JPS6035566A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPS6035566A JPS6035566A JP59121725A JP12172584A JPS6035566A JP S6035566 A JPS6035566 A JP S6035566A JP 59121725 A JP59121725 A JP 59121725A JP 12172584 A JP12172584 A JP 12172584A JP S6035566 A JPS6035566 A JP S6035566A
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- film
- capacitance
- memory cell
- insulating film
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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
- H10B12/01—Manufacture or treatment
- H10B12/02—Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
- H10B12/03—Making the capacitor or connections thereto
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体装置の製造方法に関し、詳しくは配線容
量の小さい半導体gli置の製造方法に関する。
量の小さい半導体gli置の製造方法に関する。
C発明の背景〕
MOS −RAMとしては、種々の形態のものがあり、
トランジスタの数の最小のものは1トランジスタ形MO
8−RAMである。従来の1トランジスタ形MO3−R
AMは、第1図に示す様に、スイッチング用の絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタ(以下、MOSトランジスタ
と略)1と情報を記憶するための容量2よりなるメモリ
・セルを、AQ電極3よりなるワード線と拡散層4より
なるデータ線によって選択するようになっている。ここ
で、5はSi基板、6は素子間分離用の絶縁膜(SiO
,等)、7はゲート絶縁膜(S io、 。
トランジスタの数の最小のものは1トランジスタ形MO
8−RAMである。従来の1トランジスタ形MO3−R
AMは、第1図に示す様に、スイッチング用の絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタ(以下、MOSトランジスタ
と略)1と情報を記憶するための容量2よりなるメモリ
・セルを、AQ電極3よりなるワード線と拡散層4より
なるデータ線によって選択するようになっている。ここ
で、5はSi基板、6は素子間分離用の絶縁膜(SiO
,等)、7はゲート絶縁膜(S io、 。
A I2.o3. S i3N4等)、8は第1層の多
結晶シリコン電極、9は層間絶縁膜(S i Oを等)
、1゜は上記の拡散M4と共にソースまたはドレインと
なる拡散層、11は多結晶シリコン電極8に電圧を印加
して生じた反転層、12は多結晶シリコン電極(ゲー]
−)であり、容HL2は多結晶シリコン電極8と反転層
12との間に形成されている。
結晶シリコン電極、9は層間絶縁膜(S i Oを等)
、1゜は上記の拡散M4と共にソースまたはドレインと
なる拡散層、11は多結晶シリコン電極8に電圧を印加
して生じた反転層、12は多結晶シリコン電極(ゲー]
−)であり、容HL2は多結晶シリコン電極8と反転層
12との間に形成されている。
上記第1図から4〕かるように、情報を蓄積するための
容量2は単にスイッチングトランジスタ1と同一平面上
に2次元的に配置されているのみのため、メモリセルの
面積が大きくなっている。又、lMOSトランジスタ形
RAMでは、蓄積容量に蓄えられた電荷は読み出し電圧
に比例し、この読み出し電圧は回路的に大きいことが望
ましい。したがって、電荷保持時間を長く回路を安定に
動作させるために、蓄積容量は大きいことが望ましい。
容量2は単にスイッチングトランジスタ1と同一平面上
に2次元的に配置されているのみのため、メモリセルの
面積が大きくなっている。又、lMOSトランジスタ形
RAMでは、蓄積容量に蓄えられた電荷は読み出し電圧
に比例し、この読み出し電圧は回路的に大きいことが望
ましい。したがって、電荷保持時間を長く回路を安定に
動作させるために、蓄積容量は大きいことが望ましい。
しかし蓄積容量を大きくするためには、容量部の面積を
大きくする必要があり、集積度が低下する。
大きくする必要があり、集積度が低下する。
本発明者等は、先に特開昭53−4483号において電
荷を蓄えるコンデンサ部を立体的に積み上げることによ
り、素子の縦方向を積極的に利用して集積密度を上げ、
蓄積容量を増大させる構成のメモリセルを提案した。第
2図は、この積み上げ容態方式のlMOSトランジスタ
RAM (以下STC: 5tacked Capac
itor 5tructureと略称)の構成を示す断
面図である。第2図に示す様に、絶縁ゲート電界効果型
トランジスタ1のソースまたはドレインとなる拡散層1
0に隣接し、かつ基板5と逆の導電型を形成する領域(
不純物層によって逆導電型領域を形成しても良いが1本
実施例では反転層を利用している)11上にある第1層
の電極(本実施例においては反転W111を形成するた
めの電圧印加用電極)8の上に、容量を形成するための
層間絶縁膜14を設ける。次いで、その上に対向電極1
5を設け、その一端が拡散Wf10に接続されるように
する。
