JPH077084A - 半導体メモリ装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体メモリ装置及びその製造方法Info
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Abstract
と。 【構成】 セルアレイ領域と周辺回路領域から構成され
る半導体メモリ装置において、前記セルアレイ領域と周
辺回路領域の間の境界領域に、前記セルアレイ領域を囲
む形でその上部が除去された形のトンネルが形成され
る。 【効果】 従来半導体メモリ装置で問題となったセルア
レイ領域と周辺回路領域の間の段差による導電層の信頼
度低下を防止できるだけではなく、周辺回路領域の表面
平坦化を同時に達成できる。
Description
造方法に関するもので、特にセルアレイ領域と周辺回路
領域を含む半導体メモリ装置及びその製造方法に関する
ものである。
タンスの増加はメモリセルの読み出し能力を向上させソ
フトエラー率を減少させる役割をすることによりセルの
メモリ特性を向上させるのに大きく寄与する。メモリセ
ルの集積度が増加するにしたがって1つのチップで単位
セルが示す面積は減り、これは結果的にセルキャパシタ
領域減少をもたらす。したがって集積度が増加すること
により、単位面積当たりの静電容量が増加しなければな
らない。
ため多くの研究報告が提出されてきたが、これらの大部
分はセルキャパシタを構成するストリッジ電極のスタッ
ク形構造に関するものである。このような例には、富士
通社のフィン構造電極(3-DIMENSIONAL STACKD CAPACIT
OR CELL FOR 16M AND 64M DRAMS,by T.Ema et al.,IEDM
1988,pp.592〜595 )、東芝社のボックス構造電極(A
New Stacked Capacitor Cell With Thin Box Structure
d Storage Node by S.Inoue et al.,SSDM,1989,PP.141
〜144 )とSSC 構造電極(A SPREAD STACKED CAPACITOR
(SSC)CELL FOR64MBIT DRAMS by S.INOUE et al.,IEDM 1
989,pp31 〜 34 )及び三菱社の円筒構造電極(NOVEL S
TACKD CAPACITOR CELL FOR 64Mb DRAM by W.Wakamiya e
t al.,VLSI technology symposium,1989,PP.69 〜70)
等がある。このようにDRAMを構成するキャパシタをスタ
ック形で製造する技術は簡単な工程,アルバ粒子に対す
る抵抗性,及びキャパシタンス増加の容易性などのいろ
いろな長所があるが、セル段差(1つのセルが完成され
たとき半導体基板表面からその上に形成された最終層ま
での高さの差)を増加させるという致命的な短所があ
る。セル段差の増加は後続工程で進行させる金属化工程
を難しくするが、そのうち特にセルアレイ領域と周辺回
路領域の間の境界領域での金属化を難しくする。
で、セルアレイ領域,周辺回路領域及びセルアレイ領域
と周辺回路領域の間の境界領域を図示したものである。
セルアレイ領域には、ソース領域14,ドレイン領域1
6及びゲート電極18から構成されたトランジスタ,前
記ゲート電極18を他の導電層から隔離させるための絶
縁層20,平坦化層26,トランジスタの前記各ドレイ
ン領域16と接触するビットライン24,及びトランジ
スタの前記各ソース領域とその一部が接触し、ストリッ
ジ電極100,誘電体膜110及びプレート電極120
から構成されるキャパシタC1,C2及びC3が形成さ
れており、周辺回路領域には多数のセンスアンプや周辺
回路を構成する素子,例えばソース領域14,ドレイン
領域16及びゲート電極18から構成される1つのMO
Sトランジスタが形成されている。前記したセルキャパ
シタンスを容易に増加させられる方法で円筒型キャパシ
