JP3057707B2 - Method for manufacturing semiconductor memory cell - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor memory cell

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JP3057707B2 JP2084219A JP8421990A JP3057707B2 JP 3057707 B2 JP3057707 B2 JP 3057707B2 JP 2084219 A JP2084219 A JP 2084219A JP 8421990 A JP8421990 A JP 8421990A JP 3057707 B2 JP3057707 B2 JP 3057707B2
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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、半導体集積回路装置の製造方法、特にダイ
ナミックRAM(DRAM)のメモリセルの形成方法に関す
る。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a method for forming a memory cell of a dynamic RAM (DRAM).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のこの種の集積回路装置のメモリセルの形成方法
を、以下第4〜6図により説明する。
A method of forming a memory cell of this type of conventional integrated circuit device will be described below with reference to FIGS.

第4図において、半導体基板1(P型)の表面にLOCO
S法によりフィールド酸化膜15を形成してから、半導体
基板1に選択的にイオン注入を行い、N型の不純物拡散
層2を形成する。次に容量酸化膜3、容量窒化膜4を形
成後、酸化を行い、酸化膜6を形成する。さらに、ポリ
シリコン膜8を成長させリン拡散を行い、抵抗を低下し
た後、選択的に、エッチングを行うと第4図のような断
面になる。
In FIG. 4, LOCO is applied to the surface of the semiconductor substrate 1 (P type).
After the field oxide film 15 is formed by the S method, ions are selectively implanted into the semiconductor substrate 1 to form an N-type impurity diffusion layer 2. Next, after forming the capacitance oxide film 3 and the capacitance nitride film 4, oxidation is performed to form an oxide film 6. Further, after the polysilicon film 8 is grown and phosphorus diffusion is performed to reduce the resistance, etching is selectively performed to obtain a cross section as shown in FIG.

次に、第5図に示すように、層間分離酸化膜16をポリ
シリコン膜8上に熱酸化により形成後、トランジスタの
チャネル部11の形成領域にしきい値電圧制御のためのイ
オン注入を行ったあと、チャネル部11上の容量窒化膜
4、容量酸化膜3を除去し、ゲート酸化膜12を形成す
る。その上部に、リンドープポリシリコン膜をゲート電
極14として形成後、選択的に前記ポリシリコン膜をエッ
チングする。チャネル長は、このエッチングの時に決定
される。
Next, as shown in FIG. 5, after an interlayer isolation oxide film 16 was formed on the polysilicon film 8 by thermal oxidation, ion implantation for controlling a threshold voltage was performed in a region where the channel portion 11 of the transistor was formed. After that, the capacitance nitride film 4 and the capacitance oxide film 3 on the channel portion 11 are removed, and a gate oxide film 12 is formed. After a phosphorus-doped polysilicon film is formed thereon as the gate electrode 14, the polysilicon film is selectively etched. The channel length is determined at the time of this etching.

さらに第5図の状態でホトレジストを塗布してから、
第6図に示すように、選択的にドレイン拡散層17を形成
し、層間ポリシリコン膜18を成長させた後、ドレイン拡
散層17上部に開口部を作り、アルミニウムのドレイン電
極13をスパッタしパターニングすると従来型のメモリセ
ルが形成される。
Further, after applying a photoresist in the state of FIG. 5,
As shown in FIG. 6, after selectively forming a drain diffusion layer 17 and growing an interlayer polysilicon film 18, an opening is formed above the drain diffusion layer 17, and an aluminum drain electrode 13 is sputtered and patterned. Then, a conventional memory cell is formed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、集積回路の高集積化にともない、上述した
半導体集積回路装置の静電容量膜は、面積が小さくな
る。このため、静電容量が減少しアルファ線ソフトエラ
ー耐性の劣化が問題になってきた。
By the way, the area of the capacitance film of the above-mentioned semiconductor integrated circuit device becomes smaller as the degree of integration of the integrated circuit increases. For this reason, the capacitance has decreased, and the deterioration of the alpha ray soft error resistance has become a problem.

