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JP3752795B2 - Manufacturing method of semiconductor memory device - Google Patents

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JP3752795B2
JP3752795B2 JP24816797A JP24816797A JP3752795B2 JP 3752795 B2 JP3752795 B2 JP 3752795B2 JP 24816797 A JP24816797 A JP 24816797A JP 24816797 A JP24816797 A JP 24816797A JP 3752795 B2 JP3752795 B2 JP 3752795B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細であってかつ蓄積容量が大きな半導体記憶装置の製造方法に関する。特に、高集積化に好適なダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
これまで、3年に4倍のペースで集積化の向上を実現してきたダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM:Dynamic Random Access Memory)は、近年のパーソナルコンピュータの爆発的な売上に牽引されて、その需要はますます高まりつつある。既に、16メガビットの量産体制が整いつつあり、現在は、次世代の微細加工技術である0.35μmを使用する64メガビットの量産化に向けた開発が進行している。
【0003】
メモリセルの微細化を実現するために、4M世代以降では小面積で大きな容量値を確保するべく、キャパシタ構造が立体化されてきた。ところが、必要とされる蓄積電荷量は、世代が進んでもほとんど変わらない為、キャパシタの高さは、世代と共に、益々高くなっていく。この結果、特にキャパシタをデータ線の上部に形成するCOBセル(COB:Capacitor Over Bit-line)の場合、メモリセル部と周辺回路部との間に、高段差が生じることになる。
【0004】
具体的に述べると、例えば、次々世代のDRAMである1ギガビットDRAMの場合、キャパシタ絶縁膜としてタンタルオキサイド(シリコン酸化膜厚換算3.3nm)を用い、王冠型キャパシタを採用したと仮定すると、キャパシタの高さは約1ミクロンとなる。これだけの段差がメモリセルアレー部と周辺回路部に存在すると、後の金属配線形成工程において、ホトリソグラフィやドライエッチが極めて困難になる。ホトリソグラフィに関して言えば、解像度と焦点深度が反比例の関係にあるために、解像度をあげて微細パタンを形成しようとすると、焦点深度が浅くなる。従って、高段差があると解像不良が生じることになる。勿論、ドライエッチに関しては高段差加工となり、エッチ残りや寸法シフト等の問題が生じることになる。
【0005】
こうした問題を解決する手段として、図2に示したように、あらかじめSi基板上に段差を設け、メモリセルアレー部の基板表面を低くすることによって、段差を緩和する方法が提案されている(特開昭63-266866号公報)。しかし、この技術は、最小加工寸法0.15ミクロンの1ギガクラスのDRAMに適用するのは難しい。以下にその理由を述べる。
【0006】
特開昭63-266866号公報に開示された技術では、最初に、Starting materialとしての半導体基板(ウエハ)に段差を形成するので、素子分離領域の表面の高さも、メモリアレー部と周辺回路部で異なることになる。従来は、選択的に酸化膜を形成させる技術(LOCOS:Local Oxidation of Silicon)が一般に用いられていたので、高段差を有するウエハ内に、こうした素子分離領域を形成することができた。ところが、1GビットDRAMでは素子分離寸法が0.15ミクロンとなる。この寸法でLOCOSを用いて電気的に素子を分離することは不可能であり、浅溝素子分離(STI:Shallow Trench Isolation)技術が必須と考えられている。ところが、STIはシリコン表面に形成された溝内に厚い酸化膜を埋め込み、表面を一様に研磨することによって、局所的に酸化膜を埋め込む。従って、基板に段差がある場合には、段差底部は全面に酸化膜が埋め込まれてしまい、特開昭63-266866号公報に開示の技術には適用できないことになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、1ギガビット以上の集積度を有する半導体記憶装置(具体的にはDRAM)の製造方法において、深刻な課題となる、メモリセルアレー部と周辺回路部との間の高段差を緩和させる技術を提供することにある。
【0008】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いて開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。すなわち、本発明の一つは、半導体基体主面に、それぞれ駆動MISFETと電荷蓄積容量素子で構成された複数のメモリセルが配置されたメモリセルアレー部と、そのメモリセルアレー部の周辺に複数のMISFETで構成された周辺回路が配置された周辺回路部とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記メモリセルアレー部にビット線を、前記周辺回路部に第1層配線を形成する工程と、前記ビット線及び前記第1層配線を覆って第1の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1層配線に接続される第1プラグを前記第1の層間絶縁膜に形成する工程と、前記メモリセルアレー部上の前記第1の層間絶縁膜を除去し、前記メモリセルアレー部にリセスを形成する工程と、前記メモリセルアレー部であって、前記ビット線上に電荷蓄積容量素子を形成する工程と、前記電荷蓄積容量素子および第1の層間絶縁膜を覆うように第2の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1プラグに直接接続される第2プラグを前記第2の層間絶縁膜に形成する工程と、前記第1プラグ及び前記第2プラグを介して前記第1層配線に接続される第2層配線を形成する工程とを有する半導体記憶装置の製造方法とする。
【0010】
また、本発明の他の一つは、半導体基体主面に、複数の第1のトランジスタが配置されたメモリセルアレー部と、そのメモリセルアレー部の周辺に複数の第2のトランジスタで構成された周辺回路が配置された周辺回路部とを有する半導体装置の製造方法であって、前記メモリセルアレー部にビット線を、前記周辺回路部に第1層配線を形成する工程と、前記ビット線及び前記第1層配線を覆って第1の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1層配線に接続される第1プラグを前記第1の層間絶縁膜に形成する工程と、前記第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、前記周辺回路部上および前記メモリセルアレー部の電荷蓄積容量素子が形成される領域の前記第2の層間絶縁膜を残すように、前記第2の層間絶縁膜を除去する工程と、前記メモリセルアレー上の前記第2の層間絶縁膜の側壁に前記電荷蓄積容量素子の下部電極となる膜を形成する工程と、前記メモリセルアレー上の前記第2の層間絶縁膜を除去し、側壁に形成された前記下部電極となる膜を残す工程と、
前記下部電極となる膜を覆って容量絶縁膜を形成する工程と、その後、前記電荷蓄積容量素子の上部電極を、前記メモリセルアレー部から前記周辺回路部上の前記第2の層間絶縁膜の上端部にまで延伸して形成する工程と、前記電荷蓄積容量素子および第2の層間絶縁膜を覆うように第3の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1プラグに直接接続される第2プラグを、前記第2の層間絶縁膜及び前記第3の層間絶縁膜の積層膜を貫通して形成する工程と、前記第1プラグ及び前記第2プラグを介して前記第1層配線に接続される第2層配線を形成する工程とを有する半導体記憶装置の製造方法とする。
【0011】
また、本発明の他の一つは、メモリセルアレー部と周辺回路部とを構成する半導体記憶装置の製造方法であって、半導体基板のメモリセルアレー部主面および周辺回路部主面にそれぞれ MISFETs を形成する工程と、前記メモリセルアレー部にビット線を、前記周辺回路部に第1層配線を形成する工程と、前記ビット線が形成されたメモリセルアレー部上および前記第1層配線が形成された周辺回路部主面上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、前記周辺回路部主面上に形成された前記第1の層間絶縁膜に前記第1層配線に接続される第1のプラグを形成する工程と、前記第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、前記周辺回路部上の前記第1の層間絶縁膜と前記第2の層間絶縁膜の積層膜は残し、前記メモリセルアレー部の電荷蓄積容量素子が形成される領域の前記積層膜を除去する工程と、前記積層膜の側壁に、電荷蓄積容量素子の下部電極となる膜を形成する工程と、前記下部電極となる膜上に前記電荷蓄積容量素子の容量絶縁膜を形成する工程と、その後、
前記電荷蓄積容量素子の上部電極を、前記メモリセルアレー部から前記周辺回路部上の前記第2の層間絶縁膜の上端部にまで延伸して形成する工程と、前記電荷蓄積容量素子および第2の層間絶縁膜を覆うように第3の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1プラグに直接接続される第2プラグを、前記第2の層間絶縁膜及び前記第3の層間絶縁膜の積層膜を貫通して形成する工程と、前記第1プラグ及び前記第2プラグを介して前記第1層配線に接続される第2層配線を形成する工程とを有する半導体記憶装置の製造方法とする。
【0012】
そしてさらに、本発明の他の一つは、半導体基体主面に、複数の第1のトランジスタが配置されたメモリセルアレー部と、そのメモリセルアレー部の周辺に複数の第2のトランジスタで構成された周辺回路が配置された周辺回路部とを有する半導体記憶装置の製造方法であって、前記メモリセルアレー部にビット線を、前記周辺回路部に第1層配線を形成する工程と、前記ビット線及び前記第1層配線を覆って第1の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1層配線に接続される第1プラグを前記第1の層間絶縁膜に形成する工程と、前記メモリセルアレー部に電荷蓄積容量素子の筒状の下部電極を形成する工程と、前記筒状の下部電極の側壁外面の上部及び側壁内面を容量絶縁膜で覆う工程と、その後、前記電荷蓄積容量素子の上部電極を、前記第1の層間絶縁膜の上端部にまで延伸して形成する工程と、前記電荷蓄積容量素子および第1の層間絶縁膜を覆うように第2の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1プラグに直接接続される第2プラグを、前記第2の層間絶縁膜に形成する工程と、前記第1プラグ及び前記第2プラグを介して前記第1層配線に接続される第2層配線を形成する工程とを有する半導体記憶装置の製造方法とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0014】
実施例1
まず、図1を参照して、本発明の一実施の形態であるDRAMを説明する。図1に示された断面図において、中央左側がメモリセルアレーが構成されたメモリアレー部であり、中央右側が周辺回路を構成している周辺回路部である。すなわち、図1は、図2に示した従来の半導体基板に対応する部分に作り込まれたメモリセルアレーデバイス及び周辺回路デバイスの部分断面図を示す。
【0015】
図1において、シリコン(Si)半導体基体(基板)1内には複数の絶縁ゲート電界効果型トランジスタ(MISFET:Metal insulator semiconductor field effect transistor)を分離するための、いわゆる素子間分離酸化膜2が形成されている。この素子間分離酸化膜2は、後で詳細に説明する浅溝素子分離(STI)技術により形成され、ほぼ半導体基板表面との段差が等しい。そして、メモリアレー部には基板表面にゲート酸化(SiO2)膜3が形成され、そのゲート酸化膜3上にポリシリコン4、チタンナイトライド(TiN)5およびタングステン(W)6から成る三層構造の低抵抗化されたゲート電極が形成され、複数の転送MISFETを構成する。そして、そのゲート電極はシリコンナイトライド(SiN)で覆われている。同様に、周辺回路部のMISFETも上記転送MISFETと同一構成で形成されている。これらMISFETを覆うように層間絶縁膜としてのシリコン酸化(SiO2)膜9が基板1主面全体に形成されている。そして、このシリコン酸化膜9には基板内に選択的に設けられている半導体領域(ソース・ドレイン)とコンタクトするための接続穴(コンタクト穴)が形成されている。すなわち、ビット線およびストレージノード用のコンタクト穴がこのシリコン酸化膜9に設けられている。そして、そのコンタクト穴にはチタンナイトライド(TiN)がプラグとして埋め込まれている。このシリコン酸化膜9上にはビット線601A、インターコネクト配線601Bが形成されている。このビット線601Aおよびインターコネクト配線601Bを覆うように層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜901が形成されている。さらに、このシリコン酸化膜901には、上記シリコン酸化膜9のストレージノード用のコンタクト穴に一致して(多少ずれていてもよい)、ストレージノード用のコンタクト穴が設けられている。そして、そのストレージノード用のコンタクト穴にTiNプラグ502が形成されている。
【0016】
本発明によって特徴づけられた構成は、以下に説明するこのシリコン酸化膜901上に形成されたメモリセルアレー部の電荷蓄積容量素子および周辺回路部の配線より成る。
【0017】
メモリセルアレー部のシリコン酸化膜901上にTiNプラグ502にコンタクトする電荷蓄積容量素子(キャパシタ)の下部電極12が形成されている。一方、周辺回路部のシリコン酸化膜901上には層間絶縁膜(第1の層間絶縁膜)902,903が選択的に形成されている。すなわち、周辺回路部の絶縁膜上方には周辺回路部を局所的に覆う層間膜が形成され、この局所層間膜によりメモリセルアレー部はリセスに位置づけられることになる。
【0018】
そして、そのメモリセルアレー部(リセス部)の下部電極12上それぞれには下部電極12Aがクラウン型(筒状)に形成され、この下部電極12Aの高さは、キャパシタ容量を増大させるために、周辺回路を覆う層間絶縁膜(第1の層間絶縁膜)902,903表面を越える高さを有している。言い換えると、周辺回路部を局所的に覆う層間膜(第1の層間絶縁膜)902,903の上面が、該メモリセルアレー部のキャパシタの上面よりも低い位置にある。
【0019】
この下部電極12A表面(内壁面および外壁面)を覆うようにキャパシタの誘電体を構成する絶縁膜が薄く被覆されている。図1にはその絶縁膜を示していない。そして、メモリセルアレー部の複数のクラウン型下部電極12A上には、共通のプレート電極を構成する上部電極14が埋め込み形成され、その上部電極14表面は平坦化されている。また、その上部電極14の一部は局所的に覆う層間膜(第1の層間絶縁膜)902,903上に延在するようにパターン形成されている。この上部電極14および周辺回路部を局所的に覆う層間膜(第1の層間絶縁膜)902,903上全体を覆うように層間絶縁膜(第2の層間絶縁膜)905が平坦形成されている。そして、この層間絶縁膜(第2の層間絶縁膜)905には、上部電極14の一部を露出するコンタクト穴および層間膜(第1の層間絶縁膜)902,903のコンタクト穴内に埋め込まれたWプラグ605上部を露出するコンタクト穴がほぼ同じアスペクト比で形成されている。すなわち、これら複数のコンタクト穴は同時加工されたものである。そして、この間絶縁膜(第2の層間絶縁膜)905に設けられたコンタクト穴には、プレート電極引き出しWプラグ605Aおよび周辺回路配線引き出しWプラグ605が埋め込み形成されている。
