JPH06350028A - Method of increasing capacity of ic storage cell and semiconductor storage element - Google Patents

Method of increasing capacity of ic storage cell and semiconductor storage element

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JPH06350028A
JPH06350028A JP15810993A JP15810993A JPH06350028A JP H06350028 A JPH06350028 A JP H06350028A JP 15810993 A JP15810993 A JP 15810993A JP 15810993 A JP15810993 A JP 15810993A JP H06350028 A JPH06350028 A JP H06350028A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
capacitor
forming
surface area
capacitor electrode
Prior art date
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Application number
JP15810993A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Izumi
正彦 泉
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Motorola Solutions Japan Ltd
Original Assignee
Nippon Motorola Ltd
Motorola Japan Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To increase memory capacity simply by forming a thin insulating layer onto a first capacitor electrode formed onto a rough surface, shaping a second capacitor electrode onto the thin insulating layer and forming a capacitance between the first and second capacitor electrodes. CONSTITUTION:A first capacitor electrode 1 is formed onto a silicon substrate 2, and an oxide layer with a surface having unevenness is shaped onto the first capacitor electrode 1. The first capacitor electrode 1 is formed on a rough surface by using the surface of the oxide layer as an etching pattern. The first capacitor electrode 1 is formed completely, the oxide layer is removed, and a thin insulating film 4 is shaped onto the first capacitor electrode 1. A second capacitor electrode 3 is formed onto the thin insulating film 4, and a capacitance is formed between the first and second capacitor electrodes 1, 3. Accordingly, memory capacity can be increased through a simple method.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子に関し、特に
メモリセルに用いるための記憶コンデンサに関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a storage capacitor for use in a memory cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】2枚の対向する電極を用いてキャパシタ
ンスを形成する記憶コンデンサは、長い間メモリ素子用
に用いられている。最初の記憶コンデンサは、2枚の対
向電極を用い誘電体によって分離して形成されたもので
あった。記憶容量を高めるためには、少なくとも一方の
電極の表面積を増加する必要があることが、認められ
た。表面積を増加するために用いられる方法の1つに
は、一方の電極の素子基板にエッチングしてチャンネル
を形成することが含まれていた。その後、電極表面上に
多数の小さなノードを形成することによって、電極の表
面積を増加した。4つの側面が追加形成されたので、こ
れらのノード表面積を大幅に増加させ、これによって表
面積は約5倍に増加した。
2. Description of the Related Art Storage capacitors that use two opposing electrodes to form a capacitance have long been used for memory devices. The first storage capacitor was formed using two opposing electrodes separated by a dielectric. It has been found that it is necessary to increase the surface area of at least one electrode in order to increase the storage capacity. One of the methods used to increase surface area has involved etching the device substrate of one electrode to form a channel. Then, the surface area of the electrode was increased by forming many small nodes on the electrode surface. The additional formation of four sides significantly increased the surface area of these nodes, which increased the surface area by a factor of about 5.

