JP3063203B2 - 半導体メモリ及びその製造方法 - Google Patents

半導体メモリ及びその製造方法

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JP3063203B2 JP3080835A JP8083591A JP3063203B2 JP 3063203 B2 JP3063203 B2 JP 3063203B2 JP 3080835 A JP3080835 A JP 3080835A JP 8083591 A JP8083591 A JP 8083591A JP 3063203 B2 JP3063203 B2 JP 3063203B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願の発明は、DRAMと称され
ている半導体メモリ及びその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】DRAMではトランジスタとキャパシタ
とでメモリセルが構成されているが、従来は、これらの
トランジスタとキャパシタとが平面的に配置されてい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この様な平
面的な配置では、リソグラフィによる微細加工の限界に
制限されて、メモリセル面積の縮小が難しい。従って、
上述の様な従来のDRAMでは、高集積化が難しかっ
た。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1の半導体メモリ
では、半導体基板11の柱状部12の先端部に形成され
ている第1の不純物領域15と前記柱状部12の基端部
の周囲の前記半導体基板11に形成されている第2の不
純物領域16とがトランジスタ21のソース・ドレイン
になっており、ワード線17は前記柱状部12を乗り越
えて延在しており、前記柱状部12の周囲の側壁を形成
すると共に前記第2の不純物領域16にコンタクトして
いる第1の導電膜24がキャパシタ27の記憶ノードに
なっており、複数の前記柱状部12同士の間の溝を埋め
ている第2の導電膜26が前記キャパシタ27の対向電
極になっており、ビット線32が前記第1の不純物領域
15にコンタクトしている。
【0005】請求項2の半導体メモリの製造方法は、前
記半導体基板11に塀状の突起部33を形成し、この突
起部33の延在方向と交わる方向へこの突起部33を乗
り越えて前記ワード線17を延在させ、このワード線1
7のパターン以外の部分の前記突起部33を除去して前
記柱状部12を形成する。
【0006】
【作用】請求項1の半導体メモリでは、トランジスタ2
1とキャパシタ27との何れもが立体的である。
【0007】しかも、キャパシタ27の記憶ノード24
は柱状部12の側壁を形成しており、対向電極26は柱
状部12同士の間の溝を埋めているので、何れも導電膜
の堆積とエッチバックとで自己整合的に、つまりマスク
工程を経ずに、形成することができる。
【0008】また、ビット線32は柱状部12の先端部
の第1の不純物領域15にコンタクトしているので、ビ
ット線32のコンタクト孔31が浅い。
【0009】請求項1の半導体メモリの製造方法では、
柱状部12をワード線17に対して自己整合的に、つま
りマスク工程を経ずに、形成することができる。
【0010】
【実施例】以下、本願の発明の第1及び第2実施例を、
図1〜4を参照しながら説明する。
【0011】図1、2が、第1実施例の製造工程を示し
ている。この製造工程では、図1(a)及び図2(a)
に示す様に、Si基板11の表面を選択的にエッチング
して、高さが1〜2μm程度の柱状部12をまず掘り残
す。そして、柱状部12の基端部から所定の距離だけ離
間した状態で柱状部12を取り囲み且つ複数の柱状部1
2同士の間を広がっている素子分離用のSiO2 膜13
を、LOCOS法によって形成する。
【0012】次に、図1(b)及び図2(b)に示す様
に、柱状部12の表面とSiO2 膜13に囲まれている
Si基板11の露出部の表面とに、ゲート酸化膜である
SiO2 膜14を形成する。そして、SiO2膜13を
マスクにして不純物をイオン注入することによって、柱
状部12の先端部と基端部の周囲とに、不純物領域1
5、16を形成する。これらの不純物領域15、16
は、トランジスタのソース・ドレインになる。
【0013】その後、不純物をドープした多結晶Si膜
17とSiO2 膜18とを順次に全面に堆積させ、柱状
部12を乗り越えて延在するワード線のパターンに、S
iO 2 膜18と多結晶Si膜17とを加工する。この加
工は、異方性エッチングとその後の等方性エッチングと
