JPH0685197A - 半導体メモリ装置 - Google Patents

半導体メモリ装置

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JPH0685197A
JPH0685197A JP4107155A JP10715592A JPH0685197A JP H0685197 A JPH0685197 A JP H0685197A JP 4107155 A JP4107155 A JP 4107155A JP 10715592 A JP10715592 A JP 10715592A JP H0685197 A JPH0685197 A JP H0685197A
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貴範 佐伯
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、半導体メモリ装置に関し、特にダイ
ナミックRAMの構造に関し、メモリセル内の金属配線
をワード線の2倍以上にする。これにより、ビット線上
に形成した蓄積電極を高くする。 【構成】1個の選択用MIS型トランジスタと1個の情
報蓄積用キャパシタで構成するメモリセルを有し、該M
IS型トランジスタのソース,ドレイン領域の一方がワ
ード線104間を通るビット線コンタクト孔106を介
してビット線107と接続し、他方は、前記情報蓄積用
キャパシタの蓄積電極110と接続し、該蓄積電極11
0は、容量絶縁膜111により被覆され、該容量絶縁膜
111は、対極112により被覆され、前記ワード線1
04に対して平行にワード線の2倍以上のピッチで通過
し、前記ワード線104を選択する信号を伝達する金属
配線115が、それぞれ、一定間隔で配置された前記ワ
ード線駆動回路と接続する事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体メモリ装置に関
し、特にダイナミックRAMの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のダイナミックRAMのメモリセル
は、選択用MISトランジスタ、情報蓄積用キャパシ
タ,ワード線,ビット線、からなり、情報蓄積用キャパ
シタの構造により、図4,図5の平面図、断面図に示す
平面容量構造、図6,図7の平面図、断面図に示すトレ
ンチ容量構造、図8,図9の平面図,断面図に示す積層
容量構造、アイ・イー・ディー・エム(IEDM)予稿
集1988年、592〜595頁に記載された3−DI
MENSIONAL STACKED CAPACIT
OR CELL FOR 16MAND 64MDRA
MS)に提案され、図10,図11の平面図、断面図に
示すビット線上に積層容量を形成するシー・オー・ビー
構造(COB構造、CAPACITOR OVER B
ITLINE構造)がある。どの構造においても一般
に、ワード線は、ゲート電極を兼ねた層抵抗数十Ωの多
結晶シリコン配線または、層抵抗数Ωのポリサイド配線
(多結晶シリコンと金属シリサイドの積層膜)からな
り、高速化の要求からワード線の抵抗を下げる為に、こ
の上層に一対一に対応するアルミニウムに代表される金
属配線を配置し二層構成とし、図12に示すようにワー
ド線701と金属配線702がメモリセルアレイ703
の間に一定間隔配置された接続704でそれぞれ接続
し、行デコーダ705と接続する方式をもちいている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この従来のダイナミッ
クRAMでは、ワード線と金属配線が、同じピッチで配
列されるのでメモリセルの縮小に伴い以下の問題点が生
じた。
【0004】1.従来のダイナミックRAMのメモリセ
ルレイアウトは、図4〜図11に見られるようにワード
線と金属配線は、配列のピッチは等しいが、ワード線で
は線間にコンタクトを配置するのに対し、金属配列では
線間にコンタクトを配置しないので要求される加工寸法
は異なりコンタクトのマージン分だけワード線のほうが
厳しくなっていた。しかし、メモリセルの縮小の要求
は、微細加工技術の進歩を越えており4M−64Mまで
の縮小は、コンタクトマージンの廃止により行ってい
る。この結果、図13に示すように4M−64Mまでの
過程でワード線と金属配線に要求される加工寸法は、等
しくなっている。
【0005】また、配線材料の厚さは、金属配線は、低
抵抗化の要求からワード線、ビット線と比べ厚くなる。
