JPH0982904A - ダイナミック型メモリ及びその製造方法 - Google Patents

ダイナミック型メモリ及びその製造方法

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JPH0982904A
JPH0982904A JP7235362A JP23536295A JPH0982904A JP H0982904 A JPH0982904 A JP H0982904A JP 7235362 A JP7235362 A JP 7235362A JP 23536295 A JP23536295 A JP 23536295A JP H0982904 A JPH0982904 A JP H0982904A
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JP
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capacitor
insulating film
bit line
forming
region
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JP7235362A
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English (en)
Inventor
Junpei Kumagai
淳平 熊谷
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】単位セル当りの面積を縮小化し得ると共にビッ
ト線コンタクト不良に起因する不良を減少させ得るDR
AMを提供する。 【解決手段】半導体基板10上に形成されたMOSトラ
ンジスタ用の活性領域と、チャネル領域上にゲート絶縁
膜20を介して形成されたゲート電極部Gを有するワー
ド線WLと、ドレイン領域にコンタクトするように形成
された第1のビット線BLと、第1のビット線上および
ワード線上に層間絶縁膜21、22を介して形成され、
ソース領域にコンタクトするように形成されたキャパシ
タ電極6と、キャパシタ電極上にキャパシタ絶縁膜24
を介して形成され、キャパシタ電極とほぼ同じ平面形状
を有するキャパシタプレート電極8と、キャパシタプレ
ート電極の上表面に接触して形成され、第1のビット線
に対して相補対をなす第2のビット線/BLとを具備し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体記憶装置お
よびその製造方法、特にダイナミック型メモリにおける
ビット線プレート型メモリセル(BIPセル)の構造お
よびその形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図8は、ダイナミック型ランダムアクセ
スメモリ(DRAM)の1トランジスタ・1キャパシタ
型のメモリセル(DRAMセル)の等価回路を示してい
る。図8において、Trは電荷転送ゲート用のNチャネ
ル型MOSトランジスタ、Csは電荷蓄積用のキャパシ
タである。上記トランジスタTrのドレインはビット線
BLに接続され、そのゲートはワード線WLに接続さ
れ、そのソースはキャパシタCsの一端に接続され、キ
ャパシタCsの他端(プレート電極)は通常は所定の電
圧VPLに固定される。
【0003】上記DRAMセルに対する書込みに際して
は、ワード線WLに電圧を一定期間印加し、その間にト
ランジスタTrをオンさせることにより、ビット線BL
からの電荷をキャパシタCs内に蓄積させる。また、上
記DRAMセルに対する読み出しに際しては、ワード線
WLに電圧を一定期間印加し、その間にトランジスタT
rをオンさせることにより、キャパシタCsの蓄積電荷
をビット線BLへ放出させる。
【0004】このようなDRAMセルの読み出し方式
は、セルキャパシタCsの一端側の電荷しか利用してい
ない。これに対して、セルデータの読み出しに際してセ
ルキャパシタCsの両端の電荷を有効に利用する方式が
提案されており、その一例としてビット線プレート型メ
モリセル(以後、BIPセルと記す)を用いた方式を説
明する。
【0005】BIPセルは、図9中に示すように1トラ
ンジスタ・1キャパシタ型のDRAMセルが相補的なビ
ット線対間に接続される、つまり、トランジスタTrの
一端が一方のビット線BLあるいは/BLに接続され、
キャパシタCsの一端が上記ビット線に対して相補対を
なす他方のビット線/BLあるいはBLに接続されるも
のであり、L.Arzubi, W.D.Loehlein, IBM Technical Di
sclosure Bulltein, vol 23, Nov. 1980, pp2331-2332
に開示されている。
【0006】図9では、上記BIPセルのアレイを用い
たDRAMにおけるセルアレイの一部およびそれに対応
して接続されている周辺回路の一部を示している。ここ
で、MCはそれぞれBIPセル、WLはそれぞれワード
線、BLおよび/BLはビット線対、VBLはビット線プ
リチャージ電圧、/EQLはビット線プリチャージ信
号、PRはビット線プリチャージ回路、SAはセンスア
ンプ、CSLはカラム選択信号、CQはカラムスイッ
チ、DQおよび/DQは複数のカラムに共通に接続され
ているデータ線対である。上記センスアンプは、例えば