容量複合膜の膜厚をできるだけ小さくしたり、溝型容
量膜を形成する等の検討がなされているが、従来技術
で、容量複合膜の膜厚をできるだけ小さくしていったと
しても、現在の技術では、容量酸化膜については40Å、
容量窒化膜では80Å程迄薄くすることが限界である。容
量窒化膜上の酸化膜については窒化膜のピンホールを無
くすためにはあまり薄くはできない。
Although studies have been made to reduce the thickness of the capacitive composite film as much as possible and to form a groove type capacitive film, even if the conventional technology reduces the thickness of the capacitive composite film as much as possible, In technology, 40Å for capacitance oxide film,
The limit is to reduce the thickness of the capacitive nitride film to about 80Å. The oxide film on the capacitive nitride film cannot be made too thin to eliminate pinholes in the nitride film.

またLOCOS法により素子間の分離を行っているが、高
集積化に伴い、BIRD'S BEAKによる素子形成領域の減少
も問題になってくる。容量部分とトランジスタとが同一
基板の表面にあるので、トランジスタのチャネル長も狭
くなり、このコントロールが難しくなる。
In addition, isolation between elements is performed by the LOCOS method. However, with the increase in integration, reduction of the element formation region due to BIRD'S BEAK also poses a problem. Since the capacitor portion and the transistor are on the same substrate surface, the channel length of the transistor is also narrowed, and this control becomes difficult.

トランジスタのチャネル長は、ホトレジストとポリシ
リコン膜の正確なエッチングによって決まるが、現在の
技術では、0.05μmほどのばらつきは、無視できないの
で、トランジスタ、したがってメモリセルの歩留が低下
する。また、チャネルドープは、ゲート寸法が決まる前
に、行わなれけばならないため、しきい値電圧の制御
は、大変である。
The channel length of a transistor is determined by accurate etching of the photoresist and the polysilicon film, but with current technology, variations as small as 0.05 μm cannot be ignored, thus reducing the yield of the transistor, and thus the memory cell. In addition, since the channel doping must be performed before the gate size is determined, it is difficult to control the threshold voltage.

さらに、従来法だと、ドレイン電極、ゲート電極は、
別々の工程で形成しなければならなかった。
Furthermore, according to the conventional method, the drain electrode and the gate electrode are
It had to be formed in a separate step.

本発明の目的は、上記の欠点を除去し、特に高集積化
に適したメモリセルの製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a memory cell which eliminates the above-mentioned disadvantages and is particularly suitable for high integration.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の半導体メモリセルの製造方法は、半導体基板
表面に選択的に不純物拡散層を形成し、この拡散層上に
静電容量膜を形成し、この拡散層上に静電容量膜を形成
する工程と、前記静電容量膜の上部に不純物ドープのポ
リシリコン膜を形成し、後記のMOSトランジスタのソー
ス領域および、接続導体部とする工程と、前記ポリシリ
コン膜上部に、ポリシリコンを結晶化させた結晶化シリ
コン膜を形成する工程と、前記結晶化シリコン膜の上面
と側面にMOSトランジスタのドレイン拡散層とチャネル
部をそれぞれ形成する工程と、前記MOSトランジスタの
ドレイン電極及びゲート電極を同時に形成する工程とか
らなるものである。
According to the method of manufacturing a semiconductor memory cell of the present invention, an impurity diffusion layer is selectively formed on a surface of a semiconductor substrate, a capacitance film is formed on the diffusion layer, and a capacitance film is formed on the diffusion layer. Forming an impurity-doped polysilicon film on the capacitance film to form a source region and a connection conductor of a MOS transistor described below; and crystallizing polysilicon on the polysilicon film. Forming a crystallized silicon film, forming a drain diffusion layer and a channel portion of a MOS transistor on the upper surface and side surfaces of the crystallized silicon film, and simultaneously forming a drain electrode and a gate electrode of the MOS transistor. And the step of performing

