JP2721148B2 - 半導体素子のキャパシタ製造方法 - Google Patents
半導体素子のキャパシタ製造方法Info
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Description
シタ製造方法に係り、特に絶縁膜に形成した電極形成用
ホ−ル内に導電層と絶縁膜を交互に形成して多重シリン
ダ構造のノ−ド電極を形成する半導体素子のキャパシタ
製造方法に関する。
るためにはメモリセルの単位面積当たりのキャパシタ容
量を大きくすべきである。そこで、特開平6−9737
1、特開平6−188384、特開平6−209086
に開示されるように、ノ−ド電極を多重シリンダ構造に
形成することが行われているが、これらの方法はマスク
を用いた微細なエッチング工程を必要とするので、工程
が煩雑である。
ンダ構造に形成する方法としては、絶縁膜に電極形成用
ホ−ルを形成し、この電極形成用ホ−ル内に導電層と絶
縁膜を交互に形成して多重シリンダ構造とする方法があ
る。この方法の従来例を図4を参照して説明する。ま
ず、図4(a)に示すように、半導体基板11にトラン
スファゲ−トトランジスタやビット線、ワ−ド線を形成
したのち、半導体基板11上に絶縁層12および平坦化
層13を形成し、この絶縁層12および平坦化層13に
コンタクトホ−ル14を形成する。次に、コンタクトホ
−ル14をポリシリコンからなる柱電極15で埋めた
後、全面に絶縁膜16を形成し、この絶縁膜16に電極
形成用ホ−ル17を形成する。次に、電極形成用ホ−ル
17の内壁と絶縁膜16の表面にポリシリコンで第1導
電層18を形成した後、電極形成用ホ−ル17内の第1
導電層18側壁に絶縁膜スペ−サ19を形成する。その
後、絶縁膜スペ−サ19を挟んで電極形成用ホ−ル17
内と第1導電層18表面に第2導電層20をポリシリコ
ンで形成したのち、電極形成用ホ−ル17の残りの空間
を埋めて全面に二酸化シリコン層21を形成する。
16の表面程度まで二酸化シリコン層21をエッチバッ
クし、露出した第2導電層20を続いて除去し、さらに
露出した第1導電層18を除去することにより、第1導
電層18と第2導電層20を電極形成用ホ−ル17内に
2重シリンダ構造にノ−ド電極として残し、最後に絶縁
膜16のうち厚い二酸化シリコン層16aおよび導電層
18,20間の残存二酸化シリコン層21を除去する。
ような従来の製造方法では、コンタクトホ−ル14と電
極形成用ホ−ル17とを別々にマスクを使用して形成し
なければならず、しかも柱電極15によるコンタクト部
と第1、第2導電層18,20による2重シリンダ構造
部とが全く別工程になるので、工程が面倒であるという
問題点があった。さらに、ポリシリコンのコンタクトホ
−ル14の埋め具合がその上の2重シリンダ構造部の出
来具合を左右する問題点があった。さらに、第1、第2
導電層18,20の先端が尖った形状になり、漏れ電流
が発生する恐れがある。
決するために、半導体基板の表面に第1絶縁膜を形成し
た後、この第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成し、この第
2絶縁膜に電極形成用ホ−ルを開孔する工程と、前記電
極形成用ホ−ルの内壁と前記第2絶縁膜の表面に第1導
電層を1層あるいは第3絶縁膜を挟んで複数層形成し、
さらに第1導電層の表面に電極形成用ホ−ル内で薄くな
るように第4絶縁膜を形成する工程と、前記第4絶縁膜
を前記電極形成用ホ−ルの底部から膜厚差を利用して除
去した後、この第4絶縁膜をマスクとして電 極形成用
ホ−ル底部の前記第1導電層および前記絶縁膜を除去し
コンタクトホ−ルを開ける工程と、前記コンタクトホ−
ルおよび前記電極形成用ホ−ルの残りの空間を埋めて全
面に第2導電層を形成する工程と、前記第2絶縁膜の表
面より上の前記第1、第2導電層及び前記絶縁膜を除去
する工程と、前記第2絶縁膜および残存導電層間の残存
絶縁膜を除去し、露出した第1電極としての第1、第2
導電層の表面に誘電体膜を形成し、さらに第1、第2導
電層を覆って第2電極としての第3導電層を形成する工
程とを具備する半導体素子のキャパシタ製造方法とす
る。
よる半導体素子のキャパシタ製造方法の実施の形態を詳
細に説明する。図1ないし図3は本発明の実施の形態を
