DE3141001C2

DE3141001C2 - Verfahren zur Herstellung einer einen Feldeffekt-Transistor und einen Speicherkondensator enthaltenden Halbleiter-Speichervorrichtung

Info

Publication number: DE3141001C2
Application number: DE3141001A
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Abe; Masahiko Denda; Hiroshi Harada; Yoshio Itami Hyogo Kono; Koichi Nagasawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1981-10-15
Publication date: 1985-06-27
Also published as: JPS5834946B2; JPS5769772A; DE3141001A1

Abstract

Eine Halbleiter-Speichervorrichtung wird durch Ausbildung des Übertragungstransistors und des Speicherkondensators in vertikaler Anordnung hergestellt, so daß eine dreidimensionale Integration möglich wird. Über einem einzelnen Diffusionsbereich wird aus der Dampfphase eine P ↑+-Schicht erzeugt, die sich vollkommen zwischen zwei isolierenden Bereichen erstreckt, und die Gate-Elektrode befindet sich praktisch auf demselben Niveau mit diesem P ↑+-Bereich und grenzt an ihn an.

Description

ten bck;uinlen Verfahren. Jedoch weis! die letztgenannte I lalbleiter-Spcichervornchtung den Nachteil auf, daß für ihre Herstellung ein großer Flächenbereich benötigt wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art für eine Halbleiler-Speichervorrichtung, insbesondere eine dynamische Halbleiter-Speichervorrichtung zu schaffen, mit dessen Hilfe unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren, insbesondere des Nachteils der Bildung von V-Gräben durch anisotropes Ätzen, bei vertikalem Aufbau eines Transistors und eines Kondensators eine Integration in drei Dimensionen durchgeführt werden kann. Dies bedeutet, daß die drei-dimensionale Integration ohne anisotropes Ätzen erfolgen soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs I enthaltenen Verfahrensmerkmale gelöst. Hieraus ergibt sich, daß der Halbleiterschichtübergang zwischen dem Substrat und dem Diffusionsbereich den Speicherkondensator bildet und daß die erste und die zweite Schicht sowie der Diffusionsbereich und die Gate-öbertragungselektrode den Übertragungstransistor bilden. Insbesondere ist es "'orteühsfι, daß der Diffusionsbereich auf der Substratoberfläche ausgebildet wird und nicht als eingegrabener Bereich und damit als Inselbereich in das Substrat diffundiert wird. Die Kondensator- und Transistorbildung erfolgt in einfacher Weise durch aufeinanderfolgende Schichtenbildung und Diffusion, ohne daß ein anisotroper Ätzvorgang zur Bildung von Gräben notwendig ist. Die Gate-Isolierschicht grenzt sowohl an die erste Schicht als auch an das Halbleitersubstrat an und isoliert die Übertragungs-Gate-Elektrode seitlich von der ersten Schicht und nach unten vom Halbleitersubstrat.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In vorteilhafter Weise läßt man über einem einzelnen Diffusionsbereich eine P^T-Dampfphasenschicht wachsen, die sich gänzlich zwischen zwei Isolierbereichen erstreckt. Die Übertragungs-Gate-Elektrode befindet sich praktisch auf demselben Niveau wie der benachbarte P⁺-Bereich der ersten Schicht und ist von dieser nur durch die Gate-Isolierschicht getrennt.

Im einzelnen zeigt die Zeichnung in

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine herkömmliche Halbleiter-Speichervorrichtung und

F i g. 2 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfinüungsgemäßen Speichervorrichtung.

