JP3076952B2 - Semiconductor memory device and method of manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor memory device and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、層間絶縁膜上のワード
線に起因する大きな段差が存在しても、その上に形成さ
れるメモリ・キャパシタの電極となる材料膜をパターニ
ングするのに支障がないようにした半導体記憶装置及び
その製造方法に関する。
【0002】現在、半導体記憶装置、特にダイナミック
・ランダム・アクセス・メモリ(dynamic ra
ndom access memory:DRAM)で
は、微細なメモリ・セルを高集積化することが行われて
いる為、ワード線に依る段差が原因となってメモリ・キ
ャパシタの形成が困難になるなど、種々な支障が起こっ
ているので、それを解消しなければならない。
【0003】
【従来の技術】図9は実用化されている一般的なDRA
Mの構造を説明する為の要部切断側面図である。
【0004】図に於いて、1はp型シリコン半導体基
板、2は二酸化シリコンからなるフィールド絶縁膜、3
は二酸化シリコンからなるゲート絶縁膜、41 ,42 ,
43 は多結晶シリコンからなるゲート電極(ワード
線)、51Aはn+ 型ソース領域、6 1A,61Bはn+ 型ド
レイン領域、7は二酸化シリコンからなる層間絶縁膜、
81A,81Bは多結晶シリコンからなるスタックト・キャ
パシタに於ける一方の電極である蓄積電極、91A,91B
は二酸化シリコンからなるスタックト・キャパシタに於
ける誘電体膜、101 は多結晶シリコンからなるセル・
プレートと呼ばれスタックト・キャパシタに於ける他方
の電極である対向電極、11は二酸化シリコンからなる
層間絶縁膜、121 は高融点金属シリサイド(例えば、
ポリサイド:polycide)からなるビット線、1
3は燐珪酸ガラス(phospho−silicate
glass:PSG)からなる層間絶縁膜、14は俗
に裏打ちと呼ばれゲート電極と共にワード線の一部をな
す電極・配線をそれぞれ示している。
【0005】このDRAMでは、例えば、ゲート電極4
1 とソース領域51Aとドレイン領域61Aとで一つのメモ
リ・セルに於けるトランスファ・ゲート・トランジスタ
をなし、電極81Aと誘電体膜91Aと電極101 とで前記
メモリ・セルに於けるメモリ・キャパシタをなし、電極
81Aがドレイン領域61Aにコンタクトすることでトラン
スファ・ゲート・トランジスタとメモリ・キャパシタと
が結合され、トランスファ・ゲート・トランジスタのオ
ン・オフでメモリ・キャパシタに情報電荷の出し入れ或
いは蓄積を行うものである。
【0006】前記したDRAMの構成や動作は、1トラ
ンジスタと1メモリ・キャパシタからなるメモリ・セル
からなる標準的なDRAMに於いては、並べて変わりな
いところであり、現在、半導体記憶装置として多用され
ているものである。尚、ドレイン領域61B、電極81B、
誘電体膜91Bなどは、前記説明したメモリ・セルに隣接
するメモリ・セルの一部を構成するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体記憶装置
は更に微細化される傾向にあり、その要求されるところ
からパターンの形成には異方性エッチングが多用され、
その結果、パターンのエッジは垂直に切り立った形状を
もつようになり、それが進展するにつれ、下層パターン
に於ける段差の影響が増幅されて上層パターンの形成が
困難になりつつある。
【0008】その為、スピン・オン・グラス(spin
on glass)の塗布やエッチ・バックを行うな
どして段差を解消するなどの手段も採られているが、工
程が増加したり、エッチ・バックの制御などに不安定要
素があるなど難点が多い。
【0009】前記したようなことは、図9について説明
したDRAMに於いても例外ではなく、微細化が進行す
るにつれて、平面で見たメモリ・セルの面積の縮小化が
要求され、その要求に応えようとすると段差が大きくな
り、パターンの形成が甚だ困難になる。
【0010】例えば、メモリ・セルの平面的な面積が1
00〔μm2 〕程度以下になると、最早、従来通りの構
造ではメモリ・キャパシタ容量を確保することが不可能
になり、これを回避する為、メモリ・キャパシタに於け
る蓄積電極を厚く形成し、その側面に於ける面積を増加
させることでメモリ・キャパシタとして全体の面積は低
下しないようにすることが考えられている。
【0011】然しながら、そのように厚い蓄積電極をパ
ターニングするには、下地の段差、即ち、凹凸が大きく
影響する。
【0012】図10はメモリ・キャパシタ容量を確保す
る為の対策を施した高集積化DRAMを説明する為の要
部切断側面図を表し、図9に於いて用いた記号と同記号
は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【0013】このDRAMが図9に見られるDRAMと
相違する点は、メモリ・セルの平面的な面積を小さくし
たことに依り、当然、メモリ・キャパシタの平面的な面
積も小さくなるので、それに依る容量不足を補う為、電
極81Aや81Bの厚さSを通常の二倍程度、即ち、例えば
0.5〔μm〕程度と厚くし、その側面の面積を大きく
することでキャパシタとして作用する面積が全体として
は低減されないようにするものである。
【0014】然しながら、そのように電極81Aや81Bの
厚さSを厚く形成した場合、図に矢印で指示してある部
分、即ち、電極81Aと電極81Bとの間の部分には、垂直
に切り立ったエッジをもつワード線であるゲート電極4
2 並びに43 の存在に起因する深い落ち込みが形成され
ていることと相俟って、フォト・リソグラフィに依る電
極81A,81Bなどの加工を良好に行うことができない。
【0015】本発明は、ワード線であるゲート電極に起
因して段差が発生する状態にあるとき、ある条件の下に
段差をなすゲート電極に側壁膜を形成することで前記段
差の悪影響を緩和し、その上に形成される蓄積電極とな
るべき厚い導電体膜に通常のフォト・リソグラフィ技術
を適用してパターニングできるようにしようする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明では、ワード線と