【0003】近年の記憶コンデンサの改善には、ノード
の表面を非常に粗く作ることが含まれている。即ち、ノ
ードの上にノードを形成するのである。1つのノード上
のノードの数が多ければ多いほど、即ちノード表面が粗
ければ粗いほど、表面積は広くなる。「記憶キャパシタ
ンスの製造、粗い電極を用いて改良されたコンデンサ」
(日経マイクロデバイス、1990年11月、固体素子
及び材料1990国際会議)という論文において説明さ
れているように、ノード上のこれらのノードは、540
°Cから640°Cの範囲の温度で、ポリシリコン膜を
記憶電極ノード上に付着させることによって形成され
る。ノード上の粗さの程度は、ポリシリコンを付着する
温度に依存する。最大の粗さは、580℃において生じ
るようである。
Recent improvements in storage capacitors include making the surface of the node very rough. That is, a node is formed on the node. The larger the number of nodes on a node, ie the rougher the node surface, the larger the surface area. "Production of storage capacitance, improved capacitor with rough electrodes"
(Nikkei Microdevices, November 1990, Solid State Devices and Materials 1990 International Conference), these nodes on nodes are
It is formed by depositing a polysilicon film on the storage electrode node at a temperature in the range of ° C to 640 ° C. The degree of roughness on the node depends on the temperature at which the polysilicon is deposited. Maximum roughness appears to occur at 580 ° C.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来技術から容易にわ
かるように、記憶電極をより粗く作成する近年の努力
は、温度に対する依存度が高い。約20°Cの温度変化
は、いずれにしても付着膜の粗さに猛烈に影響を与え
る。温度制御に非常に注意を払わないと、付着の効果は
完全に失われてしまう。
As is readily apparent from the prior art, recent efforts to make storage electrodes more coarsely rely heavily on temperature. In any case, a temperature change of about 20 ° C. drastically affects the roughness of the deposited film. If very little attention is paid to temperature control, the effect of adhesion will be completely lost.

【0005】したがって、さほど温度に敏感でなく、し
かも現在の処理技術と比較してより安価な、記憶電極ノ
ードの粗さを増加する方法が、必要とされている。既存
の素子プロセスに容易に組み込むことができ、しかも既
に提案されているそれらのプロセスに要求される極端な
制御を行なわなくてもよいプロセスが必要とされている
のである。
Therefore, there is a need for a method of increasing the roughness of storage electrode nodes that is less temperature sensitive and is less expensive than current processing techniques. What is needed is a process that can be easily incorporated into existing device processes and that does not require the extreme control required by those already proposed processes.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明が提案する、記憶
コンデンサの電極ノードの粗さを増加するための、簡単
な手段は、ポリシリコンノードの表面に非常に小さい溝
および切込みをエッチングで形成することである。用い
られるエッチングマスクは、自然なむらのある簡素な酸
化物である。この酸化物のむらによって、ノード表面
に、溝や切込みをエッチングすることができる。このプ
ロセスのための制御は、ポリシリコン層を形成する場合
のような、狭い温度幅におけるものではなく、殆どの素
子製造プロセスにおいて標準となっている、通常の付着
および時間エッチングプロセスにおけるものである。
SUMMARY OF THE INVENTION A simple means proposed by the present invention to increase the roughness of the electrode node of a storage capacitor is to etch very small grooves and incisions in the surface of the polysilicon node. It is to be. The etching mask used is a simple oxide with natural unevenness. Due to this oxide unevenness, it is possible to etch grooves or notches in the node surface. The control for this process is not in a narrow temperature window, such as when forming a polysilicon layer, but in the normal deposition and time etching processes that are standard in most device manufacturing processes. .

【0007】[0007]

【作用】本発明は、幾つかの面で、従来技術からそれ自
体を際立たせている。第1に、本発明は、従来技術のノ
ードを利用して、コンデンサ電極の全表面積を増加す
る。しかも、本発明によって、ノードの表面に溝や切込
みを形成することにより表面積は更に増加され、ノード
の表面積に加えて全記憶能力も大幅に高まるのである。
The present invention distinguishes itself from the prior art in several respects. First, the present invention utilizes prior art nodes to increase the total surface area of capacitor electrodes. Moreover, the present invention further increases the surface area by forming grooves or incisions in the surface of the node, greatly increasing the total storage capacity in addition to the surface area of the node.

【0008】第2に、本発明のプロセスは、使用がより
簡単であり、表面粗さを作成するのに標準的な半導体素
子プロセスを利用していることにおいて、最近の試作か
ら区別されるものである。これに対して、従来技術は、
ノード表面の適当な粗さを確保するには、厳しい温度制
御を必要とする。従来技術を用いると、約20°Cの温
度変化が、いずれにしてもノードの粗さを全く変えてし
まうことになる。
Second, the process of the present invention is simpler to use and distinguishes it from recent prototypes in that it utilizes standard semiconductor device processes to create surface roughness. Is. In contrast, the conventional technology is
Strict temperature control is required to ensure proper roughness of the node surface. Using the prior art, a temperature change of about 20 ° C. would change the roughness of the node at all.

