JPS60224260A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS60224260A
JPS60224260A JP59079395A JP7939584A JPS60224260A JP S60224260 A JPS60224260 A JP S60224260A JP 59079395 A JP59079395 A JP 59079395A JP 7939584 A JP7939584 A JP 7939584A JP S60224260 A JPS60224260 A JP S60224260A
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JP
Japan
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capacitor
film
electrode
insulating film
silicon layer
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Application number
JP59079395A
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English (en)
Inventor
Satoshi Shinozaki
篠崎 慧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS60224260A publication Critical patent/JPS60224260A/ja
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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
    • H10B12/01Manufacture 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 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体記憶装置に関し、特にダイナミック・ラ
ンダム・アクセス・メモリ(dRAM )に係わる。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
周知の如く、dRAMにおいては、256にビットの大
容量化が実現されておシ、今後はIMbit。
4Mbitへの開発が進められると考えられている。
従来、dRAMとしては、第1図及び第2図に示すもの
が知られている。図中の1は、P型の半導体基板である
。この基板1の素子分離領域2で囲まれた表面には、1
型のソース、ドレイン領域3,4及びN型層5が設けら
れている。前記基板1上には、ダート酸化膜6aを介し
てダート電極(ワード線)7が設けられており、これら
と前記ソース、ドレイン領域3,4でトランスファ・f
f −) 8が形成されている。同基板1のN型層5上
にはキャp4シタ用絶縁膜6bを介してセルグレート9
が設けられ、該セルグレ−ト9、キヤ・やシタ用絶縁膜
6b及び基板1からキャパシタ10が形成されている。
前記ダート電極7等を含む基板1全面には、層間絶縁膜
11を介してビット線12が設けられている。
なお、第2図は第1図の等価回路図である。
前述した構造のdRAMは、キャパシタ1oに電荷を蓄
積しているか否かによシ情報を判断するもので、トラン
スファ・ゲート8を開き、キャパシタ部10内の電荷量
によシビット線12の電位の変化を検知して読み出す。
従って、キャパシタ10内の電荷量の多少がメモリー動
作のカギとなシ、電荷量をできるだけ多くする必要があ
る。従来、メモリ容量を増大させる方法として、次に掲
げる手段が採られている。
(1) キャパシタ10の一部を構成するキャパシタ用
絶縁膜6bの膜厚を薄くする方法。これは、C−ε・S
/l (但し、Cは容量、εは誘電率、Sはセル面積、
tは膜厚を示す)よシ、tを薄くしてCを大きくしよう
とするもので、従来、セル面積の微細化に伴なう容量の
減少を薄膜化によシ回避してきた。しかるに、現在実用
化されテイル64 KdRAMハ3001を、256 
K dRAMは200Xを使用しておシ、次のlMdR
AMは100Xを実現する必要がある。しかしながら、
このように薄膜でかつ大容量のセルを不良なく実現する
ことは、製造技術的に不可能に近くなっている。
(2)誘電率εを増大する方法。これは、通常、キヤ/
4′シタ用絶縁膜の材料としてS 102が用いられて
いるが、これに代シεの大きい例えばSi3N4、Ta
205を用いようとするものである。
しかしながら、これらの材料は単層ではリーク電流が多
いため、5i02との複合膜構造が必要となってくる。
例えば、513N4の場合は実効的な5102膜厚換算
で100Xがその限界であシ、Ta2O,の場合は膜自
体の不安定性が大きく、今後の開発に依存し実用化には
ほど遠い。
このようなことから、第3図に示す如く、キヤ/母シタ
を立体的に構成して面積Sを微細化に対して減少するこ
とを緩和した、いわゆるトレの基板1に溝13を掘シ、
