合用のサイドウォール膜17が形成されてい
る。各サイドウォール膜17およびオフセット絶縁膜1
6の周囲は例えばSiN(窒化シリコン)によりなる絶
縁保護膜18により覆われている。
【0025】ワード線15Aとダミーワード線15Bと
の間には絶縁保護膜18に設けられた開口を介して不純
物層13Bに対して電気的に接続されたコンタクトプラ
グ層19(図2のビットコンタクト5に対応)が設けら
れている。コンタクトプラグ層19は例えば低抵抗の多
結晶シリコンにより形成されており、例えばBPSG
(Boro-Phospho-Silicate Glass)等により形成された層
間絶縁膜20Aにより覆われている。このコンタクトプ
ラグ層19は接続部19Aを介してビット線21に対し
て電気的に接続されている。ビット線21は例えばW
(タングステン)等の金属により形成され、ワード線1
5A等に対して交差する方向に配設されている。このビ
ット線21は図1および図2に示したビット線BL1に
対応している。ビット線21の上には例えばBPSGに
より形成された層間絶縁膜20Bが形成されている。
【0026】ワード線15Cとワード線15Aとの間、
およびダミーワード線15Bとメカニカルワード線15
Dとの間には絶縁保護膜18に設けられた開口を介して
不純物層13A,13Cに対して電気的に接続されたコ
ンタクトプラグ層22,23(図2のノードコンタクト
6に対応)が設けられている。
【0027】コンタクトプラグ層22,23および層間
絶縁膜20Bの表面は平坦化されており、この平坦面上
に形成された層間絶縁膜24中に例えばトレンチ構造の
誘電体キャパシタ3b,4bがそれぞれ設けられてい
る。
【0028】メモリセル領域3側の誘電体キャパシタ3
bは、例えば矩形断面の溝部25内に積層された下部電
極31、誘電体膜32および上部電極33により構成さ
れている。ダミーセル4側の誘電体キャパシタ4bは、
同じく例えば矩形断面の溝部26内に積層された下部電
極41、誘電体膜42および上部電極43により構成さ
れている。溝部25,26の深さは同じであるが、その
面積は溝部26が大きく前述のように誘電体キャパシタ
4b側が大容量となっている。下部電極31,41およ
び上部電極33,43はそれぞれ例えばPt(白金),
Ir(イリジウム),Ru(ルテニウム),Rh(ロジ
ウム)およびPd(パラジウム)などの金属材料より形
成されている。誘電体膜32,42は強誘電体材料ある
いは高誘電体材料により形成されている。強誘電体材料
としてはSBT(Bi2 SrTa2 9 ),SBNT
(Bi2-X SrNbX 9 ),PZT(Pb(Zr,T
a)),PLZT((Pb,La)(Zr,Ti)
3 )等、また高誘電体材料としては、Ta2 5 ,B
ST((Ba,Sr)TiO3 ),STO(SrTiO
)などが挙げられる。
【0029】誘電体キャパシタ3bの下部電極31には
コンタクトプラグ層22の上端部が電気的に接続されて
いる。誘電体キャパシタ4bの下部電極41にはコンタ
クトプラグ層23の上端部が電気的に接続されている。
【0030】層間絶縁膜24の表面は、誘電体キャパシ
タ3b,4bの表面と共に平坦化されている。誘電体キ
ャパシタ3bでは下部電極31および誘電体膜32の各
両端部が上部電極33の上面と共に、また、誘電体キャ
パシタ4bでは下部電極41および誘電体膜42の各両
端部が上部電極43の上面と共にそれぞれ平坦面に露出
している。
【0031】誘電体キャパシタ3b,4bの上には例え
ばBPSGにより形成された絶縁膜27を介して例えば
Al(アルミニウム)により形成された配線層28,2
9が設けられている。配線層28は絶縁膜27に設けら
れた接続孔27aを介して誘電体キャパシタ3bの上部
電極33に電気的に接続されている。この配線層28が
図1に示したプレート線PLnに対応している。同様
に、配線層29は絶縁膜27に設けられた接続孔27b
を介して誘電体キャパシタ4bの上部電極43に電気的
に接続されている。この配線層29が図1に示したダミ
ープレート線DPL1に対応している。
【0032】この誘電体メモリ1では、トランジスタ3
aのゲート電極(ワード線15A)に所定の電圧が印加
されると、トランジスタ3aが“オン”となり、ソース
・ドレイン間(不純物領域13A,13B間)が導通す
る。これによりコンタクトプラグ層33を介して誘電体
キャパシタ3aの上部電極33と下部電極31との間に
電圧が印加され、その結果、強誘電体膜32において分
極が起こる。この電圧−分極特性にはヒステリシスがあ
ることから、このヒステリシスを利用して“1”または
“0”のデータの書き込みあるいは読み出しが行われ
