JPH08186237A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH08186237A
JPH08186237A JP7000126A JP12695A JPH08186237A JP H08186237 A JPH08186237 A JP H08186237A JP 7000126 A JP7000126 A JP 7000126A JP 12695 A JP12695 A JP 12695A JP H08186237 A JPH08186237 A JP H08186237A
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JP
Japan
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electrode layer
layer
groove
electrode
capacitor
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JP7000126A
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English (en)
Inventor
Takeshi Tsuru
健士 鶴
Takayuki Okamura
隆之 岡村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 メモリチップ内のトレンチ占有面積を増大さ
せることなくトレンチキャパシタ容量を増大させ、さら
にトレンチキャパシタ形成におけるリソグラフィ工程を
増大させない。 【構成】 溝3の側面及び底面にはキャパシタ電極とな
る不純物拡散層4が形成される。溝3の内部には櫛形
(フィン)形状の導電体層15が形成され、不純物拡散
層4と電気的に接続される(第1の電極15´)。第1
の電極15´表面及び半導体基板1表面にはゲート絶縁
膜10が形成され、さらにゲート絶縁膜10の表面には
プレート電極となる第2の電極が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特にメモリ集積回路の溝(トレンチ)内に形成
されたキャパシタの形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図11に一般的なトレンチキャパシタを
示す。半導体基板101上に溝103を掘り込み、この
溝103の側面と底面にN型の不純物拡散層104を形
成し、その後溝103内部にキャパシタ絶縁膜110を
形成する。そして溝103内部にプレート電極となる第
2の電極116を堆積させ、溝103の側面及び底面の
部分にキャパシタを形成している。
【0003】図12ないし図23に一般的なスタック型
キャパシタを示す。図12に示すように半導体基板12
0にN型の不純物拡散層121を形成し、その上に絶縁
物層122を形成する。
【0004】次に図13に示すようにストレージノード
となる導電体層123を形成し、図14に示すようにフ
ォトレジスト124をマスクに導電体層123をパター
ニングする。次にフォトレジスト124を剥離し、図1
5に示すように絶縁物層122と同一の絶縁物層を堆積
し、絶縁物層122’とする。その後、フィンスタック
用溝を形成するため図16に示すようにフォトレジスト
125をマスクに絶縁物層122’をエッチングする。
さらに図17に示すようにフォトレジスト125をマス
クにストレージノードとなる導電体層123をエッチン
ングし、さらに図18に示すようにフォトレジスト12
5をマスクに絶縁物層122’をエッチングし、不純物
拡散層121表面を露出させる。
【0005】この後、図19に示すように、ストレージ
ノードとなる導電体層126を形成し、図20に示すよ
うにフォトレジスト127をマスクに導電体層126を
パターニングする。その後図21に示すように絶縁物層
122’をエッチングし、フィンスタック形状の導電体
層126の表面を露出させる。そして図22に示すよう
に導電体層126の表面にキャパシタ絶縁膜128を形
成し、図23に示すようにキャパシタ絶縁膜128表面
にプレート電極となる導電体層129を堆積させ、スタ
ック型キャパシタを形成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】メモリ集積回路の情報
記憶素子数の大規模化に伴い、セル面積は微細化へと進
んでいく今日では、素子占有面積を増大させることなく
キャパシタの大容量を実現しなくてはならない。図11
