JPH0443674A - Semiconductor memory device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor memory device and its manufacture

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JPH0443674A
JPH0443674A JP2152056A JP15205690A JPH0443674A JP H0443674 A JPH0443674 A JP H0443674A JP 2152056 A JP2152056 A JP 2152056A JP 15205690 A JP15205690 A JP 15205690A JP H0443674 A JPH0443674 A JP H0443674A
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JP
Japan
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film
oxide film
electrode
silicon
tantalum oxide
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JP2152056A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Yoneda
健司 米田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Publication of JPH0443674A publication Critical patent/JPH0443674A/en
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Abstract

PURPOSE:To realize the higher integration and the larger capacity of a semiconductor memory device by a method wherein a diffusion layer is formed inside a well region, a first conductive layer which is connected electrically to the diffusion layer is formed, a titanium nitride film and a tantalum oxide film are formed on it and a second conductive layer is formed. CONSTITUTION:A P-type well 2 is formed on a silicon substrate 1; an isolation oxide film 3 and, in addition, a transistor 4 for memory-cell selection use are formed on the well; an N-type diffusion layer 5 is formed in a source region and a drain region; an oxide film 6 is deposited; a contact window is opened in a prescribed part of the oxide film 6 on the N-type diffusion layer 5 in the source region of the selection transistor 4; a polycrystalline silicon electrode 7 to be used as a capacity electrode is formed. In succession, a titanium nitride (TiN) film 8 is formed; a tantalum oxide (Ta2O5) film 9 is deposited; a tungsten electrode 10 as another cell capacity electrode is formed.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体記憶装置およびその製造方法に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same.

従来の技術 近年、DRAMの高集積化、大容量化に伴い、チップサ
イズの約半分を占有するメモリセルの高集積化が必須の
ものとなっている。しだ力(って、これらのメモリセル
には微細化の要求から、メモノとしての信頼性を確保す
ることが必要である。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, as DRAMs have become more highly integrated and have larger capacities, it has become essential to have highly integrated memory cells, which occupy about half of the chip size. Due to the demand for miniaturization of these memory cells, it is necessary to ensure reliability as memory cells.

信頼性確保の一つとして十分なセル容量(40fF以上
)をもつという要求を満足するために、セル容量素子の
構造は従来の平板型容量に代わって、三次元構造をもつ
溝掘り構造容量、積層構造容量等が提案されている。
In order to satisfy the requirement of having sufficient cell capacitance (40 fF or more) as part of ensuring reliability, the structure of the cell capacitor element is a grooved capacitor with a three-dimensional structure, instead of a conventional flat plate capacitor. Laminated structure capacitance etc. have been proposed.

第3図は三次元積層構造を有するメモリセルの容量部分
の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a capacitive portion of a memory cell having a three-dimensional stacked structure.

第3図において、1はP型シリコン基板、2はP型ウェ
ル領域、3は分離酸化膜、4は選択トランジスタ、5は
N型拡散層、6は酸化シリコン膜、7は多結晶シリコン
電極、11は酸化シリコン/窒化シリコン/酸化シリコ
ン積層絶縁膜、12は多結晶シリコン電極である。
In FIG. 3, 1 is a P-type silicon substrate, 2 is a P-type well region, 3 is an isolation oxide film, 4 is a selection transistor, 5 is an N-type diffusion layer, 6 is a silicon oxide film, 7 is a polycrystalline silicon electrode, 11 is a silicon oxide/silicon nitride/silicon oxide laminated insulating film, and 12 is a polycrystalline silicon electrode.

