明 糸田
〔 発明 の名 称 〕
半導体集稜回 路装置 及び 当 該装 置 の 製造方法
〔技術分野〕
本発明 は 、 D R A M ( D nam i c andom Access Memo ry ) を 備 え た 半導体集積 回路装 置 及び 当 該装 置 の製造 方法 、 特 に 大規模集積 回路 を も っ て 構成す る 場合 に 適 用 し て 好適 な 半導体集積 回 路装 置 及び 当 該装 置 の製造 方法 に 関 す る 。
〔 背景技術〕
半導体集積回 路装 置 の な かで も 、 D R A M の 集積化 の進展 は 著 し い 。 ま た 、 D R A M に 論理 回路 を 混在 さ せ た 高機能 の 集積 回路装 置 の 実用 化 が進 ん で い る 。 D R A M は 、 半導体基板上 に 行及び列 の マ 卜 リ ッ ク ス 状 に 配列 し た 複数 の メ モ リ セ ル に よ つ て 構成 さ れ る 。 同 メ モ リ セ ル は 、 情報 を 記憶す る た め の電 荷蓄積用 キ ヤ パ シ タ と 、 キ ヤ ノく シ タ へ の電荷 の 入 出 力 を 制御す る M O S 型電界効果 ト ラ ン ジ ス タ ( 以下 「 M 〇 S ト ラ ン ジ ス タ J と い う ) と カゝ ら な る 。
キ ャ パ シ タ は 、 誘電体膜 を 二つ の電極膜で 挟ん だ構 造 を な し 、 M 〇 S ト ラ ン ジ ス タ は 、 ゲー ト 電極 と 二 つ
の 拡 散層 ( ド レ イ ン 領域及び ソ ー ス 領域 ) か ら な る 。 キ ャ パ シ タ の 一 方 の電極膜 は 、 M O S ト ラ ン ジ ス タ の 一 方の拡散層 に 接続 さ れ 、 キ ャ パ シ タ の他方 の電極膜 は 、 定電圧電源 に 接統 さ れ る 。 ゲー ト 電極 に 与 え ら れ る 電圧 に よ っ て M O S ト ラ ン ジ ス タ の導通 、 非導通 が 制御 さ れ 、 導通時 に 他方 の拡敗層 か ら 電荷 が キ ャ パ シ タ に 供給 さ れて 香込 が行 な わ れ 、 別 の導通時 に キ ャ パ シ タ に 蓄積 さ れ た 電荷 が同他方の拡散層 か ら 取 り 出 さ れ る 。
こ の よ う な メ モ リ セ ル の 複数個 か ら な る D R A M は ゲー ト 電極の相 互間 を 行 ご と に 個別 の ヮ 一 ド線 に よ つ て 接統 し 、 他方 の拡 敗層 の 相互間 を 列 ご と に 個別 の ビ ッ ト 線 に よ っ て 接統す る こ と に よ り 構成 さ れ る 。 ま た D R A M に お い て メ モ リ セ ル を 制 御す る た め の周 辺 回 路 が設 け ら れ る 。 ワ ー ド線 、 ビ ッ ト 線や メ モ リ セ ル の 内 部配線 の ほ か 、 メ モ リ セ ル と 周 辺 回路の 間 の配線 が 金属 配線 J1 に よ っ て 形成 さ れ る 。 D R A M の容量 が大 き く な る に 伴い 、 配線層 の層 数が増 大す る 。 キ ヤ ノく シ タ は 、 そ の よ う な複数 の配線層 の 中 問 の層 の 内 部 に 形 成 さ れて い る 。
D R A M の 記憶容 S を 大 き く し て 高集積化す る に 伴 い 、 各部が微小 に な り 、 キ ヤ ノく シ タ に つ い て は 、 そ の 投影面稍(集稜回路の 上面 か ら 見 た 面稜)が減少す る 。 一方 、 キ ヤ ノく シ タ は 、 あ る 程度 の容 i値 を 確保す る 必
要 が あ る た め 、 誘電率 の 高 い材料 を 採用 し た り 、 誘電 体層 を 簿 く す る ほ か 、 キ ャ パ シ タ の 実質 面積 を 増 やす こ と が行 な われ る 。 前 二者 に は 限 界 があ る た め 、 投影 面積 を 増や さ ず に 実質 面積 を 増や す様 々 な 工夫 が な さ れて い る 。 面積増 大 の た め 、 キ ャ パ シ タ を 配置す る 配 線層 の厚 さ を 増や し て 、 キ ャ パ シ タ を 高 さ 方向 を 利用 し て 形成す る こ と が多 く 行 な われ て い る 。 そ の例 と し て 、 ク ラ ウ ン構造 ( 筒状構造 ) や フ ィ ン 構造の ほ か 、 多層 型等 があ る 。
し カゝ し 、 キ ヤ ノく シ タ が形成 さ れ る キ ヤ ノく シ タ 層 の厚 さ が増 大す る た め に 、 メ モ リ セ ノレ 部 と キ ヤ ノく シ タ カ な い周 辺 回路 と の 間 で 段差 が生 じ る こ と が避 け ら れ な い 〔 例 え ば 日 経 B P 社発 行誌 「 日 経 マ イ ク ロ デ ノ イ ス 」 第 1 1 7 号第 4 2 頁 〜 第 4 4 頁 ( 1 9 9 5 年 3 月 ) 参 照 〕 。 段差 を 有す る 構造の 一般的 な 例 を 図 2 4 に 示 し た 。 同 例 は 、 メ モ リ セ ル の M O S ト ラ ン ジ ス タ 6 と 周 辺 回 路 の ト ラ ン ジ ス タ 7 か ら な る 。 両者 の ゲー ト 電極 3 が形成 さ れ る ノ ッ シベ ー シ ョ ン絶縁膜層 8 の上 に ビ ッ 卜 線層 1 2 と 3 層 の 配線層 1 8 , 2 4 , 3 2 が形成 さ れて い る 。
キ ヤ ノ シ タ が 1 層 目 配線層 1 8 に ク ラ ウ ン構造 で 形 成 さ れて い る 。 同 キ ャ パ シ タ は 、 同 図 下 の拡大図 に 示 し た よ う に 、 誘電体膜 2 8 を 下側 の金属膜 ( 以下 「 ス ト レ 一 ジ ノ ー ド ( S N ) 」 と い う ) 2 7 と 上側 の 金属
膜 ( 以下 「 プ レ ー ト 電極 ( P L ) j と い う ) 3 4 で 挟 ん で 形成 さ れる 。 な お 、 ス ト レ 一 ジ ノ ー ド 2 7 は 、 コ ン タ ク 卜 プ ラ グ 9 と プ ラ グ 1 4 及びパ ッ ド 1 0 を 介 し て M 〇 S ト ラ ン ジ ス タ 6 の拡 散層 4 に 接続 さ れ 、 プ レ — ト 電極 3 4 は 、 1 層 目 配線層 1 8 、 2 層 目 配線層 2 4 の プラ グ と ノく ッ ド を 介 し て 3 層 目 配線層 3 2 の 定電 圧供給 の 配線 6 2 に 接 铳 さ れて い る 。
以 上 の 従 来例 で は 、 キ ャ パ シ タ が ク ラ ウ ン構造で 高 さ が必要 に な る た め 、 メ モ リ セ ル領域 と 周辺回路領域 に 段差 が あ る 。 段差 があ る 程度 以上 に 大 き く な る と 、 そ の後 の リ ソ グラ フ ィ 処理の際 に 、 所定形状の 配線パ タ ー ン を 形成す る こ と が困難 に な る と い う 問題点 があ つ た 。 そ の 原 因 は 、 露光装 置 の 焦点深度 に あ る 。 段差 が焦点深度 の許容範囲 を 越 え る 場合 、 段差があ る 部分 で は 焦点 がずれ て 光量が落 ち 、 露光不 足 を 招 い て 所定 の形状 が形成 さ れ な い 。 特 に 、 段差 が 1 μ m を 越 え る と そ の 問題が顕著 に な る 。
こ れ を 防 ぐ た め に 、 全面 に 犠牲膜 を 形成 し 、 同膜 を エ ッ チ ン グ又 は 研磨 し て 段差量 を 低減す る 方法 が採用 さ れ る 場合があ る 。 し か し 、 そ の場合 に 工程数が増加 す る 問題 の ほ か 、 接統穴 を 形成 し た場合 に 、 金属膜 に 至 る 深 さ が段差 が あ る 部分 と 無 い 部分 と で 異な る た め エ ッ チ ン グ の過剰領域 と 不足領域 の 両 方 が発生す る 問 題 があ る 。 特 に 穴 が深 い 部分で は 、 エ ッ チ ン グ不足や
導電材 の充填不良 に よ る 配線 の 導通不良 が発生す る と い う 問題が避 け ら れ な い 。 段差 の 問題 は 、 D R A M と 論理 回路 を 混在 さ せ た 半導体集積 回 路装置 に つ い て も 当 然 同様 に 発生す る 。
キ ヤ ノく シ タ に 基づ く 段差低減の た め に 、 特開平 6 — 1 2 5 0 5 9 号公報 に 記載 の よ う に 、 キ ヤ ノく シ タ を 配 線層 の 上方 に 形成す る 方法 が提案 さ れて い る 。 こ の 方 法 で は 、 配線上 に 形成 し た キ ャ パ シ タ の ス ト レ 一 ジ ノ 一 ド を 拡散層 に 接続す る た め 、 配線層 、 ビ ッ ト 線層 を —括 し て 貫 く 接統穴 を エ ッ チ ン グ し て 形成す る 。 そ の 後 、 ポ リ シ リ コ ン を 接続穴 に 埋 め 込 む こ と で 、 ス ト レ — ジ ノ 一 ド と 拡敗層 の 接続 し て い る 。 こ の方法 で は 、 深 さ 2 μ ιη 以上 、 ァ シ ぺ ク ト 比 8 以 上 のホ ー ル を ド ラ ィ エ ッ チ ン グで 形成す る こ と に な る が 、 現状 の ド ラ イ エ ッ チ ン グ技術で は 、 深 さ 2 X m 以下 、 ァ ス ぺ ク ト 比 4 以下 で な けれ ば高 い 歩 留 ま り で 再現 よ く エ ッ チ ン グ す る こ と で き な い 。 こ に た め 、 実際 に 、 配線上方 に キ ヤ ノく シ タ を 形成 し た く と も 、 実現す る こ と 力、'で き な い 問題があ る 。
ま た 、 周 辺回路部 の製造 プ ロ セ ス を 考慮 し て い な い た め 、 例 え ば、 ス ト レ ー ジ ノ一 ド と 拡散層 の接続穴 及 び コ ン タ ク ト ブラ グ の形成 は 、 周 辺 回路部の 接続穴及 び プラ グの形成 と 独立 し て い る た め 、 プ ロ セ ス 工程 が 多 く な る 問題も あ る 。
さ ら に 、 配線 を 形成 し た 後 に 、 ポ リ シ リ コ ン プ ラ グ を 形成す る た め 、 ポ リ シ リ コ ン 形成温度 で あ る 、 5 0 0 °C 以 上 の温度 が配線 に か か る た め 、 配線材 と し て ァ ル ミ 二 ゥ ム を 用 い た 時 に は 、 変形 、 変質す る 問題があ る 。
次 に 、 キ ャ パ シ タ は 、 前 記 し た よ う に 、 微細化 に 伴 つ て 構造 が複雑ィヒ し て い る が 、 そ の た め に 、 工程数の 増 大 を 招 き 、 製造 コ ス ト を 増 大 さ せ る 主原 因 に な る と い う 問題点 があ っ た 。 力!] え て 、 キ ヤ ノ シ タ が配置 さ れ る 層 で キ ャ パ シ タ と 周 辺 回 路 の配線や 論理回路の配線 と がそ れぞれ別 の 工程 を 使 っ て 形成 さ れ る の で 、 そ れ ぞれ が単独で 形成 さ れ る よ り も 工程数 が著 し く 増 大す る と い う 問題 点 があ っ た 。 工 程数 の 増加 は 、 歩留 ま り の低下 を 招 く 。