【0009】[0009]

【実施例】図1は、本発明の実施例を示すものであり、
1は第1電極、2はシリコン基板、3は第2電極、4は
第1電極を第2電極3から絶縁するための絶縁膜、そし
て5は酸化物層を示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
Reference numeral 1 is a first electrode, 2 is a silicon substrate, 3 is a second electrode, 4 is an insulating film for insulating the first electrode from the second electrode 3, and 5 is an oxide layer.

【0010】第1および第2電極1および3を絶縁膜4
で分離し、電荷を電極に加えると、第1および第2電極
1および3の間に、キャパシタンスを形成する。このよ
うなセルは、多くの場合メモリの用途に用いられてい
る。メモリセルの容量を増加するため、言換えると、第
1および第2電極1および3の間のキャパシタンスを増
加するためには、一方または両方の電極の表面積を、増
加しなくてはならない。2枚の電極間の表面積が広い
程、キャパシタンスは大きくなる。
The first and second electrodes 1 and 3 are connected to the insulating film 4.
Separation and applying charge to the electrodes creates a capacitance between the first and second electrodes 1 and 3. Such cells are often used for memory applications. In order to increase the capacity of the memory cell, in other words to increase the capacitance between the first and second electrodes 1 and 3, the surface area of one or both electrodes must be increased. The larger the surface area between the two electrodes, the greater the capacitance.

【0011】本発明では、第1電極1の粗さを増加する
ことによって、第1および第2電極1および3の両方の
表面積を増加させている。具体的には、一般的に滑らか
な第1電極1の表面を通常エッチングすることによっ
て、第1電極1に多数の溝や切込みを形成する。絶縁膜
4は、第1電極1の新たな輪郭にしたがうことになる。
同様に、第2電極3が形成される際、これも絶縁膜4に
よって残された輪郭にしたがう。このようにして、第1
および第2電極1および3の間の表面積は増加され、キ
ャパシタンスの増加が生じる。これによって、記憶容量
も増加する。
In the present invention, the surface area of both the first and second electrodes 1 and 3 is increased by increasing the roughness of the first electrode 1. Specifically, the generally smooth surface of the first electrode 1 is usually etched to form a large number of grooves and cuts in the first electrode 1. The insulating film 4 follows the new contour of the first electrode 1.
Similarly, when the second electrode 3 is formed, this also follows the contour left by the insulating film 4. In this way, the first
And the surface area between the second electrodes 1 and 3 is increased, resulting in an increase in capacitance. This also increases the storage capacity.

【0012】図2は、本発明を実施するプロセスを示す
ものである。a)に示すように、酸化物層5および、酸
化物層5がエッチングによって除去されたシリコン基板
2上に、第1電極1が形成される。本好適実施例では、
第1電極は、CVDプロセスによって設けられたポリシ
リコンである。次にこのポリシリコンを、好ましくはフ
ォトエッチングプロセスによって、b)に示すような所
望のパターンにエッチングする。
FIG. 2 illustrates a process for practicing the present invention. As shown in a), the first electrode 1 is formed on the oxide layer 5 and the silicon substrate 2 from which the oxide layer 5 has been removed by etching. In the preferred embodiment,
The first electrode is polysilicon provided by the CVD process. This polysilicon is then etched, preferably by a photoetching process, into the desired pattern as shown in b).

