JPH03125471A - １トランジスタメモリセルの溝コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、絶縁性フィールド酸化物に重ねて配設された
半導体基板内に１トランジスタメモリセルの溝コンデン
サを製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

高密度集積半導体回路に対して使用される１トランジス
タメモリセルは情報を記憶するためにコ１０）　　第３
層（７）上に第４層（８）を析出させることを特徴とす
る請求項工ないし９の１つに記載の方法。

１１）　　第４層（８）として窒化珪素又は酸化窒化珪
素を使用することを特徴とする請求項１゜記載の方法。

１２）　　補助層（９）を、その下に存在する第４層（
８）の少なくとも一部が露出するように部分的に除去し
た後、第４及び第３層（８，７）を異方性にまた第２層
（６）に対して選択的にエツチングすることを特徴とす
る請求項１ないし１１の１つに記載の方法。

１３）　　部分層（１０，１０′）として熱酸化により
製造した酸化珪素層を使用することを特徴とする請求項
１ないし１２の１つに記載の方法。

１４）　　部分層（１０，１０′）の横方向への伸長を
横方向での不十分な酸化により調整することを特徴とす
る請求項１ないし１２の１つに記載の方法。

ンデンサを有するが、このコンデンサは所要床面を微小
化するために例えばシリコンからなる半導体基板中の溝
コンデンサとして形成されている。

この種の溝コンデンサはウィドマン（Ｗｉｄｍａｎｎ）
、マーダー（Ｍａｄｅｒ）及びフリードリソヒ（Ｆｒｉ
ｅｄｒｉｃｈ）による著書［高密度集積回路技術（Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｉｅ　ｈｏｃｈｉｎｔｅｇｒｉｅｒｔｅ
ｒ　Ｓｃｈａｌｔｕｎｇｅｎ）　Ｊ　Ｓｐｒｉｎｇｅｒ
−Ｖｅｒｌａｇ出版、１９８８年、第２７０頁から公知
であり、また欧州特許出願公開第０１８７５９６号明細
書から「積重ね溝コンデンサＪ　　（ｓｔａｃｋｅｄ　
ｔｒｅｎｃｈ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ）　　（Ｓ　Ｔ　Ｔ
　）と称される実施形式が公知である。この溝コンデン
サの電極の１つは、この目的のために局部的にドープさ
れた基板から形成されるか（通常の溝コンデンサ）又は
溝の内壁上に配設された導電性層（ＳＴＴ）から形成さ
れる。対電極は、第１電極を誘電性層で被覆した後に溝
に充填された導電性の層によって形成される。所要床面
を更に縮小させるため欧州特許出願公開第０１８７５９
６号明細書には、半導体基板表面を部分的に被覆し、半
導体記憶装置の個々のセルを絶縁するフィールド酸化物
に対して積重ねて溝を配設し、また特に溝をフィールド
酸化物の縁領域を介して基板中にエツチングすることが
提案されている。

この種の溝コンデンサでは、対電極を形成する多くの場
合多結晶シリコンからなる導電性層を写真技術によって
パターン化し、従って部分的に例えば乾式エツチング処
理によってこれを再び除去しなければならない。写真技
術と関連する調整精度は、コンデンサにより要求される
床面の任意の縮小化を妨げ、その結果この種のメモリセ
ルの集積密度を更に高めることはできない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って本発明の課題は、絶縁性フィールド酸化物に重ね
て配設された１トランジスタメモリセルの溝コンデンサ
を製造する方法を提供することにあるが、この方法にあ
っては対電極を形成する処理工程は集積密度を更に高め
ることを可能とするものでなければならない。

〔課題を解決するための手段〕

これによりコンデンサの一方の電極端子を選択トランジ
スタに確実に接続させる次の通常のバラクタダイオード
端子のインプランテーションは極めて簡単に例えばソー
ス／ドレイン−インプランテーション又はＬ　Ｄ　Ｄ　
（ｌｉｇｈｔｌｙ−ｄｏｐｅｄ　ｄｒａｉｎ）−インプ
ランテーションと同時に行うことができる。