る。一方、ダミーセル領域4では、トランジスタ4aが
オンすると、誘電体キャパシタ4bの蓄積電位を参照電
位として発生する。
【0033】本実施の形態の誘電体メモリ1では、ダミ
ーセル領域4において、電気的に作動しないメカニカル
ワード線MWL1(ワード線15D),MWL2(ワー
ド線15F)が設けられ、各ワード線間のピッチがメモ
リセル領域3のワード線間のピッチと同じに大きさに設
定されているので、後述の製造プロセスで具体的に説明
するようにダミーセル領域4においてもメモリセル領域
3と同様に自己整合プロセスを適用することが可能にな
る。
【0034】次に、図4(A)〜(C)ないし図10お
よび図1ないし図3を参照して上記誘電体メモリ1の具
体的な製造方法について説明する。
【0035】まず、図4(A)に示したように、例えば
p型のシリコン基板11上に公知のDRAMプロセスと
同様に、素子間分離用のフィールド絶縁膜12を形成し
た後、ウェル領域およびチャネルストッパ領域等をイオ
ン注入により形成する。続いて、熱酸化によりシリコン
基板11の表面にゲート絶縁膜(SiO2 )14を形成
する。次いで、このゲート絶縁膜14およびフィールド
絶縁膜12上に低抵抗の多結晶シリコン膜とシリサイド
膜(例えばWSi2 )とからなるポリサイド膜を形成し
た後、このポリサイド膜上に例えばSiO2 (二酸化シ
リコン)により形成されたオフセット絶縁膜16を連続
的に形成する。次いで、例えばRIE(Reactive Ion E
tching :反応性イオンエッチング) によりパターニング
し、同一のピッチでワード線15A,15C、ダミーワ
ード線15B,15Eおよびメカニカルワード線15
D,15Fをそれぞれ形成する。その後、ワード線15
A,15C、ダミーワード線15B,15Eおよびメカ
ニカルワード線15D,15F上の各オフセット絶縁膜
16をマスクとしたイオン注入法によりn型不純物例え
ばP(燐)をシリコン基板11内に導入して浅いLDD
領域13を形成する。
【0036】次に、図4(B)に示したように、例えば
CVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長 )
法によりワード線15A,15C、ダミーワード線15
B,15Eおよびメカニカルワード線15D,15Fを
含むシリコン基板11の全面に例えばSiO2 からなる
絶縁膜を形成した後、例えばRIEによりエッチング
(エッチバック)することにより、ワード線15A,1
5C、ダミーワード線15B,15Eおよびメカニカル
ワード線15D,15Fの各側面に自己整合用のサイド
ウォール膜17を形成する。続いて、オフセット絶縁膜
16およびサイドウォール膜17をマスクとしたイオン
注入法により、n型不純物例えばP(燐)をシリコン基
板11に導入してLDD領域13より深い不純物領域
(ソース・ドレイン)13A〜13Cを形成する。
【0037】次に、図4(C)に示したように、例えば
CVD法によりシリコン基板11の表面にSi3
4 (窒化シリコン)からなる絶縁保護膜18を形成し、
この絶縁保護膜18に対してフォトリソグラフィ技術に
よりビットコンタクトパターンの開口18aを形成す
る。
【0038】次に、図5(A)に示したように、例えば
希フッ酸を用いたウェットエッチングによりゲート絶縁
膜14の開口18aに対応する領域を選択的に除去し、
不純物領域13Bを露出させる。
【0039】次に、図5(B)に示したように、例えば
CVD法によりシリコン基板11の表面に不純物例えば
燐(P)を含む低抵抗の多結晶シリコン膜を形成した
後、パターニングして不純物領域13Bに達するコンタ
クトプラグ層(ビットコンタクト)19を形成する。こ
のときワード線15Aとダミーワード線15Bとの間に
はサイドウォール膜17が形成されているため、ワード
線15Aとダミーワード線15Bとの間のピッチよりも
狭い幅のコンタクトプラグ層19が自己整合的に形成さ
れる。
【0040】次に、図5(C)に示したように、シリコ
ン基板11の表面に例えばCVD法によってBPSGか
らなる層間絶縁膜20Aを形成した後、再流動(リフロ
ー)またはCMP(Chemical and Mechanical Polishin
g : 化学的機械研磨)によりその表面を平滑化または平
坦化する。続いて、この層間絶縁膜20Aに接続孔を形
成した後、例えばスパッタリング法によりW(タングス
テン)を堆積させてビット線21を形成すると共に接続
部19Aを形成してビット線21とコンタクトプラグ層
19の上端部を電気的に接続させる。次いで、図10に
示したように、このビット線21の側面に、後述のよう
