JP2519215B2 - Method for manufacturing semiconductor memory device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor memory device

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JP2519215B2 JP61189565A JP18956586A JP2519215B2 JP 2519215 B2 JP2519215 B2 JP 2519215B2 JP 61189565 A JP61189565 A JP 61189565A JP 18956586 A JP18956586 A JP 18956586A JP 2519215 B2 JP2519215 B2 JP 2519215B2
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    • 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
    • H10B12/39DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor and the transistor being in a same trench
    • H10B12/395DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor and the transistor being in a same trench the transistor being vertical

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は半導体記憶装置に係り、特にスイッチングト
ランジスタのゲート部を基板に垂直に形成し、キャパシ
タ部をスイッチングトランジスタ上部に形成し、高集積
化を可能にした半導体記憶装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device in which a gate portion of a switching transistor is formed vertically on a substrate and a capacitor portion is formed above a switching transistor. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor memory device that enables high integration.

(従来の技術) ダイナミック型のメモリセルはメモリキャパシタとス
イッチングトランジスタからなり高集積化に適している
ため広くメモリ素子として用いられている。しかし高集
積化が進み1つのセル当りの面積が減少するとメモリキ
ャパシタのみならずスイッチングトランジスタの占める
面積も減少させなければならない。
(Prior Art) A dynamic type memory cell is widely used as a memory element because it comprises a memory capacitor and a switching transistor and is suitable for high integration. However, as the degree of integration increases and the area per cell decreases, not only the area occupied by the memory capacitor but also the area occupied by the switching transistor must be reduced.

スイッチングトランジスタの占める面積を減少させる
試みの1つとして、スイッチングトランジスタ部を基板
に垂直に形成する方法がある。第3図(a)〜(d)は
従来のスイッチングトランジスタを基板に垂直に形成し
た、ダイナミック型MOSメモリセルの工程断面図を示し
たものである。
As one of the attempts to reduce the area occupied by the switching transistor, there is a method of forming the switching transistor portion vertically on the substrate. FIGS. 3A to 3D are process sectional views of a dynamic MOS memory cell in which a conventional switching transistor is formed vertically on a substrate.

以下、この第3図の工程断面図に従って従来例の説明
を行なう。
The conventional example will be described below with reference to the process sectional view of FIG.

まずP型シリコン基板31上にビット線となるN型不純物
層32をイオン注入等によりストライプ状に形成する。次
いで、例えば比較的厚いSiO2膜33を形成し、これを所定
の形状にパターニングし、SiO2膜33を形成し、これを所
定の形状にパターニングし、SiO2膜33を耐エッチングマ
スクとして用いてリアクティブイオンエッチング(RI
E)により基板31をエッチングし、1つのメモリセルに
対して1個の溝を形成する。次いで、溝の底部にイオン
注入法を用いて基板と反対導電型の不純物層34を形成す
る(第3図(a))。
First, an N-type impurity layer 32 to be a bit line is formed in stripes on a P-type silicon substrate 31 by ion implantation or the like. Next, for example, a relatively thick SiO 2 film 33 is formed, which is patterned into a predetermined shape to form a SiO 2 film 33, which is patterned into a predetermined shape, and the SiO 2 film 33 is used as an etching resistant mask. Reactive ion etching (RI
The substrate 31 is etched by E) to form one groove for one memory cell. Next, an impurity layer 34 having a conductivity type opposite to that of the substrate is formed on the bottom of the groove by ion implantation (FIG. 3A).

次に溝の側壁及び底部に第一の絶縁膜35、例えばSiO2
膜を形成し、導電膜36、例えばリンを含んだ多結晶シリ
コン膜をビット線と直交する方向にストライプ状に形成
する。
Then, on the side wall and the bottom of the groove, a first insulating film 35 such as SiO 2 is formed.
A film is formed, and a conductive film 36, for example, a polycrystalline silicon film containing phosphorus is formed in a stripe shape in a direction orthogonal to the bit line.

ストライプ状に加工するとき、溝の底部の多結晶シリ
コン膜の少なくとも一部をエッチング除去し、開口部を
設ける。(第3図(b))。
When processing into a stripe shape, at least a part of the polycrystalline silicon film at the bottom of the groove is removed by etching to form an opening. (FIG. 3 (b)).

