JPH09116114A - 半導体メモリ素子のキャパシタ製造方法 - Google Patents

半導体メモリ素子のキャパシタ製造方法

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JPH09116114A JP8157286A JP15728696A JPH09116114A JP H09116114 A JPH09116114 A JP H09116114A JP 8157286 A JP8157286 A JP 8157286A JP 15728696 A JP15728696 A JP 15728696A JP H09116114 A JPH09116114 A JP H09116114A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スタック形において、別途の平坦化工程を必
要とせずに段差を軽減でき、キャパシタ容量を大きくと
ることもでき、工程も簡単な半導体メモリ素子のキャパ
シタ製造方法を提供すること。 【解決手段】 層間絶縁膜35にキャパシタノードホー
ル(凹部)36を形成し、このキャパシタノードホール
36に埋め込んで第1キャパシタ電極41を形成する。
第1キャパシタ電極41の上端有底筒状部の底部下面も
キャパシタノードホール36内に露出させる製造方法と
し、前記底部下面も容量形成に利用する。窒化膜37を
湿式食刻で除去することにより、この時の湿式食刻溶液
で第1キャパシタ電極41の上端部を多孔質化させ、表
面積を増大させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体メモリ素子の
キャパシタ製造方法に係り、特にスタック形キャパシタ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体メモリ素子においては、メモリ容
量が増加するほど各単位素子当たり許容されるキャパシ
タの面積が縮まって容量値が減少するので、これを解決
するために立体形の3次元的な構造を有するスタック形
などのキャパシタが提案されている。ここで、スタック
形キャパシタは、ワードラインやビットラインなどを形
成した半導体基板上に第1キャパシタ電極を形成した
後、この第1キャパシタ電極の表面に誘電体膜を形成
し、さらにこの誘電体膜を挟んで第1キャパシタ電極を
覆うように第2キャパシタ電極を形成して製造される。
しかし、従来の製造方法では、キャパシタが立体構造で
製造されるにつれ、メモリ素子形成部と周辺回路部との
間に大きな段差が生じ、その後行われる金属配線の形成
に多くの困難さが生じている。
【0003】以上の点を図を参照して説明する。図5お
よび図6は従来の半導体メモリ素子のキャパシタ製造方
法、特にスタック形キャパシタの製造方法を示す断面図
である。スタック形キャパシタを製造するためには、ま
ず、図5(a)のように、半導体基板10に素子分離領
域11、ワードライン12、ソース/ドレイン領域1
3、ビットライン14などを形成した後、層間絶縁膜1
5を形成し、この層間絶縁膜15上に窒化膜16を形成
した後、窒化膜16をパタニングしてキャパシタコンタ
クト部位(A部位)を限定し、窒化膜16をマスクとし
て層間絶縁膜15を食刻してコンタクトホール17を形
成する。
【0004】次いで、図5(b)のように、コンタクト
ホール17の両側壁に側壁絶縁物質膜18を形成した上
で、コンタクトホール17を埋め込みながら窒化膜16
上に多結晶シリコン層19を形成し、さらに多結晶シリ
コン層19上に酸化膜を形成しパターニングすることに
より柱酸化膜20を形成する。なお、コンタクトホール
17の両側壁に形成された側壁絶縁物質膜18は、多結
晶シリコン層19で形成されるキャパシタの電極とビッ
トライン14およびワードライン12間の絶縁特性を向
上させるためのものである。
【0005】次いで、図6(a)のように、柱酸化膜2
0の両側壁に側壁導電物質膜21を形成した後、露出し
ている多結晶シリコン層19を取り除く。その後、図6
(b)のように、柱酸化膜20を湿式食刻で取り除いて
多結晶シリコン層19と側壁導電物質膜21よりなる第
1キャパシタ電極22を完成させ、この第1キャパシタ
電極22の表面に誘電体膜23を蒸着し、誘電体膜23
の表面には第2キャパシタ電極24を形成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】かかる従来のスタック
形キャパシタの製造方法では、第1キャパシタ電極22
が層間絶縁膜15上に大きく突出して形成される結果、
メモリ素子形成部と周辺回路部との間に大きな段差が生
じる。その結果、後に行われる金属配線の形成に段切れ
などの多くの問題が発生する。そこで、特開平3−16
5557号公報に見られるように、ストレージノード
(第1キャパシタ電極)相互間を絶縁膜で埋めて表面を
平坦にすることが行われているが、別途の平坦化工程が
必要となるため工程が複雑になる問題点がある。また、
特開平8−8348号公報に見られるように、蓄積電極
を接続孔に埋め込んで表面を平坦化することも考えられ
ているが、図5および図6のような通常の電極構造では
接続孔に埋め込むことは困難であるし、もし埋め込んだ
としても得られる容量値が制限され、実用にならない。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、次のような半導体メモリ素子のキャパシ
タ製造方法とする。すなわち、まず、半導体基板上に層
間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜の表面の一部に凹部