荷を蓄えるコンデンサ部を立体的に積み上げることによ
り、素子の縦方向を積極的に利用して集積密度を上げ、
蓄積容量を増大させる構成のメモリセルを提案した。第
2図は、この積み上げ容態方式のlMOSトランジスタ
RAM (以下STC: 5tacked Capac
itor 5tructureと略称)の構成を示す断
面図である。第2図に示す様に、絶縁ゲート電界効果型
トランジスタ1のソースまたはドレインとなる拡散層1
0に隣接し、かつ基板5と逆の導電型を形成する領域(
不純物層によって逆導電型領域を形成しても良いが1本
実施例では反転層を利用している)11上にある第1層
の電極(本実施例においては反転W111を形成するた
めの電圧印加用電極)8の上に、容量を形成するための
層間絶縁膜14を設ける。次いで、その上に対向電極1
5を設け、その一端が拡散Wf10に接続されるように
する。
その後、従来のものと同様に眉間絶縁膜9およびワード
線となるAQ電極3を設ける。
線となるAQ電極3を設ける。
このようにすれば、電極8と対向電極15は層間絶縁膜
14を介して容量C!を形成し、その蓄積容量はC+
+ Co x + Cnとなる。なおCoには酸化膜7
bを介して反転層11と電極8との間に、CDは空乏層
を介して反転層11と基板5との間に、それぞれ形成さ
れた容量である。
14を介して容量C!を形成し、その蓄積容量はC+
+ Co x + Cnとなる。なおCoには酸化膜7
bを介して反転層11と電極8との間に、CDは空乏層
を介して反転層11と基板5との間に、それぞれ形成さ
れた容量である。
すなわち、メモリ・セルを第2図のように、絶縁膜14
を介して電極8の上に電極15を設けた構造にすること
によって、蓄猪容量を従来のCow+ G oに比べて
容量CIだけ大きくすることができる。従って、従来の
メモリ・セルの蓄積容量と同じ値を用いる場合には、メ
モリ・セルの面積を著しく減少させることができる。
を介して電極8の上に電極15を設けた構造にすること
によって、蓄猪容量を従来のCow+ G oに比べて
容量CIだけ大きくすることができる。従って、従来の
メモリ・セルの蓄積容量と同じ値を用いる場合には、メ
モリ・セルの面積を著しく減少させることができる。
このSTCメモリは、コンデンサ部を素子の上に積み上
げることにより、コンデンサを形成する絶縁膜14を任
意に選択でき、誘導率の大きなSi、、N4膜等を用い
ることができるといった利点がある。
げることにより、コンデンサを形成する絶縁膜14を任
意に選択でき、誘導率の大きなSi、、N4膜等を用い
ることができるといった利点がある。
しかしながら、このSTCメモリにおいて、蓄積容量を
大きくするために、M縁膜14として、薄いSi3N、
膜を用いる場合、リーク電流等の問題のために、蓄積容
量の増大にも限度がある。さらに、蓄積コンデンサの片
側の電極に接続されている拡散層10が低濃停基板5に
直接接しているために、放射線も含めた外部雑音による
電荷の流失があり、メモリ誤動作の一因になる。
大きくするために、M縁膜14として、薄いSi3N、
膜を用いる場合、リーク電流等の問題のために、蓄積容
量の増大にも限度がある。さらに、蓄積コンデンサの片
側の電極に接続されている拡散層10が低濃停基板5に
直接接しているために、放射線も含めた外部雑音による
電荷の流失があり、メモリ誤動作の一因になる。
又、第1図に示されたlMOSトランジスタ形RAMの
改良として、特開昭53−34435号で提案された容
量埋込み形構造のものがある。この容量埋込み形メモリ
は、第3図に示す様に、蓄積容量として、M緑ゲート電
界効果トランジスタ1のソースまたはドレインとなる拡
散層13とその下部に設けられた基板5と同一導電形で
高不純物濃の領域16との間のpn接合を利用するもの
である。
改良として、特開昭53−34435号で提案された容
量埋込み形構造のものがある。この容量埋込み形メモリ
は、第3図に示す様に、蓄積容量として、M緑ゲート電
界効果トランジスタ1のソースまたはドレインとなる拡
散層13とその下部に設けられた基板5と同一導電形で
高不純物濃の領域16との間のpn接合を利用するもの
である。
この容量埋込み形メモリは、基板中に蓄積容量部を埋込
んだ構成であり、第」図のメモリの蓄積ゲート構成に比
べ、電極8を用いないため、多層配線を必要とせず、小
面積のメモリセルである。
んだ構成であり、第」図のメモリの蓄積ゲート構成に比
べ、電極8を用いないため、多層配線を必要とせず、小
面積のメモリセルである。
しかしながら、この容量埋込み形メモリは、pn接合の
リーク電流や耐圧の点で、容量増大には限度がある。ま
た、pn接合のm位面積当りの容量は酸化膜等の容量よ
りも小さいため、大きな蓄積容量を得るためには大きな
血清が必要となり、集積度の点で不利である。
リーク電流や耐圧の点で、容量増大には限度がある。ま
た、pn接合のm位面積当りの容量は酸化膜等の容量よ
りも小さいため、大きな蓄積容量を得るためには大きな
血清が必要となり、集積度の点で不利である。
また、従来の半導体メモリは、一般に基板と配線間の容
量が大きく、メモリセルからの信号電圧を低下させる一
因となっていた。
量が大きく、メモリセルからの信号電圧を低下させる一
因となっていた。
本発明はMOS −RAMメモリセルの集積密度と蓄積
容量の両者を、従来のMOS −RAMメモリセルに比
べ増大させることのできる半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。
容量の両者を、従来のMOS −RAMメモリセルに比
べ増大させることのできる半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、第1の絶縁膜の有
