JP2885540B2 - メモリセルの製造方法 - Google Patents
メモリセルの製造方法Info
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Description
し、特にトランジスタ電極、トレンチ(溝)、フィール
ド酸化物の各領域を覆うように重合されたキャパシタを
有するデバイスに関する。更には、大容量キャパシタン
スを有しかつデバイス上に小面積で形成されるDRAM
(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)用の電
荷蓄積用のキャパシタンスを構成するための製造方法プ
ロセスに関する。
ている。大規模DRAMデバイスは通常シリコン基板上
に形成され、かつそれぞれのセルは一般に蓄積キャパシ
タンスと結合されるドレインを有するMOS電界効果ト
ランジスタとして形成される。このようなDRAMの大
規模集積回路は、それぞれのセルのサイズを小さくする
事によって実現されている。しかしながら、セルのザイ
ズを小さくする事は、蓄積キャパシタンスの容量低下を
まねいてしまい、それによりS/N比の低下及び不所望
信号の発生をまねき、信頼性が低下してしまう。従っ
て、高密度の集積化を実現する上で、微小セル領域であ
っても蓄積キャパシタンスが殆ど低下しないようにする
技術が求められている。
積キャパシタンスの容量を低下させないか、又は増加さ
せるかを実現した技術が、米国特許第4742018号
に記載されており、該特許には、重合されたキャパシタ
ンスについて開示されている。渡辺氏等による「高集積
密度DRAM用の重合キャパシタセル」 第600頁、
IEDM、1988年 には重合キャパシタンスについ
て記載されており、更に16MビットのDRAMにおけ
る使用に適するようにした蓄積キャパシタンスの製造プ
ロセスについて記載されている。高集積密度のメモリに
おいて十分に大容量のキャパシタンスを形成するための
他の方式は、重合されたトレンチキャパシタセル使用し
ており、これは、堀口等による「高集積密度高速16M
ビットDRAMのプロセス技術」(第324頁、IED
M、1987年)に開示されている。
半導体チップ上の所定の単位スペース内に配置できるデ
バイスの数を増大させる事が基本な目的である。従来の
製造プロセスにおいては集積密度を制限して、ウエハ上
にデバイス要素を形成して高さ方向での融通性を得るよ
うにする事に目が向けられていた。
1つが重合キャパシタンスである。すなわち、重合キャ
パシタンスは、活性及びフィールド酸化物領域上のゲー
ト電極上に延在する重合されたキャパシタンス構造を形
成する事によって得られるものである。DRAMセルの
重合キャパシタンスのあるものは、ワードライン及びゲ
ートを有する2つのトランジスタを有している。メモリ
ビットラインは、該トランジスタのソース領域及びドレ
イン領域の一方に接続され、その他方の領域は、キャパ
シタンスの一面に結合されている。キャパシタンスは、
ポリシリコンプレート、重合誘電体、トランジスタのゲ
ート及び該トランジスタの1つの拡散領域上に延在する
ポリシリコンノードにより形成されている。重合セルの
キャパシタンス容量を増加するため、該キャパシタンス
はワードラインの上方まで伸びている。重合キャパシタ
ンスの制限は、ポリシリコンプレート及びポリシリコン
ノードがフィールド領域を十分に越えて延在できないた
めに生じ、これは一般には約0.5マイクロメータのパ
ターン形成分解能の制限により生じるものである。
ンスの容量を増加するため、トランジスタのゲート上の
キャパシタンスの高さが増大されるが、これは、渡辺氏
等によってIEDM 第600〜603頁に開示されて
いると共に、その図3に示されるように、付加的デポジ
ション及びポリシリコンパターン形成によって該高さを
増大する事ができる。
集積密度を実現するため、及びDRAM等のフィールド
を改善するために、所定のスペースに対してより大きな
キャパシタンスを必要とするものである。
当たり大容量のキャパシタンスを有するメモリセルを形
成する事ができる製造方法を提供する事である。本発明
の他の目的は、改善されたキャパシタンスを有し、高密
度で集積できるメモリセル構造を提供する事である。更
に他の目的は、埋込型重合トレンチ及び重合キャパシタ
ンスを、FETと結合して形成するための製造方法を提