タを形成する方法が主に使用されている。前記円筒型キ
ャパシタでは円筒の内面及び外面までセルキャパシタン
ス増加のための有効キャパシタ領域で利用される。した
がって、単位面積当たり確保できるキャパシタンスを増
加させるためには円筒の高さが増加される。しかしなが
ら、前記図1に図示された断面図を参照したとき、大き
なセルキャパシタンス確保のため円筒(ストリッジ電極
100を構成している)の高さを増加させるほど、セル
アレイ領域と周辺回路領域の間の段差はさらに増加する
ことが分かる。セルアレイ領域と周辺回路領域の間の段
差増加は、後続工程で進行される導電層60形成のため
の金属化工程時、いろいろな問題を起こすが、ノッチン
グ現象による導電層パターンの壊れ、段差縁部で発生す
るストリンガー及び導電層での断線(前記図1ではA部
分)がその代表的な問題である。
ための手段】本発明の目的は、セルアレイ領域と周辺回
路領域の間の段差を最小化し、信頼性ある金属化を可能
にする半導体メモリ装置を提供することにある。
置を製造するにあたって、適合なその製造方法を提供す
ることにある。
辺回路領域から構成される半導体メモリ装置において、
前記セルアレイ領域と周辺回路領域の間の境界領域に、
前記セルアレイ領域を囲む形でチャネルが形成されてあ
ることを特徴とする半導体メモリ装置により達成され
る。
領域,周辺回路領域及びセルアレイ領域と周辺回路領域
の間の境界領域を含む半導体メモリ装置の製造方法にお
いて、半導体ウェーハの全面に絶縁物質層を形成する工
程と、前記境界領域の絶縁物質層に前記セル領域を囲む
溝を形成する工程と、前記溝の内面上に第1物質でチャ
ネルを形成する工程と、前記境界領域の絶縁物質層を除
去する工程を含む半導体メモリ装置の製造方法により達
成される。
りえる。セルアレイ領域のキャパシタのストリッジ電極
と前記チャネルを同時に形成する場合には前記第1物質
は導電性物質であることが望ましい。このような導電性
物質としては、例えば不純物が注入されたポリシリコン
である。
質層全面に第1物質を塗布し第1物質層が形成された溝
内部を第2物質で埋め立て、第2物質を蝕刻マスクとし
て用いて前記第1物質層を異方性蝕刻し前記溝の内面以
外の部分の第1物質層を除去し、前記第2物質及び前記
絶縁物質層を除去して形成することができる。
方性及び等方性蝕刻に対して前記第2物質と蝕刻率が異
なる物質ならいかなるものでも使用できる。例えば第1
物質が不純物が注入されたポリシリコンの場合、第2物
質にはレジストを使用することができる。
溝内部を埋め立てる工程は前記第1物質層上に前記レジ
ストを前記溝の深さより厚く塗布した後、前記溝の内面
部位以外の第1物質層の最上部位が露出されるまでエッ
チバックして遂行する。
た後、前記境界領域以外の部位にレジスト層を形成した
後、前記レジスト層をエッチングマスクとして用いて蝕
刻工程を遂行し除去することができる。
イ領域,周辺回路領域及びセルアレイ領域と周辺回路領
域の間の境界領域から構成される半導体メモリ装置を製
造するにおいて、半導体基板全面に絶縁物質層を形成す
る工程と、前記絶縁物質層を部分的に除去することによ
り、前記セルアレイ領域には各セルを構成するトランジ
スタのソース領域上にソース領域を含み、ソース領域よ
り広い凹部を形成し、前記境界領域で前記セルアレイ領
域を囲む溝を形成する工程と、結果物全面にストリッジ
電極の形成のための第1物質層を形成する工程と、前記
凹部及び溝の第1物質上に第2物質を埋め立てる工程
と、前記第2物質を蝕刻マスクにし、前記第1物質層を
蝕刻対象物にした異方性蝕刻を結果物全面に行ない凹部
及び溝の内面上に形成された部分以外の全ての第1物質
層全てを除去する工程と、前記第2物質を除去する工程
と、及び前記セルアレイ領域及び境界領域の絶縁物質層
を除去する工程からなることを特徴とする半導体メモリ
装置の製造方法により達成させられることもある。
層は、前記第2物質を除去した後結果物の全面に第3物
質層を形成した後,前記セルアレイ領域の全部と前記境
界領域の一部が露出されるように前記第3物質層を部分
