JPS63204643A - 半導体記憶装置及びその製造法 - Google Patents

半導体記憶装置及びその製造法

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JPS63204643A
JPS63204643A JP62037482A JP3748287A JPS63204643A JP S63204643 A JPS63204643 A JP S63204643A JP 62037482 A JP62037482 A JP 62037482A JP 3748287 A JP3748287 A JP 3748287A JP S63204643 A JPS63204643 A JP S63204643A
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capacitor
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Katsuhiro Tsukamoto
塚本 克博
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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

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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、アルファ粒子等によるソフトエラーを引き
起こしにくい構造を有した半導体記憶装置及びその製造
法に関するものである。
〔従来の技術〕
1トランジスタ型ダイナミツクメモリセルからなる半導
体記憶装置は、その構造が簡単で高密度化に向いている
ため4にピントから1Mビットに至るまで広く用いられ
てきた。この1トランジスタ型ダイナミツクメモリセル
は電荷蓄積キャパシタ及び書込み読出しトランジスタか
らなるが、アルファ粒子等の電離放射線によってシリコ
ン基板中に発生したキャリアがメモリセルに捕獲されて
、記憶内容が破壊されてしまうソフトエラーの問題があ
った。
このようなソフトエラーに強い構造にするために種々の
メモリセルが提案されている。第5図は、例えばIEE
E  )ランザクジョン エレクトロン デバイシーズ
、第ED −25巻(1978) 、 33−41頁(
Trans、 Electron Devices 、
 vol、fiD−25(1978) 、pp、33−
41)に1ザ ハイシー RAM  セル コンセプト
(The Hi −CRAM Ce1l Concep
t)″としてA、F、タソシュ(A、F、Ta5ch 
)等により示されているハイシー構造を有するメモリセ
ルの断面図である。この図において、1はP型シリコン
基板、2は素子間分離用のフィールド酸化膜、3は素子
間分離用のチャネルストップP+領域、4はキャパシタ
絶縁膜、5は電荷M禎キャパシタの対向電極を構成する
セルプレート電極、6は書込み読出しトランジスタを構
成するワード線、7はビット線に接続されるN十領域、
8はコンタクト孔、9はビット線、11はハイシー構造
を構成するN十領域、12は同じくハイシー構造を構成
するP型領域である。
このメモリセルは、電荷M積キャパシタの下のシリコン
基板内にN中領域11とP型頭域12からなるPN接合
を有しており、PN接合容量がM○S容没と並列的に付
加されて、電荷蓄積容量が増加していると同時に、P型
頭域12の濃度がシリコン基板1の濃度よりかなり大き
い。この為、空乏層の伸びをおさえてファネリング現象
を抑制し、かつ基板1からN÷領域4へ拡散してくるキ
ャリアに対して障壁として作用し、キャリアの捕集効率
を著しく低下せしめ、ソフトエラーにある程度強い構造
となっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、従来の半導体記憶装置では、ビット線に接続さ
れるN+領域7はキャリアの捕集に対して何ら防御策が
施されておらず、この部分で引き起こされるソフトエラ
ーに弱いという問題があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、電荷蓄積キャパシタ領域で引き起こされるソ
フトエラーに対してより強い構造であるとともに、ビッ
ト線に接続される高濃度領域で引き起こされるソフトエ
ラーに対して十分な防御策を講じた半導体記憶装置及び
その製造法を提供することを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本願の第1の発明に係る半導体記憶装置は、半導体基板
内部に、深さが電荷蓄積キャパシタ領域では浅(、書込
み読出しトランジスタ領域では深い構造を有する基板と
