JPH10242422A - 半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置およびその製造方法

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JPH10242422A
JPH10242422A JP9046810A JP4681097A JPH10242422A JP H10242422 A JPH10242422 A JP H10242422A JP 9046810 A JP9046810 A JP 9046810A JP 4681097 A JP4681097 A JP 4681097A JP H10242422 A JPH10242422 A JP H10242422A
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JP
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insulating film
electrode
bit line
forming
plug
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JP9046810A
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Masami Aoki
正身 青木
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
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    • H10B12/48Data lines or contacts therefor
    • H10B12/482Bit lines

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ビット線後作り構造のスタックトキ
ャパシタを有したメモリセルとその周辺回路とを同一チ
ップ上に混載してなるDRAMにおいて、メモリセルと
周辺回路との間で層間絶縁膜の上面にキャパシタの有無
に応じた段差が生じるのを防止できるようにすることを
最も主要な特徴とする。 【解決手段】たとえば、バリア層32となる積層膜の内
部に第二の導電材33を埋め込んで、メモリセル11A
のビット線プラグ31と、周辺回路11Bの拡散層プラ
グ71およびゲート電極プラグ81とを形成する。ま
た、各プラグ31,71,81の形成と同時に、上記積
層膜により、キャパシタ61のストレージノード電極6
2を形成する。こうして、メモリセル11Aを形成する
際の、周辺回路11Bの形成のためのプロセスとの整合
性を高める構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体記憶装置
およびその製造方法に関するもので、特に、メモリセル
とその周辺回路とを同一チップ上に混載してなるダイナ
ミック型の半導体記憶装置(DRAM)に用いられるも
のである。
【0002】
【従来の技術】現在、256MビットDRAMや1Gビ
ットDRAM向けに開発されつつあるスタックトキャパ
シタを有するメモリセル(DRAMセル)は、その大半
が、ビット線の形成に先駆けてキャパシタを形成する、
いわゆるビット線先作り構造(COB構造)となってい
る。
【0003】このCOB構造は、ビット線の形成に影響
されないため、キャパシタの占有面積を大きくとれると
いうメリットがあるものの、ビット線の寄生容量が大き
い、ビット線に対する自己整合プロセスが必要となるた
めにビット線のAl化が困難であるなどの問題がある。
【0004】このため、今後、DRAMにおいて主流に
なると思われる、メモリセルと周辺のロジック(周辺回
路)とを混載してなるチップへの適用性が悪いという欠
点があった。
【0005】一方、ビット線よりもキャパシタを先に形
成するビット線後作り構造のセルにおいては、上記の問
題点を解決することが可能である反面、メモリセルと周
辺回路とを混載してなるチップへ適用した場合には、メ
モリセルと周辺回路との間で、層間絶縁膜の上面にキャ
パシタの有無による段差が生じるといった不具合があっ
た。
【0006】図13は、上記したビット線後作り構造の
セルを、メモリセルと周辺回路とを同一チップ上に混載
してなるDRAMに適用した場合を例に示すものであ
る。なお、このDRAMの場合、素子の左側がメモリセ
ル部、同右側が周辺回路部となっている。
【0007】すなわち、このDRAMは、たとえば同図
(c)に示すように、シリコン基板101上のフィール
ド酸化膜102によって囲まれたメモリセル領域101
a内に、それぞれ、ゲート電極103およびソース/ド
レイン領域104を有する複数のMOSトランジスタが
形成されてなるメモリセル部においては、各MOSトラ
ンジスタのソース/ドレイン領域104の一方にそれぞ
れ対応して、円筒形のストレージノード電極105、キ
ャパシタ絶縁膜106、プレート電極107からなるス
タックトキャパシタが形成されている。
【0008】また、他方のソース/ドレイン領域104
に対応して、層間絶縁膜108上に形成されるビット線
109につながる、ビット線コンタクト110が形成さ
れている。
【0009】周辺回路領域101b上の、周辺回路部に
おいては、フィールド酸化膜102上に形成されたゲー
ト電極103に対応して、上記ビット線109につなが
るゲート電極コンタクト111が形成されている。