的に除去し第3物質層パターンを形成し、前記第3物質
層パターンを蝕刻マスクとして用いてセルアレイ及び境
界領域の絶縁物質層を除去する。前記絶縁物質層を除去
した後第3物質層パタ−ンを除去する。前記第3物質は
前記絶縁物質と蝕刻率が異なる感光性物質が望ましく,
この例にはレジストがある。
メモリ装置で問題となったセルアレイ領域と周辺回路領
域の間の段差による導電層の信頼度低下を防止できるだ
けではなく、周辺回路領域の表面平坦化を同時に達成で
きる。
て説明する。図面の符号が前記図1で参照した図面の符
号と同じ場合は同一部分を意味する。
体メモリ装置の製造方法を説明するための簡略な斜視図
で、セルアレイ領域R1,周辺回路領域R3及びセルア
レイ領域と周辺領域の間の境界領域R2が表示された図
面である。同図で前記境界領域R2には前記セルアレイ
領域R1を囲む形でチャンネルTが形成されたことが分
かる。
造されるメモリ装置を説明するための半導体メモリ装置
の斜視図である。
レイ領域,周辺回路領域及びその両者の間の境界領域に
分けられる半導体基板10を含む。ここで、前記セルア
レイ領域はソース領域14,ドレイン領域16及びゲー
ト電極18から構成されたトランジスタと前記トランジ
スタのドレイン領域16と接触するビットライン24を
含む。前記周辺回路領域には又,ソース領域14,ドレ
イン領域16及びゲート電極18から構成されたトラン
ジスタが形成されている。前記境界領域には前記セルア
レイ領域と周辺回路領域を隔離するフィールド酸化膜1
2が形成されている。前記半導体メモリ装置は又,平坦
化層26,セルアレイ領域に形成された前記トランジス
タのソース領域14と接触するように形成されストリッ
ジ電極を構成することになる柱100a,前記柱100
aが形成されている基板全面に積層され前記平坦化層2
6を部分的に露出させる蝕刻阻止層28(例えばシリコ
ン室化膜)及び絶縁物質層30,前記蝕刻阻止層28及
び絶縁物質層30に形成され前記柱100a及び平坦化
層26を露出させセルアレイ領域だけに形成される凹部
9,及び前記蝕刻阻止層及び絶縁物質層30に形成され
前記セルアレイ領域を囲む形で前記平坦化層26を露出
させる溝7を含む。前記半導体メモリ装置は、セルアレ
イ領域に形成されるキャパシター及び境界領域に形成さ
れるチャネルを形成するための中間工程で製造される。
3Aで図示した半導体メモリ装置を図示した斜視図であ
る。セルアレイ領域には前記凹部9を利用して形成され
た円筒型ストリッジ電極100が形成されており、境界
領域には前記溝7を利用して形成されたチャネル200
が形成されている。
メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
の凹部9及びチャネル200形成のための溝7を形成す
る工程を図示したものである。下部構造物(セルアレイ
領域では単位セルを構成するトランジスタを意味し、周
辺回路領域では周辺回路を構成するいろいろな素子を意
味する。)が形成されている半導体基板全面にBPSG
層と同じ厚さ3000オングストローム〜7000オン
グストロームの絶縁物質層30を形成する。次いで、絶
縁物質層を部分的に除去することによりセルアレイ領域
では各セル単位に限定され、各セルを構成するトランジ
スタのソース領域上にソース領域より広い内径3000
オングストローム〜5000オングストロームのシリン
ダー形凹部9を形成し、境界領域では前記セルアレイ領
域を囲む幅3000オングストローム〜5000オング
ストロームの溝7を形成する。このとき前記溝7は一つ
以上形成されることが望ましい。
を形成する工程,及び前記凹部を第2物質70で埋める
工程を図示したものである。前記凹部及び溝(図4Aの
参照符号9及び7)が形成されている基板全面に第1物
質としてストリッジ電極形成のための導電物質,例えば
多結晶シリコンのような物資を蒸着し厚さ500オング
ストローム〜1500オングストロームの第1物質層1
00bを形成する。次いで、任意の異方性蝕刻または等
