JPH0673368B2 - 半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置およびその製造方法

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JPH0673368B2
JPH0673368B2 JP60016934A JP1693485A JPH0673368B2 JP H0673368 B2 JPH0673368 B2 JP H0673368B2 JP 60016934 A JP60016934 A JP 60016934A JP 1693485 A JP1693485 A JP 1693485A JP H0673368 B2 JPH0673368 B2 JP H0673368B2
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/31DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells having a storage electrode stacked over the transistor
    • HELECTRICITY
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    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体記憶装置に係り、特にキャパシタ容量を
増大せしめた1トランジスタ・1キャパシタ構造のダイ
ナミック型ランダムアクセスメモリ(D−RAM)セルに
関する。
情報処理装置の機能拡大に伴い、該情報処理装置に具備
せしめられるD−RAMも大規模化されて来ており、該情
報処理装置の拡大を抑止するために、該D−RAMの高密
度高集積化が急速に進められている。
然しながら、該D−RAMの高密度高集積化を極度に進め
た際には、セル面積の縮小に伴うキャパシタ容量の大幅
な減少のために、該キャパシタに蓄積される情報電荷量
が大幅に減少して、情報読出し精度の低下や、α線によ
るソフトエラーに対する耐性等の低下等を生じて該D−
RAMの信頼度が低下するという問題を生じており、セル
面積が小さく且つキャパシタ容量の大きいD−RAMセル
が要望されている。
〔従来の技術〕
上記1トランジスタ・1キャパシタ型D−RAMセルにお
いて、キャパシタ容量を増大せしめる構造として当初提
案されたのが第3図に側断面を模式的に示すスタックド
・キャパシタ型セルである。
第3図において、1はp-型シリコン基板、2はp型チャ
ネル・カット領域、3はフィールド酸化膜、4はゲート
酸化膜、5はゲート電極、6はワード線(隣接する他セ
ルのトランスファ・トランジスタのゲート電極)、7は
第1の絶縁膜、8はn+型ドレイン領域、9は蓄積ノード
となるn+型領域、10は第1のキャパシタ電極、11は誘電
体膜、12は第2のキャパシタ電極、Trはトランスファ・
トランジスタ、Cはキャパシタを示す。
このセル構造によれば、電荷蓄積用の第1のキャパシタ
電極が自己セルのトランスファ・トランジスタTrのゲー
ト電極5と隣接するワード線6の上部にまで延在せしめ
られるので、上記第2のn+型領域8をキャパシタの一電
極とする通常のD−RAMセルに比べ、キャパシタ容量は
2〜3倍程度に増大される。
然しながら高集積化が大幅に進んでいる状況においては
上記2〜3倍程度の容量増大では、蓄積情報の検出精度
及びα線ソフトエラー耐性の面で不充分であり、更にキ
ャパシタ容量を増大せしめる構造として従来提供された
のがトレンチ・キャパシタ型セルである。
第4図は上記トレンチ・キャパシタ型セルの側断面を模
式的に示したもので、図中、12a及び12bはトレンチ、13
a及び13bは電荷蓄積領域(空乏層)、14はキャパシタ電
極、その他の符号は第3図と同一対象物を示す。
このトレンチ・キャパシタ型セルは、トレンチの深さを
深くすることによって、同一セル面積を有する前記スタ
ックド・キャパシタ型セルに比べ、キャパシタ容量を更