な お 、 放射線 ( α 線 ) 等 に よ る ソ フ ト エ ラ ー へ の対 策 と し て 、 チ ッ プ を 有機系 放射線保護膜で 塗布 す る ( 1 9 8 9 年 1 月 日 経 B P 社発行徳 山 敎他著 「 V L S I 製造技術」 第 2 5 頁参照 ) ほ か 、 ホ ッ ト キ ヤ リ ア ス ト レ ス 鴛圧 を チ ッ プ に 印加 す る 等の 方法 があ る 。 前者 で は 、 コ ー テ ィ ン グ の た め の 工程が別 に 必 要 に な り 、 後者 で は 、 電圧 を 印加す る 電極 の形成 の た め に 製造ェ 程が増 え る と と も に 、 印加 し た 後 の電荷移動や放電等 の経時変化 に よ リ そ の効果 が減少す る 問題点 があ っ た ま た 、 両者 と も 誘導雑 音等 の他の環境降害 に は効果が
な い
発 明 の開示 〕
本発明 の第 1 の 目 的 は 、 工程数 の増力!] を 招 く こ と な く 段差 の 問題 を 回 避す る こ と がで き る 新規の メ モ リ セ ル構造 を 提供す る こ と に あ る 。
ま た 、 本発明 の第 2 の 目 的 は 、 同 一 基板 内 の 製造ェ 程 の 共通 部分 を 増 大 さ せ る 装 置構造 を 提 供す る こ と に あ る 。
更 に 、 本 発明 の第 3 の 目 的 は 、 工程数 を 増加 せ ず に 環境陣害 へ の対策 を 施す こ と が可能 な装 置構造 を 提供 す る こ と に あ る 。
本発明 の 前記課題 は 、 キ ャ パ シ タ を 複数の金属 配線 層 の 最上層 に 形成す る と と も に 、 キ ヤ ノ シ タ の ス 卜 レ ー ジ ノ ー ド と ト ラ ン ジ ス タ の拡 散層 と の 接続 を ノく ッ シ ベー シ ョ ン 絶緣膜層 に 形成 し た 拡散層 へ の コ ン タ ク 卜 プ ラ グ と 、 ビ ッ ト 線層 に 形成 し た ノく ッ ド 及び プ ラ グ と そ の 上 方 の 各金属 配線層 に 形成 し た パ ッ ド 及び プ ラ グ と を 連統 し て 繋 ぐ こ と に よ っ て 解決す る こ と がで き る ビ ッ 卜 線層 の前記 パ ッ ド に は 、 ビ ッ ト 線及び 、 ビ ッ 卜 線層 と 同 時 に 形成 さ れ る 周 辺回路部の 金属配線層 の配 線ゃ パ ッ ド と 同 一 の縦方 向構造 ( 複数種 類の金属膜 を 積層 し た構造 ) と 材質 が採用 さ れ る 。 更 に 、 ビ ッ ト 線 層 の 前記 プラ グ に は 、 周辺 回路部金属 配線層 の プラ グ
と 同 じ 材質が用 い ら れ る 。 ま た 、 ビ ッ ト 線層 上方 の 各 金属 配線層 の 前 記パ ッ ド に は 、 同 金属 配線層 の メ モ リ セ ル部 の 配線及び同 金属 配線)1 に 形成 さ れ る 周 辺回路 部 の 配線ゃ パ ッ ド と 同 じ縱方 向 構造 と 材貧 が採用 さ れ る 。 更 に 、 各金属 配線層 の 前記 プ ラ グ に は 、 周 辺 回 路 部 の プ ラ グ と 同 じ 材質 が用 い ら れ る 。
こ の よ う に し て 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド の拡 敗層 へ の 接 続 は 、 ほ か の 配線や層 間接続 と 同 時 に 形成す る こ と が 可能 と な り 、 従 っ て 、 こ れ ら と 同様 に 高歩留 ま り で 製 造す る こ と が可能 と な り 、 かつ 、 工程数の 増加 を 避 け る こ と 力、' で き る 。
ま た 、 ッ ド 及び プ ラ グ に 5 0 0 'C を 越 え な い温度 で 製造 可能 な タ ン グ ス テ ン材ゃ ア ル ミ ニ ウ ム 材 を 用 い る こ と に よ っ て 、 拡散層 上 に 例 え ば タ ン グ ス テ ン膜 ( 5 0 0 'C 以 上 で は シ リ コ ン と 反応 し て 接触抵抗 が上 が る ) を 設 置 す る こ と が可能 と な り 、 低 い 接触抵抗 を 実現す る こ と がで き る 。 ま た 、 配線 に ア ル ミ ニ ウ ム 材 を 用 い る こ と が可能 と な っ て 配線抵抗 を 下 げる こ と が で き 、 従 っ て 、 集積回路装 の動作速度 を 高 め る こ と が可能 と な る 。
更 に 、 拡散層 を 形成 し て か ら 以降 の 工 程 に 5 0 0 'C を 越え な い温度 に よ る 製造工程 を 採用 す る こ と に よ つ て 、 ト ラ ン ジ ス タ の高周波特性 を 初期特性の ま ま 維持 す る こ と がで き る 。 即 ち 、 5 0 0 °C を 越 え る と 拡散が
再び進行 し て 拡敗層 領域 が拡 大 し 、 ト ラ ン ジ ス タ の 高 周 波特性が劣 化す る 力、' 、 5 0 0 °C を 越 え な ければ 、 そ の よ う な 不都合 は発 生 し な い 。
こ の よ う な拡敗層 形成以降 に 5 0 0 °c を 越え な い温 度 に よ る 製造 工程 を 採用 す る こ と は 、 云 う ま で な く 、 前記 D R A M に 限 ら ず 、 拡散層 を 有す る 半導体集積 回 路装置 全般 に 適用 す る こ と が可能 で あ る 。
ま た 、 本発明 方法 で は 、 最 上層 以外の 各 々 の配線層 の厚 さ がほ ぼ同 一 に な っ て 、 メ モ リ セ ル部 と 周 辺 回路 の配線 を 同時 に 共通 に 力 Πェ す る こ と が可能 に な る ほ か 最上層 に お い て は 接続穴 の加 工 が な い の で 段差があ つ て も キ ヤ ノ シ タ の ブ レ ー ト 電極 と 周 辺回路 の配線 を 同 時 に 共 通 に 加 工 す る こ と が可能 に な る 。 製造工程 の 共 通化 は 、 D R A M と 論理回路 を 混 在 さ せ た 装 置 に お い て も 同 様 に 実現す る こ と 力、'で き る
ま た 、 メ モ リ セ ル 部 で は 、 キ ヤ パ シ タ を 最終配線ェ 程以 降 に形成す る た め 、 配線層 間 の接続穴 の レ イ ァ ゥ ト を 考慮す る 必要 が な く 、 メ モ リ セ ル の ほ ぼ全平面 を 利用 し て キ ヤ ノく シ タ を 形成す る こ と が可能 に な る 。 そ の よ う な利用 に よ つ て キ ヤ ノく シ タ 面積が増加す る た め キ ヤ ノく シ タ と し て 、 誘電体層 を 平面状の ス ト レ 一 ジ ノ ー ド と プ レ ー ト 電極 の 2 層 で挟ん だ単純 な 構造 ( ブ レ ーナ 型 ) を 採用 す る こ と 力、'で き る
更 に 、 ブ レ ー 卜 電極 は 、 全 キ ヤ パ シ タ に 共通の 定電
圧供給用 に な る の で 、 メ モ リ セ ル 部 の ほ か周辺 回路 を 含め て チ ッ プの ほ ぼ全面 を 同電極 で 被 う こ と が可能 と な る 。 一 方 、 プ レ ー ト 電極 は 金展 で 形成 さ れ る の で 、 同電極 に よ っ て 放射線や ノ イ ズ と な る 外来電磁波等が 遮断 さ れ 、 チ ッ プ全体 が保護 さ れ る 。 以 上 に よ っ て 、 工程数 を 増加 せず に 環境降 害 へ の 対策 を 施す こ と が可 能 と な る 。 ま た 、 D R A M と 論理回路 を 混在 さ せ た 装 置で も 、 論理回路 の 最 上層 に 鼋源供給用 の プ レ ー ト 電 極 を 設 け 、 同電極 を 論理回 路 の 全面 を 被 う こ と に よ つ て 論理回路 の環境降害 の 耐性向 上が達成 さ れ る 。
な お 、 前 記 キ ャ パ シ タ の 単体で 容量 が不足す る 場合 に は 、 最 上層 の 下 の 配線層 に 補助 の キ ヤ パ シ タ を 形成 す る こ と が望 ま し い 。 補助 キ ャ パ シ タ の 高 さ を 周 辺 回 路及び論理回路 の配線 と ほ ぼ同 じ 高 さ と す る こ と に よ つ て 、 段差 の 問題 が回避 さ れ る 。 そ の よ う な補助 キ ヤ ノく シ タ は 、 後 で 詳述 す る が 、 平面状の構造や ス ト レ ー ジ ノ ー ド 及び ブ レ ー ト 電極 の側 面利用 の構造 に よ っ て 実現す る こ と がで き る 。
〔 図面 の ffi単 な 説明 〕
図 1 は 、 本発明 に 係 る 半導体集積回路裝置及び 当 該 装置 の製造方法 の第 1 に 実施例 を 説明 す る た め の 断面 構造 HI で あ る 。
図 2 は 、 図 1 に 示 し た 装 置 の平面分解構造 を 説明 す
る た め の 平 面図 で あ る 。
図 3 は 、 本発明 の第 2 の 実施例 を 説明 す る た め の 断 面構造図 で あ る 。
図 4 は 、 キ ャ パ シ タ の プ レ ー ト 電極 の被 ¾率 と a 線 に よ る 不 良 発生率 と の閱係 を 示 す 曲 線 図 で あ る 。
図 5 は 、 本発 明 の第 3 の実施例 を 説明 す る た め の 断 面構造図 で あ る 。
図 6 は 、 第 3 の 実施例 の補助 キ ャ パ シ タ の 製造工程 を 説 明 す る た め の 工程図 で あ る 。
図 7 は 、 本発 明 の第 4 の 実施例 を 説明 す る た め の断 面構造囡 で あ る 。
図 8 は 、 本発 明 の第 5 の 実施例 を 説明 す る た め の 断 面構造 図 で あ る 。
図 9 は 、 本 発 明 の 第 6 の 実施例 を 説明 す る た め の断 面構造図 で あ る 。
図 1 0 は 、 第 6 の 実施例 の 補 助 キ ャ パ シ タ の 製造ェ 程 を 説 明 す る た め の 工 程図 で あ る 。
図 1 1 は 、 本発明 の第 7 の 実施例 を 説 明 す る た め の 断面構造 図 で あ る 。
図 1 2 は 、 本発明 の第 7 の 実施例 を 説明 す る た め の 断面構造図 で あ る 。
図 I 3 は 、 本 発 明 の第 8 の 実施例 を 説明 す る た め の プ ロ ッ ク 図 で あ る 。
図 1 4 は 、 本 発 明 の第 8 の 実施例 を 説明 す る た め の
配置 図 で あ る
図 1 5 は 、 本発明 の第 8 の 実施例 を 説明 す る た め の 断面構造図 で あ る 。
図 1 6 は 、 本発明 の第 9 の 実施例 を 説明 す る た め の 断面構造図 で あ る 。
図 1 7 は 、 本発明 の第 1 0 の実施例 を 説 明 す る た め の 断面構造図 で あ る 。
図 1 8 は 、 本発明 の第 1 1 の 実施例 を 説 明 す る た め の 断面構造図 で あ る 。
図 1 9 は 、 本発明 の第 1 2 の 実施例 を 説 明 す る た め の 断面構造図 で あ る 。
図 2 0 は 、 本発明 の第 1 3 の実施例 を 説 明す る た め の 断面構造図 で あ る 。
図 2 1 は 、 本発明 の第 1 3 の 実施例 を 説 明 す る た め の 断面構造 図 で あ る 。
図 2 2 は 、 本発明 の 第 1 4 の 実施例 を 説 明 す る た め の断面構造図 で あ る 。
図 2 3 は 、 本発明 の第 1 5 の実施例 を 説明 す る た め の断面構造図 で あ る 。