フォトリソグラフィーのフォーカスマージンに関して
は、工程がワード線,ビット線,金属配線の順で形成さ
れることにより、この順でメモリチップ内の段差が大き
くなり、より大きなフォーカスマージンを必要とする。
フォトリソグラフィーのレジスト厚は、金属配線が厚い
こと、エッチング時の対レジスト選択比が、ワード線と
比較し小さいことにより、金属配線加工時はワード線エ
ッチング時より厚いレジストを用いる必要があった。
【0006】次に、微細加工寸法縮小の阻害要因を示
す。
【0007】レジスト厚をパラメーターとして、I線ス
テッパーの加工寸法とフォーカスマージンの関係を図1
4に示す。下地に段差がある場合、より大きなフォーカ
スマージンを必要とするため最小加工可能寸法は、増大
することが判る。またレジスト厚を厚くすると最小加工
可能寸法が大きくなることが判る。例えば、リソグラフ
ィーにより加工される配線材料とレジストのエッチング
選択比がkの場合、配線材料の不要部分を完全に除去し
必要部分を保護する為には、レジスト厚Aと配線材料厚
Bの間には次の関係が成立する。
【0008】A>kB k=レジストのエッチレート
/配線材料のエッチレート さらに、配線幅をCとした場合の配線のアスペクト比B
/Cが大きいと倒れ易く機械的に不安定であり、配線厚
が厚いと微細化は、困難である。
【0009】実際、64MダイナミックRAMで、ワー
ド線と金属配線を等しいピッチで配列するレイアウトで
は、A,B,C,kは、表1に示す値となる。金属配線
のレジスト厚Aは、kの値が2と小さいので2μmと厚
くなっている。
【0010】
【0011】従って、金属配線は、ワード線と比べ微細
加工が困難であり、メモリセルの縮小により、メモリセ
ル上の金属配線加工寸法がワード線加工寸法と等しくな
ると金属配線の加工に要求される技術が相対的に困難に
なり、加工上の負荷が過大になってきているという問題
点がある。
【0012】2.64M以降では、ビット線上に蓄積電
極を形成しメモリセル平面内に充填効率の高いCOB構
造が主流になってきている。この構造では、図11に示
すように蓄積電極の高さだけ周辺回路領域とメモリセル
領域との間に段差が生じ、上層の金属配線形成時に段差
分のフォーカスマージンが必要である。しかし、図14
に示したように、メモリセルの縮小に伴いワード線と等
しいピッチの金属配線の加工が相対的に困難になってお
り、蓄積電極高さによって生じる段差を許容出来なくな
るので、例えば、金属配線の加工寸法を0.4μmとす
ると、フォーカスマージンは、レンジで1μm以下にな
り、前工程までに完全平坦化を行っても0.5μm以上
の厚さのスタック容量を適用することができず、セル容
量の増大を困難にしているという問題点がある。
【0013】3.従来のダイナミックRAMでは、ワー
ド線と金属配線が同じピッチで配列され、また、アスペ
クト比が大きくなるのを防ぐ目的で金属配線を薄くする
ので、図10に示すようにメモリセルの縮小に伴い金属
配線が細くなり抵抗が上がるので、ワード線の実質的な
抵抗を下げる効果が無くなるという問題点がある。
【0014】4.従来のダイナミックRAMでは、ワー
ド線と金属配線が同じピッチで配列されるので、上述の
ような、コンタクトマージンの廃止によるメモリセルの
縮小に伴いワード線と金属配線の接続部分でのコンタク
ト孔の形成に必要なマージンを確保するのが困難になる
という問題点がある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体メモリ装
置は、半導体基板上に区画して設けた素子能動領域に1
個の選択用MIS型トランジスタと1個の情報蓄積用キ
ャパシタで構成するメモリセルを有する半導体メモリ装
置において、該選択用MIS型トランジスタのゲート電
極がワード線と兼用し一定間隔で配置されたワード線駆
動回路と接続し、前記ワード線を選択する信号を伝達す
る配線が、前記ワード線に対して平行にワード線の2倍
以上のピッチで通過し一定間隔で配置された前記ワード
線駆動回路と接続する事を特徴とする。
【0016】好ましくは、上記MIS型トランジスタの
ソース,ドレイン領域の一方が前記ワード線間を通るビ
ット線コンタクト孔を介してビット線と接続し、他方
は、該ビット線間及び、前記ワード線間を通るキャパシ
タコンタクト孔を介して該ビット線上に位置する前記情
報蓄積用キャパシタの蓄積電極と接続し、該蓄積電極
は、容量絶縁膜により被覆され、該容量絶縁膜は、前記