示す断面図である。本発明の実施の形態では、まず、図
1(a)に示すように、ノ−ド電極との接続用不純物拡
散領域31を形成した半導体基板32の表面に層間絶縁
のために第1絶縁膜33を形成する。この第1絶縁膜3
3としては具体的にはシリコン窒化膜を形成する。次
に、第1絶縁膜33上にシリコン酸化膜からなる第2絶
縁膜34を形成する。そして、この第2絶縁膜34に、
前記不純物拡散領域31が中央に位置する位置関係で電
極形成用ホ−ル35を形成する。この電極形成用ホ−ル
35は、第2絶縁膜34上にフォトレジストでマスクを
形成し、これをマスクとして第2絶縁膜34をエッチン
グすることにより形成される。このとき、第1絶縁膜3
3はシリコン窒化膜で、第2絶縁膜34のシリコン酸化
膜とは食刻選択性があるため、エッチングされない。
第2絶縁膜34の表面にポリシリコンからなる第1の第
1導電層36を形成する。続いて、第1の第1導電層3
6の表面にシリコン酸化膜からなる第3絶縁膜37を形
成し、この第3絶縁膜37の表面にはポリシリコンから
なる第2の第1導電層38を形成し、この第2の第1導
電層38の表面には第4絶縁膜39を形成する。このと
き、第4絶縁膜39としてはPSG膜を厚く蒸着して、
電極形成用ホ−ル35内部での膜厚が、その他の平面部
に形成される膜厚の50%以下となるようにする。な
お、このPSG膜および第2、第3絶縁膜34,37の
シリコン酸化膜は、第1導電層36,38のポリシリコ
ン膜と食刻選択性を有する。
グでエッチングすることにより、図1(b)に示すよう
に、電極形成用ホ−ル35底部の第4絶縁膜39のみを
膜厚差を利用して除去する。その後、第4絶縁膜39を
マスクにして電極形成用ホ−ル35底部の第2の第1導
電層38を図2(a)に示すようにエッチングしコンタ
クトホ−ル40の一部を形成する。続いて、第4絶縁膜
39を非等方性エッチングでエッチングし、同時に電極
形成用ホ−ル35底部の第3絶縁膜37をエッチングす
ることによりコンタクトホ−ル40を深くする。次い
で、第4絶縁膜39をマスクにして電極形成用ホ−ル3
5底部の第1の第1導電層36および第1絶縁膜33を
順次エッチングし、不純物拡散領域31に到達するコン
タクトホ−ル40を完成させる。なお、これらエッチン
グ工程で第4絶縁膜39は次第に薄くなり、最後は図2
(a)に示すように電極形成用ホ−ル35内の第4絶縁
膜38の側壁にのみ残る。
トホ−ル40および電極形成用ホ−ル35の残りの空間
を埋めて全面にポリシリコンからなる第2導電層41を
形成する。その後、図3(a)に示すように、CMP
(化学機械的研磨)方法で第2絶縁膜34の表面が露出
するまでそれより上の導電層41,38,36および絶
縁膜39,37を除去し、導電層36,38,41およ
び絶縁膜37,39を電極形成用ホ−ル35内にのみ残
す。このとき、CMP方法は、スラリ−の使用量が少な
い機械的CMP方法とし、導電層36,38,41のポ
リシリコンと絶縁膜37,39のシリコン酸化膜を1:
1で取り除く。
36,38,41間の残存絶縁膜37,39を湿式食刻
などの等方性食刻方法で除去する。これにより、導電層
36,38,41は図3(b)に示すように第1絶縁膜
33上に3重シリンダ構造に露出し、これら導電層3
6,38,41からなる3重シリンダ構造のノ−ド電極
(第1電極)42が完成する。その後は、ノ−ド電極4
2の表面に誘電体膜43を形成し、さらにこの誘電体膜
43を挟んでノ−ド電極42を覆うようにポリシリコン
でプレ−ト電極(第2電極)44を形成し、キャパシタ
を完成させる。
極形成用ホ−ル35を形成する際はフォトレジストによ
るマスク工程が必要であるが、それ以外は全て自己整合
的な手法により工程を進めることができ、しかも、3重
シリンダ構造ノ−ド電極42の中心の電極片をポリシコ
ンで形成する際に、同時にこのポリシリコンでコンタク
トホ−ル40を埋めてコンタクト部を形成することがで
きるので、工程が簡単になる。また、シリンダ構造は、
ポリシリコンのコンタクトホ−ル40の埋め込み前に殆
ど完成しているので、コンタクトホ−ル40の埋め込み
状態に影響されることは少なくなる。さらに、導電層3
6,38,41と絶縁膜 37,39を電極形成用ホ−
ル35内にのみ残す際に、不要な導電層36,38,4
