JPS6175555A - Cmos双子井戸半導体装置を作る方法 - Google Patents

Cmos双子井戸半導体装置を作る方法

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JPS6175555A
JPS6175555A JP60144413A JP14441385A JPS6175555A JP S6175555 A JPS6175555 A JP S6175555A JP 60144413 A JP60144413 A JP 60144413A JP 14441385 A JP14441385 A JP 14441385A JP S6175555 A JPS6175555 A JP S6175555A
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conductive coating
well
area
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ロバート アール・ドアリング
グレゴリイ ジエイ・アームストロング
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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (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】 産業上の利用分野 この発明は半導体装置、更に具体的に云えば、VLSI
ダイナミック・メモリ装置等に使われる形式の0M08
回路を作る方法に関する。
従来の技術及び問題点 米国llI¥許第4.239,993号(テキサス・イ
ンスツルメンツ社に譲渡されている)に記載されている
様な形式のダイナミック読取/書込みメモリ装置は、例
えば米国特訂第4,055,444号又は同第4,24
0,092号に記載さ扛ている様なNチャンネル・セル
ファライン・シリコン・r−ト・プロセスによって製造
されている。電力金小さくするという条件により、例え
ば米国特肝に記載されている様な0MO8処理 を使うことが更に普及してお夕、更に、256にビット
又は1メガげットのダイナミックRAMで密度を高くす
ることによシ、装置の形状を一層小さくすることが必要
になり、アライメント、段のカバー、ア7ダカット等の
間Mが生じた。
問題点を解決する為の手段及び作用 この発明の主な目的は、半導体メモリ装置等、特に電力
が小さく、密度の高い装置に対する集積回路を作る改良
された方法を提供することである。
別の目的は、高密度のダイナミックRAM ′fr作る
のに使うことが出来る様な改良された0MO8方法を提
供することである。
この発明の1実施例では、厚いフィールド酸化物ではな
く、フィールド・プレートによる隔離を用い、別個のチ
ャンネル・ストッパの打込みを使わない双子井戸0MO
8方法によシ、ダイナミック読取シ/書込みメモリ等が
作られる。フィールド・プレートがP形井戸区域の上で
アースされ、N形井戸の上で正の電源に接続される。ト
ランジスタ1蘭のメモリ・セルは金属り9−ト構造であ
って、酸化物の下にN十形ドレイン領域が埋込まnる。
他のトランジスタは、軽くドープしたドレインを作る為
に、側壁酸化物スペーサを用いて金属ゲートにセルファ
ラインにして、打込λだソース/ドレイン領域を珪化す
ることによって構成される。
この発明の新規に特有と考えられる新規な特徴は特、f
f請求の範囲に記載17であるが、この発明自体並びに
その他の特徴及び利点は、以下図面について詳しく説明
する所から最もよく理解式ルよう。
実施例 第1図はこの発明に従って作らnたMOS VLSI集
積回路装置の1例が示さnている。これは双子井戸CM
OF3装置であってシリコン・チップ又はパー10の上
に形成され、このチップ又はバーがP+十形板11及び
P−形エピタキシャル層12を持っている。N形井戸又
はタンク13の中に電界効果トランジスタ14が形成さ
れ、P形井戸又はタンク15の中にNチャンネルのセル
ファライン・ゲート・トランジスタ16及びトランジス
タ11固のダイナミック読取/書込みメモリ・セル17
が形成されている。メモリ・セルは記憶キャパシタ18
と、金属ケ9−トのNチャンネル・アクセス・トランジ
スタ19とを持っている。キャパシタ18がポリシリコ
ン板21の下にN形打込み領域20を持っている。ポリ
シリコン板21はアースされていて、隔離用フィールド
・プレートとしても作用する。アクセス・トランジスタ
19がモリブデン層22の形をした耐火金属ゲートを持
っており、このトランジスタのドレイン23(これはメ
モリ・セルに対するビット線にもなる)は、酸化物24
の下に埋込壕れたN十打込み部である。
他方、Nチャンネル・トランジスタ16が一層浅いN十
形ソース/ドレイン領域25を持っていて、その表面領