【0010】また、フィールド領域上のMOSトランジ
スタの一方のソース/ドレイン領域104に対応して、
上記ビット線109につながる拡散層コンタクト112
が形成されている。
【0011】しかしながら、この構成のDRAMの場
合、たとえば同図(b)に示すように、メモリセル部の
スタックトキャパシタを形成した後に、全面に、層間絶
縁膜108を形成するようにしている。
【0012】このため、たとえば同図(c)に示すよう
に、メモリセル部と周辺回路部との間で、層間絶縁膜1
08の上面にキャパシタの有無に応じた段差120がで
き、ビット線109を高精度にパターニングするのを困
難にするなど、メモリセル部と周辺回路部との整合性が
悪いという問題があった。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、ビット線後作り構造のセルの場合、チップ
への適用性は改善できるものの、周辺回路部との整合性
が悪いという問題があった。
【0014】そこで、この発明は、メモリセル部と周辺
回路部とを同一チップ上に混載する場合において、メモ
リセル部と周辺回路部との間で層間絶縁膜の上面にキャ
パシタの有無による段差を生じることなく、メモリセル
部と周辺回路部との整合性に優れた半導体記憶装置およ
びその製造方法を提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体記憶装置にあっては、半導体基
板上に、MOSトランジスタおよびキャパシタを有して
構成されるメモリセル部とその周辺回路部とを混載して
なるものにおいて、前記メモリセル部のビット線接続部
および前記周辺回路部のビット線接続部を、それぞれの
上面の高さがほぼ同一となるように構成してなる構成と
されている。
【0016】また、この発明の半導体記憶装置にあって
は、半導体基板上に、MOSトランジスタおよびキャパ
シタを有して構成されるメモリセル部とその周辺回路部
とを混載してなるものにおいて、第一の導電材からなる
バリア層を有し、それぞれの上面の高さがほぼ同一とな
るように構成された、前記メモリセル部および前記周辺
回路部のビット線接続部と、前記バリア層をなす前記第
一の導電材により構成された、前記キャパシタのストレ
ージ電極とから構成されている。
【0017】また、この発明の半導体記憶装置にあって
は、半導体基板上の、メモリセル領域および周辺回路領
域にそれぞれ形成されたMOSトランジスタと、前記M
OSトランジスタ上をそれぞれ含む、前記基板の全面に
形成された第一の層間絶縁膜に、その平坦面より開孔さ
れて、前記MOSトランジスタの一方のソース・ドレイ
ン領域につながる蓄積電極用コンタクト孔の、少なくと
も内壁部位に形成された第一の導電材よりなるストレー
ジ電極、および、このストレージ電極上に、キャパシタ
絶縁膜を介して形成されたプレート電極と、前記基板の
全面に形成された第一の層間絶縁膜に、その平坦面より
それぞれ開孔されて、前記MOSトランジスタの他方の
ソース・ドレイン領域につながる第一,第二のプラグ電
極用コンタクト孔の、少なくとも各内壁部位に形成され
た第一の導電材よりなるバリア層を介して、前記第一,
第二のプラグ電極用コンタクト孔内にそれぞれ第二の導
電材が埋め込まれてなる第一,第二のプラグ電極と、前
記基板の全面に形成された第二の層間絶縁膜に、その平
坦面より開孔された、前記第一,第二のプラグ電極にそ
れぞれつながる第一,第二のコンタクト電極用コンタク
ト孔内にそれぞれ配線材料を埋め込んでなる第一,第二
のコンタクト電極と、前記第二の層間絶縁膜上に設けら
れ、前記第一,第二のコンタクト電極にそれぞれつなが
るビット線とから構成されている。
【0018】また、この発明の半導体記憶装置の製造方
法にあっては、半導体基板上のメモリセル領域と周辺回
路領域とにそれぞれMOSトランジスタを形成する工程
と、前記MOSトランジスタ上をれぞれ含む、前記基板
の全面に層間絶縁膜を形成した後、その層間絶縁膜に、
ビット線接続部のバリア層およびキャパシタのストレー
ジ電極を形成する工程とからなっている。
【0019】さらに、この発明の半導体記憶装置の製造
方法にあっては、半導体基板上のメモリセル領域および
周辺回路領域にそれぞれMOSトランジスタを形成する
工程と、前記MOSトランジスタを形成した後、前記基
板の全面に第一の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第
一の層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、前記第一の
層間絶縁膜を選択的に除去し、蓄積電極用コンタクト孔
および第一,第二のプラグ電極用コンタクト孔を形成す
る工程と、前記各コンタクト孔の少なくとも側壁部位
に、それぞれ、第一の導電材によりストレージ電極また
はバリア層を形成する工程と、前記各コンタクト孔内を
ダミー膜により埋め込む工程と、前記ダミー膜のうち、
前記蓄積電極用コンタクト孔を除く、前記第一,第二の
プラグ電極用コンタクト孔内に埋め込まれたダミー膜を
除去する工程と、前記ダミー膜の除去された、前記第
一,第二のプラグ電極用コンタクト孔内に第二の導電材
を埋め込んで第一,第二のプラグ電極を形成する工程
と、前記蓄積電極用コンタクト孔内に埋め込まれたダミ
ー膜を除去する工程と、少なくとも、前記ストレージ電
極の表面に沿ってキャパシタ絶縁膜を形成する工程と、
前記キャパシタ絶縁膜を介して、前記蓄積電極用コンタ
クト孔内にプレート電極を設けてキャパシタを形成する