ここで絶縁膜35はスイッチングトランジスタのゲート
絶縁膜として用い、導電膜36は、ゲート電極、すなわち
メモリセルのワード線として用いられる。次に導電膜36
の上に第2の絶縁膜37例えばSiO2膜を形成したのち、溝
底部の絶縁膜37を選択除去し、導電膜38、例えばリンを
含んだ多結晶シリコン膜をビット線とワード線の交差部
に形成し、キャパシタ下部電極とする(第3図
(c))。このとき、導電膜38は不純物層34と電気的に
接続されるように形成する。
Here, the insulating film 35 is used as the gate insulating film of the switching transistor, and the conductive film 36 is used as the gate electrode, that is, the word line of the memory cell. Next, the conductive film 36
After forming a second insulating film 37, for example, a SiO 2 film on the above, the insulating film 37 at the bottom of the groove is selectively removed, and a conductive film 38, for example, a polycrystalline silicon film containing phosphorus is crossed between the bit line and the word line. To form a capacitor lower electrode (FIG. 3 (c)). At this time, the conductive film 38 is formed so as to be electrically connected to the impurity layer 34.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、溝の底部に不純物層を形成する時、例えば
イオン注入法を用いた場合に、溝の側壁にも不純物が注
入され、溝の側壁部に形成するスイッチングトランジス
タのしきい値制御が劣化するという問題を解決するもの
である。また、従来以下に示す問題もあった。即ち、半
導体基板の表面に反応性イオンエッチングにより穴部を
形成する工程、及びこの後該穴部の底に基板と逆導電型
の第1の不純物層(ソース)をイオン注入技術により形
成する工程を行った場合、反応性イオンエッチング及び
イオン注入技術によりそれぞれ半導体基板が受けるダメ
ージの総和は非常に大きくなり、前記穴部の底の角部や
その近傍に欠陥が集中する現象が生ずる。このため、前
記第1の不純物層(ソース)とコンタクトするように形
成された電荷を蓄積するキャパシタ下部電極層から、そ
の蓄積した電荷が前記欠陥を通じてリークしてしまい、
記憶の保持ができなくなるという問題がある。さらに前
記欠陥は、その後の多少の熱処理によってはもはや回復
しない程度にまでなっており、熱処理温度を高くしたり
時間を長くすることにより、回復がある程度進む場合も
あるが、この場合には前記穴部の底に存在する第1の不
純物層(ソース)の拡散が横方向に進むので、該穴部内
部に垂直に形成したMOSトランジスタにおいて短チャネ
ル効果が生じたり、素子を微細化することが難しくなる
という問題がある。本発明は、かかる問題をも解決する
ものである。
(Problems to be Solved by the Invention) In the present invention, when an impurity layer is formed at the bottom of a groove, for example, when an ion implantation method is used, impurities are also injected into the sidewall of the groove and This solves the problem that the threshold control of the formed switching transistor deteriorates. Further, there have been the following problems in the past. That is, a step of forming a hole on the surface of a semiconductor substrate by reactive ion etching, and a step of forming a first impurity layer (source) of a conductivity type opposite to that of the substrate at the bottom of the hole by an ion implantation technique. In such a case, the total sum of damages to the semiconductor substrate due to the reactive ion etching and the ion implantation technique becomes very large, and a phenomenon occurs in which defects are concentrated at the corners of the bottom of the hole or in the vicinity thereof. Therefore, the accumulated charge leaks through the defect from the capacitor lower electrode layer that accumulates the charge and is formed so as to contact the first impurity layer (source).
There is a problem that it becomes impossible to retain memory. Furthermore, the defects are no longer recovered by some heat treatment thereafter, and the recovery may progress to some extent by increasing the heat treatment temperature or prolonging the heat treatment. Since the diffusion of the first impurity layer (source) existing at the bottom of the hole proceeds in the lateral direction, a short channel effect occurs in the MOS transistor formed vertically inside the hole, and it is difficult to miniaturize the device. There is a problem of becoming. The present invention also solves this problem.

