JPH1050947A - 半導体メモリ素子のキャパシタの製造方法 - Google Patents
半導体メモリ素子のキャパシタの製造方法Info
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Abstract
導体メモリ素子のキャパシタの製造方法において、キャ
パシタのストレージ電極の表面積を一定した値に保ちな
がらセルアレー領域と周辺回路領域との間の表面段差を
減少させうるキャパシタの製造方法を提供する。 【解決手段】 ボックス形の導電層パターンを蝕刻する
ことにより、ボックス形の導電層パターンより高さの低
い変形された導電層パターンを形成する。次いで、変形
された導電層パターンの中心部を蝕刻することにより、
円筒形ストレージ電極40bを形成する。
Description
シタの製造方法に係り、特にセルアレー領域と周辺回路
領域とを具備する半導体メモリ素子のキャパシタの製造
方法に関する。
パシタンスの減少はDRAM(Dynamic Random Access
Memory)の集積度の増加に深刻な障害要因となる。この
ようなセルキャパシタンスの減少はメモリセル読出能力
を低下させ、ソフトエラー率(SER :soft error rate
)を増加させるだけでなく低電圧での素子動作を難し
くする。従って、半導体メモリ素子の高集積化のために
はセルキャパシタンスが減少する問題を必ず解決すべき
である。
の方法として3次元的な形のストレージ電極を形成する
ことにより、制限されたセル面積内に形成されるストレ
ージ電極の表面積を増加させる方法等が提案されたこと
がある。これら方法の中、所定の高さを有するボックス
形のストレージ電極を形成する方法はその製造工程が比
較的簡単かつストレージ電極の表面積を増加させうるの
で広く使用されている。
形ストレージ電極を有するキャパシタの製造方法を順次
的に説明するための断面図である。図1は半導体基板1
01上に平坦化層120及び蝕刻阻止層125を形成す
る段階を説明するための断面図である。前記半導体基板
101はフィールド酸化膜110により活性領域と非活
性領域とに区分されており、前記活性領域、即ち各フィ
ールド酸化膜110の間にはソース領域111、ドレイ
ン領域112及びゲート電極113を具備したトランジ
スターと、前記トランジスターのドレイン領域112と
連結された埋没形ビットライン114が形成されてい
る。前記のように形成された結果物上に平坦化層120
及び蝕刻阻止層125を順次的に形成する。ここで、前
記平坦化層120はBPSG(borophosphosilicate glass
)膜で形成し、前記蝕刻阻止層125はシリコン窒化
膜(Si3N4 )で形成する。
11を露出させる平坦化層パターン120a及び蝕刻阻
止層パターン125aを形成する段階を説明するための
断面図である。具体的に説明すれば、前記蝕刻阻止層1
25及び平坦化層120を順次的にパタニングして前記
ソース領域111を露出させるコンタクトホール130
を有する蝕刻阻止層パターン125a及び平坦化層パタ
ーン120aを形成する。
電層140及びフォトレジストパターン150を形成す
る段階を説明するための断面図である。詳しく説明すれ
ば、前記蝕刻阻止層パターン125a及び平坦化層パタ
ーン120aが形成された基板の全面に前記コンタクト
ホール130が完全に充填されるように導電層140、
例えば不純物でドーピングされた多結晶シリコン層を形
成する。次いで、前記導電層140の全面にフォトレジ
ストを塗布し、これを写真工程でパタニングして前記コ
ンタクトホール130の上部領域を覆うフォトレジスト
パターン150を形成する。
段階を説明するための断面図である。さらに具体的に説
明すれば、前記フォトレジストパターン150を蝕刻マ
スクとして前記蝕刻阻止層パターン125aが露出され
るまで前記導電導140を蝕刻することにより、前記ソ
ース領域111と連結されたボックス形ストレージ電極
140aを形成する。次いで、前記フォトレジストパタ
ーン150を除去する。