域26が珪化されており、且つモリブデン・ゲート27
′ft持っている。領域25はr−ト27に対してセル
ファラインである。同様に、Pチャンネル・トランジス
タ14が、珪化した表面領域29を持つ浅いP十形ソー
ス/ドレイン領域28を有する。第1図のこれらのPチ
ャンネル・トランジスタ14の内の一方は、そのソース
・ドレイン通路に対して垂直な断面で(左側に)示され
ており、他方はソース/ドレイン領域に平行な断面で示
でルでいる。
この発明の重要な特徴は、(イ)珪化したN十及びP+
形ンース/ドレイン区域25.28及びこれらの領域を
使う4fl互接峠部と、(ロ)トランジスタ・チャンネ
ルと、(・→金檎からシリコンへの接点と、に)各々の
N形井戸を取巻くすき間31とを除き、チップ面の全部
ケ覆うフイ・−ルド・プレート30である。フィールI
S・プレートが全てのP形井戸区域でアースされ、全て
のN形井戸区域でVd(lに接続さ扛る。フィールド・
プレート30は、熱酸化物である2酸化シリコン層49
によってシリコン表面から絶縁さnている。この2酸化
シリコン層の厚さは約1.500人であるが、これと対
照的に普通のフィールド酸化物の厚さは約i o、o 
o 。
久であった。隔離構造を一層薄くすることによシ、厚い
酸化物を成長させる時のモートのはい込み、チャンネル
・ストッパのはい込み盤びに段のカバーの問題が避けら
れるので、これは重要な違いである。フィールド・プレ
ート30の下にあるN形及びP形井戸の表面濃度は、P
形井戸のフィールド・プレートのバイアス電圧がゼロの
時、又はN形井戸区域でVddの時、フィールド・プレ
ートの下の導電通路を避けるのに十分である。相互接続
部がフィールド区域の上を通る所では、伺処でもフィー
ルド・プレート30が介在配置され、この為寄生的なト
ランジスタが出来ない。P形井戸のフィールド・プレー
トの下にあるシリコン表面の閾値電圧は大体1ボルト又
は2ボルトにすぎないが、アースされたフィールド・プ
レートが導電を防止する。
ソース/ドレイン領域25と同時に形成される珪化した
N+形打込み領域34がN形井戸13及びP形井戸15
の間の界面を横切る。フィールド・プレート30に金属
ポリシリコン間接点35をつけて、それをアースに接続
する。この金属接点並びに関連した相互接続部を持つ同
様な接点は耐火金属、この例ではタングステンの層36
によって作られ、アルミニウム層37によって覆われて
いる。別の例の接点38が、N形井戸内の1〕十形領域
28に対して示されている。多重1ノベル絶縁体層39
が金属の相互接続部をその下にあるモリブデン・r−ト
2γ等から隔て\いる。
第2a図について説明すると、第1図の構造を作る方法
の最初の工程は、N形井戸13を作ることである。この
為、バー10を含むシリコン・スライスの−にに酸化シ
リコンの薄いコーティング41を成長させる。このスラ
イスは直径4吋位であるが、第1図に示すバー10の幅
は僅か約20ミクロンである。スライスを900℃で約
10分間、蒸気にλに川することにより酸化シリコン4
1を熱成長させ、約300大の厚さを作る。窒化シリコ
ン層42を低圧化学蒸気沈積工程によシ、約1、Oo 
o Xの厚さ1でスライスの全面の上にデポジットする
。フォトレジスト43のコーティング全シリコン・スラ
イスの上に回転によって付着し、その後N形タン、り1
3の形を定めるマスクを介して露光し、その後現像して
、タンクの上方のフオトレジストを除去し、開口44を
残す。乾式エッチ過程を用いて、窒化シリコン42をエ
ツチングによって除き、酸化物41の所で停止する。1
50ke■のエネルギで、約5 X 10”/am”の
量で燐の打込みを実施し、N形領域45を作る。これが
最終的には、熱処理が燐をシリコンの中に拡散した後に
、タンク13を形成する。
第2b図について説明すると、フォトレゾスト43を引
剥し、窒化シリコン42を酸化マスクとして使って、領
域45の上に熱作用による酸化シリコン層46を成長さ
せる。この酸化物46は900℃で約2.5時間の間蒸
気中で成長させ、約3.000λの厚さを作る。この高
温作業によってN形打込み領域45がシリコンの中に一
層深く追い込1れるが、その極限の深さには至らない。
第2C図に見られる様に、燐酸の様なエッチャントによ
って窒化物42を剥し、アルゴンの様な不活性区域内で
スライスを約1,100℃の温度に約10時間露出して
、N形タンク13を作る為の領域45の内方駆動を完了
する。次に、P形タンク15を作る最初の工程として、
スライスに硼素の打込みを行なう。この打込みは5 Q
 keVで約5 xI Q12/QTI2の量で行なわ
れ、酸化物41の下に浅いP形領域47を作るが、厚い
酸化物46によってマスクされる。
第2d図について説明すると、浅い領域47に打込んだ
硼素が、アルゴン雰囲気内で約3時間の間、約1,10
0°Cで内方駆動工程にかけられ、P形タンク15を作
る。その後、エッチャントによって全ての酸化物41.