〔発明の構成〕[Structure of Invention]

(問題点を解決するための手段) 本発明では、あらかじめ溝の底部の不純物層を形成す
る領域にN型不純物層を埋め込んでおき、その後エピタ
キシャル成長を行い、P型エピタキシャル層を形成す
る。さらに、トレンチを所定の場所に開け、ゲート酸化
膜を介してゲート電極を形成し、ワード線とする。この
後、前記のN型不純物層に電気的にコンタクトを取り、
キャパシタ下部電極を形成する。このようにすることに
よりトランジスタのトレンチ底部における電極をトレン
チ形成をした後にイオン注入を行わなくても形成でき
る。
(Means for Solving Problems) In the present invention, an N-type impurity layer is buried in a region where an impurity layer is to be formed at the bottom of a groove in advance, and then epitaxial growth is performed to form a P-type epitaxial layer. Further, a trench is opened at a predetermined place, a gate electrode is formed via a gate oxide film, and a word line is formed. After that, the N-type impurity layer is electrically contacted,
A capacitor lower electrode is formed. By doing so, the electrode at the bottom of the trench of the transistor can be formed without performing ion implantation after forming the trench.

(作用) 本発明においては溝の側面をチャネル領域として用い
たトランジスタは例えばSi表面をドレイン拡散層、溝の
底部をソース拡散層として構成される。この溝の底部の
N型不純物層(ソース拡散層)を形成するのに、従来
は、溝を形成した後にイオン注入を行いN型高濃度層を
形成する方法と溝の底部に堆積した例えばリンをドープ
したポリSiから拡散させて形成する方法の2通りが提案
されていたが、どちらの方法もそれぞれ欠点があった。
このため、あらかじめn+型の埋込み不純物層を作り、そ
の上にP型のエピタキシャル層を作り、そしてN型の埋
込み不純物層に達するように溝を形成し、このN型不純
物層を前記トランジスタのソース拡散層として用いる方
法を本発明は提案している。このようにすることにより
溝の側面を用いたトランジスタ特性を劣化させることな
く、ソース拡散層を形成できる。さらに本願発明によれ
ば、あらかじめ半導体基板のMOSトランジスタのソース
となる領域に前記基板と逆導電型の第1の不純物層を形
成し、前記半導体基板及び第1の不純物層の上部全面に
前記基板と同導電型の不純物を含む半導体からなる第2
の不純物層をエピタキシャル成長法により堆積した後
に、前記第1の不純物層に達するように前記半導体基板
に穴部を形成するので、前記第1の不純物層を例えばイ
オン注入技術により形成した場合でも、その上に第2の
不純物層をエピタキシャル成長法により形成する際に、
即座に存在し得る欠陥の回復を図ることが可能となり、
さらにその後反応性イオンエッチングにより穴部を形成
する際に欠陥が生じても、十分回復できる程度の欠陥に
抑えることが可能である。したがって、前記穴部の底の
角部やその近傍に欠陥が集中する現象は生じなくなるの
で、前記第1の不純物層(ソース)とコンタクトするよ
うに形成された電荷を蓄積するキャパシタ下部電極層か
ら、その蓄積した電荷がリークすることを防止すること
ができ、記憶を安定して保持することが可能となる。
(Operation) In the present invention, the transistor using the side surface of the groove as the channel region has, for example, the Si surface as the drain diffusion layer and the bottom of the groove as the source diffusion layer. To form the N-type impurity layer (source diffusion layer) at the bottom of the groove, conventionally, a method of forming an N-type high concentration layer by performing ion implantation after forming the groove and a method of depositing phosphorus at the bottom of the groove, for example, are used. Two methods have been proposed, one being a method of diffusing poly-doped Si from the other, but both methods have drawbacks.
Therefore, an n + type buried impurity layer is formed in advance, a P type epitaxial layer is formed thereon, and a groove is formed so as to reach the N type buried impurity layer. The present invention proposes a method of using as a source diffusion layer. By doing so, the source diffusion layer can be formed without deteriorating the transistor characteristics using the side surface of the groove. Further, according to the present invention, a first impurity layer having a conductivity type opposite to that of the substrate is previously formed in a region of the semiconductor substrate which is to be a source of the MOS transistor, and the substrate is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate and the first impurity layer. A second semiconductor made of a semiconductor containing impurities of the same conductivity type as
After the impurity layer is deposited by the epitaxial growth method, the hole is formed in the semiconductor substrate so as to reach the first impurity layer. Therefore, even when the first impurity layer is formed by, for example, the ion implantation technique, When the second impurity layer is formed thereon by the epitaxial growth method,
It becomes possible to immediately recover from defects that may exist,
Furthermore, even if a defect occurs when the hole is formed by reactive ion etching after that, it is possible to suppress the defect to a level that can be sufficiently recovered. Therefore, the phenomenon in which defects concentrate on the corner of the bottom of the hole or in the vicinity thereof does not occur, so that from the capacitor lower electrode layer that is formed so as to contact the first impurity layer (source) and accumulates electric charges. It is possible to prevent the accumulated charges from leaking, and it is possible to stably hold the memory.