工程と、全面に、第二の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第二の層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、前記
第二の層間絶縁膜を選択的に除去し、前記第一,第二の
プラグ電極にそれぞれつながる第一,第二のコンタクト
電極用コンタクト孔を形成する工程と、前記第二の層間
絶縁膜上にビット線を形成すると同時に、このビット線
と前記第一,第二のプラグ電極とをそれぞれ接続する第
一,第二のコンタクト電極を形成する工程とからなって
いる。
【0020】この発明の半導体記憶装置およびその製造
方法によれば、ビット線後作り構造のスタックトキャパ
シタを有したメモリセル部の、周辺回路部の形成のため
のプロセスとの整合性をとることが容易に可能となる。
これにより、メモリセルとその周辺回路とを同一チップ
上に混載させるDRAMにおいて、層間絶縁膜の極端な
平坦化を行うことなしに、微細パターンの加工性などを
向上できるようになるものである。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
【0022】図1は、本発明の実施の第一の形態にかか
る、同一チップ上にメモリセルとその周辺回路とを混載
してなるDRAMの概略構成を示すものである。なお、
同図(a)は、DRAMのレイアウト構成(1/2ピッ
チ、8F(Feature Size(最小デザインルールを示
す))2 型配置)を示す要部の平面図、同図(b)は、
図(a)のB−B線に沿う要部の断面図であり、いずれ
も素子の左側がメモリセル部、同右側が周辺回路部とな
っている。
【0023】このDRAMは、たとえば同図(b)に示
すように、P型シリコン基板(半導体基板)11からな
るチップ上に、ビット線後作り構造のスタックトキャパ
シタを有したメモリセル(DRAMセル)11Aと、そ
の周辺回路(ロジック回路)11Bとが混載されてなる
構成とされている。
【0024】すなわち、上記メモリセル11Aでは、た
とえば同図(b)に示すように、P型シリコン基板11
の表面に選択的に形成されたフィールド酸化膜(素子分
離領域)12上、および、このフィールド酸化膜12に
よって囲まれたメモリセル領域13aに、それぞれ、ゲ
ート酸化膜14を介して、多結晶シリコン15およびタ
ングステン・ポリサイドやチタン・シリサイドなどの電
極材料16を積層してなるゲート電極17が選択的に形
成されている。
【0025】各ゲート電極17は、その上部および側部
に、それぞれ窒化シリコン膜18が形成されている。
【0026】そして、各ゲート電極17の相互の、上記
P型シリコン基板11の表面には、それぞれ、N- 型の
拡散層からなるソース/ドレイン領域19が形成され
て、複数のN型MOSトランジスタが構成されている。
【0027】上記MOSトランジスタ上を含む、上記P
型シリコン基板11の全面には、たとえば同図(b)に
示すように、SiO2 (シリコン酸化)膜からなる第一
の層間絶縁膜21が形成されている。
【0028】そして、この第一の層間絶縁膜21には、
上記MOSトランジスタのソース/ドレイン領域19の
一方(ドレイン)に対応して、ビット線接続部を構成す
る、ビット線プラグ(第一のプラグ電極)31が形成さ
れている。
【0029】このビット線プラグ31は、たとえば、第
一のプラグ電極用コンタクト孔31aの内壁に沿って形
成された、Ti(チタン)とTiN(チタン・ナイトラ
イド)との積層膜(第一の導電材)からなるバリア層3
2の内部に、Wなどの第二の導電材33を埋め込んでな
る構成とされている。
【0030】上記ビット線プラグ31上には、たとえば
同図(a),(b)に示すように、ビット線41との接
続のための、該ビット線プラグ31とで上記ビット線接
続部を構成する、ビット線コンタクト(第一のコンタク
ト電極)51が形成されている。
【0031】このビット線コンタクト51は、たとえ
ば、第一のコンタクト電極用コンタクト孔51aの内壁
に沿って形成された、SiN(シリコン・ナイトライ
ド)からなる絶縁膜52の内部に、上記ビット線41を
なすW(タングステン)もしくはAl(アルミニウム)
合金などの配線材料を埋め込んでなる構成とされてい
る。
【0032】また、上記第一の層間絶縁膜21の、上記
MOSトランジスタのソース/ドレイン領域19の他方
(ソース)に対応する部位には、たとえば同図(b)に
示すように、それぞれ蓄積電極となるキャパシタ61が
形成されている。
【0033】このキャパシタ61は、たとえば、蓄積電
極用コンタクト孔61aの内壁に沿って形成された、T
iとTiNとの積層膜(第一の導電材)からなるストレ
ージノード電極62の内部に、キャパシタ絶縁膜となる
Ta2 5 (タンタル・オキサイド)膜63を介して、
プレート電極64が埋め込まれてなる構成とされてい
る。
【0034】上記プレート電極64上には、SiO2
などからなる第二の層間絶縁膜22が形成され、この第
二の層間絶縁膜22上に、上記したWもしくはAl合金
などの配線材料を用いてなるビット線41が形成されて
いる。
【0035】一方、周辺回路11Bでは、たとえば同図
(b)に示すように、周辺回路領域13bをなす、上記
P型シリコン基板11の表面に選択的に形成されたフィ
ールド酸化膜12上、および、このフィールド酸化膜1
2を除くフィールド領域13cに、それぞれ、ゲート酸
化膜14を介して、上記多結晶シリコン15および上記
電極材料16を積層してなるゲート電極17が選択的に
形成されている。
