JPS6376423A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は半導体装置、特にトレンチ・キャパシタを有
する半導体装置の製造方法に関する。

（従来の技術） ダイナミック型半導体記憶装置（以下、Ｄ−ＲＡＭと称
する）では、個々のセルサイズを小さくして大容量化を
図るため、１個のトランジスタとキャパシタを用いたい
わゆる１トランジスタ、１キヤパシタ構成のメモリセル
が広く利用されている。このなかでも、基板に形成され
た溝の内面にキャパシタを構成するようにしたいわゆる
トレンチ・キャパシタは平面キャパシタに比較してセル
サイズをより縮小化することができるため、最近のＤ−
ＲＡＭではほとんどこの形式のキャバシタが使用されて
いる。

第６図はこのようなトレンチ・キャパシタを有する従来
の半導体装置の製造工程を示す断１図である。

まず、例えばＰ型シリコン基板２１の表面全面にＣＶＤ
　（化学的気相成長法）によりシリコン酸化ｌ１ｌＩ２
２を堆積した後、写真蝕刻技術などによりこのシリコン
酸化膜２２をバターニングする。さらに、このバターニ
ングされたシリコン酸化１１２２をマスクにＲＩＥ（反
応性イオンエツチング技術）によりシリコン基板２１を
エツチングして、例えば４μｍの深さのトレンチ２３を
形成する　（第６図（ａ））。

その後、Ｎ型不純物としてのヒ素（Ａｓ）を含むヒ素−
シリコンガラス膜（ＡｓＳＧ膜）２４を全面に堆積し、
さらに熱拡散を行なってトレンチ２３の内部にＮ＋型の
拡散領Ｔａ２５を形成する（第６図（ｂ））。

次に、上記拡散で使用したヒ素−シリコンガラスＩＩ！
Ｉ２４及びバターニングのマスクとして用したシリコン
酸化ｌｌＩ２２を除去した後、熱酸化ＷＡ２６を例えば
１５０人程度の厚さに形成し、さらにその上に電極材料
である多結晶シリコン層２７を堆積することによりトレ
ンチ・キャパシタが完成する（第６図（Ｃ））。

このようにして形成されたトレンチ・キャパシタは、上
記のように平面キャパシタに比べて飛躍的に微細化する
ことが可能である。ところが、従来の方法によれば、ト
レンチ側面に基板とは反対導電型の領域を形成するのに
ヒ素−シリコンがラスｌ１１２４を用いた同相拡散技術
を用いているので、工程が複雑になる、トレンチ側面に
形成される反対導電型領域の表面不純物濃度の制御性に
問題がある、などの欠点がある。さらに、表面不純物濃
度の制御性に関連して、反対導電型領域の拡散深さが深
くなることにより、隣接するキャパシタの間のバンチス
ルーなどによる電流リークによる制限のため、微細化が
妨げられるという問題もある。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の方法では、トレンチ側面に反対導電型
領域を形成するのに同相拡散技術を用いているために工
程がＷ１′Ｉｉになるという欠点があり、さらに、隣接
するキャパシタの間のバンチスルーなどによる電流リー
クによる制限のため、微細化が妨げられるという欠点が
ある。

この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
あり、その目的は簡単にトレンチ・キャパシタが製造で
き、かつトレンチ側面に形成される基板とは反対導電型
の領域を浅くすることができ、これにより隣接するキャ
パシタの間のバンチスルーなどによる電流リークを低減
して、より微細化を図ることができる半導体装置の製造
方法を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明の半導体装置の製造方法は、半導体基体の主面
に凹部もしくは凸部を選択的に形成する工程と、上記凹
部もしくは凸部の少なくとも一側面に対し上記基体の平
面の垂線に対して所定の角度θで不純物を斜め方向から
それぞれイオン注入する工程とから構成されている。

（作用） この発明の半導体装置の製造方法では、半導体基体の主
面に選択的に形成された凹部もしくは凸部の側面に対し
、上記基体の平面の垂線に対して所定の角度θで不純物
を斜め方向からそれぞれイオン注入することにより、凹
部もしくは凸部の側面に形成されるイオン注入領域の深
さを、θが０度のときに比べてＳｉｎθ（Ｓｉｎθく１
）倍だけ浅く形成するようにしている。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はこの発明の方法による製造工程を示す断面図で
ある。

まず、従来の場合と同様に、例えばＰ型シリコン基板１
１の表面全面にＣＶＤ　（化学的気相成長法）によりシ
リコン酸化膜１２を堆積した後、写真蝕刻技術などによ
りこのシリコン酸化ｌｌ１１２をバターニングする。さ
らに、このバターニングされたシリコン酸化膜１２をマ
スクにＲＩＥ（反応性イオンエツチング技術）によりシ
リコン基板１１をエツチングして、例えば４μｍの深さ
のトレンチ１３を形成する（第１図（ａ））。