に大幅に増大出来るという利点を持っている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
然し該トレンチ・キャパシタ型D−RAMセルにおいて
は、キャパシタ電極14に印加される電圧によってトレン
チ12a,12b等の周囲に形成される空乏層からなる電荷蓄
積領域13a,13b等が大きく拡がる(図のようにバックバ
イアスが強く機能するトレンチ先端部とチャネル・カッ
ト領域が機能するトレンチ基部との中間部で特に大きく
拡がる)ために、隣接するセルのトレンチ例えば12aと1
2bを接近して設けた場合、蓄積電荷のリークを生じて情
報が失われるという現象を生じる。
そのため各セル間の分離領域幅即ちフィールド酸化膜3
が配設される領域の幅を広くとる必要があり、これによ
って集積度の向上が妨げられるという問題があった。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は、一導電型半導体基板上に形成されたMIS
型トランスファトランジスタと、該トランジスタを覆っ
て該一導電型半導体基板上に形成された絶縁膜と、 該絶縁膜に形成され、かつ該トランジスタの蓄積ノード
となる反対導電型領域を表出する開口窓と、 該開口窓の側壁面に形成され、下端部が該反対導電型領
域と電気的に接続し、かつ該絶縁膜表面には実質的に延
在しないように形成される筒状の第1のキャパシタ電極
と、 少なくとも前記開口窓の側壁面において該第1のキャパ
シタ電極を覆うように形成された誘電体膜と、 該誘電体膜表面に、該第1のキャパシタ電極と電気的に
接続しないように、且つ前記絶縁膜表面に延在するよう
に形成される第2のキャパシタ電極と を有してなることを特徴とする半導体記憶装置,あるい
は、一導電型半導体基板上に形成されたMIS型トランス
ファトランジスタを覆うように、該一導電型半導体基板
表面に絶縁膜を形成する工程と、 次いで、該絶縁膜を異方性エッチングして、選択的に該
トランスファトランジスタの反対導電型のソースまたは
ドレイン領域を露出する開口窓を形成する工程と、 次いで、該開口窓の底面および側壁面から該絶縁膜上面
に延在するように第1の導電膜を被着形成する工程と、 次いで、該第1の導電膜を、該絶縁膜上面から除去しか
つ該開口窓の少なくとも側壁面には残すように、異方性
エッチングする工程と、 次いで、該第1の導電膜表面を覆うように誘電体膜を形
成する工程と、 次いで、該誘電体膜表面に、前記第1の導電膜と電気的
に接続しないように、第2の導電膜を被着形成する工程
と を有する半導体記憶装置の製造方法によって解決され
る。
〔作用〕
即ち本発明のD−RAMセルにおいては、トランスファ・
トランジスタの上部に厚い絶縁膜を設け、該絶縁膜に該
絶縁膜を貫通して該トランスファ・トランジスタの蓄積
ノードとなる不純物拡散領域に接する筒状のキャパシタ
を形成するものであり、該絶縁膜を厚く形成することに
よってキャパシタ容量の大幅な増大が可能であるので、
情報の検出精度及びα線ソフトエラー耐性の向上が図
れ、且つ隣接するセルのキャパシタとの間が該絶縁膜に
よって完全に分離されるので、蓄積電荷のリークを生ず
ることがなく蓄積情報の信頼度は向上する。
〔実施例〕
以下本発明を図示実施例により、具体的に説明する。
第1図は本発明に係わる1トランジスタ・1キャパシタ
構造のD−RAMセルの一実施例を示す模式平面図(a)
及び模式側断面図(b)で、第2図はその製造方法を示
す工程断面図である。
全図を通じ同一対象物は同一符号で示す。
第1図において、1はp-型シリコン基板、2はp型チャ
ネル・カット領域、3はフィールド酸化膜、4はゲート
酸化膜、5a,5b,5cは第1の多結晶シリコン層PAよりなる
ゲート電極(ワード線)、8はn+型ドレイン領域、9は
蓄積ノードとなるn+型領域、21は化学気相成長(CVD)
法で形成した厚さ例えば1〜2μm程度の二酸化シリコ
ン(SiO2)絶縁膜、22は蓄積ノードとなるn+型領域を表
出する例えば1.5〜2μm□程度の第1のスルーホー