して延在するゲート電極を形成するまでのプロセスには
標準的な従来の技法を適用してよいのであるが、ゲート
電極のエッジ側面は段差になるので、それを緩和する為
に側壁膜を形成することとし、しかも、その側壁膜を形
成する条件として、如何なる場合にも、フォト・リソグ
ラフィ技術に依るパターニングや被膜の段差切れなどに
悪影響が現れないようにすることが可能な限界条件を開
示する。
【0017】図1は本発明の原理を説明する為のDRA
Mを表す要部切断側面図であり、図9及び図10に於い
て用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味
を持つものとする。
【0018】図では、フィールド絶縁膜2上にワード線
であるゲート電極42 及び43 が延在し、そのエッジ側
面には、段差に緩徐な傾斜を付与する為の基礎となる側
壁膜2Aが形成され、それ等を覆って層間絶縁膜7が形
成され、その上に蓄積電極となるべき多結晶シリコン膜
8を形成した状態が表されている。
【0019】本発明者は、数多くの実験を行い、多結晶
シリコン膜8が厚い場合にも通常のフォト・リソグラフ
ィ技術にてパターニング可能とするには、前記段差に緩
徐な傾斜を付与する為の基礎となる側壁膜2Aを形成す
るのに所定の条件が必要であり、それを無視して漫然と
形成しても良い結果は得られないことを見出した。
【0020】その実験に依れば、ゲート電極42 ,43
などの厚さをdとし、また、側壁膜2Aに於ける下地と
接する底面の厚さをaとすると、a>d、とすることが
必須であり、そのようにした後、現今のDRAMに必要
とされる耐圧を確保する為、標準的な厚さ例えば100
0〔Å〕の層間絶縁膜を形成し、その上にかなり厚い多
結晶シリコン膜8を形成しても、それを通常のフォト・
リソグラフィ技術にて微細なパターニングを確実に実施
することができる。
【0021】厚さdが例えば0.4〔μm〕以下である
とき、側壁膜2Aの下端が下地と接する点でなす角度θ
を60°以下にすれば、多結晶シリコン膜8に於ける厚
さが例えば0.5〔μm〕以上であっても、正確にパタ
ーニングすることができ、このような条件は、如何なる
場合にも、a>d、で律することができる。
【0022】前記したようなことから、本発明に依る半
導体記憶装置及びその製造方法に於いては、
【0023】(1)
基板(例えばp型シリコン半導体基板1)上に於いてパ
ターン化された複数のワード線(例えば多結晶シリコン
からなるゲート電極41 など)と、前記ワード線のエッ
ジ側面に形成された絶縁物質(例えば二酸化シリコン)
からなる側壁膜(例えば側壁膜2A)と、前記ワード線
と前記側壁膜を覆う層間絶縁膜(例えば二酸化シリコン
からなる層間絶縁膜7)と、前記層間絶縁膜上に形成さ
れ前記ワード線に於けるエッジ上方を横切って延在する
パターン化されたメモリ・セル・キャパシタの一方の電
極(例えば蓄積電極81Aなど)とを備え、前記ワード線
の厚さをdとし且つ前記側壁膜が下地と接する底面に於
ける厚さをaとして、
a>d
なる条件を満たし、且つ、前記メモリ・セル・キャパシ
タの一方の電極に於ける厚さは前記ワード線の厚さに比
較して厚く且つ互いに隣接する前記ワード線間に於いて
分離されてなることを特徴とするか、或いは、
【0024】(2)基板(例えばp型シリコン半導体基板1)表面に対して
実質的に垂直なエッジ側面をもち且つ段差を生成する膜
厚dをもった複数のワード線(例えば多結晶シリコンか
らなるゲート電極4 1 など)を前記基板上に形成する工
程と、次いで、前記ワード線を覆い且つ前記ワード線に
於ける前記膜厚dに比較して厚い膜厚の絶縁膜(例えば
二酸化シリコン膜)を形成する工程と、次いで、前記絶
縁膜を異方性エッチングして前記ワード線のエッジ側面
に下地と接する底面の厚さがaであって且つa>dの条
件を維持した側壁膜(例えば側壁膜2A)を形成する工
程と、次いで、前記ワード線並びに前記側壁膜を覆う層
間絶縁膜(例えば二酸化シリコンからなる層間絶縁膜
7)を形成する工程と、次いで、前記層間絶縁膜を覆い
且つ前記ワード線の厚さに比較して厚い導電体膜(例え
ば多結晶シリコン膜8)を形成する工程と、次いで、所
要パターンをもつマスクを形成してから前記導電体膜を
異方性エッチングして互いに隣接する前記ワード線間で
分離させてメモリ・セル・キャパシタの一方の電極(例
えば蓄積電極8 1A など)を形成する工程とが含まれてな
ることを特徴とする。
【0025】
【作用】前記手段を採ることに依り、メモリ・キャパシ
タに於ける蓄積電極を厚く形成して容量増加を図ろうと
する場合、蓄積電極となるべき厚い多結晶シリコン膜を
精密に且つ再現性良好にパターニングすることが可能で
あり、その実施に際しては、段差の原因となるワード線
の厚さ及び該ワード線の側面に形成する側壁膜の厚さの
関係を考慮するのみで足り、半導体記憶装置を高集積化
するのに適用して有効である。
【0026】図2乃至図8は本発明一実施例を解説する
為の工程要所に於ける半導体記憶装置を表す要部切断側
面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
【0027】図2参照
2−(1)
例えば、窒化シリコン膜及び二酸化シリコン膜を積層し
てなる耐酸化性マスクを用いた選択的熱酸化法(例えば
local oxidation ofsilicon
法:LOCOS法)を適用することに依り、p型シリコ
ン半導体基板1上に二酸化シリコン膜からなるフィール
ド絶縁膜2を形成する。
【0028】2−(2)
前記耐酸化性マスクを除去してp型シリコン半導体基板
1の一部、即ち、活性領域を表出させた後、熱酸化法を
適用することに依り、厚さが例えば200〔Å〕程度で
あるゲート絶縁膜3を形成する。
【0029】2−(3)
化学気相成長(chemical vapor dep
osition:CVD)法を適用することに依り、厚
さが例えば2000〔Å〕程度である多結晶シリコン膜
を成長させる。
【0030】2−(4)
通常のフォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト・プ
ロセス並びにエッチング・ガスをCCl4 /O2 とする
反応性イオン・エッチング(reactive ion
etching:RIE)法を適用することに依り、
前記多結晶シリコン膜のパターニングを行って、ゲート