(実施例) 本発明の一実施例を第2図(a)〜(e)に示した工
程断面図により説明する。
(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described with reference to process sectional views shown in FIGS.

まず、P型(100)シリコン基板11上に、例えばアン
チモン(Sb)を不純物とする。第1のN型高濃度層12を
形成し、その後全面にP型の1〜10Ωcm程度の濃度をも
ったシリコン層13をエピタキシャル成長法により例えば
2μm程度形成する。このN型不純物層12は少なくとも
後の工程で溝を形成する領域を含む程度の形状であると
する。さらに、このエピタキシャル層13の表面にビット
線となるN型の第2の不純物層14をイオン注入法により
ストライプ状に形成する(第2図(a))。
First, for example, antimony (Sb) is used as an impurity on the P-type (100) silicon substrate 11. A first N-type high concentration layer 12 is formed, and then a P-type silicon layer 13 having a concentration of about 1 to 10 Ωcm is formed on the entire surface by an epitaxial growth method to have a thickness of, for example, about 2 μm. It is assumed that the N-type impurity layer 12 has a shape including at least a region where a groove is formed in a later step. Further, an N-type second impurity layer 14 to be a bit line is formed in a stripe shape on the surface of the epitaxial layer 13 by an ion implantation method (FIG. 2 (a)).