同じ導電型の高濃度埋込み層を形成したものである。
また、本願の第2の発明に係る半導体記憶装置の製造法
は、電荷蓄積キャパシタ領域上にあらかじめ減速材とな
るパターンを形成したのち基板と同じ導電型の不純物を
イオン注入し、電荷蓄積キャパシタの下では浅く、書込
み読出しトランジスタの下では深い高濃度埋込み層を形
成するようにしたものである。
〔作用〕
この発明においては、基板と同じ導電型の高濃度埋込み
層は、N+−P接合の空乏層の伸びを抑えてファネリン
グ現象を抑制するとともに、半導体基板内部から基板と
異なる導電型の領域へ拡散してくるキャリアに対して障
壁となり、キャリアの捕集効率を著しく低下せしめる。
また、その深さが電荷蓄積キャパシタの下では浅いこと
により、ハイシー構造を有する装置の場合その高濃度領
域とつながってほぼ連続した基板と同じ導電型の高濃度
領域を形成し、キャリア捕集効率低下の効果を著しく高
め、書込み読出しトランジス夛の下では深いことにより
、トランジスタ作用に悪影響を及ぼすことを防止する。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図は本実施例になるところのメモリセルの断面図で
ある。図において、1ないし12は第5図に示す従来構
造の各部と同じであり、101はN+−P接合の空乏層
の伸びを抑えてファネリング現象を抑制するとともに、
キャリアに対して障壁となる高濃度P型埋込み層である
このメモリセルの電荷蓄積キャパシタではセルプレート
5.キャパシタ絶縁膜4.N十型電荷蓄積ノード11か
らなるMOSキャパシタと、N+型領領域11P型領域
12からなるN+−P接合容量(ハイシー構造)とが並
列的に形成されている。また、ハイシーP型領域゛12
とほぼ連続して、高濃度P型埋込み層101が形成され
ている。このため、電荷蓄積キャパシタの下では、ハイ
シーP型領域12と高濃度P型埋込み層101からなる
非常に厚い高濃度P型領域が存在することになり、アル
ファ線によって誘起されたキャリアがN++域4に捕集
されるのを著しく抑制する構造になっている。
また、ビット線に接続されるN中領域7の下では、高濃
度P型埋込み層101の深さをやや深くしてピーク位置
を1〜2μmの深さにすることにより、書込み読出しト
ランジスタの電気的緒特性への悪影響、例えば闇値電圧
Vthの上昇や基板バイアス効果の増大、接合耐圧の低
下等を引き起こすことがなく、またビット線9に接続さ
れるN++域7の接合容量(ビット線容量の一部となる
)の増大を引き起こすこともなく、アルファ線によって
誘起されたキャリアがN中領域7に捕集されるのを大幅
に抑制する構造となっている。
高濃度P型埋込み層101の形成には、0.7〜2Me
Vのエネルギーでボロンをイオン注入する方法が最も好
ましい。電荷蓄積キャパシタの下では高濃度P型埋込み
層101の深さを浅くする必要があり、電荷蓄積キャパ
シタ上に減速材となるマスクを形成してからイオン注入
する必要がある。
第2図はこの高濃度P型埋込み層101の形成工程を示
す断面図である。この図に示すように、ポリシリコン等
の電極材からなるセルプレート5のパターンを形成して
から高エネルギーのボロンイオン100を注入すること
により、電荷蓄積キャパシタ下のボロン注入分布を□浅
くすることができる。0.7〜2MeVのエネルギーで
ボロン注入を行うと、減速材となるセルプレート5のな
い領域では、ボロン注入分布のピークは1.35〜2.
8μmの深さに位置する。一方、セルプレート5のある
領域では、セルプレートの厚さを0.5μmとするとボ
ロン注入分布のピークは0.85〜2.3μmとなり、
電荷蓄積領域に対して自己整合的にP型埋込み層101
を浅くすることができる。なお、ピークの不純物濃度は
l×10′7ないしlXl0”’/−の範囲にあること
が望まし°い。
第3図はビット線N十領域7の下及び電荷蓄積キャパシ
タの下の不純物濃度分布を、二次イオン質量分析計(S
 I MS)を用いて測定した結果であり、(a)はビ
ット線N十領域7の下、(b)は電荷蓄積キャパシタの
下について示している。この図では、ボロンをI M 
e Vでtxlo/cd注入した場合を示しており、(
a)に示すようにビット線N十領域7ではピーク深さが
1.67μmとなっている。このため、N÷層7と基板
1間の接合耐圧の低下や接合容量の増加はほとんどなく
、また、書込み続出しトランジスタの闇値電圧が上昇す
るという悪影響を引き起こすことなく、効果的にキャリ
アの捕集効率を低下させる埋込みP型頭域101を形成
することができる。また、(b)に示すように電荷蓄積
キャパシタの下では、高濃度P型埋込み層101とハイ
シーP型領域12とが互いに重なり合って、連続したか
なり厚い(約2μm)P型頭域を形成している。このた
め、アルファ線誘起キャリアの捕集効率を大幅に低下さ
せることができる。
