DE4307575C2 - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method therefor

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren dafür.The present invention relates to a semiconductor device according to the preamble of claim 1 and a manufacturing process therefor.

Um eine Verarbeitung in einem digitalen System durchzuführen, existieren Speichervorrichtungen (IC-Speicher), die binär-co­ dierte Informationen bzw. Daten speichern, die, wie benötigt, gelesen werden.To carry out processing in a digital system, exist storage devices (IC memory) that binary-co store dated information or data that, as required, to be read.

IC-Speicher werden entsprechend ihrer Funktion in verschiedene Gruppen eingeteilt, wovon eine DRAMs (dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff) sind, die Information entsprechend dem Vor­ liegen/Nichtvorliegen von in einem Kondensator gespeicherter Ladungen speichern, und die neugeschrieben wird (refresh) durch Laden in konstanten Zeitintervallen, und die den gesamten Spei­ cherinhalt verlieren, wenn die Versorgungsspannung ausgeschaltet ist (flüchtig).IC memories are divided into different ones according to their function Groups divided, of which one DRAMs (dynamic memory with random access), the information according to the pre lie / non-existence of stored in a capacitor Save loads and which is rewritten (refresh) by Charging at constant time intervals, and that the entire Spei Lose contents when the supply voltage is switched off is (fleeting).

Wie in Fig. 21 gezeigt, besteht der DRAM im wesentlichen aus einem Speicherzellenfeld 100 mit einer Mehrzahl von Halbleiter­ speichervorrichtungen, einem X-Decoder 110 und einem Y-Decoder 120, die zum Eingeben/Ausgeben notwendig sind, sowie einer Ein­ gabe/Ausgabe-Steuerschaltung 130. As shown in FIG. 21, the DRAM essentially consists of a memory cell array 100 with a plurality of semiconductor memory devices, an X decoder 110 and a Y decoder 120 , which are necessary for input / output, and an input / output Control circuit 130 .

Wie in Fig. 22 gezeigt, sind die Halbleiterspeichervorrichtun­ gen 140 im Speicherzellenfeld 100 an Kreuzungspunkten zwischen einer Mehrzahl von Wortleitungen WL₁, WL₂, . . . WLn, die sich in einer Zeilenrichtung erstrecken, und einer Mehrzahl von Bitlei­ tungen BL₁, BL₂, . . . BLn, die sich in einer Spaltenrichtung er­ strecken, angeordnet.As shown in Fig. 22, the semiconductor memory devices 140 in the memory cell array 100 are at intersection points between a plurality of word lines WL₁, WL₂,. . . WL n , which extend in a row direction, and a plurality of bit lines BL₁, BL₂,. . . BL n , which he stretch in a column direction, arranged.

Wie in Fig. 21 gezeigt, wird ein Adreßsignal zum Bezeichnen einer Position einer gewünschten Halbleitervorrichtung 140 von einer X-Adresse 110a und einer Y-Adresse 120a angelegt. Ein­ schreiben und Auslesen der gewünschten Halbleitervorrichtung 140 wird durch ein Eingabe/Ausgabe-Steuersignal 130a durchgeführt. Der X-Decoder 110 und der Y-Decoder 120 sind Schaltungen zum Auswählen einer Adresse unter Benutzung eines Adreßsignals.As shown in Fig. 21, an address signal for designating a position of a desired semiconductor device 140 from an X address 110 a and a Y address 120 a is applied. A writing and reading of the desired semiconductor device 140 is performed by an input / output control signal 130 a. The X decoder 110 and the Y decoder 120 are circuits for selecting an address using an address signal.

Die oben beschriebene Halbleitervorrichtung 140 ist ein Speicher zum Speichern von Information entsprechend dem Vorliegen/Nicht­ vorliegen von in einem Kondensator zu speichernder Ladungen. Die Fig. 23 zeigt eine Äquivalenzschaltung der Halbleitervorrich­ tung 140. Die Halbleitervorrichtung 140 umfaßt einen Feldeffekt­ transistor 150 sowie einen Kondensator 160. Das Lesen wird durch Bestimmen des Vorliegens/Nichtvorliegens von Ladungen im Konden­ sator 160 durchgeführt, durch einen Strom, der durch eine Kapa­ zität Cd einer vorgeladenen Bitleitung zum Feldeffekttransistor 150 fließt.The semiconductor device 140 described above is a memory for storing information corresponding to the presence / absence of charges to be stored in a capacitor. Fig. 23 shows an equivalent circuit of Halbleitervorrich tung 140th The semiconductor device 140 comprises a field effect transistor 150 and a capacitor 160 . The reading is performed by determining the presence / absence of charges in the capacitor 160 , by a current flowing through a capacitance C d of a precharged bit line to the field effect transistor 150 .

Die Fig. 24 ist eine Draufsicht auf das Speicherzellenfeld 100. Bitleitungen 60 sind einer Spaltenrichtung so angeordnet, daß sie an Bitleitungskontaktbereichen 60a mit Fremdatomdiffusions­ bereichen 54 in Kontakt treten, die auf einem Halbleitersubstrat 51 vorgesehen sind. Wortleitungen 50 sind in einer Zeilenrich­ tung vorgesehen. FIG. 24 is a plan view of the memory cell array 100. Bit lines 60 are arranged in a column direction such that they come into contact with foreign atom diffusion areas 54 at bit line contact areas 60 a, which are provided on a semiconductor substrate 51 . Word lines 50 are provided in a row direction.

Wie in Fig. 25 gezeigt, wird eine interne Struktur der Halblei­ terspeichervorrichtung 140 beschrieben. Fig. 25 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X aus Fig. 24.As shown in FIG. 25, an internal structure of the semiconductor memory device 140 will be described. Fig. 25 is a sectional view taken along the line XX of Fig. 24.

Ein Elementisolationsbereich 52 ist auf einer Hauptoberfläche eines p-Typ Halbleitersubstrats 51 gebildet. In einem vom Ele­ mentisolationsbereich 52 umgebenen aktiven Bereich ist eine Wortleitung 55 auf der Hauptoberfläche des p-Typ Halbleitersub­ strats 51 über einem Isolationsfilm 70 gebildet. n-Typ Fremd­ atombereiche 53 und 54 sind von der Oberfläche des p-Typ Halb­ leitersubstrats 51 herab bis zu einer vorbestimmten Tiefe gebil­ det, an einer Position, bei welcher die Bereiche die obige Wort­ leitung 55 einschließen.An element isolation region 52 is formed on a main surface of a p-type semiconductor substrate 51 . In an active region surrounded by the element isolation region 52 , a word line 55 is formed on the main surface of the p-type semiconductor substrate 51 via an insulation film 70 . N-type impurity regions 53 and 54 are formed down from the surface of the P-type semiconductor substrate 51 to a predetermined depth, at a position where the regions include the above word line 55 .

Die obere Oberfläche und die Seitenflächen der Wortleitung 55 sind mit einem Isolationsfilm 71 bedeckt. Auf der oberen Ober­ fläche des Isolationsfilms 71 ist eine erste Halbleiterschicht aus Polysilizium gebildet, in deren Oberfläche n-Typ Fremdatome eindotiert sind. Die erste Halbleiterschicht 57 ist elektrisch mit dem Fremdatombereich 53 an einer Kontaktstelle (Kontaktloch) 71a verbunden, die im Isolationsfilm 71 vorgesehen ist.The upper surface and the side surfaces of the word line 55 are covered with an insulation film 71 . On the upper surface of the insulation film 71 , a first semiconductor layer made of polysilicon is formed, in the surface of which n-type impurities are doped. The first semiconductor layer 57 is electrically connected to the impurity region 53 at a contact point (contact hole) 71 a, which is provided in the insulation film 71 .