次いで、例えば比較的厚いSiO2膜15を例えば熱酸化法
により約4000Å程度形成し、これを所定の形状にパター
ニングし、このSiO2膜15を耐エッチングマスクとして用
いて例えばリアクティブイオンエッチング(RIE)によ
り第2のN型層14、エピタキシャル層13を連続してエッ
チングし、第1のN型層12に達するように溝16を形成す
る(第2図(b))。次に溝16の側壁及び底部に第1の
絶縁膜17、例えばSiO2膜を200Å程度形成し、さらに、
第1の絶縁膜17を介して、導電膜18、例えばリンを含ん
だ多結晶シリコン膜を全面に堆積する。この時、多結晶
シリコン膜の堆積条件は例えば平坦部で厚く、また、溝
の側壁や底部では薄く堆積するようなものを選択すると
良い。次に反応性イオンエッチング(RIE)を用いて全
面の多結晶シリコンに対してエッチングを行ない、溝の
底部の多結晶シリコン膜のみがエッチング除去される時
点でエッチングを終了する。溝の底部に対して膜厚の厚
い平坦部や、溝の側壁部には、十分電極として作用でき
るくらいの多結晶シリコン膜が残置されているようにエ
ッチングする。次に通常のレジストを用いたパターニン
グ工程により溝の底部のみがエッチング除去された導電
膜18をビット線と直交する方向にストライプ状に形成す
る(第2図(c))。ここで絶縁膜17はスイッチングト
ランジスタのゲート絶縁膜として用い、導電膜17はゲー
ト電極、すなわちメモリセルのワード線として用いられ
る。次に導電膜18上に第2の絶縁膜19、例えば、SiO2
を形成したのち、溝の底部20の絶縁膜19を選択除去し、
第1のN型不純物層12を露出させ、導電膜21、例えばリ
ンを含んだ多結晶シリコン膜をビット線14とワード線18
の交差点に形成し、キャパシタ下部電極とする(第2図
(d))。このとき、導電膜21と第1のN型不純物層12
は電気的に接続されており、第1のN型不純物層はスイ
ッチングトランジスタのソース電極として働く。また、
例えば第2の絶縁膜19を熱酸化膜で形成すれば、シリコ
ン基板より多結晶シリコン膜の方が酸化速度が早いの
で、この後、全面をRIE等でSiO2膜エッチングすれば溝
底部20の酸化膜のみをエッチング除去する事が可能であ
る。
Next, for example, a relatively thick SiO 2 film 15 is formed, for example, by thermal oxidation to a thickness of about 4000Å, and this is patterned into a predetermined shape. Using this SiO 2 film 15 as an etching resistant mask, for example, reactive ion etching (RIE) is performed. 2), the second N-type layer 14 and the epitaxial layer 13 are continuously etched to form a groove 16 so as to reach the first N-type layer 12 (FIG. 2 (b)). Next, a first insulating film 17, for example, a SiO 2 film of about 200 Å is formed on the side wall and the bottom of the groove 16, and further,
A conductive film 18, for example, a polycrystalline silicon film containing phosphorus is deposited on the entire surface through the first insulating film 17. At this time, it is preferable to select, as the deposition condition of the polycrystalline silicon film, for example, a thick film at the flat portion and a thin film at the sidewall and bottom of the groove. Next, reactive ion etching (RIE) is used to etch the polycrystalline silicon on the entire surface, and the etching is terminated when only the polycrystalline silicon film at the bottom of the groove is removed by etching. Etching is performed so that a flat portion having a thicker film thickness than the bottom portion of the groove and a sidewall portion of the groove are left with a polycrystalline silicon film sufficient to act as an electrode. Next, a conductive film 18 in which only the bottom of the groove is removed by etching is formed in a stripe shape in the direction orthogonal to the bit line by a patterning process using a normal resist (FIG. 2 (c)). Here, the insulating film 17 is used as a gate insulating film of a switching transistor, and the conductive film 17 is used as a gate electrode, that is, a word line of a memory cell. Next, after forming a second insulating film 19, for example, a SiO 2 film on the conductive film 18, the insulating film 19 at the bottom 20 of the groove is selectively removed,
The first N-type impurity layer 12 is exposed, and the conductive film 21, for example, a polycrystalline silicon film containing phosphorus is formed on the bit line 14 and the word line 18.
To form a capacitor lower electrode (FIG. 2 (d)). At this time, the conductive film 21 and the first N-type impurity layer 12
Are electrically connected to each other, and the first N-type impurity layer serves as the source electrode of the switching transistor. Also,
For example, if the second insulating film 19 is formed of a thermal oxide film, the polycrystalline silicon film has a higher oxidation rate than the silicon substrate. Therefore, if the entire surface is thereafter etched with a SiO 2 film by RIE or the like, the groove bottom 20 It is possible to remove only the oxide film by etching.

この後さらに導電膜21上に第3の絶縁膜22、例えばSi
O2膜を約100Å程度形成したのち、キャパシタ対向電極
として導電膜23、例えばリンを含んだ多結晶シリコン膜
を全面に堆積し、キャパシタ部を形成する(第2図
(e))。
After this, a third insulating film 22, such as Si, is further formed on the conductive film 21.
After forming an O 2 film of about 100 Å, a conductive film 23, for example, a polycrystalline silicon film containing phosphorus is deposited on the entire surface as a capacitor counter electrode to form a capacitor portion (FIG. 2 (e)).

尚、導電膜18、21、23は多結晶シリコンに限らず、シ
リサイド膜かメタル、あるいは多結晶シリコン、シリサ
イドメタル等の何れから組み合せでも良い。また、第
1、第2、第3の絶縁膜も、SiO2膜に限らず、窒化膜、
高誘電体膜、あるいは、それらを組み合せた多層膜であ
っても良いことは言うまでもない。
The conductive films 18, 21, and 23 are not limited to polycrystalline silicon, and may be a combination of a silicide film or metal, or polycrystalline silicon, silicide metal, or the like. Further, the first, second, and third insulating films are not limited to SiO 2 films, but nitride films,
It goes without saying that it may be a high-dielectric film or a multi-layer film combining them.

この後、さらに導電膜38上に第3の絶縁膜39例えば膜
厚約100ÅのSiO2膜を形成した後、キャパシタ対向電極
として導電膜例えばリンを含んだ多結晶シリコン膜40を
全面に形成し、メモリセルを完成する(第3図
(d))。
After that, a third insulating film 39, for example, a SiO 2 film having a film thickness of about 100Å is further formed on the conductive film 38, and then a conductive film, for example, a polycrystalline silicon film 40 containing phosphorus is formed on the entire surface as a capacitor counter electrode. , A memory cell is completed (FIG. 3 (d)).

