JPS59184555A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置およびその製造方法

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JPS59184555A
JPS59184555A JP58056845A JP5684583A JPS59184555A JP S59184555 A JPS59184555 A JP S59184555A JP 58056845 A JP58056845 A JP 58056845A JP 5684583 A JP5684583 A JP 5684583A JP S59184555 A JPS59184555 A JP S59184555A
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JP
Japan
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capacitor
groove
silicon
layer
oxide film
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JP58056845A
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English (en)
Inventor
「峰」岸 一茂
Kazushige Minegishi
Takashi Morie
隆 森江
Ban Nakajima
中島 蕃
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/37—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor being at least partially in a trench in the substrate

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の第1」用分野) 不発明は、溝(ハ)面に形成したキャパシタ全台む半導
体集積回路装置2よびその製造方法に関するものである
。
(従来技術) 従来、半導体集積(ロ)路装置のセルキャパシタの断面
として第1図に示すように、p形シリコン基&lの表面
に絶に:膜とじでシリコン酸化膜22よびセルル−ト電
極3全積層した構造が用いらtIでいた。セルキャパシ
タに隣接したMO8形電界効朱トランジスタはn形波散
層4および5、ケート酸化膜62よびゲート電極7より
構成されている。上記の構造においてセルキャパシタの
容量ケ増すには、セルキャパシタの面積を増加する方法
、シリコン酸化膜2を薄層化する7j法等がある。しか
しセルキャパシタ面積を増すことは素子の高密度集積化
全阻害する。
また、シリコン酸化膜の薄層化は薄層化によりシリコン
咽化膜の絶縁破壊電圧が低下するのでセルプレート電極
に印加する電圧に上限ケ与える。一方、上記セルキャパ
シタの構造では、セルグレート電極にはn拡散層5の電
位が高レベルになってもセルル−ト下か十分に反転して
いるだけの電圧ケ印加してあ〃)ないと、畜槓゛曳向童
の有効利用かでさなくなゐ1こめ、仁jlがセルフレー
ト電圧に十眠τ与えろ。上記セルグレートに印カロする
11L川の上眠寂よひ下限間の範囲に、シリコン酸化膜
の薄層化vCニジ狭くなり従来のキャパシタ構造では素
子設訂に困難盆もたらしてい7j。
(発明の目的) 不発明はこf[らの欠点盆掛決するため、シリコン基板
光面に形成した溝の門出1槓ン利用することに工9、平
面的なキャパシタ面槓會増加さぞないで実効的なキャパ
シタ面積ケ謂7JIIさせるとともに、セルキャパシタ
形成直載のシリコン基板表面及び講内衣面VCシリコン
基板の導電形とは異なる導電形層ケ形成して、セルフ−
レート電極下か冨に反転しているようvtcjゐことに
より、セルプレート電極への印力n電圧の下1次盆なく
した半導体集積回路装置およびその製造方法ケ提供する
ことを目的とするものである。
(発明の構成) 上記の目的を達成するため、本発明は導電形の半導体基
板の主表面に形成さfLだ溝の内表面層が、前記半導体
基板の導電形と異なる導電形km−L、かつ前記の溝の
内光面上に、絶縁膜および電極層が形成で11.たキャ
パシタが設けらt’していることケ特徴とする半導体集
槓回路装置會発明の要旨とするものである。