にコンタクトプラグ層(ノードコンタクト)22,23
を形成する際のワード線の長手方向(図5では紙面に対
して垂直方向)の自己整合化のために、例えばSi3
4 からサイドウォール膜30を形成する。なお、図10
は図2のB−B矢視方向の断面に対応している。
【0041】次に、図6(A)に示したように、シリコ
ン基板11の表面に例えばCVD法によってBPSGか
らなる層間絶縁膜20Bを形成した後、再流動(リフロ
ー)またはCMPによりその表面を平滑化または平坦化
する。続いて、絶縁保護膜(Si3 4 )18の選択比
の大きな条件で、RIEによって層間絶縁膜20B,2
0Aに開口(コンタクトホール)22a,23aを設け
る。
【0042】ここで、図5(C)の工程においてビット
線21にはサイドウォール膜30(図10)が形成され
ている。従って、ノードコンタクト用レジストパターン
のずれに関係なく、開口22a,23aのビット線21
間(すなわち、ワード線の長手方向(図6(A)では紙
面に対して垂直方向))のサイズW1 (ノードコンタク
トサイズ)(図10参照)は自己整合的に決定される。
一方、ワード線15Aとワード線15C、ダミーワード
線15Bとメカニカルワード線15Dとの間にもそれぞ
れサイドウォール膜17が形成されているので、開口2
2a,23aのワード線間のサイズW2 (ノードコンタ
クトサイズ)(図6(A)参照)も自己整合的に決定さ
れる。また、このサイドウォール膜17上の絶縁保護膜
18は、RIEによって層間絶縁膜20B,20Aに開
口22a,23aを形成する際のエンドポイント(終了
点)にもなる。すなわち、絶縁保護膜18が露出した時
点で層間絶縁膜20AのRIEを停止し、続いて、図6
(B)に示したように、RIE等のドライエッチングに
よって露出した絶縁保護膜18を選択的に除去する。更
に、希フッ酸(HF)を用いたウェットエッチングによ
りゲート絶縁膜14を選択的に除去して不純物領域13
A,13Cの表面を露出させる。次いで、例えばCVD
法によりシリコン基板11の表面に不純物例えば燐
(P)を含む低抵抗の多結晶シリコンを堆積させた後、
その表面を例えばCMPにより平坦化し、コンタクトプ
ラグ層(ノードコンタクト)22,23を形成する。
【0043】次に、図7に示したように、層間絶縁膜2
0Bおよびコンタクトプラグ層22,23上に例えばB
PSGからなる層間絶縁膜24を形成した後、セルキャ
パシタおよびダミーキャパシタのパターンを有するフォ
トレジスト膜(図示せず)を形成し、このフォトレジス
ト膜をマスクとしたRIEにより溝部25,26を形成
する。なお、後工程で形成する下部電極31,41、誘
電体膜32,42および上部電極33,43の被覆性が
良くない場合には、溝部25,26の端部(エッジ)を
滑らかにするため、熱処理による再流動(リフロー)を
施すことが好ましい。
【0044】次に、図8に示したように、溝部25,2
6を含む層間絶縁膜24上に例えばCVD法により、例
えば白金(Pt)からなる膜厚100nmの下部電極層
34、例えばSBTからなる膜厚100nmの誘電体膜
層35および例えば白金(Pt)からなる膜厚0.5μ
mの下部電極層36を連続的に成膜する。なお、このと
き層間絶縁膜24と下部電極層34との間の熱膨張係数
が大きく異なり、剥離し易い場合にはTa(タンタル)
やその酸化物等の緩衝層を設けることが望ましい。
【0045】次に、図9に示したように、層間絶縁膜2
4を終点検出層としたCMP法により、下部電極層3
4、誘電体膜層35および上部電極層36の溝部25,
26以外の部分を選択的に除去して、シリコン基板11
の表面を平坦化する。これにより溝部25においては、
下部電極31、誘電体膜32および上部電極33からな
る誘電体キャパシタ3bが、また、溝部26では下部電
極41、誘電体膜42および上部電極43からなる誘電
体キャパシタ4bがそれぞれ形成される。
【0046】次に、前述の図3に示したように、誘電体
キャパシタ3b,4bおよび層間絶縁膜24上に、例え
ばCVD法によってPSGからなる膜厚0.3μmの層
間絶縁膜27を形成する。続いて、この層間絶縁膜27
に接続孔27a,27bを形成したのち、層間絶縁膜2
7上に例えばAl(アルミニウム)を蒸着し、選択的に
エッチングすることにより配線層28,29を形成す
る。なお、必要に応じて接続孔23a,23bにW(タ
ングステン)等を充填するようにしてもよい。以後は通
常の金属配線工程を経て本実施の形態の誘電体メモリ1
が完成する。
【0047】このように本実施の形態に係る誘電体メモ
リ1の製造方法では、ダミーセル領域4に自己整合用の