その後、上記シリコン酸化１１１２をマスクにＮ型不純
物、例えばリン（Ｐ）を例えば１００ＫｅＶの加速エネ
ルギー、ドーズ量　１ｘｉｏｔｓ／Ｃｍ２でトレンチ１
３の間口からイオン注入し、トレンチ１３の側面並びに
底面に連続したＮ型のイオン注入領域１４を形成する。

このとき、基板１１の平面の垂線に対する角度θが±７
度程度となるようにイオン注入角度を設定する（第１図
〈ｂ））。

しかも、このイオン注入工程は、トレンチ１３の間口の
形状が第２図の平面図に示されるように長方形の場合に
、互いに対向する二つの長辺方向からのみ、図中の矢印
で示す方向からイオン注入を所定の角度θで行なう。こ
の様な場合、二つの短辺方向については、長辺方向から
のイオン注入により短辺方向の側面にも同時にイオン注
入される。

次に、シリコン酸化１Ｂ１１２を除去した後、熱酸化膜
１５を例えば１５０人程度の厚さに形成する。この熱酸
化工程により、上記イオン注入領域１４が活性化される
。その後、熱酸化膜１５の上に電極材料である多結晶シ
リコン１１１６を堆積することによりトレンチ・キャパ
シタが完成する　（第１図（Ｃ））。

このように上記実施例の方法によれば、従来のような固
相拡散技術を用いていないので、拡散不純物源層（従来
のＡｓ５Ｇｌりの堆積工程、この拡散不純物ａｍからの
熱拡散工程及び拡散不純物源層の除去工程が不要となり
、これらの工程がイオン注入工程のみで行なえる。この
ため、製造工程が従来方法に比べて簡単になる。

さらに上記実施例では、イオン注入領域１４を形成する
際に、基板１１の平面の垂線に対する角度θが±７度程
度となるようにイオン注入角度を設定するようにしてい
るので、トレンチ１３の側面のイオン注入領域１４の深
さは、θが０度のときに比べてｓｉｎθ（ｓｉｎθく１
）倍だけ浅く形成することができる。ここで、隣接キャ
パシタ間のパンチスルーなどによる電流リークの問題は
このトレンチ側面に形成される基板とは反対導電型の領
域の深ざに関連している。すなわち、この領域の深さが
浅いほど、バンチスルーなどによる電流り−りの発生が
抑制される。このため、上記実施例の方法により形成さ
れるトレンチ・キャパシタでは、隣接キャパシタ間の距
離を従来方法のによるものに比べてせばめることができ
、これにより素子の微細化を図ることができる。

なお、上記実施例では、イオン注入角度θが±７度程度
となるように設定する場合について説明したが、第３図
の断面図に示すように、前記第１図（ａ）の工程で形成
されたトレンチ１３の間口の長さをａ、トレンチ深さを
ｄとしたときに、次のイオン注入工程でイオンがトレン
チ内部の全ての面に注入されるためには、注入角度θを
次の式のような値に設定する必要がある。

セ θ４ａｒｃｔａｎ（ｊ２／ｄ）　　　　・・・　１すな
わち、上記１式で与えられる角度の条件でイオン注入を
行なえば、トレンチ内部の側面及び底面に連続したイオ
ン注入領域を形成することができる。

また、トレンチ深さｄが比較的深い場合には、トレンチ
側面に形成されるイオン注入領域の深さＤは次式で与え
られる。

Ｄ−ｆｆｉ／ｌａｎθ　　・・・２ 従って、トレンチ１３の間口の長さ℃と、イオン注入角
度θとで、実質的なトレンチ・キャパシタの深さＤを決
定することができる。

第４図はこの発明の異なる実施例の工程を示す断面図で
ある。この実施例では、前記第１図（ｂ）の工程が終了
した後に、基板１１と同一導電型の不純物イオン、例え
ばボロン（Ｂ）を、上記Ｎ型のイオン注入領域１４を形
成した時と同じ角度θで領域１４の内側にイオン注入す
ることによりＰ−型のイオン注入領域１７を形成する。

この後は第１図の場合と同様にシリコン酸化膜１２を除
去し、その上に熱酸化ｌ１１１５を形成すると同時に両
イオン注入領域１４．１７を活性化し、さらに熱酸化膜
１５の上に電極材料である多結晶シリコン層１６を堆積
することによりトレンチ・キャパシタが完成する。

この方法で形成されたトレンチ・キャパシタは、Ｎ型領
域の内側にＰ−型ｗＡ域が形成された構成となっている
ので、キャパシタとしての容量値をより大きくすること
ができ、いわゆるＨｉＣ効果を持つ構造となる。しかも
、この構造はα線などによるソフトエラーに強い構造と
なる。