する開花部を第1の導電膜で充填し、さらに上記第1の
導電膜表面の少なくとも一部が露出されるように第2の
絶縁膜を積層して形成した後、第2の導電膜を形成する
ものである。
する開花部を第1の導電膜で充填し、さらに上記第1の
導電膜表面の少なくとも一部が露出されるように第2の
絶縁膜を積層して形成した後、第2の導電膜を形成する
ものである。
以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。
実施例1
第4図(A)、(B)は本発明のlMOSトランジスタ
形メモリセルの第1の実施例を示す断面図、等価回路図
である。
形メモリセルの第1の実施例を示す断面図、等価回路図
である。
第4図のメモリセルにおいせ、蓄積容iceは2つの容
量から構成されており、その1つは、誘電率の高いナイ
トライド膜(Si、N、膜)やアルミナ膜(AQ203
膜)等の絶縁膜21を、第1層多結晶シリコン層22と
第2Wj多結晶シリコン層23との間に挾んで形成した
絶縁膜容量Ca I Nであり、もう1つは、p形Si
基板26内に形成されたn+形層24とp00膜25と
によるpn接合間の空乏層容置CJである。又、第4図
のメモリセルにおいて、アドレスMOSトランジスタ1
は、ソース、ドレインとなるn0形層24.27と、ゲ
ート絶縁膜28、第3層多結晶シリコンのゲート電極2
9で構成される。なお、第4図において、201はデー
タ線、202はワード線、203は電極23に直流バイ
アス電位(正の所定電圧V a a又は接地電位v11
を与えるラインである。
量から構成されており、その1つは、誘電率の高いナイ
トライド膜(Si、N、膜)やアルミナ膜(AQ203
膜)等の絶縁膜21を、第1層多結晶シリコン層22と
第2Wj多結晶シリコン層23との間に挾んで形成した
絶縁膜容量Ca I Nであり、もう1つは、p形Si
基板26内に形成されたn+形層24とp00膜25と
によるpn接合間の空乏層容置CJである。又、第4図
のメモリセルにおいて、アドレスMOSトランジスタ1
は、ソース、ドレインとなるn0形層24.27と、ゲ
ート絶縁膜28、第3層多結晶シリコンのゲート電極2
9で構成される。なお、第4図において、201はデー
タ線、202はワード線、203は電極23に直流バイ
アス電位(正の所定電圧V a a又は接地電位v11
を与えるラインである。
2つの容量Ca l NとCJは第4図(B)のMOS
・RAMメモリセルの等価回路にも示されている様に、
アドレスMO8)−ランジスタ1に並列に接続されてお
り、メモリセル全体の??fff容量CaはCa l
NとCjとの和となる。2つの容1cat++とC。
・RAMメモリセルの等価回路にも示されている様に、
アドレスMO8)−ランジスタ1に並列に接続されてお
り、メモリセル全体の??fff容量CaはCa l
NとCjとの和となる。2つの容1cat++とC。
は同一・場所に立体的に形成されているため、小さな面
積で、大きな蓄積容量を得ることができる。
積で、大きな蓄積容量を得ることができる。
さらに?9績容爪の片側のffl極22と接しているn
+拡散層24は高濃度p形層25にほぼおおわれている
ため、nゝ拡散層と低濃度p形基板26との間にはポテ
ンシャルバリヤが形成される。従って、放射線等の外部
雑音により電荷がメモリセル部に流入してもポテンシャ
ルバリヤが存在するために蓄積容量部のn″″拡散層に
電荷は入ってこす、耐雑音性が増加することになる。
+拡散層24は高濃度p形層25にほぼおおわれている
ため、nゝ拡散層と低濃度p形基板26との間にはポテ
ンシャルバリヤが形成される。従って、放射線等の外部
雑音により電荷がメモリセル部に流入してもポテンシャ
ルバリヤが存在するために蓄積容量部のn″″拡散層に
電荷は入ってこす、耐雑音性が増加することになる。
セル面積を60μMとし、アドレスMOSトランジスタ
を同一構成として、第1〜4図のMOS・RAMを比較
すると蓄積容量値は次の様になる。
を同一構成として、第1〜4図のMOS・RAMを比較
すると蓄積容量値は次の様になる。
■ 第1図のMOS −RAM
条件
1)Sin2膜7bの膜厚Tox= 35 n m1t
)多結晶S in8のシート抵抗=40Ω/口蓄積容量 C8”Cox= 100 X 10−’P F/bit
■ 第2図のMOS −RAM 1)、ji)上記のに同一。
)多結晶S in8のシート抵抗=40Ω/口蓄積容量 C8”Cox= 100 X 10−’P F/bit
■ 第2図のMOS −RAM 1)、ji)上記のに同一。
iii )絶縁膜(S 3.N 4膜)14の膜厚T’
st*=35 n rn 蓄積容量 Cax Cai*+ Cox= 250 X I O−
’ P F /it ■ 第3図のMOS −RAM 条件 i)n+層13の不純物濃度=10”〜10”cm−’ it) p“[16の不純物濃度=8×1016印−3 蓄積容量 Cs=C4= 50 X 10−’P F/bit■
第4図のMOS−RAM(本発明)条件 1)Si、N4膜21の膜厚Tai*、= 35 n
m1f)n″″層24の不純物濃度=10”−1020
an−” in) P+層25の不純物濃度=8X10”a!1−
3 W積容星 Ca=C5t*+C,1:450 X 10−’P F
/it 以上の各MO8−RAMで、アドレスMOSトランジス
タ1は、p形Si基板(不純物濃度5×10”an−’
)の表面領域に設けらicた深さ0.3μm、不純物濃
度1020〜1021CI11−’のn′形ソース、ド
レイン領域24.27 (10,4)と、膜厚35 n
mのS j、 02膜(ゲート絶縁膜)28(7)と
シート抵抗30Ω/口の多結晶シリコソゲ−1〜電極2
9 (12)からなる。
st*=35 n rn 蓄積容量 Cax Cai*+ Cox= 250 X I O−