図 2 4 は 、 従来の 半導体集積回路装置及び 当 該装置 の製造方法 の例 を 説明 す る た め の 断面構造図 で あ る 。
図 2 5 は 、 従来の 半導体集積回 路装置及び 当 該装置 の製造方法 の例 を 説明 す る た め の 断面構造図で あ る 。
図 2 6 は 、 従来の 半導体集積回路装置及び 当該装置
の 製造 方法 の 例 を 説 明 す る た め の 断面構造図 で あ る
〔 発 明 を 実施す る た め の 最良 の形 態 〕
以下 、 本 発 明 に 係 る 半導体集積 回路装 置及び 当 該装 置 の 製造方法 を 図 面 に 示 し た 幾 つ か の 実施例 を 参 照 し て 更 に 詳細 に 説明 す る 。 な お 、 図 1 〜 図 2 6 に お け る 同 一 の 記号 は 、 同 一物 又 は 類似物 を 表示す る も の と す る 。
<実施例 1 〉
図 1 に 二 つ の メ モ リ セ ル と 周 辺 回路の 一部の 断面構 造 を 示す 。 同 図 に お い て 、 1 は P 型 シ リ コ ン 基板 、 2 は フ ィ ール ド 酸化膜 、 3 は ゲー ト 電極 、 4 , 5 は 、 拡 散層 、 6 は 、 メ モ リ セ ル 部 を 構成す る ト ラ ン ジ ス タ 、 7 は 、 周 辺 回路 を 構成す る M O S ト ラ ン ジ ス タ 、 8 は 各 M O S ト ラ ン ジ ス タ を 保護す る た め の パ ッ シ ベ ー シ ヨ ン 絶縁膜層 , 1 2 は 、 ビ ッ ト 線層 ( 周 辺 回 部 に お い て は 金属 配線層 ) 、 1 8 , 2 4 , 3 2 は 、 そ れ ぞれ 、 第 1 、 第 2 、 第 3 、 の 金属 配線層 、 9 は 、 パ ッ シ ベ ー シ ヨ ン 絶縁膜層 8 に お け る メ モ リ セ ル 部の層 間接続用 の コ ン タ ク ト プ ラ グ 、 1 4 , 2 0 , 2 5 は 、 メ モ リ セ ル 部の層 間接続用 の プラ グ 、 1 0 , 1 7 , 2 3 は 、 メ モ リ セ ル部 の 接続用 パ ッ ド 、 1 0 ' は ビ ッ ト 線 ( B し 、 1 5 , 2 2 は 、 メ モ リ セ ル部 の 配線 、 9 ' は 、 パ ッ シ ベ ー シ ョ ン 絶緣膜層 8 に お け る 周 辺 回 路部の層 間接
統用 の コ ン タ ク ト プ ラ グ 、 1 3 , 1 9 は 、 周 辺回路部 の 層 間接統用 の プラ グ 、 1 1 ' は周 辺 回路都の接統用 ノく ッ ド 、 1 1 , 1 6 , 2 1 、 2 6 は 周 辺 回 路部の 配線 2 7 は 、 キ ヤ ノく シ タ の ス ト レ ー ジ ノ ー ド ( S N ) 、 3 4 は 、 キ ヤ ノく シ タ の プ レ ー ト 電極( P L )示す 。
図 2 に メ モ リ セ ル部 の 上 面図 ( 分解 図 ) を 示す 。 一 つ の メ モ リ セ ル が面 S A で 囲 っ た 部分 に 形成 さ れ 、 キ ヤ ノ シ タ が投影 面 C A の 範 囲 に 形成 さ れ る 。 同 図 に 、 ワ ー ド線 W L を 列 方 向 に 3 線 、 ビ ッ ト 線 B し を 行方 向 に 1 線 を 示 し 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド ( S N ) 接続部 を 2 か所 、 ビ ッ ト 線 ( B し ) 接続部 を 1 か所示 し た 。 本実 施例で は 、 D R A M の メ モ リ 容量 を 2 5 6 M b i iと し キ ヤ ノく シ タ が な す 投影 面 の 大 き さ X , y を そ れ ぞれ 0 8 5 μ m , 0 . 6 5 μ πι と し た 。
次 に 、 図 1 を 用 い て メ モ リ セ ル の形成方法 に つ い て 述 べ る 。 ま ず 、 Ρ 型 シ リ コ ン 基板 1 に 選択酸化法 に よ り フ ィ ー ル ド 酸化膜 2 を 形成 し 、 所定 の 場所 に ゲ ー ト 電極 3 及び拡散層 4 、 5 か ら な る ト ラ ン ジ ス タ 6 と 隣 接 す る ト ラ ン ジ ス タ 7 を 形成 し た 。 ト ラ ン ジ ス タ 6 及 び ト ラ ン ジ ス タ 7 の 間 に フ ィ ー ル ド 酸ィヒ膜 2 が配置 さ れ る 。 次 に 、 基板 1 の 全面 に 絶緣膜 ( 燐 と 硼素 を 含有 さ せ た 酸化珪素膜 ) を 形成 し 、 7 5 0 'C の熱処理 を 施 し て リ フ ロ ー(粘性流動) を 呈す る 形状 を 作 っ た 。 こ れ に よ り 、 ト ラ ン ジ ス タ 6 , 7 と 、 フ ィ ール ド 酸化膜 2
に 基づ く 段差が軽減 さ れ る 。 更 に 、 段差 の軽減 を 進め る た め に 、 化学的機械 的研磨 を 施 し た 。 以 上 に よ り 、 平坦化 し た ッ シ シ ヨ ン 絶緣膜層 8 を 形成 し た 。
続 い て 同絶緑 11 に 接続穴 を 開 け 、 ビ ッ ト 線 ( B L ) 1 0 ' へ の コ ン タ ク ト プラ グ 9 及び ス ト レ ー ジ ノ ー ド ( S N ) 2 7 へ連結 の た め の コ ン タ ク ト プ ラ グ 9 、 及 び周 辺 回路配線 1 6 , 2 1 へ連結 の た め の コ ン タ ク ト プラ グ 9 ' (両 プラ グ の 主材質 は タ ン グス テ ン を 使用 し た 力 、 ポ リ シ リ コ ン の使用 が可能 で あ る ) を 形成 し た 。 次 に 、 ビ ッ ト 線 1 0 ' 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 へ の連結 の た め の パ ッ ド 1 0 及び配線 1 6 , 2 1 へ の パ ッ ド 1 1 ' と 配線 1 1 を 形成 し た 。 こ の と き 、 ビ ッ ト 線 I 0 ' く ッ ド 1 0 , 1 1 ' 及 び配線 】 I は 、 T i N A ! Z T i N 積層 の 同 一構造 で 同 時 に 形成 し た 。 こ の ビ ッ ト 線層 ( 周 辺 回 路 部 の 金属 配線層 ) 1 2 の パ ッ ド 及び配線 を 形成後 、 続 い て 、 プ ラ ズ マ C V D 法 ( Ch emi cal Vapor Deposi t i on ) に よ り 絶縁膜 〔 主材質 は 二酸化珪素 ( S i 02 ) 〕 を 全面 に 形成 し 、 更 に 、 化学 的機械的研磨 を 施 し て 同絶緣膜 を 平坦化 し た 。
続 い て 、 同絶緑膜 に 接統穴 を 開 け て 、 パ ッ ド 1 7 へ の プラ グ 1 4 及び配線 1 6 へ の プ ラ グ 1 3 (両 プ ラ グ の主材質 は タ ン グス テ ン〉 を 形成 し た 。 次 に 、 第 1 層 目 の 金属配線層 1 8 の 配線 1 5 1 6 と 、 パ ッ ド 1 7 を 形成 し て 力、 ら 、 前述 し た の と 同 じ 方法 に よ り 、 第 1
層 目 金属配線層 1 8 の 平坦化絶緣膜 を 形成 し た 。
統 い て 、 同絶縁膜 に 接続穴 を 開 け て 配線 2 1 へ の プ ラ グ 1 9 、 ノ ッ ド 2 3 へ の プ ラ グ 2 0 を 形成 し た 。 次 に 、 第 2 層 目 の金厲 配線雇 2 4 の 配線 2 1 , 2 2 及び パ ッ ド 2 3 を 形成 し て 力、 ら 、 前記 と 同 じ 手順で 、 第 2 層 目 配線層 2 4 の 平坦化絶縁膜 を 形成 し た 。 そ の後 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 へ の プ ラ グ 2 5 を 形成 し た 。 以 上の 工程は 、 ノく ッ シ ベ一 シ ヨ ン 絶緑膜の リ フ ロ ー化 を 除 く と 処理温度 は 4 5 0 °C 以 下 で あ る 。
次 に 、 キ ヤ ノく シ タ を 以 下 の 手順 で 形成 し て 配線層 の 最上層 3 2 を 形成 し た 。 ま ず 、
1 . タ ン グス テ ン ( W ) を ス ノく ッ タ 法 ( 他 に C V D 法 が可能で あ る ) で 厚 さ 0 . 5 0 i m に 成膜 し 、 2 . フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ に よ り 露光 、 現像 を 行 な い 、 3 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 接統 プラ グ 2 5 上 に 0 7 μ m X 0 . 5 μ πι の 寸法 の ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 を 形成 し た 。 こ の 寸法 に よ り 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 は 、 隣接す る ス 卜 レ ー ジ ノ ー ド と 0 . 離 れ る 。 統 い て 、
4 . 五酸ィヒ タ ン タ ル ( T a : 0 5 ) を C V D 法 で 成膜 し 、
5 . フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ に よ り 露光 、 現像 を 行 な っ た こ の 際の フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ で は 、 焦点 を 配線層 2 4 の平坦化絶緣膜上 の 五酸化 タ ン タ ル膜 に 合わせ る だ け で 良 い 。 次 に 、
6 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 必要 部以外 を 除去 し 、 図 1 下部の拡 大図 に 示 し た キ ャ パ シ タ の誘電体膜 と な る 五酸化 タ ン タ ル膜 2 8 を 形成 し た 。 更 に 、
7 . 下層 の配線層 8 , 1 2 , 1 8 , 2 4 の形成法 と 同 じ 手順で 、 窒化チ タ ン ( T i N )膜 2 9 を 形成 し 、
8 . そ の 上 に ア ル ミ ニ ゥ ム ( A 1)膜 3 0 を 形成 し 、
9 . そ の 上 に 再び窒化 チ タ ン膜 3 1 を 形成 し た 。 統 ぃ て 、
1 0 . フ ォ 卜 リ ソ グ ラ フ ィ に よ り 露 光 、 現像 を 行 な つ た 。 こ の際 の フ オ ト リ ソ グ ラ フ ィ で も 、 段差上 の 配 線材 に 、 後 に 接統穴 を 開 け る こ と が な い の で 、 焦点 を 窒化チ タ ン 膜 3 1 の 上 に 合 わせ る だ け で 良 い 。 次 に 、
1 1 . ド ラ イ エ ツ チ ン グ に よ り 、 T i N / A l/ T i N 積 層構造 の 配線 を 形成 し た 。