その溝13の側面もキャパシタとして利用する構造とな
っている。
こう[またdRAMによれば、溝13の深さを深くすれ
ば、それだけ容量を増やすことが可能であるが、基板を
掘ることによって種々の問題が生ずる。即ち、加工時に
溝13のコーナ一部にラジエーションダメージが生じる
こと、α線の照射によシ発生した少数キャリヤのために
キャt4シタに蓄積された多数キャリヤが消滅すること
(ソフトエラー)、コーナ一部あるいはキャパシタ用絶
縁膜14の形成時に体積膨張が生じてストレスが生じる
こと等の問題が挙けられる。
また、従来、第4図に示すスタックド・キ゛ヤ/やシタ
構造のdRAMが知られている(IEDM 1978T
ech、Digest p、a 48 )。これは、ダ
ート電極7上にキャパシタの一部を構成する2つのセル
グレート9.9を金属や多結晶シリコンを材料として段
階的に構成してMIM、SISキャ/ヤシタを作シ、こ
こに電荷を蓄積する構造となっておシ、その動作は第1
図及び第2図の1トランジスタ1キヤ・ヤシタ・セルと
同様である。なお、図中の14は1型のドレイン(又は
ソース)領域、15は1型のソース(又鉱ドレイン)領
域である。しかしながら、このdRAMによれば、キャ
パシタの一部を構成する酸化膜が平面構造であるため、
キャパシタの面積は最大でセル面積しか広げることがで
きず、十分大きな容量を得るには至らなかった。
〔発明の目的〕
本発BAは上記事情に鑑みてなされたもので、小さなセ
ル面積で大きなキャパシタ面積を得ることができ、もっ
て十分大きな電荷量を得て正確な情報を判断できる半導
体記憶装置を提供することを目的5、とする。
〔発明の概要〕
本発明は、従来のトレンチ・キャパシタ構造のdRAM
の利点とスタックド・キャパシタ構造のdRAMの利点
に注目して提案されたものである。
具体的には、半導体基板に開孔された溝の内壁に第1の
絶縁膜を介して順次設けられた不純物を含む第1の多結
晶シリコン層、第2の絶縁膜、不純物を含む第2の多結
晶シリコン層とからキヤ・やシタを構成するとともに、
このキヤ・臂シタの第1、第2の多結晶シリコン層のい
ずれか一方をMOS )ランジスタの一部をソース領域
と電気的に接続することによって、前記目的を達成する
ことを図った。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例に係るdRAMを製造工程順に
第5図(a)〜(f)を参照して説明する。
(i)まず、P型のシリコン基板21の表面にLOCO
8法によシ選択酸化して素子分離領域22を形成した後
、基板21の全面にCVD法により第1の8102膜2
3を堆積し、熱処理によシ焼固した。つづいて、キヤ/
fシタ形成予定部に対応する前記S tO2膜23を写
真蝕刻(PEP)法によシ選択的に除去した後、このS
iO2膜23全23クとして反応性イオンエツチング(
RIE)によシ露出する基板21を所定の深さまでエツ
チング除去し、溝24を開孔した(第5図(、)図示)
。次いで、とのRIEによ)発生したダメージ層を弗酸
と硝酸等の希薄液でエツチング除去した後、前記5io
2膜23を除去した。しかる後、基板2ノを酸化性雰囲
気中で酸化し、溝24を含む基板21全面に例えば厚さ
約10001の第2の8102膜25を形成した(第5
図(b)図示)。更に、トランスファ・e−)部形成予
定部に対応する第2の5102膜25をpgp法によシ
選択的に除去した後、熱処理を施して厚さ約200Xの
f−)酸化膜26を形成した。ひきつづき、全面に多結
晶シリコン層を堆積し、低抵抗のためリンを表面から拡
散した後、PEP法によシ多結晶シリコンを選択的に除
去してトランスファ・ゲート部形成予定部に多結晶シリ
コンからなるダート電極27を形成した。この後、ダー
ト電極22をマスクとして基板2ノにn型不純物例えば
砒素をダート電極27と自己整合的にイオン注入した(
第5図(c)図示)。
〔11〕次に、酸化工程にょシグート電極27表面と基
板2ノを軽く酸化した後、全面にCVD法によシ例えば
厚さ3000Xの第3の5Io2膜28を堆積し、焼固
めた。この際、基板2ノにイオン注入された砒素イオン
は活性化して1型のソース、ドレイン領域29.30が
形成された。
なお、溝24内には第2、第3 +7) 5in2膜2
5゜28の夫々の膜厚の和にょシ第1の絶縁膜としての
約4000Xの5in2膜が形成されたことになる。つ
づいて、前記ソース領域3oの一部に対応する第3のS
 iO2膜28及びダート酸化膜26を選択的にエツチ
ング除去し、コンタクトホール3ノを形成した(第5図
(d)図示)。しかる後、全面に多結晶シリコン層を堆
積し、これをリン拡散によシ低抵抗化した後、PEP法
にょシキャパシタ一部形成予定部のみに多結晶シリコン
層を残存させてキャパシタ電極(セルグレート)32を
形成した。なお、このキヤ/ぐシタ電極32ハ、前記ソ
ース領域29とコンタクトポール31を介して接続し、
トランスファ・ゲート部のソース電極端子の働きもする
(第5図(、)図示)。
更に、前記キャパシタ電極32の表面を酸化して第2の
絶縁膜としての例えば厚さ300Xのキャパシタ用絶縁
膜33を形成した。なお、このキャノ4?シタ用絶縁膜