P型シリコン基板1と同一または反対導電型のN型拡散
層5を有するシリコン基板1上に形成された酸化シリコ
ン膜6の所定の部分にN型拡散層5と電気的に接続され
た多結晶シリコン膜を形成した後、多結晶シリコン膜を
公知のフォトリソグラフィー技術とドライエツチング技
術により加工し容量の下部電極となる多結晶シリコン電
極7を形成する。次に、多結晶シリコン電極7表面に薄
い酸化シリコン膜を形成する。その後、非常に薄い酸化
シリコン膜上に窒化シリコン膜を堆積し、窒化シリコン
膜表面を熱酸化して、酸化シリコン膜を形成する。この
ように酸化シリコン膜/窒化シリコン膜/酸化シリコン
膜積層絶縁膜11を形成する。その後、容量の上部電極
となる多結晶シリコン電極12を堆積することで、多結
晶シリコンを電極とし、窒化シリコン膜および酸化シリ
コン膜による積層絶縁膜11を絶縁膜とする単導体容量
が形成される。この構造の容量素子では電極である多結
晶シリコン電極7の側壁部分にも容量が形成され、また
絶縁膜が酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層絶縁膜
11であるため、酸化シフコン膜単体に比べて高い誘電
率となり、平板容量に比べて大きな容量が確保できる。
A polycrystalline silicon oxide film 6 formed on a silicon substrate 1 having an N-type diffusion layer 5 of the same or opposite conductivity type as the P-type silicon substrate 1 is electrically connected to the N-type diffusion layer 5 at a predetermined portion of the silicon oxide film 6. After forming the silicon film, the polycrystalline silicon film is processed using known photolithography and dry etching techniques to form a polycrystalline silicon electrode 7 that will serve as the lower electrode of the capacitor. Next, a thin silicon oxide film is formed on the surface of the polycrystalline silicon electrode 7. Thereafter, a silicon nitride film is deposited on the very thin silicon oxide film, and the surface of the silicon nitride film is thermally oxidized to form a silicon oxide film. In this way, the silicon oxide film/silicon nitride film/silicon oxide film laminated insulating film 11 is formed. Thereafter, by depositing a polycrystalline silicon electrode 12 that becomes the upper electrode of the capacitor, a single conductor capacitor is formed in which the polycrystalline silicon is used as the electrode and the laminated insulating film 11 made of the silicon nitride film and the silicon oxide film is used as the insulating film. . In the capacitive element of this structure, capacitance is also formed in the side wall portion of the polycrystalline silicon electrode 7, which is the electrode, and the insulating film is a laminated insulating film 11 of a silicon oxide film and a silicon nitride film, so compared to a single oxidized Schifcon film. It has a high dielectric constant and can secure a larger capacitance than a flat plate capacitor.

発明が解決しようとする課題 絶縁膜が三次元積層構造をもつ容量素子は、電極である
多結晶シリコン膜の側壁部も容量として利用できる。こ
のため、平板型容量に比べて同じ占有面積で大きな容量
を確保することができる。
Problems to be Solved by the Invention In a capacitive element whose insulating film has a three-dimensional laminated structure, the side wall portion of the polycrystalline silicon film that is the electrode can also be used as a capacitor. Therefore, compared to a flat plate type capacitor, a larger capacity can be secured with the same occupied area.

特に、下部の電極を表面の凹凸の大きい絶縁膜上に形成
したり、下部電極と上部電極を交互に櫛型に配置したり
して、多層の積層構造をとることにより大きな容量を確
保することができる。容量絶縁膜としては酸化シリコン
膜や酸化シリコン膜と窒化シリコン膜積層絶縁膜11が
用いられている。
In particular, large capacitance can be secured by forming the lower electrode on an insulating film with a large surface irregularity, or by arranging the lower electrode and the upper electrode alternately in a comb shape to form a multilayered structure. I can do it. As the capacitive insulating film, a silicon oxide film or a stacked insulating film 11 of a silicon oxide film and a silicon nitride film is used.