た だ し 、 ス 卜 レ ー ジ ノ ー ド 2 7 上 の 配線 は プ レ ー ト 電極 ( P L ) 3 4 と な り 、 周 辺 回路上 で は 配線 2 6 に な る 。 即 ち 、 キ ヤ パ シ タ の プ レ ー ト 電極 3 4 と 周辺 回 路 の配線 2 6 は 、 同 一マ ス ク を 用 いて 同時 に 形成 さ れ る 。 な お 、 同 ブ レ一 ト 電極 3 4 に 対 し て 電源電圧 V cc の 1 / 2 の定電圧 が供給 さ れ る 。 上述 の キ ャ パ シ タ 面 積 は 、 1 . 5 5 μ m 2 で 、 酸化珪素膜厚換算 で 1 , 6 n m の 五酸化 タ ン タ ノレ を 用 い て い る た め 、 キ ャ パ シ タ 容 Sは 2 2 f F ( フ ェ ム ト フ ァ ラ ド ) で あ る 。 こ の 容
量は 、 2 5 6 M b i Uこ 必要 な キ ヤ パ シ タ 容量 と 一致 し て い る 。
工程数は以上 の 1 1 で あ る 。 以 上 の 処理温度 は 4 5 0 'C 以 下 で あ る 。 こ れ に 対 し て 、 図 2 4 に 示 し た 従来 例は 、 2 0 工程 を 必要 と し て い る 。 こ れ は 、 キ ヤ ノく シ タ に 複雑 な 工程 が必要 に な る こ と と 、 配線 2 6 の形成 の た め に キ ャ パ シ タ 形 成後 に 別 の ェ程 が必要 に な る た め で あ る ( 従来例 の 工程 の 詳細 を 纏め て 後 述 す る ) 。
図 2 5 に 示 し た 従 来例 の構造 は 、 キ ャ パ シ タ 部製造 工程前 で 、 6 工程以 上 余計 な 工程 があ る 上 、 接統穴 6 3 力、' ド ラ イ エ ッ チ ン グで 加 工がで き な か つ た た め と 、 接統穴 が貫通 し た場合で も 、 拡散層 4 , 5 がエ ツ チ ン グ さ れ 、 ト ラ ン ジ ス タ 動作 せず 、 製造 歩留 ま り は ゼ 口 で あ っ た ( 従 来例 の 工程 の 詳細 を 纏め て 後述す る ) 。
本発 明 の特徴 を 従来技術 と 比較 し て ま と め て 以下 に 記す 。
1 ) キ ヤ ノく シ タ を 最上層 に 形成 し 、 メ モ リ セ ル と 周 辺 回路 の 配線層 を 同 一 平面上 に 形成 し た た め 、 リ ソ グ ラ フ ィ 時 に 段差陣害 が生 じ な い
2 ) 拡散層 か ら キ ャ パ シ タ 電極 ま で 、 プ ラ グ と ノく ッ ド で接統す る た め 、 工程数 を 増加 さ せ る こ と な く 、 キ ヤ ノ シ タ を 最上屠 に 形成で き る 。 こ の た め メ モ リ セ ル面 一杯 を キ ャ パ シ タ 領域 と し て 利 用 で き る た め 、 簡 易 な キ ヤ ノく シ タ 構造で 容量 を 確保す る こ と が可能
に な る と と も に 、 そ の 工程数 を 低減化 す る こ と がで き る 。 ま た 、 プ レ ー ト 電極 3 4 へ の接続穴形成 が な い の で 、 リ ソ グ ラ フ ィ 時 に 段差 陣 害 が起 き な い 。
3 ) キ ャ パ シ タ の プ レ ー ト 電極 3 4 を 周 辺 回路 の 配線 2 6 と 同 時 に 形成す る の で 工 程数 の低減 が可能 と な る 。
上述 の特徴は 、 2 5 6 M b i tの D R A M に つ レ、 て で あ る 力く 、 当 然 6 4 M b i tの D R A M に 対 し て も 、 ま た 、 1 G b i t以降 の D R A M に 対 し て も 同 じ 特徴 を 得 る こ と がで き る 。
以 下 に 、 図 2 4 に 示 し た 従来例 の キ ヤ ノく シ タ 製造ェ 程及び同 キ ャ パ シ タ を 配置 し た 配線層 1 8 の製造工程 を 記 す 。 な お 、 D R A M の 記憶 容量 は 本実施例 と 同 じ く 2 5 6 M b i tで あ る 。 ま ず、
1 . タ ン グス テ ン を C V D 法で 厚 さ 0 . 2 μ Γη に 堆積 し 、
2 . フ ォ 卜 リ ソ グラ フ ィ に よ り 露光及び現像 を 行 な い 、
3 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 の 下 部電極 を 形成 し た 。 次 に 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 の側面雹極 を 形成す る た め に 、
4 . 厚 さ 0 . の 二 酸化珪素膜 を 堆積 さ せ 、
5 . フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ に よ り 露光及び現像 を 行 な い 、 6 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 0 . 4 μ πι χ 0 . 4 β m 寸法の柱状 の 二 酸化珪素膜 の プ ロ ッ ク を 形成す る 。
こ の 上 に 、
. タ ン グス テ ン 膜 を C V D 法 で形成 し 、
. エ ッ チパ ッ ク に よ り 、 二 酸化珪素 ブ ロ ッ ク 側壁 に サ イ ド 電極 を 形成 し 、
. 二 酸化珪素牍 を 除去 す る 。 続 い て 、
0 . 五酸化 タ ン タ ル を C V D 法 を 用 い て 堆積 し 、 1 . フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ に よ り 露光及び現像 を 行 な い 、
2 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 必要 部 分 の 五酸ィヒ タ ン タ ル膜以外 を 除去 し て の誘電体膜 2 8 を 形成 し 、3 . 厚 さ 0 . の 窒化チ タ ン 膜 を 全面 に 堆稍 し 4 . プ レ ー ト 電極 3 4 の 引 出 部 を フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ に よ り レ ジ ス ト で 被 い 、 1 5 . エ ツ チ ノく ッ ク を 施 す こ と で プ レ ー ト 電極 3 4 を 形成 し 、 接続 プ ラ グ 1 4 上 に 0 . 5 μ πι Χ 0 . 5 μ ιη 寸法 の キ ヤ ノく シ タ を 形成す る 。 そ の後 、
6 . 周 辺回路 の配線 1 6 を 形成す る た め に 窒化チ タ ン膜 を 堆稷 し 、
7 . ア ル ミ ニ ウ ム 膜 を 堆稷 し 、
8 . 窒化チ タ ン膜 を 堆積 し 、
9 . フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ に よ り 露光及び現像 を 行な い >
0 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 T i N Z A l Z T i N 積層構造 の配線 1 6 を 形成す る 。
以 上 の よ う に 周 辺 回 路 の 配線形 成終 了 ま で に 2 0 工程 必 要 で あ る
次 に 、 図 2 5 を 用 い て 従 来法 に よ る キ ャ パ シ タ を 配 線層 上 に 設 置 し た メ モ リ セ ル の 形 成 方 法 に つ い て 述 べ る 。 ま ず 、 P 型 シ リ コ ン 基板 1 に 選 択 酸化 法 に よ リ フ ィ ー ル ド 酸化 膜 2 を 形 成 し 、 所 定 の 場 所 に ゲー ト 電極 3 及 び 拡 散層 4 , 5 力、 ら な る ト ラ ン ジ ス タ 6 と 隣 接 す る 卜 ラ ン ジ ス タ 7 を 形 成 す る 。 ト ラ ン ジ ス タ 6 及 び 卜 ラ ン ジ ス タ 7 の 間 に フ ィ ー ル ド 酸化 膜 2 が 設 置 さ れ る 。 次 に 、 基 板 1 の 全 面 に 絶縁膜 ( 燐 と 硼 素 を 含 有 さ せ た 酸化珪 素 膜 ) を 形成 し 、 7 5 O 'C の 熱 処 理 を 施 し て リ フ ロ ー ( 粘性流動 ) を 呈 す る 形状 を 作 っ た 。 こ れ に よ り 、 卜 ラ ン ジ ス タ 6 , 7 と フ ィ ー ル ド 酸 ィヒ膜 2 に 基 づ く 段差 が軽減 さ れ る 。
統 い て 同絶緣膜 に 接 統 穴 を 開 け 、 ビ ッ ト 線 ( B L ) 1 0 ' へ の コ ン タ ク ト プ ラ グ 9 ( ポ リ シ リ コ ン ) を 形 成す る 。 次 に 、 ビ ッ ト 線 1 0 ' ( ポ リ シ リ コ ン ) を 形 成 す る 。 こ の ビ ッ ト 線層 1 2 の パ ッ ド 及 び 配線 を 形 成 後 、 統 い て 、 c V D 法 に よ り 絶緣膜 [ 主 材 質 は 二 酸化 珪素 ( S i 0: ) 〕 を 全 面 に 形成 し 、 次 に 、 基板 1 の 全 面 に 絶縁膜 ( 憐 と 硼 素 を 含 有 さ せ た 酸化 珪 素 膜 ) を 形 成 し 、 7 5 0 'C の 熱処理 を 施 し て リ フ ロ ー ( 粘性 流動 ) を 呈 す る 形状 を 作 っ た 。 こ れ に よ り 、 ビ ッ ト 線 に 基 づ く 段差 が軽減 さ れ る 。
統 ぃ て 、
a ) ビ ッ ト 線層 1 2 の絶緑膜及び下 方の絶緑膜層 8 に 周 辺 回路部用 の 接続穴 を 開 け て 、
b ) ノ ッ ド 1 6 へ の コ ン タ ク ト プ ラ グ 9 ' (プラ グ の 主材質 は タ ン グス テ ン) を 形成 し た 。 次 に 、 第 1 層 目 の 金展 配線層 1 8 の配線 1 5 、 周 辺 回路部配線 1 1 を 形成 し て 力、 ら 、 プ ラ ズ マ C V D 法 に よ り 、 全面 に 酸化膜 を 堆積 さ せ 、 配線 に 基 づ く 凹 凸 は レ ジ ス ト の 塗布 に よ り 表面 を 平坦 に し 、 こ れ に エ ッ チ ン グバ ッ ク を 施す こ と で 第 1 層 目 配線層 1 8 の平坦化絶緣 膜 を 形成 し た 。 統 い て 、
c ) 周 辺回路部配線 2 1 へ の接続穴 を 形成 し 、 d ) 周 辺回路 部配線用 プ ラ グ 1 9 を 形成 し た 。 次 に 、 第 2 層 目 の 金属 配線層 2 4 の 配線 2 2 及び周 辺 回路 部 の 配線 2 1 を 形成 し て か ら 、 前 記 と 同 じ 手順 で 、 第 2 層 目 配線層 2 4 の 平坦化絶緣膜 を 形成 し た 。 そ の後 、
e ) ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 と 拡散層 4 へ の接続 の た め の接統穴 6 3 形成 と
f ) コ ン タ ク ト プ ラ グ 6 4 を 形成 し た 。 コ ン タ ク ト プ ラ グ 6 4 は埋込性 を 考慮 し て 熱 C V D に よ る ポ リ シ リ コ ン を 用 い た 。 ポ リ シ リ コ ン 形成温度 は 6 0 0 "C で あ る 。 キ ヤ ノく シ タ は 本発明 と 同 じ 工程で作成 し た 以上 の よ う に 、 従来例 に お い て は余分 の 工程が 6 ェ
程 あ り 、 更 に 、 接 続孔 6 3 の 形 成 で は 、 ア ス ペ ク ト 比 が 大 き い た め 、 目 摞 と す る 構 造 の 接 続 穴 の 形 成 が不 可 能 で あ っ た 。
ぐ 実施例 2 >