PMOSセンスアンプとNMOSセンスアンプとからな
るラッチ型センスアンプが用いられており、SAPはP
MOSセンスアンプ駆動制御信号、/SANはNMOS
センスアンプ駆動制御信号である。
【0007】図10(a)、(b)はそれぞれ対応して
BIPセルの“1”データおよび“0”データの読み出
し動作の一例についてシミュレーションの結果を示すタ
イミング波形図である。ここでは、セルキャパシタCs
の容量値が10fF、ビット線BL、/BLの各容量値
CBLが200fFであるものと想定しており、セルの記
憶ノード(トランジスタTrとキャパシタCsとの接続
点)の電圧をVc で表わしている。
【0008】次に、図9および図10を参照しながら、
BIPセルの読み出し動作の一例について簡単に説明す
る。ビット線対BL、/BLがプリチャージ回路PRに
より電圧VBLに設定された後、選択されたワード線WL
の電圧が立ち上がると、それに接続されているセルのト
ランジスタTrがオンになり、このトランジスタTrを
介してセルの記憶ノードNと一方のビット線(BLある
いは/BL)とが接続され、セルの記憶データに応じて
上記一方のビット線(BLあるいは/BL)の電位が変
化する。
【0009】この場合、セルの記憶ノードNはセルキャ
パシタCsを介して他方のビット線(/BLあるいはB
L)に結合しているので、上記他方のビット線(/BL
あるいはBL)は前記一方のビット線(BLあるいは/
BL)とは逆方向に電位が変化する。
【0010】このようにBIPセルのデータに応じてビ
ット線対BL、/BL間に生じた電位差はセンスアンプ
SAにより差動増幅されてラッチされ、さらに、選択さ
れたカラム選択スイッチCQを経てデータ線対DQ、/
DQに読み出される。
【0011】なお、上記動作において、ビット線対B
L、/BL間に生じる電位差である信号電圧Vsig(BIP)
は、セルの記憶ノードNにデータとして充電されていた
電圧Vc に依存して次式(1)に示すようになり、この
値が大きければ大きいほどDRAMの動作が安定する。
【0012】 Vsig(BIP)=(Vc −VBL)2 ・Cs/(CBL+2・Cs) ……(1) このようなBIPセルのデータの読み出しに際してセル
キャパシタCsの両端の電荷を有効に利用することによ
り、セルキャパシタCsの一端側であるプレート電極の
電圧を固定する方式のDRAMと比べて、Vsig(BIP)は
2倍程度大きく得られることが知られている。
【0013】また、上記したようなBIPセルのデータ
の読み出しに際して、センスアンプSAが動作してセル
データが読み出された後にビット線対BL、/BLの電
圧が再びプリチャージ回路PRにより電圧VBLに初期化
される時、セルの記憶ノードNにデータとして蓄積され
ていた電圧Vc がセルキャパシタCsに接続されている
ビット線対(BLあるいは/BL)との電荷結合により
増幅される。
【0014】この効果により、セルデータの次回の読み
出しに際してBIPセルからビット線に放出される電荷
量を増加させる、つまり、前式(1)に示した信号電圧
Vsig(BIP)を増加させることができ、DRAMの安定動
作が得られる。
【0015】また、ワード線電圧を昇圧しなくても、セ
ルトランジスタTrの閾値分の低下を伴うことなくセル
の記憶ノードにデータを書き込むことが可能になるの
で、セルトランジスタTrのゲート絶縁膜の耐圧特性の
劣化を抑制したり、上記ゲート絶縁膜の薄膜化が可能に
なる。
【0016】ところで、前記した文献( IBM Technical
Disclosure Bulltein, vol 23, Nov. 1980, pp2331-23
32)においては、64K(キロ)DRAMをベースにし
たBIPセルのセル構造が開示されており、これを近年
のG(ギガ)ビット級のMOS型DRAMセルをベース
にしたBIPセルにそのまま適用するのは以下に述べる
ような問題がある。
【0017】図11は、従来のBIPセルのセル構造を
採用して大容量のDRAMを実現する際に、BIPセル
のセルキャパシタよりも先にビット線を作り込むビット
線先作り型DRAMセルを採用した場合に考えられるメ
モリセルアレイの一部(4行×2列分)の平面パターン
の一部を概略的に示している。
【0018】図12(a)、(b)は、それぞれ対応し
て図11中のA−A線に沿うSDG領域を含む断面構
造、B−B線に沿うセルキャパシタを含む断面構造を概
略的に示している。また、図12(c)は図11の等価
回路を示している。
【0019】図11及び図12(a)乃至(c)におい
て、半導体基板(例えばシリコン基板)の表層部あるい
は半導体層上に形成された複数個の素子領域(活性化領
域)SDGは、それぞれワード線形成方向およびこれに
直交するビット線形成方向に対して斜めに交差する一方
向に所定の長さおよび幅Fを持ち、半導体基板の表層部
に平面的にみて行列状の配置で形成されている。この場
合、素子領域SDGの長さ方向に直交する方向における
素子領域間隔は素子領域の幅Fに等しい。
【0020】上記各素子領域SDGは、中央部から一端
側の領域に1個のBIPセルのMOSトランジスタTr
用の第1のドレイン・チャネル・ソース領域が形成され
ており、上記中央部から他端側の領域に別の1個のBI
PセルのMOSトランジスタTr用の第2のドレイン・
チャネル・ソース領域が形成されており、上記中央部は