しかし、酸化シリコン膜の比誘電率は3.9であり、酸
化シリコン膜に比べて誘電率の高い窒化シリコン膜にお
いても比誘電率はたかだか7.0にすぎず、これらの膜
を積層構造にしても5〜6程度の比誘電率しか得ること
ができない。したがって、いかにトレンチ構造やスタッ
ク構造、トレンチおよびスタックの複合構造を用いても
、これ以上のメモリセル容量の増大には限界がある。す
なわちメモリーセルが一層微細化させることに対しては
、セル容量の不足が生ずる。このため、近年これらの酸
化シリコン膜や窒化シリコン膜に代わり誘電率の高い酸
化タンタル膜(Ta205)が研究されている。酸化タ
ンタル膜は比誘電率が20〜28と高いため、同一の膜
厚、電極面積で酸化シリコン膜に比べて5〜7倍、窒化
シリコン膜に対しても3〜4倍のセル容量を実現するこ
とができる。したがって、確保すべきセル容量が従来と
同じであるならば、セル面積を1/3〜1/7に縮小す
ることができる。しかし、実際に酸化タンタル膜を多結
晶シリコン膜および単結晶シリコン膜−トに形成した場
合、多結晶シリコン膜および単結晶シリコン膜上には自
然酸化により1〜2 n mの酸化シフコン膜が成長す
る。このため、この上に高誘電率の酸化タンタル膜を形
成しても、自然酸化膜と酸化タンタル膜の複合膜となり
、その誘電率は酸化タンタル膜単層に比べて1/3〜1
/4に減少してしまう。この現象は、容量絶縁膜として
窒化シリコン膜と酸化タンタル膜の複合膜を用いた場合
でも同様に生じ、自然酸化膜の存在により実効的な膜厚
が厚くなり、十分なセル容量を確保できない。また、こ
の自然酸化膜を公知のエツチング法により除去したり、
さらに公知の技術により多結晶シリコン膜およびm結晶
シリコン膜上に自然酸化膜が成長しないように取り扱い
を行い、自然酸化膜の存在しない清浄なシリコン表面を
得たとしても、酸化タンタル膜はシリコンとの反応性が
高(熱処理により容易に金属タンタルに還元される。こ
のため絶綾膜としての漏れ電流および誘電率を太き(損
う原因となる。
However, the dielectric constant of a silicon oxide film is 3.9, and even a silicon nitride film, which has a higher dielectric constant than a silicon oxide film, has a dielectric constant of only 7.0. However, a dielectric constant of only about 5 to 6 can be obtained. Therefore, no matter how much a trench structure, stack structure, or composite structure of trenches and stacks is used, there is a limit to further increase in memory cell capacity. In other words, as memory cells become further miniaturized, a shortage of cell capacity occurs. Therefore, in recent years, tantalum oxide films (Ta205) having a high dielectric constant have been studied in place of these silicon oxide films and silicon nitride films. Since tantalum oxide film has a high dielectric constant of 20 to 28, it achieves cell capacity 5 to 7 times that of silicon oxide film and 3 to 4 times that of silicon nitride film with the same film thickness and electrode area. can do. Therefore, if the cell capacity to be secured is the same as the conventional one, the cell area can be reduced to 1/3 to 1/7. However, when a tantalum oxide film is actually formed on a polycrystalline silicon film and a single crystal silicon film, a 1 to 2 nm thick Schifcon oxide film grows on the polycrystalline silicon film and single crystal silicon film due to natural oxidation. do. Therefore, even if a tantalum oxide film with a high dielectric constant is formed on top of this, it will become a composite film of a natural oxide film and a tantalum oxide film, and its dielectric constant will be 1/3 to 1/3 that of a single layer tantalum oxide film.
/4. This phenomenon occurs similarly even when a composite film of a silicon nitride film and a tantalum oxide film is used as a capacitor insulating film, and the effective film thickness becomes thick due to the presence of the natural oxide film, making it impossible to ensure sufficient cell capacity. In addition, this natural oxide film can be removed by a known etching method,
Furthermore, even if the polycrystalline silicon film and the m-crystalline silicon film are handled using known techniques to prevent the growth of a natural oxide film, and a clean silicon surface with no natural oxide film is obtained, the tantalum oxide film will not form with silicon. It has high reactivity (easily reduced to tantalum metal by heat treatment. This causes leakage current and dielectric constant to increase (loss) as a fully stranded film.