メカニカルワード線15D,15Fを設け、各パターン
のピッチをメモリセル領域3と同じに大きさに設定する
と共に、メカニカルワード線15D,15Fを含む各ワ
ード線の側面にサイドウォール膜17、また、ビット線
21の側面にサイドウォール膜30をそれぞれ設けるよ
うにしたので、ダミーセル領域4においても自己整合プ
ロセスを適用することができる。従って、微細なノード
コンタクトおよびビットコンタクトを精度良く形成する
ことができ、集積度が向上すると共に製造プロセスが簡
略化される。
【0048】また、本実施の形態では、層間絶縁膜24
に形成するダミーセル4側の溝部26の大きさを適宜調
整することにより、メモリセル領域3側の溝部25より
も大きくすることができるので、従来のプロセスに新た
な工程を追加することなく、最適なダミーキャパシタを
容易に作製することができる。
【0049】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態にお
いては、誘電体キャパシタ3a,4aとしてトレンチ
(溝堀り構造)構造のものについて説明したが、その他
の構造、例えばスタックド(積み上げ)構造の誘電体キ
ャパシタであっても適用することができる。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように請求項1ないし請求
項6のいずれか1に記載の誘電体メモリまたは請求項7
ないし請求項9のいずれか1に記載の誘電体メモリの製
造方法によれば、電気的には作動しない導電線を含め
て、メモリセル領域およびダミーセル領域に渡って複数
の導電線を同一ピッチで設けるようにしたので、キャパ
シタ容量の大きなダミーセル領域においても、コンタク
トプラグ層を形成する際に自己整合プロセスを適用する
ことが可能になり、集積度が向上すると共に製造プロセ
スを簡略化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る誘電体メモリの回
路構成図である。
【図2】図1に示した誘電体メモリのキャパシタ部分の
パターン構成図である。
【図3】図1に示した誘電体メモリの構成を表す断面図
である。
【図4】図3に示した誘電体メモリの製造方法を説明す
るための工程毎の断面図である。
【図5】図4の工程に続く工程毎の断面図である。
【図6】図5の工程に続く工程毎の断面図である。
【図7】図6の工程に続く工程毎の断面図である。
【図8】図7の工程に続く工程毎の断面図である。
【図9】図8の工程に続く工程毎の断面図である。
【図10】図2のB−B矢視方向の断面図である。
【符号の説明】
1…誘電体メモリ、2…センスアンプ、3…メモリセル
領域、3a…トランジスタ(セルトランジスタ)、3b
…誘電体キャパシタ(セルキャパシタ)、4…ダミーセ
ル領域、4a…トランジスタ(ダミートランジスタ)、
4b…誘電体キャパシタ(ダミーキャパシタ)、5…ビ
ットコンタクト、6…ノードコンタクト、11…シリコ
ン基板、12…フィールド絶縁膜、13A〜13C…不
純物領域(ソース・ドレイン)、14…ゲート絶縁膜、
15A,15C…ワード線、15B,15E…ダミーワ
ード線、15D,15F…メカニカルワード線、16…
オフセット絶縁膜、17…サイドウォール膜、18…絶
縁保護膜、19…コンタクトプラグ層(ビットコンタク
ト)、20A,20B…層間絶縁膜、21…ビット線、
22,23…コンタクトプラグ層(ノードコンタク
ト)、25,26…溝部、27…層間絶縁膜、28,2
9…配線層、31,41…上部電極、32,42…誘電
体膜、33,43…上部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/10 G11C 11/22 H01L 21/8242 H01L 27/108

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体キャパシタを有するメモリセル領
    域と、このメモリセル領域に並設して設けられると共
    に、前記メモリセル領域側の誘電体キャパシタよりも蓄
    積容量の大きな誘電体キャパシタを有するダミーセル領
    域とを含む誘電体メモリであって、 メモリセル領域に所定のピッチで設けられた複数の第1
    の導電線と、 ダミーセル領域に第1の導電線とは異なるピッチで設け
    られた複数の第2の導電線と、 ダミーセル領域に互いの間隔が前記第1の導電線間のピ
    ッチと同じになるように前記第2の導電線に隣接して設
    けられた電気的には作動しない第3の導電線とを備えた