上記2個のMOSトランジスタに共通のドレイン領域と
なっている。
【0021】そして、同一行の複数個のMOSトランジ
スタの各中央部(チャネル領域)上にゲート絶縁膜20
を介して、かつ、上記各中央部上を通るように幅Fを持
つワード線WL(図12(a)中、MOSトランジスタ
のゲート電極部を記号Gで示す)が形成されている。こ
の場合、ワード線WL群は、等間隔Fで平行に形成され
ている。
【0022】上記ワード線WL群上に第1層間絶縁膜2
1を介してワード線WL群の形成方向とは直交する方向
にそれぞれ幅Fを持つ下層側のビット線(BLあるいは
/BL)群が形成されており、各ビット線BLはそれぞ
れ同一列の複数個の素子領域SDGの各中央部の不純物
拡散領域(ドレイン領域)23にコンタクトするように
形成されている。この場合、1つのビット線コンタクト
部BCに対して2個のBIPセルが接続されておる。
【0023】さらに、前記素子領域SDGの両端部に
は、BIPセル毎にスタック構造のセルキャパシタCs
の電荷蓄積部(キャパシタ電極6、セルの記憶ノード)
が接続されており、このキャパシタ電極6はBIPセル
のゲート電極Gの上方を覆うように形成されている。
【0024】即ち、上記下層側のビット線BL群上には
第2層間絶縁膜22が形成されており、この第2層間絶
縁膜22には前記セルトランジスタの一端側の不純物拡
散領域(ソース領域)23上に対応してコンタクトホー
ルが開孔されている。そして、上記コンタクトホールに
導電性プラグが埋め込まれるとともに前記第2層間絶縁
膜22上に導電膜が形成された後に上記導電膜がBIP
セルのゲート電極上方を覆うように所定の方形にパター
ニングされてキャパシタ電極6となっている。
【0025】そして、上記キャパシタ電極6上にキャパ
シタ絶縁膜24を介して、かつ、前記ワード線WL群の
形成方向に直交する方向に、つまり、下層側のビット線
に平行な方向にキャパシタプレート電極兼用の上層側の
ビット線(/BLあるいはBL)群が形成されている。
【0026】なお、図11中、上層側のビット線/BL
相互間の距離Lsは、製造プロセスにおけるフォト・リ
ソグラフィ工程の精度で決まる最小加工間隔である。と
ころで、上記したようなBIPセルのアレイを形成する
際、製造プロセスのばらつき(ゆらぎ)により前記電荷
蓄積部(キャパシタ電極)と上層側のビット線とのパタ
ーン合わせにずれが生じることがある。もし、上記パタ
ーン合わせのずれにより、図13に示すように、キャパ
シタ電極6の一部が露出すると、その露出面積分だけセ
ルキャパシタの容量値が減少してしまう。そこで、キャ
パシタ電極6とキャパシタプレート電極/BLとのパタ
ーン合わせ余裕Laを十分に持たせる必要があり、その
分だけ素子の微細化上が妨げられるので、DRAMの一
層の高集積化に際して不利が生じる。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決すべくなされたもので、BIPセルのキャパシタ
電極と上層側のビット電極とのパターン合わせにずれが
生じた場合でも、セルキャパシタの容量値が一定のまま
であり、上記パターン合わせの余裕を持たせる必要がな
くなり、セルキャパシタの高集積化が可能になり、単位
セル当りの面積を縮小化し得るダイナミック型メモリ及
びその製造方法を提供することを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】本発明のダイナミック型
メモリは、半導体基板の表層部あるいは半導体層におい
て平面的にみてワード線形成方向およびこれに直交する
ビット線形成方向に対して斜め方向に形成され、MOS
トランジスタを構成するドレイン・チャネル・ソース領
域が直線状に形成された活性領域と、上記MOSトラン
ジスタのドレイン領域にコンタクトするように形成され
た第1のビット線と、上記MOSトランジスタのチャネ
ル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極
部を有するワード線と、前記MOSトランジスタのソー
ス領域にコンタクトするように形成され、上記第1のビ
ット線上および上記ワード線上に層間絶縁膜を介し、か
つ、所定のパターンを有するように形成されたキャパシ
タ電極と、このキャパシタ電極上にキャパシタ絶縁膜を
介して形成され、上記キャパシタ電極とほぼ同じ平面形
状を有するキャパシタプレート電極と、上記キャパシタ
プレート電極の上表面に接触して形成され、前記第1の
ビット線に対して相補対をなす第2のビット線とを具備
することを特徴とする。
【0029】また、本発明のダイナミック型メモリは、
半導体基板の表層部あるいは半導体層において平面的に
みてワード線形成方向およびこれに直交するビット線形
成方向に対して斜めに交差する方向に形成され、それぞ
れMOSトランジスタを構成する2個のドレイン・チャ
ネル・ソース領域が直線状に形成され、中央部に共通の
ドレイン領域を有する活性領域と、上記活性領域の複数
個が行列状の配置で形成されたセルアレイ領域と、前記
セルアレイ領域のそれぞれ同一行の複数個の活性領域に
おける各MOSトランジスタのチャネル領域上にゲート
絶縁膜を介して形成されたゲート電極部を有し、互いに
平行な方向に形成された複数本のワード線と、上記セル
アレイ領域のそれぞれ同一列の複数個の活性領域におけ