本発明は、前記セル容量の不足を解決するためのもので
、容量絶縁膜としての酸化タンタル膜の高誘電率を有し
ながら、容量電極に起因する誘電率の低下や、酸化タン
タル膜の不安定性を抑制し、さらにセル容量を増大させ
る構造を備えた半導体記憶装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
The present invention is intended to solve the above-mentioned shortage of cell capacity, and while it has the high dielectric constant of tantalum oxide film as a capacitive insulating film, it is also possible to reduce the dielectric constant due to the capacitive electrode and the anxiety of the tantalum oxide film. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor memory device having a structure that suppresses cell capacity and further increases cell capacity.

課題を解決するための手段 本発明の半導体記憶装置の製造方法は、一導電型のシリ
コン基板上に形成された基板と同一の導電型を有するウ
ェル領域内に、ウェルの導電型とは逆の導電型の拡散層
を形成する工程と、この拡散層と電気的に接続され、メ
モリセル容量の一方を構成する第1の導電層として導電
性の多結晶シリコン膜を形成する工程と、第1の導電層
である多結晶シリコン上に窒化チタン膜を形成する工程
と、窒化チタン膜上に、容量絶縁膜として酸化タンタル
膜を形成する工程と、酸化タンタル膜上に、セル容量を
形成する第2の導電層を形成する工程を備えている。
Means for Solving the Problems The method for manufacturing a semiconductor memory device of the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, in which a well region having the same conductivity type as the substrate formed on a silicon substrate of one conductivity type has a conductivity type opposite to that of the well. a step of forming a conductive type diffusion layer; a step of forming a conductive polycrystalline silicon film as a first conductive layer that is electrically connected to the diffusion layer and constitutes one of the memory cell capacitances; A step of forming a titanium nitride film on polycrystalline silicon, which is a conductive layer, a step of forming a tantalum oxide film as a capacitor insulating film on the titanium nitride film, and a step of forming a cell capacitor on the tantalum oxide film. The method includes a step of forming a second conductive layer.

作用 この製造方法により形成された構造のメモリセルによる
と、多結晶シリコン膜上に形成された透明導電層である
窒化チタン膜の存在により、セル容量は多結晶シリコン
膜上の自然酸化膜の影響を受けることな(、さらに窒化
チタン膜が、容量絶縁膜である酸化タンタル膜と多結晶
シリコン膜との反応に対して障壁となる。このようにし
て酸化タンタル膜の特徴である比誘電率20〜28とい
う高誘電率を活用することができる。その結果、メモリ
セル容量として必要な容量を従来構造と同一であり、か
つ酸化タンタル膜の膜厚を従来構造と同一膜厚とすれば
、酸化シリコン膜を容量絶縁膜として用いた場合の11
5〜1/7、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の複合膜
を用いた場合の1/4〜115のセル面積のメモリセル
を実現することができる。
Function: According to the memory cell structure formed by this manufacturing method, due to the presence of the titanium nitride film, which is a transparent conductive layer formed on the polycrystalline silicon film, the cell capacity is influenced by the natural oxide film on the polycrystalline silicon film. In addition, the titanium nitride film acts as a barrier to the reaction between the tantalum oxide film, which is a capacitor insulating film, and the polycrystalline silicon film. As a result, if the required memory cell capacity is the same as the conventional structure, and the tantalum oxide film is the same thickness as the conventional structure, the oxidation 11 when using a silicon film as a capacitive insulating film
It is possible to realize a memory cell having a cell area of 5 to 1/7, and 1/4 to 115 of that of a composite film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

実施例 本発明の具体的な実施例を図面を用いて駁明する。第1
図は、本発明の一実施例としてセル容量電極の一方に導
電性の多結晶シリコン膜を用いた場合のスタックキャパ
シタセルの第1の実施例である。P型(100)面、比
抵抗5〜20ΩcI11のシリコン基板1上に公知の選
択拡散技術により深さ3−2 u m %平均濃度3X
1016/c−のP型ウェル2を形成し、このウェル上
に、公知の選択酸化法により分離酸化膜3、さらにメモ
リセル選択用のトランジスタ4をあらかじめ形成する。
Embodiments Specific embodiments of the present invention will be explained using the drawings. 1st
The figure shows a first embodiment of a stacked capacitor cell in which a conductive polycrystalline silicon film is used as one of the cell capacitor electrodes as an embodiment of the present invention. A p-type (100) surface, a silicon substrate 1 with a specific resistance of 5 to 20 ΩcI11 is coated with a depth of 3-2 μm % average concentration 3X by a known selective diffusion technique.
A P-type well 2 of 1016/c- is formed, and an isolation oxide film 3 and a memory cell selection transistor 4 are formed in advance on this well by a known selective oxidation method.