電極41 ,42 ,43 及びその他の電極・配線を形成す
る。
【0031】2−(5)
イオン注入法を適用することに依って、ゲート電極41
などをマスクとしてAsイオンの打ち込みを行い、セル
フ・アライメント方式に依るn+ 型ソース領域(図示せ
ず)及びn+ 型ドレイン領域61Aを形成する。尚、この
際、ゲート電極41 など諸電極・配線にも不純物が導入
されて導電性化されることは云うまでもない。
【0032】図3参照
3−(1)
CVD法を適用することに依り、厚さが例えば3000
〔Å〕程度である二酸化シリコン膜を形成する。
【0033】3−(2)
エッチング・ガスをCF4 +O2 +H2 とするRIE法
を適用することに依り、前記二酸化シリコン膜の異方性
エッチングを行い、平面に在る二酸化シリコン膜が全て
除去されるまで継続する。
【0034】この加工を施すことに依り、ゲート電極4
1 などの側面にのみ、表面が緩徐な傾斜面をなす側壁膜
2Aが残留する。
【0035】ここに見られる側壁膜2Aが前記した条
件、a>d、を満足していることは云うまでもない。因
みに、前記異方性エッチングを行った後の側壁膜2Aの
底面に於ける厚さaは2400〔Å〕であり、ゲート電
極41 などの厚さdは前記したとおり2000〔Å〕で
ある。
【0036】図4参照
4−(1)
CVD法を適用することに依り、厚さが例えば1000
〔Å〕程度である二酸化シリコンからなる層間絶縁膜7
を形成する。
【0037】図5参照
5−(1)
通常のフォト・リソグラフィ技術を適用することに依
り、層間絶縁膜7及びゲート絶縁膜3のエッチングを行
い、メモリ・キャパシタの蓄積電極コンタクト窓である
開口7Aを形成し、ドレイン領域61Aなどの一部を表出
させる。
【0038】図6参照
6−(1)
CVD法を適用することに依り、厚さが例えば0.5
〔μm〕程度である多結晶シリコン膜8を形成する。
【0039】6−(2)
イオン注入法を適用することに依り、例えばAsイオン
を打ち込んで多結晶シリコン膜8を導電性化する。
【0040】図7参照
7−(1)
通常のフォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト・プ
ロセス並びにエッチング・ガスをCCl4 /O2 とする
RIE法を適用することに依り、多結晶シリコン膜8の
パターニングを行ってメモリ・キャパシタに於ける一方
の電極である蓄積電極81A,81Bなどを形成する。
【0041】この蓄積電極81Aなどの平面の面積と側面
の面積は殆ど等しく、メモリ・セルの平面の面積が10
〔μm2 〕以下である場合、全体の面積は7〔μm2 〕
以上にすることができる。
【0042】ところで、多結晶シリコン膜8のパターニ
ングを行う場合、本発明では、例えばゲート電極42 と
43 との間に側壁膜2Aが存在し、しかも、前記したよ
うに、a>d、なる条件下にある為、その間隙は、側壁
膜2Aがないか、或いは、あっても、a>d、なる条件
下にない場合に比較して著しく狭くなっている。
【0043】従って、その狭い間隙の影響を反映した層
間絶縁膜7に現れた間隙も狭いものとなっているから、
そこに入り込んだ多結晶シリコン膜8の一部の量は、側
壁膜2Aが存在しない場合に比較して大変に少ないの
で、前記多結晶シリコン膜8のパターニングを行う際の
オーバ・エッチング量は少なくて済むから、エッチング
結果は良好なものとなる。
【0044】また、側壁膜2Aがないか、或いは、あっ
ても、a>d、なる条件を満たしていない場合では、ゲ
ート電極42 などのエッジ及びその側面を覆う層間絶縁
膜7は、かなり急峻に立ち下がることになるので、多結
晶シリコン膜8をパターニングする為のマスクがずれ
て、例えば蓄積電極81Aのエッジが図に矢印で示した近
傍に位置した場合には、蓄積電極81Aのエッジと層間絶
縁膜7との立ち上がり部分との狭間で多結晶シリコン膜
8のエッチング残渣を生じたり、或いは、多結晶シリコ
ン膜8のエッジに先鋭な突起が生じてしまい、そこに電
界集中が起こったり、或いは、その上に形成する誘電体
膜などのカバレイジに問題を生じることになる。
【0045】本発明では、a>d、なる側壁膜2Aの存
在で、前記したような問題には一切無縁である。
【0046】図8(及び図9)参照
8−(1)
湿性雰囲気中に於いて熱酸化法を適用することに依り、
蓄積電極81Aなどの表面に厚さが例えば100〔Å〕程
度である二酸化シリコンからなるメモリ・キャパシタの
誘電体膜91A,91Bなどを形成する。
【0047】8−(2)
この後、通常の技法を適用することに依り、多結晶シリ
コン膜からなるセル・プレートと呼ばれるメモリ・キャ
パシタに於ける他方の電極である対向電極(例えば図9
の対向電極101 )、二酸化シリコンからなる層間絶縁
膜(例えば図9の層間絶縁膜11)、ポリサイドからな
るビット線(例えば図9のビット線121 )、PSGか
らなる層間絶縁膜(例えば図9の層間絶縁膜13)、A
lからなるワード線の一部をなしている電極・配線(例
えば図9の電極・配線14)などを形成する。
【0048】前記説明した実施例に於いては、側壁膜2
Aをa>dとして設けたことが影響して蓄積電極81Aな
どが精密にパターニングされ、それ以後の工程に悪影響
を与えていないことは勿論である。
【0049】
【発明の効果】本発明に依る半導体記憶装置及びその製
造方法では、基板上に複数のワード線が形成され、ワー
ド線のエッジ側面に絶縁物質からなる側壁膜が形成さ
れ、ワード線と側壁膜が層間絶縁膜で覆われ、層間絶縁
膜上にワード線に於けるエッジ上方を横切って延在する
パターン化されたメモリ・セル・キャパシタの一方の電
極が形成され、ワード線の厚さをdとし且つ側壁膜が下
地と接する底面に於ける厚さをaとして、a>dなる条
件が満たされ、且つ、メモリ・セル・キャパシタの一方
の電極に於ける厚さは前記ワード線の厚さに比較して厚
く且つ互いに隣接する前記ワード線間で分離されてい
る。
【0050】前記構成を採ることに依り、メモリ・キャ
パシタに於ける蓄積電極を厚く形成して容量増加を図る
ようにする際、蓄積電極となるべき厚い多結晶シリコン
膜を精密且つ再現性良好にパターニングすることが可能
となって、半導体記憶装置を高集積化する為に有効であ
り、また、その構造を実現させる為には、段差の原因と
なる被膜の厚さと該被膜の側面に形成する側壁膜の厚さ
との関係を考慮するのみで足りるので、その実施に何ら