情報蓄積用キャパシタの対極により被覆されることを特
徴とする。
【0017】さらに好ましくは上記対極は、層間絶縁膜
により被覆され、該情報蓄積用キャパシタの蓄積電極の
高さが、0.5μm以上あることを特徴とする。
【0018】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図1,図2は、本発明の第1の実施例を示す平面
図、および断面図である。また、図3は、本発明の接続
図である。まず、本発明の構造を図1,図2を用い、製
造工程順に示す。P型半導体基板101上に、選択酸化
法により200nm厚の素子分離膜102を形成し、素
子能動領域103を区画分離する。この素子能動領域1
03を熱酸化し10nm厚のゲート酸化膜を形成し、こ
のうえに100nm厚の燐を含む多結晶シリコン100
nm厚のタングステンシリサイドを順次堆積し、フォト
リソグラフィ法により不要部分を除去し、ワード線を兼
ねるゲート電極104を0.9μmのピッチで形成す
る。
【0019】次に燐、砒素などの5族元素をイオン注入
により素子能動領域103のゲート電極104におおわ
れていない領域に注入しN+領域を形成し、次に、25
0nm厚の燐、ボロンを含む酸化珪素膜を堆積し、層間
絶縁膜105とする。
【0020】次にフォトリソグラフィ法によりビットコ
ンタクト106を開口し、このうえに50nm厚の燐を
含む多結晶シリコンと100nm厚のタングステンシリ
サイドを順次堆積し、フォトリソグラフィ法により不要
部分を除去し、ビット線107を形成する。つぎに25
0nm厚の燐、ボロンを含む酸化珪素膜を堆積し、層間
絶縁膜108とする。
【0021】次にフォトリソグラフィ法によりキャパシ
タコンタクト109を開口し、このうえに900nm厚
の燐を含む多結晶シリコンを堆積し、フォトリソグラフ
ィ法により不要部分を除去し、情報蓄積用キャパシタの
蓄積電極110を形成し、次に窒化珪素膜を堆積し、容
量絶縁膜111とし、次に150nm厚の燐を含む多結
晶シリコンを堆積し、フォトリソグラフィ法により不要
部分を除去し、情報蓄積用キャパシタのプレート電極1
12を形成する。次に燐,ボロンを含む酸化珪素膜を堆
積し、層間絶縁膜113とする。
【0022】次に周辺回路領域にフォトリソグラフィ法
によりコンタクトを開口し、次に60nm厚のチタニウ
ムと30nm厚の窒化チタニウムと300nm厚のアル
ミニウムを主体とした金属を順次堆積し、フォトリソグ
ラフィ法により不要部分を除去し、金属配線114を
1.8μmのピッチで形成する。
【0023】以上の工程を経て、本発明のダイナミック
RAMが形成される、本発明では、回路特性上必要な容
量値を実現するために蓄積電極の表面積を大きくする目
的で、0.9μmと蓄積電極を高くしたが、蓄積電極の
上部に形成される金属配線がワード線ピッチの2倍以上
あるので、金属配線の加工が容易に実施でき、所望の特
性を有するダイナミックRAMを歩留まり良く、提供す
る事が可能になった。
【0024】本実施例の接続図を図3に示す。メモリセ
ルアレイ201の間に一定間隔でワード線駆動回路20
2を配置し、メモリセルアレイ端に配置されたデコーダ
203に接続するワード信号線204は、ワード線駆動
回路202と接続する。ワード信号線204は、図1の
金属配線114に対応する。ワード線205とワード信
号線204は、ワード線駆動回路202を介して接続さ
れる。
【0025】ワード線電流供給信号線206は、ワード
線205及び、ワード信号線204と垂直にワード線駆
動回路202と接続する。個々のワード線は、ワード信
号線204とワード線電流供給信号線206により選択
される。ワード線電流供給信号線206は、ワード線電
流供給信号線駆動回路207と接続する。
【0026】本発明の実施例は、ワード線205を交互
に配置することにより、ワード線駆動回路202のパタ
ーンレイアウトに余裕が生じ、十分なコンタクトマージ
ンが確保できる。
【0027】また、本発明の実施例では、ワード信号線
204のピッチをワード線の2倍にしたが、ワード線駆
動回路202の構成によって、2倍以上にする事が可能
である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、メモリセ
ルアレイ上の金属配線をワード線の2倍以上のピッチで
配列するので、メモリセルの縮小に対し次のような効果
がある。 (1)金属配線の加工が容易になる。 (2)COB構造では、蓄積電極の高さを高く出来、容