この選択トランジスタ4にはあらかじめしきい値電圧制
御のためのチャネルドープが行われている。トランジス
タの構造は公知の酸化膜の側壁によるライトリ−ドープ
トドレイン(L D I) )構造となっており、ソー
スおよびドレイン領域にはN型拡散層5が形成されてい
る(第1図(a))。この後、ウェル上および選択トラ
ンジスタ4上に、セル容量を形成することになるので、
選択トランジスタ4とセル容量電極を電気的に絶縁する
ため、650℃でテトラエトキシオルソシラン(TE0
1)を原料としてLPCVD法により酸化膜6を110
0n堆積する。その後、i!択トランジスタ4のソース
領域のN型拡散層5上の酸化膜6の所定の部分に、選択
トランジスタ4のソース部分と、セル容量電極の一方と
を電気的に接続するためのコンタクト窓を開口する。そ
の後、LPCVD法により600℃で燐原子を3 x 
1020/cj含有した多結晶シリコン膜を300nm
堆積し、公知のフォトリソグラフィー技術により容ju
t極となる多結晶シリコン電極7を形成する(第1図(
b))。続いてCVD法によりチタン(Tj)#を40
nm堆積し、アークランプを熱源とするラビッドサーマ
ルプロセス(RTP3法により純アンモニア雰囲気中に
おいて650℃で20秒間窒化処理を施して、窒化チタ
ン(TiN)lI8を形成する。次に公知のフォトリソ
グラフィー技術と選択エツチング技術により窒化チタン
膜8を選択的にエッチし、容量電極となる多結晶シリコ
ン電極7の表面を窒化チタン膜8が覆うようにする。そ
の後、減圧CVD法によりTa (N (CH,)2)
、ガスと酸素ガスを原料として、650℃で酸化タンタ
ル(T a 206 )膜9を10nm堆積する(第1
図(C))。その後、セル容量電極のもう一方の電極と
してCVD法によりタングステン電極10を200nm
堆積し、公知のドライエツチング技術により電極形成を
行いスタック型のメモリーセルを形成する(第1図(d
))。
This selection transistor 4 has been previously channel doped for threshold voltage control. The structure of the transistor is a lightly doped drain (LDI) structure with sidewalls of a well-known oxide film, and an N-type diffusion layer 5 is formed in the source and drain regions (see Fig. 1(a)). )). After this, cell capacitance will be formed on the well and on the selection transistor 4, so
In order to electrically insulate the selection transistor 4 and the cell capacitor electrode, tetraethoxyorthosilane (TE0
Using 1) as a raw material, an oxide film 6 with a thickness of 110 mm is formed by the LPCVD method.
0n deposited. After that, i! A contact window is opened in a predetermined portion of the oxide film 6 on the N-type diffusion layer 5 in the source region of the selection transistor 4 to electrically connect the source portion of the selection transistor 4 to one of the cell capacitor electrodes. . After that, 3x phosphorus atoms were removed at 600°C by LPCVD method
300 nm thick polycrystalline silicon film containing 1020/cj
deposited and enhanced by known photolithography techniques.
Form a polycrystalline silicon electrode 7 that will become a t-pole (see Fig. 1 (
b)). Next, titanium (Tj) #40 was deposited using the CVD method.
After depositing 100 nm, titanium nitride (TiN) is formed by nitriding at 650°C for 20 seconds in a pure ammonia atmosphere using a rapid thermal process (RTP3 method) using an arc lamp as a heat source.Next, a known photolithography technique is used. Then, the titanium nitride film 8 is selectively etched using a selective etching technique, so that the titanium nitride film 8 covers the surface of the polycrystalline silicon electrode 7, which will become a capacitor electrode.Thereafter, Ta (N (CH, )2)
, a tantalum oxide (T a 206 ) film 9 is deposited to a thickness of 10 nm at 650° C. using gas and oxygen gas as raw materials (first step).
Figure (C)). Thereafter, a tungsten electrode 10 with a thickness of 200 nm was formed as the other electrode of the cell capacitance electrode by CVD method.
Then, electrodes are formed using a known dry etching technique to form a stacked memory cell (see Figure 1(d)).
)).