の困難もなく、更にまた、蓄積電極となるべき多結晶シ
リコン膜をパターニングする場合、隣接するゲート電極
間にはa>dなる条件を満たす二つの側壁膜が存在する
ことに起因し、その間に入り込んだ層間絶縁膜上に在る
多結晶シリコン膜のオーバ・エッチング量は少なくて済
み、更にまた、多結晶シリコン膜をパターニングするマ
スクに位置ずれを生じた場合に於いても、多結晶シリコ
ン膜のエッジに先鋭な突起が生成されることはないか
ら、そのエッジに電界集中を生じたり、或いは、その上
に形成する誘電体膜などのカバレイジに問題を生ずるこ
ともない。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a word on an interlayer insulating film.
Even if there is a large step caused by the wire,
The material film that will become the electrode of the memory capacitor
Semiconductor memory device that does not hinder
It relates to the manufacturing method.
At present, semiconductor memory devices, especially dynamic
・ Random access memory (dynamic ra)
ndom access memory (DRAM)
Has been done to highly integrate fine memory cells
Memory key due to the step caused by the word line.
Various obstacles occur, such as difficulties in forming
We have to eliminate it.
[0003]
2. Description of the Related Art FIG. 9 shows a general DRA which has been put into practical use.
It is a principal part cut side view for demonstrating the structure of M.
In the figure, 1 is a p-type silicon semiconductor substrate
2 is a field insulating film made of silicon dioxide, 3
Is a gate insulating film made of silicon dioxide, 41, 4Two,
4ThreeIs a polycrystalline silicon gate electrode (word
Line), 51AIs n+Mold source area, 6 1A, 61BIs n+Type
A rain region, 7 an interlayer insulating film made of silicon dioxide,
81A, 81BIs a stacked capacitor made of polycrystalline silicon.
The storage electrode, one of the electrodes in the pasta, 91A, 91B
Is a silicon dioxide stacked capacitor
Dielectric film, 101Is a cell made of polycrystalline silicon
The other in a stacked capacitor, called a plate
The counter electrode 11 is made of silicon dioxide
Interlayer insulating film, 121Is a refractory metal silicide (for example,
Bit line composed of polycide (polycide), 1
3 is phospho-silicate glass (phospho-silicate)
glass: PSG), 14 is common
A part of the word line together with the gate electrode is called
Electrodes and wirings are shown.
In this DRAM, for example, the gate electrode 4
1And source area 51AAnd drain region 61AAnd one note
Transfer gate transistor in re-cell
And electrode 81AAnd dielectric film 91AAnd electrode 101And said above
The electrode forms the memory capacitor in the memory cell
81AIs the drain region 61ABy contacting
Sfa gate transistors and memory capacitors
Are coupled and the transfer gate transistor is turned off.
When the memory capacitor is turned off, information charges are taken in and out of the memory capacitor or
Or accumulation.
The configuration and operation of the above-described DRAM are
Memory cell consisting of transistor and one memory capacitor
In a standard DRAM consisting of
It is currently used frequently as a semiconductor storage device.