Ein Isolationsfilm 61 bestehend aus einem Oxidfilm ist entlang der Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 57 gebildet. Eine dritte Halbleiterschicht 58 aus Polysilizium mit dotierten n-Typ Fremdatomen ist entlang der Oberfläche des Isolationsfilms 61 gebildet. Auf der Oberfläche der dritten Halbleiterschicht 58 ist eine Verbindungsschicht 60 mit einer dazwischenliegenden Isolationszwischenschicht 59 gebildet. Die Verbindungsschicht 60 ist elektrisch mit dem Fremdatombereich 54 an einer Kontaktöff­ nung 59a verbunden, die im Isolationszwischenschichtfilm 59 ge­ bildet ist.An insulation film 61 made of an oxide film is formed along the surface of the first semiconductor layer 57 . A third semiconductor layer 58 made of polysilicon with doped n-type impurities is formed along the surface of the insulation film 61 . A connection layer 60 with an intermediate insulation layer 59 is formed on the surface of the third semiconductor layer 58 . The connection layer 60 is electrically connected to the impurity region 54 at a contact opening 59 a, which is formed in the interlayer insulation film 59 ge.

Bei der wie oben aufgebauten Halbleitervorrichtung 140 bilden die Wortleitung 55 und die Fremdatombereiche 53 und 54 einen Feldeffekttransistor. Ferner bildet die erste Halbleiterschicht 57 eine untere Elektrode, die Isolationsschicht 66 eine dielek­ trische Schicht, und die dritte Halbleiterschicht 58 bildet eine obere Elektrode, die gemeinsam einen Kondensator bilden.In the semiconductor device 140 constructed as above, the word line 55 and the impurity regions 53 and 54 form a field effect transistor. Furthermore, the first semiconductor layer 57 forms a lower electrode, the insulation layer 66 a dielectric layer, and the third semiconductor layer 58 forms an upper electrode, which together form a capacitor.

Ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 140 gemäß des oben beschriebenen Aufbaus wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 26 bis 40 beschrieben. A method of manufacturing the semiconductor device 140 according to the structure described above will be described below with reference to FIGS. 26 to 40.

Zuerst wird, wie in Fig. 26 gezeigt, ein Elementisolationsbe­ reich 52 auf einer Hauptoberfläche eines p-Typ Halbleitersub­ strats 51 durch eine LOCOS-Methode gebildet. Wie in Fig. 27 gezeigt, wird ein Oxidfilm 70 auf der gesamten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 51 gebildet. Wie in Fig. 28 gezeigt, wird eine Polysiliziumschicht 55a auf der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats 51 gebildet. Wie in Fig. 29 gezeigt, wird ein Resistfilm 72 mit einer vorbestimmten Konfiguration auf der Oberfläche der Polysiliziumschicht 55a durch Photolithogra­ phie gebildet. Wie in Fig. 30 gezeigt, werden die Polysilizium­ schicht 55a und der Oxidfilm 70 anisotrop geätzt, durch Benutzen des Resistfilms 72 als Maske, zum Bilden einer Wortleitung 55.First, as shown in FIG. 26, an element isolation region 52 is formed on a main surface of a p-type semiconductor substrate 51 by a LOCOS method. As shown in FIG. 27, an oxide film 70 is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 51 . As shown in Fig. 28, a polysilicon layer 55 a is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 51 . As shown in Fig. 29, a resist film 72 is formed with a predetermined configuration on the surface of the polysilicon layer 55 a by photolithography. As shown in Fig. 30, the polysilicon layer 55 a and the oxide film 70 are anisotropically etched by using the resist film 72 as a mask to form a word line 55 .

Dann wird, wie in Fig. 31 gezeigt, nach dem Entfernen des Re­ sistfilms 72 Phosphor in die Hauptoberfläche des Halbleitersub­ strats 51 durch Benutzen der Wortleitung 55 und des Elementiso­ lationsbereichs 52 als Masken eindiffundiert, zum Bilden von n-Typ Fremdatombereichen 53 und 54. Wie in Fig. 32 gezeigt, wird ein Oxidfilm 71 auf der gesamten Oberfläche des Halbleiter­ substrats 51 durch die CVD-Methode abgelagert. Wie in Fig. 33 gezeigt, wird der Oxidfilm 71 durch anisotropes Ätzen oder der­ gleichen geätzt, zum Bilden eines Kontaktloches 71a im Kontakt mit dem Fremdatombereich 53.Then, as shown in FIG. 31, after removing the resist film 72, phosphorus is diffused into the main surface of the semiconductor substrate 51 by using the word line 55 and the element isolation region 52 as masks to form n-type impurity regions 53 and 54 . As shown in Fig. 32, an oxide film 71 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 51 by the CVD method. As shown in FIG. 33, the oxide film 71 is etched by anisotropic etching or the like to form a contact hole 71 a in contact with the impurity region 53 .

Dann wird, wie in Fig. 34 gezeigt, Polysilizium mit hochkonzen­ triertem Phosphor entlang der Oberflächen des Isolationsfilms 71 und der Kontaktöffnung 71a zum Bilden einer ersten Halbleiter­ schicht 57 aufgebracht. Wie in Fig. 35 gezeigt, wird ein Re­ sistfilm 21 einer vorbestimmten Konfiguration auf der Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 57 gebildet, und die erste Halblei­ terschicht 57 im wesentlichen oberhalb des Fremdatombereichs 54 wird durch anisotropes Ätzen entfernt. Wie in Fig. 36 gezeigt, wird nach dem Entfernen des Resistfilms 21 eine Isolations­ schicht 61 bestehend aus einem Oxidfilm auf der gesamten Ober­ fläche der ersten Halbleiterschicht 57 aufgebracht. Wie in Fig. 37 gezeigt, wird eine zweite Halbleiterschicht 58 aus Polysili­ zium mit hochkonzentriertem Phosphor auf den Oberflächen der Isolationsschicht 61 und dem Oxidfilm 71 gebildet. Then, as shown in FIG. 34, polysilicon with highly concentrated phosphorus is applied along the surfaces of the insulation film 71 and the contact opening 71 a to form a first semiconductor layer 57 . As shown in FIG. 35, a resist film 21 of a predetermined configuration is formed on the surface of the first semiconductor layer 57 , and the first semiconductor layer 57 substantially above the impurity region 54 is removed by anisotropic etching. As shown in FIG. 36, after removing the resist film 21, an insulation layer 61 consisting of an oxide film is applied to the entire upper surface of the first semiconductor layer 57 . As shown in FIG. 37, a second semiconductor layer 58 made of polysilicon with highly concentrated phosphorus is formed on the surfaces of the insulation layer 61 and the oxide film 71 .

Dann wird, wie in Fig. 38 gezeigt, ein Resistfilm 22 mit einer vorbestimmten Konfiguration auf der Oberfläche der zweiten Halb­ leiterschicht 58 gebildet, und die zweite Halbleiterschicht 58 im wesentlichen oberhalb des Fremdatombereichs 54 wird durch anisotropes Ätzen entfernt. Wie in Fig. 39 gezeigt, wird nach dem Entfernen des Resistfilms 22 ein Isolationszwischenschicht­ film 59 auf der gesamten Oberfläche der zweiten Halbleiter­ schicht 58 gebildet. Wie in Fig. 40 gezeigt, wird nach dem Sin­ tern des Isolationszwischenschichtfilm 59 und der Planarisierung der Oberfläche eine den Fremdatombereich 54 erreichende Kontakt­ öffnung 59a durch Photolithographie oder dergleichen gebildet. Danach wird eine Halbleitervorrichtung 140 gemäß Fig. 25 durch Bilden einer Verbindungsschicht 60 aus Polysilizium oder der­ gleichen auf der Oberfläche des Isolationszwischenschichtfilms 59 und im Kontaktloch 59a vervollständigt.Then, as shown in FIG. 38, a resist film 22 having a predetermined configuration on the surface of the second semiconductor layer 58 are formed, and the second semiconductor layer 58 is substantially above the impurity region 54 is removed by anisotropic etching. As shown in FIG. 39, after removing the resist film 22, an interlayer insulating film 59 is formed on the entire surface of the second semiconductor layer 58 . As shown in Fig. 40, after the Sin a tern the impurity region 54 reach the contact opening 59 a by photolithography or the like of the interlayer insulating film 59 and the planarization of the surface. Thereafter, a semiconductor device 140 shown in FIG. 25 is completed by forming a compound layer 60 made of polysilicon or the like on the surface of the interlayer insulating film 59 and in the contact hole 59a.

