JPH0438144B2 - - Google Patents

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JPH0438144B2
JPH0438144B2 JP59229331A JP22933184A JPH0438144B2 JP H0438144 B2 JPH0438144 B2 JP H0438144B2 JP 59229331 A JP59229331 A JP 59229331A JP 22933184 A JP22933184 A JP 22933184A JP H0438144 B2 JPH0438144 B2 JP H0438144B2
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JP
Japan
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capacitor
cell
gate electrode
groove
electrode
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Taiji Ema
Takashi Yabu
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto
    • H10B12/038Making the capacitor or connections thereto the capacitor being in a trench in the substrate

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体記憶装置に係り、特に各種情報
処理装置に具備せしめられるダイナミツク型のラ
ンダム・アクセス・メモリ(D−RAM)に主と
して用いられる1トランジスタ・1キヤパシタ型
メモリセルの、キヤパシタ容量を増大せしめ且つ
セル面積を縮小するための改良構造に関す。
上記D−RAMにおいては大規模化が急速に進
められており、これに伴つて該D−RAMを構成
する1トランジスタ・1キヤパシタ型メモリセル
も大幅に縮小されて来ている。
1トランジスタ・1キヤパシタ型のメモリセル
は、第3図に示すような回路構成を有しており、
情報が電荷としてキヤパシタCに蓄積される。
そして読出しに際しトランジスタTを“ON”
してキヤパシタCとビツトラインBLとを接続し、
上記蓄積電荷によつて生ずるビツトラインBLの
電位変化がセンスアンプSAを介して情報として
読み出される。(WLはワードライン) 従つてメモリセルの縮小に伴いキヤパシタ容量
が減少した際には、読出しに際してのビツトライ
ンの電位変化が小さくなり、情報の読出しが困難
且つ不正確になつて情報の信頼度が低下する。
又、キヤパシタ容量が低下し情報として蓄積さ
れる電荷量が減少すると、α線による情報の反転
も起き易くなる。
そこでキヤパシタ容量を増大せしめる手段の開
発が強く要望されている。
〔従来の技術〕
第4図は、従来用いられていた通常型の1トラ
ンジスタ・1キヤパシタ・メモリセルの模式側断
面図である。
図において、1はp型シリコン基板、2は素子
間分離酸化膜、3はn+型ドレイン領域、4は第
1のキヤパシタ電極となるn+型ソース領域、5
は誘電体膜、6は一層目の多結晶シリコン層PA
よりなる第2のキヤパシタ電極、7は第1の絶縁
膜、8はゲート酸化膜、9は二層目の多結晶シリ
コン層PBよりなるゲート電極、10は第2の絶
縁膜、11はアルミニウムよりなるビツトライ
ン、を示す。
上記通常型の1トランジスタ・1キヤパシタ・
セルにおいては、同図のようにソース領域4の上
部のみがキヤパシタとして使用されるので、セル
面積が縮小された際にはその容量がそれに比例し
て大幅に減少する。
そこでキヤパシタの実効面積を増す方法として
提供されたのがトレンチ・セル構造である。
第5図はトレンチ・セル構造を示す模式側断面
図で、図中15は溝(トレンチ)を表し、その他
の符号は第4図と同一対象物を示す。
このセルはセルを形成する領域に予めマスク整
合によりリソグラフイ手段により溝15を形成
し、該溝15の内面部を含むソース領域4を形成
し、その上部に誘電体膜5を介して第2のキヤパ
シタ電極6を配設した構造で、溝15の側面に相
当する分キヤパシタの実効面績が増し、キヤパシ
タ容量の増大が図れる。
しかし該トレンチ・セルにおいては形成に際し
て、溝15とキヤパシタ電極6との間の位置合わ
せ誤差に対する余裕寸法d1及びキヤパシタ電極6
とゲート電極9との間の位置合わせ誤差に対する
余裕寸法d2を見る必要があるので、セルの微細化
が思うように図れないという問題があつた。
そこでキヤパシタ容量の増加を図る別の構造と
して、スタツド・キヤパシタ(Stacked−
Capacitor:STC)型メモリセルが提供された。
第6図は従来のスタツクド・キヤパシタ型セル
の構造を示す模式側断面図である。
図において、12aは一層目の多結晶シリコン
層PAよりなるゲート電極、12bは同じく隣接
するメモリセルのゲート電極(ワードライン)、