46に除去し、この後のマスクのアライメントに使われ
る接合部に不連続部分48を残す。約1.500 Kの
薄い酸化物層49を蒸気中で900℃で成長させる。こ
の酸化物層49の一部分が完成された装置内に残り、フ
ィールド・プレート30とその下のシリコンの間の隔離
部として作用する。窒化シリコン層50を約750Xの
厚さにデポジットして、厚い酸化物24を成長させる時
の酸化マスクとして作用させる。フォトレジスト・コー
ティング51が、窒化物50のパターンを定める為にス
ライスの表面に適用され、不連続部分48にアラインし
たダイナミックRAMセル17のトランジスタ及びキャ
パシタを定めるマスクを介して、紫外線に露出される。
現像した時、フォトレゾスト51内の孔52が、この後
乾式エッチによって窒化シリコン50を除去する為のパ
ターンを定める。孔52内の若干の酸化物49はこのエ
ッチによって除去されるが、少なくともi、o o o
人が残る。
第2e図について説明すると、次の工程はフォトレゾス
ト51を引剥し、新しいフォトレゾスト・コーティング
を適用することである。この新しいフォトレゾスト・コ
ーティングが(不連続部48にアラインした)マスクを
用いてパターンを定められ、後でビット線23となる所
の孔が現われる様にするが、キャパシタ18は覆われた
ま\にする。その後、このフォトレジストを使ってキャ
パシタ18となる区域をマスクすると共に9、窒化物5
0を用いて孔をあけた場所をマスクして、スライスをエ
ッチャントにさらし、区域54内の酸化物49を除去す
る。次に、フォトレジスト53を引剥し、50 keV
でI X 10”/am”の量で砒素の打込みを実施し
て、N+領域55を作る。これらのN十領域が、ビット
線に対する埋込みN十形領域23及びガードリング33
になる。酸化物49がキャパシタ18の区域でこの打込
みのマスクとなる。次にスライスを熱処理にかけて、領
域55内の砒素を打込んだシリコンの焼鈍をする。これ
はアルイン中で900℃で1.5時間行なわれる。
打込み領域55がこの焼鈍の後にシリコンの中に一層深
く滲透する。
次に第2f図について説明すると、スライスを次に酸化
物エッチ−ヤントにさらして、キャパシタ領域の」二に
ある酸化物49を剥す。これは湿式エッチであり、この
為、窒化物50の縁の下にある酸化物にアンダカットが
入る。この後スライスを、最初は乾いた酸素中で、そし
てその後の終り半分の間は蒸気中で、900℃で約20
分間酸化作用にかけ、埋込みN十形領域23の上に酸化
物24を成長させると共に、後でキャパシタ領域となる
所にダミー酸化物コーティングを成長させる。N十形の
ドーピングにより、酸化物24は3,000人の厚さま
で成長するが、キャパシタ領域の上では、酸化物56は
約600λにしか成長しない。
次に、1501(eVで1X i 014/cm2の量
で砒素の打込みを行なうことにより、キャパシタ18の
N形記憶領域20全作る。この砒素の打込みは、スライ
スの他のどの部分でも、窒化物マスクに滲透しない。
次に、湿式エッチによシ、キャパシタ領域20の上のダ
ミー酸化物56を剥す。この湿式エッチが、埋込みN十
形領域の上の酸化物24をも若干量除去する。その後、
エッチャントとして高温燐酸を用いて、窒化物50を剥
す。次に、キャパシタ領域20の上に約100久の薄い
酸化物コーティングを成長させ、キャパシタの誘電体と
して作用させる。これは約850℃で酸素及びHCl中
で成長させる。
第2g図について説明すると、CVDプロセスを使って
、スライス全体の上に約3,000λの厚さに多結晶シ
リコン層全デポゾットし、フィールド・プレート30及
びキャパシタ極板21となるものを作る。このポリシリ
コン層は、オギシ塩化燐に酸素及び窒素を加えた雰囲気
に約950℃で10分間露出することによってドープし
