JP2705146B2 - MOS type semiconductor device - Google Patents

MOS type semiconductor device

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JP2705146B2
JP2705146B2 JP63266855A JP26685588A JP2705146B2 JP 2705146 B2 JP2705146 B2 JP 2705146B2 JP 63266855 A JP63266855 A JP 63266855A JP 26685588 A JP26685588 A JP 26685588A JP 2705146 B2 JP2705146 B2 JP 2705146B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、MOS型半導体装置に関し、特に、ソースま
たはドレインに容量が付加されたMOS型半導体装置に関
する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOS semiconductor device, and more particularly, to a MOS semiconductor device in which a source or a drain has a capacitance.

[従来の技術] 従来、MOSトランジスタのソース、ドレイン領域に、
プレート電極を接続して、その点の容量の増強を図るこ
とがあった。例えば、スタティックRAMのメモリセル
は、第2図に示すように、メモリトランジスタ15、15、
負荷抵抗17、17、トランスファゲート16、16によって構
成されているが、情報は、ノードの寄生容量20、20に蓄
積されている。ところが、メモリセルの微細化が進み、
この寄生容量が減少すると、α線等の照射により、寄生
容量内の情報が破壊され、このメモリセルの記憶情報が
反転する事故、所謂ソフトエラーが発生する可能性が増
大する。そこで、その対策としてメモリセルを構成する
トランジスタ上に薄い絶縁膜を介して接地電位に固定さ
れた電極を設け、スタック容量を付加する方法がとられ
ている。
[Prior art] Conventionally, in the source and drain regions of a MOS transistor,
In some cases, a plate electrode was connected to increase the capacitance at that point. For example, as shown in FIG. 2, the memory cells of the static RAM include memory transistors 15, 15,
It is composed of load resistors 17, 17, and transfer gates 16, 16, and information is stored in parasitic capacitances 20, 20 at the nodes. However, miniaturization of memory cells has progressed,
When the parasitic capacitance decreases, the information in the parasitic capacitance is destroyed by irradiation with α rays or the like, and the possibility of inversion of the information stored in the memory cell, that is, the possibility of occurrence of a so-called soft error increases. Therefore, as a countermeasure, a method of providing an electrode fixed to the ground potential via a thin insulating film on a transistor constituting a memory cell and adding a stack capacitance has been adopted.

[発明が解決しようとする問題点] 上述した従来の方法では、一般に、MOS型半導体装置
の表面においては、ゲート電極や素子分離用酸化膜等に
よる段差が存在するので、この段差のコーナーの部分で
スタック容量を形成する絶縁膜が薄くなり、ここで容量
絶縁膜の破壊が発生しやすい。また、この部分での耐圧
を確保するために容量絶縁膜の膜厚を厚くすると、十分
な容量を付加するためには容量部の面積を大きくとらな
ければならないので、高集積化が阻害される。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional method described above, a step is generally formed on the surface of the MOS type semiconductor device due to a gate electrode, an oxide film for element isolation, or the like. As a result, the insulating film forming the stack capacitance becomes thinner, and the capacitance insulating film is liable to be damaged here. Also, if the thickness of the capacitor insulating film is increased in order to secure a withstand voltage in this portion, the area of the capacitor portion must be increased in order to add a sufficient capacity, thereby hindering high integration. .

[問題点を解決するための手段] 本発明のMOS型半導体装置は、MOSトランジスタのソー
ス、ドレイン電極を、ゲート電極と同じ高さまで選択エ
ピタキシャル成長された半導体層によって形成して、MO
Sトランジスタにおける段差を解消し、この上にスタッ
ク容量を設けたものである。
[Means for Solving the Problems] According to the MOS type semiconductor device of the present invention, the source and drain electrodes of a MOS transistor are formed by a semiconductor layer selectively epitaxially grown to the same height as the gate electrode, and
A step in the S transistor is eliminated, and a stack capacitor is provided thereon.