Is what it is. The drain region 61B, Electrode 81B,
Dielectric film 91BEtc. are adjacent to the memory cell described above
A part of the memory cell to be used.
[0007]
Recently, semiconductor memory devices have been developed.
Tends to be further miniaturized, and where required
Anisotropic etching is often used to form patterns from
As a result, the edge of the pattern
And as it evolves, the underlying patterns
The effect of the step in the pattern is amplified and the formation of the upper layer pattern
It's getting harder.
[0008] Therefore, spin-on-glass (spin
Do not apply or etch back on glass
Although some measures such as eliminating steps are adopted,
Process is unstable or unstable for etch back control, etc.
There are many difficulties such as the fact that there is a source.
The above is described with reference to FIG.
DRAM is not an exception, and miniaturization is progressing
As the size of memory cells in planar view decreases,
Is required, and trying to meet that demand increases the level difference.
This makes it extremely difficult to form a pattern.
For example, when the planar area of a memory cell is 1
00 [μmTwo], It will no longer be
It is impossible to secure memory capacitor capacity
In order to avoid this, the memory capacitor
Thick storage electrode to increase the area on the side
The overall area as a memory capacitor
It is considered not to drop.
However, such a thick storage electrode must be
For turning, the step of the base, that is, the unevenness is large.
Affect.
FIG. 10 secures the capacity of the memory capacitor.
To explain a highly integrated DRAM with countermeasures
FIG. 9 is a side view of a part cut, and the same symbols as those used in FIG.
Represents the same part or has the same meaning.
This DRAM is the same as the DRAM shown in FIG.
The difference is that the planar area of the memory cell is reduced.
Of course, the planar surface of the memory capacitor
The product is also smaller, so to compensate for the lack of capacity
Pole 81AAnd 81BAbout twice the normal thickness, ie, for example,
0.5 [μm] thick, and increase the area of the side
By doing so, the area acting as a capacitor as a whole
Is not reduced.
However, the electrode 81AAnd 81Bof
When the thickness S is formed to be thick, the portion indicated by the arrow in the figure
Minute, that is, the electrode 81AAnd electrode 81BBetween the vertical
Gate electrode 4 which is a word line having a sharp edge
TwoAnd 4ThreeFormed a deep dip due to the presence of
Combined with the photolithography power
Pole 81A, 81BEtc. cannot be performed favorably.
The present invention is applied to a gate electrode which is a word line.
When there is a step due to
By forming a sidewall film on a gate electrode forming a step, the step
Mitigates the adverse effect of the difference, and becomes a storage electrode formed on it.
Normal photolithography technology for thick conductor film to be
To allow patterning.
[0016]
According to the present invention, a word line and a word line are provided.
Process to form a gate electrode that extends
Standard conventional techniques may be applied, but gate
The edge side surface of the electrode becomes a step, so to reduce it
Side wall film is formed, and the side wall film is formed
In any case, a photo lithog
For patterning and film breakage due to ruffy technology
Develop limit conditions that can prevent adverse effects from appearing.
Show.
FIG. 1 shows a DRA for explaining the principle of the present invention.
FIG. 11 is a cutaway side view of a main part showing M, which is shown in FIGS.
The same symbols as used above represent the same parts or have the same meaning
Have
In the figure, a word line is formed on a field insulating film 2.
The gate electrode 4TwoAnd 4ThreeExtends on its edge side
The surface is the base side for giving a gentle slope to the step
A wall film 2A is formed, and an interlayer insulating film 7 is formed over the wall film 2A.
Polycrystalline silicon film to be used as a storage electrode
8 is shown.
The present inventors have conducted a number of experiments and found that
Normal photolithography even when the silicon film 8 is thick
In order to be able to perform patterning with
Forming a sidewall film 2A as a basis for providing a gradual inclination
Requires certain conditions, and ignores them
It has been found that a good result cannot be obtained even if it is formed.
According to the experiment, the gate electrode 4Two, 4Three
And d is the thickness of the base material in the side wall film 2A.
If the thickness of the contacting bottom surface is a, then a> d
Mandatory, and after doing so, required for today's DRAM
Standard thickness, for example, 100
0 [Å] interlayer insulating film, and a very thick multi-layer
Even if the crystalline silicon film 8 is formed,
Reliable fine patterning by lithography technology
can do.
The thickness d is, for example, 0.4 [μm] or less.
The angle θ formed at the point where the lower end of the side wall film 2A contacts the base.
Is set to 60 ° or less, the thickness of the polycrystalline silicon film 8 is reduced.
Even if the thickness is 0.5 μm or more, for example,
And such conditions can be any
In this case, a> d can be satisfied.
As described above, the half according to the present invention is used.
In the conductor storage device and the method of manufacturing the same,
(1)
On a substrate (for example, a p-type silicon semiconductor substrate 1).
A plurality of turned word lines (eg, polycrystalline silicon
Gate electrode 4 made of1Etc.) and the edge of the word line.
Insulation material (eg, silicon dioxide) formed on the side of the device
A side wall film (for example, side wall film 2A) made of
And an interlayer insulating film (for example, silicon dioxide) covering the side wall film.
An interlayer insulating film 7) made of
Extends across the edge of the word line
One side of the patterned memory cell capacitor
Pole (eg, storage electrode 8)1AThe word line
Is d and the side wall film is
Assuming the thickness of
a> d
Satisfy the following conditions, andThe memory cell capacity
The thickness of one of the electrodes is smaller than the thickness of the word line.
