JP3320794B2 - 波状素子接点コンデンサを形成するための方法 - Google Patents
波状素子接点コンデンサを形成するための方法Info
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Description
で、より特定すれば、ダイナミック・ランダムアクセス
・メモリー(DRAM)内に使用するためのセル型コン
デンサに関する。
素よりなる:電界効果型トランジスタ(FET)および
コンデンサである。従来の平板コンデンサを使用するD
RAMセルにおいて、FETより平板コンデンサに使用
される表面積の方が多い。このようなDRAMセルを製
作する上で、ワード線は一般に多結晶シリコン1層をエ
ッチングして作る。シリコン基板の拡散領域は下側のコ
ンデンサ極板(素子ノード)として機能し、それに対し
て多結晶シリコン2は一般に上側コンデンサ極板(セル
側極板)として機能する。
までのDRAMチップでの使用には充分であることが証
明されているが、さらに進化したDRAM世代では使用
不可能であると見なされている。メモリーチップ内の部
品密度が上昇するにつれ、セル・コンデンサの寸法の縮
小によって多数の問題が発生する。第1に、通常の背景
放射のアルファ粒子成分がシリコン基板中に正孔・電子
の対を生成し、これが下側コンデンサ極板として機能す
るようになる。この減少は影響を受けたセルコンデンサ
内に保存された荷電を急速に消失させ、「ソフト」エラ
ーを招来する。第2に、検出増幅器差動信号が減少す
る。これにより雑音感受性が悪化し、適切な信号選択能
力を有する検出増幅器の設計がさらに困難になる。第3
に、セルコンデンサの寸法が減少するため、セル・リフ
レッシュ時間が一般に短縮され、リフレッシュ・オーバ
ーヘッドについてさらに頻繁な割り込みが必要とされる
ことになる。そのためDRAM設計者の困難な目標は、
セル寸法が縮小するにつれ、製品歩留りを悪化させるま
たは製造工程においてマスク処理および拡散段階の工程
数を大幅に増加させる処理を見直すことなく、セル容量
を増加させるまたは少なくとも維持させることにある。
平板コンデンサに基づくセル設計を行なっている。2種
類の基本的コンデンサ設計が現在使用に供されている。
一つはトレンチ(溝)型コンデンサであり、もう一つは
スタックコンデンサである。両形式の非平板コンデンサ
とも平板コンデンサに比べ製造時のマスキング、拡散、
エッチング段階数を大幅に増加させる必要がある。
ンサの水平方向に対向して、荷電は第1に垂直方向に保
存される。トレンチコンデンサは基板中にエッチングさ
れた溝内部に製造されることから、平板コンデンサ同様
に典型的なトレンチコンデンサもソフトエラーを発生さ
せ得る。さらに、トレンチの設計に固有の他の問題が幾
つか存在する。問題の一つはトレンチ間の荷電漏洩で、
これは隣接トレンチ間の寄生トランジスタ効果により発
生する。もう一つの問題は製造工程の間にトレンチを完
全に清掃するのが困難なことである。トレンチの完全な
清掃の失敗は故障セルを発生させる。
チ型設計に比べ幾分信頼性が高く製造が簡単であること
が証明されている。典型的なスタックコンデンサの下側
および上側極板は独立した多結晶シリコン層から形成さ
れ、スタックコンデンサは一般に平板またはトレンチコ
ンデンサに比べソフトエラーに対する感受性が低い。ワ
ード線およびディジット線をコンデンサ層の下に配置す
ることにより、また下側層を埋め込み接点を用いて基板
と接触させることにより、メーカー数社はコンデンサの
縦方向の部分が全荷電保持能力に大幅に寄与するスタッ
クコンデンサ設計を作り出している。スタックコンデン
サは一般にセルの全領域(セルのアクセスFETを含
む)を包括するだけではなく、隣接フィールドの酸化領
域も含み、キャパシタンスは平板セルから利用できるも
の以上に大幅に拡張される。欠点としては、基板接点領
域に対する下側コンデンサ極板の精密な位置合わせが最
も決定的であることから製造工程が複雑になる点であ
る。下側コンデンサ極板と基板接点領域の間の接触量を
最大限にとるのも難しい。
ビット世代で多くの専門家が広く選択していると見なさ
れ、トレンチコンデンサは16メガビット世代およびそ
れ以上で最良の選択であると見なされている。トレンチ
がアレイの構造に影響することなく容量を増加するため
に深く製作できるためである。
度/大容量DRAM製造工程における記憶セル表面領域