’ P F /it ■ 第3図のMOS −RAM 条件 i)n+層13の不純物濃度=10”〜10”cm−’ it) p“[16の不純物濃度=8×1016印−3 蓄積容量 Cs=C4= 50 X 10−’P F/bit■
第4図のMOS−RAM(本発明)条件 1)Si、N4膜21の膜厚Tai*、= 35 n
m1f)n″″層24の不純物濃度=10”−1020
an−” in) P+層25の不純物濃度=8X10”a!1−
3 W積容星 Ca=C5t*+C,1:450 X 10−’P F
/it 以上の各MO8−RAMで、アドレスMOSトランジス
タ1は、p形Si基板(不純物濃度5×10”an−’
)の表面領域に設けらicた深さ0.3μm、不純物濃
度1020〜1021CI11−’のn′形ソース、ド
レイン領域24.27 (10,4)と、膜厚35 n
mのS j、 02膜(ゲート絶縁膜)28(7)と
シート抵抗30Ω/口の多結晶シリコソゲ−1〜電極2
9 (12)からなる。
実施例2
第5図(A)、(B)に、本発明のMOS −RAMの
第2の実施例のメモリセル断面図、等価回路図を示す6 第5図の実施例では、第4図に示した実施例と同様に、
蓄積容iceは絶縁膜容量Cn i n と接合容fl
cc、+の両者から構成されるが、本実施例では。
第2の実施例のメモリセル断面図、等価回路図を示す6 第5図の実施例では、第4図に示した実施例と同様に、
蓄積容iceは絶縁膜容量Cn i n と接合容fl
cc、+の両者から構成されるが、本実施例では。
多結晶シ+J :l ン層22.23 トL: ヨ’)
S j、3N 4vA21を挾んだ絶縁膜容731
C5t NはアドレスM、 OSトランジスタ1のゲー
ト電極29上にまでまたがって形成されている。このた
め、絶縁膜容量部の面積は大きくなり、容量値Ca I
にが大きくなる。
S j、3N 4vA21を挾んだ絶縁膜容731
C5t NはアドレスM、 OSトランジスタ1のゲー
ト電極29上にまでまたがって形成されている。このた
め、絶縁膜容量部の面積は大きくなり、容量値Ca I
にが大きくなる。
シリコン基板26内に形成された03層24とP″″層
2層上5間のpn接合容容気 、+は第4図の実施例と
同じである。したがって、本実施例のメモリセルでは、
高い集積m度を確保したまま全体の蓄積容量C8を増加
させることができる。実施例1の■と同−条何で、Cm
= 650 X 10−’P F/bitとなった。
2層上5間のpn接合容容気 、+は第4図の実施例と
同じである。したがって、本実施例のメモリセルでは、
高い集積m度を確保したまま全体の蓄積容量C8を増加
させることができる。実施例1の■と同−条何で、Cm
= 650 X 10−’P F/bitとなった。
なお、204は索子分離用バイアス印加fllu 4M
(多結晶5i)205に接地電位を与える端子である。
(多結晶5i)205に接地電位を与える端子である。
又、第5図(A)のメモリセルでは、ゲート電極29が
第1層目多結晶5iW1.22.23がそれぞれ第2層
目、第3層目多結晶5IWJとして形成される。
第1層目多結晶5iW1.22.23がそれぞれ第2層
目、第3層目多結晶5IWJとして形成される。
実施例3
第6図(A)、(B)に、本発明のMOS −RAM第
3の実施例のメモリセル断面図、等価回路図を示す。
3の実施例のメモリセル断面図、等価回路図を示す。
本メモリセルの蓄積容量は3つの容量から植成されてお
り、第1の容気は第1層11の多結晶シリコン22と第
2層目の多結晶シリコン23にはさまれたナイトライド
膜やアルミナ膜等の絶縁膜21による容量Ca I N
であり、第2の容量は第1層目多結晶シリコン22とシ
リコン基板26内の11”″層24の間の酸化膜等28
′による容気Co x。
り、第1の容気は第1層11の多結晶シリコン22と第
2層目の多結晶シリコン23にはさまれたナイトライド
膜やアルミナ膜等の絶縁膜21による容量Ca I N
であり、第2の容量は第1層目多結晶シリコン22とシ
リコン基板26内の11”″層24の間の酸化膜等28
′による容気Co x。
第3の容気はシリコン基板26に形成されたn4層24
とP”ff125の接合による空乏層容量C4である。
とP”ff125の接合による空乏層容量C4である。
3つの容量は全て同一場所に立体的に形成されており、
小さな面積で大きな蓄積容量C8を得ることができ、蓄
積容量C11の値は同一面積をもち酸化膜容量だけから
なる第1図の従来メモリセルの3.5倍4倍の値が得ら
れる。
小さな面積で大きな蓄積容量C8を得ることができ、蓄
積容量C11の値は同一面積をもち酸化膜容量だけから
なる第1図の従来メモリセルの3.5倍4倍の値が得ら
れる。
なお、206は多結晶Si電極22を接地電位に設定す
るラインである。
るラインである。
実施例4
第7図(A)、(B)は、本発明のMOF3− RAM
の第4の実施例のメモリセル断面図、等価回路図を示す
。
の第4の実施例のメモリセル断面図、等価回路図を示す
。
本メモリセルはこれまでの実施例のうち、最も蓄積容量
が大きくなる構造である。本メモリセルの前述のメモリ
セルと異なる大きな特徴は、シリコン基板内に形成され
るn*−P”接合が多段に積み重ねられて複数個形成さ
れ、それらの空乏層容量の総和が蓄積容量C6に寄与す
るということであり、これらの容気に絶縁膜による容量
が加わって非常に大きなWfff容量が実現することに
なる。
が大きくなる構造である。本メモリセルの前述のメモリ
セルと異なる大きな特徴は、シリコン基板内に形成され
るn*−P”接合が多段に積み重ねられて複数個形成さ
れ、それらの空乏層容量の総和が蓄積容量C6に寄与す
るということであり、これらの容気に絶縁膜による容量
が加わって非常に大きなWfff容量が実現することに