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

このようなメモリセル構造をとることにより、微細な
メモリセル面積を実現できるようになった。しかしなが
ら、溝を形成した後に、イオン注入法により溝の底部に
不純物層を形成する方法では、第4図に示すように溝の
側壁部45にも不純物がイオン注入され、このためこの後
に溝の側壁部に形成するスイッチングトランジスタのし
きい値の調整が非常に困難となり、メモリセルの電気的
特性を著しく低下させるという問題が発生する。
By adopting such a memory cell structure, a fine memory cell area can be realized. However, in the method of forming the impurity layer at the bottom of the groove by the ion implantation method after forming the groove, the impurity is also ion-implanted in the side wall portion 45 of the groove as shown in FIG. It becomes very difficult to adjust the threshold value of the switching transistor formed on the side wall, which causes a problem that the electrical characteristics of the memory cell are significantly deteriorated.

また、溝の底部のn+型層59の形成に第5図に示すよう
にリンをドープしたポリSi膜57からの拡散で行うことも
従来おこなわれていたが、このときは、溝の底部58の自
然酸化膜やポリSi57中のリン濃度のバラツキなどにより
溝の底部コーナー60まで制御性良く拡散させることがで
きなかった。このため溝の底部コーナー60が溝の側壁を
利用したトランジスタ特性に影響を与え、例えばトラン
ジスタのサブスレッショルド特性が2段になるなどのい
わゆる「ハンプ現象」が観察され、製品の歩留りを著し
く低下させていた。
Further, the formation of the n + -type layer 59 at the bottom of the groove has been conventionally performed by diffusion from the poly-Si film 57 doped with phosphorus as shown in FIG. Due to the natural oxide film of 58 and the variation of phosphorus concentration in the poly-Si 57, it was not possible to diffuse to the bottom corner 60 of the groove with good controllability. Therefore, the bottom corner 60 of the groove affects the transistor characteristics using the side wall of the groove, and a so-called “hump phenomenon” such as a two-step transistor subthreshold characteristic is observed, resulting in a significant decrease in product yield. Was there.

本発明によれば、溝の底部にn型高濃度不純物層を形
成するに溝を形成した後にイオン注入を行ってn型高濃
度層を形成することがないので、溝の側面に高濃度のn
型不純物が注入されることがない。このため溝の側面を
用いたトランジスタを良好に形成できる。
According to the present invention, since the n-type high-concentration layer is not formed by performing ion implantation after forming the groove in order to form the n-type high-concentration impurity layer at the bottom of the groove, a high-concentration layer is formed on the side surface of the groove. n
No type impurities are injected. Therefore, a transistor using the side surface of the groove can be favorably formed.