る共通のドレイン領域にコンタクトするように形成さ
れ、互いに平行な方向に形成された複数本の第1のビッ
ト線と、上記第1のビット線上および上記ワード線上に
形成された層間絶縁膜と、上記層間絶縁膜の前記ソース
領域上に対応する部分に開孔されたコンタクトホール内
に埋め込まれ、上記ソース領域にコンタクトした導電性
プラグと、上記導電性プラグに電気的に連なり、前記層
間絶縁膜上で所定のパターンを有するように形成された
キャパシタ電極と、上記キャパシタ電極上にキャパシタ
絶縁膜を介して形成され、上記キャパシタ電極とほぼ同
じ平面形状を有するキャパシタプレート電極と、それぞ
れ前記セルアレイ領域の同一列の複数個のキャパシタプ
レート電極の上表面に接触し、前記第1のビット線に対
して平行な方向に形成され、それぞれ互いに平行な方向
に形成された第2のビット線とを具備することを特徴と
する。
【0030】本発明のダイナミック型メモリの製造方法
は、半導体基板の表層部あるいは半導体層において平面
的にみてワード線形成方向およびこれに直交するビット
線形成方向に対して斜めに交差する方向にそれぞれMO
Sトランジスタを構成する2個のドレイン・チャネル・
ソース領域が直線状に形成されるとともに中央部に共通
のドレイン領域を有する複数個の活性領域を行列状に配
置形成してセルアレイ領域を形成する工程と、上記セル
アレイ領域のそれぞれ同一行の複数個の活性領域におけ
る各MOSトランジスタのチャネル領域上にゲート絶縁
膜を介して形成されたゲート電極部を有する複数本のワ
ード線を互いに平行な方向に形成する工程と、上記ワー
ド線上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、前記セル
アレイ領域のそれぞれ同一列の複数個の活性領域におけ
る共通のドレイン領域にコンタクトする複数本の第1の
ビット線を上記第1の層間絶縁膜上で互いに平行な方向
に形成する工程と、上記第1のビット線上および上記第
1の層間絶縁膜上に第2の層間絶縁膜を形成する工程
と、上記第2の層間絶縁膜および前記第1の層間絶縁膜
の前記ソース領域上に対応する部分にコンタクトホール
を開孔する工程と、上記開孔されたコンタクトホール内
に導電性プラグを埋め込み、前記ソース領域にコンタク
トさせる工程と、前記第2の層間絶縁膜上にキャパシタ
電極形成用の第1の導電膜、キャパシタ絶縁膜形成用の
絶縁膜、キャパシタプレート電極形成用の第2の導電膜
を順次形成する工程と、フォト・リソグラフィ技術およ
び異方性エッチング技術を用いて前記第2の導電膜、絶
縁膜、第1の導電膜をそれぞれパターニングするセルキ
ャパシタ形成工程と、前記セルアレイ領域のそれぞれ同
一列の複数個のキャパシタプレート電極の上表面に接触
し、前記第1のビット線に対して平行な方向で互いに平
行な方向に第2のビット線を形成する工程とを具備する
ことを特徴とする。
【0031】
【発明の実施の形態】本発明のDRAMにおいては、B
IPセル毎のキャパシタ電極上にキャパシタ絶縁膜を介
してキャパシタ電極とほぼ同じ平面位置でほぼ同じ大き
さを有するようにキャパシタプレート電極が形成されて
おり、同一列の複数個のBIPセルのキャパシタプレー
ト電極上に電気的に接触して連なるように上層側のビッ
ト線群が形成されている。
【0032】このような構造によれば、上記したような
BIPセルのアレイを形成する際、製造プロセスのばら
つき(ゆらぎ)によりキャパシタ電極と上層側のビット
線とのパターン合わせにずれが生じた場合でも、セルキ
ャパシタの容量値が一定のままであり、上記パターン合
わせの余裕を持たせる必要がなくなり、セルキャパシタ
の高集積化が可能になるので、単位セル当りの面積を縮
小化することが可能になる。
【0033】また、本発明のDRAMの製造方法におい
ては、第1のビット線上の形成後、第2の層間絶縁膜を
形成し、MOSトランジスタのソース領域にコンタクト
する導電性プラグを埋め込む。この後、第2の層間絶縁
膜上にキャパシタ電極形成用の第1の導電膜、キャパシ
タ絶縁膜形成用の絶縁膜、キャパシタプレート電極形成
用の第2の導電膜を順次形成し、フォト・リソグラフィ
技術および異方性エッチング技術を用いて第2の導電
膜、絶縁膜、第1の導電膜をそれぞれパターニングす
る。
【0034】この際、導電性プラグに電気的に連なるキ
ャパシタプレート電極、キャパシタ絶縁膜、キャパシタ
電極をセルフアラインで形成するので、キャパシタ電極
とほぼ同じ平面形状を有するキャパシタプレート電極を
得ることができる。
【0035】以下、図面を参照して本発明の実施の形態
を詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る
BIPセルのセル構造を採用して実現された大容量のD
RAMにおける例えば図9に示したようなメモリセルア
レイの一部(4行×2列分)について平面パターンの一
部を概略的に示している。
【0036】ここでは、BIPセルのセルキャパシタよ
りも先にビット線を作り込むビット線先作り型DRAM
セルを採用した例を示している。図2及び図3は、それ
ぞれ対応して図1中のA−A線に沿うSDG領域を含む
断面構造及びB−B線に沿うセルキャパシタを含む断面
構造を概略的に示している。
【0037】図1乃至図3に示す構造は、図11及び図
12(a)、(b)に示した構造と比べて、(1)BI