[実施例] 次に、図面を参照して、本発明の実施例について説明
する。
Example Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示す断面図である。同
図において、8、9は、P型半導体基板1内に形成され
た、ソース、ドレイン領域を構成するN-拡散層とN+型拡
散層、2は、半導体基板1上に形成されたフィールド酸
化膜、4、5は、半導体基板1上に、ゲート酸化膜3を
介して形成された多結晶シリコンゲート電極とWSi2ゲー
ト電極、6は、ゲート電極5上に形成された多結晶シリ
コン、7は、ゲート電極4、5およびフィールド酸化膜
2の側面に形成された側壁酸化膜、10は、側壁酸化膜7
に囲まれて、ソース、ドレイン領域上に、その上表面
が、フィールド酸化膜2、ゲート電極5および側壁酸化
膜7の上表面とほぼ一致するように形成されたシリコン
エピタキシャル層、11は、多結晶シリコン6およびシリ
コンエピタキシャル層10上に形成された熱酸化膜、12
は、酸化膜2、7、11上に形成された窒化膜、13は、窒
化膜12上に形成された酸化膜、14は、酸化膜12上に形成
され、シリコンエピタキシャル層10の一方に接続された
多結晶シリコン層である。
FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of the present invention. In the figure, reference numerals 8 and 9 denote N diffusion layers and N + diffusion layers constituting source and drain regions formed in a P-type semiconductor substrate 1, and 2 denotes a field formed on the semiconductor substrate 1. oxide film, 4 and 5, on the semiconductor substrate 1, a polysilicon gate electrode and the WSi 2 gate electrode formed via a gate oxide film 3, 6, polycrystalline silicon formed on the gate electrode 5, 7 is a side wall oxide film formed on the side surfaces of the gate electrodes 4 and 5 and the field oxide film 2, and 10 is a side wall oxide film 7
And a silicon epitaxial layer 11 formed on the source and drain regions so that the upper surfaces thereof substantially coincide with the upper surfaces of the field oxide film 2, the gate electrode 5 and the sidewall oxide film 7. Thermal oxide film formed on crystalline silicon 6 and silicon epitaxial layer 10;
Is a nitride film formed on the oxide films 2, 7, and 11, 13 is an oxide film formed on the nitride film 12, and 14 is formed on the oxide film 12 and is connected to one of the silicon epitaxial layers 10. This is a polycrystalline silicon layer.

第1図において示されたように、フィールド酸化膜
2、側壁酸化膜7、シリコンエピタキシャル層10および
WSi2ゲート電極5の上表面は、ほぼ同一平面上に存在す
るようになされているので、その上に形成される絶縁膜
は均一の厚さのものとすることができる。
As shown in FIG. 1, field oxide film 2, sidewall oxide film 7, silicon epitaxial layer 10 and
Since the upper surface of the WSi 2 gate electrode 5 is formed so as to be substantially coplanar, the insulating film formed thereon can have a uniform thickness.

ここで、熱酸化膜11、窒化膜12、酸化膜13のそれぞれ
の厚さの和は、50nm以下で、10nm以上であるようになさ
れている。この厚さが50nm以上であると十分の容量を得
るには大面積を必要とするようになり、また、これが10
nm以下であると安定な成膜が難しく、かつ、耐圧が低下
するからである。
Here, the sum of the thicknesses of the thermal oxide film 11, the nitride film 12, and the oxide film 13 is set to be 50 nm or less and 10 nm or more. If the thickness is 50 nm or more, a large area is required to obtain a sufficient capacity.
If the thickness is less than nm, stable film formation is difficult and the withstand voltage is reduced.