Auf einem P-Si-Halbleitersubstrat 11 ist ein Feldisolator 12 ausgebildet, der die einzelnen Einheitselemente voneinander isoliert, die jeweils aus einem Transistor und einem Kondensator bestehen, die auf dem Substrat 11 ausgebildet sind. Ein N ⁴ -Diffusionsbereich 13 ist auf dem gesamten, zwischen den Feldisolatoren 12 liegenden Flächenbereich ausgebildet, und auf dem N ■'•-Diffusionsbereich 13 ist, benachbart zum Feldisolator 12, eine aus der Dampfphase gewachsene P⁺-Schicht 14 aufgebaut. Eine Übertragungs-Gate-Elektrode 15, beispielsweise aus polykristallinem Silicium, ist auf dem N +-Diffusionsbereich 13, an die aus der Dampfphase gewachsene P ⁺ -Schicht 14 angrenzend, ausgebildet und mit einer Wortleitung 18 verbunden. Diese Übertragungs-Gate-Elcktrode 15 ist vom N ♦ -Diffusionsbereich 13 und tier P ' -Dampfphasenschicht 14 durch beispielsweise eine Gate-Isolierschicht 19 dazwischen isoliert. Mit 16 ist eine uus der Dampfphase gewachsene N*-Schicht bezeichnet, die auf der P⁴ -Dampfphasenschicht 14 gebildet und mit einer Bitleitung 17 verbunden ist.

Mit dieser beschriebenen und in Fig. 2 gezeigten Konstruktion ist der Übertragungstransistur hergestellt, und die Gate-Elektrode ist vertikal angeordnet, so daß ihre Länge, die die N^H -Bereiche 13 und 16 miteinander verbindet, von der Dicke des polykristallinen SiIiciurr.s 15 abhängt Die Arbeitsweise der Vorrichtung entspricht jedoch derjenigen herkömmlicher Speichervorrichtungen gemäß Fig. 1. Das heißt eine H- oder L-Spannung wird in den N^Speicherkondensator-Dif-

fusionsbereich 13 über die Bitleitung 17 und das Übertragungs-Gate 15 eingeschrieben. Anschließend kann die Spannung im K-ondensatorbereich 13 auf der Bitleitung 17 ausgelesen werden, indem dem Übertragungs-Gatel5 ein Signal zugeführt wird.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein P-Si-Substrat verwendet worden, doch versteht es sich, daß genausogut ein N-Substrat verwendet werden kann, wenn die Leitfähigkeitsarten der übrigen Bereiche jeweils vertauscht werden. Auch ist die Erfindung nicht

auf den Einsatz von polykristallinem Silicium ah> Übertragungs-Gate-Elektrode und einer Siliciumdioxidschicht als Gate-Isolationsschicht beschränkt. Vielmehr können auch andere leitende Materialien und hochdielektrische Materialien, wie Siliciumnitrid, für diese Teile verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer einen Feldeffekt-Transistor und einen Speicherkondensator enthaltenden Halbleiter-Speichervorrichtung, bei dem der Feldeffekt-Transistor und der Speicherkondensator übereinander gebildet werden und der Kanal des Feldeffekt-Transistors im wesentlichen vertikal verläuft, wobei in einem Halbleitersubstrat von einem ersten Lcilfähigkcitstyp ein Diffusionsbereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp zur Schaffung des Speicherkondensators gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt der Diffusionsbereich (13) angrenzend an die Oberfläche des Halbleitersubstrates (11) gebildet wird, daß in einem weiteren Schritt auf dem Dirfusic*isbereich (13) eine erste Schicht (14) eines Halbleitermaterials vom ersten Leitfähigkeitstyp erzeugt wird, daß in einem folgenden Schritt eine durch eine Gateisolierschicht (19) sowohl von der ersten Schicht (14) als auch vom Halbleitersubstrat (U) isolierte und mit ihrer Oberfläche bündig zu der Oberfläche der ersten Schicht (14) liegende Übertragungs-Gate-Elektrode (15) gebildet wird, und daß in einem weiteren Schritt auf der ersten Schicht (14) eine zweite Schicht (16) eines Halbleitermaterials vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (14) auf einem Teil der Oberfläche des Diffusionsbereiches (13) gebildet wird, während die Gate-Isolierschicht (19) auf dem verbleibenden Teil der Oberfläche des Diffusionsbereiches (13) ausgebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (11) P-Ieitfähig und der Diffusionsbereich (13) sowie die zweite Schicht (16) N +-leitfähig sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Schicht (14,16) aus der Dampfphase gewachsen sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Isolierschicht (19) ein dielektrisches Material mit hoher Dielektrizitätskonstante aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Gate-Isolierschicht (19) Siliziumoxid ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungs-Gate-Elektrode (15) polykristallines Silizium enthält.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungs-Gate-Elektrode (15) mit einer Wortleitung (18) verbunden wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (16) mit einer Bitleitung (17) verbunden wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2—9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates (H) Feldisolatoren (12) ausgebildet werden, die jeweils an den auf dem Halbleitersubstrat (11) ausgebildeten Diffusionsbereich (13) angrenzen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer einen Feldeffekt-Transistor und einen Speicherkondensator enthaltenden Halbleiter-Speichervorrichtung, bei dem der Feldeffekt-Transistor und der Speicherkondensator übereinander gebildet werden und der Kanal des Feldeffekt-Transistors im wesentlichen verti kai verläuft, wobei in einem Halbleitersubstrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp ein Diffusionsbereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp zur Schaffung des Speicherkondensators gebildet wird.

