JPH02116160A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH02116160A
JPH02116160A JP63268090A JP26809088A JPH02116160A JP H02116160 A JPH02116160 A JP H02116160A JP 63268090 A JP63268090 A JP 63268090A JP 26809088 A JP26809088 A JP 26809088A JP H02116160 A JPH02116160 A JP H02116160A
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JP
Japan
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insulating film
capacitor
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element isolation
film
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JP63268090A
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English (en)
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Seiji Ueda
誠二 上田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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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
    • H10B12/37DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor being at least partially in a trench in the substrate
    • H10B12/377DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor being at least partially in a trench in the substrate having a storage electrode extension located over the transistor

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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体装置、例えば高密度化に好適なMOS
ダイナミックRAM(以下、DRAMと記載する)の構
造およびその製造方法に関するものである。
(従来の技術) 近年、DRAMの集積度の向上が進み、4Mビットない
し16Mビットの大容量のものが報告されるに至ってい
るが、実用化するには、さらにメモリセルの縮小による
チップサイズの小型化が必要である。例えば、1ビツト
当たりのメモリセル面積は、4MビットDRAMで8〜
1OpH2,16MビットDRAMで2〜3μm2以下
にしなければならない。しかし、ソフトエラーやノイズ
マージンなどを考慮すると、キャパシタ容量を小さくす
ることは困難である。メモリセル面積を小さくしながら
メモリセル容量を一定に保つには、メモリセルキャパシ
タの構成要素である絶縁III(以下、キャパシタ絶縁
膜と記載する)の実効膜厚を薄くする方法、あるいは実
効面積を大きくする方法などがある0例えば、前者の方
法では、4MビットDRAMにおいてキャパシタ容量4
0fFを実現するには、キャパシタ絶縁膜を2.2nm
と極めて薄くする必要がある。これは、絶縁膜のピンホ
ールや信頼性から考えて実現性に乏しい、一方、このよ
うな不都合を除くため、半導体基板に数ミクロンの深さ
の溝を掘り、この内壁にキャパシタを形成すること、あ
るいは多結晶シリコン間でキャパシタを作り、積み上げ
構造によりキャパシタの実効面積を大きくする製造方法
が知られている(例えば、特開昭59−103372号
、半導体記憶装置参照)。
以下、前者の方法により製作されたDRAMメモリセル
の構造断面図を示した第3図を参照しながら説明する。
なお、第3図は、素子分離領域の様子がわかりやすいよ
うに、分離領域を挟んだ2ビツトのメモリセルが配置さ
れた部分を示している。
先ず、P型シリコン基板1に選択酸化法により素子分離
領域2を形成した後、素子分離領域2に接し、かつこれ
を挟むシリコン基板1の領域に、反応性イオンエツチン
グなどの異方性エツチング技術により深さ約4ミクロン
の溝3を形成し、この溝3の側壁に基板1と反対の感電
型の不純物を拡散し、N9層4を形成する6次に、この
溝3の内壁にキャパシタ絶縁膜5を設け、この絶縁膜5
上にN型多結晶シリコン膜6を堆積した後、絶縁物また
は第2の多結晶シリコン膜7により溝3に残存する隙間
を埋め、溝3の表面を平坦にした後、前記N型多結晶シ
リコン膜6を選択的に除去し。
キャパシタ電極パターンを形成する。次に、層間絶縁膜
12を堆積した後、アクセス用MOSトランジスタのゲ
ート絶縁膜9.低抵抗の金属からなるゲート電極10.