〔作 用〕(Operation)

本発明では、半導体基板表面のフィールド酸化膜によ
り分離された素子領域の全面に静電容量膜を形成し、そ
の上部に不純物ドープのポリシリコン膜による導電体を
形成する。次に上記ポリシリコン膜上にポリシリコンを
堆積後結晶化することで、結晶化シリコン膜を選択的に
形成する。そして、結晶化シリコン膜をトランジスタの
基板として、その側面にMOSトランジスタ(ただしソー
ス領域は不純物ドープポリシリコン膜で既に形成されて
いる)を形成する。このとき前記の不純物ドープポリシ
リコン膜による導電体は、MOSトランジスタのソースお
よび容量部への配線になる。次に、ゲート電極とドレイ
ン電極とを同時に形成して完成する。このように、本発
明では、メモリセルの容量部とトランジスタとは同一基
板面上となく、スタック構造に形成される。
In the present invention, a capacitance film is formed on the entire surface of an element region separated by a field oxide film on the surface of a semiconductor substrate, and a conductor made of an impurity-doped polysilicon film is formed thereon. Next, polysilicon is deposited on the polysilicon film and then crystallized, thereby selectively forming a crystallized silicon film. Then, a MOS transistor (the source region is already formed of an impurity-doped polysilicon film) is formed on the side surface of the crystallized silicon film as a substrate of the transistor. At this time, the conductor made of the impurity-doped polysilicon film serves as a source and a wiring for the capacitor of the MOS transistor. Next, a gate electrode and a drain electrode are simultaneously formed to complete the process. As described above, in the present invention, the capacitor portion and the transistor of the memory cell are formed not on the same substrate surface but in a stack structure.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して、本発明の実施例につき説明す
る。第1図は、本発明により形成した一実施例の断面図
である。このメモリセルの製造方法について順を追っ
て、説明する。本発明では、分離形成された素子領域の
全面にメモリセルの容量部を第2図に示すように形成す
る。このためには、まずP型の半導体基板1上に、選択
的にN型の不純物拡散層2をイオン注入により形成す
る。さらに、その上部に、900℃ドライ酸化で、40〜70
Åの容量酸化膜3、気相成長法により100〜200Åの容量
窒化膜4を形成後、ホトレジストをマスクにしてホット
リン酸で前記窒化膜4を選択的に、エッチングする。そ
して、980℃スチーム酸化により、30分程酸化すると、
シリコン基板1上には、0.2μm程の分離膜5、前記窒
化膜4の上部には、酸化膜6が60Å程形成される。この
ようにしてできた容量複合膜7(容量酸化膜3+容量窒
化膜4+酸化膜6)、分離膜5上にポリシリコン膜8を
成長させ、リン拡散により抵抗値を下げた後、選択的
に、エッチングすると第2図の構造がえられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment formed according to the present invention. The method of manufacturing the memory cell will be described step by step. According to the present invention, the capacitor portion of the memory cell is formed over the entire surface of the element region formed separately as shown in FIG. For this purpose, first, an N-type impurity diffusion layer 2 is selectively formed on a P-type semiconductor substrate 1 by ion implantation. Furthermore, on top of it, dry oxidation at 900 ° C, 40-70
After forming the capacitance oxide film 3 of {circle around (1)} and the capacitance nitride film 4 of 100 to 200 μm by the vapor phase growth method, the nitride film 4 is selectively etched with hot phosphoric acid using a photoresist as a mask. Then, oxidize for about 30 minutes by steam oxidation at 980 ℃,
An isolation film 5 of about 0.2 μm is formed on the silicon substrate 1, and an oxide film 6 is formed on the nitride film 4 by about 60 °. A polysilicon film 8 is grown on the capacitance composite film 7 (capacitance oxide film 3 + capacitance nitride film 4 + oxide film 6) and the separation film 5 thus formed. Etching gives the structure of FIG.