独自のバラクタダイオード端子のインプランテーション
平面は省略可能である。

〔実施例］ 次に本発明方法を図面に示した実施例に基づき詳述する
が、−層良好に認識し易くするために図面には主要部の
みを記載する。

すべての図面において同一部分は同じ符号で示す。

第１図によれば、半導体基板１、例えばシリコンウェハ
の表面２はいわゆるＬＯＧＯ３絶縁法により部分的にフ
ィールド酸化物３で覆われている。

フィールド酸化物（ＦＯＸ）３に重ねて公知の方法によ
り、２つの隣接するメモリセルの各コンデンサを収納す
る溝４をエンチングするが、この場この課題は請求項１
に記載した各特徴によって解決される。本発明の他の実
施態様は請求項２以下の対象である。

〔作用効果） 本発明はこの課題をいわゆる自己調整された方法を使用
することにより解決するものである。この方法は、写真
技術を使用することなく、すなわち所望のマスクで露光
及び現像されたフォトレジスト層なしに所望のパターン
化を行うことによって特徴づけられ、この場合特にこの
方法工程の前に存在する半導体基板の既に加工された表
面の特性を利用する。これらの特徴は基板表面上で部分
的に異なっており、それらはとりわけ幾何学的形態（高
度差）又は化学的又は物理的形態でもあり得る。写真技
術の省略は、既に記載した高集積密度の可能性の他に、
方法工程の簡略化を意味する。

本発明方法の他の利点は、対電極の位置を正確に設定す
ることができまたその再生可能性が調整誤差によって制
限されないことにある。特に対電極の縁を溝の縁に極め
て密接させることができる。

合Ｆ、ＯＸ３は各メモリセルを互いに絶縁する。第１電
極は例えば半導体基板１を溝壁面４′の範囲でドーピン
グすることによって（従来の溝コンデンサ、これは各図
中に示されている）か、又は基板１に対して溝壁面４′
を絶縁し、導電性層を溝壁面４′上に施し、絶縁するこ
とによって形成することができる（ＳＴＴセル）。第１
電極（この例ではすなわち溝壁面４′）及び半導体表面
２上に誘電体を第１層５として施す。例えば熱酸化によ
り酸化珪素層を形成する。同様に誘電体として酸化珪素
（０）及び窒化珪素（Ｎ）からなる二重又は三重層、す
なわち０ＮＯ１ＯＮ又はＮｏの形式の層を使用すること
は公知である。

第２図に示すように表面、すなわち誘電体５及びＦＯＸ
ａ上に第２層６を施すが、これは特に導電性であり、溝
４を完全に満たしている。有利には析出時にその場でか
又は後に公知方法でドープされる多結晶シリコンを使用
する。そこまで処理された半導体基板１の幾何学的特性
により、ＦＯＸ３上の多結晶珪素６の上縁は常に誘電体
５、ず０ なわちＦＯＸのない領域上のそれよりも高いところにあ
る。この高度差は１００〜５００ｎｍであるが、２５０
ｎｍが典型的な値である。多結晶珪素６上に次の本発明
方法の第１実施例に基づき第３１’１７及び第４層８を
施すが、これらは極めて薄く、その作用については後に
詳述する。有利には酸化珪素を第３層７としてまた窒化
珪素又はオキシ窒化珪素を第４層８として使用するが、
その際窒化珪素又はオキシ窒化珪素８はＣＶＤ法で析出
させ、酸化珪素７は熱処理により製造することもできる
。両層７．８は予め存在する表面構造にならって形成さ
れ、従ってその上縁もＦＯＸａ上ではＦＯＸを有さない
箇所よりも高い。この特徴は自己調整法に完全に利用さ
れる。本発明は更に、全面的な補助層９を第４層８上に
施すことを行うが、これは上記の表面高度差を十分に平
坦化するものである。補助Ｎ９としては例えばフォトレ
ジスト又はボリイミドが適しており、これらはそれぞれ
厚さ１μｍに遠心塗布される。

