JP3359644B2 - 集積半導体メモリ装置の製造方法 - Google Patents
集積半導体メモリ装置の製造方法Info
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Description
der Halbleiterelektronik",Springer 1991年第4版、
第256頁以下から公知である。ここで記載されているの
は、つぎのようなメモリコンデンサを有するメモリセル
である。すなわちこのメモリコンデンサの電極の1つは
ほぼ平坦な板で形成されかつメモリ装置の主面に平行に
配置されている。メモリコンデンサの容量は周知のよう
にコンデンサの面積に依存する。集積密度が上昇し、ひ
いてはこれに伴ってメモリ装置が小さくなるにつれてメ
モリコンデンサの容量が可能な限り減少することがない
ようにするために、上記の文献は、メモリコンデンサを
トレンチコンデンサとして形成することが提案されてい
る。このトレンチコンデンサは、メモリ装置の主面にな
べ形状に設けられている。このメモリコンデンサの実現
手法は、先に述べたものに比べて格段に実現コストが高
い。
維持するための別の手法は、US5290726から公知であ
る。ここでは、メモリコンデンサをフィン積層形コンデ
ンサとして実現することが記載されている。このフィン
積層形コンデンサは、メモリセルの選択トランジスタの
上に設けられている。この実現形態ではメモリコンデン
サの第1電極は、相並びかつ上下に重なった複数のフィ
ンガー部を有する横断面を有している。これは電極面積
ひいてはコンデンサ面積を、第1電極を板状に形成する
手法に比して大きくするためである。このようなメモリ
コンデンサの実現方法は、選択トランジスタの上にその
最小面の内側にコンデンサを実現することができる所定
の最小面を前提とする。集積密度が上昇するのに伴っ
て、コンデンサを実現するために必要な最小面を用意す
ることは困難となっている。さらに上記のコンデンサ構
造は製造方法が極めて繁雑である。
な半導体メモリ装置の製造方法がすでに公知である。こ
のメモリ装置の特徴はメモリコンデンサにある。ここで
は複数の第1電極は、電極板として形成され、間隔が開
けられて上下に重なっており、かつ半導体メモリ装置の
上側の主面に対して平行に設けられている。これらの電
極板はそれぞれ、接続接触プラグによってメモリセルの
選択トランジスタと電気的に接続されている。ここの図
3Bによれば、それぞれの接触接続プラグは、それぞれの
電極板への距離に応じて種々異なる長さで形成されてい
る。
を有する、メモリコンデンサを備えた半導体メモリ装置
が記載されている。
いコンデンサ面積ないしは、十分に大きな容量を容易に
提供する集積半導体メモリ装置の製造方法を提供するこ
とである。
によって解決される。
する従属請求項に記載されている。
つぎの方法ステップを有する。
タと、半導体基体の主面上に設けられていて、メモリセ
ルの選択トランジスタのそれぞれ1つと電気的に接続さ
れている、アクセス用の接触接続点とを備えた半導体基
体を準備するステップと、 b) すべての電極層と絶縁層とをデポジットし、引き
続き接触接続プラグに対する孔を前記のそれぞれの接触
接続点上にエッチングし、前記孔を導電性材料によって
充填し、前記電極板は、突き出した突出部において前記
導電性材料によって接触接続し、前記接触接続プラグの
上端部の上に絶縁層をデポジットするステップと、 c) 前記半導体基体の主面に対して垂直に配置される
溝を、電極材料から成るすべての層を貫通してエッチン
グするステップと、 d) 電極材料から成る複数層の間に絶縁材料をつぎの
ように等方性エッチングするステップ、すなわち前記接
触接続プラグを前記絶縁層で取り囲まんだままで、前記
の電極材料から成る複数層を、電極板の形状で前記溝の
中に突出するように等方性エッチングするステップと、 e) 誘電体層を前記電極板上に同じ形にデポジットす
るステップと、 f) メモリコンデンサ用の第2電極を形成するため
に、前記溝を少なくとも1つの導電性材料によって充填
するステップとを有する。
ポジットし、引き続き接触接続プラグに対する孔をそれ
ぞれの接触接続点の上にエッチングし、導電性材料を充
填する。この場合には接触接続プラグはすべて同じ長さ
であり横から、電極板の突き出した突出部と電気接続し
ていることになる。相異なる上下に重なって配置された
電極板に相互に位置をずらされて配置された突出部によ
って、それぞれ1つの接触接続プラグだけが1つの電極
板に接触接続する。メモリコンデンサの対向電極、すな
わち第2電極との短絡を回避するために、接触接続プラ
グの上端部の上にもう一層絶縁層をデポジットし、接触
接続プラグの端部を覆う必要がある。