の構造では溝(トレンチ)の径を大きくすることで容量
を増大させることができるが隣接するトレンチ間の距離
が狭くなりトレンチ間リークによる誤作動、及び隣接す
るワード線からのリークによる誤作動を誘発してしま
う。また製品の生産性を向上させ、さらに製造コストを
低減させていくためには半導体製造の主要工程であるフ
ォトリソグラフィ工程をできる限り少なくしなければな
らない。従来では図14、16、20に示すように少な
くとも3回はフォトリソグラフィ工程が必要であり、キ
ャパシタの容量は増大するが生産性は低下し、製造コス
トも高価なものになってしまう。
【0007】本発明は上記問題点に鑑み、メモリチップ
内のトレンチ占有面積を増大させることなくトレンチキ
ャパシタ容量を増大させ、さらにトレンチキャパシタ形
成におけるリソグラフィ工程を増大させないことを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法では、半導体基板
に高アスペクト比となる溝を形成し、この溝の側面と底
面とに不純物拡散層を形成する工程と、前記溝の側面と
底面及び前記半導体基板表面に沿って第1の絶縁物層、
第1の電極層、第2の絶縁物層及び第2の電極層をこの
順に形成する工程と、この第2の電極層のうち、前記溝
の底面上及び前記半導体基板表面上に形成された部分を
異方性エッチングを用いて除去する工程と、前記第2の
絶縁物層のうち、前記溝の底面上及び前記半導体基板表
面上に形成された部分を異方性エッチングを用いて除去
する工程と、前記第1の電極層のうち、前記溝の底面上
及び前記半導体基板表面上に形成された部分を異方性エ
ッチングを用いて除去する工程と、前記第1の絶縁物
層、前記第1の電極層、前記第2の絶縁物層及び前記第
2の電極層のうち、前記半導体基板表面上に残存した部
分を除去し、平坦化する工程と、前記溝内部に第3の電
極層を形成し、前記第1の電極層、前記第2の電極層及
び前記第3の電極層を電気的に接続する工程と、前記溝
の内に残存した前記第1の絶縁物層及び第2の絶縁物層
を除去する工程と、前記第1の電極層、第2の電極層、
第3の電極層表面及び前記不純物拡散層上にキャパシタ
絶縁膜を形成する工程と、このキャパシタ絶縁膜表面に
第4の電極層を形成する工程とを具備することを特徴と
する。
【0009】
【作用】本発明によれば、溝(トレンチ)内にストレー
ジノードとなる電極を櫛形(フィン)形状に形成し、キ
ャパシタ電極面積を増大させることでキャパシタ容量を
増大させる。さらにキャパシタ電極をセルフアラインで
形成するため、フォトリソグラフィによるパターン形成
工程が1回で済み、製造工程が大幅に短縮される。
【0010】
【実施例】本発明の実施例である半導体装置について図
10を用いて説明する。図10において、半導体基板1
には径が約1μmであり深さが約4μmの高アスペクト
比の溝3が形成されている。この溝3の側面と底面とに
は表面濃度が1×1019cm-3程度の第1導電型(N
型)の不純物拡散層4が形成されている。溝3内部に
は、櫛形形状に形成された導電体層15が形成されてい
る。この導電体層15の櫛の歯の部分の幅は約100オ
ングストロームである。この導電体層15及び半導体基
板1で第1の電極15´を形成している。第1の電極1
5´表面には厚さが約5オングストロームの酸化シリコ
ンであるキャパシタ絶縁膜10が形成されている。この
キャパシタ絶縁膜10表面には第1の電極15´に対向
するような形で第2の電極16が形成されている。この
第2の電極16はストレージノードであると同時にプレ
ート電極としての役割を果たすものである。
【0011】以上、本発明の半導体装置では、従来の溝
(トレンチ)径で従来より電極面積を飛躍的に増大させ
ることができる。また、容量が従来に比べ飛躍的に増大
したことでビット線の浮遊容量との比を大きくする事が
でき安定した情報記憶、情報読みだしが可能となる。
【0012】次に本発明の半導体装置の製造方法を図1
ないし図10を用いて説明する。図1に示すように、フ
ィールド酸化膜2により素子分離された半導体基板1に
高アスペクト比の溝3(例えば1μm×4μm)をドラ
イエッチングにより形成する。この後、溝3に燐などN
型の不純物を高濃度に(例えば1×1014cm-3)含ん
だポリシリコンを埋め込み、650℃程度の雰囲気中で
熱拡散する。すると、溝3の側面と底面とに第1導電型
(N型)の不純物拡散層4(表面濃度1×1019cm-
3)が形成される。その後、このポリシリコンをシリコ
ンとの選択性のあるウェットエッチングにより除去す
る。
【0013】次に、図2に示すように、化学気相成長