第３図に示すように補助層９を全面的に、少な１ き、その結果例えば溝４は完全に覆われる。部分層１０
．１０′に要求される層厚は第２層に対する後のエツチ
ング処理によって左右されるが、この実施例では約２０
０ｎｍとずべきである。

次に第５図に示すようにまず第４層８を、次に第３層７
を除去する。その際この実施例では部分層１０．１０’
　も僅かではあるが薄くなる。部分層１０．１０’　は
次の自己調整エツチング処理のマスクとして使用される
。これには部分層１０．１０′の材料（ここでは酸化珪
素）に対して十分に高い選択性を有する異方性乾式エツ
チング法を使用するのが有利である。重合可能のガスを
添加することによりポジ型に面取りされた多結晶珪素側
面（これは第５図に示されている）を製造することもで
きる。

ポジ型多結晶珪素側面は等方性及び異方性部分を有する
エツチング処理によっても得られるが、この場合該側面
は著しく湾曲した形状を有する。

エツチング処理はマスク化可能の部分層１０．１０’の
横方向への伸長に応じて、第２層６が少９ くともその下にあるＦＯＸａ上の第４層８の浮き出た箇
所が露出するまで除去する。それには異方性乾式エツチ
ング法を使用するのが有利であるが、その終了時点では
ＦＯＸを有さない領域上のレジスト９はまだ除去しては
ならない。有利には乾式エツチング性でまずその露出し
ている浮き出た箇所の窒化珪素からなる第４層８を除去
し、引続き更に第３層７の露出している浮き出た箇所を
除去する。

次に第４図に示すようにＦＯＸを有さない箇所上の補助
層９の残された部分を完全に除去する。

引続き多結晶珪素からなる第２層６の露出部分を公知方
法で選択的に酸化するが、その際第４層８が酸化マスク
として作用する。酸化処理により酸化珪素からなる部分
層１０．１０′が生じ、これは周知の通り横方向での酸
化が不十分なため、第４層８の下方に拡がる側方域１０
′を有する。その程度を一定の枠内で酸化工程により調
整することのできるこの不十分な酸化処理は、酸化領域
１０．１０’の全幅を拡大するのに利用するこがで２ なくともその下縁で溝４をなお完全に被覆すると同時に
、所要床面を小さくするために極く僅かにその上方に突
出するように調整することが有利であり、それにより更
に既に記載したようにバラクタダイオード端子インプラ
ンテーション平面は省略できる。この本発明による自己
調整処理により、多結晶珪素層６のなお残留する部分が
コンデンサの共通の対電極を形成する。

この段階で多結晶珪素層６は、元の半導体表面２がフィ
ールド酸化物３で覆われている総ての箇所に存在する。

これは第１図ないし第５図に示された範囲の外側、特に
メモリセルから構成された半導体記憶装置の周囲並びに
通常の以後の処理工程でメモリセルを制御するワード線
が配設される箇所である。そこに存在する多結晶珪素層
６の部分は、多結晶珪素用エツチングマスクとして作用
する障害となる箇所（対電極の外側）の部分層１０．１
０′を除去することにより取り除くのが有利である。こ
れは第２層を対電極にパターン化する前に行うことが好
ましい。それにはさほど厳密４ には調整する必要のない写真技術を使用することができ
る。この場合後の対電極上方には補助平面１２としてレ
ジスト層が残留するが、部分層１０．１０′の除去すべ
き領域の上方のレジストは現像時に除去され、従ってこ
こでは部分層ｔｏ、１０’はエツチング除去されていて
もよい。これについては、後に更に詳述する第６図に略
示されている。