D R A Mの 第 2 の 例 を 実 施 し た 。 図 3 に そ の 構造 を 示 す 。 実施例 1 と 相 違 す る 点 は 、 キ ャ パ シ タ の 誘電 体 膜 を 五 酸ィヒ タ ン タ ル 力、 ら 、 よ り 誘 電 率 の 高 い 、 ジ ル コ 二 ゥ ム を 含 有 さ せ た チ タ ン 酸鉛 ( P Z T ) に 変 え て 、 キ ヤ ノく シ タ 構 造 を 側 面 を 利 用 な い 単 純 な プ レ ー ナ 型 に し た 点 、 及 び キ ャ パ シ タ の プ レ ー ト 電極 を 周 辺 回 路 部 ま で ほ ぼ全 面 を 被 S し た 点 に あ る 。 本構 造 は 、 キ ャ パ シ タ 形 成 以 前 の 第 2 層 目 の 配線層 2 4 形 成 ま で は 、 実 施 例 1 と 同 じ 製造 方 法 に よ っ て 形 成 す る の で 説 明 を 省 略 す る 。
キ ャ パ シ タ の 製 造工 程 は 以 下 の 通 り で あ る 。 先 ず 、 1 . 白 金 ( P t) を ス パ ッ タ 法 で 厚 さ 0 . Ι μ ιη に 堆積 し 、
2 . フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ よ り 露 光 、 現 像 を 行 な い 、 3 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 接 続 プ ラ グ 2 5 上 に 0 7 m X 0 . の 寸法 の ス ト レ ー ジ ノ ー ド ( S
N ) 2 7 を 形成 し た 。 こ の 寸法 に よ り 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 は 、 隣 接 す る ス ト レ ー ジ ノ ー ド と 0 . 3 μ πι 離れ る 。 続 い て 、
4 . 前 記 チ タ ン 酸鉛 を 有機 金属 を 用 い た C V D法 で 堆
し 、
5 . フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ ょ リ 露光 、 現像 を 行 な い 、
6 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 必要部以外 を 除去 し 、 図 3 下 部の拡大図 に 示 し た キ ャ パ シ タ の誘電体膜 と な る チ タ ン 酸鉛膜 3 3 を 形成 し た 。 次 に 、
7 . そ の 上 に 白 金膜 3 4 を 形成 し 、
8 . フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ よ り 露光 、 現像 を 行 な レ、 、 9 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 プ レ ー ト 電極 ( P L )
3 4 を 形成 し た 。
上述 の キ ャ パ シ タ 面積は 、 0 . 3 5 μ ιη 2 で 、 酸ィ匕 珪 素膜厚換算 で 0 . 3 6 n m の チ タ ン 酸鉛 を 用 い て い る た め 、 キ ヤ ノく シ タ 容量 は 2 2 f F で あ る 。 こ の 容量 は 2 5 6 M b i tに 必要 な キ ヤ ノく シ タ 容量 で あ る 。 こ の よ う に 、 誘電率 が高 い 誘電膜 を 用 い 、 キ ャ パ シ タ を 最 上 Sで メ モ リ セ ル面 一杯 を キ ャ パ シ タ 領域 と し て 禾 ij 用 す る こ と に よ り 、 構造 が簡単 な プ レ ー ナ 型 の キ ャ パ シ タ を 用 い る こ と が可能 と な り 、 従 っ て 工程数 を 更 に 低 減す る こ と がで き た 。 ま た 、 キ ヤ ノく シ タ を 薄 い構造 と し た の で 、 段差 が殆 ど な い平坦 な 最終保護膜 ( ノ ッ シ ベ ー シ ヨ ン膜 ) を 形成す る こ と がで き た 。
な お 、 プ レ ー ト 電極 を 用 いて チ ッ プ上 を 色 々 な 面積 比の 割合 で被 し た D R A M を 作製 し て 、 放射線( α 線) 陣害発生率 を 調 べ た 。 結果 を 第 4 図 に 示す 。 図 2
4 に 示 し た 従来型 D R A Μ の被覆率 は 3 0 % で あ る 。
従来型 がほ と ん ど損傷 を 受 け る 過酷 な放射線雰囲気で も 、 プ レ ー ト 電極で メ モ リ セ ル 全域 が被 わ れ る よ う に な る と (被 S率 4 5 % 以上) 、 著 し い 耐性 を 得 る こ と 力、' で き る こ と が判明 し た 。
従来 で は 、 上記放射線陣 害 を 避 け る た め 、 チ ッ プ保 護膜 と し て 、 有機保護膜 の形成が必要で あ っ た 。 プ レ — ト 電極で メ' モ リ セ ル 全域 を 被 う 構造 と す る と 、 上 記 有機保護膜 の形成が不必要 と な る 。
< 実施例 3 〉
D R A M の第 3 の例 を 実施 し た 。 図 5 に そ の構造 を 示す 。 実施例 2 と 相違す る 点 は 、 キ ャ パ シ タ の誘電体 膜 を 有機金厲 C V D 法 に よ る チ タ ン 酸鉛 ( 実効膜厚 0 . 3 6 m ) か ら 、 よ り 簡便 な ス パ ッ タ 法 で 形成 し た チ タ ン 酸鉛 ( 実効膜厚 0 . 5 O ^ m ) に 換 え る こ と に よ り 、 キ ヤ ノ シ タ 構造 を 二段の プ レ ー ナ 型 に し た 点 に あ る 。 そ の た め 、 プ レ ー ト 電極 ( P L ) を 上 下 の 二段 ( 3 5 , 3 4 ) に し 、 そ の 間 に ス ト レ ー ジ ノ ー ド ( S N ) 2 7 を 挟ん で配置 し た 。 本構造 は 、 キ ヤ ノく シ タ 形 成以前 の第 2 層 目 の配線層 2 4 形成 ま で は 、 実施例 1 と 同 じ 製造方法 に よ っ て 形成す る の で 、 説明 を 省 略す る 。
キ ヤ ノく シ タ の 製造工程 を 図 6 を 用 い て 以下 に 説明 す る 。 ま ず、
1 . プ レ ー ト 電極 3 5 用 に 白 金 を ス パ ッ タ 法 で厚 さ 0 .
^ Z Λ - 、 ("1 :) ベ ェ " 9 I
^ u ^ ^ % (\ t \ y L = A (x Λ ^ ' i 敏 ^ : 篡 s — · ε ΐ
¾ 2) ·¾■ 。:4
っ 辛 ^ ^遐 漥 ^ 、 ί, ^ ^ ェ ^ ' Ζ \
、 ¾ ¾ ^ f " % t Z\ ^ C ( ^ · I ΐ
ft ? » ΐί ¾ , ε ε ^ {¾翊 ^ 、 ¾ ^ - 0 I
、!■、へ 。 っ ^ ¾f ¾ ム z — , ^ — ~ z ^ Wi 、 「, ^ ぺ ェ - 6
^ ^ ¾ ¾ ¾ ¾ ' % ^ ~.\ y L , ( ^ C - 8 i ¾ ^ ^ ^ ^ ¾ ¾a ^ 5 ? ¾ A z - r - - L
、 :)
- 1 ^ ^ ¾ ^ - ' 、 「, 二) べ ェ ^ · 9
、 3 ¾^ Sf 、 l£ ί, ^ 乙 Γι S 乙 - 5
' $ ¾ ¾ , ε £ m ^-^ 、 ¾ ^ - ^ 止 s 园 ) n ^ ε © ¾ π - ^ c ^ o
' o x m n L · 。 ' i m ω g Z ^ M ^
L z Λ - - ^ 、 「, : i ェ · ε
^ ^ ^ ^ % ^ -\ c A c (χ ^ L - ζ
' つ ¾ ¾ ui W ΐ
989r0/96df/X3d 0S6SI/I6 ΟΜ
先 に形成 し た ブ レ ー ト 電極 3 5 に 接続 し な が ら 形成 し た 。
な お 、 キ ャ パ シ タ の 断面 の拡 大図 を 図 5 の 下部 に 示 し た 。 上述の キ ャ パ シ タ 面積 は 、 上 下層 合わせて 0 . 5 m 2 で あ り 、 酸化珪素膜厚 換算で 0 . 5 n m の チ タ ン 酸 ½膜 を 用 いて い る た め 、 キ ヤ ノ シ タ 容量 は 2 2 f F で あ る 。 こ の 容量 は 、 2 5 6 M b i tに 必要 な キ ヤ ノ シ タ 容量 で あ る 。 こ の よ う に 誘電率 が高 い 誘電膜 を 用 い 、 キ ヤ ノヽ' シ タ を 最 上 層 3 2 に 形成 し て メ モ リ セ ル 面 の ほ ぼ全面 を 活用 で き る よ う に し た 。 そ の た め 、 ェ 程数 を 増 や す こ と な く 、 簡 易 な プ レ ー ナ 型 の 二段 キ ヤ パ シ タ で 所定 の 容量 を 満 た す こ と が可能 と な っ た 。
ま た 、 本実施例で 示 し た よ う に 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 を プ レ ー ト 電極 3 4 , 3 5 で 挟 む構造 を 取 る こ と に よ っ て 、 高 さ 方 向 に 単純 な構造で 広 い 面積 を 得 る こ と が可能 と な っ た 。 も ち ろ ん 、 二段 に 分 け る の を ス 卜 レ ー ジ ノ ー ド の 方 に し 、 プ レ ー ト 電極 を 二段の ス ト レ ー ジ ノ ー ド で挟 む構造 と し て も 同様 の 効果 を 得 る こ と がで き る 。
< 実施例 4 〉
D R A M の第 4 の例 を 実施 し た 。 図 7 に そ の構造 を 示す 。 実施例 3 と 相違 す る 点 は 、 補助 の キ ヤ ノく シ タ を 最上層 3 2 の直下 の 配線層 2 4 に 形成 し 、 主及び補助 キ ヤ ノく シ タ と も ブ レ ー ナ 型 と し 、 両 キ ャ パ シ タ を 接続
プラ グ で 連結 し た点 、 及び両 キ ヤ パ シ タ の ブ レ ー 卜 電 極 3 4 , 3 7 を 、 同層 に 位 置 し て い る 周 辺回路 の 各配 線 2 1 , 2 6 と そ れ ぞれ同 一 の マ ス ク を 用 い 、 同 時 に 形成 し た 点 に あ る 。 本構造は 、 キ ャ パ シ タ 形成以 前 の 第 2 層 目 の配線餍 1 8 形成 ま で は 、 実施例 1 と 同 じ 製 造方法 に よ っ て 形成す る の で 説明 を 省略す る 。
補助 キ ャ パ シ タ の 製造工程 を 図 7 を 用 い て 以下 に 説 明 す る 。 ま ず 、
1 . 配線層 2 4 に 形成 す る 下 部 の ス ト レ 一 ジ ノ ー ド ( S N ) 3 6 用 に 白 金 を ス ノく ッ タ 法 で厚 さ 0 . 1 μ m に 堆 iS し 、
2 . フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ に よ り 露 光及び現像 を 行 な い
3 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 接続 プ ラ グ 2 0 の 上 に 0 . 7 m X 0 . 5 μ ιη の 寸法 の 下 部 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 3 6 を 形成 し 、
4 . ス パ ッ タ 法 で 、 チ タ ン 酸鉛膜 3 3 ' を 堆積 し 、
5 . フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ に よ り 露光及び現像 を 行 な い