Wie in Fig. 40 gezeigt, ist aber die wie oben beschrieben auf­ gebaute Halbleitervorrichtung empfindlich gegen eine Zerstörung, durch eine Konzentration des elektrischen Feldes, da der Konden­ sator an der umkreisten Stelle A eine spitze Stelle aufweist. Zusätzlich wird durch eine hohe Fremdatomkonzentration in der ersten Halbleiterschicht 57 eine parasitäre Kapazität zwischen der Wortleitung 55 und der ersten Halbleiterschicht 57 erzeugt. Als Ergebnis benötigt eine Wortleitung, die weiter von einer Wortleitungstreiberschaltung (nicht gezeigt) entfernt ist, mehr Zeit für einen Pegelwechsel, wodurch die Operationsgeschwindig­ keit der Halbleitervorrichtung vermindert wird. Entsprechend wird eine parasitäre Kapazität zwischen der Verbindungsschicht 60 und der zweiten Halbleiterschicht 58 erzeugt, was ebenfalls zu einer Verlangsamung der Operationsgeschwindigkeit der Halb­ leitervorrichtung führt.As shown in FIG. 40, however, the semiconductor device built as described above is sensitive to destruction by concentration of the electric field because the capacitor has a sharp point at the circled point A. In addition, a parasitic capacitance between the word line 55 and the first semiconductor layer 57 is formed by a high impurity concentration in the first semiconductor layer 57th As a result, a word line farther from a word line driver circuit (not shown) takes more time to change levels, thereby reducing the operation speed of the semiconductor device. Accordingly, a parasitic capacitance is generated between the connection layer 60 and the second semiconductor layer 58 , which likewise leads to a slowdown in the operating speed of the semiconductor device.

Andererseits diffundieren in der ersten Fremdatomschicht enthal­ tende Fremdatome in einen Fremdatombereich durch einen Wärmebe­ handlungsschritt während des Herstellungsprozesses, wodurch eine Diffusionstiefe des Fremdatombereichs auf der Oberfläche des Substrats vergrößert wird. Wie in den Fig. 36 bis 40 gezeigt, wird deutlich, daß der Fremdatomdiffusionsbereich in den jewei­ ligen Schritten deutlich vergrößert wird. Insbesondere bei einer Wärmebehandlung zur Planarisierung des Zwischenschichtisola­ tionsfilms 59 diffundieren Fremdatome tief in das Substrat, selbst durch eine sanfte Wärmebehandlung, die bei etwa 850°C zwei Stunden lang durchgeführt wird. Fig. 41 zeigt das Profil einer Fremdatomkonzentration entlang der Linie X-X aus Fig. 25. Je tiefer der Fremdatombereich im Substrat wird, desto schmaler wird der Abstand zwischen dem Fremdatombereich und einem Fremd­ atombereich des benachbarten Elements, wie in Fig. 42 gezeigt. Als Ergebnis bewirken Verarmungsschichten 80, die an den Über­ gangsstellen des Fremdatomdiffusionsbereichs erzeugt werden, daß es zu einem Durchschlag kommt, was zur Verschlechterung der Halbleiterelementcharakteristiken und Speicherdefekten führt.On the other hand, impurities contained in the first impurity layer diffuse into an impurity region through a heat treatment step during the manufacturing process, thereby increasing a depth of diffusion of the impurity region on the surface of the substrate. As shown in Figs. 36 to 40, it is clear that the impurity diffusion area is significantly increased in the respective steps. Particularly in the case of a heat treatment for planarization of the interlayer insulation film 59 , foreign atoms diffuse deep into the substrate, even through a gentle heat treatment that is carried out at about 850 ° C. for two hours. Fig. 41 shows the profile of an impurity concentration taken along the line XX in Fig. 25. The lower the impurity region in the substrate is, the narrower the distance between the impurity region and a third is nuclear area of the adjacent element, as shown in Fig. 42 is shown. As a result, depletion layers 80 formed at the junctions of the impurity diffusion region cause breakdown, resulting in deterioration in semiconductor element characteristics and memory defects.

Ansätze zum Lösen eines derartigen Problems umfassen eine Metho­ de zum Unterdrücken des Eindiffundierens von Fremdatomen in ei­ nem Fremdatombereich durch Vermindern einer Fremdatomkonzentra­ tion in der ersten Halbleiterschicht, und ein Verfahren zum Ab­ senken einer Wärmebehandlungstemperatur zur Planarisierung des Zwischenschichtisolationsfilms. Wenn allerdings bei der Diffu­ sions-Unterdrückungsmethode die Fremdatomkonzentration der er­ sten Halbleiterschicht verringert wird, wird ein Widerstandswert der Verbindung der ersten Halbleiterschicht erhöht und vermin­ dert eine Kondensatorkapazität. Bei dem zweiten Verfahren ist die Planarisierung des Isolationszwischenschichtfilms nicht aus­ reichend genug, so daß die Oberfläche des Isolationszwischen­ schichtfilms Stufen aufweist, die die Bildung einer Verbindungs­ zwischenschicht in den nachfolgenden Schritten nachteilig beein­ flußt. Beide Verfahren führen daher zu einer Verschlechterung von Elementeigenschaften. Approaches to solving such a problem include a metho de to suppress the diffusion of foreign atoms into egg a foreign atomic region by reducing a foreign atom concentration tion in the first semiconductor layer, and a method for Ab lower a heat treatment temperature to planarize the Interlayer insulation film. However, if the Diffu sions suppression method the foreign atom concentration of the er most semiconductor layer is reduced, becomes a resistance value the connection of the first semiconductor layer increased and min changes a capacitor capacity. The second is the planarization of the interlayer insulation film does not preclude enough so that the surface of the insulation between Layer film has stages that the formation of a compound intermediate layer adversely affected in the following steps flows. Both methods therefore lead to a deterioration of element properties.  

Aus der EP 0 496 555 A2 ist eine Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt. Die Halbleitervor­ richtung weist einen Speicherkondensator auf, dessen eine Elek­ trode aus der ersten und zweiten Halbleiterschicht besteht. Da die erste und zweite Halbleiterschicht unterschiedliche Fremd­ atomkonzentrationen aufweisen, besteht bei einer während des Herstellungsvorganges auftretenden Wärmebehandlung die Gefahr, daß insbesondere aus der höher dotierten Halbleiterschicht die Fremdatome in unerwünschte Gebiete diffundieren.EP 0 496 555 A2 describes a semiconductor device according to the The preamble of claim 1 is known. The semiconductors direction has a storage capacitor, one elec trode consists of the first and second semiconductor layers. There the first and second semiconductor layers different foreign have atomic concentrations, one exists during the Manufacturing process occurring heat treatment the risk that in particular from the higher doped semiconductor layer Diffuse foreign atoms into unwanted areas.