なる。
本稙造は前記の各種のメモリセルに全て適用することが
可能である。第7図に示した構造は本実施例の構造を第
6図に示したメモリセルに適用したものであり、蓄積容
量Caは最低5つの容気によって構成されている。即ち
、第1の容量は第1RyJ目の多結晶シリコン22と第
2層11の多結晶シリコン23との間にはさまれたナイ
トライド膜やアルミナ膜等の絶縁膜2】による容量Ca
l Nであり、第2の容量は第1層目の多結晶シリコ
ン22とシリコン基板26内II“Wj24 aとの間
の酸化膜28′等による容Jt Co y=であり、第
3の容量はn′″WJ24 aとp′″WJ25aとの
間の空乏層容量cJ、であり、第4の容量はp+層25
aとn3層24、 bとの間の空乏層容量Ca 2であ
り、第5の容量はn”J!!724bと24層25bと
の間の空乏層容量0.5□である。多段の空乏層容量は
製作プロセスの許す範囲でふやすことが可能である。各
n1層は深い拡散深さを有するn9層24Cによって接
続されており、各空乏層容量は全て並列につながること
になる。従って本構造によるメモリセルの??積容、5
1cnは同一面積で酸化膜容量だけからなる第1図に示
す従来のメモリセルの5倍から10倍の非常に大きな値
が得られることになる。
可能である。第7図に示した構造は本実施例の構造を第
6図に示したメモリセルに適用したものであり、蓄積容
量Caは最低5つの容気によって構成されている。即ち
、第1の容量は第1RyJ目の多結晶シリコン22と第
2層11の多結晶シリコン23との間にはさまれたナイ
トライド膜やアルミナ膜等の絶縁膜2】による容量Ca
l Nであり、第2の容量は第1層目の多結晶シリコ
ン22とシリコン基板26内II“Wj24 aとの間
の酸化膜28′等による容Jt Co y=であり、第
3の容量はn′″WJ24 aとp′″WJ25aとの
間の空乏層容量cJ、であり、第4の容量はp+層25
aとn3層24、 bとの間の空乏層容量Ca 2であ
り、第5の容量はn”J!!724bと24層25bと
の間の空乏層容量0.5□である。多段の空乏層容量は
製作プロセスの許す範囲でふやすことが可能である。各
n1層は深い拡散深さを有するn9層24Cによって接
続されており、各空乏層容量は全て並列につながること
になる。従って本構造によるメモリセルの??積容、5
1cnは同一面積で酸化膜容量だけからなる第1図に示
す従来のメモリセルの5倍から10倍の非常に大きな値
が得られることになる。
実施例5
次に本発明によるM、08−RAMのメモリセルの平面
構造について説明する。第8図は本発明によるメモリセ
ルの1つの設i1例であり、第4図に示したメモリセル
を例にとったものである。Wf^容景容量図中で斜線を
引いた領域であり、この領域に高誘電率絶縁膜容量とp
n接合容量が立体的に積み重ねられている。従って本設
計例では、メモリセルの蓄積容、1lcaは同一面精で
酸化膜容量だけからなる従来のメモリセルの4.5 倍
と大きな値が得られており、大容量MO8−RAMの動
作を安定にさせることが可能となる。
構造について説明する。第8図は本発明によるメモリセ
ルの1つの設i1例であり、第4図に示したメモリセル
を例にとったものである。Wf^容景容量図中で斜線を
引いた領域であり、この領域に高誘電率絶縁膜容量とp
n接合容量が立体的に積み重ねられている。従って本設
計例では、メモリセルの蓄積容、1lcaは同一面精で
酸化膜容量だけからなる従来のメモリセルの4.5 倍
と大きな値が得られており、大容量MO8−RAMの動
作を安定にさせることが可能となる。
実施例6
次の本発明によるメモリセルの製造プロセスについて述
べる。シリコン基板内に形成されるn4−p″″″接合
段の場合と多段の場合について述べる。第9図はn″″
−p4接合が1段で第4図に示した構造を有するメモリ
セルの製作プロセスである。低濃度p形シリコン基板3
0を選択酸化法により酸化し、0.5〜1μIllの1
7さのフィール1〜rdI化膜(Sin、)31と、+
形層チャネルスI・ツバ32を形成する(第9図(A)
)、法に、30〜50nmの薄い酸化IF′f(Sin
、)33をシリコン基板30の表面に形成し、その後ホ
トレジスト膜34をマスクとしてボロンイオンBゝを1
50〜400KeVの高いエネルギで、1=3X10”
cm−2程度シリコン基板31中に打込み、p4層35
を形成する(第9図(B))。次にホトレジスト膜34
をマスクに薄い酸化膜(SiO,)33をエツチングし
た後、ホI・レジスト膜34を除去して高濃度n形不純
物が添加さ九た第1層目の多結晶シリコン36を6.1
〜0.3μm堆積させ、次に20〜50nmの高誘電率
絶縁膜38、たとえば薄いナイトライド膜やアルミナ膜
38を多結晶シリコン上に堆積させる。この場合、多結
晶シリコン36とシリコン基板30が直接接触している
領域には多結晶シリコン中のり形不純物がシリコン基板
内に拡散していき!げ層37が形成される(第9図(C
))。次に、絶縁膜38と多結晶シリコン36とを同時
にプラズマエッチ法によりエツチングする(第9図(D
))。その後、高濃度rI形不純物を含む第2層目の多
結晶シリコン39を0.2〜0.4μm堆積させホトエ
ツチングにより絶縁膜38をおおうようにパターンを形
成する(第9図(E))、次に薄い酸化膜(S i O
z )33を除去し、800〜1000℃の温度で酸化
を行な&N 20−50 n mの−薄いゲート酸化膜
(Sin、)40を形成する。この場合、第2層目の多
結晶シリコンはn形不純物を高濃度含んでいるため10
0−200 n mの厚い酸化n% (Sin、)41
が形成される。その後第3層目の多結晶シリコンにより
、或いはアルミニウム、モリブデンやタングステン等の
金属によりゲート電極42を形成し、これをマスクとし