【0020】
段差がほとんどないこの層間絶縁膜(第2の層間絶縁膜)905上には上記プレート電極引き出しWプラグ605Aおよび周辺回路配線引き出しWプラグ605にそれぞれ接続された複数の第1配線(チタンナイトライド/アルミニウム/チタンナイトライド積層膜)5がパターン形成されている。そして、複数の第1配線5を覆うように層間絶縁膜(第2の層間絶縁膜)906が形成されている。また、この層間絶縁膜(第3の層間絶縁膜)906に設けられたコンタクト穴には、プレート電極引き出しWプラグ606が埋め込み形成されている。
【0021】
そして、段差がほとんどないこの層間絶縁膜(第3の層間絶縁膜)906上には上記プレート電極引き出しWプラグ606に接続された第2配線(チタンナイトライド/アルミニウム/チタンナイトライド積層膜)1501がパターン形成されている。
【0022】
つぎに、本発明の実施例を、データ対線構造を有するDRAMを例に、図3から図30にその製造工程をたどりながら詳細に説明する。
【0023】
なお、本実施例において、メモリセルアレー部とは、例えば、一つの転送MISFET(Metal Insulator Semicondudtor Field Effect Transistor)と電荷蓄積容量素子(キャパシタ)とを1メモリセルとし、そのメモリセルが一つの半導体チップに規則的に複数配置されている部分を言う。また、このメモリセルアレー部には複数のダミーセル及びセンスアンプも含む。一方、周辺回路部とはそのメモリセルアレー部以外、例えばアドレスデコーダ、入出力バッファ等を構成した部分を言う。後述する他の実施例2、3においても同様とする。
【0024】
まず始めに、半導体基板(1)を用意して、図3に示すように浅溝素子分離領域(2)を形成する。具体的な形成方法は、まず、基板(1)に深さ 0.3 μ m( ミクロンメータ)程度の分離溝を公知のドライエッチ法を用いて形成し、溝側壁や底面のドライエッチ起因損傷を取り除く。しかる後、公知のCVD (Chemical Vapor Deposition) 法を用いてシリコンの酸化膜を 0.4 μ m 程度の膜厚で堆積し、溝ではない部分にある酸化膜を、これも公知のCMP (Chemical Mechanical Polishing) 法で選択的に研磨し、溝に埋まっている酸化膜(2)だけを残した。続いて、その基板(1)表面にウエル及びパンチスルーストッパ領域を形成する為に、不純物イオンを打ち込む。5nmのゲート酸化膜(3)を形成した後に、50nmのノンドープのポリシリコン(4)を公知のCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて堆積する。2極性ゲート形成の為に、Nゲート領域にはリンイオンをエネルギー5keV、ドーズ量2e15cm-2の条件で打ち込み、Pゲート領域にはボロンイオンをエネルギー2keV、ドーズ量2e15cm-2の条件で打ち込む。勿論、リンの代わりにヒ素を、ボロンの代わりにBF2を用いても構わない。続いて、ワード線抵抗を低減する為にTiN(5)を20nm、W(6)を80nmスパッタする。TiN(5)はポリシリコン(4)とW(6)の間のシリサイド化反応を抑える為であり、WNを代わりに用いることもできる。さらに、自己整合コンタクト用として、CVD法を用いてSiN(7)を100nm堆積して図4のようになった。つづいて、公知のドライエッチ法を用いて、図5のようにSiN/W/TiN/poly-Siを加工し、ゲート電極を形成する。
次に、MOSFETの拡散層形成の為に、N 型のMOSFETにはヒ素イオンをエネルギー20keV、ドーズ量1e15cm-2の条件で、P型のMOSFETにはBF2イオンをエネルギー20keV、ドーズ量1e13cm-2の条件で、打ち込む。さらにCVD法を用いてSiN(701)を50nm堆積し図6のようになる。350nmの酸化膜(9)をCVD法を用いて堆積し平坦化を行い、コンタクトホール加工のマスク用にSiN(702)を50nm堆積し図7のようになる。レジストをマスクにSiN(702)にビット線やストレージノード用の直径0.15um (ミクロンメータ)の穴を開口し、このSiNをマスクに酸化膜加工を行い、下地SiN(701)を露出させ図8のようになる。ゲート電極はSiNで完全に覆われているので、酸化膜加工の際にゲート電極が露出することはなかった。また、酸化膜加工の際、加工マスクに用いたSiNは約30nm削れて残り20nmとなった。このように酸化膜加工にレジストではなく、SiNを用いることによって、0.15umという微細な穴を加工することが出来た。続いて、50nmのSiNドライエッチを行い、基板に形成された拡散層表面を露出させた。勿論、このエッチングでマスクに用いた表面のSiN(702)も同時に除去される。この時、周辺回路のゲート上には余分に100nmのSiNが堆積されているので、このゲート直上のSiNの除去を行った。その為に、図9に示したように、周辺回路のゲート上を開口したレジストをマスクにSiNドライエッチを行う。レジストを除去した後に、拡散層抵抗及びコンタクト抵抗低減のための不純物打ち込みを行う。先ず、P型拡散層領域をレジストで開口し、BF2イオンをエネルギー20keV、ドーズ量1e15cm-2の条件で打ち込む。続いて、レジストを除去した後、N型拡散層領域をレジストで開口し、ヒ素イオンをエネルギー15keV、ドーズ量1e15cm-2で、またリンイオンを、メモリセルトランジスタの電界緩和を目的として、エネルギー25keV、ドーズ量6e12cm-2の条件で打ち込む。次に、TiNプラグの形成を行う。不純物打ち込みマスク用のレジストを除去した後に、CVDにより100nmのTiN(501)を堆積し、図10のようになる。TiNエッチバック工程を行い、TiNプラグを形成し図11を得る。続いて、CVDによりSiN(703)を20nm堆積した後に、図12のようにメモリセルアレー部のビット線コンタクト(10)と周辺回路のコンタクトを開口する。次にビット線に用いるW(601)を50nmスパッタする。さらにCVDによりSiN(704)を50nm堆積し図13を得る。このSiN(704)はゲート上のSiN(7)と同様に、後のメモリコンタクト形成においてビット線との短絡を防止するためのものである。続いて、レジストをマスクにSiN(704)とW(601)をドライエッチし、メモリセルアレー部ではビット線、周辺回路部ではインターコネクト配線が図14のように形成される。更に、短絡防止の為、厚さ50nmのSiN(705)を堆積し、層間絶縁膜として酸化膜(901)を200nm堆積し、エッチバック工程により平坦化し図15のようになる。次に、リンを4e20cm-3の濃度で含むアモルファスシリコン(12)を50nm堆積する。これはキャパシタ下部電極の一部となる。次はメモリコンタクト加工である。レジストをマスクにアモルファスシリコン(12)にコンタクトを開口し、レジストを除去する。さらにアモルファスシリコンをマスクに酸化膜とSiNのドライエッチを行い、図16のようになる。この際、ビット線はSiNで完全に覆われているので、コンタクト穴(1001)形成時にWが露出することは無い。続いて、CVDによりTiN(502)を堆積し、図17のようになる。TiNエッチバックによりTiNプラグを形成し、表面のアモルファスシリコン(12)をメモリセルアレー部全体を覆うように加工し図18を得る。次は、メモリセルアレー部と周辺回路部との段差緩和の為のリセス形成である。そのために酸化膜(902)を500nm堆積し、その上にW(602)を50nmスパッタする。レジストをマスクにW(602)を加工し、このWをマスクに酸化膜及びSiNをドライエッチし図19のようになる。続いて、W(603)を150nmスパッタし、エッチバックを行い図20を得る。W(603)と後に堆積するシリコンとの反応を防止するために、酸化膜(903)を50nm堆積し、ドライエッチによりリセスを加工し、図21のようになる。この時、アモルファスシリコン(12)が酸化膜エッチのストッパとなる。次に、キャパシタ下部電極となるポリシリコン(1201)を900nm堆積する。勿論、このポリシリコンにはリンを4e20cm-3の濃度でドープされている。次にポリシリコンの平坦化を行う。さらに図22のように、段差底部(メモリセルアレー部)に厚さ0.6umのレジスト(1101)を塗布する。再度、レジストを塗布し全面を平坦化させ、エッチバック工程により、レジストとポリシリコンを加工し図23を得る。次は、キャパシタ下部電極加工である。図24のように、レジストをマスクにポリシリコンを100nmエッチングする。次に、酸化膜(904)を50nm堆積し側壁膜形成工程を施し、図25となる。さらに、この酸化膜(904)をマスクにポリシリコンをドライエッチし図26となる。メモリセルアレー部の酸化膜(904)を除去し、キャパシタ絶縁膜として実効酸化膜厚3.3nmのタンタルオキサイドを堆積し、上部電極となるTiN(14)を100nm堆積する。さらにドライエッチにより、TiN(14)を加工し図27となる。続いて、層間絶縁膜として酸化膜(905)を300nm堆積し平坦化させ、W(604)を50nmスパッタし図28となる。レジストをマスクにW(604)を加工し、WをマスクにSiO2を加工し図29を得る。続いて、CVDによりW(605)を150nm堆積し、Wを200nmエッチバックし、図30となった。最後にAl配線を2層形成し、図1に示すような所望の半導体記憶装置を得た。
【0025】
実施例2
本実施例も、リセス構造を設けることによりメモリセルアレー部と周辺回路部の段差を緩和した王冠型DRAMである。実施例1とは下部電極の形成法が異なる。本実施例の製造工程において、実施例1で述べた図15までの製造工程とは同じである。さて、図15の状態から、CVD法によりSiN(706)を50nm堆積し、レジストをマスクにSiNにコンタクトを開口し、酸化膜とSiNのドライエッチを行い、TiNのプラグ電極を形成し、図31のようになる。このSiNは後のキャパシタ加工時のエッチストッパとして用いる。続いて、リンを4e20cm-3の濃度で含むポリシリコン(1202)を100nm堆積し、ドライエッチによりポリシリコンとSiNを加工し図32を得る。次に、酸化膜(907)を500nm、タングステンを50nm堆積する。次いで、レジストをマスクにタングステンを開口し、レジスト除去後、酸化膜とSiNをドライエッチする。さらに、図33のように、エッチバック工程によりWプラグ(607)を形成する。続いて、厚さ300nmの酸化膜(908)、100nmのSiN(707)を堆積し、周辺回路全体を覆うようにSiNを加工し図34を得る。次に、図35のように、メモリアレー部においてSiNと酸化膜をドライエッチし、下地のポリシリコン(1202)を露出させる。さらに、リンを高濃度に含む厚さ50nmのポリシリコン(1203)をCVDにより堆積し、続いてポリシリコン(1203)を150nmドライエッチし、下地のSiN(706)を露出させて図36のようになる。この結果、周辺回路部は上部はSiN(707)で、側面部はポリシリコン(1203)で覆われており、メモリセルアレー部でのみ酸化膜(908)が露出している。ウエットエッチにより、メモリセルアレー部の酸化膜を除去して図37を得る。キャパシタ絶縁膜として、実効酸化膜厚3.3nmのタンタルオキサイドを堆積し、さらに上部電極として厚さ100nmのTiN(1401)を堆積し、ドライエッチによりTiN(1401)とSiN (707)を加工し図38のようになった。この後、実施例1と同様に2層のアルミ配線を施し、所望の半導体記憶装置を得た。
【0026】
実施例3
本実施例は下部電極として、酸化膜トレンチの内壁に堆積されたポリシリコン膜を用いるものである。図31に示した工程までは、実施例1及び2で述べた工程と同様である。
【0027】
さて、図31の状態から、メモリセルアレー部を覆うようにSiN(708)を加工し、図39のようになる。さらに酸化膜(909)を500nm、タングステン(608)を50nm堆積し、レジストをマスクにタングステンを加工し、タングステンをマスクにSiO2とSiNを加工し図40を得る。図41のようにエッチバック工程によりWプラグ(609)を形成する。次いで、酸化膜(910)を300nm、SiN(709)を100nm堆積し、周辺回路部を覆うようにSiNを加工し、図42のようになる。次に、図43に示したように、SiNとSiO2を加工し、メモリセルアレー部にトレンチを形成する。さらに、リンを4e20cm-3の濃度で含むポリシリコン(1204)を50nmの厚さで堆積する。エッチバック工程により、レジスト(1102)をトレンチ内に埋め込み、図44となる。続いて、ドライエッチにより、表面に露出したポリシリコン(1204)を取り除き、レジストを除去して図45のようになる。さらに、キャパシタ絶縁膜として実効酸化膜厚3.3nmのタンタルオキサイドを堆積させ、上部電極となるTiN(1402)を100nm堆積し、ドライエッチによりTiNとSiNを加工し図46のようになる。この後、実施例1と同様に、2層のアルミ配線を施し、所望の半導体記憶装置を得た。
【0028】
本発明におけるDRAMチップの平面レイアウトの一実施例を図47に示す。図47において、4つのメモリセルアレー部(16)を囲むように周辺回路部(18)が十文字配置されている。そして、この周辺回路部(18)にはメモリセルアレー部(16)をくり貫いた形で層間絶縁膜17(第1の層間絶縁膜)が形成されているものである。そしてさらに、チップ(1)の長手方向中央に位置した周辺回路部(18)主面上にはボンデイングパッドBPが直線的に設けられている。
【0029】
次に、本発明におけるDRAMチップの平面レイアウトの他の実施例を図48に示す。図48に示したDRAMチップは1ギガ以上の大容量のDRAMを構成している。図48において、複数のメモリセルアレー部(16)はチップ外周の周辺回路部(18)およびX1,X2方向およびY1,Y2方向の周辺回路部(18)で囲まれている。そして、この周辺回路部(18)にはメモリセルアレー部(16)をくり貫いた形で層間絶縁膜17(第1の層間絶縁膜)が形成されているものである。なお、、チップ(1)の長手方向X1,X2方向に位置した周辺回路部(18)主面にボンデイングパッド(図示せず)が一列(X1またはX2)もしくは二列(X1およびX2)に直線的に設けられている。図49には、本発明におけるメモリセルアレー部における層レイアウトを示す。本発明においては耐ノイズ性に優れる折り返しデータ線構造を用いている。素子形成領域(19)をT型にすることにより、データ線(21)を直線形状とし、リソグラフィとして解像容易な構造としている。データ線の幅と間隔は共には0.16ミクロンであった。ワード線(20)は幅0.15ミクロン、ピッチ0.32ミクロンで配置した。ストレジノードコンタクト(22)及びビット線コンタクト(23)は0.15ミクロン角であった。
【0030】
実施例4
図50に本実施例の断面図を示す。本実施例においては周辺回路におけるプラグ接続を異種材料により形成した。製造工程は実施例1と同様である。下部プラグ24はメモリセルにおけるキャパシタ工程前に形成されるので、800℃程度の耐熱性が要求される。こうした観点から、下部プラグ24の材料としてタングステンを用いた。一方、上部プラグ2401はキャパシタ工程の後に形成されるので、耐熱性は必要ではない。すなわち、上記温度以下の融点を有する導電材料が用いられる。そこで、材料としては低抵抗であるアルミニウムを用いた。勿論、上部プラグ2401としては銅の使用も可能である。また、配線層間の接続プラグ2402としてはアルミニウムを用いたが、耐熱性は要求されないので、銅やタングステンの使用も可能である。
【0031】
実施例5
図51に本実施例の断面図を示す。本実施例においても、製造工程しては、まず周辺回路領域における下部プラグ24、次にメモリセルキャパシタ、続いて周辺回路領域における上部プラグ2401の順に形成した。本実施例の場合、キャパシタは、ビット線の上に堆積した酸化膜のトレンチ内に形成した。この場合、円筒型下部電極の内側だけが用いられる為、キャパシタ表面積としてはこれまでの実施例の約半分となる。この結果、必要な容量を確保するためのキャパシタ高さは約1.5ミクロンであったが、周辺回路とメモリアレーの間に段差が生じないという、これまでの実施例には無い特長がある。この時、図51に示したように、キャパシタ上部電極14が、周辺回路における下部プラグ24よりも高い位置に存在するので、キャパシタ上部電極14への給電を配線15からではなく、配線1501から取った。こうして、コンタクトの数が減った結果として、配線15のレイアウトに余裕ができるという特長がある。