Pセル毎にキャパシタ電極上にキャパシタ絶縁膜を介し
てキャパシタ電極とほぼ同じ平面形状を有するようにキ
ャパシタプレート電極が形成されている点、(2)同一
列の複数個のBIPセルのキャパシタプレート電極上に
電気的に接触して連なるように上層側のビット線が形成
されている点が異なり、その他は同じであるので図11
及び図12(a)、(b)中と同一符号を付している。
【0038】即ち、図1乃至図3において、半導体基板
(例えばシリコン基板)の表層部あるいは半導体層上に
形成された複数個の素子領域(活性化領域)SDGは、
それぞれワード線形成方向およびこれに直交するビット
線形成方向に対して斜めに交差する一方向に所定の長さ
および幅を持ち、半導体基板の表層部に平面的にみて行
列状の配置で形成されている。なお、11は素子分離領
域である。
【0039】上記各素子領域SDGは、中央部から一端
側の領域に1個のBIPセルのMOSトランジスタを構
成する第1のドレイン・チャネル・ソース領域が形成さ
れており、上記中央部から他端側の領域に別の1個のB
IPセルのMOSトランジスタを構成する第2のドレイ
ン・チャネル・ソース領域が形成されており、上記中央
部は上記2個のMOSトランジスタに共通のドレイン領
域となっている。
【0040】そして、同一行の複数個のMOSトランジ
スタの各中央部(チャネル領域)上にゲート絶縁膜20
を介して、かつ、上記各中央部上を通るように幅Fを持
つワード線WL(図2中、MOSトランジスタのゲート
電極部を記号Gで示す。)が形成されている。この場
合、ワード線WL群は、等間隔Fで平行に形成されてい
る。
【0041】さらに、上記ワード線WL群上に絶縁膜2
1を介してワード線WL群の形成方向とは直交する方向
にそれぞれ幅Fを持つ下層側のビット線(BLあるいは
/BL)群が形成されており、各ビット線BLはそれぞ
れ同一列の複数個の素子領域SDGの各中央部の不純物
拡散領域(ドレイン領域)23にコンタクトするように
形成されている。
【0042】さらに、前記素子領域SDGの両端部に
は、BIPセル毎にスタック構造のセルキャパシタCs
の電荷蓄積部(キャパシタ電極6、セルの記憶ノード)
が接続されており、このキャパシタ電極6はBIPセル
のゲート電極上方を覆うように形成されている。
【0043】即ち、上記下層側のビット線BL群上には
層間絶縁膜21が形成されており、この層間絶縁膜21
には前記セルトランジスタの一端側の不純物拡散領域
(ソース領域)23上に対応してコンタクトホールが開
孔されている。そして、上記コンタクトホールに導電プ
ラグ5が埋め込まれ、前記層間絶縁膜21上に導電膜が
形成された後に上記導電膜がBIPセルのゲート電極上
方を覆うように所定の方形にパターニングされてキャパ
シタ電極6となっている。
【0044】そして、上記BIPセル毎のキャパシタ電
極上にキャパシタ絶縁膜24を介してキャパシタ電極6
とほぼ同じ平面形状を有するようにキャパシタプレート
電極8が形成されている。
【0045】そして、同一列の複数個のBIPセルのキ
ャパシタプレート電極8上に電気的に接触して連なるよ
うに、かつ、前記ワード線WL群の形成方向に直交する
方向に、つまり、下層側のビット線に平行な方向に上層
側のビット線(/BLあるいはBL)群が形成されてい
る。なお、図1中、上層側のビット線/BL相互間の距
離Lsは、製造プロセスにおけるリソグラフィ精度で決
まる最小加工間隔である。
【0046】上記実施の形態におけるDRAMにおいて
は、BIPセル毎のキャパシタ電極6上にキャパシタ絶
縁膜24を介してキャパシタ電極とほぼ同じ平面形状を
有するようにキャパシタプレート電極8が形成されてお
り、同一列の複数個のBIPセルのキャパシタプレート
電極8上に電気的に接触して連なるように上層側のビッ
ト線/BL群が形成されている。
【0047】このような構造によれば、上記したような
BIPセルのアレイを形成する際、製造プロセスのばら
つき(ゆらぎ)によりキャパシタ電極6と上層側のビッ
ト線/BLとのパターン合わせにずれが生じた場合で
も、セルキャパシタの容量値が一定のままであり、上記
パターン合わせの余裕(従来例におけるLa)を持たせ
る必要がなくなり、セルキャパシタの高集積化が可能に
なるので、単位セル当りの面積を縮小化することが可能
になる。
【0048】図4及び図5は、図1乃至図3に示したB
IPセルの製造工程の一例におけるウエハー断面の一部
を示している。次に、図4及び図5を参照しながらBI
Pセルの製造工程を説明する。
【0049】まず、図4(a)に示すように、通常のD
RAMセルの形成工程と同様な工程により、シリコン基
板10上にBIPセルのMOSトランジスタのアレイを
形成する。ここで、11は基板表層部に選択的に形成さ
れた素子分離領域、23は選択的に基板表層部の素子形
成領域に形成された基板とは逆導電型の不純物拡散層か
らなるドレイン・ソース領域、20はドレイン・ソース
間のチャネル領域上の基板表面に形成されたMOSトラ
ンジスタ用のゲート絶縁膜、Gはゲート絶縁膜20上に
形成されたMOSトランジスタ用のゲート電極(ワード
線WLの一部)である。
【0050】次に、ゲート電極G上を含む基板上に第1
層間絶縁膜21を形成し、ドレイン領域上に対応して第
1層間絶縁膜にビット線用のコンタクトホールを形成す
る。さらに、ビット線用のコンタクトホールに導電膜を