およびこれにつながる多結晶シリコン膜からなるワード
ライン101を形成し、さらに、アクセス用MOSトラ
ンジスタのソースドレイン領域となるN型拡散領域11
とlllとを形成する。次に1層間絶縁膜12を堆積し
た後、N型拡散領域11とこの拡散領域11に形成され
た電極取り出し窓13とを設ける。アルミ配線からなる
ビットライン14を形成することにより、メモリセルが
形成される。この製造方法では、シリコン基板1に溝3
を掘ることにより、3次元的にMOSキャパシタを形成
し、40fFの容量を得、しかもセル面積の縮小を図る
ことができる。
(発明が解決しようとする課題) 従来の半導体製造方法では、シリコン基板にホールを掘
り、この内壁にキャパシタを形成することにより、セル
面積の縮小を図っている。しかし、溝型キャパシタを選
択酸化法により形成された素子分離領域の両側に接して
形成した場合、隣接するキャパシタ間でパンチスルーが
起こり、分離幅を小さくすることが困難となる0例えば
、(100)結晶面をもつ比抵抗4Ω・1のP型シリコ
ン基板を用い、ホール間距M2.5μ論の隣り合う二つ
の凹型キャパシタを形成し、基板バイアスが一3vの条
件でバンチスルー電圧を測定すると約20Vであるが、
ホール間距離を2.0μ墓とする凹型キャパシタを形成
した場合には、パンチスルー電圧が約2Vまで急激に低
下する。バンチスルー電圧は、基板濃度を高くすること
により改善するのは可能であるが、周辺回路のトランジ
スタ特性の問題もあり、著しく高くすることはできない
。溝型キャパシタのバンチスルー電圧を高くするため、
P型基板にP−ウェルを造り、この中に凹型キャパシタ
セルを入れる方法がある(例えば、日経マイクロデバイ
ス1987年5月号、P、133参照)、この場合、P
−ウェルの表面濃度をlXl017/−という高濃度に
しても、4μ園の深さでは5X101s/ci、5μm
の深さではlXl0”/csfとなり、P−ウェルの中
に入れるだけでは溝型キャパシタ間のリークを抑えるこ
とはできない。この溝型キャパシタ間の耐圧の向上は、
大容量メモリの製造における大きな課題である。溝型セ
ルは、溝型キャパシタの底部でリークが起こり易いため
、溝を深くし、キャパシタ面積を拡大することは困難で
あるという問題があった。
さらに、シリコン基板に深い溝をエツチングすること1
周知の如く加工技術ではかなりの難しさがあり、実用化
には問題が多く、特に、前記の如く4ミクロン以上の深
い溝は著しく困難であるという問題があった。
本発明は1以上のような問題を解決するためのもので、
キャパシタ間の距離を縮小して高密度に集積した半導体
装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本発明の半導体装置は、素子分離領域とMOSトランジ
スタのゲート電極とにより囲まれた半導体基板のN型拡
散領域に形成された溝の底面または側面の少なくとも一
部で前記N型拡散領域に接続されたMOS型キャパシタ
の下部電極が、前記素子分離領域とMOSトランジスタ
のゲート電極とに層間絶縁膜を介して覆い被さるように
積層され、層間絶縁膜および上部電極が前記下部電極を
覆い被さるような構造を有するMO3型キャパシタを含
むよう構成する。
(作 用) 本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、溝型
キャパシタの欠点である溝の底でのパンチスルーを防止
し、メモリセルの高密度化が可能になる。また、従来の
積み上げ型キャパシタよりも、実効表面積の拡大により
メモリセル面積の縮小が可能となる。
(実施例) 本発明を適用したDRAMの実施例を第1図(a)ない
しくh)の工程断面図からなる一部工程フローチャート
を参照しながら説明する。第2図はそのDRAMの実施
例の平面図の概略であり、第1図は第2図に示すx−x
’の断面図である。
先ず、P型シリコン基板1の主面に選択的にP−ウェル
領域15と素子分離領域2を形成する(第1図ではメモ
リセル部分のみ示したので、P−ウェルのみが表示され
ている)。素子分離領域2は第2図の領域31に囲まれ
た外側の部分で、第1図(a)に示す如く配置する。
次に、ワードライン(第2図32.32A参照)となる
アクセストランジスタloaを形成する。アクセストラ
ンジスタ10aは、ゲート絶縁膜9.ゲート電極10.