供する事である。
ャパシタンスを有するDRAMを形成するための製造方
法であって、(1)シリコン基板上に、デバイス用のエ
リアを残して、比較的薄いフィールド酸化物層を形成
し、(2)該デバイス用エリアにトレンチを形成し、
(3)該トレンチの表面に絶縁層を形成し、(4)基板
表面上に比較的薄い第1のポリシリコン層を形成し、
(5)デバイスエリアのゲート領域用の部分及びフィー
ルド酸化物層上の部分を残して、第1のポリシリコン層
を部分的に除去し、(6)デバイスのソース及びドレイ
ン領域を形成し、(7)基板上に薄い被膜状のシリコン
酸化物層を形成し、かつソース領域上に開口を形成し、
(8)トレンチ表面を含む基板表面上に、不純物をドー
ピングした第2のポリシリコン層を形成し、(9)該第
2のポリシリコン層の表面上に薄い絶縁層を形成し、
(10)該薄い絶縁層上に不純物をドーピングした第3の
ポリシリコン層を形成するステップを有している事を特
徴とするものであり、このようにして形成されたメモリ
セルにおいては、第3のポリシリコン層がキャパシタン
スの第1のプレートを、かつ第2のポリシリコン層がキ
ャパシタンスの第2のプレートを構成するものである。
明する。図においては、単一のセル構造のみを示してい
るが、当技術分野で公知のように、図示のものとは反対
のタイプの不純物領域でセルが構成されるCMOSデバ
イスの製造に拡張できる事は明らかであろう。セルを受
容する不純物ウエルを構成する方法は公知であるので、
その説明は省略する。
ステップを説明するための断面図が記載されている。図
1には、シリコン酸化物層12が示されており、該シリ
コン酸化物層は、シリコン基板10を酸化雰囲気中に露
出する事によって形成される。またシリコンナイトライ
ド層14が、酸化物層12上に形成されている。これら
の層は、汎用されているフォトリソグラフ技術及びエッ
チング技術を用いてエリアを露出し、フィールド領域を
形成する事により、パターン化され、これらの層はデバ
イスエリア上に形成される。
化物(2酸化シリコン)層16が基板を酸化雰囲気中に
露呈する事によって形成される。該層16を形成する前
に、ボロン等の不純物をあらかじめ基板に注入して置く
ことが望ましい。これは、酸化物層16の下に反転層が
形成されてしまう事を防止する領域18内に形成され
る。そして図3に示すように、層14上にフォトレジス
ト層20が形成されて、トレンチ構造が画定され、層1
2、14の露出部分が除去される。
チングされてトレンチが形成される。該トレンチは、当
技術分野で公知の反応イオンエッチング技術により形成
される事が好ましい。このエッチングは、ほぼ垂直の側
壁を提供するよう実行される事が望ましい。該トレンチ
は、1〜4ミクロンの深さを有し、0.6〜1.0ミク
ロンの幅を有する事が好ましい。しかしながら、トレン
チの深さ及び幅は、適用例に応じて適宜設定する事がで
きるものである。その後図5に示すように、トレンチの
側壁に酸化物層24が形成される。該層24は、酸化雰
囲気中に基板を露呈する事によって形成されるのが望ま
しい。酸化物層24は、500〜2000Å程度の厚さ
である事が好ましい。更に図6に示すように、シリコン
ナイトライド層14及びシリコン2酸化物層12が取り
除かれ、ゲート酸化物25を成長した後に第1のポリシ
リコン層26を基板10上に形成する。
コン層26がマスクされて、ゲート領域28及び部分3
0を残して該層26が除去される。ポリシリコン層26
のトレンチ22内の部分は、通常残されたままである。
層26の厚さは2000〜5000Å程度である。次い
で図8に示すように、イオン注入技術によりソース領域
32及びドレイン領域34が基板に形成される。ゲート
層28を用いてチャンネルをマスクし、選択されたイオ
ンを少量、低加速電圧で注入する事により、傾斜接合を
提供することが好ましい。そして図9に示すように、シ
リコン酸化物層36が化学的蒸着技術によって形成され
る。
ングされ、図10に示すような構造、即ち、ゲート層2
8の垂直エッジ部分のブロッキング部分38に該層36
が残される。十分な量でかつ高注入電圧での第2のイオ
ン注入が実行され、それにより傾斜型のソース及びドレ
イン領域32、34が形成される。該注入により、ゲー
ト層28にもまたイオンが注入され、該ゲート層28が
導電性となる。次いで図11に示すように、基板10の
表面に酸化物層40が被覆される。該層40の厚さは、