方性(主に湿式)蝕刻に対して前記第1物質層100b
を構成する物質とはその蝕刻率が異なる第2物質70,
例えばフォトレジストを結果物全面に前記凹部と溝の深
さ以上の厚さで塗布した後、前記第1物質層100bの
最上部分面が現れるまで前記第2物質だけをエッチバッ
クすることにより、前記凹部及び構内だけに第2物質が
埋められるようにする。
極100,チャネル200及び第3物質層パターン74
を形成する工程を図示したもので、前記第2物質(図4
Bの参照符号70)を蝕刻マスクとし前記第1物質層
(図4Bの参照符号100b)を蝕刻対象物とした異方
性蝕刻を結果物全面に行うことにより、セルアレイ領域
では各セル単位に限定された形で前記ストリッジ電極1
00を形成し、境界領域では、前記セルアレイ領域を囲
む形でチャネル200を形成する。このようにして収得
した、そのチャネルの層の高さはストリッジ電極の層の
高さと同じである。
極の厚さと同じである。そして、周辺回路領域及び境界
領域の一部に第3物質層74を形成するが通常前記第3
物質層で光に感光する物質,例えばフォトレジストを使
うことが望ましい。前記フォトレジストを塗布した後露
光及び現状工程に第3物質層74であるレジストパター
ンが形成されるが、このとき、マスクのミスアライン
(Misalign)等により願うパターンの形とは若
干ずれて(L部分程度)形成されることも有り得る。
去する工程を図示したもので、前記第3物質層74を蝕
刻マスクにし前記絶縁物質層30を蝕刻対象物とした等
方性蝕刻(通常,湿式蝕刻)を結果物全面に行うことに
より前記絶縁物質層30を除去する。このときレジスト
パターン形成のための露光時発生するかもしれないミス
アラインにより、前記パターンが周辺回路領域方向に縮
小された形で形成される場合、前記湿式蝕刻後除去され
ず残らなけらばならない周辺回路領域上の絶縁物質層ま
で除去されるので本発明の目的を達成できない場合が生
じる。前記図4Aで前記溝7を一つ以上形成したもの
は、マスクパターンのミスアラインで発生する言及した
問題点を防止するためである。
る工程を図示したもので、前記ストリッジ電極100全
面に固有導電物質,例えばTa2O3やONO膜を塗布
し誘電体膜110を形成し、結果物全面に不純物がドー
プされた多結晶シリコンのような導電物質を蒸着した後
パターニングすることによりプレート電極120を形成
した後,結果物全面に,例えばBPSG(Boro P
hosphorousSilicate Glass)
のような絶縁物質を塗布し層間絶縁層40を形成する。
引き続き、導電層60を形成するが、これは通常の金属
化工程による。
造方法の一適用例を説明するための断面図で、前記図4
Aないし図6Eではその表面が平坦化層(参照符号2
6)を形成し、キャパシタを形成する前に表面を平坦化
にした後チャネルを形成した場合を図示しているが、前
記図7では平坦化工程なしにキャパシタを形成した場合
でも前述した本発明の目的を達成できることを示してい
る。
のではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改
変をなし得ることは勿論である。
置によると、セルアレイ領域と周辺回路領域の間の境界
領域にセルアレイを形成するため使われる物質でチャネ
ルを一つ以上形成し境界領域で発生する段差を最小化す
る。その結果、従来、半導体メモリ装置で問題となっ
た,セルアレイ領域と周辺回路領域の間の段差による導
電層の信頼度低下問題を防止できるだけではなく、周辺
回路領域の表面平坦化を同時に達成できる。
装置の断面図。
モリ装置を説明するための簡略な斜視図。
れる半導体メモリ装置を説明するための半導体メモリ装
置の斜視図。
装置の製造方法を説明するための断面図。
装置の製造方法を説明するための断面図。
方法を説明するための断面図。
法の一適用例を説明するための断面図。
Claims (12)
- 【請求項1】セルアレイ領域,周辺回路領域及び前記セ
ルアレイ領域と周辺回路領域の間の境界領域で構成され
る半導体メモリ装置において、前記境界領域に前記セル