次に第3図に示すように、ポリシリコン膜8、及び分
離膜5の上に、ポリシリコン膜を形成させ、これを結晶
化させる(結晶化シリコン膜9)。
Next, as shown in FIG. 3, a polysilicon film is formed on the polysilicon film 8 and the separation film 5 and crystallized (crystallized silicon film 9).

上記の方法で得られた結晶化シリコン膜9にイオン注
入により選択的に、上面の一部に拡散層10を形成した
後、結晶化シリコン膜9及び、拡散層10上に形成した熱
酸化膜を介して、しきい値制御用に、P型の不純物を側
面にイオン注入すると、チャネル部11が形成される。な
おリンの入ったポリシリコン膜8と結晶化シリコン膜9
との間には、途中の熱処理工程により、N型の拡散層が
できる。前記熱酸化膜を弗酸により除去後、再び、スチ
ーム酸化によりゲート酸化膜12を作ると第3図の構造が
えられる。
After selectively forming the diffusion layer 10 on a part of the upper surface of the crystallized silicon film 9 obtained by the above method by ion implantation, the crystallized silicon film 9 and the thermal oxide film formed on the diffusion layer 10 are formed. Then, when a P-type impurity is ion-implanted into the side surface for controlling the threshold value, a channel portion 11 is formed. The polysilicon film 8 containing phosphorus and the crystallized silicon film 9
In between, an N-type diffusion layer is formed by an intermediate heat treatment step. After removing the thermal oxide film with hydrofluoric acid, a gate oxide film 12 is formed again by steam oxidation to obtain the structure shown in FIG.

次に、拡散層10上のゲート酸化膜12の一部を開口し、
電極としてのポリシリコン膜を成長後、リン拡散、パタ
ーニングを行うと、ドレイン電極13、およびゲート電極
14が同時に形成され、第1図の所望のメモリセルができ
る。
Next, a part of the gate oxide film 12 on the diffusion layer 10 is opened,
After growing a polysilicon film as an electrode, phosphorus diffusion and patterning are performed to obtain a drain electrode 13 and a gate electrode.
14 are formed at the same time, and the desired memory cell shown in FIG. 1 is obtained.

本発明により、異なったトランジスタ構造をもつメモ
リセルを形成した第2実施例につき、第7図を参照して
説明する。第7図は縦断面図で、第1図のゲート電極14
と同種のものを、左右対象の位置に形成した構造になっ
ている。このゲート電極14′をバックゲート電極として
利用することにより、しきい値のコントロールが自由に
行えるようになる。
A second embodiment in which memory cells having different transistor structures are formed according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the gate electrode 14 shown in FIG.
A structure similar to that described above is formed at left and right symmetric positions. By using the gate electrode 14 'as a back gate electrode, the threshold can be freely controlled.

第1実施例・第2実施例とも、容量部は、平行平板型
に構成したが、他の型、例えば溝型・V型に形成するこ
とも可能であって、さらにセル面積の縮小化が可能とな
る。
In both the first and second embodiments, the capacitance portion is configured as a parallel plate type. However, the capacitance portion can be formed in another type, for example, a groove type or a V type, and the cell area can be further reduced. It becomes possible.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明では、容量複合膜を基板上の素子形成領域の全
幅にわたり形成し、トランジスタは平面上にないので、
その分だけ素子形成領域を小さくできる。またトランジ
スタは容量複合膜上の結晶化シリコン膜に形成し、その
チャネルは結晶化シリコン膜の側壁にあり、素子ごとに
分離されて形成されるので、素子分離のためのフィール
ド酸化膜の厚さは従来例に対し薄くしてよいので、した
がってBird's beakを小さくできる。このことも高集積
化に有利である。
In the present invention, since the capacitor composite film is formed over the entire width of the element formation region on the substrate, and the transistor is not on a plane,
The element formation region can be reduced accordingly. The transistor is formed on the crystallized silicon film on the capacitor composite film, and its channel is on the side wall of the crystallized silicon film and is formed separately for each element. Can be made thinner than the conventional example, so that Bird's beak can be reduced. This is also advantageous for high integration.