【0013】第1電極1を所望の形状にエッチングした
後、300オングストローム未満の酸化物層を、CVD
プロセスによって形成する。この酸化物層は、形成時に
自然な粗さの表面を有している。言換えれば、c)に示
す酸化物層は、自然な粗さのマスクを形成するものであ
る。この自然に粗いマスクを用いて、第1電極1をその
粗さの状態にエッチングして、大幅に広い表面積を有す
る表面を形成する(d)。このようにして、第1電極1
のエッチングは、殆どの素子プロセスにおいて標準な、
付着および時間エッチングの通常のプロセスによって、
達成されるのである。
After etching the first electrode 1 to the desired shape, an oxide layer of less than 300 Å is deposited by CVD.
Formed by the process. This oxide layer has a surface of natural roughness when formed. In other words, the oxide layer shown in c) forms a mask of natural roughness. Using this naturally rough mask, the first electrode 1 is etched to its roughness state to form a surface having a significantly large surface area (d). In this way, the first electrode 1
Etching is standard in most device processes,
By the usual process of deposition and time etching,
It will be achieved.

【0014】次に、残留している酸化物層を除去し
(e)、好ましくは窒化シリコンの絶縁膜4を、第1電
極1上に配する。絶縁膜は、第1電極1の輪郭にしたが
うので、粗い表面および増加した表面積は保持される。
Next, the remaining oxide layer is removed (e), and an insulating film 4 preferably made of silicon nitride is provided on the first electrode 1. Since the insulating film follows the contour of the first electrode 1, the rough surface and the increased surface area are retained.

【0015】最後に第2電極3を、第1電極1および絶
縁膜4上の形成する。第2電極3は、第1電極1のポリ
シリコンとキャパシタンスを形成する物質であり、好適
実施例では、ポリシリコン、モリビディウム(moli
bidium)、またはタングステンである。
Finally, the second electrode 3 is formed on the first electrode 1 and the insulating film 4. The second electrode 3 is a material that forms a capacitance with the polysilicon of the first electrode 1. In the preferred embodiment, the second electrode 3 is made of polysilicon or molybdenum.
or tungsten).

【0016】[0016]

【発明の効果】上述のように、本発明は、標準的な方法
を用いて、コンデンサ電極の表面積、したがってメモリ
容量を増加する、簡単な方法を提供する。本発明の簡単
な方法、即ち、酸化物層をマスクとして用い、絶縁膜を
配する前に第1電極をフォトエッチングすることによる
利点は、従来技術によって用いられていた困難で制御し
づらい方法を、完全に圧倒するであろう。従来技術では
温度は極端に重大であったのに対して、本発明では標準
的な素子プロセスが用いられ、従来技術のものと同等に
キャパシタンスが製造される。
As mentioned above, the present invention provides a simple way to increase the surface area of the capacitor electrode and hence the memory capacity using standard methods. The simple method of the present invention, namely the advantage of using the oxide layer as a mask and photoetching the first electrode prior to depositing the insulating film, makes the difficult and uncontrollable method used by the prior art. , Will be completely overwhelmed. Whereas temperature was extremely critical in the prior art, standard device processes are used in the present invention to produce capacitance comparable to that in the prior art.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による、増加した表面積を有するコンデ
ンサ素子を示す図。
FIG. 1 shows a capacitor element with increased surface area according to the present invention.