【0032】
実施例6
図52に本実施例の断面図を示す。本実施例の特徴はキャパシタにある。即ち、円筒型下部電極の下半分においては内側だけを、上半分においては電極の両面を、キャパシタの対向表面積として用いる構造とした。この結果、実施例5(図51)の場合よりも、キャパシタ表面積を増大できるので、キャパシタの高さを低減できた。
【0033】
実施例7
メモリアレー部のプラグ材料として、ポリシリコンを用いた場合の断面図を図53に示す。この結果、金属汚染を軽減し、メモリアレーにおけるリーク電流を減少させることができた。
【0034】
実施例8
図54〜56には下部電極に凹凸を形成した場合の実施例を示す。それぞれ、キャパシタの形成法が異なる。この結果、キャパシタの表面積が、増大し、高さを2/3から1/2に低減できた。本実施例においては凹凸の形成にはラグドポリシリコン(Rugged Polysilicon)のエッチバックを用いたが、HSG(Hemispherical Grain)により形成することも可能である。
【0035】
実施例9
図57にキャパシタ絶縁膜として、BSTやPZTなどの高誘電体膜を用いた本実施例の断面図を示す。こうした膜の場合、下部電極として白金(Pt)やルテニウムオキサイド(RuO)が用いられるが、CVD工程が難しい為、立体電極形成が困難という問題点があった。本実施例はこの問題点を解決するものである。即ち、実施例1の図24から図26に示したような、リング形状の酸化膜ハードマスクを用いることによって、ルテニウムオキサイドからなる下部電極25を立体形状に加工することができ、必要な容量を確保することができた。勿論、下部電極として白金を用いることは可能である。また、本実施例においてはキャパシタ上部電極1403としてAl/TiNを用いたが、勿論ルテニウムやルテニウムオキサイドの使用も可能である。
【0036】
【発明の効果】
本発明には、集積度の増大と共に深刻な問題となるメモリセルアレー部と周辺回路部との間の高段差を緩和し、後の配線工程を容易にするという効果がある。また、ビット線を形成した後に、段差を緩和させるので、浅溝素子分離の適用も可能である。更に、周辺回路から引き上げるプラグを複数段つないでいくので、コンタクト穴のアスペクト比を小さくでき、プロセスの信頼性も向上させるという特長を持つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体記憶装置の断面図である。
【図2】従来技術の断面図である。
【図3】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図4】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図5】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図6】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図7】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図8】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図9】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図10】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図11】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図12】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図13】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図14】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図15】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図16】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図17】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図18】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図19】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図20】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図21】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図22】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図23】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図24】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図25】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図26】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図27】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図28】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図29】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図30】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図31】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図32】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図33】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図34】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図35】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図36】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図37】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図38】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図39】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図40】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図41】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図42】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図43】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図44】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図45】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図46】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図47】本発明の一実施形態の半導体記憶装置(チップレイアウト)を示す平面図である。
【図48】本発明の他の実施形態の半導体記憶装置(チップレイアウト)を示す平面図である。
【図49】本発明の半導体記憶装置のマスクレイアウトを示す平面図である。
【図50】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図51】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図52】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図53】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図54】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図55】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図56】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【図57】本発明の半導体記憶装置の1製造工程における断面図である。
【符号の説明】
1−半導体基板2−素子間分離酸化膜3−ゲート酸化膜4−ポリシリコン5、501、502…チタンナイトライド6、601〜606…タングステン7、701〜709…シリコンナイトライド8、801、802…不純物拡散層9、901〜910…シリコン酸化膜10、1001〜1003…コンタクト穴11、1101、1102…レジスト12、1201〜1203…ポリシリコン13…キャパシタ絶縁膜14、1401、1402、1403…キャパシタ上部電極15、1501…チタンナイトライド/アルミニウム/チタンナイトライド積層膜16…メモリセルアレー部17…リセス形成領域18…周辺回路部。19…セルトランジスタ形成領域。20…ワード線。21…ビット線。22…ストレジノードコンタクト。23…ビット線コンタクト。24、2401、2402…プラグ電極25…ルテニウムオキサイド。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a semiconductor memory device that is fine and has a large storage capacity.Manufacturing methodAbout. Dynamic random access memory (DRAM), especially suitable for high integrationManufacturing methodAbout.
[0002]
[Prior art]
The demand for dynamic random access memory (DRAM), which has improved integration at a pace of 4 times in 3 years, has been driven by the explosive sales of personal computers in recent years. Increasingly increasing. The 16-megabit mass production system is already in place, and currently development for mass production of 64-megabit using 0.35 μm, which is the next-generation fine processing technology, is in progress.
[0003]
In order to realize miniaturization of memory cells, the capacitor structure has been three-dimensional in order to secure a large capacitance value with a small area after the 4M generation. However, since the amount of accumulated charge required hardly changes even when the generation progresses, the height of the capacitor becomes higher and higher with the generation. As a result, particularly in the case of a COB cell (COB: Capacitor Over Bit-line) in which a capacitor is formed on the upper portion of the data line, a high step is generated between the memory cell portion and the peripheral circuit portion.
[0004]
Specifically, for example, in the case of 1 gigabit DRAM, which is a next generation DRAM, assuming that a tantalum oxide (silicon oxide film equivalent 3.3 nm) is used as a capacitor insulating film and a crown type capacitor is adopted, The height is about 1 micron. If such a level difference exists in the memory cell array portion and the peripheral circuit portion, photolithography and dry etching become extremely difficult in the subsequent metal wiring formation process. Regarding photolithography, since the resolution and the depth of focus are inversely proportional, when the fine pattern is formed with an increased resolution, the depth of focus becomes shallower. Therefore, if there is a high level difference, a resolution failure will occur. Of course, dry etching is a high step process, which causes problems such as etching residue and dimensional shift.
[0005]
As a means for solving such a problem, as shown in FIG. 2, a method has been proposed in which a step is provided on a Si substrate in advance and the substrate surface of the memory cell array portion is lowered to reduce the step (particularly). (Kaisho 63-266866). However, this technology is difficult to apply to 1 Giga DRAM with a minimum feature size of 0.15 microns. The reason is described below.