た結果物上に、誘電膜180及びプレート電極190を
順次的に形成することにより、ボックス形ストレージ電
極を有するキャパシタを完成する段階を説明するための
断面図である。前記誘電膜180はONO (oxide /nitr
ide /oxide )膜を形成して使用し、前記プレート電極
190はドーピングされた多結晶シリコンを沈積して形
成する。このように形成されたセルキャパシタのセルキ
ャパシタンスはストレージ電極140aの上部面積及び
側面面積を合わせた値に比例する。よって、制限された
面積内に高容量キャパシタ(high performance capacit
or)を形成するための方法としてはストレージ電極14
0aの高さを高めて側面面積を増加させるべきである。
法によれば、制限された面積内に高容量キャパシタを形
成するためには前記ストレージ電極140aを形成する
ための導電層140の厚さを増加すべきである。これに
より、前記ストレージ電極が形成されるセルアレー領域
と前記ストレージ電極が形成されない周辺回路領域との
間に表面段差が増加して金属配線を形成するための写真
工程を実施する際、焦点余裕度(focus margin)が減少
し、乱反射が激しく発生する。結果的に、所望の形の金
属配線を形成しにくい問題点が発生する。
は、セルアレー領域と周辺回路領域との表面段差を緩和
させながらセルキャパシタンスを極大化させうる円筒形
ストレージ電極を有する半導体メモリ素子のキャパシタ
の製造方法を提供することにある。
の本発明の一態様によれば、半導体基板上に前記半導体
基板の所定領域を露出させるコンタクトホールを有する
第1絶縁層パターンを形成する。次いで、前記露出され
た半導体基板と接触され前記コンタクトホールを覆うボ
ックス形の導電層パターンを形成する。相互隣接した前
記導電層パターンの間に第2絶縁層パターンを形成す
る。引続き、前記第2絶縁層パターンを蝕刻マスクとし
て前記導電層パターンを蝕刻することにより、前記第2
絶縁層パターンの上側壁を露出させる変形された導電層
パターンを形成する。次いで、前記露出された第2絶縁
層パターンの上側壁にスペーサを形成する。前記スペー
サ及び前記第2絶縁層パターンを蝕刻マスクとして前記
変形された導電層パターンを所定の深さに蝕刻すること
により、円筒形ストレージ電極を形成する。
様によれば、半導体基板上に第1絶縁層、蝕刻阻止膜及
び上部層間絶縁膜を順次に形成する。次いで、前記上部
層間絶縁膜、前記蝕刻阻止膜及び前記第1絶縁層を連続
的にパタニングして前記半導体基板の所定領域を露出さ
せるコンタクトホールを形成すると同時に第1絶縁層パ
ターン、蝕刻阻止膜パターン及び上部層間絶縁膜パター
ンを形成する。前記露出された半導体基板と接触され前
記コンタクトホールを覆うボックス形の導電層パターン
を形成する。引続き、相互隣接した前記導電層パターン
の間に第2絶縁層パターンを形成する。前記第2絶縁層
パターンを蝕刻マスクとして前記導電層パターンを蝕刻
することにより、前記第2絶縁層パターンの上側壁を露
出させる変形された導電層パターンを形成する。次い
で、前記露出された第2絶縁層パターンの上側壁にスペ
ーサを形成する。前記スペーサ及び前記第2絶縁層パタ
ーンを蝕刻マスクとして前記変形された導電層パターン
を所定の深さに蝕刻することにより、円筒形ストレージ
電極を形成する。次いで、前記スペーサ、前記第2絶縁
層パターン及び前記上部層間絶縁膜パターンを除去す
る。前記上部層間絶縁膜パターンが除去された結果物の
全面に誘電膜及びプレート電極を順次に形成する。
添付した図面に基づき詳しく説明する。 (第1実施例)図6乃至図14は本発明の第1実施例に
よるキャパシタの製造方法を説明するための断面図であ
る。
絶縁層20を形成する段階を説明するための断面図であ
る。まず、半導体基板1の所定領域に活性領域と非活性
領域とを限定するフィールド酸化膜10を形成し、前記
活性領域上にソース領域11、ドレイン領域12及びゲ
ート電極13を具備するトランジスターを形成する。次
いで、前記トランジスターが形成された結果物の全面に