In der DE 43 00 357 A1 ist eine Halbleitervorrichtung beschrie­ ben, die einen Stapelkondensator aufweist. Die untere Elektrode des Stapelkondensators ist mit einem dotierten Bereich in dem Halbleitersubstrat verbunden. Zur Vermeidung der thermischen Diffusion von Fremdatomen aus der unteren Kondensatorelektrode in den dotierten Bereich in dem Halbleitersubstrat ist eine polykristalline Siliziumschicht mit einer relativ geringen Fremdatomkonzentration zwischen der unteren Kondensatorelektrode und dem dotierten Bereich in dem Halbleitersubstrat vorgesehen.A semiconductor device is described in DE 43 00 357 A1 ben, which has a stacked capacitor. The lower electrode of the stack capacitor is with a doped region in the Semiconductor substrate connected. To avoid thermal Diffusion of foreign atoms from the lower capacitor electrode is in the doped area in the semiconductor substrate polycrystalline silicon layer with a relatively small Impurity concentration between the lower capacitor electrode and the doped region in the semiconductor substrate.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Halbleitervorrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß die Diffu­ sion von Fremdatomen zwischen einer Halbleiterschicht und einem Fremdatombereich verbessert unterdrückt wird.It is therefore an object of the invention to provide a semiconductor device the type described above so that the diff sion of foreign atoms between a semiconductor layer and a Foreign atomic area is suppressed improved.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleitervorrichtung der eingangs beschriebenen Art, die durch die kennzeichnenden Merk­ male des Patentanspruches 1 gekennzeichnet ist.This object is achieved by a semiconductor device type described at the outset, which is characterized by the characteristic Merk male of claim 1 is characterized.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Her­ stellung einer derartigen Halbleitervorrichtung mit den Merkma­ len des Patentanspruches 6.The problem is also solved by a method for manufacturing Position of such a semiconductor device with the Merkma len of claim 6.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen. Preferred embodiments of the invention result from the associated subclaims.  

Das Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung weist einen Schritt zum Bilden eines eigenen Oxidfilms zwischen der ersten Schicht und der zweiten Halbleiterschicht auf, was weiter eine Diffusion der Fremd­ atome einer unteren Elektrode in den Fremdatombereich bei einer Wärmebehandlung eines betreffenden Herstellungsschritts unter­ drückt, wodurch eine Expansion des Fremdatombereichs verhindert wird.The procedure for Manufacturing the semiconductor device has a step of forming a separate oxide film between the first layer and the second semiconductor layer on what further diffusion of the foreign atoms of a lower electrode in the foreign atom area in a Heat treatment of a relevant manufacturing step under presses, thereby preventing expansion of the foreign atom region becomes.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.The following is a description of exemplary embodiments with reference to FIG Characters.

Von den Figuren zeigenShow from the figures

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrich­ tung zur Erläuterung des Hintergrundes der Erfindung; Fig. 1 is a sectional view of a Halbleitervorrich tung for explaining the background of the invention;

Fig. 2-18 Ansichten mit den Herstellungsschritten der Halbleitervorrichtung von Fig. 1 bei einem Herstel­ lungsverfahren; Fig. 2-18 views with the manufacturing steps of the semiconductor device of Fig. 1 in a manufacturing process;

Fig. 19 ein Diagramm mit dem Profil einer Fremdatom­ konzentration an einem Abschnitt entlang der Linie X-X aus Fig. 1; FIG. 19 is a diagram with the profile of a foreign atom concentration at a section along the line XX from FIG. 1;

Fig. 20 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrich­ tung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; FIG. 20 is a sectional view of a Halbleitervorrich processing according to an embodiment of the invention;

Fig. 21 ein Schemadiagramm mit dem grundsätzlichen Aufbau eines DRAM, Fig. 21 is a schematic diagram showing the basic structure of a DRAM,

Fig. 22 ein Schemadiagramm mit der Anordnung einer Halbleitervorrichtung in einem Speicherzel­ lenfeld; FIG. 22 is a schematic diagram showing the arrangement of a semiconductor device in a Lenfeld Speicherzel;

Fig. 23 ein Diagramm mit einer Äquivalenzschaltung der Halbleitervorrichtung; FIG. 23 is a diagram showing an equivalent circuit of the semiconductor device;

Fig. 24 ein Diagramm mit einer ebenen Anordnung des Speicherzellenfeldes; FIG. 24 is a diagram showing a planar configuration of the memory cell array;

Fig. 25 ein Diagramm mit einer Schnittanordnung ei­ ner herkömmlichen Speichervorrichtung; Fig. 25 is a diagram showing a sectional arrangement of a conventional memory device;

Fig. 26-40 Ansichten mit den Herstellungsschritten ei­ nes herkömmlichen Herstellungsverfahrens; Fig. 26-40 views showing the manufacturing steps ei nes conventional manufacturing method;

Fig. 41 eine Ansicht mit einem Profil einer Fremd­ atomkonzentration eines Ausschnitts entlang der Linie X-X aus Fig. 25; und FIG. 41 is a view showing a profile of an impurity concentration of a section taken along the line XX of Fig. 25; and

Fig. 42 ein Schemadiagramm zum Verdeutlichen der Verschlechterung von Elementcharakteristiken durch eine Expansion eines Diffusionsbe­ reichs in einem Halbleitersubstrat. Fig. 42 is a schematic diagram for illustrating the deterioration of element characteristics due to an expansion of a Diffusionsbe kingdom in a semiconductor substrate.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines DRAM unter Bezug auf die Figuren beschrieben. Da der DRAM der vorliegenden Ausführungsform dasselbe Operationsprinzip wie das des herkömm­ lichen DRAM aufweist, wird eine Beschreibung nur der verschiede­ nen Struktur und des Herstellungsverfahrens vorgenommen.The following is an embodiment of a DRAM described with reference to the figures. Because the DRAM of the present Embodiment the same principle of operation as that of the conventional Lichen DRAM, a description of only the different structure and manufacturing process.

Unter Bezug auf die Fig. 1 wird der Aufbau einer Halbleitervor­ richtung 40 beschrieben.The structure of a semiconductor device 40 will be described with reference to FIG. 1.

Ein Elementisolationsbereich 2 aus SiO₂ oder dergleichen ist auf der Hauptoberfläche eines p-Typ Halbleitersubstrats 1 gebildet. In einem vom Elementisolationsbereich 2 umgebenen aktiven Be­ reich ist eine Wortleitung 5 auf der Hauptoberfläche des p-Typ Halbleitersubstrats 1 mit einem dazwischenliegenden Isolations­ film 41 aus SiO₂ oder dergleichen gebildet. Die Wortleitung 5 umfaßt eine Hauptleiterschicht 5a aus Polysilizium oder derglei­ chen mit Phosphor als dotierten n-Typ Fremdatomen und einer Fremdatomkonzentration von etwa 1×10¹⁹ cm-3 bis 1×10²¹ cm-3 in ih­ rer unteren Oberfläche, sowie eine Pufferschicht 5b aus Polysi­ lizium mit Phosphor als dotierten n-Typ Fremdatomen, mit einer Fremdkonzentration von etwa 1×10¹⁴ cm-3 bis 1×10¹⁹ cm-3 in ihrer oberen Oberfläche.An element isolation region 2 made of SiO₂ or the like is formed on the main surface of a p-type semiconductor substrate 1 . In an active area surrounded by the element isolation region 2 , a word line 5 is formed on the main surface of the p-type semiconductor substrate 1 with an intervening insulation film 41 made of SiO 2 or the like. The word line 5 comprises a main conductor layer 5 a made of polysilicon or the like with phosphorus as a doped n-type impurity and an impurity concentration of about 1 × 10¹⁹ cm -3 to 1 × 10²¹ cm -3 in its lower surface, and a buffer layer 5 b made of polysilicon with phosphorus as a doped n-type foreign atoms, with an external concentration of about 1 × 10¹⁴ cm -3 to 1 × 10¹⁹ cm -3 in its upper surface.

N-Typ Fremdatombereiche 3 und 4 mit einer Konzentration von 1×10¹⁷ cm-3 bis 1×10²¹ cm-3 sind von der Oberfläche des p-Typ Halb­ leitersubstrats 1 bis zu einer vorbestimmten Tiefe gebildet und weisen die Wortleitung 5 dazwischenliegend auf.N-type impurity regions 3 and 4 with a concentration of 1 × 10¹⁷ cm -3 to 1 × 10²¹ cm -3 are formed from the surface of the p-type semiconductor substrate 1 to a predetermined depth and have the word line 5 in between.