次に、第3図(a)〜(e)を参照して、第1図の実
施例の製造方法について説明する。P型半導体基板1の
素子分離領域に600nm程度の酸化膜2を形成し、能動領
域の基板表面にゲート酸化膜3を形成した後、連続して
多結晶シリコン、WSi2、多結晶シリコン6、酸化膜7′
を堆積し、ゲート電極および配線のパターニングを行な
う。その後、ドーズ量1013〜1014cm-2のリン(P)を注
入して、N-拡散層8を形成する[第3図(a)]。続い
て、酸化膜を300nm程度堆積し、これをエッチバックす
ることによってゲート電極上および側壁に酸化膜7を形
成した後、この酸化膜をマスクとしてドーズ量5×1015
cm-2の砒素(As)をイオン注入してN+拡散層9を形成す
る[第3図(b)]。次に、選択エピタキシャル成長に
よって、拡散層9上にゲート電極と同じ高さになるよう
にシリコンエピタキシャル層10を形成した後、ゲート電
極上の酸化膜7を除去する[第3図(c)]。
Next, with reference to FIGS. 3A to 3E, a manufacturing method of the embodiment of FIG. 1 will be described. An oxide film 2 of about 600 nm is formed in an element isolation region of a P-type semiconductor substrate 1 and a gate oxide film 3 is formed on a substrate surface of an active region. Then, polycrystalline silicon, WSi 2 , polycrystalline silicon 6, Oxide film 7 '
Is deposited, and the gate electrode and the wiring are patterned. Thereafter, phosphorus (P) is implanted at a dose of 10 13 to 10 14 cm −2 to form the N diffusion layer 8 (FIG. 3A). Subsequently, an oxide film is deposited to a thickness of about 300 nm, and this is etched back to form an oxide film 7 on the gate electrode and on the side wall. Then, using this oxide film as a mask, a dose of 5 × 10 15
Arsenic (As) of cm −2 is ion-implanted to form an N + diffusion layer 9 (FIG. 3B). Next, after the silicon epitaxial layer 10 is formed on the diffusion layer 9 to have the same height as the gate electrode by selective epitaxial growth, the oxide film 7 on the gate electrode is removed [FIG. 3 (c)].

続いて、熱酸化膜によってシリコンエピタキシャル層
10、多結晶シリコン6上に10nm以下の酸化膜11を形成し
た後、その上に20nm以下の窒化膜12を堆積し、さらにそ
の上に2〜5nmの酸化膜13を堆積する[第3図
(d)]。然る後、MOSトランジスタの一方の拡散層9
上にコンタクトホールを形成し、全面に多結晶シリコン
14を堆積してからこれをパターニングする[第3図
(e)]。
Subsequently, a silicon oxide layer is formed by a thermal oxide film.
10. After forming an oxide film 11 of 10 nm or less on the polycrystalline silicon 6, a nitride film 12 of 20 nm or less is deposited thereon, and an oxide film 13 of 2 to 5 nm is further deposited thereon [FIG. (D)]. Thereafter, one diffusion layer 9 of the MOS transistor is formed.
A contact hole is formed on the top and polycrystalline silicon is
14 is deposited and then patterned [FIG. 3 (e)].

ところで、先のコンタクトホールの形成は、プラズマ
エッチングによって行われるのであるが、この工程中に
おいて、拡散層9はエピタキシャル層10に覆われている
ので、エッチング雰囲気に晒されることがない。従っ
て、本発明によれば、ソース、ドレイン拡散層が損傷を
受けることによって生じるリーク電流の増大を防止する
ことができる。
The above-mentioned contact hole is formed by plasma etching. However, during this step, the diffusion layer 9 is covered with the epitaxial layer 10, so that it is not exposed to an etching atmosphere. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent an increase in leakage current caused by damage to the source and drain diffusion layers.