の接触接続プラグに対して1回だけ行えばよいという利
点を有する。これはプロセスの簡易化を意味している。
料または強誘電体材料を使用することができる。この場
合には電極は、少なくともこの誘電体対向側に例えばP
t,Ru,Ir,Pdなどの希金属または例えばIrO2,RuO2,LaSrCo
Oxなどの酸化物を有するか、または電極全体がこれらの
材料から構成される必要がある。対向電極に対しては、
上に挙げた材料のうちの1つを誘電体の上に同じ形で薄
い層としてまずデポジットし、残りの溝に別の導電性の
材料例えばポリシリコンを充填することが考えられる。
セルの1つのグループの第1電極はそれぞれ、電極板か
ら形成され、隔てられ互いに上下に重なって、かつ半導
体メモリ装置の主面に対して平行である。さらにこれら
の第1電極板はそれぞれ、1つの接触接続プラグによっ
てこのグループのメモリセルの選択トランジスタと電気
的に接続されている。ここでメモリセルのグループの接
触接続プラグはそれぞれ、それぞれの電極板に対する間
隔に応じて異なる長さに形成されている。
イッチ状に形成されている。ここでこれらの電極板のそ
れぞれ別々に1つの接触接続プラグを介してメモリセル
の選択トランジスタと接続されている。電極板をサンド
イッチ状に構成することにより極めて簡単に、電極板が
半導体基体の上で隣接するメモリセルのセル面に突き出
すことができ、これにより所要の大きさの電極面積が得
られ、ひいてはメモリコンデンサの容量を増加させるこ
とができる。
ルの選択トランジスタのソース領域と電気的に接触接続
しており、この接触接続プラグは電極板の板平面に対し
て実質的に垂直である。
のセル面に電極板が突き出すだけで既に十分であるが、
電極板を大きく選択して、この電極板が複数のメモリセ
ルに突き出すようにすることによって、メモリコンデン
サの容量を増すことができる。
ってまたは相互に並んでされたn個のメモリセルを有す
るように構成されている。これらのメモリセルは、n個
の接触接続プラグのうちのそれぞれ1つを介して、上下
に配置されたn個の電極板と電気的に接触接続される。
ここでnは2より大きい自然数、例えばn=4である。
集積半導体メモリ装置の1つのメモリアレイにおけるメ
モリセルの個数は通例2の乗数であり、有利にはn=2m
となるように選択する。ここでmは自然数であり、1,2,
3,4,…である。
囲まれており、この絶縁層から電極板が共通に1つの方
向に突き出している。
は、メモリセルの1つのグループのそれぞれの第1電極
の、上下に配置された電極板はそれぞれ、メモリセルの
別のグループのそれぞれの電極の、上下に配置された第
1電極と所定の間隔で対向して配置されている。これに
よってメモリセルの2つのグループの、対向する第1電
極の間に、第2電極として使用される対向電極を配置す
ることができる。ここでこの対向電極と、メモリセルの
それぞれの第1電極を形成する電極板との間に誘電体層
が配置される。
装置の実質的な利点は、メモリコンデンサが、メモリセ
ルの基本面に限定されないことである。メモリコンデン
サはむしろ、複数のメモリセルに対してまとめられ、上
下に配置される。したがってn個のメモリセルをまとめ
た場合には、それぞれのメモリコンデンサならびにこの
メモリコンデンサの電気線路に対して、n*セル面の基
本面が使用される。
する。
に対する配置図を示す。ここでは、メモリセルのメモリ
コンデンサの電極板は、隣接するメモリセル面に突き出
している。
ランジスタを備えた半導体基体の上主面の高さ、および
上下に配置された電極板のそれぞれの高さで切った種々
異なる概略断面図である。
よび接触接続プラグの構成を3次元に概略的に示す図で
ある。
リ装置におけるメモリコンデンサの断面図である。
同じ部分、同じ意味を示している。
れた集積半導体メモリ装置の実施例が示されている。図
1は、メモリアレイの平面図である。このメモリアレイ
は、類似に形成された多数(ここでは128)のメモリセ
ル1を有している。図示のメモリアレイではそれぞれの
メモリセル1は、幅4Fとセル高さ2Fのセル面を有する。
したがって1つのメモリセルのセル面積は計8F2であ
る。図示のようにそれぞれのメモリセルは、それぞれ4
つのメモリセル1を有するグループA,Bにまとめられて
いる。ここで図示のメモリアレイは、グループAおよび
グルーブBを備えた、計16個の同一のグループ対を有す
る。(注:Fはいわゆる「フィーチャサイズ」を表してい
る。これは集積回路において製造可能な最小の構造であ
る。Fは使用した技術に依存し、ほとんどの場合には写
真平板の解像度によって決定される。したがってFは使
用した、集積回路の製造技術に固有な単位長さのであ
る。) 図1に示した実施例では、グループAのメモリセル1