ル、23はn+型ドレイン領域を表出する例えば0.7〜1μ
m□程度の第2のスルーホール、24は第2の多結晶シリ
コン層(PB)よりなる電荷蓄積用キャパシタ電極、25は
同じくPBよりなるドレイン電極、26は厚さ例えば100Å
程度のSiO2よりなる誘電体膜、27は第3の多結晶シリコ
ン層PCよりなる対向キャパシタ電極、28は燐珪酸ガラス
(PSG)絶縁膜、29はコンタクト窓、30はアルミニウム
等よりなるビット配線、Trはトランスファ・トランジス
タ、Cはキャパシタを示す。
同図に示すように本発明に係わるD−RAMセルは、 トランスファ・トランジスタTrの上部に厚いSiO2絶縁膜
21を設け、このSiO2絶縁膜21にトランスファ・トランジ
スタTrの蓄積ノードとなるn+型領域9を表出するキャパ
スタ用の第1のスルーホール22とn+型ドレイン領域8を
表出する第2のスルーホール23を形成し、 上記第1のスルーホール22内にトランスファ・トランジ
スタTrの蓄積ノードとなるn+型領域9に下端部が接する
筒状の電荷蓄積用キャパシタ電極24と、 この電極24の内面と上面及びこの電極24の底部に表出す
るn+型領域9の表面に形成された誘電体膜26と、 この電荷蓄積用キャパシタ電極24内に上記誘電体膜26を
介して埋め込まれ、上部がSiO2絶縁膜21に延在する対向
キャパシタ電極27とよりなるキャパシタCが設けられ、 トランスファ・トランジスタTrのn+型ドレイン領域8
が、上記第2のスルーホール23内に埋め込まれたドレイ
ン電極25及びコンタクト窓29を介しビット配線30に接続
されてなっている。
上記D−RAMセルは、例えば以下に第2図(a)乃至
(e)に示す工程断面図を参照して説明する方法によっ
て形成される。
第2図(a)参照 通常の方法によりp-型シリコン基板1上にトランスファ
・トランジスタTrを形成した後、CVD法により該基板上
に厚さ例えば1〜2μm程度のSiO2絶縁膜21を形成し、 次いで通常のリアクティブ・イオンエッチング(RIE)
法により上記SiO2絶縁膜21に蓄積ノードとなるn+型領域
9を表出する例えば1.5〜2μm□程度の第1のスルー
ホール22、及びn+型ドレイン領域8を表出する例えば0.
7〜1μm□程度の第2のスルーホール23を形成する。
第2図(b)参照 次いで該基板上にCVD法により第2のスルーホール23を
埋める厚さ、例えば5000Å程度の第2の多結晶シリコン
層PBを形成する。この際第1のスルーホール22は埋まら
ず、その側壁面及び底面に上記厚さのPB層が形成され
る。
第2図(c)参照 次いでRIE法で前面エッチングを行い、SiO2絶縁膜21の
上面及び第1のスルーホール22内の蓄積ノードとなるn+
型領域9面を表出させる。ここで、第1のスルーホール
22内には、その側壁面に沿って下端部が前記n+型領域9
に接する筒状のPB層が残留する。次いで熱酸化法により
PB層の表面及びn+型領域9の表出面に厚さ例えば100Å
程度のSiO2誘電体膜26を形成する。
なお第1のスルーホール22内のPB層は筒状の電荷蓄積用
キャパシタ電極24となり、第2のスルーホール23内のPB
層はドレイン電極25となる。
第2図(d)参照 次いで該基板上にCVD法により上記筒状の電荷蓄積用キ
ャパシタ電極24の内部を埋める例えば5000Å程度の第3
の多結晶シリコン層PCを形成し、次いでRIE法により該P
C層に前記ドレイン電極25の上面を表出する開孔31を形
成する。
ここでPC層は対向キャパシタ電極27となる。
第2図(e)参照 次いで該基板上にCVD法により厚さ1μm程度のPSG絶縁
膜28を形成し、 通常の方法により該PSG絶縁膜28にドレイン電極25の上
面を表出するコンタクト窓29を形成し、 通常の方法により該絶縁膜29上に上記コンタクト窓29部
においてドレイン電極25に接するビット配線30を形成す
る。
そして、以後図示しないカバー絶縁膜の形成等を行って
本発明に係わるD−RAMセルが完成する。
上記実施例の説明から明らかなように、本発明に係わる
D−RAMセルにおいては、原理的に、CVD法によって導電