きらに本発明は導電形の半導体基板の主表面の所定鎖酸
に溝上形成する工程と、前記の溝の内面に前記半導体基
板の導電形と異なる導電層全形成する工程と、前記の導
電層上に絶縁膜おまひ電極層紫この順序に積層すること
によりキャパシタを形成する工程と2含むことケ特徴と
する半導体集積(ロ)路装置の製造方法2屍明の要旨と
するものである。
璧約すれば、本発明は半導体集積回路装置に2いてキャ
パシタ盆形b!;1.するにあたり、半導体装置の基板
と、キャパシタを形成するための絶縁層との間に、前記
の半導体装置の基板と、轡(3) 電形の異なる導電層全形成せしめた点に特徴會南するも
のでめる。
次に不発明の夷′IM例葡除付図向について説明jる。
なP実施例は一つの例ボであって、不発明の精神ケ逸脱
しない範囲で、樵々の変更あるいは改良全行い9ること
は一日う1でもない。
(実施例1) p形シリコン基板に本発明會適用してキ
ャパシタケ形成する場合會説明する。
n fbシリコン基基板出用′f′c場会は、以下で述
べるn形層tp形層に変える。第2図は、基板濃度11
) ” 72いし10 ” I:rn’のp形シリコン
基板1上に形成したシリコン基板上エツチングするとき
にマスクとして使用するエツチングマスク9全バターニ
ングしたレジスト10盆マスクにエツチングした状態で
の断面図である。エツチングマスク9として、シリコン
基板’kfl化して形成したシリコン酸化膜′または、
シランPよび酸素ケ用いた化学的気相成長法(以下CV
I)法と略記)により堆積したシリコン酸化膜音用いる
。レジス) 10 ’(5マスクとしたシリコン酸化膜
のエッチ(4) ングは、CF4ガスに水素ガスkm加した雰囲気中での
反応性イオンエツチング(以下RIEと略記)により行
う。
レジストヲ酸素1ラスマにより灰化除去したのち、第3
図に示すように、エツチングマスク9會マスクにシリコ
ン基板1會エツテンクして溝11會形成する。シリコン
基板のエツチングは、例えは、CBrFsw用いて圧力
14mtorr、i%周波出力ioo wの条件でRI
E’に行う。エツチングマスクとしてシリコン酸化膜音
用いて、上記RIE条件でエツチングを行うとき、シリ
コン基板とシリコン酸化膜のエツチング速度比は約4で
ある。従って、エツチングマスクとして用いるシリコン
酸化膜の厚みは、炭窒の溝の深さの4分の1以上の値が
必要である。形成する溝は、例えはその幅全0.5μm
としその深さケ1.5μmとする。
次に、エツチングマスク9として用いたシリコン酸化膜
を緩衝フッ酸液で除去したのち、第4図に示すように、
リンドープシリコン酸化膜12 i堆積し、熱処理にL
ジ溝内面紮含むシリコン基板光[II]にn#層13i
形戚する。リンドープシリコン瞳化膜ハシラン、ホスフ
ィンPよび晒素忙用いて、約400℃の温度でCVI)
法により形成する。シランとホスフィンの流量比i50
としてリンドープシリコン酸化膜’k 岸芒0.3μm
堆積したのち、窒素雰囲気中、1000℃、1時間の熱
処理1−riと次面mu約9 x 10” cm ’ 
+ ’m合深さ約0.27jmのn形層か得られる。
ここではn形層の形成にリンドープシリコン酸化膜から
のリン拡散ケ用いた場会會説明したが、ホスフィンまた
はアンチモンr用いた気相拡散音用いても妊しつかえな
い。
第4図に示したn形層形成のの’b IJンドープシリ
コン酸化膜12ケ緩衝フッ酸液で除去したのち、第5図
に水子ようにキャパシタ用の絶縁膜14ケ形成する。絶
縁膜14としては、例えはシリコン敵化膜會用いる。シ
リコン酸化膜は、乾燥酸素雰囲気中、900〜1000
℃で例えは厚さ150^に形成する。1010m−1以
下のりン弄面濃度では酸化速度のリン濃度依存性はeマ
とんどないため、酸化は低濃度シリコン基、板の揚会と
はは同じ条件で行うことができる。
ここでは、絶縁膜として、シリコン酸化膜?用いたが、
シリコン酸化膜の比誘電率より太さな([’にもつシリ
コン窒化膜、タンタル酸化膜及びシリコン酸化膜とシリ
コン窒化膜又はタンタル酸化膜の積層膜等ケ用いてもさ
しつかえない。
次に、絶縁膜14上に、多結晶シリコンを堆積後、パタ
ーニングしたレジストにマスクに、多結晶シリコンを堆
積して、第6図に示すように電極層15i形成する。一
度の多結晶シリコン堆積により溝上埋込むためには、多
結晶シリコンの厚さは、溝幅の半分より大きくする必要
がある。また多結晶シリコンVCは、不純物をドープす
る必要がある。たとえは、不純物としてリンをドー1す