第５図（ａ）はこの発明のざらに他の実施例による工程
を示す断面図であり、第５図（ｂ）はそのパターン平面
図である。上記したように、トレンチ・キャパシタでは
、隣接キャパシタ間のパンチスルーなどによる電流リー
クの問題は、このトレンチ側面に形成される基板とは反
対導電型の領域の深さに関連しており、この反対導電型
領域をより浅くすることが重要である。

そこで、この実施例の方法では、基板１１に形成された
トレンチ１３の一側面に対してのみ前記と同様な条件で
イオン注入を実施して、トレンチ１３の一側面にのみイ
オン注入領域１４を形成するようにしたものである。

このような方法で形成されたトレンチ・キャパシタは、
トレンチ側面の一面のみに基板とは反対導電型の領域が
形成され、これと反対側の側面には反対導電型の領域が
形成されない。このため、この反対導電型の領域が形成
されない面と他のトレンチ・キャパシタとの間のパンチ
スルー耐圧を充分に確保することができ、より微細化が
可能である。また、製造工程からみると、イオン注入工
程が１回で済むので、工程の短縮化を図ることができる
。

なお、トレンチ１３の間口の平面形状が長方形ではなく
多角形、例えば第５図１）に示すように六角形などにす
ることにより、イオン注入の際にイオンがトレンチ側面
により注入され易くすることができる。このようにトレ
ンチ１３の間口の平面形状を多角形にすることは、前記
第１図、第４図の各実施例についても有効である。

なお、この発明は上記各実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能であることはいうまでもない。例
えば、上記各実施例ではこの発明をトレンチ・キャパシ
タを持つ半導体装置の製造方法に実施した場合について
説明したが、これは基板に対して凸部を形成し、この凸
部の側面に基板とは反対導電型の領域を形成することに
よって凸部の側面にキャパシタを構成するような半導体
ａ＠に対しても同様に実施が可能であることはいうまで
もない。

［発明の効果］ 以上、説明したようにこの発明によれば、基体に形成さ
れた凹部もしくは凸部の側面に斜め方向からイオン注入
を行なって基体とは反対導電型の領域を形成するように
したので、従来方法に比べて格段に工程の簡略ができる
。しかも、イオンを斜め方向から注入角度θをもって注
入するために、平面キャパシタの場合のように垂直にイ
オン注入する場合に比べて、基体と反対導電型の領域の
深さはｓｉｎθ倍になる。従って、例えばθを７度程度
に設定すれば、深さは従来の約１／１０程度になり、極
めて浅い領域を実現することができる。

この結果、微細化を図ることができ、セルの大容量化が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の方法による工程を示す断
面図、第２図は上記実施例の工程の途中で形成されるト
レンチの平面形状を示す図、第３図は上記実施例の工程
の途中で形成されるトレンチの断面形状を示す断面図、
第４図はこの発明の他の実施例の方法による一工程を示
す断面図、第５図はこの発明のざらに他の実施例の方法
による一工程を示す断面図及びパターン平面図、第６図
は従来方法の工程を示す断面図である。 １１・・・Ｐ型シリコン基板、１２・・・シリコン酸化
膜、１３・・・トレンチ、１４・・・Ｎ型のイオン注入
領域、１５・・・熱酸化膜、１６・・・多結晶シリコン
層、１７・・・Ｐ−型のイオン注入領域。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 第１図 第２図 第３図 第４図 （ａ） （ｂ） 第５図 （ａ） ｂ （ｂ） （Ｃ） 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　半導体基体の主面に凹部もしくは凸部を選択的に形
   成する工程と、上記凹部もしくは凸部の少なくとも一側
   面に対し上記基体の平面の垂線に対して所定の角度θで
   不純物を斜め方向からそれぞれイオン注入する工程とを
   具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２　前記凹部もしくは凸部の少なくとも一側面及びこれ
   と対向する側面それぞれに対し上記基体の平面の垂線に
   対して所定の角度θで不純物を斜め方向からそれぞれイ
   オン注入するようにした特許請求の範囲第１項に記載の
   半導体装置の製造方法。 ３　前記凹部の深さもしくは凸部の高さをｄ、凹部もし
   くは凸部の間口の一辺をｌとしたときに、前記イオン注
   入時における不純物の注入角度θが、θ≧ａｒｃｔａｎ
   （ｌ／ｄ）の関係を持つように設定される特許請求の範
   囲第１項に記載の半導体装置の製造方法。 ４　前記イオン注入工程で注入されるイオンの導電型が
   基体とは反対導電型のものである特許請求の範囲第１項
   に記載の半導体装置の製造方法。