第4図は、本発明を用いて形成した1Mビットダイナミ
ックメモリ (Vcc= 5 V)のソフトエラーを調
べたものであり、埋込み障壁がある場合とない場合につ
いて、ソフトエラー率のサイクルタイム依存性を示して
いる。この図から分かるように、埋込み層を有する場合
、ソフトエラー発生率は埋込み層のない場合に比して約
100倍以上改善されており、またセルモード、ビット
線モードとも改善されている。
なお、上記実施例ではメモリセルにNチャネル型の素子
を用いたが、Pチャネル型の素子を用いても、ポロンを
リンまたは砒素に変更することにより、上記実施例と同
様の効果を奏する。
また、上記実施例ではプレーナ型のキャパシタセルにつ
いて述べたが、本発明は溝堀り型又は積層構造のキャパ
シタセルに対しても同様の効果を奏することはいうまで
もない。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明に係る半導体記憶装置及びその
製造法によれば、電荷蓄積キャパシタの下では浅く、書
込み読出しトランジスタの下では深い、基板と同じ導電
型の高濃度埋込み層を形成するようにしたので、書込み
読出しトランジスタ等の電気特性に悪影響を及ぼすこと
なく、基板と異なる導電型の領域のキャリア捕集効率を
低下させ、ソフトエラーの発生率を大幅に低下させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による半導体記憶装置の構
造を示す断面図、第2図はこの発明の一実施例による半
導体記憶装置の製造法を示す断面図、第3図はこの発明
の一実施例による半導体記憶装置の深さ方向濃度分布を
示す図、第4図は本発明によるソフトエラー発生の抑止
効果を示す図、第5図は従来の半導体記憶装置を示す断
面図である。 図において、1はP型シリコン基板、2はフィールド酸
化膜、3はチャネルストップP十領域、4はキャパシタ
絶縁膜、5はセルプレート電極、6は書込み読出しトラ
ンジスタを構成するワード線、7はビット線に接続され
るN十領域、8はコンタクト孔、9はビット線、11は
ハイシー構造を構成するN十領域、12はハイシー構造
を構成するP型頭域、100はボロンイオン、101は
高濃度P型埋込み層である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電荷蓄積キャパシタ及び書込み読出しトランジス
    タからなる半導体記憶装置において、半導体基板内部に
    該半導体基板と同じ導電型で該半導体基板より濃度の高
    い埋込み層を備え、かつ該高濃度埋込み層の深さが上記
    電荷蓄積キャパシタの下では浅く、上記書込み読出しト
    ランジスタの下では深いことを特徴とする半導体記憶装
    置。
  2. (2)上記電荷蓄積キャパシタがMOS型キャパシタか
    らなり、かつ該MOS型キャパシタの上記半導体基板表
    面にPN接合容量を並列的に備えたハイシー構造を有し
    、該ハイシー構造のP型不純物層と上記高濃度埋込み層
    とが深さ方向に連続して形成されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の半導体記憶装置。
  3. (3)上記高濃度埋込み層の不純物濃度のピーク値が1
    ×10^1^7ないし1×10^1^9/cm^3の範
    囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第1項または
    第2項記載の半導体記憶装置。
  4. (4)上記高濃度埋込み層のピーク位置が上記書込み読
    出しトランジスタの下で1ないし2μmの深さにあるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項のい
    ずれかに記載の半導体記憶装置。
  5. (5)電荷蓄積キャパシタ及び書込み読出しトランジス
    タからなる半導体記憶装置の製造法において、 上記電荷蓄積キャパシタとなる領域上にあらかじめ減速
    材となるパターンを形成したのち、十分高いエネルギー
    で半導体基板と同じ導電型の不純物をイオン注入し、上
    記電荷蓄積キャパシタの下には比較的浅い高濃度埋込み
    層を、また上記減速材の形成されない上記書込み読出し
    トランジスタの下には比較的深い高濃度埋込み層を形成
    することを特徴とする半導体記憶装置の製造法。
  6. (6)上記電荷蓄積キャパシタがMOS型キャパシタか
    らなり、上記減速材が該MOS型キャパシタの上記半導
    体基板に対向する電極材であることを特徴とする特許請
    求の範囲第5項記載の半導体記憶装置の製造法。
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