Thicker thanBetween the adjacent word lines
Characterized by being separated, or
(2)For the surface of the substrate (for example, p-type silicon semiconductor substrate 1)
Membrane having substantially vertical edge sides and creating a step
A plurality of word lines having a thickness d (for example, polycrystalline silicon
Gate electrode 4 1 Etc.) on the substrate
And then covering the word line and connecting to the word line.
The insulating film (for example,
Forming a silicon dioxide film).
Anisotropically etching the edge film to the edge side of the word line
The thickness of the bottom surface in contact with the substrate is a, and a> d
Forming a sidewall film (for example, sidewall film 2A) maintaining the above conditions
And a layer covering the word line and the sidewall film.
Interlayer insulating film (for example, an interlayer insulating film made of silicon dioxide
Forming step 7), and then covering the interlayer insulating film.
And a conductor film thicker than the thickness of the word line (for example,
Forming a polycrystalline silicon film 8),
After forming a mask with a required pattern, the conductor film is
Anisotropically etch between the adjacent word lines
Separate one electrode of the memory cell capacitor (eg
For example, storage electrode 8 1A Etc.)
It is characterized by that.
[0025]
According to the above-mentioned means, the memory capacity can be improved.
To increase the capacitance by forming a thick storage electrode
The thick polycrystalline silicon film to be the storage electrode
It is possible to pattern precisely and with good reproducibility
There is a word line that causes steps
And the thickness of the sidewall film formed on the side surface of the word line.
Higher integration of semiconductor memory devices only by considering the relationship
It is effective to apply.
FIGS. 2 to 8 illustrate one embodiment of the present invention.
Main part representing the semiconductor memory device at the key process point
FIG. 3 is a plan view, and will be described below with reference to these figures.
See FIG.
2- (1)
For example, a silicon nitride film and a silicon dioxide film
Selective thermal oxidation using an oxidation resistant mask (eg,
local oxidation ofsilicon
Method: LOCOS method)
Feel made of silicon dioxide film on semiconductor substrate 1
A gate insulating film 2 is formed.
2- (2)
Removing the oxidation-resistant mask to form a p-type silicon semiconductor substrate;
After exposing a part of 1, ie, the active region, the thermal oxidation method
Depending on the application, the thickness is about 200 [例 え ば], for example.
A certain gate insulating film 3 is formed.
2- (3)
Chemical vapor deposition
position (CVD) method.
Polycrystalline silicon film having a thickness of, for example, about 2000 [Å]
Grow.
2- (4)
Resist photolithography in normal photolithography technology
Process and etching gas to CClFour/ OTwoTo be
Reactive ion etching (reactive ion etching)
By applying the etching (RIE) method,
By patterning the polycrystalline silicon film, the gate
Electrode 41, 4Two, 4ThreeAnd other electrodes and wiring
You.
2- (5)
By applying the ion implantation method, the gate electrode 41
Implantation of As ions using the mask as a mask
N depending on the alignment method+Mold source area (shown
Z) and n+Drain region 61ATo form In addition, this
The gate electrode 41Impurities introduced into various electrodes and wiring
Needless to say, it is made conductive.
Referring to FIG.
3- (1)
By applying the CVD method, the thickness is, for example, 3000
[Å] A silicon dioxide film having a thickness of about [Å] is formed.
3- (2)
Etching gas is CFFour+ OTwo+ HTwoRIE method
The anisotropy of the silicon dioxide film
Perform etching to remove all silicon dioxide film on the plane.
Continue until removed.
By performing this processing, the gate electrode 4
1Side wall film with a gentle slope on the side only
2A remains.
The side wall film 2A seen here is the same
Needless to say, the condition, a> d, is satisfied. Cause
Incidentally, the side wall film 2A after the anisotropic etching has been performed.
The thickness a at the bottom is 2400 [Å], and the gate
Pole 41Is 2000 [Å] as described above.
is there.
Referring to FIG.
4- (1)
By applying the CVD method, the thickness is, for example, 1000
[Å] interlayer insulating film 7 of silicon dioxide
To form
Referring to FIG.
5- (1)
The application of ordinary photolithography technology
Then, the interlayer insulating film 7 and the gate insulating film 3 are etched.
Is the contact window for the storage electrode of the memory capacitor
An opening 7A is formed and a drain region 6 is formed.1AExpress part of
Let it.
Referring to FIG.
6- (1)
The thickness is, for example, 0.5
A polycrystalline silicon film 8 having a thickness of about [μm] is formed.
6- (2)
By applying the ion implantation method, for example, As ion
Is implanted to make the polycrystalline silicon film 8 conductive.
Referring to FIG.
7- (1)
Resist photolithography in normal photolithography technology
Process and etching gas to CClFour/ OTwoTo be
By applying the RIE method, the polycrystalline silicon film 8
Patterning is performed on the memory capacitor
Storage electrode 8 which is the electrode of1A, 81BAnd so on.
This storage electrode 81APlane area and sides
Are almost equal, and the area of the plane of the memory cell is 10
[ΜmTwo], The total area is 7 μmTwo]
Or more.
The pattern of the polycrystalline silicon film 8
In the present invention, for example, when the gate electrode 4TwoWhen
4ThreeAnd the side wall film 2A exists between
As described above, since a> d is satisfied, the gap is formed on the side wall.
A> d
It is significantly narrower than when it is not below.
Therefore, the layer reflecting the effect of the narrow gap
Since the gap that appears in the inter-insulating film 7 is also narrow,
The amount of a part of the polycrystalline silicon film 8 penetrating there
Very little compared to the case where the wall film 2A does not exist.
Then, when patterning the polycrystalline silicon film 8,
Since the amount of over-etching is small, etching
The result is good.