[0006]
In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-266866, first, a step is formed on the semiconductor substrate (wafer) as the starting material, so that the surface height of the element isolation region is also set to the memory array part and the peripheral circuit part. It will be different. Conventionally, a technology for selectively forming an oxide film (LOCOS: Local Oxidation of Silicon) has been generally used, and thus, such an element isolation region can be formed in a wafer having a high step. However, the element isolation dimension is 0.15 microns in the 1 Gbit DRAM. It is impossible to electrically isolate elements using LOCOS at this size, and shallow trench isolation (STI) technology is considered essential. However, STI embeds an oxide film locally by embedding a thick oxide film in a groove formed on the silicon surface and polishing the surface uniformly. Therefore, if there is a step in the substrate, the bottom of the step is filled with an oxide film, which cannot be applied to the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-266866.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device (specifically, DRAM) having an integration degree of 1 gigabit or more.Manufacturing methodTherefore, it is an object of the present invention to provide a technique for alleviating a high step between a memory cell array portion and a peripheral circuit portion, which is a serious problem.
[0008]
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  Of the inventions disclosed in the present invention, the outline of typical ones will be briefly described as follows. That is, according to one aspect of the present invention, there is provided a memory cell array portion in which a plurality of memory cells each composed of a drive MISFET and a charge storage capacitor element are disposed on a main surface of a semiconductor substrate, and a plurality of memory cells around the memory cell array portion. Peripheral circuit section where peripheral circuits composed of MISFETs are arranged.A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
A step of forming a bit line in the memory cell array portion and a first layer wiring in the peripheral circuit portion; a step of forming a first interlayer insulating film covering the bit line and the first layer wiring; Forming a first plug connected to the first layer wiring in the first interlayer insulating film; removing the first interlayer insulating film on the memory cell array portion; and recessing the memory cell array portion. Forming a charge storage capacitor element on the bit line, and a second interlayer insulation so as to cover the charge storage capacitor element and the first interlayer insulating film. Forming a film; forming a second plug directly connected to the first plug on the second interlayer insulating film; and interconnecting the first layer via the first plug and the second plug. Forming the second layer wiring connected to A method of manufacturing a semiconductor memory device having a step.
[0010]
  Another aspect of the present invention provides a semiconductor substrate main surface,Manufacturing of a semiconductor device having a memory cell array portion in which a plurality of first transistors are arranged and a peripheral circuit portion in which a peripheral circuit composed of a plurality of second transistors is arranged around the memory cell array portion In the method, a bit line is formed in the memory cell array portion, a first layer wiring is formed in the peripheral circuit portion, and a first interlayer insulating film is formed to cover the bit line and the first layer wiring. Forming a first plug connected to the first layer wiring in the first interlayer insulating film; forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film; Removing the second interlayer insulating film so as to leave the second interlayer insulating film on the peripheral circuit portion and in the region where the charge storage capacitor element of the memory cell array portion is formed; and Said second on the cell array Forming a film to be the lower electrode of the charge storage capacitor element on the side wall of the interlayer insulating film; and removing the second interlayer insulating film on the memory cell array to form the lower electrode formed on the side wall Leaving the film;
Forming a capacitor insulating film covering the film to be the lower electrode; and thereafter, forming the upper electrode of the charge storage capacitor element from the memory cell array portion of the second interlayer insulating film on the peripheral circuit portion. A step of extending to the upper end, a step of forming a third interlayer insulating film so as to cover the charge storage capacitor element and the second interlayer insulating film, and a first connected directly to the first plug Forming two plugs through the laminated film of the second interlayer insulating film and the third interlayer insulating film, and connecting to the first layer wiring through the first plug and the second plug And forming a second layer wiring to be manufactured.
[0011]
  Another aspect of the present invention is:A method of manufacturing a semiconductor memory device comprising a memory cell array part and a peripheral circuit part, wherein the memory cell array part main surface and the peripheral circuit part main surface of the semiconductor substrate are respectively provided MISFETs Forming a bit line in the memory cell array section, forming a first layer wiring in the peripheral circuit section, and forming the first layer wiring on the memory cell array section in which the bit line is formed and the first layer wiring. Forming a first interlayer insulating film on the main surface of the formed peripheral circuit section; and connecting the first interlayer wiring to the first interlayer insulating film formed on the main surface of the peripheral circuit section. A step of forming a first plug; a step of forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film; and the first interlayer insulating film and the second interlayer on the peripheral circuit portion A step of removing the stacked film in a region where the charge storage capacitor element of the memory cell array portion is formed, and a film to be a lower electrode of the charge storage capacitor element on a side wall of the stack film And forming the charge storage capacitor on the film to be the lower electrode. Forming a capacitor insulating film of the element, then,
Forming an upper electrode of the charge storage capacitor element from the memory cell array portion to an upper end portion of the second interlayer insulating film on the peripheral circuit portion; and Forming a third interlayer insulating film so as to cover the interlayer insulating film;
Forming a second plug directly connected to the first plug through the laminated film of the second interlayer insulating film and the third interlayer insulating film; and the first plug and the second plug Forming a second-layer wiring connected to the first-layer wiring through the semiconductor memory device.