(CVD)法により前記溝の側面と底面及び前記半導体
基板表面に沿って酸化シリコンからなる第1の絶縁物層
5を約100オングストロームの厚さに形成する。同様
にしてP型の不純物を含んだポリシリコンからなる第1
の電極層6、酸化シリコンからなる第2の絶縁物層7、
P型の不純物を含んだポリシリコンからなる第2の電極
層8とをこの順にCVD法により積層する。それぞれの
層厚は第1の電極層6が約100オングストローム、第
2の絶縁物層7が約100オングストローム、第2の電
極層8が約100オングストロームである。なお本実施
例では第1、第2の絶縁物層を酸化シリコンとしている
が、窒化シリコンであってもよい。
【0014】この後、反応性イオンエッチング(RI
E)などの異方性エッチングにより第2の電極層8をエ
ッチングする。異方性エッチングのため第2の電極層8
は図3に示すような側壁形状として残存する。
【0015】第2の電極層8をエッチングした後、図4
に示すように、第2の絶縁物層7を反応性イオンエッチ
ング(RIE)などの異方性エッチングによりエッチン
グする。このときエッチングガスとしてCF4 に水素を
添加したものを用いればポリシリコンに対して選択比を
2〜5程度とすることができる。よって、溝3の側壁に
残存した第2の電極層8がマスクとなり、溝3の側壁部
分以外の第2の絶縁物層7がエッチング除去される。
【0016】第2の絶縁物層7をエッチング除去した
後、図5に示すように、第1の電極層6を反応性イオン
エッチング(RIE)などの異方性エッチングによりエ
ッチングする。このときエッチングガスとしてCF4 に
酸素を添加したものを用いればポリシリコンに対して選
択比を2程度とすることができる。よって、溝3の側壁
に残存した第2の絶縁物層7、第2の電極層8がマスク
となり、溝3の側壁部分以外の第1の電極層7がエッチ
ング除去される。
【0017】第1の電極層7をエッチング除去した後、
図6に示すように、第1の絶縁物層5、第1の電極層
6、第2の絶縁物層7、第2の電極層8の高さが半導体
基板1表面の高さと一致するように平坦化する。平坦化
の方法として図5の状態で溝3を含む半導体基板1表面
にレジストを塗布しレジスト表面を平坦化した後、半導
体基板1表面までエッチングするレジストエッチバック
あるいはCMP(化学的機械研磨法)により半導体基板
1表面まで研磨する方法が考えられる。この処理により
フィールド酸化膜2も平坦化されてしまうが、再度の熱
酸化により成長させればよい。
【0018】表面平坦化後、図7に示すように、CVD
法により溝3内部にP型の高濃度の不純物を含んだポリ
シリコンである第3の電極層9を形成する。このとき、
ポリシリコンは350オングストロームの層厚とすれば
溝3を埋め込むことができる。その後、半導体基板1の
表面に積層されたポリシリコンを第1の絶縁物層5、第
2の絶縁物層7が露出するまでエッチング除去する。本
工程により、第1の電極層6と第2の電極層8と第3の
電極層9とが電気的に接続される。
【0019】第1の電極層6、第2の電極層8、第3の
電極層9とを接続した後、図8に示すように、第1の絶
縁物層5、第2の絶縁物層7をフッ化水素とフッ化アン
モニウムの混合溶液によるウェットエッチングにより除
去する。第1の絶縁物層5、第2の絶縁物層7は酸化シ
リコンであるため、ウェットエッチングによる方法では
選択性を非常に大きくすることができる。
【0020】第1の絶縁物層5、第2の絶縁物層7除去
後、図9に示すように、CVD法により、一体化された
第1の電極層6、第2の電極層8、第3の電極層9表面
及び半導体基板1表面に酸化シリコンであるキャパシタ
絶縁膜10を形成する約5オングストロームの厚さに形
成する。なお本実施例ではキャパシタ絶縁膜10を酸化
シリコンとしているが、酸化シリコン、窒化シリコン、
酸化シリコンをこの順に積層したONO膜であってもよ
い。さらにはペロブスカイト構造の高誘電率の物質であ
ってもよい。
【0021】最後に図10に示すように、キャパシタ絶
縁膜10表面にCVD法によりP型の高濃度の不純物を
含んだポリシリコンである第4の電極層11を形成す
る。このとき300オングストローム程度ポリシリコン
を堆積させれば図10のようなストレージノードとプレ
ート電極とを兼ね備えた導電体を形成することができ
る。
【0022】以上、本発明の半導体装置の製造方法にお
いて、従来におけるスタック型キャパシタではキャパシ
タ形成工程においてフォトレジストを用いたパターン形
成工程が数回必要であったのに対し、本発明ではセルフ
アラインで形成することができ、キャパシタを製造する
時間が大幅に短縮される。