13は二層目の多結晶シリコン層よりなる第1の
キヤパシタ電極、14は三層目の多結晶シリコン
層よりなる第2のキヤパシタ電極で、他の符号は
第4図と同一対象物を示す。
同図のようにスタツクド・キヤパシタ型セルに
おいては、自己セルのゲート電極12aの上部、
及び隣接するセル上から素子間分離酸化膜上に延
在する別のゲート電極、即ち隣接するワードライ
ン12bの上部もキヤパシタ領域として使用され
るので、前記従来の通常型のメモリセルに比べ同
一セル面積におけるキヤパシタ容量が3倍程度に
増大できる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
然しながら前記D−RAMにおいてはメモリセ
ルを更に高密度高集積化することが要望されてお
り、セル面積を更に縮小しても現状のスタツク
ド・キヤパシタ型セル程度のキヤパシタ容量が得
られるセル構造を提供しなければならないという
問題を生じている。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点の解決は、開孔部の周囲がゲート電
極と素子間分離絶縁膜とによつて画定された溝状
の不純物導入領域と、該溝状不純物導入領域の内
面に直に接し、且つ絶縁膜を介して隣接するゲー
ト電極上に延在する第1のキヤパシタ電極と、該
第1のキヤパシタ電極の表面に形成された誘電体
膜と、該誘電体膜を介して該第1のキヤパシタ電
極上を覆う第2のキヤパシタ電極とを有する本発
明によるスタツクド・キヤパシタ型の半導体記憶
装置によつて達成される。
〔作用〕
即ち本発明においては、セル領域にゲート電極
と素子間分離領域とに自己整合せしめて溝状のソ
ース領域を設け、該溝状ソース領域の内面に沿つ
てスタツク型のキヤパシタを形成し、且つその両
端部を自己セルのゲート電極の上部及び隣接ワー
ドラインの上部に延在せしめ、これによつてキヤ
パシタの実効面積の大幅な増大を図ると同時にセ
ル領域の縮小を図るものである。
かくてダイナミツク型メモリを更に高密度高集
積化した際の情報の信頼度が確保される。
〔実施例〕
以下本発明を、第1図に示す実施例により具体
的に説明する。
第1図は本発明のスタツクドキヤパシタ型メモ
リセルの一実施例を示す模式平面図a及びA−A
矢視模式断面図bで、第2図a乃至fはその製造
方法を示す工程断面図である。
本発明のスタツクドキヤパシタ型メモリセルは
例えば第1図のような構造を有する。
同図において、21はp型シリコン基板、22
は素子間分離酸化膜、23はゲート酸化膜、24
aは一層目の多結晶シリコン層PAよりなるゲー
ト電極、24bは同じく一層目の多結晶シリコン
層PAよりなる隣接トランジスタのゲート電極
(ワードライン)、25は二酸化シリコン(SiO2
等よりなる第1の絶縁膜、26はゲート電極24
a及び素子間分離酸化膜22にセルフアラインで
形成された深さ例えば2μm程度の溝、27は二
層目の多結晶シリコン層PBよりなる第1のキヤ
パシタ電極、28は深さ2000Å程度のn+型ソー
ス領域、29は厚さ100Å程度のSiO2膜等よりな
る誘電体膜、30は三層目の多結晶シリコン層
PCよりなる第2のキヤパシタ電極、31は第2
のキヤパシタ電極に形成される窓、32はn+
ドレイン領域、33は燐珪酸ガラス(PSG)等
よりなる第2の絶縁膜、34はドレイン・コンタ
クト窓、35はアルミニウム等よりなるビツトラ
インを示す。
上記構造は第2図a乃至fに示す製造方法によ
つて形成される。
即ち第2図aに示すように、 通常通り例えばp型シリコン基板21上に素子
間分離酸化膜22を形成した後、表出シリコン面
に熱酸化により厚さ300Å程度のゲート酸化膜2
3を形成し、次いで該基板上に厚さ4000Å程度の
一層目の多結晶シリコン層PAを気相成長し、ガ
ス拡散法等により燐を高濃度に導入して該一層目
の多結晶シリコン層PAに導電性を付与する。
次いで第2図bに示すように、 通常のリソグラフイ技術により上記一層目の多
結晶シリコン層PAをパターンニングして該PA
りなるゲート電極24a及び24bを形成し、表
出ゲート酸化膜23を除去した後、熱酸化により
ゲート電極24a,24bの表面に例えば3000Å
程度酸化シリコン絶縁膜25aを形成する。この
際不純物濃度の低い単結晶シリコン面即ちp型シ
リコン基板21の表面に形成される酸化シリコン
絶縁膜25bの厚さは上記PA上のものの1/5程
度、即ち600Å程度である。
次いで第2図cに示すように、 該基板上にドレイン形成領域41上を覆うレジ
スト・マスク42を形成し、先ず三弗化メタン
(CHF3)によるリアクテイブ・イオンエツチン
グによりソース形成領域43上の600Å程度の厚
さの酸化シリコン絶縁膜膜25bを除去する。こ
の際表出するゲート電極上の酸化シリコン絶縁膜
25aは2400Å程度の厚さになつて残留する。
次いでゲート電極24a上の酸化シリコン絶縁
膜25a及び素子間分離酸化膜22をマスクに
し、例えば四塩化炭素(CCl4)+酸素(O2)等よ
りなるエツチング・ガスを用いるリアクテイブ・
イオンエツチングによつて表出しているP型シリ
コン基板21面を選択的にエツチングし、該ソー
ス形成領域43にゲート電極24a及び素子間分