る方法としては、(r)多結晶シリコンを堆積するとき
にリン荀冷加してリンドープ多結晶シリコンを形成する
方法、←)意図的なドーフ″音材わないで多結晶シリコ
ンを堆積したのち、(7) リンの気相拡散またはリンのイオン注入により不純物ケ
添加する方法がある4、(イ)の方法では、シランおよ
びホスフィン勿用いて、温i 600〜800℃のCV
D法でリンドーフ゛多粕晶シリコンr堆積する。また、
(ロフの方法では、シラン音用イテ温度600〜800
℃ocVDff:、で7y ドー7多結晶シリコン會堆
積したのち、poczs雰囲気中で800〜1100℃
の熱処理會行い、リン拡散7行う。イオン注入による場
合には、加速電圧80〜120 KeV 、打込み量1
0 ′″〜1016cm−’の条件でイオン注入全行い
、窒素雰囲気中、800〜1000℃で熱処理音材い、
多結晶シリコンの導電率を増す。
上記(イ)h−よひ(ロ)の場合とも、不純物冷加した
多結晶シリコンは、レジスtfマスクに、例えはCCt
tFxプラズマによりエツチングし、上述のように電極
15會形成する。
次に、第7図に示すように通常のエツチング工程により
絶縁膜14にコンタクト穴16ケ開け、n形層へのコン
タクト電極17i形成する。
(8) 以上の工程にL9n形層13 、絶縁膜14あ−よひキ
ャパシタ電&15から成るキャパシタが完成する。
(実施例2) p形シリコン基板ケ用いた、MO8形ダ
イナミックメモリセルに本発明ケ適用する楊曾について
説明する。
第8図は、p形シリコン基板1に設けらrした素子量分
1111vI4域21にシリコン酸化tH222形取し
たのち、パッドシリコン酸化膜23上のパターニングし
たレジスト24塗マスクに、セルキャパシタ憤域25に
n形不純物として例えはヒ累筐たはリン會イオン注入し
、n形層26紫形成した断面図である。
次に、レジスト除去後、CVD法によりシリコン窒化膜
279よびシリコン酸化膜28會この順序に核層したの
ち第9園にボ丁ようにパターニングしたレジスト2’Q
−マスクに、上記シリコン酸化#28オニひシリコン窒
化膜27 x CF’aおよび水素ケ用い7cRIEで
エツチングする。
ここで、シリコン窒化膜27は以下の工程で示さrl、
るシリコン酸化膜2Bリオーバエツナングの除に素十間
分喘用シリコン酸化腺22の表向がエツテングさrする
の葡避けるKめである。
次VC1実施例lで乃くし罠工9に、シリコン酸化膜2
82マスクに、シリコン基板1iRIEVC工9エツナ
ンクして第1θ図に示す工うに例えは暢0.5μm、深
さ1.5μmの信11 ?r影形成る。
次に、芙ts va」t−cボしたように、リンドーフ
シリコン酸化@12會堆槓したのり、熱処理會行い 第
11図に示1ように、n形層30葡形成する。
ここで、第8図で示したイオン注入によυ形bzし7(
n形層26rよ、リンドーグシリコン岐化膜カらのリン
拡散により形成さくLだn形ノーと一体化し、溝奮含ひ
セルキャバシク黴域にn形層(資)が形&さtした。
次に、リンドーフシリコン酸化膜12.シリコン窒化腺
27↓・よひバッドシリコン酸化膜23ヲ除去し罠の5
、実施例1で示したように、セルキャパシタ用杷練膜1
47例えは厚6150λV<形成し、更V<−s  リ
ンケ硲加した多結晶シリコンによジ第12図に示すよう
にセルプレート電極15ケ形成する。
次に、セルプレート電極で被わr[でいない絶縁膜14
ケ緩衝フツ敵液で除去したのち、シリコン基板の熱酸化
にエフケート酸化膜31ケ形成し、第13図に示すよう
に、ケート電榴32ケ形成し、ソース寂よひドレイン用
のn形層33ケ形成する。
ケート酸化膜の形成において、同時に多結晶シリコンも
酸化されるため、シリコン酸化膜34が形成塾fる。ワ
ード線となるケート電極としては、リン、ヒ素またはホ
ウ素を添加した多結晶シリコンあるいはモリブテン、タ
ンタル等の高融点金槁ケ用いることができる。ソース寂
よひトレイン用のn形層はヒ素イオンヶ加速策圧80〜
100Key、打込み量10 ” 〜5 X 10 ”
 cm−2の米作でイオン注入すれば良い。ヒ素に代え
てリンをイオン注入してもδしつたえない。
次に、層間杷縁膜謁として例えはリンドープシリコン酸
化膜?堆積し、第14図に示すように、n形層上にコン
タクト穴36をあけ、ビット線となる配線電極37とコ
ンタクトにとる。
以上によpH−ランシスタh−工ひlキャノくシタから
成るメモリセルが完成丁ゐが、での半面図を第15図に
示す。糾森部IC溝が形成されている。AA’の切断凹