[0012]
  In addition, another aspect of the present invention provides a semiconductor substrate main surface,A semiconductor memory device having a memory cell array section in which a plurality of first transistors are arranged and a peripheral circuit section in which a peripheral circuit composed of a plurality of second transistors is arranged around the memory cell array section In the manufacturing method, a step of forming a bit line in the memory cell array section and a first layer wiring in the peripheral circuit section, and a first interlayer insulating film covering the bit line and the first layer wiring Forming a first plug connected to the first layer wiring in the first interlayer insulating film, and forming a cylindrical lower electrode of the charge storage capacitor element in the memory cell array portion. A step, a step of covering an upper surface of the outer side wall of the cylindrical lower electrode and an inner surface of the side wall with a capacitor insulating film, and then the upper electrode of the charge storage capacitor element is extended to the upper end portion of the first interlayer insulating film. Stretching and forming A step of forming a second interlayer insulating film so as to cover the charge storage capacitor element and the first interlayer insulating film, and a second plug directly connected to the first plug is connected to the second interlayer insulating film. A method of manufacturing a semiconductor memory device includes a step of forming a film, and a step of forming a second layer wiring connected to the first layer wiring through the first plug and the second plug.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
Example 1
First, a DRAM according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the cross-sectional view shown in FIG. 1, the center left side is a memory array section in which a memory cell array is configured, and the center right side is a peripheral circuit section that constitutes a peripheral circuit. That is, FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of a memory cell array device and a peripheral circuit device fabricated in a portion corresponding to the conventional semiconductor substrate shown in FIG.
[0015]
In FIG. 1, a so-called element isolation oxide film 2 is formed in a silicon (Si) semiconductor substrate (substrate) 1 for isolating a plurality of insulated gate field effect transistors (MISFETs). Has been. The inter-element isolation oxide film 2 is formed by a shallow trench element isolation (STI) technique, which will be described in detail later, and has substantially the same level difference from the surface of the semiconductor substrate. In the memory array portion, a gate oxide (SiO 2) film 3 is formed on the substrate surface, and a three-layer structure comprising polysilicon 4, titanium nitride (TiN) 5 and tungsten (W) 6 on the gate oxide film 3. Are formed, and a plurality of transfer MISFETs are formed. The gate electrode is covered with silicon nitride (SiN). Similarly, the MISFET in the peripheral circuit section is also formed with the same configuration as the transfer MISFET. A silicon oxide (SiO2) film 9 as an interlayer insulating film is formed on the entire main surface of the substrate 1 so as to cover these MISFETs. The silicon oxide film 9 has connection holes (contact holes) for making contact with semiconductor regions (source / drain) selectively provided in the substrate. That is, contact holes for bit lines and storage nodes are provided in this silicon oxide film 9. In the contact hole, titanium nitride (TiN) is embedded as a plug. On the silicon oxide film 9, a bit line 601A and an interconnect wiring 601B are formed. A silicon oxide film 901 as an interlayer insulating film is formed so as to cover the bit line 601A and the interconnect wiring 601B. Further, the silicon oxide film 901 is provided with a storage node contact hole that coincides with (may be slightly shifted from) the storage node contact hole of the silicon oxide film 9. A TiN plug 502 is formed in the contact hole for the storage node.
[0016]
The structure characterized by the present invention is composed of a charge storage capacitor element of a memory cell array portion and a wiring of a peripheral circuit portion formed on the silicon oxide film 901 described below.
[0017]
A lower electrode 12 of a charge storage capacitor element (capacitor) that contacts the TiN plug 502 is formed on the silicon oxide film 901 in the memory cell array portion. On the other hand, interlayer insulating films (first interlayer insulating films) 902 and 903 are selectively formed on the silicon oxide film 901 in the peripheral circuit portion. That is, an interlayer film that locally covers the peripheral circuit section is formed above the insulating film of the peripheral circuit section, and the memory cell array section is positioned as a recess by the local interlayer film.
[0018]
A lower electrode 12A is formed in a crown shape (cylindrical shape) on the lower electrode 12 of the memory cell array portion (recess portion), and the height of the lower electrode 12A increases the capacitance of the capacitor. The interlayer insulating film (first interlayer insulating film) 902, 903 covering the peripheral circuit has a height exceeding the surface. In other words, the upper surfaces of the interlayer films (first interlayer insulating films) 902 and 903 that locally cover the peripheral circuit section are located lower than the upper surfaces of the capacitors in the memory cell array section.
[0019]
An insulating film constituting the dielectric of the capacitor is thinly coated so as to cover the surface (inner wall surface and outer wall surface) of the lower electrode 12A. FIG. 1 does not show the insulating film. An upper electrode 14 constituting a common plate electrode is embedded and formed on the plurality of crown-type lower electrodes 12A of the memory cell array portion, and the surface of the upper electrode 14 is flattened. Further, a part of the upper electrode 14 is patterned so as to extend on an interlayer film (first interlayer insulating film) 902, 903 that locally covers. An interlayer insulating film (second interlayer insulating film) 905 is formed flat so as to cover the entire upper surface of the interlayer film (first interlayer insulating film) 902, 903 that locally covers the upper electrode 14 and the peripheral circuit portion. The interlayer insulating film (second interlayer insulating film) 905 includes a contact hole exposing a part of the upper electrode 14 and a W plug embedded in the contact holes of the interlayer films (first interlayer insulating films) 902 and 903. A contact hole exposing the top of 605 is formed with substantially the same aspect ratio. That is, the plurality of contact holes are processed at the same time. In the meantime, in the contact hole provided in the insulating film (second interlayer insulating film) 905, a plate electrode lead W plug 605A and a peripheral circuit wiring lead W plug 605 are embedded.
[0020]
On this interlayer insulating film (second interlayer insulating film) 905 having almost no step, a plurality of first wirings (titanium nitride / not connected to the plate electrode leading W plug 605A and the peripheral circuit wiring leading W plug 605) are provided. (Aluminum / titanium nitride laminate film) 5 is patterned. An interlayer insulating film (second interlayer insulating film) 906 is formed so as to cover the plurality of first wirings 5. A plate electrode lead W plug 606 is embedded in a contact hole provided in the interlayer insulating film (third interlayer insulating film) 906.
[0021]
A second wiring (titanium nitride / aluminum / titanium nitride laminated film) 1501 connected to the plate electrode lead W plug 606 is formed on the interlayer insulating film (third interlayer insulating film) 906 having almost no step. Is patterned.
[0022]
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail by taking a DRAM having a data pair structure as an example and following the manufacturing process from FIGS.
[0023]
In this embodiment, the memory cell array unit is, for example, one transfer MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) and a charge storage capacitor element (capacitor) as one memory cell, and the memory cell is one semiconductor. This refers to the portion regularly arranged on the chip. The memory cell array section also includes a plurality of dummy cells and a sense amplifier. On the other hand, the peripheral circuit portion refers to a portion other than the memory cell array portion, for example, an address decoder and an input / output buffer. The same applies to other Examples 2 and 3 to be described later.
[0024]
First, a semiconductor substrate (1) is prepared, and a shallow trench isolation region (2) is formed as shown in FIG. The specific formation method isFirst, the depth to the substrate (1) 0.3 μ m ( A separation groove of about a micrometer) is formed by using a known dry etching method to remove damage caused by dry etching on the side wall and bottom of the groove. After that, well-known CVD (Chemical Vapor Deposition) Silicon oxide film using 0.4 μ m Oxide film that is deposited with a film thickness of about a portion that is not a groove is also known as CMP. (Chemical Mechanical Polishing) This was selectively polished by the method to leave only the oxide film (2) buried in the groove. Subsequently, on the surface of the substrate (1)Impurity ions are implanted to form the well and punch-through stopper regions. After forming a 5 nm gate oxide film (3), a 50 nm non-doped polysilicon (4) is deposited using a known CVD (Chemical Vapor Deposition) method. In order to form a bipolar gate, phosphorus ions are implanted into the N gate region under conditions of energy 5 keV and dose 2e15 cm-2, and boron ions are implanted into the P gate region under conditions of energy 2 keV and dose 2e15 cm-2. Of course, arsenic may be used instead of phosphorus, and BF2 may be used instead of boron. Subsequently, in order to reduce the word line resistance, 20 nm of TiN (5) and 80 nm of W (6) are sputtered. TiN (5) is for suppressing the silicidation reaction between polysilicon (4) and W (6), and WN can be used instead. Further, as a self-alignment contact, SiN (7) was deposited to a thickness of 100 nm using the CVD method, and the result shown in FIG. Subsequently, SiN / W / TiN / poly-Si is processed as shown in FIG. 5 by using a known dry etching method to form a gate electrode.