1000〜5000Å程度であり、テトラエソキシシラ
ン(Tetraethoxysilane;TEOS)
の混合物のような低温度技術により形成される。該層4
0はシリコン酸化物である事が好ましいが、他のドーピ
ングされたTEOSであってもよい。
上のエリアが、図12に示すように除去される。そして
層40はトレンチ内に残っている層26を除去するため
のマスクトして使用される。図13に示すように、次い
でポリシリコン層42が基板10の表面上に形成され
る。層42は、500〜3000Å程度の厚さを有する
ものであるが、1000〜2000Å範囲である事が好
ましく、また、最終的な重合トレンチ及び重合キャパシ
タンスの電極として用いられる。
を用いてポリシリコン層42はパターン化され、図14
に示すように、トレンチ内、領域30上、ゲート層28
の一部分の上、及びソース領域32電気的接点部のエリ
アに、層42が残される。次いで表面絶縁層44が、層
42を酸化雰囲気中に露出する事により形成される。該
層44は、50〜200Å程度の厚さを有し、キャパシ
タンスの誘電体を提供するものである。そして図15に
示すように、第3のポリシリコン層46が層44上に形
成される。該層46は、キャパシタンスの電極として用
いられる。層42及び44は、不純物が注入されて導電
性に形成されている。該不純物は、注入ステップにより
導入されるか、あるいはこれらの層が形成される時に導
入する事ができる。
ブランケット層48が、低温度デポジット技術により基
板10の表面に形成される。該層48の厚さは200〜
1000Å程度である。従って、従来から知られている
導電性金属が、RAMデバイス又は他の適用例を完成す
るために形成する事ができる。上記した構造がPデバイ
ス及びNデバイス並びにCMOS等のこれらの結合デバ
イスと共に用いる事ができる事が明らかであろう。
して説明する。図1〜図5に示したステップが実行され
て、次いで図17に示すように、フォトレジスト層50
が形成されて、トレンチ22のエッジ部の層12、14
を露出する。次いで、層12、14の露出部分が取り除
かれ、デバイスが酸化雰囲気中に露出され、それによ
り、図18に示すようにシリコン酸化物層52が層24
と基板10との間の露出接合層を覆うように形成され
る。層52の下の領域54は酸化処理を実行する前に適
宜の不純物の注入拡散により形成される。
実行し、その結果図19に示されるような基本構造が得
られる。ホトレジスト層40が形成され、露出され、そ
して成長され、ソース領域32及びトレンチ上の領域が
露呈される。層25の露出したエリアは除去され、次い
でトレンチ内にあるポリシリコン層26が取り除かれ
る。そして図13〜図16に関して説明したステップが
実行される。
り、蓄積ノードにおけるゲートされたダイオードリーケ
ージを減少させる事ができるという作用効果を奏する。
図示したが、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しないで
本発明の変更及び修正が可能である事が明らかであろ
う。
プを説明するための断面図である。
プを説明するための断面図である。
プを説明するための断面図である。
プを説明するための断面図である。
プを説明するための断面図である。
プを説明するための断面図である。
プを説明するための断面図である。
プを説明するための断面図である。
プを説明するための断面図である。
ップを説明するための断面図である。
ップを説明するための断面図である。
ップを説明するための断面図である。
ップを説明するための断面図である。
ップを説明するための断面図である。
ップを説明するための断面図である。
て形成されたメモリセルを示す断面図である。
説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
ン酸化物層 14 シリコンナイトライド層 16 2酸化
シリコン層 20 フォトレジスト層 22 トレン
チ 24 酸化物層 25 ゲート
酸化物 26 第1のポリシリコン層 28 ゲート
領域 32 ソース領域 34 ドレイ
ン領域 36 シリコン酸化物層 38 ブロッ
キング部 40 酸化物層 42 第2の
ポリシリコン層 44 表面絶縁層 46 第3の
ポリシリコン層 48 ブランケット層 50 フォト
レジスト層 52 シリコン酸化物層 54 拡散層