量値を十分確保できる。 (3)金属配線の抵抗増大を回避できる。 (4)金属配線とワード線の接続部分でのコンタクトマ
ージンが確保出来コンタクトの形成が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の平面図である。
【図2】本発明の一実施例の断面図である。
【図3】本発明の一実施例の接続図である。
【図4】第1の従来例の平面図である。
【図5】第1の従来例の断面図である。
【図6】第2の従来例の平面図である。
【図7】第2の従来例の断面図である。
【図8】第3の従来例の平面図である。
【図9】第3の従来例の断面図である。
【図10】第4の従来例の平面図である。
【図11】第4の従来例の断面図である。
【図12】従来例第1〜4の接続図である。
【図13】従来例のワード線と金属配線に要求される加
工寸法の世代間変移を示すグラフである。
【図14】レジスト厚をパラメーターとした、I線ステ
ッパーの加工寸法とフォーカスマージンの関係を示すグ
ラフである。
【図15】従来例の金属配線抵抗及び時定数の世代間変
移を示すグラフである。
【符号の説明】
101 P型半導体基板 102 素子分離膜 103 素子能動領域 104 ワード線を兼ねるゲート電極 105 層間絶縁膜 106 ビットコンタクト 107 ビット数 108 層間絶縁膜 109 キャパシタコンタクト 110 蓄積電極 111 層間絶縁膜 112 プレート電極 113 層間絶縁膜 114 金属配線 201 メモリセルアレイ 202 ワード線駆動回路 203 デコーダ 204 ワード信号線 205 ワード線 206 ワード線電流供給信号線 207 ワード線電流供給信号線駆動回路 440 能動素子領域 441 シリコン基板 442 素子分離膜 443 プレート電極 444 ワード線を兼ねるゲート電極 445 ビット線 446 ビットコンタクト 447 金属配線 450 能動素子領域 451 シリコン基板 452 素子分離膜 453 容量プレート 454 ワード線を兼ねるゲート電極 455 ビットコンタクト 456 トレンチ 457 ビット線 458 金属配線 460 能動素子領域 461 シリコン基板 462 素子分離膜 463 容量プレート 464 ワード線を兼ねるゲート電極 465 ビット線 466 ビットコンタクト 467 キャパシタコンタクト 468 蓄積電極(点線で囲まれた領域) 469 金属配線 470 能動素子領域 471 シリコン基板 472 素子分離膜 473 容量プレート 474 ワード線を兼ねるゲート電極 475 ビット線 476 ビットコンタクト 477 キャパシタコンタクト 478 蓄積電極 479 金属配線 480 メモリセル領域 481 周辺回路領域 482 段差 701 ワード線 702 金属配線 703 メモリセルアレイ 704 接続部 705 行デコーダ705

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に区画して設けた素子能動
    領域に1個の選択用MIS型トランジスタと1個の情報
    蓄積用キャパシタで構成するメモリセルを有する半導体
    メモリ装置において、該選択用MIS型トランジスタの
    ゲート電極がワード線と兼用し一定間隔で配置されたワ
    ード線駆動回路と接続し、 前記ワード線を選択する信号を伝達する配線が、前記ワ
    ード線に対して平行にワード線の2倍以上のピッチで通
    過し一定間隔で配置された前記ワード線駆動回路と接続
    する事を特徴とする半導体メモリ装置。
  2. 【請求項2】 前記MIS型トランジスタのソース,ド
    レイン領域の一方が前記ワード線間を通るビット線コン
    タクト孔を介してビット線と接続し、他方は、該ビット
    線間及び、前記ワード線間を通るキャパシタコンタクト
    孔を介して該ビット線上に位置する前記情報蓄積用キャ
    パシタの蓄積電極と接続し、該蓄積電極は、容量絶縁膜
    により被覆され、該容量絶縁膜は、前記情報蓄積用キャ
    パシタの対極により被覆され、該対極は、層間絶縁膜に
    より被覆されることを特徴とする請求項1記載の半導体
    メモリ装置。
  3. 【請求項3】 前記情報蓄積用キャパシタの蓄積電極の
    高さが、0.5μm以上あることを特徴とする請求項2
    記載の半導体メモリ装置。
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