によって行う。
【0014】多結晶Si膜17及びSiO2 膜18の幅
は、柱状部12に対するマスクずれも考慮して、ワード
線の延在方向とは垂直な方向における柱状部12の辺の
長さよりも広い。このため多結晶Si膜17は、一般に
は、柱状部12の全側面を覆っている。従って、ここま
での工程でトランジスタ21が完成するが、柱状部12
の全側面がトランジスタ21のチャネルになっている。
【0015】そして、SiO2 膜22をCVDで全面に
堆積させた後、このSiO2 膜22の全面をエッチバッ
クする。この結果、多結晶Si膜17及びSiO2 膜1
8に、SiO2 膜22から成る側壁が自己整合的に形成
される。またこの時、SiO2 膜14のうちでSiO2
膜22等に覆われていない部分もエッチングされ、不純
物領域16に対するコンタクト孔23も自己整合的に開
孔される。
【0016】次に、図1(c)及び図2(c)に示す様
に、不純物をドープした多結晶Si膜24を全面に堆積
させた後、この多結晶Si膜24の全面をエッチバック
する。この結果、柱状部12の周囲に、多結晶Si膜2
4から成る側壁が自己整合的に形成される。この多結晶
Si膜24は、コンタクト孔23を介して不純物領域1
6にコンタクトしており、キャパシタの記憶ノードにな
る。
【0017】その後、SiO2 膜とSiN膜とSiO2
膜との3層膜であるONO膜25を全面に堆積させる。
このONO膜25は、キャパシタ絶縁膜になる。そし
て、複数の柱状部12同士の間の溝を埋め更に柱状部1
2の先端部をも覆う様に、不純物をドープした多結晶S
i膜26を全面に堆積させる。なお、図2(c)におい
ては、多結晶Si膜26の図示を省略した。
【0018】次に、図1(d)及び図2(d)に示す様
に、柱状部12の先端部上のONO膜25が露出するま
で、多結晶Si膜26の全面をエッチバックする。ここ
までの工程でキャパシタ27が完成し、多結晶Si膜2
6がキャパシタ27の対向電極になっている。
【0019】その後、層間絶縁膜28を全面に堆積さ
せ、不純物領域15に達するコンタクト孔31を層間絶
縁膜28等に開孔する。なお、コンタクト孔31は多結
晶Si膜17をも貫通しているので、コンタクト孔31
に臨む多結晶Si膜17の端面を酸化等によって絶縁化
する。そして、ビット線32用の導電膜の堆積及びパタ
ーニングによって、コンタクト孔31を介して不純物領
域15にコンタクトするビット線32を形成する。な
お、図2(d)においては、多結晶Si膜26と層間絶
縁膜28との図示を省略した。
【0020】以上の様にして製造した第1実施例では、
メモリセルを構成しているトランジスタ21とキャパシ
タ27との何れもが立体的であり、所謂クロスポイント
セルに近い構成である。従って、メモリセル面積を縮小
して高集積化を実現することができる。
【0021】また、この様にトランジスタ21が立体的
であるので、集積度を低下させることなく、ゲート長を
自由に設定することができる。従って、ゲート長を長く
し、サブスレッショルド電流を抑制して、メモリセルの
データ保持特性を向上させることができる。
【0022】図3、4は、第2実施例の製造工程の一部
を示している。この製造工程では、図3(a)及び図4
(a)に示す様に、第1実施例における柱状部12の代
りに、塀状の突起部33をSi基板11にまず形成す
る。そして、素子分離用のSiO2 膜膜13を、突起部
33を取り囲んではいるが、突起部33の延在方向の一
部において両側から突起部33の下へバーズビークが潜
り込む様に形成する。
【0023】その後、SiO2 膜13をマスクにして不
純物をイオン注入することによって、突起部33の先端
部と基端部の周囲とに、第1実施例と同様の不純物領域
15、16を形成する。従って、SiO2 膜13のバー
ズビークが突起部33の下へ潜り込んでいる部分には、
不純物領域16が形成されない。
【0024】その後、突起部33の表面とSiO2 膜1
3に囲まれているSi基板11の露出部の表面とに、ゲ
ート酸化膜であるSiO2 膜14を形成する。そして、
不純物をドープした多結晶Si膜17とSiO2 膜18
とを順次に全面に堆積させ、突起部33を乗り越えて延
在する複数のワード線のパターンに、SiO2 膜18と
多結晶Si膜17とを加工する。
【0025】その後、レジスト(図示せず)を全面に塗
布し、O2 プラズマによる灰化によって、突起部33の
先端部が露出するまでレジストをエッチバックする。そ
して、突起部33の先端部上のSiO2 膜14をエッチ
ングによって除去する。この時、突起部33の先端部上
のSiO2 膜18もエッチングされる。しかし、SiO