離酸化膜22に自己整合した深さ2μm程度の略
垂直な側面を有する溝26を形成する。
次いで第2図dに示すように、 該基板上に厚さ3000Å程度の二層目の多結晶シ
リコン層PBを気相成長し、例えば砒素(As+)を
高濃度にイオン注入し、1000℃程度に所定の時間
加熱して該二層目の多結晶シリコン層PBに導電
性を付与する。
この際前記溝26の表面部に砒素を固相−固相
拡散せしめて、該溝26の表面部に深さ2000Å程
度のn+型ソース領域28を形成する。
次いで第2図eに示すように、 通常のリソグラフイ技術により上記二層目の多
結晶シリコン層PBをパターンニングし、自己セ
ルのゲート電極24a及び隣接ワードライン24
b上に延在する第1のキヤパシタ電極27を形成
し、次いで熱酸化により該第1のキヤパシタ電極
27の表面に厚さ例えば100Å程度の二酸化シリ
コン誘電体膜29を形成し、次いで該基板上に厚
さ3000Å程度の三層目の多結晶シリコン層PC
気相成長すし、次いで該三層目の多結晶シリコン
層PCにガス拡散等の方法により燐を高濃度に導
入し導電性を付与して第2のキヤパシタ電極30
となす。
次いで第2図fに示すように、 通常のリソグラフイ技術により該第2のキヤパ
シタ電極30にドレイン形成領域41の上部をそ
の近傍領域を含めて表出する開孔31を形成し、
該キヤパシタ電極30及び前記開孔31内に表出
するゲート電極24aをマスクにして砒素
(As+)を高濃度にイオン注入し、所定の熱処理
を行つてn+型ドレイン領域32を形成する。
そして以後通常とおり燐珪酸ガラス絶縁膜の形
成、配線コンタクト窓の形成、配線形成等を行つ
て、前記第1図に示すようなスタツク構造の1ト
ランジスタ・1キヤパシタ型メモリセルを完成せ
しめる。
上記実施例の説明のように本発明の構造におい
ては、上部にキヤパシタが構成されるソース領域
の溝がゲート電極と素子間分離絶縁膜とに自己整
合で形成されるので、該溝とゲート電極の間に位
置合わせ余裕を取る必要がない。
またゲート電極とキヤパシタ電極との距離はゲ
ート電極上に形成する絶縁膜の厚さによつて規定
されるので、マスク整合の場合のように位置合わ
せ余裕を見る必要がなく大幅に短縮できる。
一方本発明の構造においては、実施例に示すよ
うに溝によつてキヤパシタの実効面積を増し、且
つ更に自己セルのゲート電極の上部及び隣接ワー
ドラインの上部をキヤパシタ領域として使用する
のでセル当たりのキヤパシタ容量が大幅に増大
し、従来の通常セルの5〜6倍程度の大きなキヤ
パシタ容量が得られる。
なお本発明の構造は反対導電型のメモリセルに
も適用される。
キヤパシタ電極はモリブデン・シリサイド
(MoSi2)等の高融点金属珪化物で形成してもよ
い。
又誘電体膜には窒化シリコン(Si3N4)等も用
いられる。
〔発明の効果〕
以上説明のように本発明のスタツクド・キヤパ
シタ型メモリセルにおいては、セル面積を従来よ
り縮小することが可能であり、且つセル面積を縮
小した際にも大きなキヤパシタ容量を確保するこ
とが出来る。
従つて本発明によれば、情報の信頼度を低下せ
しめずにD−RAM等の半導体記憶装置を更に高
密度高集積化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のスタツクドキヤパシタ型メモ
リセルの一実施例を示す模式平面図a及びA−A
矢視模式断面図b、第2図a乃至fはその製造方
法を示す工程断面図、第3図は1トランジスタ・
1キヤパシタ型のメモリセルの等価回路図、第4
図は従来の通常型の1トランジスタ・1キヤパシ
タ型メモリセルの模式側断面図、第5図はトレン
チ・セルの模式側断面図、第6図は従来のスタツ
クド・キヤパシタ型セルの模式側断面図である。 図において、21はp型シリコン基板、22は
フイールド酸化膜、23はゲート酸化膜、24a
及び24bはゲート電極、25は第1の絶縁膜、
26は溝、27は第1のキヤパシタ電極、28は
n+型ソース領域、29は誘電体膜、30は第2
のキヤパシタ電極、31は窓、32はn+型ドレ
イン領域、33は第2の絶縁膜、34はドレイ
ン・コンタクト窓、35はビツトライン、PA
一層目の多結晶シリコン層、PBは二層目の多結
晶シリコン層、PCは三層目の多結晶シリコン層、
を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 開孔部の周囲がゲート電極と素子間分離絶縁
    膜とによつて画定された溝状の不純物導入領域
    と、該溝状不純物導入領域の内面に直に接し、且
    つ絶縁膜を介して隣接するゲート電極上に延在す
    る第1のキヤパシタ電極と、該第1のキヤパシタ
    電極の表面に形成された誘電体膜と、該誘電体膜
    を介して該第1のキヤパシタ電極上を覆う第2の
    キヤパシタ電極とを有してなることを特徴とする
    半導体記憶装置。
JP59229331A 1984-10-31 1984-10-31 半導体記憶装置 Granted JPS61107768A (ja)

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