1と絶縁膜37,39をCMP方法で除去するようにし
たので、ノ−ド電極42の各電極片の先端が尖った形状
にならず、漏れ電流の少ないキャパシタを形成できる。
導電層36と第2導電層41との間に第2の第1導電層
38を形成して3重シリンダ構造にノ−ド電極42を形
成したが、第2の第1導電層38を省略して2重シリン
ダ構造とすることもできる。逆に、第1導電層の数を増
やして4重以上のシリンダ構造とすることもできる。
シタ製造方法によれば、絶縁膜に形成した電極形成用ホ
−ル内に導電層と絶縁膜を交互に形成して多重シリンダ
構造のノ−ド電極を形成する方法において、より工程を
簡単にすることができるとともに、高品質、高信頼性の
ノ−ド電極ひいてはキャパシタを形成することができ
る。
の実施の形態の一部を示す断面図。
を示す断面図。
を示す断面図。
Claims (9)
- 【請求項1】 半導体基板の表面に第1絶縁膜を形成し
た後、この第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成し、この第
2絶縁膜に電極形成用ホ−ルを開孔する工程と、 前記電極形成用ホ−ルの内壁と前記第2絶縁膜の表面に
第1導電層を1層あるいは第3絶縁膜を挟んで複数層形
成し、さらに第1導電層の表面に電極形成用ホ−ル内で
薄くなるように第4絶縁膜を形成する工程と、 前記第4絶縁膜を前記電極形成用ホ−ルの底部から膜厚
差を利用して除去した後、この第4絶縁膜をマスクとし
て電極形成用ホ−ル底部の前記第1導電層および前記絶
縁膜を除去しコンタクトホ−ルを開ける工程と、 前記コンタクトホ−ルおよび前記電極形成用ホ−ルの残
りの空間を埋めて全面に第2導電層を形成する工程と、 前記第2絶縁膜の表面より上の前記第1、第2導電層及
び前記絶縁膜を除去する工程と、 前記第2絶縁膜および残存導電層間の残存絶縁膜を除去
し、露出した第1電極としての第1、第2導電層の表面
に誘電体膜を形成し、さらに第1、第2導電層を覆って
第2電極としての第3導電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素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体素子のキャパシタ
製造方法において、第2絶縁膜は第1絶縁膜と食刻選択
性のある物質で形成されることを特徴とする半導体素子
のキャパシタ製造方法 - 【請求項3】 請求項1または2記載の半導体素子のキ
ャパシタ製造方法において、第1絶縁膜はシリコン窒化
膜で形成し、第2絶縁膜はシリコン酸化膜で形成するこ
とを特徴とする半導体素子のキャパシタ製造方法 - 【請求項4】 請求項1記載の半導体素子のキャパシタ
製造方法において、第4絶縁膜として電極形成用ホ−ル
内部の蒸着厚さがそれ以外の蒸着厚さの50%以下とな
る膜を厚く蒸着することを特徴とする半導体素子のキャ
パシタ製造方法。 - 【請求項5】 請求項4記載の半導体素子のキャパシタ
製造方法において、第4絶縁膜はPSG膜で形成される
ことを特徴とする半導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項6】 請求項1記載の半導体素子のキャパシタ
製造方法において、第1、第2導電層はポリシリコンで
形成され、第2、第3絶縁膜はシリコン酸化膜で形成さ
れることを特徴とする半導体素子のキャパシタ製造方
法。 - 【請求項7】 請求項1記載の半導体素子のキャパシタ
製造方法において、第2絶縁膜の表面より上の第1、第
2導電層および絶縁膜の除去工程は、CMP方法で行う
ことを特徴とする半導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項8】 請求項7記載の半導体素子のキャパシタ
製造方法において、CMP方法は、スラリ−の使用量が
少ない機械的CMP方法を用いて導電層と絶縁膜を1:
1の比率で削ることを特徴とする半導体素子のキャパシ
タ製造方法。 - 【請求項9】 請求項1記載の半導体素子のキャパシタ
製造方法において、第2絶縁膜と残存絶縁膜の除去工程
は湿式食刻で行うことを特徴とする半導体素子のキャパ
シタ製造方法。
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