【0023】
【発明の効果】本発明により従来の溝の径を大きくさせ
ることなく、電極面積を大きくする事ができる。また、
従来のスタック型キャパシタに比べキャパシタを製造す
る時間が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である半導体装置の製造工程図
【図2】本発明の実施例である半導体装置の製造工程図
【図3】本発明の実施例である半導体装置の製造工程図
【図4】本発明の実施例である半導体装置の製造工程図
【図5】本発明の実施例である半導体装置の製造工程図
【図6】本発明の実施例である半導体装置の製造工程図
【図7】本発明の実施例である半導体装置の製造工程図
【図8】本発明の実施例である半導体装置の製造工程図
【図9】本発明の実施例である半導体装置の製造工程図
【図10】本発明の実施例である半導体装置の製造工程
【図11】従来のトレンチ型キャパシタの断面構造
【図12】従来のスタック型キャパシタの製造工程図
【図13】従来のスタック型キャパシタの製造工程図
【図14】従来のスタック型キャパシタの製造工程図
【図15】従来のスタック型キャパシタの製造工程図
【図16】従来のスタック型キャパシタの製造工程図
【図17】従来のスタック型キャパシタの製造工程図
【図18】従来のスタック型キャパシタの製造工程図
【図19】従来のスタック型キャパシタの製造工程図
【図20】従来のスタック型キャパシタの製造工程図
【図21】従来のスタック型キャパシタの製造工程図
【図22】従来のスタック型キャパシタの製造工程図
【図23】従来のスタック型キャパシタの製造工程図
【符号の説明】
1、101、120 半導体基板 2 フィールド酸化膜 3、103 溝 4、104、121 不純物拡散層 5 第1の絶縁物層 6 第1の電極層 7 第2の絶縁物層 8 第2の電極層 9 第3の電極層 10、110、128 キャパシタ絶縁膜 11 第4の電極層 15 導電体層 15´ 第1の電極 16、116 第2の電極 122、122’ 絶縁物層 123、126、129 導電体層 124、125、127 フォトレジスト
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/822 7735−4M H01L 27/10 621 A

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に溝を形成し、この溝の側面
    と底面とに不純物拡散層を形成する工程と、 前記溝の側面と底面及び前記半導体基板表面に沿って第
    1の絶縁物層、第1の電極層、第2の絶縁物層及び第2
    の電極層をこの順に形成する工程と、 この第2の電極層のうち、前記溝の底面上及び前記半導
    体基板表面上に形成された部分を異方性エッチングを用
    いて除去する工程と、 前記第2の絶縁物層のうち、前記溝の底面上及び前記半
    導体基板表面上に形成された部分を異方性エッチングを
    用いて除去する工程と、 前記第1の電極層のうち、前記溝の底面上及び前記半導
    体基板表面上に形成された部分を異方性エッチングを用
    いて除去する工程と、 前記第1の絶縁物層、前記第1の電極層、前記第2の絶
    縁物層及び前記第2の電極層のうち、前記半導体基板表
    面上に残存した部分を除去し、平坦化する工程と、 前記溝内部に第3の電極層を形成し、前記第1の電極
    層、前記第2の電極層及び前記第3の電極層を電気的に
    接続する工程と、 前記溝の内に残存した前記第1の絶縁物層及び第2の絶
    縁物層を除去する工程と、 前記第1の電極層、第2の電極層、第3の電極層表面及
    び前記不純物拡散層上にキャパシタ絶縁膜を形成する工
    程と、 このキャパシタ絶縁膜表面に第4の電極層を形成する工
    程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006014753A1 (en) * 2004-07-23 2006-02-09 Sundew Technologies, Llp Capacitors with high energy storage density and low esr
US8492818B2 (en) 2010-09-14 2013-07-23 International Business Machines Corporation High capacitance trench capacitor

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