    ことを特徴とする誘電体メモリ。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に、誘電体キャパシタを有
    するメモリセル領域とメモリセル領域側の誘電体キャパ
    シタよりも蓄積容量の大きな誘電体キャパシタを有する
    ダミーセル領域とを含む誘電体メモリであって、 メモリセル領域およびダミーセル領域における半導体基
    板内に選択的に設けられた複数の不純物領域と、 メモリセル領域における半導体基板の表面に絶縁膜を介
    して所定のピッチで設けられた複数の第1の導電線と、 ダミーセル領域における半導体基板の表面に絶縁膜を介
    して第1の導電線とは異なるピッチで設けられた複数の
    第2の導電線と、 ダミーセル領域における半導体基板の表面に絶縁膜を介
    して互いの間隔が前記第1の導電線間のピッチと同じに
    なるように前記第2の導電線に隣接して設けられた電気
    的には作動しない第3の導電線と、 前記第1の導電線、第2の導電線および第3の導電線各
    々の側面に設けられたサイドウォール膜と、 このサイドウォール膜によりコンタクトサイズが決定さ
    れると共に前記不純物領域に電気的に接続されたコンタ
    クトプラグ層とを備えたことを特徴とする誘電体メモ
    リ。
  3. 【請求項3】 前記第1の導電線、第2の導電線および
    第3の導電線各々が低抵抗の多結晶シリコン膜およびオ
    フセット絶縁膜の積層構造により構成されたワード線で
    あることを特徴とする請求項2記載の誘電体メモリ。
  4. 【請求項4】 前記ワード線に対して交差する方向に、
    側面にサイドウォール膜が形成されたビット線が配設さ
    れると共に、前記コンタクトプラグ層が、メモリセル領
    域およびダミーセル領域においてそれぞれ前記ビット線
    に電気的に接続されたビットコンタクトを構成すること
    を特徴とする請求項3記載の誘電体メモリ。
  5. 【請求項5】 メモリセル領域およびダミーセル領域に
    おける各誘電体キャパシタは共に前記コンタクトプラグ
    層上の層間絶縁膜に設けられた溝部内に埋め込み形成さ
    れていることを特徴とする請求項3記載の誘電体メモ
    リ。
  6. 【請求項6】 前記コンタクトプラグ層は、メモリセル
    領域およびダミーセル領域において各誘電体キャパシタ
    の一方の電極に電気的に接続されたノードコンタクトを
    構成することを特徴とする請求項5記載の誘電体メモ
    リ。
  7. 【請求項7】 半導体基板上に、誘電体キャパシタを有
    するメモリセル領域とメモリセル領域側の誘電体キャパ
    シタよりも蓄積容量の大きな誘電体キャパシタを有する
    ダミーセル領域とを含む誘電体メモリの製造方法であっ
    て、 メモリセル領域およびダミーセル領域における半導体基
    板上に絶縁膜を介して同一ピッチで複数の導電線を形成
    する工程と、 メモリセル領域およびダミーセル領域における半導体基
    板内に前記複数の導電線間に対応して複数の不純物領域
    を選択的に形成する工程と、 前記複数の導電線の側面にそれぞれサイドウォール膜を
    形成する工程と、 前記サイドウォール膜を形成した後、前記半導体基板上
    に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記各導電線のサイドウォール膜を利用した自己整合プ
    ロセスにより前記層間絶縁膜に前記不純物領域に達する
    開口を形成し、前記開口に導電性材料を埋め込むことに
    よりコンタクトプラグ層を形成する工程とを備えたこと
    を特徴とする誘電体メモリの製造方法。
  8. 【請求項8】 前記複数の導電線が低抵抗の多結晶シリ
    コン膜およびオフセット絶縁膜の積層構造により構成さ
    れたワード線であり、このワード線に形成されたサイド
    ウォール膜を利用してビットコンタクトおよびノードコ
    ンタクトとしてのコンタクトプラグ層を形成することを
    特徴とする請求項7記載の誘電体メモリの製造方法。
  9. 【請求項9】 前記ワード線に対して交差する方向に、
    側面にサイドウォール膜が形成されたビット線を形成す
    ると共に、このビット線のサイドウォール膜を利用して
    ノードコンタクトとしてのコンタクトプラグ層を形成す
    ることを特徴とする請求項8記載の誘電体メモリの製造
    方法。
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