下部層間絶縁膜を形成し、前記下部層間絶縁膜をパタニ
ングして前記ドレイン領域12を露出させるビットコン
タクトホールを形成する。次いで、前記ビットコンタク
トホールを覆うビットライン14を形成した後、ビット
ライン14が形成された結果物の全面に平坦化のための
第1絶縁層20を形成する。ここで、前記第1絶縁層2
0はBPSG膜で形成することが望ましい。
ンタクトホール30を形成する段階を説明するための断
面図である。具体的に説明すれば、前記コンタクトホー
ル30は公知の多様な方法、例えばセルフアラインコン
タクト形成方法またはダイレクトコンタクト形成方法等
で形成できる。このようにコンタクトホール30を形成
すれば、示されたようにソース領域11を露出させる第
1絶縁層パターン20aが形成される。
を説明するための断面図である。まず、前記第1絶縁層
パターン20aが形成された結果物の全面に前記コンタ
クトホール30を充填する導電層、例えばドーピングさ
れた多結晶シリコン層を形成する。次いで、前記コンタ
クトホール30の上部を覆うフォトレジストパターン5
0を形成し、フォトレジストパターン50を蝕刻マスク
として使用して前記導電層を蝕刻することにより、前記
ソース領域11と連結されて前記コンタクトホール30
を覆うボックス形導電層パターン40を形成する。次い
で、前記フォトレジストパターン50を除去する。
た結果物の全面に第2絶縁層60を形成した状態を示す
断面図である。ここで、前記第2絶縁層60としては相
互隣接した導電層パターン40の間の凹部を充填するた
め段差塗布性に優れたCVD 酸化膜で形成することが望ま
しい。図10は第2絶縁層パターン60aを形成する段
階を説明するための断面図である。具体的に説明すれ
ば、前記導電層パターン40が露出されるまで前記第2
絶縁層60をエッチバックして相互隣接した導電層パタ
ーン40の間に第2絶縁層パターン60aを形成する。
を形成する段階を説明するための断面図である。詳しく
説明すれば、前記第2絶縁層パターン60aを蝕刻マス
クとして前記導電層パターン40を所定の厚さだけ蝕刻
することにより、前記第2絶縁層パターン60aの上面
より低い表面を有する変形された導電層パターン40a
を形成する。このように変形された導電層パターン40
aを形成すれば、示されたように第2絶縁層パターン6
0aの上側壁Aが露出される。
ン60aの上側壁にスペーサ70を形成する段階を説明
するための断面図である。まず、前記変形された導電層
パターン40aが形成された結果物の全面に第3絶縁
層、例えばCVD 酸化膜またはCVD 窒化膜を形成する。次
いで、前記第3絶縁層を異方性蝕刻して前記露出された
第2絶縁層パターン60aの上側壁にスペーサ70を形
成する。
成する段階を説明するための断面図である。まず、前記
スペーサ70及び前記第2絶縁層パターン60aを蝕刻
マスクとして前記変形された導電層パターン40aを所
定の深さに蝕刻することにより、円筒形ストレージ電極
40bを形成する。ここで、前記所定の深さは前記変形
された導電層パターン40aの厚さより小さくすべきで
ある。次いで、前記スペーサ70及び第2絶縁層パター
ン60aを除去することにより、前記ストレージ電極4
0bの外周面を露出させると同時に前記第1絶縁層パタ
ーン20aを露出させる。
シタを完成する段階を説明するための断面図である。さ
らに詳しく説明すれば、前記ストレージ電極40bの外
周面が露出された結果物の全面に誘電膜80及びプレー
ト電極90を順次的に形成して円筒形のストレージ電極
40bを有するキャパシタを完成する。ここで、前記プ
レート電極90はドーピングされた多結晶シリコン膜で
形成する。
ば、導電層パターンを蝕刻してさらに薄くなった変形さ
れた導電層パターンを形成し、変形された導電層パター
ンの中心部を蝕刻して円筒形のストレージ電極を形成す
ることにより、ボックス形ストレージ電極に比べて表面
積が減少されることを防止しながらその高さを低めう
る。よって、一定したキャパシタンスを保ちながらセル
アレー領域と周辺回路領域との間の表面段差を減少させ
うる。