Further, the presence or absence of the side wall film 2A
However, if the condition a> d is not satisfied,
Plate electrode 4TwoInterlayer insulation covering edges and side surfaces
Since the film 7 falls very steeply,
Mask for patterning polycrystalline silicon film 8 is shifted
For example, the storage electrode 81AEdge near the arrow indicated in the figure
If it is located beside, the storage electrode 81AEdges and interlayers
A polycrystalline silicon film is interposed between the edge film 7 and a rising portion.
8 or a polycrystalline silicon
A sharp projection is formed on the edge of the ion
Dielectrics that occur or form on field concentration
This will cause problems with coverage such as membranes.
In the present invention, the existence of the side wall film 2A where a> d is satisfied.
At present, it is completely free from the problems described above.
Referring to FIG. 8 (and FIG. 9).
8- (1)
By applying the thermal oxidation method in a humid atmosphere,
Storage electrode 81AFor example, the thickness is about 100 [Å] on the surface such as
Storage capacitor made of silicon dioxide
Dielectric film 91A, 91BAnd so on.
8- (2)
After this, the polycrystalline silicon
A memory carrier called a cell plate
The counter electrode which is the other electrode in the pasta (for example, FIG.
Counter electrode 101), Interlayer insulation made of silicon dioxide
The film (for example, the interlayer insulating film 11 in FIG. 9) is made of polycide.
Bit line (for example, bit line 12 in FIG. 9)1), PSG
An interlayer insulating film (for example, interlayer insulating film 13 in FIG. 9)
electrode / wiring forming part of the word line consisting of
For example, the electrodes and wirings 14) shown in FIG. 9 are formed.
In the embodiment described above, the side wall film 2
A is set so that a> d, so that the storage electrode 81AWhat
Is precisely patterned and adversely affects subsequent processes
Is not given.
[0049]
The semiconductor memory device according to the present invention and its manufacture
In the fabrication method, multiple word lines are formed on a substrate,
A sidewall film made of an insulating material is formed on the side surface of the edge of the lead wire.
Word line and sidewall filmButCovered with interlayer insulation film, interlayer insulation
Extends over the edge of the word line over the film
One side of the patterned memory cell capacitor
Poles are formed, the thickness of the word line is d, and the side wall film is
A> d, where a is the thickness at the bottom surface in contact with the ground
Condition is satisfied and one of the memory cell capacitors
ElectrodeThe thickness of the word line is larger than the thickness of the word line.
KukatsuSeparated between the adjacent word lines.
You.
By adopting the above configuration, the memory capacity
Increase the capacity by forming thick storage electrodes in the paster
Thick polycrystalline silicon to be the storage electrode
Possible to pattern the film precisely and with good reproducibility
Therefore, it is effective for high integration of the semiconductor memory device.
In addition, in order to realize the structure,
Thickness of the film and the thickness of the side wall film formed on the side surface of the film
It is only necessary to consider the relationship with
DifficultiesAnd a polycrystalline silicon to serve as a storage electrode.
When patterning the recon film, the adjacent gate electrode
Two sidewall films satisfying the condition a> d exist between them
Is located on the interlayer insulating film that has entered between them
Over-etching amount of polycrystalline silicon film is small
The patterning of the polycrystalline silicon film.
Even if the disk is misaligned,
The formation of sharp protrusions at the edges of the membrane
Cause electric field concentration at the edge, or
May cause problems with the coverage of the dielectric film, etc.
Not even.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明する為のDRAMを表す要
部切断側面図である。
【図2】本発明一実施例を解説する為の工程要所に於け
る半導体記憶装置を表す要部切断側面図である。
【図3】本発明一実施例を解説する為の工程要所に於け
る半導体記憶装置を表す要部切断側面図である。
【図4】本発明一実施例を解説する為の工程要所に於け
る半導体記憶装置を表す要部切断側面図である。
【図5】本発明一実施例を解説する為の工程要所に於け
る半導体記憶装置を表す要部切断側面図である。
【図6】本発明一実施例を解説する為の工程要所に於け
る半導体記憶装置を表す要部切断側面図である。
【図7】本発明一実施例を解説する為の工程要所に於け
る半導体記憶装置を表す要部切断側面図である。
【図8】本発明一実施例を解説する為の工程要所に於け
る半導体記憶装置を表す要部切断側面図である。
【図9】実用化されている一般的なDRAMの構造を説
明する為の要部切断側面図である。
【図10】メモリ・キャパシタ容量を確保する為の対策
を施した高集積化DRAMを説明する為の要部切断側面
図である。
【符号の説明】
1 半導体基板
2 フィールド絶縁膜
2A 側壁膜
3 ゲート絶縁膜
41 ゲート電極(ワード線)
42 ゲート電極(ワード線)
43 ゲート電極(ワード線)
51A n+ 型ソース領域
61A n+ 型ドレイン領域
61B n+ 型ドレイン領域
7 層間絶縁膜
7A 開口
8 多結晶シリコン膜
81A 蓄積電極
81B 蓄積電極
91A 誘電体膜
91B 誘電体膜
101 対向電極
11 層間絶縁膜
121 ビット線
13 層間絶縁膜
14 電極・配線
a 側壁膜が下地と接する底面の厚さ
d ゲート電極の厚さ
S 蓄積電極の厚さ