【0036】各ゲート電極17は、その上部および側部
に、それぞれ窒化シリコン膜18が形成されている。
【0037】そして、各ゲート電極17の相互の、上記
P型シリコン基板11の表面には、それぞれ、N- 型の
拡散層からなるソース/ドレイン領域19が形成され
て、複数のN型MOSトランジスタが構成されている。
【0038】上記MOSトランジスタ上を含む、上記P
型シリコン基板11の全面には、たとえば同図(b)に
示すように、上記したSiO2 膜からなる第一の層間絶
縁膜21が形成されている。
【0039】そして、この第一の層間絶縁膜21には、
たとえば、上記MOSトランジスタのソース/ドレイン
領域19の一方(ドレイン)に対応して、上記ビット線
41と接続される、ビット線接続部(第一の周辺コンタ
クト)を構成する拡散層プラグ(第二のプラグ電極)7
1が形成されている。
【0040】この拡散層プラグ71は、たとえば、第二
のプラグ電極用コンタクト孔71aの内壁に沿って形成
された、TiとTiNとの積層膜(第一の導電材)から
なるバリア層32の内部に、上記したWなどの第二の導
電材33を埋め込んでなる構成とされている。
【0041】また、上記フィールド酸化膜12上に形成
されたゲート電極17上には、たとえば同図(b)に示
すように、ビット線接続部(第二の周辺コンタクト)を
構成するゲート電極プラグ(第二のプラグ電極)81が
形成されている。
【0042】このゲート電極プラグ81は、たとえば、
第二のプラグ電極用コンタクト孔81aの内壁に沿って
形成された、TiとTiNとの積層膜(第一の導電材)
からなるバリア層32の内部に、上記したWなどの第二
の導電材33を埋め込んでなる構成とされている。
【0043】上記拡散層プラグ71および上記ゲート電
極プラグ81上には、たとえば同図(a),(b)に示
すように、上記ビット線41との接続のための、該拡散
層プラグ71または該ゲート電極プラグ81とでビット
線接続部をそれぞれ構成する、ビット線コンタクト(第
二のコンタクト電極)91,91が形成されている。
【0044】このビット線コンタクト91,91は、た
とえば同図(b)に示すように、上記Ta2 5 膜63
および上記第二の層間絶縁膜22を貫通して設けられ
た、第二のコンタクト電極用コンタクト孔91aの内壁
に沿って形成された、SiNからなる絶縁膜52の内部
に、上記ビット線41をなすWもしくはAl合金などの
配線材料を埋め込んでなる構成とされている。
【0045】この構成のDRAMは、メモリセル11A
のビット線接続部と周辺回路11Bのビット線接続部と
が、それぞれの上面の高さがほぼ同一となるように、略
同一構造を有してなる構成とされている。このため、メ
モリセル11Aと周辺回路11Bとを同一チップ上に混
載させる場合に、メモリセル11Aの、周辺回路11B
の形成のためのプロセスとの整合性を高めることが可能
となっている。
【0046】すなわち、ビット線後作り構造のスタック
トキャパシタを有するメモリセル11Aにおいて、ビッ
ト線プラグ31の形成を、周辺回路11Bの、各プラグ
71,81の形成と同時に、また、ビット線コンタクト
51の形成を、周辺回路11Bの、各ビット線コンタク
ト91,91の形成と同時に、それぞれ実施できるよう
にしている。
【0047】これにより、メモリセル11Aの、周辺回
路11Bの形成のためのプロセスとの整合性をとること
が容易に可能となる。
【0048】したがって、第二の層間絶縁膜22を堆積
させた場合に、メモリセル11Aと周辺回路11Bとの
間で第二の層間絶縁膜22の上面の高さに、キャパシタ
61の有無による段差が生じるのを防止できる結果、常
に平坦面上での加工が可能となり、ビット線41などを
パターニングする際の加工精度を向上できるようになる
ものである。
【0049】しかも、第一の層間絶縁膜21を堆積した
後において、各プラグ31,71,81のバリア層32
の形成と同時に、キャパシタ61のストレージノード電
極62を形成することが可能となる。このため、キャパ
シタ61を形成するための工程を、大幅に削減できるも
のである。
【0050】特に、トランジスタを形成した後において
は、フルメタルプロセスを採用することが可能になるな
ど、標準的なロジックLSIの製造のためのプロセス
に、キャパシタ絶縁膜63およびプレート電極64を形
成するための工程を加えるだけで、同一チップ上に、ビ
ット線後作り構造のスタックトキャパシタを有するメモ
リセル11Aとその周辺回路11Bとを混載してなるD
RAMを、容易に、かつ、安価に製造できるようにな
る。
【0051】次に、上記した構成のDRAMの製造プロ
セスについて説明する。
【0052】まず、P型シリコン基板11の表面にフィ
ールド酸化膜12を選択的に形成した後、ゲート酸化膜
14をそれぞれ介してゲート電極17を形成するととも
に、それぞれの領域13a,13cの、各ゲート電極1
7の相互間にそれぞれソース/ドレイン領域19を形成
して、複数のN型MOSトランジスタを形成する。
【0053】次いで、上記各ゲート電極17の上部およ
び側部にそれぞれ窒化シリコン膜18を形成した後、全
面に、CVD法によりSiO2 膜からなる第一の層間絶
縁膜21を300〜1000nm程度の膜厚で堆積さ
せ、その上面をCMP(ケミカル・メカニカル・ポリッ
シュ)法などにより平坦化する。
【0054】次いで、第一の層間絶縁膜21上にレジス
トマスク23を形成し、各コンタクト孔31a,61
a,71a,81aを、順次または同時に開孔する(以
上、図2参照)。