従って多結晶珪素層６を対電極に構造化する際（この場
合補助平面１２は既に前以て除去されている）に、多結
晶珪素６の障害となる領域をエツチング除去する。

第６図はメモリセルの有利な幾何学的配列を有する記憶
マトリックスの平面図である。第６図には４つの隣接す
るメモリセルの満４、並びにフィールド酸化物３、多結
晶珪素残分を除去するための上記補助平面１２及び後の
処理工程で形成されるワード線１１が示されている。補
助平面１２はコンデンサ溝４を覆うが、フィールド酸化
物３のワード線１１が配置される箇所は被覆しない。従
ってここで部分層１０．１０′及び第２層６は完５ 去後部分層１０を選択的に析出させることができる。こ
れに関しては選択的な多結晶珪素析出又はエピタキシー
並びに耐熱金属又はその珪化物の選択的析出法が挙げら
れる（例えばタングステン、モリブデン、珪化タングス
テン、珪化タンタル）。

本発明方法のこの実施態様には窒化珪素からなる第４層
８は不要である。すなわちこの方法の選択性により、酸
化物層７上にはいかなる材料も析出されない。

選択的析出の代わりに、第３図により処理した半導体基
板の全表面に金属を非選択的に析出させることもできる
（レジスト層９を除去した後）。

この場合には、次の公知方法で実施される珪素化処理で
その下方に存在する多結晶珪素６と珪化物を形成するが
、窒化珪素又は酸化珪素とは反応しない金属（ＷＳＨｏ
、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｏ等）を使用する。引続き珪素化され
なかった金属を選択的に除去することができる。このい
わゆるサリシド（Ｓａｌｉｃｉｄ）法は例えばムラルカ
（Ｓ、　Ｍｕｒａｒｋａ）及びフレイザー（Ｄ、　Ｆｒ
ａｓｅｒ）の論文「ジャーナル・全に除去される。

第６図から更にワード線１１は対電極のいかなる箇所も
被覆しないことが見て取れる。これによりワード線１１
の高度差及びそれに付随するワード線のパターン化に際
しての難点は減少され、また対電極とワード線１１との
間の絶縁層は省略できる。それには記憶装置を設計する
際にいわゆる開放ビット線の構想が必要である。この開
放ビット線の構想は米国特許第４０４５７８３号明細書
に先行技術として詳述されており、そこには“慣用のレ
イアウトとして記載されている。

この自己調整された方法は、ＦＯＸ３により生じた高度
差を十分に利用する発明思想に基づくものである。この
幾何学的特性により、後に第２層６から形成すべき対電
極用のエツチングマスクとして作用する部分層１０．１
０′を第２層６上に製造する。これに関しては本方法の
上記の実施態様の他に図示されていない他の方法も可能
である。

第３図により露出された第４層６（多結晶珪素）の浮き
出た部分上に、残留するレジスト層９の除６ オブ・アプライド・フィジクス（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ
　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）　Ｊ　５１　（１
）、１９８０年、第３４２頁から公知である。先の実施
例におけるのと同様にこの場合にも第４層８は省略する
ことができる。