Next, to form a MOSFET diffusion layer, N-type MOSFETs have arsenic ions with an energy of 20 keV and a dose of 1e15 cm-2, while P-type MOSFETs have BF2 ions with an energy of 20 keV and a dose of 1e13 cm-2. Type in the conditions. Further, SiN (701) is deposited to a thickness of 50 nm by CVD, as shown in FIG. A 350 nm oxide film (9) is deposited using the CVD method and planarized, and 50 nm of SiN (702) is deposited as a contact hole processing mask as shown in FIG. Using resist as mask, SiN (702) with 0.15 diameter for bit line and storage nodeum (Micron meter)8 is opened and an oxide film is processed using this SiN as a mask to expose the underlying SiN (701) as shown in FIG. Since the gate electrode was completely covered with SiN, the gate electrode was not exposed during the oxide film processing. In addition, when processing the oxide film, the SiN used for the processing mask was cut by about 30 nm to the remaining 20 nm. In this way, a fine hole of 0.15um could be processed by using SiN instead of resist for oxide film processing. Subsequently, 50 nm SiN dry etching was performed to expose the surface of the diffusion layer formed on the substrate. Of course, the SiN (702) on the surface used for the mask by this etching is also removed at the same time. At this time, since an extra 100 nm of SiN was deposited on the gate of the peripheral circuit, the SiN directly above the gate was removed. For this purpose, as shown in FIG. 9, SiN dry etching is performed using a resist opened on the gate of the peripheral circuit as a mask. After removing the resist, impurity implantation for reducing the diffusion layer resistance and the contact resistance is performed. First, the P-type diffusion layer region is opened with a resist, and BF2 ions are implanted under the conditions of an energy of 20 keV and a dose of 1e15 cm-2. Subsequently, after removing the resist, the N-type diffusion layer region is opened with a resist, arsenic ions with an energy of 15 keV, a dose of 1e15 cm-2, and phosphorus ions with an energy of 25 keV for the purpose of electric field relaxation of the memory cell transistor, Type in a dose of 6e12cm-2. Next, a TiN plug is formed. After removing the resist for the impurity implantation mask, 100 nm of TiN (501) is deposited by CVD, as shown in FIG. A TiN etch back process is performed to form a TiN plug, and FIG. 11 is obtained. Subsequently, after depositing SiN (703) to a thickness of 20 nm by CVD, the bit line contact (10) of the memory cell array part and the peripheral circuit contact are opened as shown in FIG. Next, W (601) used for the bit line is sputtered by 50 nm. Further, SiN (704) is deposited to a thickness of 50 nm by CVD to obtain FIG. Similar to SiN (7) on the gate, this SiN (704) is for preventing a short circuit with the bit line in the subsequent memory contact formation. Subsequently, SiN (704) and W (601) are dry-etched using a resist as a mask to form bit lines in the memory cell array portion and interconnect wiring in the peripheral circuit portion as shown in FIG. Further, in order to prevent a short circuit, SiN (705) with a thickness of 50 nm is deposited, and an oxide film (901) is deposited with a thickness of 200 nm as an interlayer insulating film, which is flattened by an etch-back process as shown in FIG. Next, amorphous silicon (12) containing phosphorus at a concentration of 4e20 cm −3 is deposited to a thickness of 50 nm. This becomes a part of the capacitor lower electrode. Next is memory contact processing. A contact is opened in amorphous silicon (12) using the resist as a mask, and the resist is removed. Furthermore, dry etching of the oxide film and SiN is performed using amorphous silicon as a mask, as shown in FIG. At this time, since the bit line is completely covered with SiN, W is not exposed when the contact hole (1001) is formed. Subsequently, TiN (502) is deposited by CVD, as shown in FIG. A TiN plug is formed by TiN etch back, and the amorphous silicon (12) on the surface is processed so as to cover the entire memory cell array portion, thereby obtaining FIG. Next, recess formation is performed to reduce the level difference between the memory cell array portion and the peripheral circuit portion. For this purpose, an oxide film (902) is deposited to a thickness of 500 nm, and W (602) is sputtered to a thickness of 50 nm. Using the resist as a mask, W (602) is processed, and the oxide film and SiN are dry-etched using this W as a mask, as shown in FIG. Subsequently, W (603) is sputtered to 150 nm and etched back to obtain FIG. In order to prevent the reaction between W (603) and silicon deposited later, an oxide film (903) is deposited to a thickness of 50 nm, and the recess is processed by dry etching, as shown in FIG. At this time, amorphous silicon (12) serves as a stopper for oxide film etching. Next, polysilicon (1201) to be a capacitor lower electrode is deposited to 900 nm. Of course, this polysilicon is doped with phosphorus at a concentration of 4e20 cm @ -3. Next, the polysilicon is planarized. Further, as shown in FIG. 22, a resist (1101) having a thickness of 0.6 μm is applied to the bottom of the step (memory cell array portion). Again, a resist is applied to flatten the entire surface, and the resist and polysilicon are processed by an etch-back process to obtain FIG. Next is capacitor lower electrode processing. As shown in FIG. 24, the polysilicon is etched by 100 nm using the resist as a mask. Next, an oxide film (904) is deposited to a thickness of 50 nm and a sidewall film forming step is performed, resulting in FIG. Further, using this oxide film (904) as a mask, the polysilicon is dry-etched to obtain FIG. The oxide film (904) in the memory cell array portion is removed, tantalum oxide having an effective oxide thickness of 3.3 nm is deposited as a capacitor insulating film, and TiN (14) serving as the upper electrode is deposited to 100 nm. Further, TiN (14) is processed by dry etching to obtain FIG. Subsequently, an oxide film (905) is deposited as an interlayer insulating film to a thickness of 300 nm and planarized, and W (604) is sputtered to a thickness of 50 nm, resulting in FIG. 29 is obtained by processing W (604) using the resist as a mask and processing SiO2 using W as a mask. Subsequently, W (605) was deposited to 150 nm by CVD, and W was etched back by 200 nm, resulting in FIG. Finally, two layers of Al wiring were formed to obtain a desired semiconductor memory device as shown in FIG.
[0025]
Example 2
This embodiment is also a crown type DRAM in which the recess structure is provided to reduce the step between the memory cell array portion and the peripheral circuit portion. The method of forming the lower electrode is different from that of Example 1. The manufacturing process of the present embodiment is the same as the manufacturing process up to FIG. 15 described in the first embodiment. From the state of FIG. 15, 50 nm of SiN (706) is deposited by CVD, a contact is opened in SiN using a resist as a mask, an oxide film and SiN are dry-etched, and a TiN plug electrode is formed. It will be like 31. This SiN is used as an etch stopper for later capacitor processing. Subsequently, polysilicon (1202) containing phosphorus at a concentration of 4e20 cm −3 is deposited to a thickness of 100 nm, and the polysilicon and SiN are processed by dry etching to obtain FIG. Next, an oxide film (907) is deposited to 500 nm and tungsten is deposited to 50 nm. Next, tungsten is opened using the resist as a mask. After removing the resist, the oxide film and SiN are dry-etched. Further, as shown in FIG. 33, a W plug (607) is formed by an etch back process. Subsequently, an oxide film (908) having a thickness of 300 nm and SiN (707) having a thickness of 100 nm are deposited, and SiN is processed so as to cover the entire peripheral circuit, thereby obtaining FIG. Next, as shown in FIG. 35, SiN and the oxide film are dry-etched in the memory array portion to expose the underlying polysilicon (1202). Further, polysilicon (1203) having a thickness of 50 nm containing phosphorus at a high concentration is deposited by CVD, and then polysilicon (1203) is dry-etched by 150 nm to expose the underlying SiN (706) as shown in FIG. become. As a result, the upper part of the peripheral circuit part is covered with SiN (707) and the side part is covered with polysilicon (1203), and the oxide film (908) is exposed only in the memory cell array part. FIG. 37 is obtained by removing the oxide film in the memory cell array portion by wet etching. Tantalum oxide with an effective oxide thickness of 3.3 nm is deposited as a capacitor insulating film, and TiN (1401) with a thickness of 100 nm is further deposited as an upper electrode, and TiN (1401) and SiN (707) are processed by dry etching. It became like 38. Thereafter, two layers of aluminum wiring were applied in the same manner as in Example 1 to obtain a desired semiconductor memory device.
[0026]
Example 3
In this embodiment, a polysilicon film deposited on the inner wall of the oxide film trench is used as the lower electrode. The steps shown in FIG. 31 are the same as those described in the first and second embodiments.
[0027]
Now, from the state of FIG. 31, SiN (708) is processed so as to cover the memory cell array portion, and becomes as shown in FIG. Further, an oxide film (909) is deposited to 500 nm and tungsten (608) is deposited to 50 nm, tungsten is processed using a resist as a mask, and SiO2 and SiN are processed using tungsten as a mask to obtain FIG. As shown in FIG. 41, a W plug (609) is formed by an etch back process. Next, 300 nm of an oxide film (910) and 100 nm of SiN (709) are deposited, and SiN is processed so as to cover the peripheral circuit portion as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 43, SiN and SiO 2 are processed to form a trench in the memory cell array portion. Further, polysilicon (1204) containing phosphorus at a concentration of 4e20 cm −3 is deposited to a thickness of 50 nm. The resist (1102) is buried in the trench by the etch back process, and FIG. 44 is obtained. Subsequently, the polysilicon (1204) exposed on the surface is removed by dry etching, and the resist is removed as shown in FIG. Further, tantalum oxide having an effective oxide thickness of 3.3 nm is deposited as a capacitor insulating film, TiN (1402) as an upper electrode is deposited to 100 nm, and TiN and SiN are processed by dry etching, as shown in FIG. Thereafter, similarly to Example 1, two layers of aluminum wiring were applied to obtain a desired semiconductor memory device.
[0028]
One embodiment of the planar layout of the DRAM chip in the present invention is shown in FIG. In FIG. 47, the peripheral circuit section (18) is arranged in a cross so as to surround the four memory cell array sections (16). In the peripheral circuit portion (18), an interlayer insulating film 17 (first interlayer insulating film) is formed so as to penetrate the memory cell array portion (16). Furthermore, a bonding pad BP is linearly provided on the main surface of the peripheral circuit portion (18) located at the center in the longitudinal direction of the chip (1).
[0029]
Next, another embodiment of the planar layout of the DRAM chip in the present invention is shown in FIG. The DRAM chip shown in FIG. 48 constitutes a large capacity DRAM of 1 giga or more. In FIG. 48, a plurality of memory cell array sections (16) are surrounded by a peripheral circuit section (18) on the outer periphery of the chip and peripheral circuit sections (18) in the X1, X2 and Y1, Y2 directions. In the peripheral circuit portion (18), an interlayer insulating film 17 (first interlayer insulating film) is formed so as to penetrate the memory cell array portion (16). Note that bonding pads (not shown) are linearly arranged in one row (X1 or X2) or two rows (X1 and X2) on the main surface of the peripheral circuit portion (18) located in the longitudinal direction X1, X2 direction of the chip (1). Provided. FIG. 49 shows a layer layout in the memory cell array portion in the present invention. In the present invention, a folded data line structure having excellent noise resistance is used. By making the element formation region (19) T-shaped, the data line (21) has a linear shape, and has a structure that can be easily resolved as lithography. Both the width and spacing of the data lines were 0.16 microns. The word line (20) was arranged with a width of 0.15 microns and a pitch of 0.32 microns. The storage node contact (22) and the bit line contact (23) were 0.15 micron square.
[0030]
Example 4
FIG. 50 shows a sectional view of this example. In this embodiment, the plug connection in the peripheral circuit is formed of a different material. The manufacturing process is the same as in Example 1. Since the lower plug 24 is formed before the capacitor process in the memory cell, heat resistance of about 800 ° C. is required. From this point of view, tungsten was used as the material for the lower plug 24. On the other hand, since the upper plug 2401 is formed after the capacitor process, heat resistance is not necessary. That is, a conductive material having a melting point equal to or lower than the above temperature is used. Therefore, aluminum having low resistance was used as a material. Of course, copper can be used as the upper plug 2401. Further, although aluminum is used as the connection plug 2402 between the wiring layers, since heat resistance is not required, copper or tungsten can also be used.