例によるキャパシタの製造方法を説明するための断面図
である。まず、図6乃至図12で説明した内容と同一な
方法で第2絶縁層パターン60a、変形された導電層パ
ターン40a及びスペーサ70を形成する。次いで、前
記スペーサ70及び第2絶縁層パターン60aを蝕刻マ
スクとして前記変形された導電層パターン40aを所定
の深さに蝕刻することにより、円筒形のストレージ電極
40bを形成する。ここで、前記所定の深さは変形され
た導電層パターン40aの厚さより小さくすべきであ
る。次いで、前記スペーサ70及び第2絶縁層パターン
60aを蝕刻して前記スペーサ70を完全に除去すると
同時に、前記ストレージ電極40bの上部外周面Bが露
出されるように変形された第2絶縁層パターン60bを
形成する。ここで、前記スペーサ70及び第2絶縁層パ
ターン60aは相等しい物質膜、例えば酸化膜または窒
化膜で形成することが望ましい。引続き、前記変形され
た第2絶縁層パターン60bが形成された結果物の全面
に誘電膜及びプレート電極を順次に形成して(図示せ
ず)本発明の第2実施例によるキャパシタを完成する。
ば、従来のボックス形ストレージ電極に比べてキャパシ
タンスが減少することを防止しながら低い高さの円筒形
ストレージ電極を形成すると共に、相互隣接したストレ
ージ電極の間に変形された第2絶縁層パターンが存在す
るので化学溶液を使用する湿式工程のような後続工程の
進行時、ストレージ電極がリフティングされる現象を防
止しうる。これにより、セルアレー領域と周辺回路領域
との間の表面段差を減少させると共に、リフティングさ
れたストレージ電極による汚染を防止して素子の収率を
改善させうる。
例によるキャパシタの製造方法を説明するための断面図
である。まず、図6乃至図12で説明した内容と同一な
方法で第2絶縁層パターン60a、変形された導電層パ
ターン40a及びスペーサ70を形成する。次いで、前
記スペーサ70及び第2絶縁層パターン60aを蝕刻マ
スクとして前記変形された導電層パターン40aの中心
部を所定の深さに蝕刻することにより、円筒形のストレ
ージ電極40bを形成する。ここで、前記所定の深さは
変形された導電層パターン40aの厚さより小さくすべ
きである。次いで、前記スペーサ70及び第2絶縁層パ
ターン60aを除去することにより、ストレージ電極4
0bの外周面及び前記第1絶縁層パターン20aを露出
させる。次いで、前記露出された第1絶縁層パターン2
0aを所定の厚さXだけ等方性蝕刻して前記ストレージ
電極40bの縁の下部にアンダーカット領域を形成する
と同時に変形された第1絶縁層パターン20bを形成す
る。ここで、前記スペーサ70、第2絶縁層パターン6
0a及び前記第1絶縁層パターン20aは相等しい物質
膜、例えば酸化膜または窒化膜で形成することが望まし
い。このように形成されたストレージ電極は示されたよ
うに露出される表面積が第1実施例及び第2実施例に比
べてさらに広いためセルキャパシタンスをさらに増加さ
せうる。
結果物の全面に誘電膜及びプレート電極を形成すること
により(図示せず)、本発明の第3実施例によるキャパ
シタを完成する。前述した本発明の第3実施例によれ
ば、従来のボックス形ストレージ電極に比べてさらに表
面積を増加させながら低い高さの円筒形ストレージ電極
を形成しうる。これにより、セルアレー領域と周辺回路
領域との間の表面段差を減少させると共に、キャパシタ
ンスをさらに増加させうる。
例によるキャパシタの製造方法を説明するための断面図
である。まず、図6の内容と同一な方法で第1絶縁層2
0を形成する。次いで、前記第1絶縁層20上に蝕刻阻
止膜及び上部層間絶縁膜を順次に形成する。ここで、前
記蝕刻阻止膜及び上部層間絶縁膜は各々窒化膜及び酸化
膜で形成することが望ましい。そして、蝕刻阻止膜及び
上部層間絶縁膜は各々100Å乃至200Å及び100
0Å乃至2000Åの厚さで形成する。次いで、前記上
部層間絶縁膜、蝕刻阻止膜及び前記第1絶縁層20を連
続的にパタニングして前記ソース領域11を露出させる
コンタクトホールを形成すると同時に第1絶縁層パター