を最大限に確保することを目的とする。本発明は4メガ
ビット世代およびそれ以上に適用可能である。表面領域
は基板接点領域に対し位置合わせが最重要課題ではな
く、波状の側壁を有する記憶接点コンデンサを製造する
ことで増加する。処理工程は単純化され、歩留りの向上
によってエラー率が減少する。
ト蒸着で予め保護されている誘電性オーバーレイFET
およびワード線の初期層を蒸着および平面化することで
実現される。エッチング停止層を使用することによって
後のコンデンサ領域のパターン整形が決定的ではなくな
る。実際に、マスクは既に製作されたほかの層を障害す
ることなく基板からコンデンサへの接触領域より大きな
領域を決定できる。この特徴により、基板接点へ最大限
のコンデンサが製作可能になり、DRAM装置の寸法を
増加させることなく容量を増加できる。
一方から他方へ向かう湿潤エッチングのいずれかを有す
る誘電性材料の交互の層を蒸着させ、マスクしてエッチ
ングを行なうことで記憶接点コンデンサ形成のための決
定的ではない開口を形成することが出来る。
以上の形式の蒸着層が湿潤エッチングにより消費される
ことから、将来のコンデンサを形成する開口部は波状の
側壁を有する。波状側壁はコンデンサ形成により影響さ
れるDRAM領域を最小限としつつキャパシタンスを増
加させる。
止層の除去後、記憶ノードコンデンサ平板と、誘電性お
よび上側コンデンサ平板を含むコンデンサ層がブランケ
ット蒸着される。こうして得られたコンデンサは、接点
領域に自己整合する側壁とコアを有するプラグである。
コアと側壁は基板上部表面に対し実質的に垂直である。
フィンガは誘電性が湿潤エッチングによって消費された
コアへ垂直に延在する。フィンガはうねりに有効に作用
する。
によって完了する。
する記憶セルと8.6平方μmのコンデンサが得られ
る。
的ではなく、波状側壁を有する記憶コンデンサを実現す
ることにより高密度/大容量DRAM製造工程において
記憶セル表面領域を最大限に確保することを目的として
いる。工程の手順は図1から図17に図示してある。
点と接触をなし、一方コンデンサは隣接セルの活動領域
へ延出する。アレイ内の各活動層はそれぞれが薄い酸化
膜によって絶縁されている。活動領域は相互に指状の桁
で、相互に指状をなさない列として、または縦横の両方
向に単に並列および直線状の配置ができる。活動領域は
活動金属酸化膜半導体(MOS)トランジスタを形成す
るために使用され、これらは所望する用途にしたがって
NMOSまたはPMOS型電界効果型トランジスタ(F
ET)として蒸着され得るものである。
質的に平坦な領域酸化部分1および将来の活動領域2
(これらの基板領域は領域酸化物で被覆されない)を生
成するための従来の局部的シリコン酸化(LOCOS)
または特殊なLOCOS処理を施した後の工程中のDR
AMセルの断面図が示してある。領域酸化の生成は、シ
リコン酸化物の熱成長する誘電層4に先行する。図示し
たセルは同じに製造されメモリーアレイを含む多数のセ
ルの一つである。領域酸化部分1および誘電層4の生成
に続き、第一の導電性拡散多結晶層10、金属シリカ層
15、および厚い窒化層20が蒸着される。これらの層
はパターンに区切られてエッチングされ、ワード線21
および電界効果型トランジスタ(FET)を形成する。
導電性の拡散多結晶層10はFETのゲート領域を形成
し、軽く拡散しているソース/ドレイン領域25および
強く拡散したソース/ドレイン領域30から誘電層4に
よって絶縁される。軽く拡散したソース/ドレイン領域
25は硫黄注入を用いて生成される。二酸化シリコン緩
衝層の蒸着、含浸、および反応イオンエッチング(RI
E)は強く拡散したソース/ドレイン領域30を生成す
るために使用されるヒ素注入をオフセットする主スペー
サー35を生成している。
21の形成が望ましいが、他の製造方法もまた実現可能
で、恐らく同等に活用可能である。以下の段階は本発明
の記憶コンデンサを生成するための好適実施例の方法を
表す。
40はブランケット蒸着される。子のエッチング停止層
40は以降のエッチング段階の間にエッチング停止作用
を行なう。エッチング停止作用の実行に適切な材料に
は、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、シリコ
ンカーバイド、バリウム酸化物、および何らかのエッチ
ング停止セラミック材料が含まれる。
望ましい誘電層45はそれまでに形成された全ての構造