【0055】すなわち、メモリセル11Aでは、第一の
層間絶縁膜21に対し、上記ビット線プラグ31を形成
するためのコンタクト孔(第一のプラグ電極用コンタク
ト孔)31a、および、上記キャパシタ61を形成する
ためのコンタクト孔(蓄積電極用コンタクト孔)61a
が、それぞれ開孔される。
【0056】また、周辺回路11Bでは、第一の層間絶
縁膜21に対し、上記拡散層プラグ71および上記ゲー
ト電極プラグ81を形成するための各コンタクト孔(第
二のプラグ電極用コンタクト孔)71a,81aが、そ
れぞれ開孔される。
【0057】続いて、上記レジストマスク23を除去し
た後、全面に、各コンタクト孔31a,61a,71
a,81aの底部および側面部にバリア層32もしくは
ストレージノード電極62を形成するための、TiとT
iNとの積層膜(第一の導電材)24を10〜50nm
程度の膜厚で堆積させる。
【0058】次いで、各コンタクト孔31a,61a,
71a,81aの内部を埋め込むようにして、全面に、
PSG(Phospho-Silicate Glass)膜やBPSG(Boro
n-doped Phospho-Silicate Glass)などからなるダミー
絶縁膜25を堆積させる(以上、図3参照)。
【0059】続いて、上記ダミー絶縁膜25の上面をC
MP法などにより平坦化し、さらに、エッチバックを行
って、第一の層間絶縁膜21上に存在する積層膜24を
除去する(図4参照)。
【0060】その際、各コンタクト孔31a,61a,
71a,81aの内部にはそれぞれダミー絶縁膜25が
埋め込まれているため、研磨剤などが蓄積するなどの悪
影響を避けることができる。
【0061】これにより、コンタクト孔31a,71
a,81a内はバリア層32およびダミー絶縁膜25に
よって、また、コンタクト孔61a内はストレージノー
ド電極62およびダミー絶縁膜25によって、それぞれ
埋め込まれる。
【0062】続いて、レジストマスク26を用いて、上
記ビット線プラグ31を形成するためのコンタクト孔3
1a、上記拡散層プラグ71を形成するためのコンタク
ト孔71a、および、上記ゲート電極プラグ81を形成
するためのコンタクト孔81a内に、それぞれ埋め込ま
れたダミー絶縁膜25を除去する(図5参照)。
【0063】この場合、たとえば、気相もしくは液相の
エッチング、特に、等方性エッチング法が好ましい。
【0064】続いて、レジストマスク26を除去した
後、たとえば、CVD法によりW膜などからなる第二の
導電材33を全面に堆積させる(図6参照)。
【0065】続いて、その第二の導電材33の表面を、
CMP法などにより平坦性を保ちながらエッチバックし
て、コンタクト孔31a,71a,81a内にのみ第二
の導電材33を残存させて、ビット線プラグ31、拡散
層プラグ71、および、ゲート電極プラグ81をそれぞ
れ形成する。
【0066】この後、レジストマスク(図示していな
い)を用いて、上記キャパシタ61を形成するためのコ
ンタクト孔61a内にそれぞれ埋め込まれたダミー絶縁
膜25を、同様に除去する(以上、図7参照)。
【0067】続いて、レジストマスクを除去した後、た
とえば、キャパシタ絶縁膜となるTa2 5 膜63を、
酸化膜換算で5〜25オングストローム程度の膜厚で全
面に堆積させる。
【0068】また、そのTa2 5 膜63上に、たとえ
ば、プレート電極64となるWなどを堆積させてコンタ
クト孔61a内だけを埋め込み、キャパシタ61を形成
する(以上、図8参照)。
【0069】続いて、全面に第二の層間絶縁膜22を形
成した後、レジストマスク27を用いて、上記ビット線
コンタクト51,91,91を形成するための各コンタ
クト孔(第一,第二のコンタクト電極用コンタクト孔)
51a,91a,91aを、それぞれ開孔する(図9参
照)。
【0070】続いて、レジストマスク27を除去した
後、たとえば、全面にSiN膜を10〜50nm程度の
膜厚で堆積させ、そのSiN膜をRIEなどにより側壁
残しでエッチングして絶縁膜52を形成する(図10参
照)。
【0071】そして、上記第二の層間絶縁膜22上にW
やAl合金などの配線材料を堆積させた後、それをパタ
ーニングする。
【0072】これにより、各コンタクト孔51a,91
a,91a内を配線材料により埋め込んでなるビット線
コンタクト51,91,91と、ビット線コンタクト5
1,91,91にそれぞれつながるビット線41とが形
成されて、図1に示した構成の、メモリセル11Aとそ
の周辺回路11Bとを同一チップ上に混載してなるDR
AMが完成される。
【0073】上記したように、メモリセルにおけるビッ
ト線接続部と周辺回路におけるビット線接続部とを、そ
れぞれの上面の高さがほぼ同一となるように、略同一構
造を有してなる構成としている。
【0074】すなわち、メモリセルと周辺回路とにおけ
る各ビット線プラグおよび各ビット線コンタクトを、そ
れぞれ、同一のプロセスにより同時に形成できるように
している。これにより、フルメタルプロセスの採用によ
ってビット線のAl化が可能になるなど、ビット線後作
り構造のスタックトキャパシタを有したメモリセルにお
いて、該メモリセルの、周辺回路の形成のためのプロセ
スとの整合性を高めることが可能となる。したがって、
メモリセルとその周辺回路とを同一チップ上に混載させ
る場合に、メモリセルと周辺回路との整合をとることが
容易に可能となり、層間絶縁膜の上面にキャパシタの有
無に応じた段差が生じるのを防止できるようになるもの
である。
【0075】特に、必要な蓄積容量を得るためにストレ
ージノード電極の高さを高くした場合にも、各プラグの