ン20a、蝕刻阻止膜パターン21a及び上部層間絶縁
膜パターンを形成する。引続き、前記結果物の全面に図
8乃至図12で説明した内容と同一な方法で第2絶縁層
パターン60a、変形された導電層パターン40a及び
スペーサ70を形成する。ここで、前記第2絶縁層パタ
ーン60a及びスペーサ70は前記上部層間絶縁膜と同
一な物質膜、例えば酸化膜で形成することが望ましい。
次いで、前記スペーサ70及び第2絶縁層パターン60
aを蝕刻マスクとして前記変形された導電層パターン4
0aの中心部を所定の深さに蝕刻することにより、円筒
形のストレージ電極40bを形成する。ここで、前記所
定の深さは変形された導電層パターン40aの厚さより
小さくすべきである。次いで、前記スペーサ70、第2
絶縁層パターン60a及び前記上部層間絶縁膜パターン
を湿式蝕刻溶液、例えばフッ化水素酸溶液(HF solutio
n )または緩衝酸化膜蝕刻溶液(BOE :buffered oxide
etchant)で除去して前記蝕刻阻止膜パターン21aを
露出させることにより、前記ストレージ電極の下部にア
ンダーカット領域(Y)を形成する。
れた結果物の全面に誘電膜及びプレート電極を順次に形
成(図示せず)して本発明の第4実施例によるキャパシ
タを完成する。前述した本発明の第4実施例によれば、
ストレージ電極が露出される表面積を極大化させること
により、従来のボックス形ストレージ電極より低い高さ
を有する円筒形ストレージ電極を形成してもキャパシタ
ンスを極大化させうる。これにより、高集積DRAM素子の
セルアレー領域と周辺回路領域との間の表面段差を緩和
させながら、セルキャパシタンスを極大化させうる。
によれば従来のボックス形ストレージ電極をDRAM素子に
比べてセルアレー領域と周辺回路領域との間の表面段差
を緩和させながら、キャパシタンスの減少を防止しうる
円筒形ストレージ電極を具備するDRAM素子を具現しう
る。これにより、セル特性が低下される現象を防止しな
がら金属配線を形成するためのフォトレジストパターン
のプロファイルを改善しうる。
の変形が本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識を
有する者により可能なのは明白である。
するための断面図である。
するための断面図である。
するための断面図である。
するための断面図である。
するための断面図である。
法を説明するための断面図である。
法を説明するための断面図である。
法を説明するための断面図である。
法を説明するための断面図である。
方法を説明するための断面図である。
方法を説明するための断面図である。
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方法を説明するための断面図である。
方法を説明するための断面図である。
方法を説明するための断面図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 半導体基板上に前記半導体基板の所定領
域を露出させるコンタクトホールを有する第1絶縁層パ
ターンを形成する段階と、 前記露出された半導体基板と接触され前記コンタクトホ
ールを覆うボックス形の導電層パターンを形成する段階
と、 相互隣接した前記導電層パターンの間に第2絶縁層パタ
ーンを形成する段階と、 前記第2絶縁層パターンを蝕刻マスクとして前記導電層
パターンを蝕刻することにより、前記第2絶縁層パター
ンの上側壁を露出させる変形された導電層パターンを形
成する段階と、 前記露出された第2絶縁層パターンの上側壁にスペーサ
を形成する段階と、 前記スペーサ及び前記第2絶縁層パターンを蝕刻マスク
として前記変形された導電層パターンを所定の深さに蝕
刻することにより、円筒形ストレージ電極を形成する段
階とを含むことを特徴とするキャパシタの製造方法。 - 【請求項2】 前記第1絶縁層パターンはBPSG膜で形成
することを特徴とする請求項1に記載のキャパシタの製
造方法。 - 【請求項3】 前記第2絶縁層パターン及び前記スペー
サはCVD 酸化膜で形成することを特徴とする請求項1に