6 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 必要部以 外 を 除去 し た 統い て 、
7 . 下層 2 4 の プ レ ー ト 電極 ( Ρ L ) 3 7 及び配線 2 1 の材料 と な る 窒ィヒ チ タ ン を ス パ ッ タ 法 で堆積 し ( 図 7 下 部 の拡大図 参照 ) て 窒化チ タ ン膜 9 を 形成 し 、
8 . ア ル ミ ニ ウ ム を ス ノく ッ タ 法 で 堆積 し て 、 ア ル ミ
ゥ ム膜 3 0 を 形成 し 、
9 . 再び窒化チ タ ン を ス パ ッ タ 法 で 堆積 し て 窒化 チ タ ン膜 3 1 を 形成 し 、
1 0 . ブ レ ー 卜 電極 3 7 用 と 配線 2 1 用 を 兼ね た フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ に よ り 露光及び現像 を 行 な い 、
1 1 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 最 上層 3 2 の キ ャ パ シ タ の ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 用 の接続 プラ グ 2 5 部 分 に 穴 を 開 け な 力 ら 、 0 . 3 m X 0 . 5 m の 寸 法 の 下 部 プ レ ー ト 電極 3 7 と 、 周 辺 回 路の配線 2 1 を 形成 し た 。
そ の後 の 工程 は 実施例 1 の製造 と ほ ぼ同 じ で あ る 。 工程 の 内 容で 異 な る 点 は 、 キ ャ パ シ タ に 用 い る 誘電体 の膜材料 と キ ヤ ノ シ タ 形状 ( フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ 、 ド ラ イ エ ッ チ ン グの適用 箇所 が異 な る ) で あ る 。 工程数 は 、 同 じ で あ る 。
上述 の キ ャ パ シ タ 面積 は 、 上 下 合わせ て 0 . 5 0 m 2 で 、 酸化珪素膜厚換算 で 0 . 5 n m のチ タ ン 酸鉛 を 用 い て い る た め 、 キ ヤ ノく シ タ 容量 は 、 2 2 f F で あ る 。 こ の容量 は 、 2 5 6 M b i tに 必要 な キ ヤ ノく シ タ 容 量 で あ る 。 実施例 1 に 示 し た例 と 比較す る と 、 5 工程 増 え る が 、 従来法 よ り は 少 な い 。 こ れ は 、 キ ャ パ シ タ 金属 層 の 1 部 を 配線層構造 と 一致 さ せ て 同時 に 形成 し て い る た め で あ る 。 ま た 、 誘電率 が高 い 膜 を 用 い た た め 、 キ ヤ ノく シ タ の構造 を 簡易 な プ レ ー ナ 型 に す る こ
が で き た 。 以上 に よ り 、 工 程数 を 増や す こ と な く 、 簡 便 で S産 に は最適 な ス パ ッ タ 法 を 用 い て 、 簡 易 な プ レ ー ナ 型の 二雇 の キ ャ パ シ タ で 容 量 を 満 た す こ と が可能 と な っ た 。 ま た 、 最 上層 3 2 の キ ャ パ シ タ と 周 辺 回路 の 配線 2 6 の 高 さ がほ ぼ等 し く 、 段差 が殆 ど な い た め 最終保護膜 を 平坦 に 形成す る こ と がで た 。
ぐ 実施例 5 >
D R A M の第 5 の 例 を 実施 し た 。 図 8 に そ の構造 を 示 す 。 実施例 4 と 相違す る 点 は 、 補助 の キ ヤ パ シ タ を 省 略 し た 点 と 、 ブ レ ー 卜 電極 3 4 を メ モ リ セ ル 部 の全 面 に 形成 し た 点 に あ る 。 こ れ に よ り 、 実施例 2 の 場合 と 同 様 に 、 環境陣害 に 対す る 耐性が向 上 す る 。 そ の他 に 、 最上層 3 2 に 形成 す る 絶縁膜 を 容 易 に 形成 す る こ と が可能 と な る 効果力、'あ る 。 実施例 4 の よ う に 、 プ レ 一 ト 電極 を 各 メ モ リ セ ル に ご と に 分 け て 加工す る こ と がで き る が 、 ブ レ ー 卜 電極 は 、 定電圧 供給 を 受 け る も の で あ る の で 個 々 に 分 けず 、 共通化す る こ と が可能で あ る 。 分 け て 加工 し た 場合 に 実施す る 、 空 い た ス ぺ一 ス へ の絶縁膜充填 を 省 略す る こ と がで き る 。
ぐ 実施例 6 >
D R A M の第 6 の例 を 実施 し た 。 図 9 に そ の構造 を 示す 。 実施例 1 と 相違 す る 点 は 、 補助 キ ャ パ シ タ を 採 用 し て 、 同 キ ヤ ノ シ タ を 最上層 3 2 の 直下 に 形成 し 、 上下 の キ ャ パ シ タ を 接統 プ ラ グで 連結 し た 点、 及び補
助 キ ヤ ノく シ タ の ブ レ ー ト 電極 3 7 を 、 同 層 に 位 置 し て い る 周 辺 回路の配線 2 1 と 同 一 マ ス ク を 用 い 、 同 時 に 形成 し た点 で あ る 。 本構造 は 、 キ ャ パ シ タ 形成以 前の 第 1 層 目 の配線層 1 8 ま で は 、 実施例 1 と 同 じ 製造方 法 に よ っ て 形成す る の で 説明 を 省略す る 。
補助 キ ャ パ シ タ の 製造工程 を 図 1 0 を 用 い て 以 下 に 説明 す る 。 ま ず、
1 . 補助 キ ヤ ノく シ タ の ス ト レ ー ジ ノ ー ド ( S N 〉 用 に タ ン グス テ ン を ス ノく ッ タ 法で 厚 さ 0 . 5 に 堆積 し 、
2 . フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ に よ り 露 光及び現像処理 を 行 な い 、
3 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 接続 プ ラ グ 2 0 の 上 に 0 . 3 μ m X 0 . 3 m の 寸法 の 下 部 ス ト レ ー ジ ノ — ド 4 0 を 形成 し た 。 続 い て 、
4 . C V D 法 で 、 五 酸化 タ ン タ ル膜 4 1 を 堆積 さ せ 、
5 . フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ に よ り 露 光及び現像処理 を 行 な い 、
6 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 必要部以外 を 除去 し た , 次 に 、
7 . 下部 プ レ ー ト 電極 3 7 及び配線 2 1 の材料 と な る 窒化チ タ ン を ス パ ッ タ 法 で 堆積 し ( 図 7 下 部 の拡大 図 を 合わせ て 参照 ) て 窒化チ タ ン膜 4 2 を 形成 し 、
8 . ア ル ミ ニ ウ ム を ス ノく ッ タ 法で 堆積 し て 、 ア ル ミ 二
ゥ ム膜 4 3 を 形成 し 、
9 . 再び窒化チ タ ン を ス パ ッ タ 法 で 堆積 し て 窒化チ タ ン膜 4 4 を形成 し 、
1 0 . そ の 上 に 化学 的機械的研磨 を 施す 。 研磨 は 、 ス ト レ 一 ジ ノ ー ド 4 0 が露 出 す る ま で 行 な う 。 こ れ に よ り 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 4 0 の側壁 に あ る 五酸ィ匕 タ ン タ ル膜 4 1 を 同 ス ト レ ー ジ ノ ー ド と プ レ ー ト 電極 3 7 で 挟 ん だ筒状 の キ ヤ ノ シ タ が形成 さ れ る 。 統 ぃ て 、
1 1 . プ レ ー ト 電極 3 7 用 と 配線 2 1 用 を 兼 ね た フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ に よ り 露光及び現像処理 を 行 な い 、
1 2 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 キ ヤ ノく シ タ の電極 3 7 と 周 辺 回 路 の 配線 2 1 が分離 さ れ る 。 こ の 後 の ェ 程 は 、 実施例 1 の 製造 工程 と ほ ぼ同 じ で あ る 。 異 な る 点 は 、 キ ャ パ シ タ 寸法 を 変 え た 点 で あ り 、 工程数 は 同 じ で あ る 。
上部 の キ ヤ ノく シ タ 寸法 は 0 . 3 m x O . 3 μ ιη 、 ス ト レ 一 ジ ノ ー ド の 髙 さ は 0 . 5 μ πι と し た 。 従 っ て 上下 二層 の 並列結合 の キ ャ パ シ タ 面積 は 、 合わせて 1 4 で 、 酸化 珪素胰厚換算 で 1 . 6 n m の 五酸 化 タ ン タ ル膜 を 用 い て い る た め 、 キ ヤ ノ シ タ 容量は 、 2 0 f F で あ る 。 こ の容量は 、 1 G b itに 必要 な キ ヤ パ シ タ 容置で あ る 。
実施例 1 に 示 し た例 と 比較す る と 6 工程増 え る が 、
従来法 よ リ は 少 な い 。 こ れ は 、 キ ヤ ノ シ タ 層 の 1 部 を 配線層 構造 と 一致 さ せ 同 時 に 形成 し て い る た め で あ る こ の よ う に 、 誘電率が 中程度 の誘電膜 を 用 い て も 、 キ ヤ ノく シ タ 層 の 1 部 を 配線層 構造 と 一 致 さ せ て 同時 に 形 成す る 方法 を 取 る こ と に よ り 、 従 来 で 問題 と な っ て い た 段差 障 害 を 回避す る こ と がで き る 。 更 に 、 工程数 を 増 や す こ と な く 、 簡 易 な 二層 の キ ャ パ シ タ に よ る 1 G b i t D R A M を 製造す る こ と が可能 と な る 。
< 実施例 7 >
D R A M の第 7 の例 を 実施 し た 。 図 1 1 に そ の構造 を 示す 。 実施例 6 と 相 違す る 点 は 、 最 上層 3 2 の ブ レ — 卜 電極 3 4 の 凸部 を 化学的機械的研磨法 で 削 つ た 点 に あ る 。 こ う す る こ と で 、 最上層 3 2 の段差 がな く な り 、 そ の 上 に 新 た な キ ヤ ノく シ タ を 形成 し て 同 キ ヤ ノ シ タ と 最上層 3 2 の キ ヤ ノく シ タ と の 連結 が可能 と な る 。 そ の場合 、 新 た な キ ヤ ノ シ タ の 形成 さ れ る 層 が最上層 に な る 。
最上屑 3 2 の 上 に 更 に キ ャ パ シ タ を 形成 し て 新 た な 最 上層 配線層 5 8 を 形成 し た 例 を 図 1 2 に 示す 。 配線 層 3 2 の ブ レ ー ト 電極 3 4 の 凸部 を ス ト レ 一 ジ ノ ー ド 2 7 が露出 す る ま で 削 り 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 の側 面 に 高 さ 方向 に 形成 さ れ た 誘電体膜 を ブ レ ー ト 電極 3 4 で挟ん だ構造 の キ ヤ ノく シ タ を し た 。 最上層配線層 5 8 の キ ヤ パ シ タ は 、 実施例 1 の最上層 3 2 の キ ヤ ノく シ