以上の実施例では、ゲート電極をポリサイドとして説
明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、
他の材料、例えば多結晶シリコン、あるいはシリサイド
等を用いたものであってもよい。また、多結晶シリコン
14は、適宜、他の材料、例えば、高融点金属、アルミニ
ウム等と置き替えうる。
In the above embodiments, the gate electrode was described as polycide, but the present invention is not limited to this.
Other materials such as polycrystalline silicon or silicide may be used. Also, polycrystalline silicon
14 can be appropriately replaced with another material, for example, a refractory metal, aluminum or the like.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明は、MOSトランジスタの
拡散層上に半導体材料を選択エピタキシャル成長させる
ことにより、ゲート電極と拡散層の段差をなくし、そこ
にスタック容量の絶縁膜を形成するものであるので、こ
の絶縁膜の特定部分に電界集中が起こらないようにする
ことができ、また、絶縁膜の膜厚を薄くすることができ
る。従って、本発明によれば、絶縁膜の破壊が抑制され
た大容量のスタック容量を得ることができる。さらに、
本発明によれば、半導体基板内の拡散層が選択エピタキ
シャル成長された半導体材料で覆われているのでプラズ
マエッチング等の工程で、拡散層が損傷を受けることが
なく、拡散層の逆方向電圧印加時のリーク電流を抑える
ことができる。
[Effects of the Invention] As described above, the present invention eliminates a step between a gate electrode and a diffusion layer by selectively epitaxially growing a semiconductor material on a diffusion layer of a MOS transistor, and forms an insulating film of a stack capacitor there. Therefore, it is possible to prevent electric field concentration from occurring in a specific portion of the insulating film, and to reduce the thickness of the insulating film. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a large-capacity stack capacitance in which the breakdown of the insulating film is suppressed. further,
According to the present invention, since the diffusion layer in the semiconductor substrate is covered with the semiconductor material grown by selective epitaxial growth, the diffusion layer is not damaged in a process such as plasma etching, and when a reverse voltage is applied to the diffusion layer. Leakage current can be suppressed.

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

第1図は、本発明の一実施例の断面図、第2図は、メモ
リセルの回路図、第3図は、本発明の実施例装置の製造
工程を示す断面図である。 1……P型半導体基板、2……フィールド酸化膜、3…
…ゲート酸化膜、4……多結晶シリコンゲート電極、5
……WSi2ゲート電極、6……多結晶シリコン、7……側
壁酸化膜、8……N-拡散層、9……N+拡散層、10……シ
リコンエピタキシャル層、11……熱酸化膜、12……窒化
膜、13……酸化膜、14……多結晶シリコン。
FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a memory cell, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the device of the embodiment of the present invention. 1 ... P-type semiconductor substrate, 2 ... Field oxide film, 3 ...
... gate oxide film, 4 ... polycrystalline silicon gate electrode, 5
... WSi 2 gate electrode, 6 ... polycrystalline silicon, 7 ... side wall oxide film, 8 ... N - diffusion layer, 9 ... N + diffusion layer, 10 ... silicon epitaxial layer, 11 ... thermal oxide film , 12 ... nitride film, 13 ... oxide film, 14 ... polycrystalline silicon.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一導電型の半導体基板と、該半導体基板上
にゲート絶縁層を介して形成されたゲート電極と、該ゲ
ート電極の両側面にこれを覆うように形成された絶縁膜
と、前記半導体基板内に前記ゲート電極を挟んで形成さ
れた逆導電型のソース、ドレイン領域とを具備するMOS
型半導体装置において、前記ソース、ドレイン領域上に
は、それぞれ、前記ゲート電極とほぼ同一の高さの半導
体電極が形成され、該半導体電極および前記ゲート電極
の上には、薄い容量絶縁膜を介して、前記半導体電極の
いずれかと接続された導体層が形成されていることを特
徴とするMOS型半導体装置。
A semiconductor substrate of one conductivity type, a gate electrode formed on the semiconductor substrate via a gate insulating layer, and an insulating film formed on both side surfaces of the gate electrode so as to cover the gate electrode; MOS having source and drain regions of opposite conductivity type formed in the semiconductor substrate with the gate electrode interposed therebetween
In the semiconductor device, a semiconductor electrode having substantially the same height as the gate electrode is formed on each of the source and drain regions, and a thin capacitive insulating film is interposed on the semiconductor electrode and the gate electrode. And a conductor layer connected to any one of the semiconductor electrodes is formed.
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