記載のキャパシタの製造方法。 - 【請求項4】 前記導電層パターンはドーピングされた
ポリシリコン膜で形成することを特徴とする請求項1に
記載のキャパシタの製造方法。 - 【請求項5】 前記所定の深さは前記変形された導電層
パターンの厚さより小さいことを特徴とする請求項1に
記載のキャパシタの製造方法。 - 【請求項6】 前記ストレージ電極を形成する段階後、 前記スペーサを除去して前記第2絶縁層パターンを蝕刻
することにより、前記ストレージ電極の上部外周面を露
出させる変形された第2絶縁層パターンを形成する段階
と、 前記変形された第2絶縁層パターンが形成された結果物
の全面に誘電膜及びプレート電極を順次に形成する段階
とをさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の
キャパシタの製造方法。 - 【請求項7】 前記ストレージ電極を形成する段階後、 前記スペーサ及び前記第2絶縁層パターンを除去して前
記第1絶縁層パターンを露出させる段階と、 前記第1絶縁層パターンが露出された結果物の全面に誘
電膜及びプレート電極を順次に形成する段階とをさらに
具備することを特徴とする請求項1に記載のキャパシタ
の製造方法。 - 【請求項8】 前記ストレージ電極を形成する段階後、 前記スペーサ及び前記第2絶縁層パターンを除去して前
記第1絶縁層パターンを露出させる段階と、 前記露出された第1絶縁層パターンを所定の厚さだけ等
方性蝕刻して前記ストレージ電極の縁の下部にアンダー
カット領域を形成する段階と、 前記アンダーカット領域が形成された結果物の全面に誘
電膜及びプレート電極を順次に形成する段階とをさらに
具備することを特徴とする請求項1に記載のキャパシタ
の製造方法。 - 【請求項9】 半導体基板上に第1絶縁層、蝕刻阻止膜
及び上部層間絶縁膜を順次に形成する段階と、 前記上部層間絶縁膜、前記蝕刻阻止膜及び前記第1絶縁
層を連続的にパタニングして前記半導体基板の所定領域
を露出させるコンタクトホールを形成すると同時に第1
絶縁層パターン、蝕刻阻止膜パターン及び上部層間絶縁
膜パターンを形成する段階と、 前記露出された半導体基板と接触され前記コンタクトホ
ールを覆うボックス形の導電層パターンを形成する段階
と、 相互隣接した前記導電層パターンの間に第2絶縁層パタ
ーンを形成する段階と、 前記第2絶縁層パターンを蝕刻マスクとして前記導電層
パターンを蝕刻することにより、前記第2絶縁層パター
ンの上側壁を露出させる変形された導電層パターンを形
成する段階と、 前記露出された第2絶縁層パターンの上側壁にスペーサ
を形成する段階と、 前記スペーサ及び前記第2絶縁層パターンを蝕刻マスク
として前記変形された導電層パターンを所定の深さに蝕
刻することにより、円筒形ストレージ電極を形成する段
階と、 前記スペーサ、前記第2絶縁層パターン及び前記上部層
間絶縁膜パターンを除去する段階と、 前記上部層間絶縁膜パターンが除去された結果物の全面
に誘電膜及びプレート電極を順次に形成する段階とを含
むことを特徴とするキャパシタの製造方法。 - 【請求項10】 前記第1絶縁層はBPSG膜で形成するこ
とを特徴とする請求項9に記載のキャパシタの製造方
法。 - 【請求項11】 前記第2絶縁層パターン及び前記スペ
ーサはCVD 酸化膜で形成することを特徴とする請求項9
に記載のキャパシタの製造方法。 - 【請求項12】 前記導電層パターンはドーピングされ
たポリシリコン膜で形成することを特徴とする請求項9
に記載のキャパシタの製造方法。 - 【請求項13】 前記所定の深さは前記変形された導電
層パターンの厚さより小さいことを特徴とする請求項9
に記載のキャパシタの製造方法。 - 【請求項14】 前記蝕刻阻止膜は窒化膜で形成するこ
とを特徴とする請求項9に記載のキャパシタの製造方
法。 - 【請求項15】 前記上部層間絶縁膜は酸化膜で形成す
ることを特徴とする請求項9に記載のキャパシタの製造
方法。
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