か第14図である。実施例2でμ、セルチャバシタの中
9!:都に1本の構勿形成し罠か、セルキャパシタ南域
に入る範囲T:溝の不備lπμ形状ケ変えることかでき
る。例として、構3本の楊曾あ゛よひ清音)出折させた
楊付會そn、 ’tj rl、 第16図お工ひ第17
凶にボテ。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明VCよfLは、溝全利用し
一〇キャパシタ盆形戚し、かつ、キャノくシタ鴇域のシ
リコン基板表部にシリコン基板の導電形とは異なる導電
層ヶ設っていゐπめ、キャパシタ容量か大きく、かつキ
ャノ・シタ電極への電圧印加か不をなキャパシタ絶縁膜
することかできる。例えは先に述べた実施例2のキャノ
々シタでは、同様の幅で形成した溝なしの従来のキャパ
シタに比べ約2倍のキャパシタ容量會実現できる。なお
、この容量は溝の深さ【深くすれはするほど大きくする
ことができることは1う1でもない。また電圧印加が不
贅なため、キャパシタ絶縁膜の夕餉v?実効的によける
ことかできる。七のため、不発開音用いてメモリセル勿
形成すると、集積度寂よひ歩* !7. k向上妊ぜる
ことかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来形のメモリセルの断面図、第2図ないし第
7図は実施例1に示した工程の断面図、第8図ないし第
14図は実施f′l12に示した工程の断面図、第15
図ないし第17図はメモリセルの平面図會示す。 ■・・・・・・・・・・・・・・・p形シリコン基板、
2・・・・・・・・・・・・・・・絶縁膜3・・・・・
・・・・・・・・・・セルプレート電極4.5・・・・
・・・・・ソース、ドレインn形j曽6・・・・・・・
・・・・・・・・ゲート絶縁膜、7・・・・・・・・・
・・・・・・ゲート電極8・・・・・・・・・・・・・
・・反転層9・・・・・・・・・・・・・・エツナング
マスク10・・・・・・・・・・・・・・・レジスト1
1・・・・・・・・・・・・・・・溝12・・・・・・
・・・・・・・・・リントーノシリコン酸化膜13・・
・・・・・・・・・・・・・n形層14・・・・・・・
・・・・・・・・絶k1.膜15・・・・・・・・・・
・・・・・亀伽四曽16・・・・・・・・・・・・・・
・コンタクト穴17・・・・・・・・・・・・・・・コ
ンタクト′…、幌21・・・・・・・・・・・・・・・
累土間分離鎖酸22・・・・・・・・・・・・・・・シ
リコン酸化膜23・・・・・・・・・・・・・・・バッ
トシリコン[E[24・・・・・・・・・・・・・・・
レジスト25・・・・・・・・・・・・・・・セルキャ
パシタ領域26・・・・・・・・・・・・・・・n形層
27・・・・・・・・・・・・・・・シリコン窒化膜2
8・・・・・・・・・・・・・・・シリコン酸化膜29
・・・・・・・・・・・・・・・レジスト30 ・・・
・・・・・・・・・・・・ n形7曽31・・・・・・
・・・・・・・・・ケート酸化膜32・・・・・・・・
・・・・・・・ゲート電極33・・・・・・・・・・・
・・・・n形層34・・・・・・・・・・・・・・・シ
リコン酸化膜35・・・・・・・・・・・・・・・層間
絶縁膜36・・・・・・・・・・・・・・・コンタクト
穴37・・・・・・・・・・・・・・・配線電極特許出
願人 日本電信電砧公社 第10図 第14図 第16図    竺17Wi

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (υ導電形の半導体基板の主表面に形成ざitた溝の内
    表面鳩か、@配半導体基板の都電形と異なる導電形’に
    !L、7Dλつ前記の溝の同表向上に、絶鍼膜寂よひ屯
    惨虐が形成さn、たキャパシタが設けられていることを
    特徴とする半導体集積回路装置。 (2)導電形の半導体基板の主表面のfft定領域に清
    音形成する工程と、前記の溝の内面に前記半導体基板の
    導電形と異なる導電層?形成する工程と、前記の専電噛
    上VC絶縁膜2工ひ電極層會この順序に積層することに
    よりキャパシタを形成する工程と勿宮むこと盆特徴とす
    る半導体集積回路装置の製造方法。
JP58056845A 1983-04-02 1983-04-02 半導体集積回路装置およびその製造方法 Pending JPS59184555A (ja)

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