、この工程の間に成長L7た釉薬を引411す。その後
、ポリシリコンJ−(まだスライス全体を覆っている)
を約900℃で約肌5時間の間蒸気に露出することによ
って2+000 Kの厚さに酸化1〜、熱酸化物コーテ
ィング5日を形成する。フォトレゾスト・コーティング
59を適用し、記憶キャパシタの極板21及びフィール
ド・プレート30を定めるマスクを介して露光し、その
後エッチ順序を実施[2て、(湿式エッチケ用いて)酸
化物5日、(乾式エッチを用いて)ボ′リシリコン51
、及び(湿式エッチを用いて)r!#化物49を除去す
る。その後フォトレジスト59全引剥す。これによって
、トランジスタ及びガードリング金形成しようとする全
ての区域でシリコンが露出する。
次に第2h図について説明すると、約850℃で蒸気に
露出することにより、トランジスタ14゜16.19に
対するr−h酸化物が成長させられ、約200尺の厚さ
を作る。次にCVD又はスパッタリング・プロセスによ
り、モリブデン層60をスライス全体を覆う様に約3.
000 Xの厚さにデポジットする。この層が全てのト
ランジスタ・r −ト22,27と、メモリ・アレー内
のワード線の様な種々の相互接続部とを形成する。次に
、プラズマ強化CVDプロセスにより、キャップ酸化物
層61を約2,000λの厚さになるまで、モリブデン
層の上にデポジットする。フォトレジスト・コーティン
グ62を付は加え、全てのトランジスタのゲート及びワ
ード線等を定めるマスクを介して露光する。このマスク
はポリシリコンの記憶キャパシタの極板21及びフィー
ルド・プレート30の縁とアラインしている。現像後、
フォトレゾストロ2に孔63全形成して、不要のモリブ
デンのエツチングが出来る様にする。酸化物層61を乾
式エッチによって除き、次にモリブデン層60を乾式エ
ッチによって除き、第2b図に示す構造を残す。この後
、レジスト62を引剥す。
第2を図について説明すると、プラズマ強化CVDプロ
セスにより、スライス全体の上に約2.500 Kの厚
さに酸化シリコン・コーティングをデポジットし、次に
スライス全プラズマ・エッチにかける。これによって酸
化物が異方性をもって除去さJ′L、ことごとくの尖っ
た縁、特にトランジスタ14,16のモリブデン・’r
’−)27の縁に側壁酸化物65を残す。この側壁酸化
物65を使って、セルファライン・ゲート・トランジス
タのゲートとドI/イン打込み部の間に空間を作り、「
LDD J (軽くドープしたドレイン)トランジスタ
構造を作る。次にスライスTh100)CeVで約4×
1014/cm2の童の燐の打込みにかけ、Nチャンネ
ル・トランジスタ区域及びPチャンネル・トランジスタ
区域の両方にN+十形−プ領域66を作る。これらがソ
ース/ドレイン領域25になる。
第2S図について説明すると、フォトレゾスト・コーテ
ィング67を適用して、ポリシリコンのフィールド・プ
レート30とアラインしたマス2を介して露光し、全て
のN形タンク13の上に孔68を作り、Pチャンネルの
ソース・ドレインの反対ドープが出来る様にする。この
目的の為、40 keVのエネルギで約4 X 10”
’/crn2の量で硼素の打込みを実施し、N形タンク
区域にある前のN十形打込み部に入り込むP+形領領域
69作り、この為Pチャンネル・トランジスタのP±形
ソース/ドレイン領域28が形成される。レジスト67
を引剥し、アルゴン中で約9008Cで大体2.5時間
の間、スライスを焼鈍工程にかけ、領域66.69を内
方駆動する。次に、全てのソース/ドレイ/領域を珪化
する為、スパッタリングによって6ooXのチタンをデ
ポジットしくタングステン又は白金を使ってもよい)、
化成ガス中で約肌5時間の間、約675℃の温度にさら
す。次に、残っている未反応のチタンを引剥し、珪化チ