を被覆するように蒸着される。誘電層45は平滑化され
る。化学的機械的研磨(CMP)は平滑化における好適
方法である。
的に一方から他方に向う湿潤エッチングを有する誘電性
材料の交互の層で被覆される。SiO2 、遅いエッチン
グ層50、Si3 N4 、速いエッチング層55が好適誘
電体であるが、オゾン4エチルオルソシリカ酸(TEO
S)およびPTEOSまたはその他の組合わせを用いる
こともできる。多結晶シリコン薄膜を交替層の一つとし
て用いることが出来る。この場合、後のエッチングの間
に層を露光した後で酸化段階が必要となる。
は、強く拡散した領域30の埋め込み接点領域と製作さ
れたコンデンサの後の接触のために決定的ではないメモ
リーセルの位置を決定する。図5では誘電層50、5
5、45はRIEエッチングされており、開口60を形
成する。マスクの位置合わせは先行するエッチング停止
層40の蒸着により決定的でなくなる。マスク59は既
に形成された構造の統合性を妥協することなく広い開口
60を決定する。開口60が広く出来るためコンデンサ
製作で利用可能な基板接触領域および縦方向の領域が最
大限に確保され、これによってキャパシタンスを増大す
る。キャパシタンスの増加に加え、エラー率が低下し、
歩留りが向上する。パターンで決定的な直径(C.
D.)を最小限にするために最適ポリマースペーサー技
術を用いる。
的にまた等方性にエッチングされる。エッチングはSi
3 N4 を含む速いエッチング層55を消費し、波状の側
壁61を形成する。うねりは開口60から垂直に延出し
それぞれが対抗する方向に延出する水平補助フィンガを
有するフィンガ62に類似する。たとえば、フィンガ6
2aおよび62bは補助である。この等方性エッチング
およびRIEエッチングの間に、エッチング停止層40
は多結晶シリコンへの接点の自己整合を行ないエッチン
グ停止層として機能する。多結晶シリコンが交替層の一
つに選択されている場合、酸化処理が等方性エッチング
の後でエッチング停止層のエッチングの前に実施される
必要がある。
の間に露出されたエッチング停止層40がBCl3 加C
l2 による乾式エッチングまたは、エッチング停止層4
0がAl2 O3 の場合はH3 PO4 を用いる湿潤エッチ
ングで除去される。エッチング停止層のエッチングは誘
電層45、50、55または主スペーサー35のいずれ
の統合性にも影響することなく実施される。エッチング
停止層40のエッチングは基板を露出させ、これによっ
てコンデンサが形成し得る埋め込み接点領域65が提供
される。
れている。拡散多結晶層は素子ノードコンデンサ極板7
0として機能し、拡散によって素子ノードコンデンサ極
板の誘電計数を増大する。素子ノードコンデンサ極板の
領域は縦方向のトレンチ内に作られた素子ノードコンデ
ンサ極板の領域上で大幅に増大する。この増加領域はD
RAM装置のダイの寸法を増加させることなしに実施さ
れる。領域内の増加はキャパシタンスにおける正比例の
増加をもたらす。
ンが作られてエッチングされ、同じに製作された複数の
素子コンデンサの下側コンデンサ極板を相互に絶縁する
ための開口75を形成する。
0(セラミック)が蒸着され、その場拡散の多結晶層が
上側コンデンサ極板85を形成するように蒸着される。
セルの誘電層80はSi3 N4 が望ましい。その場拡散
多結晶層はコンデンサに正孔も充填する。さらに厚い蒸
着を続けて行ない硫黄による拡散が行なわれる場合は、
非その場拡散多結晶層を用いることもできる。いずれの
場合も、拡散が抗して形成されたコンデンサ極板の誘電
定数を増加させる。
れ、上側コンデンサ極板85を続けて形成された相互接
続線から絶縁するために、上側コンデンサ極板を被覆す
る。好適絶縁材料はSiO2 である。
層40上のSi3 N4 の誘電層80への選択性を有する
RIEを用いてエッチングされ、マスク95によって実
質的に決まる開口94を形成する。図13に示した上面
図は、マスク95が接触プラグを形成し得る開口94の
ための特定領域を決定することを示したものである。破
線100は図12に示した断面を表す。
れ、露出した多結晶層を絶縁層105で絶縁する。エッ
チング停止層40は基板3の酸化を防止する。絶縁材料
90の何らかの酸化は非決定的である。第2属金属が接
地接続に使用されている場合上側極板の露光/エッチン
グ段階を省略することが可能である。
開口94のソース/ドレイン領域25を被覆しており、
抽出されることで(含浸処理によって)ソース/ドレイ