Die obere Oberfläche der Wortleitung 5 und deren Seitenflächen sind mit einem Isolationsfilm 42 aus SiO₂ oder dergleichen be­ deckt. Auf und entlang der oberen Seite des Isolationsfilms 42 ist eine erste Halbleiterschicht 6 aus Polysilizium mit Phosphor einer Konzentration in der Größenordnung von 1×10¹⁴ cm-3 bis 1×10¹⁹ cm-3 als dotierten n-Typ Fremdatome gebildet. Die erste Leiterschicht 6 ist elektrisch mit dem Fremdatomdiffusionsbe­ reich 3 an einer Kontaktöffnung 42a verbunden, die im Isola­ tionsfilm 42 vorgesehen ist.The upper surface of the word line 5 and its side surfaces are covered with an insulation film 42 made of SiO₂ or the like. On and along the upper side of the insulation film 42 , a first semiconductor layer 6 made of polysilicon with phosphorus having a concentration of the order of 1 × 10¹⁴ cm -3 to 1 × 10¹⁹ cm -3 is formed as a doped n-type impurity. The first conductor layer 6 is electrically connected to the foreign atom diffusion region 3 at a contact opening 42 a, which is provided in the insulation film 42 .

Eine zweite Leiterschicht 7 aus Polysilizium mit Phosphor einer Konzentration in der Größenordnung von 1×10¹⁹ cm-3 bis 1×10²¹ cm-3 als dotierten n-Typ Fremdatomen ist entlang der Oberfläche der ersten Leiterschicht 6 gebildet. Eine Isolationsschicht 11 aus SiO₂ oder dergleichen ist entlang der Oberfläche der zweiten Leiterschicht 7 gebildet. Eine dritte Halbleiterschicht 8 ist entlang der Oberfläche der Isolationsschicht 11 gebildet.A second conductor layer 7 made of polysilicon with phosphorus with a concentration of the order of 1 × 10¹⁹ cm -3 to 1 × 10²¹ cm -3 as doped n-type foreign atoms is formed along the surface of the first conductor layer 6 . An insulation layer 11 made of SiO₂ or the like is formed along the surface of the second conductor layer 7 . A third semiconductor layer 8 is formed along the surface of the insulation layer 11 .

Die dritte Halbleiterschicht 8 umfaßt eine Hauptleiterschicht 8a aus Polysilizium mit Phosphor als dotierten n-Typ Fremdatomen mit einer Konzentration von etwa 1×10¹⁹ cm-3 bis 1×10²¹ cm-3 in ihrer oberen Oberfläche sowie eine Pufferschicht 8b aus Polysi­ lizium mit Phosphor als dotierten n-Typ Fremdatomen mit einer Konzentration von etwa 1×10¹⁴ cm-3 bis 1×10¹⁹ cm-3 in ihrer oberen Oberfläche. The third semiconductor layer 8 comprises a main conductor layer 8 a made of polysilicon with phosphorus as doped n-type foreign atoms with a concentration of about 1 × 10¹⁹ cm -3 to 1 × 10²¹ cm -3 in its upper surface and a buffer layer 8 b made of polysilicon Phosphorus as a doped n-type foreign atoms with a concentration of about 1 × 10¹⁴ cm -3 to 1 × 10¹⁹ cm -3 in its upper surface.

Eine Verbindungsschicht 10 ist auf der Oberfläche der dritten Halbleiterschicht 8 mit einem dazwischen vorgesehenen Isola­ tionszwischenschichtfilm 9 aus SiO₂ oder dergleichen gebildet. Die Verbindungsschicht 10 ist elektrisch mit dem Fremdatomdiffu­ sionsbereich 4 an einer Kontaktöffnung 9a verbunden, die im Zwi­ schenschichtisolationsfilm 9 geschaffen ist. Die Verbindungs­ schicht 10 umfaßt eine Pufferschicht 10a aus Polysilizium mit Phosphor als dotierten n-Typ Fremdatomen mit einer Konzentration von etwa 1×10¹⁴ cm-3 bis 1×10¹⁹ cm-3 in ihrer unteren Oberfläche sowie einer Hauptleiterschicht 10b aus Polysilizium mit Phosphor als dotierten n-Typ Fremdatomen mit einer Konzentration von etwa 1×10¹⁹ cm-3 bis 1×10²¹ cm-3 in ihrer oberen Schicht.A connection layer 10 is formed on the surface of the third semiconductor layer 8 with an intermediate insulation film 9 provided therebetween made of SiO₂ or the like. The connection layer 10 is electrically connected to the Fremdatomdiffu sion region 4 at a contact opening 9 a, the rule insulating film in Zvi 9 is provided. The connection layer 10 comprises a buffer layer 10 a made of polysilicon with phosphorus as a doped n-type foreign atoms with a concentration of about 1 × 10¹⁴ cm -3 to 1 × 10¹⁹ cm -3 in its lower surface and a main conductor layer 10 b made of polysilicon with phosphorus as a doped n-type foreign atoms with a concentration of about 1 × 10¹⁹ cm -3 to 1 × 10²¹ cm -3 in its upper layer.

Bei der Halbleitervorrichtung 40 der oben beschriebenen Anord­ nung bilden die Wortleitung 5 sowie die Fremdatomdiffusionsbe­ reiche 3 und 4 einen Feldeffekttransistor. Ferner bilden die erste Leiterschicht 6 und die zweite Leiterschicht 7 eine untere Elektrode, die Isolationsschicht 11 bildet eine dielektrische Schicht, und die dritte Halbleiterschicht 8 bildet eine obere Elektrode, gemeinsam wird so ein Kondensator gebildet.In the semiconductor device 40 of the arrangement described above, the word line 5 and the impurity diffusion regions 3 and 4 form a field effect transistor. Furthermore, the first conductor layer 6 and the second conductor layer 7 form a lower electrode, the insulation layer 11 forms a dielectric layer, and the third semiconductor layer 8 forms an upper electrode, thus a capacitor is jointly formed.

Mit der oben beschriebenen Anordnung weist eine Halbleiter­ schicht an dem durch einen Kreis in Fig. 40 mit A bezeichneten Teil eine Zweischichtstruktur auf, mit Fremdatomdiffusionsbereichen nied­ riger und hoher Konzentration, wie in Fig. 1 gezeigt. Eine der­ artige Struktur vermindert die Intensivierung eines elektrischen Feldes.With the arrangement described above, a semiconductor layer has a two-layer structure on the part denoted by A in FIG. 40, with foreign atom diffusion regions of low and high concentration, as shown in FIG. 1. Such a structure reduces the intensification of an electric field.

Ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 40 mit der oben beschriebenen Strukturen wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 2 bis 17 beschrieben.A method of manufacturing the semiconductor device 40 having the above-described structures will be described below with reference to FIGS. 2 to 17.

Zuerst wird, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Elementisolationsbe­ reich 2 aus SiO₂ auf der Hauptoberfläche eines p-Typ Halbleiter­ substrats 1 durch eine LOCOS-Methode gebildet. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein Oxidfilm 41 aus SiO₂ auf der gesamten Oberflä­ che des Halbleitersubstrats 1 mit einer Dicke von etwa 50 Å bis 500 Å gebildet. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist eine Polysilizium­ schicht 5a mit einer Dicke von etwa 50 nm bis 500 nm der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 gebildet. Danach wird eine Pufferschicht 5b aus Polysilizium mit einer Fremdatom­ konzentration von 1×10¹⁴ cm-3 bis 1×10¹⁹ cm-3 auf der Hauptleiter­ schicht 5a gebildet.First, as shown in Fig. 2, an element isolation region 2 made of SiO₂ on the main surface of a p-type semiconductor substrate 1 is formed by a LOCOS method. As shown in Fig. 3, an oxide film 41 of SiO₂ is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 with a thickness of about 50 Å to 500 Å. As shown in Fig. 4, a polysilicon layer 5 a is formed with a thickness of about 50 nm to 500 nm of the entire surface of the semiconductor substrate 1 . Then a buffer layer 5 b of polysilicon with a foreign atom concentration of 1 × 10¹⁴ cm -3 to 1 × 10¹⁹ cm -3 on the main layer 5 a is formed.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird Resistfilm 43 mit einer vorbestimm­ ten Konfiguration auf der Oberfläche der Pufferschicht 5b durch Photolithographie gebildet. Wie in Fig. 6 gezeigt, werden die Pufferschicht 5b und die Hauptleiterschicht 5a, so daß sie eine vorbestimmte Konfiguration zum Bilden einer Wortleitung 5 aufweisen, unter Benutzung des Resistfilms 43 als Maske geätzt.As shown in Fig. 5, resist film 43 having a vorbestimm th configuration on the surface of the buffer layer 5b formed by photolithography. As shown in Fig. 6, the buffer layer 5b, and the main conductor layer 5a, so as to have a predetermined configuration to form a word line 5 is etched using the resist film 43 as a mask.