て自己整合的に高濃度n形拡散層43を形成する(第9
図(F))。その後、0.5〜1μmのPSG膜4膜製
4積させ、コンタクト穴を開け、最後にアルミニウム電
t445を形成する(第9図(G))。ここで第91s
(13)の工程でボロンイオンB″″を高いエネルギ
で打込む理由は、大きな空乏層容量を得るためである6
すなわち、第10図に示す様に、ボロンイオンを例えば
、300〜4001(e Vの高いエネルギでシリコン
にイオン打ち込みし1ooo℃で20分程度の熱処理を
行なうど図中の分布101のようにシリコン内部0.6
μIn程度の深い領域にピークをもつようになる。
べる。シリコン基板内に形成されるn4−p″″″接合
段の場合と多段の場合について述べる。第9図はn″″
−p4接合が1段で第4図に示した構造を有するメモリ
セルの製作プロセスである。低濃度p形シリコン基板3
0を選択酸化法により酸化し、0.5〜1μIllの1
7さのフィール1〜rdI化膜(Sin、)31と、+
形層チャネルスI・ツバ32を形成する(第9図(A)
)、法に、30〜50nmの薄い酸化IF′f(Sin
、)33をシリコン基板30の表面に形成し、その後ホ
トレジスト膜34をマスクとしてボロンイオンBゝを1
50〜400KeVの高いエネルギで、1=3X10”
cm−2程度シリコン基板31中に打込み、p4層35
を形成する(第9図(B))。次にホトレジスト膜34
をマスクに薄い酸化膜(SiO,)33をエツチングし
た後、ホI・レジスト膜34を除去して高濃度n形不純
物が添加さ九た第1層目の多結晶シリコン36を6.1
〜0.3μm堆積させ、次に20〜50nmの高誘電率
絶縁膜38、たとえば薄いナイトライド膜やアルミナ膜
38を多結晶シリコン上に堆積させる。この場合、多結
晶シリコン36とシリコン基板30が直接接触している
領域には多結晶シリコン中のり形不純物がシリコン基板
内に拡散していき!げ層37が形成される(第9図(C
))。次に、絶縁膜38と多結晶シリコン36とを同時
にプラズマエッチ法によりエツチングする(第9図(D
))。その後、高濃度rI形不純物を含む第2層目の多
結晶シリコン39を0.2〜0.4μm堆積させホトエ
ツチングにより絶縁膜38をおおうようにパターンを形
成する(第9図(E))、次に薄い酸化膜(S i O
z )33を除去し、800〜1000℃の温度で酸化
を行な&N 20−50 n mの−薄いゲート酸化膜
(Sin、)40を形成する。この場合、第2層目の多
結晶シリコンはn形不純物を高濃度含んでいるため10
0−200 n mの厚い酸化n% (Sin、)41
が形成される。その後第3層目の多結晶シリコンにより
、或いはアルミニウム、モリブデンやタングステン等の
金属によりゲート電極42を形成し、これをマスクとし
て自己整合的に高濃度n形拡散層43を形成する(第9
図(F))。その後、0.5〜1μmのPSG膜4膜製
4積させ、コンタクト穴を開け、最後にアルミニウム電
t445を形成する(第9図(G))。ここで第91s
(13)の工程でボロンイオンB″″を高いエネルギ
で打込む理由は、大きな空乏層容量を得るためである6
すなわち、第10図に示す様に、ボロンイオンを例えば
、300〜4001(e Vの高いエネルギでシリコン
にイオン打ち込みし1ooo℃で20分程度の熱処理を
行なうど図中の分布101のようにシリコン内部0.6
μIn程度の深い領域にピークをもつようになる。
このようなp0層とn′″層(不耗物濃度分布103)
との間の空乏層容量はシリコン表面にピークを有する分
布102のようなp1層とn”ffとの間の空乏層容量
に比べ、印加電圧に対する依存性が小さく、電圧を印加
しても大きな空乏層容量が得られる。第11図に、第1
0図の分布101による空乏層容量、および分布102
による空乏層容量の印加電圧依存性を、それぞれ111
,112として示す。
との間の空乏層容量はシリコン表面にピークを有する分
布102のようなp1層とn”ffとの間の空乏層容量
に比べ、印加電圧に対する依存性が小さく、電圧を印加
しても大きな空乏層容量が得られる。第11図に、第1
0図の分布101による空乏層容量、および分布102
による空乏層容量の印加電圧依存性を、それぞれ111
,112として示す。
実施例7
第12図はl5−p″″″接合段に形成され、かつ第7
図に示した構造を有するメモリセルの製作プロセスであ
る。低濃度p形シリコン基板46表面に部分的しこn+
−pゝ接合をイオン打ち込み法や熱拡散法により形成す
る。この場合、24層47はボロンにより形成され、0
0層はひ素やアンチモンなどの拡散係数の小さな不純物
が添加される領域48とリンなどの拡散係数の大きな不
純物が添加される領域49の2つに分けられる。その後
、シリコン基板46の表面に10〜50nmの薄い酸化
膜(Sin、)50を形成し、ホトレジスト膜51をマ
スクに01層48表面にボロンイオン52を1012〜
1013G−2イオン打ち込みする(第12図(A))
、次にシリコン基板表面の酸化膜50とホトレジスト膜
51とを除去した後、シリコン基板表面に基板と同程度
の不純物濃度を有する低濃度p形シリコン層53を約1
μmエピタキシャル法により成長させる。この場合、n
I層48表面にイオン打ち込みされたボロン不純物はエ
ピタキシャルp形層内にも添加されてp+層54が形成
される。さらにリンなどの拡散係数の大きな不純物が添
加されたn“層49はエピタキシャル成長時にエピタキ
シャルp形層内にのびていき、深い拡散深さを有するn
“W2B5が形成される(第12図(B))。その後、
選択酸化法により0.5〜1μmのフィールド酢化膜(
Sin2)56とp形層チャネルストッパ57を形成す
る。
図に示した構造を有するメモリセルの製作プロセスであ
る。低濃度p形シリコン基板46表面に部分的しこn+