ン領域25を露出する。エッチング停止層40の除去
後、金属化処理を開始する。多数の金属化処理の内の一
つが本発明を毀損することなく実現できるが、以下に示
す処理段階が望ましい。
10の蒸着および平滑化である。
するための導電性相互接続線115の製作である。
による断面図で、本発明の波状素子接続コンデンサが示
してある。誘電材料の交互の層のエッチングで本発明の
波状の特徴140が形成される。誘電層145は素子ノ
ードコンデンサ極板150と上側コンデンサ極板155
の間に挟まれている。
図で、シリコン基板上に形成された電界効果型トランジ
スタ(FET)およびワード線を示す。
のウエハ部分の断面図である。
図2のウエハ部分の断面図である。
有する誘電性材料の交互の層の蒸着を行なった後の図3
のウエハ部分の断面図である。
行なった後の図4のウエハ部分の断面図である。
のウエハ部分の断面図である。
断面図である。
面図である。
った後の図8のウエハ部分の断面図である。
後の図9のウエハ部分の断面図である。
面図である。
のマスクおよびエッチングを行なった後の図11のウエ
ハ部分の断面図である。
したマスクおよびエッチングによって提供された開口部
を示す。
2のウエハ部分の断面図である。
除去後の図14のウエハ部分の断面図である。
部分の断面図である。
部分の断面図である。
細なパターン写真を表わす本発明の波状記憶接点コンデ
ンサの顕微鏡断面写真である。
Claims (10)
- 【請求項1】 半導体装置内に少なくとも一つの波状素
子接点コンデンサを形成するための方法であって、 a)エッチング停止層(40)を形成して予め作成して
ある構造(21、22)および上記半導体装置の基板
(3)を被覆することと、 b)エッチング可能な材料による2種類の交互の層(5
0、55)を、異なる種類の層が相互に接触するように
形成して、接触する上記異なる種類の層が実質的に異な
るエッチング率を有するようになすことと、 c)上記基板(3)の接点領域(65)を被覆する上記
エッチング停止層(40)の少なくとも一部を露出する
ために上記2種類の交互の層(50、55)内に開口
(60)を設けることと、 d)上記2種類の交互の層(50、55)をエッチング
するときに、上記2種類の交互の層(50、55)のう
ち速いエッチング速度を有する層が、上記2種類の交互
の層(50、55)のうち遅いエッチング速度を有する
層より実質的に多く消費されるようになすことと、 e)上記接点領域(65)を露出するために上記エッチ
ング停止層(40)を除去することと、 f)上記2種類の交互の層(50、55)と上記接点領
域(65)を接続するための第1の導電層(70)を設
け、上記第1の導電層(70)が第1のコンデンサ極板
を形成するようになすことと、 g)上記第1の導電層(70)と接続された誘電層(8
0)を形成することと、 h)上記誘電層(80)と接続された第2の導電層(8
5)を設け、上記第2の誘電層(85)が第2のコンデ
ンサ極板を形成するようにすることよりなることを特徴
とする方法。 - 【請求項2】 a)上記エッチング停止層(40)の上
記蒸着の後であって、かつ上記2種類の交互の層(5
0、55)を蒸着する前に、絶縁層(45)を蒸着させ
ることで、上記2種類の交互の層(50、55)が実質
的に上記絶縁層(45)上で選択的にエッチング可能で
あるようになし、上記絶縁層(45)が上記エッチング
停止層(40)を被覆し上記予め作成してある構造(2
1、22)の間のへこみを充填するようになすこと、 b)上記絶縁層(45)を平滑化することを更に含むこ
とを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 上記開口(60)の上記作成はさらに、
上記基板(3)の上記接触領域(65)を被覆する上記
エッチング停止層(40)を露出するために、上記2種
類の交互の層(50、55)および上記絶縁層(45)
をエッチングすることを含み、上記エッチングで上記絶
縁層(45)並びに上記2種類の交互の層(50、5
5)に側壁を形成し、上記側壁が実質的に上記基板
(3)の上部表面に垂直であることを含むことを特徴と
する請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 上記2種類の交互の層(50、55)の
上記エッチングが少なくとも上記側壁(61)に一つの
うねりを形成することを特徴とする請求項3に記載の方