この製造方法により形成された構造のメモリセルによる
と、セル容量は多結晶シリコン膜上に形成された透明導
電層である窒化チタン膜の存在により、多結晶シリコン
膜上の自然酸化膜の影響を受けることなく、さらに窒化
チタン膜が、容量絶縁膜である酸化タンタル膜と多結晶
シリコン膜との反応に対して障壁となる。このようにし
て酸化タンタル膜の特徴である比誘電率20〜28とい
う高誘電率を活用することができる。その結果、メモリ
セル容量として必要な容量を従来構造と同一であり、か
つ酸化タンタル膜の膜厚を従来構造と同一膜厚とすれば
、酸化シリコン膜を容量絶縁膜として用いた場合の11
5〜1/7、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の複合膜
を用いた場合の1/4〜115のセル面積のメモリセル
を実現することかできる。
According to the memory cell structure formed using this manufacturing method, the cell capacitance is increased due to the presence of the titanium nitride film, which is a transparent conductive layer formed on the polycrystalline silicon film, and the influence of the natural oxide film on the polycrystalline silicon film is reduced. In addition, the titanium nitride film acts as a barrier to the reaction between the tantalum oxide film, which is a capacitor insulating film, and the polycrystalline silicon film. In this way, the high dielectric constant of 20 to 28, which is a characteristic of the tantalum oxide film, can be utilized. As a result, if the capacitance required as the memory cell capacitance is the same as that of the conventional structure, and the thickness of the tantalum oxide film is the same as that of the conventional structure, it is found that if the silicon oxide film is used as the capacitive insulating film,
It is possible to realize a memory cell having a cell area of 5 to 1/7, or 1/4 to 115 when using a composite film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

第2図はセル容量の電荷蓄積ノードとして、シリコン基
板を利用する場合のプレーンキャパシタセルでの本発明
の第2の実施例を示す。
FIG. 2 shows a second embodiment of the invention in a plain capacitor cell in which a silicon substrate is used as the charge storage node of the cell capacitor.

P型(100)面、比抵抗5〜20ΩcIl+のシリコ
ン基板1に公知の選択拡散技術により深さ3.2μmの
P型ウェル2を形成し、このウェル領域内にはすでに公
知の選択酸化技術により分離領域となる分離酸化膜3が
形成されている。次にセル容量の一方の電極となるべき
P型ウェル2上の所定の部分に公知の選択拡散技術によ
りN型拡散層5を形成し、容量電極とする(第2図(a
))。次に、反応性スパッタ法により窒化チタン膜8を
40nm堆積しN型拡散層5の容量電極を覆うように形
成し、公知のエツチング技術により電極領域よりやや広
い所定の形状にエツチングする(第2図(b))。
A P-type well 2 with a depth of 3.2 μm is formed in a silicon substrate 1 having a P-type (100) plane and a resistivity of 5 to 20 ΩcIl+ using a known selective diffusion technique, and a well-known selective oxidation technique is used to form a P-type well 2 in this well region. An isolation oxide film 3 serving as an isolation region is formed. Next, an N-type diffusion layer 5 is formed in a predetermined portion of the P-type well 2, which is to become one electrode of the cell capacitance, by a known selective diffusion technique to form a capacitance electrode (Fig. 2(a)
)). Next, a titanium nitride film 8 is deposited to a thickness of 40 nm by reactive sputtering to cover the capacitive electrode of the N-type diffusion layer 5, and is etched into a predetermined shape slightly wider than the electrode area by a known etching technique (second Figure (b)).