を形成し、この凹部の内壁と層間絶縁膜の表面に第1臨
時膜を形成する。次に、前記凹部の底面に前記第1臨時
膜および層間絶縁膜を貫通して半導体基板に達するコン
タクトホールを開ける。その後、前記コンタクトホール
を埋め、かつ前記凹部と層間絶縁膜の表面においては前
記第1臨時膜に積層されるように導電物質層を形成す
る。その後、凹部内を埋め込んで全表面に第2臨時膜を
形成した後、この第2臨時膜をエッチバックすることに
より、凹部内にのみ第2臨時膜を残す。その後、凹部内
の第2臨時膜をマスクとして層間絶縁膜表面上の導電物
質層を除去し、凹部内とコンタクトホール内の残存導電
物質層で第1キャパシタ電極を形成する。その後、第2
臨時膜と第1臨時膜を除去する。その後、凹部内に露出
した第1キャパシタ電極の上端部表面に誘電体膜を形成
し、さらに上端部を覆うように第2キャパシタ電極を形
成する。
【0008】
【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる半導体メモリ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4は、実施の形態を
工程順に示す断面図である。この実施の形態では、まず
図1(a)に示すように、半導体基板30に素子分離領
域31、ワードライン32、ソース/ドレイン領域3
3、ビットライン34などを形成した後、半導体基板3
0上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜35を形成す
る。次に、キャパシタ形成部位(B領域)において層間
絶縁膜35の表面を一部を所定の深さに食刻して凹部
(以下キャパシタノードホールと称する)36を形成す
る。その後、キャパシタノードホール36の内壁と層間
絶縁膜35の表面に第1臨時膜として窒化膜37を形成
する。
【0009】次に、図1(b)に示すように、キャパシ
タノードホール36の底面のキャパシタコンタクト部位
(A領域)に、窒化膜37と層間絶縁膜35を貫通して
半導体基板30に達するコンタクトホール38を形成す
る。このコンタクトホール38は、キャパシタノードホ
ール36内において窒化膜37の側面に図示しない側壁
スペーサを形成し、この側壁スペーサをマスクとして側
壁スペーサ間のキャパシタノードホール36底面の窒化
膜37および層間絶縁膜35を選択的に食刻することに
より形成される。また、フォトレジストを用いて写真食
刻工程でコンタクトホール38を形成してもよいことは
勿論である。
【0010】次に、図2(a)に示すように、導電物質
層として多結晶シリコン層39を形成する。このとき、
多結晶シリコン層39は、多結晶シリコンの蒸着により
コンタクトホール38を完全に埋め込むように、かつキ
ャパシタノードホール36と層間絶縁膜35の表面にお
いては窒化膜37に積層されるように形成する。その
後、キャパシタノードホール36の残りの空間を埋め込
んで多結晶シリコン層39上の全表面に第2臨時膜とし
て酸化膜40を形成する。
【0011】次いで、図2(b)に示すように、多結晶
シリコン層39の表面が露出するまで酸化膜40のエッ
チバックを異方性乾式食刻で施す。その結果、酸化膜4
0はキャパシタノードホール36内にのみ残り、キャパ
シタノードホール36内に多結晶シリコン層39で囲繞
された柱酸化膜40aが形成される。
【0012】次に、柱酸化膜40aをマスクとして、層
間絶縁膜35表面の多結晶シリコン層39を除去する。
その結果、図3(a)に示すように、多結晶シリコン層
39はキャパシタノードホール36とコンタクトホール
38内にのみ残り、この残存多結晶シリコン層39で第
1キャパシタ電極41が完成する。
【0013】次に、図3(b)に示すように、柱酸化膜
40aを湿式食刻で除去する。さらに、窒化膜37を図
4で示すように湿式食刻で除去する。その結果、キャパ
シタノードホール36内には、第1キャパシタ電極41
の上端有底筒状部が露出して存在することになる。その
後、キャパシタノードホール36内に露出した第1キャ
パシタ電極41の上端部表面に誘電体膜42を形成す
る。さらに、キャパシタノードホール36を埋め込んで
第1キャパシタ電極41の上端部を覆うように第2キャ
パシタ電極43を形成し、全工程を終了する。
【0014】このような方法によれば、第1キャパシタ
電極41がキャパシタノードホール36に埋め込まれて
形成され、層間絶縁膜35の上方に突出しないようにな
るので、メモリ素子形成部と周辺回路部間の段差を軽減
でき、その後の金属配線形成工程での問題を解決でき
る。しかも、この方法によれば、別途の平坦化工程なし
に段差を軽減でき、工程が複雑になることはない。
【0015】また、この方法によれば、第1キャパシタ
電極41の上端有底筒状部の底部下面までがキャパシタ
ノードホール36内で露出し、この部分を容量形成に利
用でき、さらには窒化膜37を湿式食刻で除去する際、
多結晶シリコンで形成された第1キャパシタ電極41の
上端部が湿式食刻溶液で多孔質化され表面積が増大する
ので、キャパシタ容量の増加を図ることができる。さら
に、第1キャパシタ電極41は、多結晶シリコンの1回
の蒸着工程で形成できるので、製造工程を簡略化でき
る。
【0016】なお、上記の実施の形態で、酸化膜40は
シリコン酸化膜、窒化膜37はシリコン窒化膜である。
また、上記の実施の形態で窒化膜37と酸化膜40を用
いた第1臨時膜と第2臨時膜は、同一物質で形成すれ
ば、第1臨時膜と第2臨時膜を同時に除去できるので便
利である。この際、第1臨時膜と第2臨時膜は、層間絶
縁膜35および第1キャパシタ電極41(導電物質層)