タ と 同 じ 形成 し た 。
な お 、 配線層 3 2 の 上 に キ ャ パ シ タ 追力 Π の 必要がな い場合 は 、 プ レ ー ト 電極 3 4 の 凸 部の研磨 の後 に 最終 パ ッ シ ベ 一 シ ヨ ン膜 を 形成す る 。 こ の 場合 、 平坦 に し て か ら 最終ノ ッ シ ベ ー シ ヨ ン 膜 を 被覆す る た め に 、 凸 部 を 有 し た ま ま 被覆す る 場合 に 比較 し て 、 パ ッ シベ ー シ ヨ ン 性 ( 保護特性 ) が向 上す る 。
ぐ 実施例 8 >
D R A M と 論理 回路 を 混在 さ せ た 半導 体集檳 回路装 置 の例 を 実施 し た 。 図 1 3 は 、 1 チ ッ プ内 の ブ ロ ッ ク 図 を 、 図 1 4 は配 置図 を 示す 。 こ の装 置 の構成 は 、 画 像処理用 の例 で あ り 、 メ モ リ セ ル 7 0 と I Z 0 7 1 と デコ ー ダ 7 2 と 力、 ら な る D R A M 7 3 及び論理回路 7 4 を 5 1 2 ビ ッ ト の ノく ス 7 5 で 繋 い だ構成 と な っ て い る 。 論理 回路 7 4 へ の デー タ 呼 出 し に は 、 5 1 2 ビ ッ 卜 の デー タ が D R A M 7 3 か ら 一括 し て 送 ら れ る 。 図 1 5 は 、 同 装置 の 一部分 を 示 し た も の で 、 二 つ の メ モ リ セ ル と 論理回路 を 構成す る M O S ト ラ ン ジ ス タ 1 個 の 部分 を 示す 。 そ の 断面構造 は 、 図 1 に 示 し た の と ほ ぼ同 じ で 、 中央及び左側がメ モ リ セ ル 、 右側 が論理 回路で あ る 。 図 1 と の 相違点 は 論理回路 の M O S ト ラ ン ジ ス タ 7 の拡散層 4 , 5 か ら 最上層 3 2 の配線 2 6 に 繋が る 接続 が設 け ら れ て い る こ と で あ る 。 な お 、 メ モ リ セ ル の 上面 か ら 見 た構造 は 前掲 の図 2 と 同 一で あ
る 。 本実施例 に お い て も 、 2 5 6 Μ b i tの メ モ リ 容量 を 実施 し 、 キ ャ パ シ タ 投 影面 の X , y ( 図 2 参照 ) を そ れぞれ 0 . 8 5 μ. m , 0 . 6 5 m と し た 。
製造工程 は 、 実施例 1 と ほ ぼ同 一 で あ リ 、 各配線層 に お い て 、 接続プ ラ グや 配線が メ モ リ セ ル と 論理 回路 で 同 一の材料 、 構造で 同 時 に 形成 さ れ る 。 な お 、 本実 施例で は 、 特 に 、 各拡 散層 か ら 接合 を 取 る 所 に 接触抵 抗低減の た め に 、 タ ン ダ ス テ ン膜 4 5 を 積 み 上 げ た 。 ま た 、 パ ッ シベ一 シ ヨ ン 膜 8 は 、 燐 ガ ラ ス ( P S G ) を 4 5 0 'C で 形成 し 、 り フ ロ ーイ匕 は施 し て い な い 。 C M P を 施す こ と で 平坦化 し た 。 全 て の 製造工程 は 5 0 0 °C 以下 で あ る 。 そ の ほ か 、 工程 の 内 容 の 相違点 は , 接統 プラ グゃ配線 の形状 と 数が異 な る 程度 で あ る の で 重 複 を 避 け る た め に 本実施例の製造工 程 に つ い て の 記 述 を 省略す る 。
な お 、 本発明 を 図 2 6 に 示 し た 従来例 ( 図 2 4 の 引 用 例 か ら 類推 し た 例 ) と 比較す る と 、 製造工程数 は 、 実施例 1 の場合 と 同様 に 、 従来法 で は 2 0 に 対 し て 、 本発明 は 1 1 と 低減 し た ( 従来法 の 工程 は 、 実施例 1 の項で 説明 し た の と ほ ぼ同 じ で あ る の で 説明 を 省略す る ) 。 そ の ほ か得 ら れ た 全般的 な 特徴 も 、 実施例 1 で 述 べ た 1 ) 、 2 ) 、 3 ) と 同様で あ る 。
上述の例で は 、 D R A M に 論理 回路が混在 し た 例 を 示 し た が、 も ち ろ ん 、 論理回路の ほ か 、 S R A M ( S t
a t i c Random Access Memo ry ) ゃ フ ラ シ ュ メ モ リ ( 不 揮発性 メ モ リ ) を 混在 さ せ た 半導体 集積回路装置 で も 同様 の 効果 を 得る こ と がで き る 。
ぐ 実施例 9 >
D R A M と 論理回路 を 混在 さ せ た 半導体集稷回路装 置 の第 2 の例 を 実施 し た 。 図 1 6 に そ の構造 を 示す 。 実施例 8 と 相 違す る 点 は 、 キ ャ パ シ タ の誘電体膜 を 五 酸ィヒ タ ン タ ル 力、 ら 、 よ り 誘電 率 の 高 い 、 ジ ル コ ニ ウ ム を 含 有 さ せ た チ タ ン 酸鉛( P Z T ) に 変 え て 、 キ ャ パ シ タ 構造 を ブ レ ー ナ 型 (平坦型 ) に し た 点 、 及び キ ャ パ シ タ の ブ レ ー ト 罨極 を 周 辺 回 路部 ま で ほ ぼ全 面 を 被 接 し た 点 に あ る 。 本構造 は 、 キ ャ パ シ タ 形成 以 前 の第 2 層 目 の 配線届 2 4 形成 ま で は 、 実施例 8 と 同 じ 製造方 法 に よ っ て 形成 さ れ 、 第 3 層 目 の配線層 3 2 の キ ャ パ シ タ は 、 実施例 2 と ほ ぼ同様 の 製造 方法 に よ っ て 形成 さ れ る 。
相 違点 は 、 プ レ ー ト 電極の 形成の際 に 、 マ ス ク の パ タ ー ン を 変 え て 、 論理回路 に 独立 の ブ レ ー 卜 電極 ( 電 源電圧 V c cが供給 さ れ る ) を 形成 し た 点 に あ る が 、 キ ャ パ シ タ の ブ レ ー ト ¾極 と 論理回路 の ブ レ ー ト 亀極 は 同 時 に 形成 さ れ る 。 そ の ほ か に つ い て は 、 実施例 2 と 同 じ で あ る の で 説明 を 省略す る 。
ま た 、 放射線 に 関 し て も 、 実施例 2 の場合 と 同様 、 高 い 耐性 を 得 る こ と がで き た 。
ぐ 実施例 1 0 〉
D R A M と 論理回 路 を 混在 さ せ た 半導体集積回路裝 置 の第 3 の例 を 実施 し た 。 図 I 7 に そ の構造 を 示す 。 実施例 9 と 相違す る 点 は 、 キ ャ パ シ タ の誘電体膜 を 有 機金属 C V D 法 に よ る チ タ ン 酸鉛(実効膜厚 0 . 3 6 β m ) 力、 ら 、 よ り 簡便 な ス ノ ッ タ 法 で 形成 し た チ タ ン 酸鉛(実効膜厚 0 . 5 0 m ) に 換 え て 、 キ ャ パ シ タ 構 造 を 二 段の プ レ ー ナ 型 に し た 点 に あ る 。 そ の た め 、 ブ レ ー ト 電極 ( P L ) を 上 、 下 の 二段 ( 3 5 , 3 4 ) に し 、 そ の 間 に ス ト レ 一 ジ ノ ー ド ( S N ) 2 7 を 配置 し た 。 本構造 は 、 キ ャ パ シ タ 形成以前 の第 2 層 目 の 配線 層 2 4 形成 ま で は 、 実施例 8 と 同 じ 製造方法 に よ っ て 形成 さ れ 、 第 3 層 目 の 配線層 3 2 の キ ヤ ノ シ タ は 、 実 施例 3 と 同 じ 製造方法 に よ っ て 形成 さ れ る の で 、 説明 を 省略 す る 。
本実施例 も 実施例 3 の場合 と 同様 、 工 程数 を 増 や す こ と な く 、 簡 易 な プ レ ーナ 型 の ニ段 キ ヤ ノ シ タ を 実現 す る こ と がで き た 。 な お 、 本実施例 に お い て も ブ レ ー ト 電極 を 二段 の ス ト レ ー ジ ノ ー ド で 挟 む構造 を 採用 す る こ と が可能 で あ る 。
ぐ 実施例 1 1 >
D R A M と 論理回 路 を 混在 さ せ た 半導体集積 回路装 置 の 第 4 の例 を 実施 し た 。 図 1 8 に そ の構造 を 示 し た 実施例 1 0 と 相違す る 点 は 、 補助 の キ ャ パ シ タ を 最上
層 3 2 の 直下の 配線 « 2 4 に 形成 し 、 主及び補助 キ ヤ パ シ タ と も ブ レ ー ナ 型 と し 、 両 キ ヤ ノく シ タ を 接続 ブラ グで連結 し た点 、 及び両 キ ャ パ シ タ の プ レ ー ト 電極 3 4 , 3 7 を 、 同層 に 位 置 し て い る 論理回 路 の 各 配線 2 6 , 2 1 と そ れぞれ同 一 マ ス ク を 用 い 、 同 時 に 形成 し た 点 、 更 に 、 論理回路 に □一カ ル配線 4 6 を 施 し た 点 に あ る 。 ロ ー カ ル 配線 4 6 は 、 ト ラ ン ジ ス タ 7 上 の タ ン グス テ ン 膜 4 5 の 所定 の 部分 に チ タ ン シ リ サ イ ド
( T i S i 2 ) に よ っ て 形成 し た 。
本構造 は 、 キ ヤ ノく シ タ 形成以前 の第 1 層 目 の 配線層
1 8 形成 ま で は 、 ロ ー カ ル配線 4 6 の形成 の ほ か は 実 施例 8 と 同 じ 製造方法 に よ っ て 形成 さ れ る と と も に 、 第 2 層 目 2 4 , 第 3 層 目 3 2 の キ ャ パ シ タ は 、 実施例 4 と ほ ぼ同 じ 製造方法 に よ つ て 形成 さ れ る の で 説明 を 省略す る 。
実施例 4 の場合 と 同様 、 工程数 の増加 を 招 く こ と な く 、 簡易 な ブ レ ー ナ 型 の 二層 の キ ヤ ノく シ タ を 実現す る こ と がで き た 。
< 実施例 1 2 >
D R A M と 論理 回路 を 混在 さ せ た 半導体集稷 回路裝 置 の第 5 の例 を 実施 し た 。 図 1 9 に そ の構造 を 示す 。 実施例 8 と 相違す る 点 は 、 補助 キ ャ パ シ タ を 採用 し て 同 キ ャ パ シ タ を 最 上雇 の 直下 に形成 し 、 上下 の キ ャ パ シ タ を 接統 ブラ グで 連結 し た点 、 及び補助 キ ャ パ シ タ
の プ レ ー ト 電極 3 7 を 、 同層 に 位 置 し て い る 論理回路 の配線 2 1 と 同 —マ ス ク を 用 い 、 同 時 に 形成 し た 点 に あ る 。 本構造 は 、 キ ャ パ シ タ 形成以前 の第 1 層 目 の 配 線層 1 8 ま で は 、 実施例 8 と 同 じ 製造方法 に よ っ て 形 成 さ れ 、 第 2 層 目 配線層 2 4 , 第 3 層 目 配線層 3 2 の キ ヤ ノ シ タ は 、 実施例 6 ほ ぼ同 じ 製造方法 に よ っ て 形 成 さ れ る の で 説明 を 省 略す る 。
実施例 6 の 場合 と 同様 、 工 程数 を 増 や す こ と な く 、 簡 易 な 二層 の キ ヤ ノく シ タ に よ る I G b i t D R A M を 有 し た 論理 回路混在 の 装 置 を 製造す る こ と が可能 と な つ た 。
ぐ 実施例 1 3 〉