上面の高さはこれに追従して高くなる。このため、常に
平坦面での加工が可能となり、極端な平坦化工程を行う
ことなしに、ビット線などの微細パターンを加工する際
の精度を格段に向上できるようになる。
【0076】しかも、各プラグのバリア層の形成と同時
にキャパシタのストレージノード電極を形成するととも
に、バリア層の形成に用いられる第一の導電材を、キャ
パシタのストレージノード電極としても利用するように
している。このため、キャパシタの形成のためのプロセ
スを、見かけ上、大幅に削減することが可能となるもの
である。
【0077】また、上記した構成のDRAMによれば、
MIM(メタル・インシュレータ・メタル)型キャパシ
タを容易に形成できるため、キャパシタ絶縁膜の性能を
フルに引き出すことが可能である。
【0078】なお、上記した本発明の実施の第一の形態
においては、ストレージノード電極62上にキャパシタ
絶縁膜となるTa2 5 膜63を形成するようにした場
合を例に説明したが、これに限らず、たとえば図11に
示すように、少なくともストレージノード電極62上に
さらにPt(プラチナ),Ru(ルテニウム),RuO
2 (酸化ルテニウム)などの膜28を積層させるように
しても良い。
【0079】この膜28は、たとえば、全面に、積層膜
24、上記膜28、および、ダミー絶縁膜25を順に堆
積した後に、それらを各コンタクト孔31a,61a,
71a,81a内のみに残存させるように除去すること
で簡単に形成できる。
【0080】このDRAM(本発明の実施の第二の形
態)の場合、上記したTa2 5 膜63よりも誘電率の
高い、BSTO(Bax Sr1-x TiO 3 (チタン酸バリウム
・ストロンチウム))などの膜をキャパシタ絶縁膜とし
て使用できるようになる。
【0081】また、キャパシタ絶縁膜となるTa2 5
膜63を介して蓄積電極用コンタクト孔61a内をプレ
ート電極64によりすべて埋め込む場合の他、たとえば
図12に示すように、Ta2 5 膜63に沿ってのみ、
プレート電極64´を設けるようにしても良い。
【0082】このDRAM(本発明の実施の第三の形
態)のように、プレート電極64´を薄膜化すること
で、コンタクト部分での寄生容量のさらなる低減が可能
となる。
【0083】また、この本発明の実施の第三の形態にか
かるDRAMにおいても、上記した第二の形態にかかる
DRAMの場合と同様に、少なくともストレージノード
電極62とキャパシタ絶縁膜との間にPt,Ru,Ru
2 などの膜28を介在させ、キャパシタ絶縁膜として
BSTO膜を採用することも可能である。
【0084】また、ストレージノード電極62を蓄積電
極用コンタクト孔61a内に形成する場合に限らず、少
なくとも上部が筒状に形成されるものであれば、本発明
は適用できる。
【0085】さらに、各部の材料、膜厚、導電型などの
条件は、仕様に応じて適宜変更可能である。
【0086】その他、この発明の要旨を変えない範囲に
おいて、種々変形実施可能なことは勿論である。
【0087】
【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、メモリセル部と周辺回路部とを同一チップ上に混載
する場合において、メモリセル部と周辺回路部との間で
層間絶縁膜の上面にキャパシタの有無による段差を生じ
ることなく、メモリセル部と周辺回路部との整合性に優
れた半導体記憶装置およびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の第一の形態にかかる、ビット
線後作り構造のスタックトキャパシタを有したメモリセ
ルとその周辺回路とを同一チップ上に混載してなるDR
AMの構成の要部を示す概略図。
【図2】同じく、かかるDRAMの製造方法を説明する
ために示す概略断面図。
【図3】同じく、かかるDRAMの製造方法を説明する
ために示す概略断面図。
【図4】同じく、かかるDRAMの製造方法を説明する
ために示す概略断面図。
【図5】同じく、かかるDRAMの製造方法を説明する
ために示す概略断面図。
【図6】同じく、かかるDRAMの製造方法を説明する
ために示す概略断面図。
【図7】同じく、かかるDRAMの製造方法を説明する
ために示す概略断面図。
【図8】同じく、かかるDRAMの製造方法を説明する
ために示す概略断面図。
【図9】同じく、かかるDRAMの製造方法を説明する
ために示す概略断面図。
【図10】同じく、かかるDRAMの製造方法を説明す
るために示す概略断面図。
【図11】本発明の実施の第二の形態にかかる、DRA
Mの構成の要部を示す概略図。
【図12】本発明の実施の第三の形態にかかる、DRA
Mの構成の要部を示す概略図。
【図13】従来技術とその問題点を説明するために示
す、DRAMの概略断面図。
【符号の説明】
11…P型シリコン基板 11A…メモリセル 11B…周辺回路 12…フィールド酸化膜 13a…メモリセル領域 13b…周辺回路領域 13c…フィールド領域 14…ゲート酸化膜 15…多結晶シリコン 16…電極材料 17…ゲート電極 18…窒化シリコン膜 19…ソース/ドレイン領域 21…第一の層間絶縁膜 22…第二の層間絶縁膜 23,26,27…レジストマスク 24…積層膜 25…ダミー絶縁膜 28…膜 31…ビット線プラグ 31a…第一のプラグ電極用コンタクト孔 32…バリア層 33…第二の導電材 41…ビット線 51…ビット線コンタクト 51a…第一のコンタクト電極用コンタクト孔 52…絶縁膜 61…キャパシタ 61a…蓄積電極用コンタクト孔 62…ストレージノード電極 63…Ta2 5 膜 64,64´…プレート電極 71…拡散層プラグ 71a…第二のプラグ電極用コンタクト孔 81…ゲート電極プラグ 81a…第二のプラグ電極用コンタクト孔 91…ビット線コンタクト 91a…第二のコンタクト電極用コンタクト孔