法。 - 【請求項5】 上記第1の導電層(70)の上記作成は
さらに、上記絶縁層(45)と、上記2種類の交互の層
(50、55)と、上記接点領域(65)を接触させる
ための上記第1の導電層(70)の蒸着を含むことを特
徴とする請求項2に記載の方法。 - 【請求項6】 上記エッチング停止層(40)がアルミ
ニウム酸化物、アルミニウム窒化物、シリコン炭化物、
バリウム酸化物、およびセラミックを含む素材群から選
択されることを含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 上記2種類の交互の層(50、55)の
蒸着は、 第1の誘電層(55)および第2の誘電層(50)の交
互の蒸着からなることを特徴とする請求項2に記載の方
法。 - 【請求項8】 上記第1の誘電層(55)が上記第2の
誘電層(50)より速いエッチング速度を有し上記絶縁
層(45)を被覆しかつ上記絶縁層(45)と接触する
ように最初に蒸着されることを特徴とする請求項7に記
載の方法。 - 【請求項9】 上記第1の誘電層(55)がSi3N4で
あり上記第2の誘電層(50)がSiO4 であることを
特徴とする請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 一つの半導体装置内に複数の波状素子
接点コンデンサを形成するための方法であって、 a)予め作成してある構造(21、22)および上記半
導体装置の基板(3)を被覆するようにエッチング停止
層(40)を蒸着させることと、 b)上記エッチング停止層(40)を被覆し、かつ上記
予め作成してある構造(21、22)の間のへこみを充
填するように絶縁層(45)を蒸着させることと、 c)上記絶縁層(45)を平滑化することと、 d)エッチング可能な材料からなる2種類の交互の層
(50、55)を、種類が異なりかつ実質的に異なるエ
ッチング速度を有する層が相互に接触するように蒸着さ
せ、上記2種類の交互の層(50、55)が上記絶縁層
(45)を被覆し、上記2種類の交互の層(50、5
5)が上記絶縁層(45)の上で実質的に選択的にエッ
チング可能であるうになすことと、 e)上記絶縁層(45)および上記2種類の交互の層
(50、55)の複数部分を保護するために、上記2種
類の交互の層(50、55)をパターンを作ってあるフ
ォトレジストでマスキングすることで開口を設けること
と、 f)上記開口(60)を形成し、上記開口(60)のそ
れぞれで上記基板(3)の接点領域(65)の少なくと
も一部を被覆する上記エッチング停止層(40)を露出
するために、上記絶縁層(45)および上記2種類の交
互の層(50、55)をエッチングして、上記開口(6
0)が上記絶縁層(45)と上記2種類の交互の層(5
0、55)による側壁を有し、上記側壁が実質的に上記
基板の上部表面に対し垂直をなすことと、 g)上記絶縁層(45)上の上記2種類の交互の層(5
0、55)を選択的にエッチングすることにおいて、上
記2種類の交互の層(50、55)のうち速いエッチン
グ速度を有する層が、上記2種類の交互の層(50、5
5)のうち遅いエッチング速度を有する層より実質的に
多く消費され、上記エッチングが上記側壁(65)にう
ねりを形成するようになすことと、 h)上記接点領域(65)を露光するために上記エッチ
ング停止層(40)をエッチングすることと、 i)上記2種類の交互の層(50、55)と、上記絶縁
層(45)と、上記接点領域(65)が接触するように
第1のコンデンサ層(70)をブランケット蒸着させる
ことと、 j)上記第1のコンデンサ層(70)をマスキングし、
上記マスキングで複数のコンデンサ領域を設けること
と、 k)上記複数のコンデンサそれぞれについて上記第1の
コンデンサ層が個々の第1のコンデンサ極板に分割され
るように上記第1のコンデンサ層(70)をエッチング
することと、 l)少なくとも上記個々の第1のコンデンサ極板を被覆
するように誘電層(80)をブランケット蒸着させるこ
とと、 m)上記誘電層(80)を被覆するように第2のコンデ
ンサ層(85)をブランケット被覆することで、上記第
2のコンデンサ層(85)が上記複数のコンデンサそれ
ぞれの第2のコンデンサ極板を形成し、上記複数のコン
デンサそれぞれの上記第2のコンデンサ極板が相互に電
気的に連通することを特徴とする方法。
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