【図2】本発明のプロセスを用いて、図1のコンデンサ
素子を製造する一連の過程を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a series of steps for manufacturing the capacitor element of FIG. 1 using the process of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1電極 2 シリコン基板 3 第2電極 4 絶縁膜 5 酸化物層 1 1st electrode 2 Silicon substrate 3 2nd electrode 4 Insulating film 5 Oxide layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面積を増加させた半導体素子記憶コン
デンサを形成し、前記コンデンサの記憶容量を高める方
法であって:前記半導体素子の基板上に、第1コンデン
サ電極を形成するステップ;前記第1コンデンサ電極の
上に、自然なむらのある表面を有する小さな酸化物層を
形成するステップ;前記小さな酸化物層の自然なむらの
ある表面を、マスク即ちエッチングパターンとして用
い、前記第1コンデンサ電極をエッチングして粗い表面
を形成するステップ;前記第1コンデンサ電極のエッチ
ングプロセスが完了した後、前記残留する小さな酸化物
層を除去するステップ;亜酸化窒素のような薄い絶縁層
を、前記第1コンデンサ電極上に形成するステップ;お
よび前記薄い絶縁層上に第2コンデンサ電極を形成し
て、前記第1および第2コンデンサ電極間にキャパシタ
ンスを形成するステップ;から成ることを特徴とする方
法。
1. A method of forming a semiconductor element storage capacitor having an increased surface area and increasing the storage capacity of the capacitor, the method comprising: forming a first capacitor electrode on a substrate of the semiconductor element; Forming a small oxide layer having a natural uneven surface on the capacitor electrode; using the natural uneven surface of the small oxide layer as a mask or etching pattern to remove the first capacitor electrode. Etching to form a rough surface; removing the remaining small oxide layer after the etching process of the first capacitor electrode is complete; thin insulating layer, such as nitrous oxide, on the first capacitor. Forming a second capacitor electrode on the thin insulating layer to form the first and second electrodes; Forming a capacitance between the capacitor electrodes.
【請求項2】 請求項1記載の表面積を増加させた半導
体素子の記憶コンデンサを形成し、前記コンデンサの記
憶容量を高める方法であって、前記第1コンデンサ電極
を形成するステップは、更に、前記第1コンデンサ電極
を所定のパターンにエッチングするステップを含むこと
を特徴とする方法。
2. A method of forming a storage capacitor of a semiconductor device having an increased surface area according to claim 1, and increasing the storage capacity of the capacitor, wherein the step of forming the first capacitor electrode further comprises: A method comprising etching a first capacitor electrode in a predetermined pattern.
【請求項3】 表面積を増加したことによって記憶容
量を高めた半導体素子記憶コンデンサであって:半導体
基板;前記半導体基板上に形成され、前記半導体基板と
電子的に結合されている第1電極であって、前記第1電
極の上面内に多数の凹部を有する前記第1電極;前記第
1電極上に形成された薄い絶縁層;および前記薄い絶縁
層の上面上に形成され、前記第1電極と共にキャパシタ
ンスを形成する第2電極;から成ることを特徴とする、
半導体素子記憶コンデンサ。
3. A semiconductor element storage capacitor having increased storage capacity by increasing surface area: a semiconductor substrate; a first electrode formed on the semiconductor substrate and electrically coupled to the semiconductor substrate. The first electrode having a large number of recesses in the upper surface of the first electrode; a thin insulating layer formed on the first electrode; and the first electrode formed on the upper surface of the thin insulating layer. A second electrode forming a capacitance therewith;
Semiconductor element storage capacitor.
【請求項4】 請求項3記載の表面積を増加したことに
よって記憶容量を高めた半導体素子記憶コンデンサであ
って、前記第1電極はポリシリコンから成ることを特徴
とする、半導体素子記憶コンデンサ。
4. A semiconductor element storage capacitor having a storage capacity increased by increasing the surface area according to claim 3, wherein the first electrode is made of polysilicon.
【請求項5】 請求項3記載の表面積を増加したことに
よって記憶容量を高めた半導体素子記憶コンデンサであ
って、前記第2電極は、ポリシリコン,モリビディウム
またはタングステンのような、前記第1電極と共にキャ
パシタンスを形成する物質から成ることを特徴とする、
半導体素子記憶コンデンサ。
5. A semiconductor device storage capacitor having increased storage capacity by increasing the surface area according to claim 3, wherein the second electrode is formed of polysilicon, molybdenum or tungsten together with the first electrode. Characterized by comprising a substance forming a capacitance,
Semiconductor element storage capacitor.
JP15810993A 1993-06-04 1993-06-04 Method of increasing capacity of ic storage cell and semiconductor storage element Pending JPH06350028A (en)

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