層が底部まで成長出来る深さであれば筒型のキャパシタ
をいくらでも深く形成することが可能である。従ってキ
ャパシタ容量を従来に比べ大幅に増大させることが出来
る。
また該筒型のキャパシタは絶縁膜内に設けられるので、
隣接するセルの筒型キャパシタとの間が該絶縁膜で分離
されることになり、情報電荷のリークは完全に防止され
る。
更に又、キャパシタが絶縁膜内に設けられることによ
り、α線の入射によりシリコン基板内に発生した電荷が
キャパシタに到達することがなく、α線ソフトエラー耐
性も増大する。
なおキャパシタ電極は上記実施例に示す多結晶シリコン
に限られるものではなく、モリブデン・シリサイド等他
の導電物質であっても良い。
〔発明の効果〕
以上説明のように本発明によれば、1トランジスタ・1
キャパシタ構造のダイナミック型ランダムアクセスメモ
リ(D−RAM)セルの、キャパシタ容量を大幅に増大
し、隣接するキャパシタ間の情報電荷のリークを無く
し、且つα線ソフトエラー耐性を向上せしめることがで
きるので、その信頼度が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる1トランジスタ・1キャパシタ
構造のD−RAMセルの一実施例を示す模式平面図(a)
及び模式側断面図(b)、 第2図(a)乃至(e)はその製造方法を示す工程断面
図、 第3図はスタックド・キャパシタ型D−RAMセルの側断
面図、 第4図はトレンチ・キャパシタ型セルの側断面図であ
る。 図において、 5a,5b,5cはゲート電極(ワード線) 8はn+型ドレイン領域、 9は蓄積ノードとなるn+型領域、 21は二酸化シリコン絶縁膜、 22は第1のスルーホール、 23は第2のスルーホール、 24は電荷蓄積用キャパシタ電極、 25はドレイン電極、 26は誘電体膜、 27は対向キャパシタ電極、 28は燐珪酸ガラス絶縁膜、 29はコンタクト窓、 30はビット配線、 Trはトランスファ・トランジスタ、 Cはキャパシタ を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一導電型半導体基板上に形成されたMIS型
    トランスファトランジスタと、 該トランジスタを覆って該一導電型半導体基板上に形成
    された絶縁膜と、 該絶縁膜に形成され、かつ該トランジスタの蓄積ノード
    となる反対導電型領域を表出する開口窓と、 該開口窓の側壁面に形成され、下端部が該反対導電型領
    域と電気的に接続し、かつ該絶縁膜表面には実質的に延
    在しないように形成される筒状の第1のキャパシタ電極
    と、 少なくとも前記開口窓の側壁面において該第1のキャパ
    シタ電極を覆うように形成された誘電体膜と、 該誘電体膜表面に、該第1のキャパシタ電極と電気的に
    接続しないように、且つ前記絶縁膜表面に延在するよう
    に形成される第2のキャパシタ電極と を有してなることを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】一導電型半導体基板上に形成されたMIS型
    トランスファトランジスタを覆うように、該一導電型半
    導体基板表面に絶縁膜を形成する工程と、 次いで、該絶縁膜を異方性エッチングして、選択的に該
    トランスファトランジスタの反対導電型のソースまたは
    ドレイン領域を露出する開口窓を形成する工程と、 次いで、該開口窓の底面および側壁面から該絶縁膜上面
    に延在するように第1の導電膜を被着形成する工程と、 次いで、該第1の導電膜を、該絶縁膜上面から除去しか
    つ該開口窓の少なくとも側壁面には残すように、異方性
    エッチングする工程と、 次いで、該第1の導電膜表面を覆うように誘電体膜を形
    成する工程と、 次いで、該誘電体膜表面に、前記第1の導電膜と電気的
    に接続しないように、第2の導電膜を被着形成する工程
    と を有する半導体記憶装置の製造方法。
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