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に、MOSトランジスタお
    よびキャパシタを有して構成されるメモリセル部とその
    周辺回路部とを混載してなる半導体記憶装置において、 前記メモリセル部のビット線接続部および前記周辺回路
    部のビット線接続部を、それぞれの上面の高さがほぼ同
    一となるように構成してなることを特徴とする半導体記
    憶装置。
  2. 【請求項2】 前記ビット線接続部は、それぞれ、第一
    の導電材からなるバリア層を有して構成されることを特
    徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記キャパシタは、第一の導電材からな
    るストレージ電極を有して構成されることを特徴とする
    請求項1に記載の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 半導体基板上に、MOSトランジスタお
    よびキャパシタを有して構成されるメモリセル部とその
    周辺回路部とを混載してなる半導体記憶装置において、 第一の導電材からなるバリア層を有し、それぞれの上面
    の高さがほぼ同一となるように構成された、前記メモリ
    セル部および前記周辺回路部のビット線接続部と、 前記バリア層をなす前記第一の導電材により構成され
    た、前記キャパシタのストレージ電極とを具備したこと
    を特徴とする半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 前記バリア層は、絶縁膜に形成されたコ
    ンタクト孔の内壁に沿って、前記第一の導電材が設けら
    れてなることを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶
    装置。
  6. 【請求項6】 前記バリア層を介して、前記コンタクト
    孔内に第二の導電材が埋め込まれて、前記各ビット線接
    続部のプラグ電極が形成されてなることを特徴とする請
    求項4または5のいずれかに記載の半導体記憶装置。
  7. 【請求項7】 前記プラグ電極にはさらにコンタクト電
    極が接続されて、前記各ビット線接続部が構成されてな
    ることを特徴とする請求項6に記載の半導体記憶装置。
  8. 【請求項8】 前記ストレージ電極は、絶縁膜に形成さ
    れたコンタクト孔の内壁に沿って、前記第一の導電材が
    設けられてなることを特徴とする請求項4に記載の半導
    体記憶装置。
  9. 【請求項9】 前記第一の導電材は、積層膜により構成
    されてなることを特徴とする請求項4,5または8のい
    ずれかに記載の半導体記憶装置。
  10. 【請求項10】 前記ストレージ電極を介して、前記コ
    ンタクト孔内にキャパシタ絶縁膜およびプレート電極が
    設けられて、前記キャパシタが形成されてなることを特
    徴とする請求項4または8のいずれかに記載の半導体記
    憶装置。
  11. 【請求項11】 半導体基板上の、メモリセル領域およ
    び周辺回路領域にそれぞれ形成されたMOSトランジス
    タと、 前記MOSトランジスタ上をそれぞれ含む、前記基板の
    全面に形成された第一の層間絶縁膜に、その平坦面より
    開孔されて、前記MOSトランジスタの一方のソース・
    ドレイン領域につながる蓄積電極用コンタクト孔の、少
    なくとも内壁部位に形成された第一の導電材よりなるス
    トレージ電極、および、このストレージ電極上に、キャ
    パシタ絶縁膜を介して形成されたプレート電極と、 前記基板の全面に形成された第一の層間絶縁膜に、その
    平坦面よりそれぞれ開孔されて、前記MOSトランジス
    タの他方のソース・ドレイン領域につながる第一,第二
    のプラグ電極用コンタクト孔の、少なくとも各内壁部位
    に形成された第一の導電材よりなるバリア層を介して、
    前記第一,第二のプラグ電極用コンタクト孔内にそれぞ
    れ第二の導電材が埋め込まれてなる第一,第二のプラグ
    電極と、 前記基板の全面に形成された第二の層間絶縁膜に、その
    平坦面より開孔された、前記第一,第二のプラグ電極に
    それぞれつながる第一,第二のコンタクト電極用コンタ
    クト孔内にそれぞれ配線材料を埋め込んでなる第一,第
    二のコンタクト電極と、 前記第二の層間絶縁膜上に設けられ、前記第一,第二の
    コンタクト電極にそれぞれつながるビット線とを具備し
    たことを特徴とする半導体記憶装置。
  12. 【請求項12】 前記第一のプラグ電極と前記第一のコ
    ンタクト電極とで、前記メモリセル領域におけるビット
    線接続部が構成されてなることを特徴とする請求項11
    に記載の半導体記憶装置。
  13. 【請求項13】 前記第二のプラグ電極と前記第二のコ
    ンタクト電極とで、前記周辺回路領域におけるビット線
    接続部が構成されてなることを特徴とする請求項11に
    記載の半導体記憶装置。