にはそれぞれ、セル面の左半面に後述する接触接続プラ
グ14,24,34および44が設けられておりそれぞれのグルー
プBのメモリセル1にはそれぞれ、セル面の右半面に接
触接続プラグ14,24,34および44が設けられている。これ
らの接触接続プラグ14,24,34および44は、集積メモリ装
置の半導体基体の主面から、図1を見る人の側に延びて
いる。これらの接触接続プラグはそれぞれ、メモリセル
のメモリコンデンサの第1電極を形成する電極板を接触
接続するために使用されている。これらの接触接続プラ
グ14,24,34および44は、それぞれの電極板に対する電気
的接続部を除いて、絶縁層16によって取り囲まれてい
る。図1の概略図が示すように、絶縁層16はそれぞれ、
上から見た場合にはすでに接触接続プラグ14,24,34およ
び44が配置されている、メモリセルのセル面の半分を占
めている。
極12は、メモリセル1のそれぞれのグループの例えば接
触接続プラグ14と電気的に接続されている。この電極板
12はそれぞれ、グループAないしはBに所属するメモリ
セル1のセル面の、まだ何もない半面にまで延びてい
る。しかし電極板12は隣接するセル面の外枠にまでには
突き出していない。これによって、このメモリアレイを
上から見た場合には、メモリセル1のグループA,Bの個
々の電極板12の間には、間隙9が残る。この間隙9は、
絶縁層と対向電極とを挿入するために必要であり、図4
に関連してさらに後述する。
れ1Fの大きさを有するとすると31F2の面積を有する。こ
の値は当然、より多くのメモリセル1をグループAない
しはBにまとめて、電極板12を別のメモリセル1の相応
に多くのセル面に延在させれば、増やすことができる。
しかしこの場合には、上下に重なり合う電極板も相応に
増やす必要がある。
レイの5つの異なる断面a,b,c,dおよびeを示してい
る。それぞれの断面は、メモリ装置の主面に平行に、メ
モリセル1の2つの対向するグループAないしはBに対
して示したものである。矩形のセル面は参照符号10で示
されている。図2aは、接触接続点7の高さにおいて示し
た断面である。この接触接続点7は、選択トランジスタ
が埋め込まれている半導体基体の主面に存在する。この
接触接続点7はそれぞれ、このような選択トランジスタ
のソース領域と電気的に接続されている。
いる。これは既に図1で説明した。しかしこの図2bで
は、接触接続プラグ14が電極板12と電気的に接続されて
いることがよく分かる。この電極板12はこのためにL字
形に形成されている。残りの接触接続プラグ24,34およ
び44は、接触接続プラグ14よりも長く形成されているた
めに見ることができる。参照符号16は、ここでも接触接
続プラグ14,24,34および44を取り囲む絶縁層を示してい
る。
おける断面図が示されている。電極板22および32は同様
に、鼻のような形状でそれぞれの接触接続プラグ24,34
および44の方向に突き出しており、それと電気的に接触
接続している。それぞれの断面図から分かることは、接
触接続プラグ16が最も長いことである。これは接触接続
点から最も離れた電極板42と接触接続するためである。
接触接続プラグ14,24,34および44は、図2aの接触接続点
7をそれぞれ、電極板12,22,32および42のうちのただ1
つと接続している。
ならびに電極板12,22,32および42の構成が3次元的に概
略的に示されている。この図から分かるように、電極板
12,22,32および42は、電極板12,22,32および42は相互に
平行に配向され、相互に隔てられ、絶縁層16から突き出
している。接触接続プラグ14,24,34および44は、絶縁層
16に埋め込まれている。また「舌の形状をした接触接続
部」ないしは鼻の形状をした、電極板12,22,32および42
の突出部12a,22a,32aおよび42aも絶縁層16に埋め込まれ
ている。
ずすべての電極層および絶縁層がデポジットされ、引き
続き接触接続プラグ用の孔をそれぞれの接触接続点上に
エッチングし、導電性材料を充填する。ここではすべて
の接触接続プラグの長さは同じである。このことは図3
では破線で示した接触接続プラグ14'についてのみ示さ
れている。この接触接続プラグ14'は、電極板12の舌の
形状をした接触接続部ないしは鼻の形状の突出部12aだ
けによって接触接続している。
断面図を示している。ここで断面は電極板12,22,32およ
び42の板平面に垂直に切ったものである。この図からわ
かるように、メモリセル1のグループAおよびBの電極
板12,22,32および42は対を成しており、端面が離間され
て対向している。電極板12,22,32および42のむき出しの
面は一様に誘電体層52に取り囲まれている。この誘電体
層52は断面で見ると、メアンダ状に電極板12,22,32およ