続いて容量絶縁膜として減圧CVD法によりテトラエト
キシタンタルガス(Ta (QC,H5)5)と酸素ガ
スを原料として、650℃で酸化タンタル(Ta205
)膜9を10nm堆積する。その後、容量のもう一方の
タングステン電極10としてタングステンをスパッタ法
により300nm堆積しく第2図(C))、タングステ
ン電極10/酸化タンタル膜9./窒化チタン膜8を公
知のドライエツチング技術によりエッヂし、セル容量部
分を形成する。この工程の後、N型拡散層5からなるセ
ル容量の一方の電極と電気的に接続されたソースを有す
る選択トランジスタ4を形成し、メモリセルが完成する
(第2図(d))。
Next, as a capacitive insulating film, tantalum oxide (Ta205
) Deposit film 9 to a thickness of 10 nm. Thereafter, as the other tungsten electrode 10 of the capacitor, tungsten is deposited to a thickness of 300 nm by sputtering (FIG. 2(C)), and the tungsten electrode 10/tantalum oxide film 9. /The titanium nitride film 8 is edged by a known dry etching technique to form a cell capacitance portion. After this step, a selection transistor 4 having a source electrically connected to one electrode of the cell capacitor made of the N-type diffusion layer 5 is formed, and the memory cell is completed (FIG. 2(d)).

この製造方法により形成された構造のメモリセルによる
と、セル容量は多結晶シリコン膜上に形成された透明導
電層である窒化チタン膜の存在により、多結晶シリコン
膜上の自然酸化膜の影響を受けることなく、さらに窒化
チタン膜が、容量絶縁膜である酸化タンタル膜と多結晶
シリコン膜との反応に対して障壁となる。このようにし
て酸化タンタル膜の特徴である比誘電率20〜28とい
う高誘電率を活用することができる。その結果、メモリ
セル容量として必要な容量を従来構造と同一であり、か
つ酸化タンタル膜の膜厚を従来構造と同一膜厚とすれば
、酸化シリコン膜を容量絶縁膜として用いた場合の11
5〜l 、、/ 7 、酸化シリコン膜と窒化シリコン
膜の複合膜を用いた場合の1/4〜1,15のセル面積
のメモリセルを実現することができる。
According to the memory cell structure formed using this manufacturing method, the cell capacitance is increased due to the presence of the titanium nitride film, which is a transparent conductive layer formed on the polycrystalline silicon film, and the influence of the natural oxide film on the polycrystalline silicon film is reduced. In addition, the titanium nitride film acts as a barrier to the reaction between the tantalum oxide film, which is a capacitor insulating film, and the polycrystalline silicon film. In this way, the high dielectric constant of 20 to 28, which is a characteristic of the tantalum oxide film, can be utilized. As a result, if the capacitance required as the memory cell capacitance is the same as that of the conventional structure, and the thickness of the tantalum oxide film is the same as that of the conventional structure, it is found that if the silicon oxide film is used as the capacitive insulating film,
5 to 1, /7, it is possible to realize a memory cell with a cell area of 1/4 to 1.15 when using a composite film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

上記実施例ではブレーナ構造をスタックトキャパンタお
よびブレーナキャパシタを例にとって説明したが、トレ
ンチなどの二次元構造を有するスタックドトレンチ4−
ヤバシタセル、トレンヂキャパシタ七ルにおいても本発
明の技術を適用Jることでさらに大きいメモリ」Yル容
量をもつメモリセルを実現4ることかできる。
In the above embodiment, the Brenna structure was explained using a stacked capantor and a Brenna capacitor as an example, but a stacked trench 4 having a two-dimensional structure such as a trench
By applying the technology of the present invention to the Yabashita cell and the trend capacitor, it is possible to realize a memory cell with an even larger memory capacity.