33は、できるだけ薄膜化することが望ましい。ひきつ
づき、全面に多結晶シリコン層を堆積し、リン拡散を行
なった後、キャパシタ一部形成予定部のみに該多結晶シ
リコン層を残存させ、キャノ9シタの共通電極34を形
成した。以後、図示しないが、基板全体に眉間絶縁膜を
形成し、コンタクトポールを開孔し、更に取出し配線を
形成してdRAMを製造した(第5図(f)図示)。
本発明に係るd RAM q 、第図(f)に示す如く
、基板21の溝24の内壁にS iO2膜25.28を
介してキャパシタ電極32、キヤ・9シタ用絶縁膜33
及び共通電極34を順次設けてキャパシタを構成すると
ともに、前記キャパシタ電極32をMO8型トランジス
タのソース領域3oと電気的に接続してソース電極端子
もがねた構造となっている。
しかして、本発明によれば、以下に示す効果を有する。
(1)スタックド・キヤ/fシタ構造のdRAMでは、
キャパシタ面積が平面構造であるため十分セル面積を広
げることができないのに対し、本発明の場合、溝24を
深くすることによってそれだけキャパシタ面積を広くと
ることができ、大きな容量を得ることができる。なお、
このことは、キヤ・ぞシタ用絶縁膜33の膜厚を極めて
薄くすることなく実現し得る。
(2)キャパシタ電極32、キャパシタ用絶縁膜33及
び共通電極34によシキャパシタを構成するため、基板
をキャパシタの一方の電極としたトレンチ・キヤ/fシ
タ構造のdRAMのように溝内壁へ不純物を拡散する工
程もなく、再現性、制御性を向上できる。また、従来と
比ベソフトエラーを小さくすることができる。更に、キ
ャパシタが溝24の内壁に膜厚の和が約4000Xと厚
い第2、第3の8102膜25.28を介して設けられ
ているため、素子の微細化が進められて他のキャパシタ
が隣接する場合でも、前記5i02Jii25 、28
の存在によシキャ/やシタ相互間の作用が押えられる。
従って、キヤ・9シタ間隔を加工上可能な限り詰めるこ
とができ、微細化が可能となる。
なお、本発明に係るdRAMは第5図(f)の構造のも
のに限らず、例えば第6図に示す構造のものでもよい。
このdRAMl−j、共通電極34′をMO8型トラン
ジスタのソース領域30と接続し、この共通電極34′
とキャパシタ用絶縁膜33とキャパシタ電極32とから
キャパシタを構成するものである。また、その他のdR
AMとして第7図に示−す如く、キャパシタ用絶縁膜と
して例えばSI3N4やTa205等からなる高誘電体
膜35と5in2膜36との複合膜を用いた構造のもの
でもよい。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明によれば、従来と比べ十分大き
なキク/4′フ2面積を得て大きな電荷量を得ることが
できるとともに、ソフトエラーの軽減、ストレスの減少
等の種々の効果を有するdRAM等の半導体記憶装置を
提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のdRAMの断面図、第2図は第1図の等
価回路図、第3図は従来のトレンチ・キャパシタ構造の
dRAMの断面図、第4図は従来のスタックド・キャパ
シタ構造のdRAMの断面図、第5図(a)〜(f)は
本発明の一実施例に係るdRAMを製造工程順に示す断
面図、第6図及び第7図は夫々本発明の他の実施例に係
るdRAMの断面図である。 21・・・P型のシリコン基板、22・・・素子分離領
域、23.25.28.36・・・sto□膜、24・
・・溝、26・・・ダート酸化膜、27・・・ダート電
極、29・・・1型のソース領域、30・・・1型のド
レイン領域、31・・・コンタクトホール、32・・・
キヤ/J?シタ電極(セルプレート)、33・・・キャ
パシタ用絶縁膜、34.34’・・・共通電極、35・
・・高誘電体膜。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2目 第3′7I 第4図 第5図 第6.」

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板表面に設けられたMO8型トランジス
    タと、このトランジスタに近接した基板表面に開孔され
    た溝を利用して設けられたキャパシタとを具備し、前記
    キャパシタが前記溝の内壁に第1の絶縁膜を介して順次
    設けられた不純物を含む第1の多結晶シリコン層、第2
    の絶縁膜、不純物を含む第2の多結晶シリコン層とから
    構成され、かつキヤ・ぐシタの第1、第2の多結晶シリ
    コン層のいずれか一方がMOS )ランジスタの一部を
    なすソース領域と電気的に接続することを特徴とする半
    導体記憶装置。
  2. (2) キャパシタの第2の絶縁膜が、シリコン酸化膜
    と高誘電体膜との複合膜からな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。
JP59079395A 1984-04-20 1984-04-20 半導体記憶装置 Pending JPS60224260A (ja)

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