ソースドレインの領域となるN型拡散領域(以下、ソー
スドレイン拡散層という)11.111を第1図(b)
に示す如く構成する。層間絶縁膜16を第1図(Q)に
示す如く形成した後、素子分離領域31(第2図参照)
およびアクセストランジスタ。
ワードライン(第2図32A参照)によって囲まれた領
域に、写真食刻法により局間絶縁膜16.ソースドレイ
ン拡散層111およびシリコン基板1を連続してエツチ
ングし、溝17を第1図(d)に示す如く穿つ、第1図
(e)に示す如く、溝17の内壁に接して多結晶シリコ
ン膜19を堆積し、この多結晶シリコン膜19にリンを
拡散°し、導電性を与え、同時に溝17の基板1の表面
にN型拡散層18が形成され。
ソースドレイン拡散M111と接続される。多結晶シリ
コン膜19をMOSキャパシタの下部電極(第2図34
参照)にパターン形成した後、キャパシタ絶縁膜5.第
2のN型多結晶シリコン膜(セルプレート)20を堆積
し、第2図35に示すセルプレートのパターンを第1図
(f)に示す如く形成する。
次に、第1図(g)に示す如くセルプレート20上に第
2の層間絶縁膜21を堆積した後、ビットライン(第2
図36参照)の取り出し用の電極取り出し窓13を第1
図(h)に示す如く形成した後、ビットラインであるア
ルミ配線14を形成する。電極取り出し窓13を通じて
アルミ配線からなるビットライン14を接続することに
より、メモリセルが形成される。
なお、図中保護膜は省略した。
本実施例による方法で、P−ウェル内にMO3型キャパ
シタの一部を埋め込んだ場合、従来の溝型キャパシタセ
ルと異なり、シリコン基板1に形成された溝17の内壁
だけでなく、ゲート電極10゜101、素子分離領域2
による段差部分、およびゲート電極5,51.素子分離
領域2の上部の面積をも利用しており、従来の溝型キャ
パシタセルと同じく、開口の直径を1.0μ隠、絶縁膜
10n■とすると。
溝の深さは約1〜2μmで40fFを確保できる。従来
の溝型キャパシタ形成方法では、表面濃度がlX101
7/adの場合、4μ−の深さで5X10”/cdとな
り、溝型キャパシタ間の間隔が1.4JJIlでパンチ
スルー電圧が約2■であり、溝の深さ方向に限界がある
。本実施例による方法では、深さが2μ−以下となり、
かつN型多結晶シリコン膜19がMOSキャパシタの下
部電極となるため、パンチスルー電圧が溝の深さや溝間
距離による影響を受けにくく、IOV以上に改善された
(発明の効果) 本発明の半導体装置の製造方法によれば、シリコン基板
に形成された溝の内壁だけでなく、ゲート電極、素子分
離領域による段差部分、およびゲート電極、素子分離領
域の上部の面積をも利用しており、従来の溝型キャパシ
タセルと同じく、開口の直径を1.0μ鳳、絶縁膜10
nmとすると、溝の深さは約1〜2μ陽で40fFを確
保できる。さらに。
溝部の深さ方向によるボロン濃度分布の変化による影響
を受けに<<、パンチスルー電圧の低下が少なく、キャ
パシタ間の距離の縮小を可能にした。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)ないしくh)は本発明の半導体装置の製造
方法を適用したDRAMの製造方法の一部工程断面図に
よるフローチャート、第2図はその概略平面図、第3図
は従来の製造方法を適用したDRAMの構造断面図を示
す。 5・・・キャパシタ絶縁膜、 17・・・溝、  18
・・・N型拡散層、 19・・・N型多結晶シリコン膜
、20・・・第2のN型多結晶シリコン層。 特許出願人 松下電子工業株式会社 第1 因 第1 因 1−1)型ン)っ>J4* 15・・−p−ウ1ル横域 (e) 17・・−噴。 (c) 9・・−イZ目eすI逢 10.101−・汀;)’I# 11.111.・・N’!i’陥Ik璧橢戒18・−N
型憾(→ 19・−NJ!l!吟台括′轟シリつンーシ+6−−−
、愉!Ifl髪11懺 5・−・2slぐシタ 會亡J−引欄麺20・・弓酬二
のN’j’f’@&シリっ、暖(h) 13−・セ俗嗟砂眉セリ出し5 14−一−べ1しミ(ヒ線 第 31−・11卆薙惜属 32 32A−一−ワーμライン 33−・へ11−rコンタクμ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)素子分離領域とMOSトランジスタのゲート電極
    とにより囲まれた半導体基板のN型拡散領域に形成され
    た溝の底面または側面の少なくとも一部で前記N型拡散
    領域に接続されたMOS型キャパシタの下部電極が、前
    記素子分離領域とMOSトランジスタのゲート電極とに
    層間絶縁膜を介して覆い被さるように積層され、層間絶
    縁膜および上記電極が前記下部電極を覆い被さる構造を
    有するMOS型キャパシタを含む半導体装置。
  2. (2)一導電型の半導体基板の主面に素子分離領域とM
    OSトランジスタを形成する工程と、前記MOSトラン
    ジスタのゲート電極と素子分離領域とにより囲まれた半
    導体基板のN型拡散領域に溝を形成する工程と、溝の底
    面、側面および前記素子分離領域とMOSトランジスタ
    のゲート電極とに層間絶縁膜を介して覆い被さるように
    N型多結晶シリコンを形成し、前記N型多結晶シリコン
    が前記N型拡散領域に溝の底面または側面の少なくとも
    一部で接続される工程と、前記N型多結晶シリコンから
    なる下部電極をキャパシタ用絶縁膜および上部電極を堆
    積し被覆することによりMOS型キャパシタを形成する
    工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP63268090A 1988-10-26 1988-10-26 半導体装置およびその製造方法 Pending JPH02116160A (ja)

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