[0031]
Example 5
FIG. 51 shows a sectional view of this embodiment. Also in this embodiment, as a manufacturing process, first, the lower plug 24 in the peripheral circuit region, the memory cell capacitor, and then the upper plug 2401 in the peripheral circuit region are formed in this order. In this embodiment, the capacitor is formed in the trench of the oxide film deposited on the bit line. In this case, since only the inside of the cylindrical lower electrode is used, the capacitor surface area is about half that of the previous embodiments. As a result, the height of the capacitor for securing the necessary capacity is about 1.5 microns, but there is a feature not present in the previous embodiments that no step is generated between the peripheral circuit and the memory array. At this time, as shown in FIG. 51, since the capacitor upper electrode 14 exists at a position higher than the lower plug 24 in the peripheral circuit, power supply to the capacitor upper electrode 14 is taken not from the wiring 15 but from the wiring 1501. It was. Thus, as a result of the reduction in the number of contacts, there is a feature that there is a margin in the layout of the wiring 15.
[0032]
Example 6
FIG. 52 shows a cross-sectional view of this example. A feature of this embodiment is a capacitor. That is, only the inner side is used in the lower half of the cylindrical lower electrode, and both sides of the electrode are used as the opposing surface area of the capacitor in the upper half. As a result, the capacitor surface area can be increased as compared with the case of Example 5 (FIG. 51), so that the capacitor height can be reduced.
[0033]
Example 7
FIG. 53 shows a cross-sectional view when polysilicon is used as the plug material of the memory array portion. As a result, metal contamination was reduced and the leakage current in the memory array was reduced.
[0034]
Example 8
54 to 56 show an example in which unevenness is formed on the lower electrode. Each has a different method of forming a capacitor. As a result, the surface area of the capacitor increased and the height could be reduced from 2/3 to 1/2. In this embodiment, rugged polysilicon etching back is used for forming the irregularities, but it can also be formed by HSG (Hemispherical Grain).
[0035]
Example 9
FIG. 57 shows a cross-sectional view of this embodiment using a high dielectric film such as BST or PZT as the capacitor insulating film. In the case of such a film, platinum (Pt) or ruthenium oxide (RuO) is used as the lower electrode. However, since the CVD process is difficult, there is a problem that it is difficult to form a three-dimensional electrode. The present embodiment solves this problem. That is, the lower electrode 25 made of ruthenium oxide can be processed into a three-dimensional shape by using a ring-shaped oxide film hard mask as shown in FIGS. I was able to secure it. Of course, it is possible to use platinum as the lower electrode. In this embodiment, Al / TiN is used as the capacitor upper electrode 1403. Of course, ruthenium or ruthenium oxide can also be used.
[0036]
【The invention's effect】
The present invention has an effect of relaxing a high step between the memory cell array portion and the peripheral circuit portion, which becomes a serious problem as the degree of integration increases, and facilitates the subsequent wiring process. Further, since the step is relaxed after the bit line is formed, shallow trench isolation can be applied. Furthermore, since a plurality of plugs pulled up from the peripheral circuit are connected, the aspect ratio of the contact hole can be reduced and the process reliability can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the prior art.
FIG. 3 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 17 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 18 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 19 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 20 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 21 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 22 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 23 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 24 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 25 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 26 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 27 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 28 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 29 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 30 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 31 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 32 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 33 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 34 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 35 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 36 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 37 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 38 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 39 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 40 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
41 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 42 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
43 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.
44 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
45 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
46 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
47 is a plan view showing a semiconductor memory device (chip layout) according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 48 is a plan view showing a semiconductor memory device (chip layout) according to another embodiment of the present invention.
FIG. 49 is a plan view showing a mask layout of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 50 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the invention.
FIG. 51 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 52 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the invention.
FIG. 53 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 54 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 55 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 56 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 57 is a cross-sectional view in one manufacturing process of the semiconductor memory device of the present invention;
[Explanation of symbols]
1-semiconductor substrate 2-element isolation oxide film 3-gate oxide film 4-polysilicon 5, 501, 502 ... titanium nitride 6, 601 to 606 ... tungsten 7, 701 to 709 ... silicon nitride 8, 801, 802 ... impurity diffusion layers 9, 901 to 910 ... silicon oxide films 10, 1001 to 1003 ... contact holes 11, 1101, 1102 ... resists 12, 1201 to 1203 ... polysilicon 13 ... capacitor insulating films 14, 1401, 1402, 1403 ... capacitors Upper electrodes 15 and 1501... Titanium nitride / aluminum / titanium nitride laminated film 16... Memory cell array portion 17. Recess formation region 18. 19: Cell transistor formation region. 20: Word line. 21: Bit line. 22: Storage node contact. 23: Bit line contact. 24, 2401, 4022 ... Plug electrode 25 ... Ruthenium oxide.

Claims (16)

半導体基体主面に、それぞれ駆動MISFETと電荷蓄積容量素子で構成された複数のメモリセルが配置されたメモリセルアレー部と、そのメモリセルアレー部の周辺に複数のMISFETで構成された周辺回路が配置された周辺回路部とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記メモリセルアレー部にビット線を、前記周辺回路部に第1層配線を形成する工程と、
前記ビット線及び前記第1層配線を覆って第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層配線に接続される第1プラグを前記第1の層間絶縁膜に形成する工程と、
前記メモリセルアレー部上の前記第1の層間絶縁膜を除去し、前記メモリセルアレー部にリセスを形成する工程と、
前記メモリセルアレー部であって、前記ビット線上に電荷蓄積容量素子を形成する工程と、
前記電荷蓄積容量素子および第1の層間絶縁膜を覆うように第2の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1プラグに直接接続される第2プラグを前記第2の層間絶縁膜に形成する工程と、
前記第1プラグ及び前記第2プラグを介して前記第1層配線に接続される第2層配線を形成する工程とを有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
A memory cell array section in which a plurality of memory cells each composed of a drive MISFET and a charge storage capacitor element are arranged on the main surface of the semiconductor substrate, and a peripheral circuit composed of a plurality of MISFETs around the memory cell array section a method of manufacturing a semiconductor device which have a and arranged peripheral circuit portion,
Forming a bit line in the memory cell array portion and a first layer wiring in the peripheral circuit portion;
Forming a first interlayer insulating film covering the bit line and the first layer wiring;
Forming a first plug connected to the first layer wiring in the first interlayer insulating film;
Removing the first interlayer insulating film on the memory cell array portion and forming a recess in the memory cell array portion;
Forming a charge storage capacitor element on the bit line in the memory cell array unit;
Forming a second interlayer insulating film so as to cover the charge storage capacitor element and the first interlayer insulating film;
Forming a second plug directly connected to the first plug in the second interlayer insulating film;
Forming a second layer wiring connected to the first layer wiring through the first plug and the second plug. 2. A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising:
前記電荷蓄積容量素子の上部電極は、前記メモリセルアレー部から前記第1の層間絶縁膜の上端部にまで延伸して形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the upper electrode of the charge storage capacitor element is formed to extend from the memory cell array portion to an upper end portion of the first interlayer insulating film. . 前記メモリセルアレー部と前記周辺回路部との境界領域の前記半導体基体表面に浅溝素子分離膜が形成されることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体記憶装置の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1, wherein a shallow trench isolation film is formed on a surface of the semiconductor substrate in a boundary region between the memory cell array portion and the peripheral circuit portion. 前記メモリセルアレー部の前記電荷蓄積容量素子は、前記第1の層間絶縁膜よりも高く形成されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の半導体記憶装置の製造方法。4. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the charge storage capacitor element of the memory cell array unit is formed higher than the first interlayer insulating film. 5. . 前記電荷蓄積容量素子の上部電極は、前記第1の層間絶縁膜上であって前記第2の層間絶縁膜に形成された第3のプラグと接続されることを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置の製造方法。3. The upper electrode of the charge storage capacitor element is connected to a third plug formed on the first interlayer insulating film and on the second interlayer insulating film. Manufacturing method of semiconductor memory device. 前記電荷蓄積容量素子は、王冠型構造を有することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の半導体記憶装置の製造方法。6. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the charge storage capacitor element has a crown structure. 前記第1プラグと前記第2プラグとは異なる材料で形成し、前記第1プラグは前記第2プラグよりも高い融点を有する材料であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の半導体記憶装置の製造方法。The first plug and the second plug are formed of different materials, and the first plug is a material having a melting point higher than that of the second plug. A manufacturing method of the semiconductor memory device according to the above. 前記第3のプラグは、前記メモリセルアレー部と前記周辺回路部との境界領域の前記半導体基体表面に形成された浅溝素子分離膜の上部に配置されることを特徴とする請求項5記載の半導体記憶装置の製造方法。6. The third plug is disposed on an upper portion of a shallow trench isolation film formed on the surface of the semiconductor substrate in a boundary region between the memory cell array portion and the peripheral circuit portion. Manufacturing method of the semiconductor memory device of FIG. 半導体基体主面に、複数の第1のトランジスタが配置されたメモリセルアレー部と、そのメモリセルアレー部の周辺に複数の第2のトランジスタで構成された周辺回路が配置された周辺回路部とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記メモリセルアレー部にビット線を、前記周辺回路部に第1層配線を形成する工程と、
前記ビット線及び前記第1層配線を覆って第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層配線に接続される第1プラグを前記第1の層間絶縁膜に形成する工程と、