タン全化成ガス中で約800°Cで約15分間焼鈍し、
珪化区域26を作る。
第1図に戻って説明すると、次の工程は多重レベル酸化
物コーティング39のデポゾツションである。これは約
5,000尺の厚さを作る為にCVDプロセスによって
行なわれる。普通、この層は燐で軽くドープする。+l
?lシリコンのフィールド・プレート30とアラインし
ているマスクを介してフォトレジストを露出することに
よυ、珪化ソース/ビレ・イン区域又はポリシリコン3
0又はモリブデン22に対する接点35又は38の為の
孔を多重レベル酸化物コーティング39にあける。酸化
物39を乾式エッチにかけて、垂直の側壁(即ち、アン
ダカットがない)を作るが、フォトレゾストの侵食によ
、り上側の縁にテーパがあることが望ましい。残シのレ
ゾストを引剥し、露出した接点区域35.38から、1
%H1’i’堀出しエッチにより、酸化物を除く。約8
.000入の合計の厚さになるまで、スパッタリングに
よって、スライス全体の上に金属をデポジットする。こ
のメタライズ工程は、下側ノー36として(これは段の
カバーを促進すると共に電気泳動抵抗を改善するのに望
ましい’) 2,000乃至4100 o Kのタング
ステンをスパッタリングした後、4,000乃至6.0
00尺のシリコンをドープしたアルミニウム37をスバ
ッタリングすることで構成される。金属層36゜37が
、フォトレゾストと接点孔にアラインしたマスクを使い
、プラズマ・エッチを用いて、パターンが定められ、そ
の後フォトレゾストを引剥す。
接点及びメタライズ部分を化成ガス中で約45000で
約1時間の間焼結する。
窒化シリコンの上側コーティング(図に示してない)が
約’I O,OD Oλの厚さにCVDプロセスによっ
て形成され、この上側コーティングのパターンをフォト
レジスト及び乾式エッチを用いて定めて、普通の様に金
属のがンデイング・パッドを露出する。レゾストを剥し
、スライスの裏側を研削して、裏側に金をデポジットし
、プローブ試験を行ない、スクライビングによって個別
のチップに分割し、チップをデュアルインライン・パッ
ケージ等に取付けることにより、普通と同じ様に製造が
完了する。
この発明を実施例について説明したが、以上の説明はこ
の発明を制約するものと解してはならない。この説明か
ら、当業者にはこの実施例の種々の変更並びにこの発明
のその他の実施例が容易に考えられよう。従って、特許
請求の範囲は、この発明の範囲内に含゛まれるこれらの
全ての変更及び実施例を包括するものであることを承知
されたい。
【図面の簡単な説明】
第1図は半導体チップのごく小さい一部分を著゛しく拡
大した側面断面図で、この発明の方法によって作られる
ダイナミック・メモリ・セル・アレーの1つのセルと種
々の周辺Nチャンネル及びPチャンネル・トランジスタ
とを示す。第2a図乃至第23図は、製造過程の相次ぐ
段階に於ける第1図の装置を、第1図と同じ断面で切っ
た側面断面図である。 符号の説明 11:P十形基板 13 : l、T形井戸 14:電界効果トランジスタ 15 : 1)形井戸 11i :Nチャンネル・トランジスタ17:メモリ・
セル 18:記憶キャパシタ 19:Nチャンネル・アクセス・トランジスタ20:N
形打込み領域 21:ポリシリコン板 22:モリブデン層 23ニドレイン(N十打込み部) 25:N十形ソース/ドレイン領域 27 : ケ9− ト 28 :S?P+Jft7−x/¥″′“4    コ
仲 36 : 1lli#              炙
/−10zC tgzt 手続補正書(方式) 昭和60年70月76日

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)p形シリコン本体の画にN形不純物を打込んでN
    形井戸区域を作ると共に該区域の上に酸化物を成長させ