−pゝ接合をイオン打ち込み法や熱拡散法により形成す
る。この場合、24層47はボロンにより形成され、0
0層はひ素やアンチモンなどの拡散係数の小さな不純物
が添加される領域48とリンなどの拡散係数の大きな不
純物が添加される領域49の2つに分けられる。その後
、シリコン基板46の表面に10〜50nmの薄い酸化
膜(Sin、)50を形成し、ホトレジスト膜51をマ
スクに01層48表面にボロンイオン52を1012〜
1013G−2イオン打ち込みする(第12図(A))
、次にシリコン基板表面の酸化膜50とホトレジスト膜
51とを除去した後、シリコン基板表面に基板と同程度
の不純物濃度を有する低濃度p形シリコン層53を約1
μmエピタキシャル法により成長させる。この場合、n
I層48表面にイオン打ち込みされたボロン不純物はエ
ピタキシャルp形層内にも添加されてp+層54が形成
される。さらにリンなどの拡散係数の大きな不純物が添
加されたn“層49はエピタキシャル成長時にエピタキ
シャルp形層内にのびていき、深い拡散深さを有するn
“W2B5が形成される(第12図(B))。その後、
選択酸化法により0.5〜1μmのフィールド酢化膜(
Sin2)56とp形層チャネルストッパ57を形成す
る。
次に20−50 n mの薄い酸化膜(S102) 5
8をエピタキシセルp形層表面に形成し、ホトレジスト
膜59をマスクにリンひ素などのn形不純物60を10
13〜1014an−”イオン打ち込みし11層層61
を形成する(第12図(C))。次に第1層目多結晶シ
リコン62を0.1〜0.3μm堆積させ、さらにその
上に20〜50nmの高誘電率絶縁膜63として、たと
えばナイトライド膜(sxiN4)やアルミナ膜(A
Q、03)を形成する。その後、酸化工程により多結晶
シリコン62の側面に0 、3〜0 、5 p tnの
薄い酸化膜(Sin−)64を形成する(第12図(D
))。次に薄い酸化膜(Sin2)58を部分的に除去
した後、n形不純物を高濃度含む第2層目の多結晶シリ
コン65を0.2−0.3層m堆積する(第12図(E
))。
8をエピタキシセルp形層表面に形成し、ホトレジスト
膜59をマスクにリンひ素などのn形不純物60を10
13〜1014an−”イオン打ち込みし11層層61
を形成する(第12図(C))。次に第1層目多結晶シ
リコン62を0.1〜0.3μm堆積させ、さらにその
上に20〜50nmの高誘電率絶縁膜63として、たと
えばナイトライド膜(sxiN4)やアルミナ膜(A
Q、03)を形成する。その後、酸化工程により多結晶
シリコン62の側面に0 、3〜0 、5 p tnの
薄い酸化膜(Sin−)64を形成する(第12図(D
))。次に薄い酸化膜(Sin2)58を部分的に除去
した後、n形不純物を高濃度含む第2層目の多結晶シリ
コン65を0.2−0.3層m堆積する(第12図(E
))。
次に簿い酸化膜58を除去した後、再び薄いグー1−酸
化11!i (Sin、) 6 Bを20−50 n
m形成するが、第2層目多結晶シリコン65上には10
0〜200 n n+の厚い酸化膜(Siow)67が
形成さtシる。次に第3層目の多結晶シリコンにより、
或いはアルミニウム、モリブデンやタングステン等の金
属によりゲート電極68を形成し、これをマスクとして
自己整合的に高濃度n膨拡散層69を形成する(第12
図(F))。次に0.5〜1.0μmのPSG膜7膜製
0積させ、コンタクト穴を開け、最後にアルミニウム電
極71を形成する(第12図(G))。
化11!i (Sin、) 6 Bを20−50 n
m形成するが、第2層目多結晶シリコン65上には10
0〜200 n n+の厚い酸化膜(Siow)67が
形成さtシる。次に第3層目の多結晶シリコンにより、
或いはアルミニウム、モリブデンやタングステン等の金
属によりゲート電極68を形成し、これをマスクとして
自己整合的に高濃度n膨拡散層69を形成する(第12
図(F))。次に0.5〜1.0μmのPSG膜7膜製
0積させ、コンタクト穴を開け、最後にアルミニウム電
極71を形成する(第12図(G))。
以上述べたように、本発明により高集積密度で蓄積容量
の大きなダイナミック形メモリセルが実現でき、大官J
IMO8−RAMの安定動作が可能となる。
の大きなダイナミック形メモリセルが実現でき、大官J
IMO8−RAMの安定動作が可能となる。
以上本発明による構造によって大きな??M容貝官有す
るメモリセルが得られるが、さらに信号電圧を大きくす
るにはデータ線の寄生容量を減らす必要がある。
るメモリセルが得られるが、さらに信号電圧を大きくす
るにはデータ線の寄生容量を減らす必要がある。
実施例8
第13図に示した構造は」二記の本発明による構造にさ
らにデータ線容斌が小さくなるような構造を付加したも
のである6すなわち、第4図のMOS・RAMメモリセ
ルを直進で、」層目のPSG爪テア2にコンタクト穴を
開けた後、多結晶Si或いはΔl1173によってコン
タク1−穴部をおおい、その後さらに2層[)PSG膜
74を0.5−1.0μm堆積させ、コンタク1−穴を
再び開けてAQ75によりデータ線を形成したものであ
る。この構造によりAQ配線75の下のpsalは従来
構造の2倍程度に厚くすることができ、それに従ってA
Q配線の寄生容量も1/2に小さくなる。従って、蓄積
容量の増大とデータ線容量の減少によってメモリセルか
らの信号電圧はさらに大きくなる。
らにデータ線容斌が小さくなるような構造を付加したも
のである6すなわち、第4図のMOS・RAMメモリセ
ルを直進で、」層目のPSG爪テア2にコンタクト穴を
開けた後、多結晶Si或いはΔl1173によってコン
タク1−穴部をおおい、その後さらに2層[)PSG膜
74を0.5−1.0μm堆積させ、コンタク1−穴を