また、同様にポリSiからの拡散による方法も取らなく
て良いから、溝の底部コーナーがトランジスタのチャネ
ル領域となることはなく、トランジスタ特性に溝底部の
n型不純物層に起因した異常は生じない。さらに本発明
によれば、1セル当りの占有面積が従来例に比べ大幅に
減少し、高集積化が可能となる。また、穴の深さにより
ゲート長を自由にコントロールすることが可能であり、
穴を深くすることでショートチャネル効果の低減ができ
る。さらに穴の側壁全体がチャネル部となるため、トラ
ンジスタが比較的大きな電流で動作し、メモリ動作のス
ピードが早くなる。またキャパシタ部が基板と対向して
いないため、ソフトエアーに対し耐性がよい。また本発
明によれば、トランジスタのソース電極を作る際に溝の
底部へのイオン注入とか、リンをドープしたポリSiから
の拡散を行わずにすむためトランジスタ特性が劣化せ
ず、製品の歩留り、信頼性が著しく向上する。さらに本
願発明によれば、あらかじめ半導体基板のMOSトランジ
スタのソースとなる領域に前記基板と逆導電型の第1の
不純物層を形成し、前記半導体基板及び第1の不純物層
の上部全面に前記基板と同導電型の不純物を含む半導体
からなる第2の不純物層をエピタキシャル成長法により
堆積した後に、前記第1の不純物層に達するように前記
半導体基板に穴部を形成するので、前記第1の不純物層
を例えばイオン注入技術により形成した場合でも、その
上に第2の不純物層をエピタキシャル成長法により形成
する際に、即座に存在し得る欠陥の回復を図ることが可
能となり、さらにその後反応性イオンエッチングにより
穴部を形成する際に欠陥が生じても、十分回復できる程
度の欠陥に抑えることが可能である。したがって、前記
穴部の底の角部やその近傍に欠陥が集中する現象は生じ
なくなるので、前記第1の不純物層(ソース)とコンタ
クトするように形成された電荷を蓄積するキャパシタ下
部電極層から、その蓄積した電荷がリークすることを防
止することができ、記憶を安定して保持することが可能
となる。
Similarly, since the method of diffusion from poly-Si does not have to be taken, the bottom corner of the groove does not serve as the channel region of the transistor, and the transistor characteristics are not abnormal due to the n-type impurity layer at the bottom of the groove. . Further, according to the present invention, the occupied area per cell is greatly reduced as compared with the conventional example, and high integration is possible. In addition, the gate length can be freely controlled by the depth of the hole,
By making the holes deeper, the short channel effect can be reduced. Further, since the entire side wall of the hole serves as a channel portion, the transistor operates with a relatively large current, and the memory operation speed increases. Further, since the capacitor portion does not face the substrate, it has good resistance to soft air. Further, according to the present invention, when the source electrode of the transistor is formed, ion implantation into the bottom of the groove, or the diffusion from the phosphorus-doped poly-Si does not need to be performed so that the transistor characteristics do not deteriorate, and the product yield, The reliability is significantly improved. Further, according to the present invention, a first impurity layer having a conductivity type opposite to that of the substrate is previously formed in a region of the semiconductor substrate which is to be a source of the MOS transistor, and the substrate is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate and the first impurity layer. Since a second impurity layer made of a semiconductor containing an impurity of the same conductivity type as the above is deposited by an epitaxial growth method, and then a hole is formed in the semiconductor substrate so as to reach the first impurity layer, the first impurity Even when the layer is formed by, for example, an ion implantation technique, it is possible to immediately recover the defects that may exist when the second impurity layer is formed thereon by the epitaxial growth method, and then reactive ion etching is performed. Thus, even if a defect occurs when forming the hole, it is possible to suppress the defect to such a degree that it can be sufficiently recovered. Therefore, the phenomenon in which defects concentrate on the corner of the bottom of the hole or in the vicinity thereof does not occur, so that from the capacitor lower electrode layer that is formed so as to contact the first impurity layer (source) and accumulates electric charges. It is possible to prevent the accumulated charges from leaking, and it is possible to stably hold the memory.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のメモリセル構造を説明するための平面
図及び概略図、第2図は本発明の一実施例を説明するた
めの工程断面図、第3図は従来例を説明するための工程
断面図、第4図及び第5図は従来方法の問題点を説明す
るための断面図である。 P型シリコン基板……11、31、41、51 n+層(ドレイン)……14、32、52 SiO2膜……15、33、43 穴部……16 n+層(ソース)……34、44、59 ゲート絶縁膜(SiO2膜)……17、35、54 ポリSi(ワード線)……18、36、55 穴底部……20、58 ビット線……23、42、52 エピタキシャル層……13 N型埋込み層……12