埋め込むとともに第1層間絶縁膜21上に導電膜を形成
し、これをパターニングして下層側のビット線BLを形
成する。
【0051】次に、下層側のビット線上を含む基板上に
第2層間絶縁膜22を形成し、ソース領域上に対応して
第2層間絶縁膜23および第1層間絶縁膜21にキャパ
シタプラグ用のコンタクトホールを形成する。さらに、
キャパシタプラグ用のコンタクトホールに導電性プラグ
(タングステンあるいは導電性ポリシリコン)5を埋め
込む。
【0052】この際、上記導電性プラグ5からソース領
域用の不純物拡散層23への拡散を防止するために、導
電性プラグ5を覆うように予めコンタクトホール内壁に
バリアメタル71としてTi/TiN積層膜を形成して
おく。また、上記導電性プラグ5を埋め込む際、前記第
2層間絶縁膜22上に堆積される導電性プラグ形成用の
導電膜、バリアメタル形成用の導電膜を除去するととも
に第2層間絶縁膜22の表面を十分に平坦化するために
CMP(化学機械研磨)技術を用いる。
【0053】次に、図4(b)に示すように、前記第2
層間絶縁膜22を含む基板上全面に、キャパシタ電極6
形成用の第1導電膜、キャパシタ絶縁膜24形成用の絶
縁膜、キャパシタプレート電極8形成用の第2導電膜を
順次形成する。
【0054】この際、キャパシタ絶縁膜24形成用の絶
縁膜は、所要の容量値を確保してBIPセルの安定動作
を図るために、膜厚は薄いほど、誘電率は高いほど適し
ているが、従来と同様のSiO2 膜を用いる場合には5
nmが限界である。SiO2膜の膜厚をこれより薄くす
ると、SiO2 膜に流れる電流が増加し、セルデータが
破壊されてしまう。
【0055】そこで、上記SiO2 膜に代わるものとし
て、例えばTaO5 膜とか、Si3N4 とSiO2 膜と
の積層膜などが提案されており、これらはSiO2 膜で
換算すると2〜4nm程度の膜厚が得られている。この
際、キャパシタ電極6形成用の導電膜やキャパシタプレ
ート電極8形成用の導電膜としては導電性ポリシリコン
やタングステンが用いられる。
【0056】また、前記SiO2 膜に代わるものとし
て、BST膜と称される(Ba,Sr)TiO3 膜を用
いると、SiO2 膜で換算すると0.47nm程度の膜
厚が得らるという報告があった。この際、キャパシタ電
極形成用の導電膜やキャパシタプレート電極形成用の導
電膜としてはプラチナが用いられる。
【0057】次に、図4(c)に示すように、前記キャ
パシタプレート電極8形成用の第2導電膜上にレジスト
を形成した後、通常のフォト・リソグラフィ技術を使用
し、キャパシタ電極8の形状(方形)にパターニングし
てレジストパターン75を形成する。そして、上記レジ
ストパターン75をマスクとして、PVD法のような異
方性エッチングにより、前記第2導電膜、絶縁膜、第1
導電膜を順次それぞれ方形にパターニングし、キャパシ
タプレート電極8、キャパシタ絶縁膜24、キャパシタ
電極6を得る。この際、セルフアラインにより、キャパ
シタプレート電極8とキャパシタ電極6とはほぼ同じ平
面形状に形成される。
【0058】次に、上記キャパシタプレート電極8、キ
ャパシタ絶縁膜24、キャパシタ電極6のパターンエッ
ジにおける異方性エッチングによる加工タメージを緩和
するとともに、キャパシタ絶縁膜24の電気的絶縁耐圧
の低下や微小な電流リークを抑制するために、図4
(d)に示すように、キャパシタプレート電極8、キャ
パシタ絶縁膜24、キャパシタ電極6の表面を覆うよう
に薄い絶縁膜79を形成してもよい。
【0059】上記薄い絶縁膜79としては、例えばプラ
ズマCVD法によるTEOS(テトラエトキシシラン)
の分解によりSiO2 膜、あるいは、熱酸化法によるS
iO2 膜を形成する。また、上記薄い絶縁膜79の膜厚
は、前記キャパシタ絶縁膜24の膜厚の2倍以下で十分
である。
【0060】次に、図5(a)に示すように、前記薄い
絶縁膜79を含む基板上全面に、バイアスECRプラズ
マCVD法によりSiO2 膜77を形成する。次に、図
5(b)に示すように、前記SiO2 膜77の表面をC
MP法により平坦化する。この際、キャパシタプレート
電極8の上表面が露出させる。
【0061】次に、図5(c)に示すように、前記Si
O2 膜77を含む基板上全面に、導電膜(例えばAlと
Cuとの合金膜)を形成し、その上にレジストパターン
78を形成し、このレジストパターン78をマスクとし
て上記合金膜をパターニング加工して上層側のビット線
/BLを形成する。
【0062】上記実施の形態におけるDRAMでは、B
IPセル毎のキャパシタ電極6上にキャパシタ絶縁膜2
4を介してキャパシタ電極とほぼ同じ平面位置でほぼ同
じ大きさを有するようにキャパシタプレート電極8が形
成されており、同一列の複数個のBIPセルのキャパシ
タプレート電極8上に電気的に接触して連なるように上
層側のビット線/BL群が形成されている。
【0063】このような構造によれば、BIPセルのア
レイを形成する際、製造プロセスのばらつき(ゆらぎ)
によりキャパシタ電極6と上層側のビット線/BLとの
パターン合わせにずれが生じた場合でも、セルキャパシ
タの容量値が一定のままである。従って、パターン合わ
せの余裕を持たせる必要がなくなり、ワード線方向に沿
って隣り合うBIPセルのキャパシタプレート電極8の
間隔はリソグラフィの最小加工線幅Lsにすることがで