Wie in Fig. 7 gezeigt, wird nach dem Entfernen des Resistfilms 43 Phosphor in die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 1 unter Benutzung der Wortleitung 5 und des Elementisolationsbe­ reichs 2 als Masken zum Bilden der n-Typ Fremdatom­ bereiche 3 und 4 mit einer Konzentration in der Größenordnung von 1×10¹⁹ cm-3 bis 1×10²¹ cm-3 implantiert. Wie in Fig. 8 gezeigt, wird ein Oxidfilm 42 aus SiO₂ auf der gesamten Oberfläche des Halbleiter­ substrats 1 durch die CVD-Methode aufgebracht. Wie in Fig. 9 gezeigt, wird der Isolationsfilm 42 anisotrop zum Bilden einer Kontaktöffnung 42a, die den Fremdatombereich 3 erreicht geätzt. Wie in Fig. 10 gezeigt, wird Polysilizium ohne dotierte Fremdatome mit einer Dicke von etwa 20 nm-500 nm entlang der Oberfläche des Isolationsfilms 42 und der Kontakt­ öffnung 42a zum Bilden einer ersten Halbleiterschicht 6a aufgebracht. Wie in Fig. 11 gezeigt, wird Polysilizium mit n-Typ Fremdatomen in einer Konzentration in der Größenordnung von 1×10¹⁹ cm-3 bis 1×10²¹ cm-3 als Dotierung mit einer Dicke von etwa 20 nm-500 nm entlang der Oberfläche der ersten Halbleiter­ schicht 6a zum Bilden einer zweiten Halbleiterschicht 7 aufgebracht.As shown in FIG. 7, after removing the resist film 43, phosphorus becomes in the main surface of the semiconductor substrate 1 using the word line 5 and the element isolation region 2 as masks for forming the n-type impurity regions 3 and 4 with a concentration of the order implanted from 1 × 10¹ -3 cm -3 to 1 × 10²¹ cm -3 . As shown in Fig. 8, an oxide film 42 made of SiO₂ is applied to the entire surface of the semiconductor substrate 1 by the CVD method. As shown in Fig. 9, the insulation film 42 is anisotropic to form a contact opening 42 a, which reaches the impurity region 3 . As shown in Fig. 10, polysilicon without doped foreign atoms with a thickness of about 20 nm-500 nm is applied along the surface of the insulation film 42 and the contact opening 42 a to form a first semiconductor layer 6 a. As shown in Fig. 11, polysilicon with n-type impurities in a concentration of the order of 1 × 10¹⁹ cm -3 to 1 × 10²¹ cm -3 is doped with a thickness of about 20 nm-500 nm along the surface of the first semiconductor layer 6 a applied to form a second semiconductor layer 7 .

Dann wird, wie in Fig. 12 gezeigt, ein Resistfilm 21 mit einer vorbestimmten Konfiguration auf der Oberfläche der zweiten Halb­ leiterschicht 7 gebildet, und die erste Halbleiterschicht 6a und die zweite Halbleiterschicht 7 im wesentlichen oberhalb des Fremdatombereichs 4 werden durch anisotropes Ätzen entfernt. Wie in Fig. 13 gezeigt, wird nach dem Entfernen des Resistfilms 21 eine Isolationsschicht 11 aus SiO₂ oder dergleichen mit einer Dicke von etwa 3 nm-100 nm auf der gesamten Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht 7 durch thermische Oxidation gebildet. Wie in Fig. 14 gezeigt, wird eine Hauptleiterschicht 8a aus Po­ lysilizium mit Phosphor als dotierten n-Typ Fremdatomen mit ei­ ner Konzentration von etwa 1×10¹⁹ cm-3 bis 1×10²¹ cm-3 auf der Oberfläche des Isolationsfilms 11 mit einer Dicke von etwa 50 nm-500 nm aufgebracht. Danach wird auf der Hauptleiterschicht 8a eine Pufferschicht 8b aus Polysilizium mit Phos­ phor als dotierten n-Typ Fremdatomen mit einer Fremdatomkonzen­ tration von 1×10¹⁴ cm-3 bis 1×10¹⁹ cm-3 aufgebracht, wodurch eine obere Elek­ trode 8 gebildet wird, die aus der Hauptleiterschicht 8a und der Pufferschicht 8b besteht. Dann wird, wie in Fig. 15 gezeigt, ein Resistfilm 21 mit einer vorbestimmten Konfiguration auf der Oberfläche der oberen Elektrode 8 gebildet, und die obere Elek­ trode 8 im wesentlichen oberhalb des Fremdatomdiffusionsbereichs 4 wird durch anisotropes Ätzen entfernt. Wie in Fig. 16 ge­ zeigt, wird ein Zwischenschichtisolationsfilm 9 aus SiO₂ oder dergleichen auf der gesamten Oberfläche der oberen Elektrode 8 nach dem Entfernen des Resistfilms 21 gebildet. Wie in Fig. 17 gezeigt, wird eine Kontaktöffnung 9a, die den Fremdatomdiffu­ sionsbereich 4 erreicht, nach dem Sintern des Isolationszwi­ schenschichtfilms 9 und der Planarisierung der Oberfläche gebil­ det.Then, as shown in FIG. 12, a resist film 21 having a predetermined configuration on the surface of the second semiconductor layer 7 is formed, and the first semiconductor layer 6a and the second semiconductor layer 7 substantially above the impurity region 4 are removed by anisotropic etching. As shown in Fig. 13, after removing the resist film 21, an insulation layer 11 made of SiO₂ or the like having a thickness of about 3 nm-100 nm is formed on the entire surface of the second semiconductor layer 7 by thermal oxidation. As shown in Fig. 14, a main conductor layer 8 a made of polysilicon with phosphorus as a doped n-type impurity with a concentration of about 1 × 10¹⁹ cm -3 to 1 × 10²¹ cm -3 on the surface of the insulating film 11 with a Thickness of about 50 nm-500 nm applied. Thereafter, on the main conductor layer 8 a, a buffer layer 8 b of polysilicon Phos phor as a doped n-type impurity having an impurity concen tration of 1 x 10¹⁴ cm -3 to 1 × 10¹⁹ cm -3 applied, whereby an upper Elec trode 8 is formed which consists of the main conductor layer and the buffer layer 8 a 8 b. Then, as shown in FIG. 15, a resist film 21 having a predetermined configuration is formed on the surface of the upper electrode 8 , and the upper electrode 8 substantially above the impurity diffusion region 4 is removed by anisotropic etching. As shown in Fig. 16 ge, an interlayer insulation film 9 made of SiO₂ or the like is formed on the entire surface of the upper electrode 8 after the resist film 21 is removed. As shown in FIG. 17, a contact opening 9 a, which reaches the foreign atom diffusion region 4 , is formed after the sintering of the insulating interlayer film 9 and the planarization of the surface.