D R A M と 論理回 路 を 混在 さ せ た 半導体集積回 路装 置 の第 6 の例 を 実施 し た 。 図 2 0 に そ の構造 を 示す 。 実施例 1 2 と 相 違す る 点 は 、 最 上層 3 2 の プ レ ー ト 電 極 3 4 の 凸部 を 化学 的機械的研磨法 で 削 つ た 点 に あ る こ う す る こ と で 、 最上層 3 2 の段差 が な く な り 、 そ の 上 に 新 た な キ ヤ パ シ タ を 形成 し て 同 キ ャ パ シ タ と 最 上 層 3 2 の キ ャ パ シ タ と の連結が可能 と な る 。 そ の場合 新 た な キ ャ パ シ タ の形成 さ れ る 層 が最 上層 に な る 。
最上層 3 2 の 上 に 更 に キ ヤ ノ シ タ を 形成 し て 新 た な 最上層 配線層 5 8 を 形成 し た例 を 図 2 1 に 示す 。 配線 展 3 2 の プ レ ー ト 電極 3 4 の 凸 部 を ス ト レ — ジ ノ ー ド 2 7 が露 出 す る ま で 肖 ij り 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 の側
面 に 高 さ 方向 に 形成 さ れ た 誘電体膜 を プ レ — 卜 電極 3 4 で 挟ん だ構造の キ ヤ ノく シ タ を 形成 し た 。 最上層 配線 層 5 8 の キ ャ パ シ タ は 、 実施例 8 の 最 上層 3 2 の キ ヤ パ シ タ と 同 じ 手順で 形成 し た 。
な お 、 配線層 3 2 の 上 に キ ャ パ シ タ 追加 の 必要 が な い場合 は 、 プ レ ー ト 電極 3 4 の 凸 部 の研磨 の後 に 最終 パ ッ シ ベ ー シ ヨ ン 膜 を 形成す る 。 こ の場合 、 平坦 に し て カゝ ら 最終 パ ッ シ ベ ー シ ョ ン 膜 を 被 ¾ す る た め に 、 凸 部 を 有 し た ま ま 被覆す る 場合 に 比較 し て 、 ノ "I シ べ一 シ ヨ ン 性 ( 保護特性 ) が向 上 す る 。
ぐ 実施例 1 4 >
D R A M と 論理回路 を 混在 さ せ た 半導体集稹回 路装 置の第 7 の例 を 実施 し た 。 図 2 2 に そ の構造 を 示 し た 実施例 8 と 相違 す る 点 は 、 最上層 3 2 に お い て ス 卜 レ — ジ ノ ー ド 2 7 と 配線 2 6 を 同 時 に 共通 に 形成 し 、 そ の後 に ブ レ ー ト 電極 3 4 を 形成 し た し た 点 に あ る ( 実 施例 8 で は 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 を 先 に 個別 に 形成 し 、 そ の後 に ブ レ ー 卜 電極 3 4 と 配線 2 6 を 同時 に 共 通 に 形成 し て い た ) 。
キ ヤ ノ シ タ を 以下 の 手順で 形成 し た 。 ま ず、
1 . 下層 の ビ ッ ト 線層 1 2 、 配線層 1 8 , 2 4 の形成 法 と 同 じ手順で 、 窒化チ タ ン 膜 を 形成 し
2 . そ の 上 に 、 ア ル ミ ニ ウ ム 膜 を 形成 し 、
3 . 更 に そ の 上 に 、 タ ン グス テ ン膜 5 1 を 形成 し 、
. フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ に よ り 露光 と 現像 を 行 な っ た そ の際 、 段差 が生 じ る 下 記 の プ レ ー 卜 電極 3 4 上 の 絶緑膜 に 後で 接統穴 を 開 け る こ と が な い の で 、 焦点 を 配線層 2 4 の平坦化絶縁膜 上 に 合 わせ る だ け で 良 い 。 次 に 、
. ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 配線( W / A l / T i N 積 層 構造) を 形成 し た 。 そ の と き 、 接統 プラ グ 2 5 上 の 配線は 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド ( S N ) 2 7 と な る 。 即 ち 、 キ ヤ ノく シ タ の ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 と 論理 回路 の 配線 2 6 は 、 同 一 マ ス ク を 用 い て 同 時 に 形成 さ れ る ί¾ レヽ 、
. タ ン グ ス テ ン を 堆積 さ せ 、
. エ ツ チ ノ ッ ク し た ( エ ッ チ ン グ速度 がほ ぼ同 じ フ オ ト レ ジ ス ト を 塗布 し て 力、 ら 、 全面 を エ ッ チ ン グ し て タ ン グ ス テ ン 膜 5 1 の 凸 部 を 削 っ た ) 。 こ れ に よ リ キ ヤ シ ノ タ の ス ト レ 一 ジ ノ ー ド 2 7 に タ ン ダ ス テ ン のサ イ ド ウ ォ ー ル ( 側壁 ) 5 2 を 形成 し 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 表面 を タ ン グ ス テ ン で 被覆 し た 。 タ ン グス テ ン を 用 い た の は 、 キ ヤ ノく シ タ の誘電体膜 と 良 好な 接触 を 保ち 、 信頼性 を 向 上 さ せ る こ と を 目 的 に し た 。 従 っ て 、 サ イ ド ウ ォ ー ル 5 2 と ス 卜 レ ー ジ ノ ー ド 2 7 上部ん お材料は タ ン グス テ ン に 限定す る こ と な く 、 信頼性が確保可能 な他の材料 を 採用 す る こ と がで き る 。 な お 、 用 い る 誘電体膜 に よ っ て そ れ
に適 し た材料 を ill択 し て 使用 し た 。 次 に
8 . 五酸化 タ ン タ ル を 形成 し 、
9 . フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ に よ り 露 光及び現像 を 行 な つ た 。 そ の際 、 焦点 は 、 平坦化 し た 配線層 2 4 の絶緣 膜上 に 合わ せ る だ け で 良 い 。 統 い て 、
1 0 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 必要部以外 を 除去 し た 。 次 に 、
1 1 . 窒化チ タ ン 膜 を 形成 し 、
1 2 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 必要部以 外 を 除去 し プ レ ー ト 電極 ( P L ) 3 4 を 形成 し た 。
実施例 8 に 比較 し て 、 1 工程増 え て い る が、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 上部端 部の 曲 率 は 、 先 の例 よ り 小 さ く 電 界集 中 が緩和 さ れ る の で キ ャ パ シ タ の信頼性 を 向 上 さ せ る こ と がで き る 。 ま た 、 最終 パ ッ シ ベ ー シ ヨ ン 膜 を 堆積 さ せ る 際 、 凹 部 が少 し 傾斜 し て い る ( 準テ 一 パ 化 し て い る ) た め 、 パ ッ シベ ー シ ヨ ン 膜 の埋込性 を 向 上 さ せ る こ と が可能で あ る 。
< 実施例 1 5 〉
D R A M と 論理回路 を 混在 さ せ た 半導体集積回路装 置 の第 8 の例 を 実施 し た 。 図 2 3 に そ の構造 を 示 し た 実施例 8 と 相違 す る 点 は 、 最上層 3 4 に お い て ス ト レ — ジ ノ ー ド 2 7 と 配線 2 6 を 同 時 に 共通 に 形成 し 、 そ の 後 に プ レ ー ト 電極 3 4 を 形成 し た し た 点 に あ る 。
キ ヤ ノく シ タ を 以 下 の 手順で 形成 し た 。 ま ず、
1 . 下層 の ビ ッ ト 線; § 1 2 、 配線層 1 8 , 2 4 の 形成 法 と 同 じ 手順で 、 窒化チ タ ン 膜 を 形成 し 、
2 . そ の 上 に 、 ア ル ミ ニ ウ ム 膜 を 形成 し 、
3 . フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ に よ り 露 光 と 現像 を 行 な い 、
4 . ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 配線 ( A 1 / T i N 積層 構造 ) を 形成 し た 。 そ の と き 、 接続 プ ラ グ 2 5 上 の 配線 は 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド ( S N ) 2 7 と な る 。 統 い て 、
5 . タ ン グ ス テ ン を 選択 C V D 法 に よ り 形 成 し て 、 タ ン グス テ ン 膜 5 1 で 被覆 さ れ た ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 及び配線 2 6 と し 、 以 降 の 工程 を 実施例 1 4 の ェ 程 8 ~ 1 2 と 同 一 と し た 。
実施例 1 4 と の 相 違点 は 、 ス ト レ ー ジ ノ ー ド 2 7 及 び配線 2 6 の被 S膜 の形成 方法 に あ り 、 本実施例 で は 実施例 1 4 の 工 程数 の 低減が可能 で あ る 。
以 上 、 本発明 の 半導体 回 路装 置及び 当 該 装 置 の 製造方法 に よ れ ば 、 D R A M の装 置 に お い て メ モ リ セ ル の キ ヤ ノく シ タ を 最上層 に 形成 し 、 プラ グ と ノく ッ ド を 用 い て ト ラ ン ジ ス タ 拡散層 に 繋 ぐ の で 、 工 程数 を 増 や す こ と な く 、 メ モ リ セ ル と 周 辺 回路 の段差 を 解消 す る こ と がで き る 。 そ の た め 、 段差 に よ っ て 発 生 し て い た 露光 不 良 や導通 不良 の問題 を 回避 す る こ と が可能 と な る 。 ま た 、 キ ヤ ノく シ タ の投影面用 に メ モ リ セ ル の 投影 面の ほ ぼ全面 を 利用 す る こ と が可食 g と な っ て キ ャ パ シ
タ の 投影面 が広 が る ので 、 工程数 を 低減 し た 簡単 な構 造 で 所望 の 容量値 を 得 る こ と がで き る 。 更 に 、 キ ャ パ シ タ の ブ レ ー ト 電極又は ス ト レ ー ジ ノ ー ド の い ずれか と 周 辺 回路 の配線 と を 同 時 に 共通 に 形成す る こ と に よ つ て 、 工程数 の低減 が可能 と な る 。 こ れ ら の工 程数 の 低減 に よ っ て 、 製造歩留 ま り の 向 上 と 低 コ ス ト を 実現 す る こ と が で き る 。 ま た 、 製造 工程 を 低温化す る こ と で 、 勛 作速度 が早 い 半導体渠積 回 路装 置 を 製造 す る こ と 力、'で き る 。
以上 の 効果 は 、 D R A M と 論理 回路 を 混在 さ せ た 裝 置 に お い て も 同様 に 得 る こ と が可能 で あ り 、 同装 置 を 低 コ ス 卜 で 供袷す る こ と がで き る 。