き、セルキャパシタの高集積化が可能になるので、単位
セル当りの面積を縮小化(セルの微細化)上有利にな
る。
【0064】図6(a)は、図1中に示したBIPセル
の変形の形態の平面パターンを概略的に示している。図
6(b)は、同図(a)中のA−A線に沿うセルキャパ
シタを含む断面構造を概略的に示している。
【0065】図7は、図6(b)に示したBIPセルの
製造工程の要部におけるセルキャパシタを含む断面構造
を概略的に示している。上記変形の形態に係るBIPセ
ルは、図1乃至図3に示したBIPセルと比べて、セル
キャパシタの加工時に少なくともキャパシタプレート電
極8の側面に順方向(下拡がり)のテーパがつけられて
いる(なお、ポリシリコン電極に対する順方向テーパの
加工技術は公知である。)点が異なり、その他は同じで
あるので図1乃至図3中と同一符号を付している。
【0066】このような構造によれば、前記したような
図1乃至図3中に示したBIPセルと同様の効果が得ら
れるほか、キャパシタプレート電極8の順方向テーパが
存在するので、上層側ビット線/BLの形成時にワード
線方向にパターン合わせずれが生じて隣りの列のBIP
セルのキャパシタプレート電極に近接した場合でも両者
の短絡が生じ難くなり、上層側ビット線加工時のパター
ン合わせ余裕を増やすことができる。
【0067】なお、本発明のBIPセルのSDG領域
は、上記実施の形態のような半導体基板上に直接に形成
される場合に限らず、SOI(シリコン・オン・インシ
ュレータ)基板上の半導体層上に形成してもよい。
【0068】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、BIP
セルのキャパシタ電極と上層側のビット電極とのパター
ン合わせにずれが生じた場合でも、セルキャパシタの容
量値が一定のままであり、上記パターン合わせの余裕を
持たせる必要がなくなり、セルキャパシタの高集積化が
可能になり、単位セル当りの面積を縮小化し得るダイナ
ミック型メモリ及びその製造方法を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係るDRAMにおける
セルアレイの一部の平面パターンを示す図。
【図2】 本発明の実施の形態に係るDRAMにおける
セルアレイの一部の断面構造を示す図。
【図3】 本発明の実施の形態に係るDRAMにおける
セルアレイの一部の断面構造を示す図。
【図4】 図1乃至図3に示したBIPセルの製造方法
の一例に係る製造工程におけるウエハー断面の一部を示
す断面図。
【図5】 図4の工程につづく工程におけるウエハー断
面の一部を示す断面図。
【図6】 図1乃至図3中に示したBIPセルの変形の
形態の平面パターンおよび断面構造を示す図。
【図7】 図6中に示したBIPセルの製造工程の一部
を示す断面図。
【図8】 1トランジスタ・1キャパシタ型のDRAM
セルの等価回路を示す図。
【図9】 従来のBIPセルを用いたDRAMにおける
メモリセルアレイおよびその周辺回路の一部の等価回路
を示す図。
【図10】 図9中のBIPセルの“1”データおよび
“0”データの読み出し動作の一例についてシミュレー
ションの結果を示すタイミング波形図。
【図11】 従来のBIPセルを用いた大容量型のDR
AMにおけるメモリセルアレイの一部の平面パターンを
示す図。
【図12】 従来のBIPセルを用いた大容量型のDR
AMにおけるメモリセルアレイの一部の断面構造および
等価回路を示す図。
【図13】 図11の平面パターンを拡大して示す図。
【符号の説明】
5…導電性プラグ、 6…キャパシタ電極、 8…キャパシタプレート電極、 10…半導体基板、 11…素子分離領域、 20…ゲート絶縁膜、 21、22…層間絶縁膜、 23…不純物拡散領域、 24…キャパシタ絶縁膜、 71…バリアメタル、 77…絶縁膜、 79…ゲート電極保護用絶縁膜、 SDG…活性領域、 BL、/BL…ビット線対、 WL…ワード線、 G…ゲート電極部、 BC…ビット線コンタクト領域。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表層部あるいは半導体層に
    おいて平面的にみてワード線形成方向およびこれに直交
    するビット線形成方向に対して斜め方向に形成され、M
    OSトランジスタを構成するドレイン・チャネル・ソー
    ス領域が直線状に形成された活性領域と、 上記MOSトランジスタのドレイン領域にコンタクトす
    るように形成された第1のビット線と、 上記MOSトランジスタのチャネル領域上にゲート絶縁
    膜を介して形成されたゲート電極部を有するワード線
    と、 前記第1のビット線上および上記ワード線上に層間絶縁
    膜を介して所定のパターンを有し、前記MOSトランジ
    スタのソース領域にコンタクトするように形成されたキ
    ャパシタ電極と、 このキャパシタ電極上にキャパシタ絶縁膜を介して形成
    され、上記キャパシタ電極とほぼ同じ平面形状を有する
    キャパシタプレート電極と、 上記キャパシタプレート電極の上表面に接触して形成さ
    れ、前記第1のビット線に対して相補対をなす第2のビ
    ット線とを具備することを特徴とするダイナミック型メ
    モリ。
  2. 【請求項2】 半導体基板の表層部あるいは半導体層に