  14. 【請求項14】 前記プレート電極は、前記キャパシタ
    絶縁膜の表面に沿ってのみ設けられてなることを特徴と
    する請求項11に記載の半導体記憶装置。
  15. 【請求項15】 前記第一,第二のコンタクト電極用コ
    ンタクト孔には、それぞれの内壁部位に絶縁膜が形成さ
    れてなることを特徴とする請求項11に記載の半導体記
    憶装置。
  16. 【請求項16】 半導体基板上のメモリセル領域と周辺
    回路領域とにそれぞれMOSトランジスタを形成する工
    程と、 前記MOSトランジスタ上をれぞれ含む、前記基板の全
    面に層間絶縁膜を形成した後、その層間絶縁膜に、ビッ
    ト線接続部のバリア層およびキャパシタのストレージ電
    極を形成する工程とからなることを特徴とする半導体記
    憶装置の製造方法。
  17. 【請求項17】 前記ストレージ電極の形成は、前記層
    間絶縁膜に開孔され、前記MOSトランジスタの一方の
    ソース・ドレイン領域につながる蓄積電極用コンタクト
    孔の、少なくとも内壁に沿って第一の導電材を形成する
    ものであることを特徴とする請求項16に記載の半導体
    記憶装置の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記バリア層の形成は、前記層間絶縁
    膜に開孔され、前記MOSトランジスタの他方のソース
    ・ドレイン領域につながる第一,第二のプラグ電極用コ
    ンタクト孔の、少なくとも内壁に沿って第一の導電材を
    形成するものであることを特徴とする請求項16に記載
    の半導体記憶装置の製造方法。
  19. 【請求項19】 前記ビット線接続部は、それぞれの上
    面の高さがほぼ同一となるように形成されることを特徴
    とする請求項16に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  20. 【請求項20】 半導体基板上のメモリセル領域および
    周辺回路領域にそれぞれMOSトランジスタを形成する
    工程と、 前記MOSトランジスタを形成した後、前記基板の全面
    に第一の層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第一の層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、 前記第一の層間絶縁膜を選択的に除去し、蓄積電極用コ
    ンタクト孔および第一,第二のプラグ電極用コンタクト
    孔を形成する工程と、 前記各コンタクト孔の少なくとも側壁部位に、それぞ
    れ、第一の導電材によりストレージ電極またはバリア層
    を形成する工程と、 前記各コンタクト孔内をダミー膜により埋め込む工程
    と、 前記ダミー膜のうち、前記蓄積電極用コンタクト孔を除
    く、前記第一,第二のプラグ電極用コンタクト孔内に埋
    め込まれたダミー膜を除去する工程と、 前記ダミー膜の除去された、前記第一,第二のプラグ電
    極用コンタクト孔内に第二の導電材を埋め込んで第一,
    第二のプラグ電極を形成する工程と、 前記蓄積電極用コンタクト孔内に埋め込まれたダミー膜
    を除去する工程と、 少なくとも、前記ストレージ電極の表面に沿ってキャパ
    シタ絶縁膜を形成する工程と、 前記キャパシタ絶縁膜を介して、前記蓄積電極用コンタ
    クト孔内にプレート電極を設けてキャパシタを形成する
    工程と、 全面に、第二の層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第二の層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、 前記第二の層間絶縁膜を選択的に除去し、前記第一,第
    二のプラグ電極にそれぞれつながる第一,第二のコンタ
    クト電極用コンタクト孔を形成する工程と、 前記第二の層間絶縁膜上にビット線を形成すると同時
    に、このビット線と前記第一,第二のプラグ電極とをそ
    れぞれ接続する第一,第二のコンタクト電極を形成する
    工程とからなることを特徴とする半導体記憶装置の製造
    方法。
  21. 【請求項21】 前記第一のプラグ電極と前記第一のコ
    ンタクト電極とで、前記メモリセル領域におけるビット
    線接続部が構成されることを特徴とする請求項20に記
    載の半導体記憶装置の製造方法。
  22. 【請求項22】 前記第二のプラグ電極と前記第二のコ
    ンタクト電極とで、前記周辺回路領域におけるビット線
    接続部が構成されることを特徴とする請求項20に記載
    の半導体記憶装置の製造方法。
  23. 【請求項23】 前記プレート電極は、前記キャパシタ
    絶縁膜の表面に沿ってのみ設けられることを特徴とする
    請求項20に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  24. 【請求項24】 前記第一,第二のコンタクト電極用コ
    ンタクト孔を形成した後、該コンタクト孔の各側壁部位
    に絶縁膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とす
    る請求項20に記載の半導体記憶装置の製造方法。
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