    、前記酸化物をマスクとして使つて、前記面にP形不純
    物を打込んでP形井戸区域を作り、前記N形井戸及びP
    形井戸の両方を前記面内に駆動する熱処理を行ない、前
    記N形井戸及びP形井戸の両方の上で前記面の上に薄い
    酸化物及び酸化マスクを形成し、前記P形井戸の選ばれ
    た区域で前記薄い酸化物及び酸化マスクの両方に孔をあ
    け、その後N+形不純物を前記選ばれた区域に打込み、
    該選ばれた区域の上に酸化物を成長させて該酸化物の下
    に埋込みN+形領域を作り、その後P形井戸のキャパシ
    タ区域に一層軽くドープしたN形領域を打込み、前記面
    の上に第1の導電コーティングを適用して、該コーティ
    ングのパターンを定めてキャパシタ極板及び隔離用フィ
    ールド・プレートを作り、前記第1の導電コーティング
    は前記フィールド・プレート区域の酸化物コーティング
    よりもずつと薄い熱酸化物により、前記キャパシタ区域
    で前記面から絶縁されており、前記第1の導電コーティ
    ングから絶縁体によつて隔離された第2の導電コーティ
    ングを前記面に適用し、該第2の導電コーティングのパ
    ターンを定めてトランジスタ・ゲート及び相互接続部を
    作り、該ゲートの縁の上に側壁酸化物スペーサを形成し
    、前記N形井戸及びP形井戸区域の両方で前記面にN形
    不純物を打込んで前記側壁酸化物スペーサによつてマス
    クされたN+形ソース/ドレイン領域を作り、前記P形
    井戸区域をマスクして、前記N形井戸区域にP形不純物
    を打込んで、前記N形不純物を打消すP+形ソース/ド
    レイン領域を作り、接点区域以外では絶縁体によつて前
    記第2及び第1の導電コーティングから隔離された第3
    の導電コーティングを前記面に適用し、該第3の導電コ
    ーティングのパターンを定めて相互接続部及び接点を限
    定する工程から成るCMOS双子井戸半導体装置を作る
    方法。
  2. (2)特許請求の範囲第1項に記載した方法に於て、前
    記N形井戸の上の酸化物が、前記P形井戸の打込みをし
    た後にエッチされて、マスクのアライメントに使う段を
    前記面内に作る方法。
  3. (3)特許請求の範囲第1項に記載した方法に於て、前
    記埋込みN+形領域をドレインとして使つてNチャンネ
    ル・トランジスタが形成され、前記N+ソース/ドレイ
    ン領域を使つてNチャンネル・トランジスタが形成され
    る方法。
  4. (4)特許請求の範囲第3項に記載した方法に於て、前
    記面に沿つてNチャンネル・トランジスタを互いに隔離
    することが、前記フィールド・プレートによつて行なわ
    れ、厚いフィールド酸化物を形成しない方法。
  5. (5)特許請求の範囲第4項に記載した方法に於て、前
    記フィールド・プレートがゼロ・ボルトにバイアスされ
    る方法。
  6. (6)特許請求の範囲第1項に記載した方法に於て、前
    記第1の導電コーティングが多結晶シリコンであり、前
    記第2の導電コーテイングが耐火金属であり、前記第3
    の導電コーティングが金属である方法。
  7. (7)特許請求の範囲第1項に記載した方法に於て、前
    記P+形及びN+形ソース/ドレイン領域の全部の表面
    を硅化する工程を含む方法。
JP60144413A 1984-07-02 1985-07-01 Cmos双子井戸半導体装置を作る方法 Pending JPS6175555A (ja)

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