    おいて平面的にみてワード線形成方向およびこれに直交
    するビット線形成方向に対して斜めに交差する方向に形
    成され、それぞれMOSトランジスタを構成する2個の
    ドレイン・チャネル・ソース領域が直線状に形成され、
    中央部に共通のドレイン領域を有する活性領域と、 上記活性領域の複数個が行列状の配置で形成されたセル
    アレイ領域と、 前記セルアレイ領域のそれぞれ同一行の複数個の活性領
    域における各MOSトランジスタのチャネル領域上にゲ
    ート絶縁膜を介して形成されたゲート電極部を有し、互
    いに平行な方向に形成された複数本のワード線と、 上記セルアレイ領域のそれぞれ同一列の複数個の活性領
    域における共通のドレイン領域にコンタクトするように
    形成され、互いに平行な方向に形成された複数本の第1
    のビット線と、 上記第1のビット線上および上記ワード線上に形成され
    た層間絶縁膜と、 上記層間絶縁膜の前記ソース領域上に対応する部分に開
    孔されたコンタクトホール内に埋め込まれ、上記ソース
    領域にコンタクトした導電性プラグと、 上記導電性プラグに電気的に連なるように、前記層間絶
    縁膜上で所定のパターンを有するように形成されたキャ
    パシタ電極と、 上記キャパシタ電極上にキャパシタ絶縁膜を介して形成
    され、上記キャパシタ電極とほぼ同じ平面形状を有する
    キャパシタプレート電極と、 それぞれ前記セルアレイ領域の同一列の複数個のキャパ
    シタプレート電極の上表面に接触し、前記第1のビット
    線に対して平行な方向に形成され、それぞれ互いに平行
    な方向に形成された複数本の第2のビット線とを具備す
    ることを特徴とするダイナミック型メモリ。
  3. 【請求項3】 前記キャパシタプレート電極の側面は順
    方向のテーパが形成されていることを特徴とする請求項
    2記載のダイナミック型メモリ。
  4. 【請求項4】 前記セルアレイ領域における同一列に形
    成されている各1本の第1のビット線および第2のビッ
    ト線は相補的な対をなし、1個の差動型のセンスアンプ
    に接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のい
    ずれか1項に記載のダイナミック型メモリ。
  5. 【請求項5】 前記キャパシタ電極は、前記層間絶縁膜
    上で前記ゲート電極部上方を覆うように形成されている
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載
    のダイナミック型メモリ。
  6. 【請求項6】 半導体基板の表層部あるいは半導体層に
    おいて平面的にみてワード線形成方向およびこれに直交
    するビット線形成方向に対して斜めに交差する方向にそ
    れぞれMOSトランジスタを構成する2個のドレイン・
    チャネル・ソース領域が直線状に形成されるとともに中
    央部に共通のドレイン領域を有する複数個の活性領域を
    行列状に配置形成してセルアレイ領域を形成する工程
    と、 上記セルアレイ領域のそれぞれ同一行の複数個の活性領
    域における各MOSトランジスタのチャネル領域上にゲ
    ート絶縁膜を介して形成されたゲート電極部を有する複
    数本のワード線を互いに平行な方向に形成する工程と、 上記ワード線上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、 前記セルアレイ領域のそれぞれ同一列の複数個の活性領
    域における共通のドレイン領域にコンタクトする複数本
    の第1のビット線を上記第1の層間絶縁膜上で互いに平
    行な方向に形成する工程と、 上記第1のビット線上および上記第1の層間絶縁膜上に
    第2の層間絶縁膜を形成する工程と、 上記第2の層間絶縁膜および前記第1の層間絶縁膜の前
    記ソース領域上に対応する部分にコンタクトホールを開
    孔する工程と、 上記開孔されたコンタクトホール内に導電性プラグを埋
    め込み、前記ソース領域にコンタクトさせる工程と、 前記第2の層間絶縁膜上にキャパシタ電極形成用の第1
    の導電膜、キャパシタ絶縁膜形成用の絶縁膜、キャパシ
    タプレート電極形成用の第2の導電膜を順次形成する工
    程と、 フォト・リソグラフィ技術および異方性エッチング技術
    を用いて前記第2の導電膜、絶縁膜、第1の導電膜をそ
    れぞれパターニングするセルキャパシタ形成工程と、 前記セルアレイ領域のそれぞれ同一列の複数個のキャパ
    シタプレート電極の上表面に接触し、前記第1のビット
    線に対して平行な方向で互いに平行な方向に第2のビッ
    ト線を形成する工程とを具備することを特徴とするダイ
    ナミック型メモリの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記セルキャパシタ形成工程は、前記第
    2の導電膜の側面に順方向のテーパをつけることを特徴
    とする請求項6記載のダイナミック型メモリの製造方
    法。
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