再び開けてAQ75によりデータ線を形成したものであ
る。この構造によりAQ配線75の下のpsalは従来
構造の2倍程度に厚くすることができ、それに従ってA
Q配線の寄生容量も1/2に小さくなる。従って、蓄積
容量の増大とデータ線容量の減少によってメモリセルか
らの信号電圧はさらに大きくなる。
以上述べたように、本発明によれば、高集積密度で蓄積
容量の大きなダイナミック形メモリセルが実現でき、大
官iM、03−RAMの安定動作が可能となる。
容量の大きなダイナミック形メモリセルが実現でき、大
官iM、03−RAMの安定動作が可能となる。
第1図、第2図、第3図は従来のMOS−1tA阿メモ
リセルの構成を示す断面図、第4図、第5図。 第6図、第7図は本発明のMOS −RAMメモリセル
の実施例の断面構成と等価回路を示す図、第8図は本発
明のMOS−RAMメモリセルの平面パターンの一例を
示す図、第9図は本発明のMOS・RAMメモリセルの
製造工程の一例を示す断面図、第10図はpn接合容量
を形成する不純物層の濃度分布を示す図、第11図は不
純物濃度分布の違いによるp 1+接合容量の印加電圧
依存性の差異を示す図、第12図は本発明のMOS・R
A Mメモリセルの製造工程の他の例を示ず断面図、第
13図は本発明のMOS −RAMメモリセルの他の実
施例を示す断面図である。 20・・・フィールド酸化III(Sin、等)、21
・・・容量部用絶縁膜(S i、N4. A Q、03
等)、22゜23・・・容敵部電te <多結晶シリコ
ン層)、24・・・n0形不純物層、25・・・1++
形不純物層、26・・・p形シリコン基板、27・・n
”形不純物層、28・・・ゲート絶縁膜(Sin2等)
、29・・ゲート電極(多結晶シリコン又は金属)、2
01・・データ線、202・・・ワード線、203・・
・バイアスPIA(接地又′VJ 1 口 第 2121 VJ3 図 第 4 目 (A) 、8. ル 第 5 口 (ハ) 第 6 図 、f17121 (8) χ δ 図 第 9 図 第 10 図 →シリクンJ(面カ゛9〜7、!(μm)第 12 図 (へン (D〕 第 13 口
リセルの構成を示す断面図、第4図、第5図。 第6図、第7図は本発明のMOS −RAMメモリセル
の実施例の断面構成と等価回路を示す図、第8図は本発
明のMOS−RAMメモリセルの平面パターンの一例を
示す図、第9図は本発明のMOS・RAMメモリセルの
製造工程の一例を示す断面図、第10図はpn接合容量
を形成する不純物層の濃度分布を示す図、第11図は不
純物濃度分布の違いによるp 1+接合容量の印加電圧
依存性の差異を示す図、第12図は本発明のMOS・R
A Mメモリセルの製造工程の他の例を示ず断面図、第
13図は本発明のMOS −RAMメモリセルの他の実
施例を示す断面図である。 20・・・フィールド酸化III(Sin、等)、21
・・・容量部用絶縁膜(S i、N4. A Q、03
等)、22゜23・・・容敵部電te <多結晶シリコ
ン層)、24・・・n0形不純物層、25・・・1++
形不純物層、26・・・p形シリコン基板、27・・n
”形不純物層、28・・・ゲート絶縁膜(Sin2等)
、29・・ゲート電極(多結晶シリコン又は金属)、2
01・・データ線、202・・・ワード線、203・・
・バイアスPIA(接地又′VJ 1 口 第 2121 VJ3 図 第 4 目 (A) 、8. ル 第 5 口 (ハ) 第 6 図 、f17121 (8) χ δ 図 第 9 図 第 10 図 →シリクンJ(面カ゛9〜7、!(μm)第 12 図 (へン (D〕 第 13 口
Claims (1)
- 開花部を有する第1の絶縁膜を半導体基板上に形成する
工程と、上記開花部を第1の導電性物質膜によって充填
する工程と、上記第1の導電性物質の表面の少なくとも
一部が露出するように第2の絶縁膜を上記第1の絶縁膜
上に積層して形成する工程と、上記第1の導電性物質膜
の露出された表面から上記第2の絶縁膜上へ延伸する第
2の導電性物質膜を形成する工程を含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59121725A JPS6035566A (ja) | 1984-06-15 | 1984-06-15 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59121725A JPS6035566A (ja) | 1984-06-15 | 1984-06-15 | 半導体装置の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9730179A Division JPS5623771A (en) | 1979-08-01 | 1979-08-01 | Semiconductor memory |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6035566A true JPS6035566A (ja) | 1985-02-23 |
Family
ID=14818332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59121725A Pending JPS6035566A (ja) | 1984-06-15 | 1984-06-15 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6035566A (ja) |
-
1984
- 1984-06-15 JP JP59121725A patent/JPS6035566A/ja active Pending
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