Aus der IEEE Trans, on Electron Devices, VoL ED-26, Nr. 6. Juni 1979, Seiten 839 und 849 ist ein Verfahren zur Herstellung von dynamischen Schreib- und Lesespeichern (RAM) bekannt, mit dem VMOS-Speichcr crzeugt werden, bei denen der Speicherkondensator unterhalb eines MOS-Feldeffekttransistors gebildet wird. Die Speicherbereiche dieser RAM-Zellen sind als eingegrabene Regionen in einem Halbleitersubstrat gebildet. Bei der Herstellung der Speicherzellen ist zunächst eine suksessive Schichtbildung erforderlich, die von einem anisotropen Ätzen abgelöst wird, um sogenannte V-Gräben zu erzeugen. Ein solches Herstellungsverfahren ist aufwendig und weist hinsichtlich der Schaffung der in sich abgeschlossenen und eingegrabenen Rcgionen (Diffusion) einige Probleme auf. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß bei der Ausbildung der V-Gräben durch Ätzen die Gefahr besteht, daß diese Gräben sich zu weit in die jeweiligen Speicherregionen erstrecken.

Andererseits sind Speichervorrichtungen bekannt, bei denen ein Kondensator, ein Transistor und eine Bitleitung horizontal auf einem Substrat angeordnet werden. Eine solche bekannte Ausbildung einer Halbleiter-Speichervorrichtung ist der F i g. 1 zu entnehmen.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Speichervorrichtung dieser Art. In einem P-Si-Halbleitersubstrat 1 ist ein Feldisolator 2 ausgebildet, um Speichereinhcitsclcmente voneinander zu isolieren, wobei jedes Speichcrelement einen Kondensator und einen Transistor aufweist. Eine Speicherkondcnsatorplattc 10 vom N ' -Typ ist auf einer Seite des Einheitselementcnbereiehs ausgebildet. Eine Kondensatoreleklrode 4 überdeckt die Speicherkondensatorplatte 10 und ist mit einer Energiequelle 9 verbunden. Angrenzend an die Kondensatorelektrode 4 befindet sich eine Elektrode 5 über dem Substrat 1, die als Gate-Elektrode für den Übertragungstransistor dient und mit einer Wortleitung 8 in Verbindung ist Ein Gate-Isolator 3 trennt die Speicherkondensatorplatte 10 und das Substrat 1 von der Kondensatorelektrode 4 und der Gate-Elektrode 5. Ein N+ -Diffusionsbereich 6, der mit einer Bitleitung 7 verbunden ist, ist angrenzend an die Gate-Elektrode 5 auf der anderen Seite des Einheitselementenbereichs ausgebildet.

Bei dieser Vorrichtung wird eine H- oder L-Spannung in die Speicherkondensatorplatte 10 eingeschrieben. Im Anschluß daran wird die in die Speicherkondensatorplatte 10 eingeschriebene Spannung an der Bitleitung 7 ausgelesen, indem dem Übertragungs-Gate 5 ein Signal zugeführt wird.

Diese bekannte Speichervorrichtung weist den Nachteil auf, daß nämlich der Kondensator, der Transistor und die Bitleitung seitlich nebeneinander auf dem Sub-

h5 strat angeordnet sind, wodurch eine Integration nur in zwei Richtungen bzw. Dimensionen möglich ist. Zwar ist das Herstellungsverfahren dieser bekannten Halbleiicr-Spcieheivorrichtung einfacher als beim erstgcnann-