2 膜18はSiO2 膜14よりも膜厚が厚いので、Si
2 膜18は膜厚が僅かに薄くなるだけである。
【0026】次に、レジストを残したまま、このレジス
トとSiO2 膜18とをマスクにして、突起部33を形
成しているSiをエッチングする。そして、レジストを
除去すると、図3(b)及び図4(b)に示す様に、突
起部33が多結晶Si膜17及びSiO2 膜18に対し
て自己整合的に切断されて、第1実施例と同様の柱状部
12が形成される。
【0027】ここまでの工程でトランジスタ21が完成
するが、突起部33が延在していた方向に隣接している
トランジスタ21同士はSiO2 膜13によっては電気
的に分離されていない。そこで、SiO2 膜13、18
をマスクにした不純物のイオン注入によって、トランジ
スタ21同士の間のSi基板11中にチャネルストッパ
34を形成する。
【0028】なお、チャネルストッパ34の不純物濃度
が1013〜1014cm-2程度であるのに対して、不純物
領域16の不純物濃度は5×1015cm-2程度である。
従って、チャネルストッパ34を形成しても、不純物領
域16のうちでSiO2 膜18等に覆われていない部分
が完全に不純物補償されることはない。
【0029】また、この第2実施例では、上述の第1実
施例と異なり、多結晶Si膜17は柱状部12の四側面
のうちの二側面しか覆っておらず、残りの二側面はトラ
ンジスタ21のチャネルにはならない。このため、この
残りの二側面をチャネルとする寄生MOSトランジスタ
の閾値電圧を高めるために、この残りの二側面にもチャ
ネルストッパ34を形成してもよい。
【0030】なお、DRAMのメモリセルが扱う電荷量
は少ないので、トランジスタ21は大きな電流駆動能力
を必要としない。従って、この第2実施例の様に柱状部
12の二側面しかトランジスタ21のチャネルになって
いなくても、問題はない。
【0031】その後、多結晶Si膜17、SiO2 膜1
8及び柱状部12に、SiO2 膜22から成る側壁を形
成するが、これ以降の工程は上述の第1実施例の場合と
同様に行う。
【0032】
【発明の効果】請求項1の半導体メモリでは、トランジ
スタとキャパシタとの何れもが立体的であり且つキャパ
シタを自己整合的に、つまりマスク工程を経ずに、形成
することができるので、高集積化が可能である。
【0033】また、ビット線のコンタクト孔が浅いの
で、ビット線の段差被覆性が良く、信頼性が高い。
【0034】請求項2の半導体メモリの製造方法では、
柱状部をワード線に対して自己整合的に、つまりマスク
工程を経ずに、形成することができるので、請求項1の
半導体メモリを更に高集積化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の発明の第1実施例の製造工程を順次に示
しており、図2のI−I線に沿う側断面図である。
【図2】第1実施例の製造工程を順次に示す斜視図であ
る。
【図3】第2実施例の製造工程の一部を順次に示す側断
面図である。
【図4】第2実施例の製造工程の一部を順次に示す平面
図である。
【符号の説明】
11 Si基板 12 柱状部 15 不純物領域 16 不純物領域 17 多結晶Si膜 21 トランジスタ 24 多結晶Si膜 26 多結晶Si膜 27 キャパシタ 32 ビット線 33 突起部

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トランジスタとキャパシタとでメモリセル
    が構成されている半導体メモリにおいて、半導体基板の
    柱状部の先端部に形成されている第1の不純物領域と前
    記柱状部の基端部の周囲の前記半導体基板に形成されて
    いる第2の不純物領域とが前記トランジスタのソース・
    ドレインになっており、ワード線は前記柱状部を乗り越
    えて延在しており、前記柱状部の周囲の側壁を形成する
    と共に前記第2の不純物領域にコンタクトしている第1
    の導電膜が前記キャパシタの記憶ノードになっており、
    複数の前記柱状部同士の間の溝を埋めている第2の導電
    膜が前記キャパシタの対向電極になっており、ビット線
    が前記第1の不純物領域にコンタクトしている半導体メ
    モリ。
  2. 【請求項2】前記半導体基板に塀状の突起部を形成し、
    この突起部の延在方向と交わる方向へこの突起部を乗り
    越えて前記ワード線を延在させ、このワード線のパター
    ン以外の部分の前記突起部を除去して前記柱状部を形成
    する請求項1記載の半導体メモリの製造方法。
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