本発明方法及びその各実施例は、溝コンデンサの対電極
の製造に限定されるものではなく、存在する高度差を、
補助層での平坦化及び再エツチング工程による表面の露
出処理により半導体基板上にパターンを自己調整下に製
造するのに利用する他の用途にも応用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明方法の一実施例の各工程を
示すメモリセルの２つの溝コンデンサの略示横断面図、
第６図はメモリセルの有利な幾何学配列を有するメモリ
マトリックスの平面図である。 Ｉ・・・半導体基板 ２・・・表面 ３・・・フィールド酸化物 ８ ４・・・溝 ４′・・・溝壁面 ５・・・第１層 ６・・・第２層 ７・・・第３層 ８・・・第４層 ９・・・補助層 １０．１０′・・・部分層 １１・・・ワード線 １２・・・補助平面 ９ ＦＩＧ４ ＦｊＧ５ ＼１ン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）異なる別のセルを絶縁するフィールド酸化物（３）
   に重ねて溝（４）を構成して第１のコンデンサ電極を形
   成し、 第１層（５）を半導体基板（１）の表面（ ２）及び第１コンデンサ電極上に製造し、 第２層（６）を第１層（５）及びフィール ド酸化物（３）上に施し、 少なくとも１つの第３層（７）を第２層（ ６）上に、またその上に平坦化補助層（９）を施し、 補助層（９）を、少なくともその下に存在 する層（７、８）の一部が露出するまで除去し、 この露出した部分及びその下に存在する層 （７）を少なくとも第２層（６）の表面の一部が露出す
   るまで除去し、引続き補助層（９）を完全に除去し、 部分層（１０、１０′）を少なくとも第２ 層（６）の表面の露出した部分に製造し、 なお第２層（６）の表面上に存在する層（ ７、８）を部分層（１０、１０′）を除いて完全に除去
   し、 部分層（１０、１０′）を対電極を形成す るためのマスクとして使用して第２層（６）をパターン
   化する 各工程よりなる半導体基板（１）中の１トランジスタメ
   モリセルの溝コンデンサの製造方法。 ２）第１層（５）として熱又は析出された酸化珪素を使
   用することを特徴とする請求項１記載の方法。 ３）各成分として酸化珪素及び窒化珪素からなる二重又
   は三重層を第１層（５）として使用することを特徴とす
   る請求項１記載の方法。 ４）第２層（６）としてドープされた多結晶珪素層を使
   用することを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載
   の方法。 ５）第３層（７）として熱又は析出された酸化珪素を使
   用することを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載
   の方法。 ６）平坦化補助層（９）としてフォトレジスト層又はボ
   リイミド層を使用することを特徴とする請求項１ないし
   ５の１つに記載の方法。 ７）第２層（６）のパターン化を主として異方性エッチ
   ング処理により行うことを特徴とする請求項１ないし６
   の１つに記載の方法。 ８）異方性エッチング処理を重合化可能のガス添加物を
   用いて実施することを特徴とする請求項７記載の方法。 ９）部分層（１０、１０′）の製造後、少なくとも対電
   極の箇所をレジストで被覆する写真技術による補助平面
   （１２）を施し、これによりフィールド酸化物（３）上
   の部分層（１０、１０′）の障害となる領域を除去する
   ことを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載の方法
   。 １０）第３層（７）上に第４層（８）を析出させること
   を特徴とする請求項１ないし９の１つに記載の方法。 １１）第４層（８）として窒化珪素又は酸化窒化珪素を
   使用することを特徴とする請求項１０記載の方法。 １２）補助層（９）を、その下に存在する第４層（８）
   の少なくとも一部が露出するように部分的に除去した後
   、第４及び第３層（８、７）を異方性にまた第２層（６
   ）に対して選択的にエッチングすることを特徴とする請
   求項１ないし１１の１つに記載の方法。 １３）部分層（１０、１０′）として熱酸化により製造
   した酸化珪素層を使用することを特徴とする請求項１な
   いし１２の１つに記載の方法。 １４）部分層（１０、１０′）の横方向への伸長を横方
   向での不十分な酸化により調整することを特徴とする請
   求項１ないし１２の１つに記載の方法。 １５）多結晶珪素、耐熱金属又は金属珪化物を第２層（
   ６）上で選択的に析出させることにより部分層（１０）
   を製造することを特徴とする請求項１ないし９の１つに
   記載の方法。 １６）部分層（１０）を第２層（６）上での多結晶珪素
   の選択的エピタキシーにより製造することを特徴とする
   請求項１ないし９の１つに記載の方法。 １７）珪化物形成可能の金属を全面的に析出させ、引続
   き珪化物を形成させることにより部分層（１０）を製造
   することを特徴とする請求項１ないし９の１つに記載の
   方法。