また、トランジスタは、結晶化シリコン膜の膜厚をゲ
ート長として側面に形成されているため、気相成長時の
ポリシリコン膜の膜厚を制御する事で管理できる。この
時の、膜厚バラツキは、従来のホトリソグラフィーによ
るものより、安定している。チャネル部の形成は、ゲー
ト寸法が、決ってから行うため、さらに、注入量で特性
値を制御できる。
Further, since the transistor is formed on the side surface with the thickness of the crystallized silicon film as the gate length, the transistor can be managed by controlling the thickness of the polysilicon film during vapor phase growth. The variation in film thickness at this time is more stable than that obtained by conventional photolithography. Since the channel portion is formed after the gate dimensions are determined, the characteristic value can be further controlled by the injection amount.

最後に、ドレイン、ゲート電極を同時に形成する事が
できるため、工程数の短縮を行うことができる。
Finally, since the drain and gate electrodes can be formed simultaneously, the number of steps can be reduced.

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

第1図〜第3図は本発明の一実施例を工程順に示す断面
図、第4図〜第6図は従来例を示す断面図、第7図は、
本発明の別の実施例で形成した断面図である。 1……半導体基板、2……不純物拡散層、 3……容量酸化膜、4……容量窒化膜、 5……分離膜、6……酸化膜、 7……容量複合膜、8……ポリシリコン膜、 9……結晶化シリコン膜 10……拡散層、11……チャネル部、 12……ゲート酸化膜、 13……ドレイン電極、 14……ゲート電極、 15……フィールド酸化膜、 16……層間分離酸化膜、 17……ドレイン拡散層、 18……層間ポリシリコン膜。
1 to 3 are sectional views showing an embodiment of the present invention in the order of steps, FIGS. 4 to 6 are sectional views showing a conventional example, and FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view formed in another embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Diffusion layer, 3 ... Capacitance oxide film, 4 ... Capacitance nitride film, 5 ... Separation film, 6 ... Oxide film, 7 ... Capacitance composite film, 8 ... Poly Silicon film 9 Crystallized silicon film 10 Diffusion layer 11 Channel part 12 Gate oxide film 13 Drain electrode 14 Gate electrode 15 Field oxide film 16 ... interlayer isolation oxide film, 17 ... drain diffusion layer, 18 ... interlayer polysilicon film.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板表面に選択的に不純物拡散層を
形成し、その拡散層上に静電容量膜を形成し、この拡散
層上に静電容量膜を形成する工程と、前記静電容量膜の
上部に不純物ドープのポリシリコン膜を形成し、後記の
MOSトランジスタのソース領域および、接続導体部とす
る工程と、前記ポリシリコン膜上部に、ポリシリコンを
結晶化させた結晶化シリコン膜を形成する工程と、前記
結晶化シリコン膜の上面と側面にMOSトランジスタのド
レイン拡散層とチャネル部をそれぞれ形成する工程と、
前記MOSトランジスタのドレイン電極およびゲート電極
を同時に形成する工程とからなることを特徴とする半導
体メモリセルの製造方法。
A step of selectively forming an impurity diffusion layer on a surface of a semiconductor substrate, forming a capacitance film on the diffusion layer, and forming a capacitance film on the diffusion layer; An impurity-doped polysilicon film is formed on the capacitor film, and
A step of forming a source region of a MOS transistor and a connection conductor part; a step of forming a crystallized silicon film obtained by crystallizing polysilicon on the polysilicon film; and a step of forming a MOS on the upper surface and side surfaces of the crystallized silicon film. Forming a drain diffusion layer and a channel portion of the transistor, respectively;
Forming a drain electrode and a gate electrode of the MOS transistor at the same time.
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