θ 側壁膜の下端が下地と接する点でなす角度BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a fragmentary side view showing a DRAM for explaining the principle of the present invention. FIG. 2 is a cutaway side view showing a main part of the semiconductor memory device at a key point in a process for explaining one embodiment of the present invention; FIG. 3 is a cutaway side view showing a main part of the semiconductor memory device at a key point in a process for explaining one embodiment of the present invention; FIG. 4 is a cutaway side view showing a main part of the semiconductor memory device at a key point in the process for explaining one embodiment of the present invention; FIG. 5 is a fragmentary side view showing a semiconductor memory device at a key point in a process for explaining an embodiment of the present invention; FIG. 6 is a cutaway side view of a main part of the semiconductor memory device at a key point in the process for explaining one embodiment of the present invention; FIG. 7 is a fragmentary side view showing a semiconductor memory device at a key point in a process for explaining one embodiment of the present invention; FIG. 8 is a cutaway side view showing a main part of the semiconductor memory device at a key point in a process for explaining one embodiment of the present invention; FIG. 9 is a fragmentary side view for explaining the structure of a general DRAM that is put into practical use. FIG. 10 is a fragmentary side view for explaining a highly integrated DRAM in which measures are taken to secure the capacity of a memory capacitor. [Description of Signs] 1 Semiconductor substrate 2 Field insulating film 2A Side wall film 3 Gate insulating film 4 1 Gate electrode (word line) 4 2 Gate electrode (word line) 4 3 Gate electrode (word line) 5 1A n + type source region 6 1A n + type drain region 6 1B n + type drain region 7 Interlayer insulating film 7A Opening 8 Polycrystalline silicon film 8 1A storage electrode 8 1B storage electrode 9 1A dielectric film 9 1B dielectric film 10 1 Counter electrode 11 Interlayer insulation Film 12 1 Bit line 13 Interlayer insulating film 14 Electrode / wiring a Thickness of bottom surface where sidewall film is in contact with base d Thickness of gate electrode S Thickness of storage electrode θ Angle between bottom edge of sidewall film and base
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−33445(JP,A) 特開 昭62−190869(JP,A) 特開 昭60−124951(JP,A) 特開 昭62−252974(JP,A) 実開 昭61−53938(JP,U) 特公 昭60−2784(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/108 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-33445 (JP, A) JP-A-62-190869 (JP, A) JP-A-60-124951 (JP, A) JP-A 62-334 252974 (JP, A) JP-A 61-53938 (JP, U) JP-B 60-2784 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 27/108 H01L 21 / 822 H01L 21/8242 H01L 27/04
Claims (1)
と、 前記ワード線のエッジ側面に形成された絶縁物質からな
る側壁膜と、 前記ワード線と前記側壁膜を覆う層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜上に形成され前記ワード線に於けるエッ
ジ上方を横切って延在するパターン化されたメモリ・セ
ル・キャパシタの一方の電極とを備え、 前記ワード線の厚さをdとし且つ前記側壁膜が下地と接
する底面に於ける厚さをaとして、 a>d なる条件を満たし、且つ、前記メモリ・セル・キャパシタの一方の電極に於ける厚
さは前記ワード線の厚さに比較して厚く且つ 互いに隣接
する前記ワード線間に於いて分離されてなることを特徴
とする半導体記憶装置。 2.基板表面に対して実質的に垂直なエッジ側面をもち
且つ段差を生成する膜厚dをもった複数のワード線を前
記基板上に形成する工程と、 次いで、前記ワード線を覆い且つ前記ワード線に於ける
前記膜厚dに比較して厚い膜厚の絶縁膜を形成する工程
と、 次いで、前記絶縁膜を異方性エッチングして前記ワード
線のエッジ側面に下地と接する底面の厚さがaであって
且つa>dの条件を維持した側壁膜を形成する工程と、 次いで、前記ワード線並びに前記側壁膜を覆う層間絶縁
膜を形成する工程と、 次いで、前記層間絶縁膜を覆い且つ前記ワード線の厚さ
に比較して厚い導電体膜を形成する工程と、 次いで、所要パターンをもつマスクを形成してから前記
導電体膜を異方性エッチングして互いに隣接する前記ワ
ード線間で分離させてメモリ・セル・キャパシタの一方
の電極を形成する工程とが含まれてなることを特徴とす
る半導体記憶装置の製造方法。 (57) [Claims] A plurality of word lines patterned on a substrate; a side wall film made of an insulating material formed on an edge side surface of the word line; an interlayer insulating film covering the word line and the side wall film; One electrode of a patterned memory cell capacitor formed on the film and extending across the edge of the word line, wherein the thickness of the word line is d and the sidewall film is Assuming that the thickness at the bottom surface in contact with the base is a, the condition a> d is satisfied, and the thickness at one electrode of the memory cell capacitor is
The semiconductor memory device is characterized by being thicker than the word line and being separated between the adjacent word lines. 2. With edge sides substantially perpendicular to the substrate surface
And a plurality of word lines having a film thickness d for generating a step.
Forming on the substrate, and then covering the word lines and
Forming an insulating film having a thickness greater than the thickness d
And then anisotropically etching the insulating film to form the word
The thickness of the bottom surface in contact with the base on the side of the edge of the line is a
Forming a sidewall film while maintaining the condition of a> d, and then interlayer insulating covering the word line and the sidewall film.
Forming a film, and then covering the interlayer insulating film and forming a thickness of the word line.
Forming a conductor film thicker than the above, and then forming a mask having a required pattern,
The conductor film is anisotropically etched to form the adjacent wires.
One side of the memory cell capacitor
Forming an electrode of the present invention.
Manufacturing method of a semiconductor memory device.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP06179866A JP3076952B2 (en) | 1994-08-01 | 1994-08-01 | Semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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Family
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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Family Cites Families (4)
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| JPS62190869A (en) * | 1986-02-18 | 1987-08-21 | Matsushita Electronics Corp | Semiconductor memory |
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1994
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