び42を取り囲んでいる。残りの中間部は導電層によって
充填されている。この導電層は、対向電極ひいてはメモ
リセルに対する第2電極として使用されている。この対
向電極50は例えば集積半導体メモリ装置の基準電位と接
続されている。
置されている。この断面図では最も短い接触接続プラグ
14だけを見ることができる。この接触接続プラグ14は、
別の接触接続プラグ24,34および44と同様に選択トラン
ジスタのソース領域2と接触接続している。ソース領域
2の隣りには、ビットライン5と電気的に接触接続して
いるドレイン領域3が存在する。ドレイン領域3とソー
ス領域2との間には、図示していないゲート領域ならび
に、集積メモリセルには必須のワードライン4がある。
テップによって製造することができる。集積半導体メモ
リ装置の最終の導体路面の上面に、複数層の電極材料例
えば金属または高濃度にドーピングされた、シリコンま
たはガリウム砒素などの電極材料と、絶縁材料とをデポ
ジットする。それぞれの層は例えば相互に等間隔に隔て
られている。付加的には電気的な接続用に孔をそれぞれ
の接触接続点7の上にエッチングし、引き続き導電性の
材料を充填し、接触接続プラグ14,24,34および44を形成
する。引き続きすべての電極板12,22,32および42を通る
垂直な溝(図4の破線で示した溝の線11を参照)をエッ
チングする。絶縁材料16の等方性エッチングによって、
電極板12,22,32および42の電極材料は、薄い板状で溝の
中へ突き出る。引き続き誘電体層52を形成するために誘
電体を、電極板12,22,32および42の上に同じ形に施す。
このためには例えばCVDプロセスが有利である。つぎの
ステップでは、対向電極50を形成するための導電性材料
によって溝を充填する。
Claims (3)
- 【請求項1】メモリコンデンサを有する集積半導体メモ
リ装置の製造方法において、 つぎの方法ステップを有する、すなわち a) メモリ装置のメモリセル(1)に対する選択トラ
ンジスタと、半導体基体の主平面(8)上に設けられて
いて、前記メモリセル(1)の前記選択トランジスタの
それぞれ1つと電気的に接続されているアクセス用の接
触接続点(7)とを備えた半導体基体を準備し、 b) 相互に上下に重なりかつ相互に異なる電極板(1
2,22,32,42)の複数の層および絶縁材料(16)をデポジ
ットし、ここで前記電極板(12,22,32,42)はそれぞ
れ、該電極板が所属する接触接続点(7)の方向に突き
出した突出部(12a,22a,32a,42a)を有し、 c) 電極材料と絶縁材料(16)とから成る全体の層を
貫通してエッチングし、それぞれの接触接続点(7)の
上に主平面(8)までに至る孔を形成し、該孔を導電性
材料により充填して、接触接続プラグ(14,24,34,44)
が形成されるようにし、ここで前記電極板(12,22,32,4
2)、該電極板の前記突出部(12a,22a,32a,42a)におい
て前記導電性材料によって接触接続されており、 d) 前記接触接続プラグ(14,24,34,44)の上端部の
上に絶縁層をデポジットし、 e) 電極材料と絶縁材料(16)とから成る全体の層を
貫通してエッチングし、前記半導体基体の主平面(8)
にまで設けられる溝を形成し、 f) 電極材料から成る複数層の間の前記絶縁材料(1
6)をつぎのように等方性エッチングし、すなわち前記
接触接続プラグ(14,24,34,44)を前記絶縁材料(16)
により取り囲んだまま、前記電極材料から成る複数層
を、電極板(12,22,32,42)の形状で前記溝の中に突き
出させるように等方性エッチングし、 g) 誘電体層(52)を前記電極板(12,22,32,42)上
にコンフォーマルにデポジットし、 h) メモリコンデンサ用の第2電極(50)を形成する
ために、前記溝を少なくとも1つの導電性材料によって
充填するステップを有することを特徴とする製造方法。 - 【請求項2】誘電体層(52)として高ε材料または強誘
電体材料を使用し、 前記電極板(12,22,32,42)は、少なくとも前記誘電体
層(52)対向側に希金属または酸化物を有し、 または前記電極板(12,22,32,42)は、前記電極板(12,
22,32,42)全体は前記希金属または酸化物から成る、 請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】前記第2電極(50)を形成するためにまず
前記の材料のうちの1つをコンフォーマルに薄い層とし
て前記誘電体層(52)にデポジットし、 残りの溝を、別の導電性材料によって充填する、 請求項2に記載の方法。
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