発明の効果 以−Fのように本発明によればきわめて大きいメモリセ
ル容量をもつ構造のメモリセルを実現することが可能で
あり、半導体記憶装置の一層の高集積化、大容量化を可
能としている。
Effects of the Invention As shown in F-F, according to the present invention, it is possible to realize a memory cell structure having an extremely large memory cell capacity, and it is possible to realize even higher integration and larger capacity of semiconductor memory devices. There is.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の第1の実施例を示す工程断面図、第2
図は本発明の第2の実施例を示す工程断面図、第3図は
従来例を示す工程断面図である。 1・・・・・・シリコン基板、2・・・・・・P型ウェ
ル、3・・・・・・分離酸化膜、4・・・・・・トラン
ジスタ、5・・・・・・N型拡散層、6・・・・・・酸
化膜、7・・・・・・多結晶シリコン電極、8・・・・
・・窒化チタン膜、9・・・・・・酸化タンタル膜、1
0・・・・・・タングステン電極、】1・・・・・・酸
化シリコン/窒化シリコン/酸化シリコン積層絶縁膜、
12・・・・・・多結晶シリコン電極。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか1名1図 第2図 々ト11!酸イと1月舞 りうンジスタ N竺S、散層 I/&化順 タタ季乙轟アソコJ訴 fρ タンゲスナノ電蹄
[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a process sectional view showing the first embodiment of the present invention;
The figure is a process sectional view showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a process sectional view showing a conventional example. 1... Silicon substrate, 2... P-type well, 3... Isolation oxide film, 4... Transistor, 5... N-type Diffusion layer, 6... Oxide film, 7... Polycrystalline silicon electrode, 8...
...Titanium nitride film, 9...Tantalum oxide film, 1
0...Tungsten electrode, ]1...Silicon oxide/silicon nitride/silicon oxide laminated insulating film,
12... Polycrystalline silicon electrode. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano and one other person 1 Figure 2 Figure 11! Sour and January Dance Star Njik S, Slayer I/& Kajun Tata Ki Oto Todoroki Asoko J Sue fρ Tanges Nano Dentei

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板と、前記半導体基板表面に形成された
拡散層と、少なくとも前記拡散層に接して前記半導体基
板上に形成された第1の導電層と、前記第1の導電層上
に形成された窒化チタン膜と、前記窒化チタン膜上に形
成された酸化タンタル膜と、前記酸化タンタル膜上に少
なくとも形成された第2の導電層を有することを特徴と
する半導体記憶装置。
(1) A semiconductor substrate, a diffusion layer formed on the surface of the semiconductor substrate, a first conductive layer formed on the semiconductor substrate in contact with at least the diffusion layer, and a first conductive layer formed on the first conductive layer. 1. A semiconductor memory device comprising: a titanium nitride film, a tantalum oxide film formed on the titanium nitride film, and a second conductive layer formed at least on the tantalum oxide film.
(2)酸化タンタル膜と窒化シリコン膜と酸化タンタル
膜とが複数層交互に積層されていることを特徴とする請
求項1記載の半導体記憶装置。
(2) The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a plurality of tantalum oxide films, silicon nitride films, and tantalum oxide films are alternately stacked.
(3)一導電型の半導体基板に前記半導体基板と逆導電
型の拡散層を形成する工程と、前記半導体基板上に絶縁
膜を形成する工程と、前記拡散層の少なくとも一部が露
出するように前記絶縁膜を除去して窓を形成する工程と
、少なくとも前記窓を介して前記拡散層と接続された第
1の導電層を形成する工程と、前記導電層上に窒化チタ
ン膜を形成する工程と、前記窒化チタン膜上に酸化タン
タル膜を形成する工程と、前記酸化タンタル膜上に第2
の導電層を形成する工程とを備えたことを特徴とする半
導体記憶装置の製造方法。
(3) forming a diffusion layer of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate on a semiconductor substrate of one conductivity type, forming an insulating film on the semiconductor substrate, and exposing at least a portion of the diffusion layer; forming a window by removing the insulating film, forming a first conductive layer connected to the diffusion layer through at least the window, and forming a titanium nitride film on the conductive layer. forming a tantalum oxide film on the titanium nitride film; and forming a second tantalum oxide film on the tantalum oxide film.
1. A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising: forming a conductive layer.
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