アレイ領域を囲む形でチャネルが形成されていることを
特徴とする半導体メモリ装置。 - 【請求項2】前記セルアレイ領域に形成されたメモリセ
ルは1つのキャパシタと1つのトランジスタで構成され
るダイナミックランダムアクセスメモリセルであること
を特徴とする請求項1記載の半導体メモリ装置。 - 【請求項3】前記キャパシタは円筒型ストリッジ電極で
構成されることを特徴とする請求項2記載の半導体メモ
リ装置。 - 【請求項4】前記チャネルの最上部はセルアレイ領域に
形成された前記ストリッジ電極の最上部と同じ高さで形
成されることを特徴とする請求項3記載の半導体メモリ
装置。 - 【請求項5】前記チャネルの厚さは前記円筒型ストリッ
ジ電極の厚さと同一であることを特徴とする請求項3記
載の半導体メモリ装置。 - 【請求項6】前記チャネルは1個以上形成されることを
特徴とする請求項1記載の半導体メモリ装置。 - 【請求項7】セルアレイ領域,周辺回路領域及びセルア
レイ領域と周辺回路領域の間の境界領域を含む半導体メ
モリ装置の製造方法において、半導体ウェーハの全面に
絶縁物質層を形成する工程と、前記境界領域の絶縁物質
層に前記セルアレイ領域を囲む溝を形成する工程と、前
記溝の内面上に第1物質で構成された上部が除去された
トンネルを形成する工程と、前記境界領域の絶縁物質層
を除去する工程とを含む半導体メモリ装置の製造方法。 - 【請求項8】前記チャネルは前記溝が形成された絶縁物
質層の全面に第1物質を塗布して第1物質層を形成し、
前記第1物質層が形成された溝内部を第2物質で埋め立
て、前記第2物質を蝕刻マスクに用いて前記第1物質層
を異方性蝕刻し前記溝内面以外の部分の第1物質層を除
去し、前記第2物質及び前記絶縁物質層を除去して形成
することを特徴とする請求項7記載の半導体メモリ装置
の製造方法。 - 【請求項9】前記第1物質層上に前記レジストを前記溝
の深さよりも厚く塗布した後、前記溝内面部位以外に形
成された第1物質層の最上部が露出されるまでエッチバ
ックし溝を埋め立てることを特徴とする請求項8記載の
半導体メモリ装置の製造方法。 - 【請求項10】前記チャネルを形成した後、前記境界領
域以外の部位にレジスト層を形成した後、前記レジスト
層をエッチングマスクとして用いて前記絶縁物質層を蝕
刻し除去することを特徴とする請求項7記載の半導体メ
モリ装置の製造方法。 - 【請求項11】セルアレイ領域,周辺回路領域及びセル
アレイ領域と周辺回路領域の間の境界領域で構成される
半導体メモリ装置を製造するにおいて、半導体基板全面
に絶縁物質層を形成する工程と、前記絶縁物質層を部分
的に除去することにより、前記セルアレイ領域には各セ
ルを構成するトランジスタのソース領域上にソース領域
を含み、ソース領域より広い凹部を形成し、前記境界領
域で前記セルアレイ領域を囲む溝を形成する工程と、結
果物全面にストリッジ電極の形成のための第1物質を形
成する工程と、前記凹部及び溝の第1物質層上に第2物
質を埋め立てる工程と、前記第2物質を蝕刻マスクに
し、前記第1物質層を蝕刻対象物にした異方性蝕刻を結
果物全面に行ない凹部及び溝の内面上に形成された部分
以外の全ての第1物質層全てを除去する工程と、前記第
2物質を除去する工程と、及び前記セルアレイ領域及び
境界領域の絶縁物質層を除去する工程からなることを特
徴とする半導体メモリ装置の製造方法。 - 【請求項12】前記セルアレイ領域及び境界領域の絶縁
物質層を除去する工程は、前記第2物質を除去した後結
果物の全面に第3物質層を形成した後、前記セルアレイ
領域の全部と前記境界領域の一部が露出されるように前
記第3物質を部分的に除去し第3物質層パターンを形成
する工程と、前記第3物質層パターンを蝕刻マスクとし
て用いて前記セルアレイ領域及び境界領域の絶縁物質層
を除去した後前記第3物質層パターンを除去する工程か
らなることを特徴とする請求項11記載の半導体メモリ
装置の製造方法。
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