FIG. 1 is a plan view and a schematic view for explaining a memory cell structure of the present invention, FIG. 2 is a process sectional view for explaining one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a conventional example. 4A, 4B, and 5 are sectional views for explaining the problems of the conventional method. P-type silicon substrate …… 11, 31, 41, 51 n + layer (drain) …… 14, 32, 52 SiO 2 film …… 15, 33, 43 Hole …… 16 n + layer (source) …… 34 , 44, 59 Gate insulating film (SiO 2 film) …… 17, 35, 54 Poly Si (word line) …… 18, 36, 55 Hole bottom …… 20, 58 Bit line …… 23, 42, 52 Epitaxial layer …… 13 N-type buried layer …… 12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板にMOSトランジスタとMOSキャパ
シタから成るメモリセルを集積した半導体記憶装置を製
造する方法において、前記半導体基板のMOSトランジス
タのソースとなる領域の少なくとも一部に前記基板と逆
導電型の第1の不純物層を形成する工程と、前記半導体
基板及び前記第1の不純物層の上部全面に前記基板と同
導電型の不純物を含む半導体からなる第2の不純物層を
エピタキシャル成長法により堆積する工程と、前記第2
の不純物層の表面に前記MOSトランジスタのドレインと
なる前記基板と逆導電型の第3の不純物層を形成する工
程と、前記第2及び第3の不純物層を貫通して、前記第
1の不純物層に達するように設けられる穴部を反応性イ
オンエッチングにより形成する工程と、前記穴部の底に
設けられた基板と逆導電型の第1の不純物層をソースと
し、第2の不純物層をチャネル領域とし、第3の不純物
層をドレインとするようにゲート絶縁膜としての第1の
絶縁膜を介して前記穴部をおおって前記MOSトランジス
タのゲート電極層を形成する工程と、前記穴部の底の前
記第1の不純物層に設けられた開口部にて、前記第1の
不純物層とコンタクトするように、第2の絶縁膜を介し
て少なくとも前記ゲート電極層上にキャパシタ下部電極
層を形成する工程と、前記キャパシタ下部電極層上に第
3の絶縁膜を介してキャパシタ上部電極層を形成する工
程とを具備した事を特徴とする半導体記憶装置の製造方
法。
1. A method of manufacturing a semiconductor memory device in which memory cells each comprising a MOS transistor and a MOS capacitor are integrated on a semiconductor substrate, wherein at least a part of a region serving as a source of the MOS transistor on the semiconductor substrate has a reverse conductivity to the substrate. A first impurity layer of the same type, and a second impurity layer made of a semiconductor containing impurities of the same conductivity type as that of the substrate is epitaxially grown on the entire upper surface of the semiconductor substrate and the first impurity layer. And the second step
Forming a third impurity layer having a conductivity type opposite to that of the substrate, which becomes the drain of the MOS transistor, on the surface of the first impurity layer, and penetrating the second and third impurity layers to form the first impurity layer. A step of forming a hole provided so as to reach the layer by reactive ion etching, and using a first impurity layer of a conductivity type opposite to that of the substrate provided at the bottom of the hole as a source, and a second impurity layer Forming a gate electrode layer of the MOS transistor through the hole through the first insulating film as a gate insulating film so that the channel region is formed and the third impurity layer is formed as a drain; and the hole is formed. A capacitor lower electrode layer on at least the gate electrode layer through a second insulating film so as to contact the first impurity layer at the opening provided in the bottom of the first impurity layer. Forming process, Serial manufacturing method of the semiconductor memory device in the capacitor lower electrode layer through the third insulating film, characterized by comprising a step of forming a capacitor upper electrode layer.
【請求項2】前記ゲート電極層はリンをドープした多結
晶シリコン膜であり、前記キャパシタ下部電極層はリン
をドープした多結晶シリコン膜であり、前記第2の絶縁
膜は酸化膜かあるいは、酸化膜を含む多層膜であり、前
記キャパシタ上部電極層はリンをドープした多結晶シリ
コン膜であることを特徴とする前記特許請求の範囲第1
項記載の半導体記憶装置の製造方法。
2. The gate electrode layer is a phosphorus-doped polycrystalline silicon film, the capacitor lower electrode layer is a phosphorus-doped polycrystalline silicon film, and the second insulating film is an oxide film, or The invention is a multilayer film including an oxide film, and the capacitor upper electrode layer is a phosphorus-doped polycrystalline silicon film.
13. The method for manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項3】前記キャパシタ下部電極層の少なくとも表
面層はメタル層であり、前記第3の絶縁膜は少なくとも
高誘電体膜を含む絶縁膜であり、前記キャパシタ上部電
極層の少なくとも前記第3の絶縁膜と接する領域はメタ
ル層であることを特徴とする前記特許請求の範囲第1項
記載の半導体記憶装置の製造方法。
3. A capacitor lower electrode layer at least a surface layer is a metal layer, the third insulating film is an insulating film including at least a high dielectric constant film, and at least the third upper electrode layer of the capacitor upper electrode layer. The method for manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the region in contact with the insulating film is a metal layer.
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