Dann wird, wie in Fig. 18 gezeigt, undotiertes Polysilizium mit einer Dicke von etwa 20 nm-50 nm auf den Oberflächen des Zwi­ schenschichtisolationsfilms 9 und der Kontaktöffnung 9a zum Bilden einer Pufferschicht 10a aufgebracht. Danach wird Polysi­ lizium mit dotieren n-Typ Fremdatomen mit einer Konzentration von etwa 1×10¹⁹ bis 1×10²¹ cm³ mit einer Dicke von etwa 20 nm-500 nm auf der Pufferschicht 10a zum Bilden einer Hauptleiterschicht 10b aufgebracht. Die Pufferschicht 10a und die Hauptleiterschicht 10b bilden eine Bitleitung 10. Mit den obigen Schritten wird die in Fig. 1 gezeigte Halbleitervorrichtung 40 fertiggestellt. Then, as shown in Fig. 18, undoped polysilicon having a thickness of about 20 nm-50 nm on the surfaces of the interim rule insulation film 9 and the contact hole 9 a for forming a buffer layer 10a applied. Thereafter, polysilicon with doped n-type foreign atoms with a concentration of about 1 × 10¹⁹ to 1 × 10²¹ cm³ with a thickness of about 20 nm-500 nm is applied to the buffer layer 10 a to form a main conductor layer 10 b. The buffer layer 10 a and the main conductive layer 10 b form a bit line 10th With the above steps, the semiconductor device 40 shown in FIG. 1 is completed.

Wie oben beschrieben kann das Vorsehen der ersten Halbleiter­ schicht 6a eine Diffusion der Fremdatome aus der zweiten Halb­ leiterschicht 7 in den Fremdatombereich 3 unterdrücken.As described above, the provision of the first semiconductor layer 6 a can suppress diffusion of the foreign atoms from the second semiconductor layer 7 into the foreign atom region 3 .

Der Grund ist wie folgt. Um die hohe Dotierungskonzentration von Phosphor in der zweiten Halbleiterschicht in den Fremdatomdiffu­ sionsbereich 3 zu diffundieren, müßte das Phosphor durch die erste Halbleiterschicht 6a mit keinen dotierten Fremdatomen hin­ durch diffundieren. Dies ist äquivalent einer Situation, bei der eine Fremdatomdiffusionsquelle entfernt vom Substrat angeordnet ist. Daher erreicht bei derselben Wärmebehandlung eine geringere Menge von Fremdatomen wie im herkömmlichen Fall das Substrat, was einen Übergang mit gewünschter Tiefe möglich macht.The reason is as follows. In order to diffuse the high doping concentration of phosphorus in the second semiconductor layer in the Fremdatomdiffu sion section 3, the phosphor by the first semiconductor layer 6 with a not-doped impurities out by diffuse would. This is equivalent to a situation where an impurity diffusion source is located away from the substrate. Therefore, with the same heat treatment, a smaller amount of foreign atoms than the conventional case reaches the substrate, which enables a transition with a desired depth.

Fig. 19 zeigt die Grafik eines Profils einer Fremdatomkonzen­ tration an einem Abschnitt entlang der Linie X-X in einem Über­ gangsbereich mit dem Fremdatomdiffusionsbereich 3 aus Fig. 18. Verglichen mit Fig. 41, wo das Profil einer herkömmlichen Fremdatomkonzentration wie oben beschrieben gezeigt wurde, geht aus Fig. 19 hervor, daß eine Tiefe des Übergangs der Fremdatome und vermindert ist. Dies gilt auch für den Übergangsbereich der Bitleitung 10 mit dem Fremdatomdiffusionsbereich 4. FIG. 19 shows the graph of a profile of a foreign atom concentration at a portion along the line XX in a transition region with the foreign atom diffusion region 3 from FIG. 18. Compared to FIG. 41, where the profile of a conventional foreign atom concentration was shown as described above of FIG. 19 shows that a junction depth of the impurity atoms and is reduced. This also applies to the transition area of the bit line 10 with the impurity diffusion area 4 .

Als Ergebnis werden die erste Leiterschicht 6a und die Puffer­ schicht 10a leitender durch die Diffusion der Fremdatome aus der zweiten Halbleiterschicht 7 und der Hauptleiterschicht 10b und gestatten einen elektrischen Übergang zwischen der ersten Halb­ leiterschicht 6 und dem Fremdatomdiffusionsbereich 3 und dem zwischen der Hauptleiterschicht 10b und dem Fremdatomdiffusions­ bereich 4.As a result, the first conductor layer 6 a and the buffer layer 10 a conductive by the diffusion of impurity from the second semiconductor layer 7 and the main conductive layer 10 b and permit an electrical junction between the first semiconductor layer 6 and the impurity diffusion region 3 and the between the main conductor layer 10 b and the foreign atom diffusion area 4 .

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleitervor­ richtung beschrieben.An embodiment of the semiconductor according to the invention is described below direction described.

Wie in Fig. 20 gezeigt, wird, verglichen mit der Anordnung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, ein Oxidfilm 30 zwi­ schen einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halblei­ terschicht geschaffen. Das Vorsehen des Oxidfilms gestattet das weitere Unterdrücken einer Diffusion der Fremdatome aus der zweiten Halbleiterschicht.As shown in FIG. 20, compared to the arrangement of the first embodiment described above, an oxide film 30 is formed between a first semiconductor layer and a second semiconductor layer. The provision of the oxide film allows further diffusion of the foreign atoms from the second semiconductor layer to be suppressed.

Wie in Fig. 10 gezeigt, wird bei einem Verfahren zum Herstellen des Oxidfilms 30 für diesen Fall eine erste Halbleiterschicht 6a gebildet und dann in einer Atmosphäre für etwa 1 Stunde zum Bilden eines eigenen Oxidfilms mit einer Dicke von etwa 1 nm belassen. Dies liegt daran, daß die Leitfähigkeiten der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht erhalten werden können, da eine Polysiliziumschicht in Aushöhlungen, wie kleinen Löchern ("Pinholes") in einem Oxidfilm mit ungleicher Dicke aufgebracht wird.As shown in FIG. 10, in a method for producing the oxide film 30, a first semiconductor layer 6 a is formed in this case and then left in an atmosphere for approximately 1 hour to form a separate oxide film with a thickness of approximately 1 nm. This is because the conductivities of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be obtained because a polysilicon layer is deposited in cavities such as pinholes in an oxide film of uneven thickness.

Selbst ohne derartige Löcher, wenn der Oxidfilm eine Dicke von etwa 1 nm hat, fließt ein Tunnelstrom und macht die erste und die zweite Halbleiterschicht miteinander leitend (bringt sie in Verbindung).Even without such holes, if the oxide film has a thickness of about 1 nm, a tunnel current flows and makes the first and the second semiconductor layer is conductive with one another (brings it into Connection).

Die oben beschriebene Anordnung kann dieselbe Funktion und Wir­ kung wie die oben beschriebene Ausführungsform schaffen. Obwohl oben eine Beschreibung für einen Fall vorgenommen wurde, bei dem der Oxidfilm 30 zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht vorgesehen ist, können dieselbe Funktion und Wirkung erreicht werden, indem entsprechend ein Oxidfilm zwi­ schen der Pufferschicht 10a und der Hauptleiterschicht 10b, die die Bitleitung 10 bilden, geschaffen wird.The arrangement described above can provide the same function and effect as the embodiment described above. Although a description has been made above for a case where the oxide film 30 is provided between the first and second semiconductor layers, the same function and effect can be achieved by correspondingly forming an oxide film between the buffer layer 10 a and the main conductor layer 10 b form the bit line 10 is created.

Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen können Ionen wie Si, Ge, O, C oder F in eine Grenzfläche zwischen der ersten Halbleiterschicht 6a und dem Halbleitersubstrat 1 implantiert werden. Dies dient dazu, die Leitfähigkeit durch Implantieren der oben beschriebenen Ionen zu verbessern, und zum Entfernen eines dünnen eigenen Oxidfilms, der an der Übergangsstelle ge­ bildet ist.In each of the above-described embodiments, ions such as Si, Ge, O, C or F can be implanted in an interface between the first semiconductor layer 6 a and the semiconductor substrate 1 . This serves to improve the conductivity by implanting the ions described above and to remove a thin own oxide film which is formed at the transition point.

Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen undotiertes Polysilizium für die erste Halbleiterschicht 6a und die Puffer­ schicht 10a, die die Bitleitung bilden, benutzt wird, kann nied­ rigkonzentriertes Polysilizium zum Erreichen derselben Funktion und Wirkung benutzt werden.Although undoped polysilicon is used for the first semiconductor layer 6 a and the buffer layer 10 a, which form the bit line, in the above-described embodiments, low-concentration polysilicon can be used to achieve the same function and effect.

Während Polysilizium mit dotierten Fremdatomen als zweite Lei­ terschicht aufgebracht wird, können dieselbe Funktion und Wir­ kung erreicht werden, durch Dotieren von Fremdatomen in das Po­ lysilizium während des Aufbringens.While polysilicon with doped foreign atoms as a second lei layer is applied, the same function and us can be achieved by doping foreign atoms into the bottom lysilicon during application.

Obwohl ein n-Typ Fremdatomdiffusionsbereich in einem p-Typ Halb­ leitersubstrat in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen gebildet ist, kann ein p-Typ Fremdatomdiffusionsbereich in einem n-Typ Halbleitersubstrat gebildet werden, und dieselbe Funktion und Wirkung erzielen.Although an n-type impurity diffusion region in a p-type half conductor substrate in each of the above-described embodiments a p-type impurity diffusion region in one n-type semiconductor substrate are formed, and the same function and achieve effect.

Claims (7)

1. Halbleitervorrichtung mit
einem Halbleitersubstrat (1),
einem in einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates (1) ge­ bildeten Fremdatombereich (3, 4),
einer ersten Halbleiterschicht (6), die mit den Fremdatomberei­ chen (3, 4) verbunden ist und auf dem Halbleitersubstrat (1) mit einem dazwischen vorgesehenen Isolationsfilm (32) gebildet ist und Fremdatome einer vorbestimmten Konzentration aufweist, und einer zweiten Halbleiterschicht (7), die entlang der ersten Halbleiterschicht (6) gebildet ist und Fremdatome aufweist, de­ ren Konzentration höher als die der ersten Halbleiterschicht (6) ist,
gekennzeichnet durch einen Oxidfilm (30) zwischen der ersten Halbleiterschicht (6) und der zweiten Halbleiterschicht (7), dessen Dicke derart ge­ wählt ist, daß ein Tunnelstrom zwischen den beiden Halbleiter­ schichten (6, 7) möglich ist.
1. semiconductor device with
a semiconductor substrate ( 1 ),
a foreign atom region ( 3 , 4 ) formed in a main surface of the semiconductor substrate ( 1 ),
a first semiconductor layer ( 6 ) which is connected to the foreign atom regions ( 3 , 4 ) and is formed on the semiconductor substrate ( 1 ) with an insulation film ( 32 ) provided therebetween and has foreign atoms of a predetermined concentration, and a second semiconductor layer ( 7 ) which is formed along the first semiconductor layer ( 6 ) and has foreign atoms whose concentration is higher than that of the first semiconductor layer ( 6 ),
characterized by an oxide film ( 30 ) between the first semiconductor layer ( 6 ) and the second semiconductor layer ( 7 ), the thickness of which is selected such that a tunnel current between the two semiconductor layers ( 6 , 7 ) is possible.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidfilm eine Dicke von 0,5 bis 2,0 nm, insbesondere 1 nm aufweist.2. The semiconductor device according to claim 1, characterized in that the oxide film has a thickness of 0.5 to 2.0 nm, in particular 1 nm. 3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Isolationsschicht (11), die entlang der Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht (7) gebildet ist, und eine dritte Halbleiterschicht (8), die Fremdatome aufweist, de­ ren Konzentration höher als die der ersten Halbleiterschicht (6) ist und die entlang der Oberfläche der Isolationsschicht (11) gebildet ist.3. The semiconductor device as claimed in claim 1 or 2, characterized by an insulation layer ( 11 ) which is formed along the surface of the second semiconductor layer ( 7 ), and a third semiconductor layer ( 8 ) which has foreign atoms whose concentration is higher than that of the first Is semiconductor layer ( 6 ) and which is formed along the surface of the insulation layer ( 11 ). 4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (6), die zweite Halbleiterschicht (7), die Isolationsschicht (11) und die dritte Halbleiterschicht (8) einen Kondensator bilden.4. A semiconductor device according to claim 3, characterized in that the first semiconductor layer ( 6 ), the second semiconductor layer ( 7 ), the insulation layer ( 11 ) and the third semiconductor layer ( 8 ) form a capacitor. 5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (6) aus einer Polysiliziumschicht gebildet ist, die Fremdatome einer Konzentration im Bereich zwischen 1×10¹⁴ cm-3 bis 1×10¹⁹ cm-3 aufweist,
die zweite Halbleiterschicht (7) aus einer Polysiliziumschicht gebildet ist, die Fremdatome einer Konzentration im Bereich zwischen 1×10¹⁹ cm-3 bis 1×10²¹ cm-3 aufweist, und
die dritte Halbleiterschicht (8) aus einer Polysiliziumschicht gebildet ist, die Fremdatome einer Konzentration im Bereich zwischen 1×10¹⁹ cm-3 bis 1×10²¹ cm-3 aufweist.
5. Semiconductor device according to claim 3 or 4, characterized in that the first semiconductor layer ( 6 ) is formed from a polysilicon layer which has foreign atoms of a concentration in the range between 1 × 10¹⁴ cm -3 to 1 × 10¹⁹ cm -3 ,
the second semiconductor layer ( 7 ) is formed from a polysilicon layer which has foreign atoms with a concentration in the range between 1 × 10¹⁹ cm -3 to 1 × 10²¹ cm -3 , and
the third semiconductor layer ( 8 ) is formed from a polysilicon layer which has foreign atoms with a concentration in the range between 1 × 10¹⁹ cm -3 to 1 × 10²¹ cm -3 .
6. Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, mit den Schritten:
Bilden des Fremdatombereiches (3, 4) in der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates (1),
Bilden des Isolationsfilmes (42) mit einer Kontaktöffnung (42a), die den Fremdatombereich in der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates (1) erreicht,
Bilden der ersten Halbleiterschicht (6) auf der Oberfläche der Kontaktöffnung (42a) und des Isolationsfilmes (42),
Bilden des Oxidfilmes (30) durch Aussetzen der ersten Halblei­ terschicht (6) einer Atmosphäre für einen vorbestimmten Zeit­ raum, und
Bilden der zweiten Halbleiterschicht (7) mit einer vorbestimm­ ten Fremdatomkonzentration.
6. A method of manufacturing the semiconductor device according to claim 1, comprising the steps of:
Forming the foreign atom region ( 3 , 4 ) in the main surface of the semiconductor substrate ( 1 ),
Forming the insulation film ( 42 ) with a contact opening ( 42 a) which reaches the impurity region in the main surface of the semiconductor substrate ( 1 ),
Forming the first semiconductor layer ( 6 ) on the surface of the contact opening ( 42 a) and the insulation film ( 42 ),
Forming the oxide film ( 30 ) by exposing the first semiconductor layer ( 6 ) to an atmosphere for a predetermined period of time, and
Forming the second semiconductor layer ( 7 ) with a predetermined impurity concentration.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (6) aus undotier­ tem Polysilizium gebildet wird, und die zweite Schicht (7) aus Polysilizium gebildet wird, in das Fremdatome einer Konzentration von 1×10¹⁹ cm-3 bis 1×10²¹ cm-3 dotiert werden.7. The method according to claim 6, characterized in that the first layer ( 6 ) is formed from undotier tem polysilicon, and the second layer ( 7 ) is formed from polysilicon, in the foreign atoms of a concentration of 1 × 10¹⁹ cm -3 to 1 × 10²¹ cm -3 are doped.
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