前記第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、
前記周辺回路部上および前記メモリセルアレー部の電荷蓄積容量素子が形成される領域の前記第2の層間絶縁膜を残すように、前記第2の層間絶縁膜を除去する工程と、
前記メモリセルアレー上の前記第2の層間絶縁膜の側壁に前記電荷蓄積容量素子の下部電極となる膜を形成する工程と、
前記メモリセルアレー上の前記第2の層間絶縁膜を除去し、側壁に形成された前記下部電極となる膜を残す工程と、
前記下部電極となる膜を覆って容量絶縁膜を形成する工程と、その後、
前記電荷蓄積容量素子の上部電極を、前記メモリセルアレー部から前記周辺回路部上の前記第2の層間絶縁膜の上端部にまで延伸して形成する工程と、
前記電荷蓄積容量素子および第2の層間絶縁膜を覆うように第3の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1プラグに直接接続される第2プラグを、前記第2の層間絶縁膜及び前記第3の層間絶縁膜の積層膜を貫通して形成する工程と、
前記第1プラグ及び前記第2プラグを介して前記第1層配線に接続される第2層配線を形成する工程とを有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
A memory cell array section in which a plurality of first transistors are disposed on a main surface of a semiconductor substrate; and a peripheral circuit section in which a peripheral circuit composed of a plurality of second transistors is disposed around the memory cell array section; a method of manufacturing a semiconductor device which have a,
Forming a bit line in the memory cell array portion and a first layer wiring in the peripheral circuit portion;
Forming a first interlayer insulating film covering the bit line and the first layer wiring;
Forming a first plug connected to the first layer wiring in the first interlayer insulating film;
Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film;
Removing the second interlayer insulating film so as to leave the second interlayer insulating film on the peripheral circuit portion and in the region where the charge storage capacitor element of the memory cell array portion is formed;
Forming a film to be a lower electrode of the charge storage capacitor element on a side wall of the second interlayer insulating film on the memory cell array;
Removing the second interlayer insulating film on the memory cell array, leaving a film to be the lower electrode formed on the sidewall;
Forming a capacitive insulating film covering the lower electrode film, and then
Extending the upper electrode of the charge storage capacitor element from the memory cell array portion to the upper end portion of the second interlayer insulating film on the peripheral circuit portion; and
Forming a third interlayer insulating film so as to cover the charge storage capacitor element and the second interlayer insulating film;
Forming a second plug directly connected to the first plug through the laminated film of the second interlayer insulating film and the third interlayer insulating film;
Forming a second layer wiring connected to the first layer wiring through the first plug and the second plug. 2. A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising:
前記メモリセルアレー部の前記電荷蓄積容量素子は、前記第2の層間絶縁膜よりも高く形成されることを特徴とする請求項9記載の半導体記憶装置の製造方法。10. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 9, wherein the charge storage capacitor element of the memory cell array portion is formed higher than the second interlayer insulating film. 前記電荷蓄積容量素子の上部電極は、前記第2の層間絶縁膜上であって前記第3の層間絶縁膜に形成された第3のプラグと接続されることを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体記憶装置の製造方法。11. The upper electrode of the charge storage capacitor element is connected to a third plug formed on the second interlayer insulating film and on the third interlayer insulating film. A manufacturing method of the semiconductor memory device according to the above. メモリセルアレー部と周辺回路部とを構成する半導体記憶装置の製造方法であって、半導体基板のメモリセルアレー部主面および周辺回路部主面にそれぞれMISFETsを形成する工程と、
前記メモリセルアレー部にビット線を、前記周辺回路部に第1層配線を形成する工程と、
前記ビット線が形成されたメモリセルアレー部上および前記第1層配線が形成された周辺回路部主面上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記周辺回路部主面上に形成された前記第1の層間絶縁膜に前記第1層配線に接続される第1のプラグを形成する工程と、
前記第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、
前記周辺回路部上の前記第1の層間絶縁膜と前記第2の層間絶縁膜の積層膜は残し、前記メモリセルアレー部の電荷蓄積容量素子が形成される領域の前記積層膜を除去する工程と、
前記積層膜の側壁に、電荷蓄積容量素子の下部電極となる膜を形成する工程と、
前記下部電極となる膜上に前記電荷蓄積容量素子の容量絶縁膜を形成する工程と、その後、
前記電荷蓄積容量素子の上部電極を、前記メモリセルアレー部から前記周辺回路部上の前記第2の層間絶縁膜の上端部にまで延伸して形成する工程と、
前記電荷蓄積容量素子および第2の層間絶縁膜を覆うように第3の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1プラグに直接接続される第2プラグを、前記第2の層間絶縁膜及び前記第3の層間絶縁膜の積層膜を貫通して形成する工程と、
前記第1プラグ及び前記第2プラグを介して前記第1層配線に接続される第2層配線を形成する工程とを有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor memory device comprising a memory cell array part and a peripheral circuit part, the step of forming MISFETs on the main surface of the memory cell array part and the peripheral circuit part of the semiconductor substrate,
Forming a bit line in the memory cell array portion and a first layer wiring in the peripheral circuit portion;
Forming a first interlayer insulating film on the memory cell array section in which the bit lines are formed and on the main surface of the peripheral circuit section in which the first layer wiring is formed ;
Forming a first plug connected to the first layer wiring with the first interlayer insulating film formed on the peripheral circuit portion on a main surface,
Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film;
A step of removing the stacked film in a region where the charge storage capacitor element of the memory cell array section is formed, leaving the stacked film of the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film on the peripheral circuit section; When,
Forming a film to be a lower electrode of the charge storage capacitor element on the side wall of the laminated film;
Forming a capacitive insulating film of the charge storage capacitive element on the film to be the lower electrode;
Extending the upper electrode of the charge storage capacitor element from the memory cell array portion to the upper end portion of the second interlayer insulating film on the peripheral circuit portion; and
Forming a third interlayer insulating film so as to cover the charge storage capacitor element and the second interlayer insulating film;
Forming a second plug directly connected to the first plug through the laminated film of the second interlayer insulating film and the third interlayer insulating film;
Forming a second layer wiring connected to the first layer wiring through the first plug and the second plug. 2. A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising:
前記周辺回路部は十文字状の平面レイアウトを有することを特徴とする請求項12記載の半導体記憶装置の製造方法。13. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 12, wherein the peripheral circuit portion has a cross-shaped planar layout. 半導体基体主面に、複数の第1のトランジスタが配置されたメモリセルアレー部と、そのメモリセルアレー部の周辺に複数の第2のトランジスタで構成された周辺回路が配置された周辺回路部とを有する半導体記憶装置の製造方法であって、
前記メモリセルアレー部にビット線を、前記周辺回路部に第1層配線を形成する工程と、
前記ビット線及び前記第1層配線を覆って第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層配線に接続される第1プラグを前記第1の層間絶縁膜に形成する工程と、
前記第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、
前記周辺回路部上の前記第1の層間絶縁膜と前記第2の層間絶縁膜の積層膜は残し、前記メモリセルアレー部の電荷蓄積容量素子が形成される領域の前記積層膜を除去する工程と、
前記積層膜の側壁に、電荷蓄積容量素子の下部電極となる膜を形成する工程と、
前記下部電極となる膜の側壁内面上に前記電荷蓄積容量素子の容量絶縁膜を形成する工程と、その後、
前記電荷蓄積容量素子の上部電極を、前記第2の層間絶縁膜の上端部にまで延伸して形成する工程と、
前記電荷蓄積容量素子および第2の層間絶縁膜を覆うように第3の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1プラグに直接接続される第2プラグを、前記第2の層間絶縁膜及び前記第3の層間絶縁膜の積層膜を貫通して形成する工程と、
前記第1プラグ及び前記第2プラグを介して前記第1層配線に接続される第2層配線を形成する工程と、
前記第2層配線及び前記第3の層間絶縁膜を覆って第4の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜の上部であって、前記電荷蓄積容量素子の上部電極に接続される第3プラグを形成する工程とを有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
A memory cell array section in which a plurality of first transistors are disposed on a main surface of a semiconductor substrate; and a peripheral circuit section in which a peripheral circuit composed of a plurality of second transistors is disposed around the memory cell array section; A method of manufacturing a semiconductor memory device having
Forming a bit line in the memory cell array portion and a first layer wiring in the peripheral circuit portion;
Forming a first interlayer insulating film covering the bit line and the first layer wiring;
Forming a first plug connected to the first layer wiring in the first interlayer insulating film;
Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film;
A step of removing the stacked film in a region where the charge storage capacitor element of the memory cell array section is formed, leaving the stacked film of the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film on the peripheral circuit section; When,
Forming a film to be a lower electrode of the charge storage capacitor element on the side wall of the laminated film;
Forming a capacitive insulating film of the charge storage capacitive element on the inner surface of the side wall of the film to be the lower electrode;
Extending the upper electrode of the charge storage capacitor element to the upper end of the second interlayer insulating film; and
Forming a third interlayer insulating film so as to cover the charge storage capacitor element and the second interlayer insulating film;
Forming a second plug directly connected to the first plug through the laminated film of the second interlayer insulating film and the third interlayer insulating film;
Forming a second layer wiring connected to the first layer wiring through the first plug and the second plug;
Forming a fourth interlayer insulating film covering the second layer wiring and the third interlayer insulating film;
Forming a third plug connected to the upper electrode of the charge storage capacitor element over the second interlayer insulating film.
半導体基体主面に、複数の第1のトランジスタが配置されたメモリセルアレー部と、そのメモリセルアレー部の周辺に複数の第2のトランジスタで構成された周辺回路が配置された周辺回路部とを有する半導体記憶装置の製造方法であって、
前記メモリセルアレー部にビット線を、前記周辺回路部に第1層配線を形成する工程と、
前記ビット線及び前記第1層配線を覆って第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層配線に接続される第1プラグを前記第1の層間絶縁膜に形成する工程と、
前記メモリセルアレー部に電荷蓄積容量素子の筒状の下部電極を形成する工程と、前記筒状の下部電極の側壁外面の上部及び側壁内面を容量絶縁膜で覆う工程と、
その後、前記電荷蓄積容量素子の上部電極を、前記第1の層間絶縁膜の上端部にまで延伸して形成する工程と、
前記電荷蓄積容量素子および第1の層間絶縁膜を覆うように第2の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1プラグに直接接続される第2プラグを、前記第2の層間絶縁膜に形成する工程と、
前記第1プラグ及び前記第2プラグを介して前記第1層配線に接続される第2層配線を形成する工程とを有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
A memory cell array section in which a plurality of first transistors are disposed on a main surface of a semiconductor substrate; and a peripheral circuit section in which a peripheral circuit composed of a plurality of second transistors is disposed around the memory cell array section; A method of manufacturing a semiconductor memory device having
Forming a bit line in the memory cell array portion and a first layer wiring in the peripheral circuit portion;
Forming a first interlayer insulating film covering the bit line and the first layer wiring;
Forming a first plug connected to the first layer wiring in the first interlayer insulating film;
Forming a cylindrical lower electrode of a charge storage capacitor element in the memory cell array portion; covering an upper portion of the outer side wall of the cylindrical lower electrode and an inner surface of the side wall with a capacitive insulating film;
A step of extending the upper electrode of the charge storage capacitor element to the upper end of the first interlayer insulating film;
Forming a second interlayer insulating film so as to cover the charge storage capacitor element and the first interlayer insulating film;
Forming a second plug directly connected to the first plug in the second interlayer insulating film;
Forming a second layer wiring connected to the first layer wiring through the first plug and the second plug. 2. A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising:
前記第1プラグと前記第2プラグとは異なる材料で形成し、前記第1プラグは前記第2プラグよりも高い融点を有する材料であることを特徴とする請求項12乃至15の何れか1項に記載の半導体記憶装置の製造方法。The first plug and the second plug are formed of different materials, and the first plug is a material having a melting point higher than that of the second plug. A manufacturing method of the semiconductor memory device according to the above.
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