と食刻率が異なる物質として、除去時に選択性をもたせ
るべきである。
【0017】
【発明の効果】このように本発明の半導体メモリ素子の
キャパシタ製造方法によれば、スタック形において、別
途の平坦化工程を必要とせずにメモリ素子形成部と周辺
回路部間の段差を軽減することができ、キャパシタ容量
を大きくとることもでき、工程も簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体メモリ素子のキャパシタ製
造方法の実施の形態の一部を示す断面図。
【図2】本発明の実施の形態であり、図1に続く工程を
示す断面図。
【図3】本発明の実施の形態であり、図2に続く工程を
示す断面図。
【図4】本発明の実施の形態であり、図3に続く工程を
示す断面図。
【図5】従来の半導体メモリ素子のキャパシタ製造方法
の一部を示す断面図。
【図6】従来の製造方法であり、図5に続く工程を示す
断面図。
【符号の説明】
30 半導体基板 35 層間絶縁膜 36 キャパシタノードホール 37 窒化膜 38 コンタクトホール 39 多結晶シリコン層 40 酸化膜 40a 柱酸化膜 41 第1キャパシタ電極 42 誘電体膜 43 第2キャパシタ電極

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、こ
    の層間絶縁膜の表面の一部に凹部を形成し、この凹部の
    内壁と層間絶縁膜の表面に第1臨時膜を形成する工程
    と、 次に、前記凹部の底面に前記第1臨時膜および層間絶縁
    膜を貫通して半導体基板に達するコンタクトホールを開
    ける工程と、 その後、前記コンタクトホールを埋め、かつ前記凹部と
    層間絶縁膜の表面においては前記第1臨時膜に積層され
    るように導電物質層を形成する工程と、 その後、凹部内を埋め込んで全表面に第2臨時膜を形成
    した後、この第2臨時膜をエッチバックすることによ
    り、凹部内にのみ第2臨時膜を残す工程と、 その後、凹部内の第2臨時膜をマスクとして層間絶縁膜
    表面上の導電物質層を除去し、凹部内とコンタクトホー
    ル内の残存導電物質層で第1キャパシタ電極を形成する
    工程と、 その後、第2臨時膜と第1臨時膜を除去する工程と、 その後、凹部内に露出した第1キャパシタ電極の上端部
    表面に誘電体膜を形成し、さらに上端部を覆うように第
    2キャパシタ電極を形成する工程とを具備することを特
    徴とする半導体メモリ素子のキャパシタ製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体メモリ素子のキャ
    パシタ製造方法において、コンタクトホールを形成する
    工程は、凹部内の第1臨時膜の側面に側壁スペーサを形
    成し、この側壁スペーサをマスクとして凹部底面の第1
    臨時膜および層間絶縁膜を食刻することを特徴とする半
    導体メモリ素子のキャパシタ製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体メモリ素子のキャ
    パシタ製造方法において、コンタクトホールを形成する
    工程は、フォトレジストを用いた写真食刻工程で行うこ
    とを特徴とする半導体メモリ素子のキャパシタ製造方
    法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の半導体メモリ素子のキャ
    パシタ製造方法において、導電物質層は多結晶シリコン
    で形成することを特徴とする半導体メモリ素子のキャパ
    シタ製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の半導体メモリ素子のキャ
    パシタ製造方法において、層間絶縁膜はシリコン酸化膜
    で形成し、第1臨時膜はシリコン窒化膜で形成し、導電
    物質層は多結晶シリコンで形成し、第2臨時膜はシリコ
    ン酸化膜で形成することを特徴とする半導体メモリ素子
    のキャパシタ製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1または5記載の半導体メモリ素
    子のキャパシタ製造方法において、第1臨時膜と第2臨
    時膜の除去工程は、第2臨時膜を先に取り除いてから第
    1臨時膜を取り除くことを特徴とする半導体メモリ素子
    のキャパシタ製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の半導体メモリ素子のキャ
    パシタ製造方法において、第1臨時膜と第2臨時膜は同
    一物質で形成することを特徴とする半導体メモリ素子の
    キャパシタ製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項1または7記載の半導体メモリ素
    子のキャパシタ製造方法において、第1臨時膜と第2臨
    時膜は、層間絶縁膜および導電物質層と食刻率が異なる
    物質で形成することを特徴とする半導体メモリ素子のキ
    ャパシタ製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項1,5,6,7,8のいずれか記
    載の半導体メモリ素子のキャパシタ製造方法において、
    第1臨時膜と第2臨時膜の除去工程は湿式食刻工程で行
    うことを特徴とする半導体メモリ素子のキャパシタ製造
    方法。
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