Claims (10)
- 【請求項1】 埋込型重合トレンチ及び重合キャパシタ
ンスを有するランダムアクセスメモリ(DRAM)セル
を製造する方法において、 (a)半導体基板の表面に、電解効果デバイスを形成す
るデバイスエリアを残して、フィールド酸化物エリアを
形成し、 (b)前記フィールド酸化物エリアの縁に隣接する前記
デバイスエリア内に、トレンチを形成し、 (c)前記トレンチの表面に、第1の絶縁層を形成し、 (d)前記基板の表面を覆い、かつ前記トレンチの側壁
及び底部を覆うように、第1のポリシリコン層を形成
し、 (e)前記デバイスエリア内のゲート領域、前記フィー
ルド酸化物層上の領域、及び前記トレンチ内の部分を残
して、前記第1のポリシリコン層を取り除き、 (f)マスキング及びイオン注入技術を用いて、デバイ
スエリア内にソース領域及びドレイン領域を形成し、 (g)前記基板上にシリコン酸化物からなる第2の絶縁
層を形成し、該第2の絶縁層のソース領域上に開口を形
成し、かつ前記トレンチ内の第1のポリシリコン層の部
分を取り除き、 (h)前記トレンチの側壁及び底部、並びに前記ソース
領域上の開口を含む基板表面に、キャパシタンスの第1
のプレートとなるドーピングされた第2のポリシリコン
層を形成し、 (i)前記第2のポリシリコン層の表面に、第3の絶縁
層を形成し、 (j)前記第3の絶縁層上に、キャパシタンスの第2の
プレートとなるドーピングされた第3のポリシリコン層
を形成するステップを含み、キャパシタンスと電解効果
トランジスタからなるメモリセルを形成することを特徴
とする製造方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の製造方法において、前記
基板にP型領域及びN型領域がそれぞれ形成され、前記
キャパシタンスと電解効果トランジスタとの組み合わせ
構造からなる複数組のそれぞれが、前記P型領域及びN
型領域に関連してCMOSセルを構成していることを特
徴とする製造方法。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載の製造方法におい
て、前記基板に形成された各トレンチは、1〜4ミクロ
ンの深さで0.6〜1.0ミクロンの幅を有し、前記第
1のポリシリコン層は、前記トレンチの幅の少なくとも
1/2の厚さを有することを特徴とする製造方法。 - 【請求項4】 請求項1〜3いずれかに記載の製造法に
おいて、前記ソース領域及びドレイン領域は傾斜断面を
有しており、該傾斜断面は、前記第1のポリシリコン層
のゲート領域部分をマスクとして用いてイオン注入し、
次いで該第1のポリシリコン層のゲート領域部分の垂直
表面にブロッキングマスク部分を形成し、高濃度のイオ
ン注入を行うことによって形成されることを特徴とする
製造方法。 - 【請求項5】 請求項1〜4いずれかに記載の製造方法
において、前記トレンチの表面上の前記第1の絶縁層
は、該表面を酸化雰囲気中に露出させることによって形
成され、得られた2酸化シリコン層は、500〜200
0Åの厚さを有していることを特徴とする製造方法。 - 【請求項6】 請求項1〜5いずれかに記載の製造方法
において、前記第1のポリシリコン層は、2000〜5
000Åの厚さを有していることを特徴とする製造方
法。 - 【請求項7】 請求項1〜6いずれかに記載の製造方法
において、前記第3のポリシリコン層は、1000〜3
000Åの厚さを有していることを特徴とする製造方
法。 - 【請求項8】 請求項1〜7いずれかに記載の製造方法
において、前記第3のポリシリコン層上に、厚さ200
〜1000Åの絶縁ブランケット層が形成されることを
特徴とする製造方法。 - 【請求項9】 請求項8記載の製造方法において、前記
絶縁ブランケット層は、デポジション技術で形成された
2酸化シリコンであることを特徴とする製造方法。 - 【請求項10】 請求項1〜9いずれかに記載された製
造方法において、前記フィールド酸化物エリアは、 前記デバイスエリアの前記基板に、下方の2酸化シリコ
ン層及び上方のシリコンナイトライド層の合成層でマス
キングを行い、 前記基板を酸化して、マスクされた領域に酸化された領
域を形成し、 前記合成層を取り除くことによって形成されることを特
徴とする製造方法。
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