JP3213442B2 - 半導体記憶装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スタックドキャパシタ
DRAM等の半導体記憶装置及びその製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来のスタックドキャパシタDRAMに
おけるアクセストランジスタのドレイン或いはソースに
接触するキャパシタの下部電極は一層で形成されてい
た。
【0003】図10は、従来のスタックドキャパシタD
RAMのメモリセルを示している。このDRAMメモリ
セルを製造するためには、P型のSi基板11の表面に
SiO2 膜12を選択的に形成して素子分離領域を設
け、素子活性領域の表面にゲート酸化膜としてのSiO
2 膜13を形成する。そして、SiO2 膜13、12上
に多結晶Si膜14とWSix 膜15とから成るポリサ
イド膜16をパターニングで形成して、ゲート電極つま
りワード線を形成する。
【0004】次に、ポリサイド膜16とSiO2 膜12
とをマスクにして素子活性領域にN型の不純物を低濃度
にイオン注入し、更にSiO2 膜17等でポリサイド膜
16の側壁を形成した後、ポリサイド膜16とSiO2
膜12、17とをマスクとして素子活性領域にN型の不
純物を高濃度にイオン注入して、拡散領域21、22を
形成する。ここまでの工程で、LDD(Lightly Doped
Drain)構造のアクセストランジスタ23を形成する。
【0005】次に、層間絶縁膜24を全面に形成し、拡
散領域21に達するコンタクト孔25を層間絶縁膜24
に開孔する。そして、コンタクト孔25を介して拡散領
域21にコンタクトする多結晶Si膜26を全面に堆積
させ、この多結晶Si膜26にN型の不純物を導入す
る。この不純物の導入は、イオン注入や固相拡散等によ
って行う。その後、この多結晶Si膜26を下部電極の
パターンに加工する。
【0006】次に、ONO膜等のキャパシタ誘電体膜2
7と多結晶Si膜31とを順次に全面に形成し、多結晶
Si膜31に不純物を導入した後、この多結晶Si膜3
1を上部電極のパターンに加工する。ここまでの工程
で、スタックドキャパシタ32を形成する。
【0007】その後、層間絶縁膜33を全面に形成し、
拡散領域22に達するコンタクト孔34を層間絶縁膜3
3、24等に開孔する。そして、図示してはいないが、
コンタクト孔34を介して拡散領域22にコンタクトす
るビット線をパターニングし、更にオーバーコート膜等
を形成して、スタックドキャパシタDRAMを完成させ
る。
【0008】例えば、特開平3-44068 号公報には、電極
を凹凸形に形成することにより電極面積を大きくしてキ
ャパシタ容量を大きくしたスタックドキャパシタDRA
Mが開示されているが、この公報記載のスタックドキャ
パシタの下部電極もリンをドープした一層のポリシリコ
ンで形成されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、多結晶Si
膜26に導入するN型の不純物としてリンを用いると、
リンは拡散係数が大きいので、図10に示すように、拡
散領域21の接合が深くなる。このように拡散領域21
の接合が深くなると、α線放射を原因とするソフトエラ
ーに対する耐性やアクセストランジスタ23の特性が劣
化する。一方、拡散係数の小さいヒ素を多結晶Si膜2
6に導入すると、拡散領域21の接合は浅くなる。しか
し、ヒ素を用いる場合は、多結晶Si膜26上に形成す
るキャパシタ誘電体膜27の膜質が劣化することが知ら
れている。
【0010】即ち、上述した従来の構成では、ソフトエ
ラー耐性の劣化及びアクセストランジスタ23の特性の
劣化を防止しつつ、キャパシタ誘電体膜27の膜質の劣
化を防止することができなかった。
【0011】そこで、本発明の目的は、ソフトエラー耐
性の劣化及びアクセストランジスタの特性の劣化を防止
し、且つ、キャパシタ誘電体膜の膜質の劣化を防止する
ことのできる半導体記憶装置及びその製造方法を提供す
ることである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の半導体記憶装置は、トランジスタとキ
ャパシタとで構成されたメモリセルを有する半導体記憶
装置において、前記キャパシタの下部電極が、前記トラ
ンジスタの一方の拡散領域にコンタクトする第1導電型
の第1の不純物が導入された第1の半導体膜と、前記第
1の半導体膜の上に形成されており且つ同一導電型で異
種の第2の不純物が導入された第2の半導体膜とを有し
ている。
【0013】また、本発明の一態様において、前記第2
の不純物の拡散係数が前記第1の不純物の拡散係数より
大きいことが好ましい。
【0014】また、本発明の一態様において、前記第1
及び第2の半導体膜はいずれも多結晶シリコン膜であ
り、前記第1の半導体膜にヒ素が導入され、前記第2の
半導体膜にリンが導入されているのが好ましい。
【0015】また、本発明の一態様において、前記第1
の半導体膜のヒ素の濃度が1019〜1021cm-3であ
り、前記第2の半導体膜のリンの濃度が1019〜1021
cm-3であることが好ましい。
【0016】また、本発明の一態様において、前記第1
の半導体膜はヒ素がイオン注入により導入されており、
前記第2の半導体膜はリンが固相拡散で導入されている
ことが好ましい。
【0017】また、本発明の半導体記憶装置の製造方法
は、トランジスタとキャパシタとで構成されたメモリセ
ルを有する半導体記憶装置の製造方法において、前記ト
ランジスタの一方の拡散領域にコンタクトする第1の半
導体膜を形成する工程と、拡散係数が相対的に小さい第
1の不純物を前記第1の半導体膜に導入する工程と、前
記第1の不純物の導入後に、前記第1の半導体膜上に第
2の半導体膜を形成する工程と、拡散係数が相対的に大
きい第2の不純物を前記第2の半導体膜に導入する工程
と、前記第1及び第2の半導体膜を前記キャパシタの下
部電極のパターンに加工する工程とを有することを特徴
としている。
【0018】また、本発明の製造方法の一態様におい
て、前記第1及び第2の半導体膜がいずれも多結晶シリ
コン膜であり、前記第1の半導体膜にヒ素を導入し、前
記第2の半導体膜にリンを導入することが好ましい。
【0019】また、本発明の製造方法の一態様におい
て、前記第1の半導体膜のヒ素の濃度を1019〜1021
cm-3とし、前記第2の半導体膜のリンの濃度を1019
〜1021cm-3とすることが好ましい。
【0020】また、本発明の製造方法の一態様におい
て、前記第1の半導体膜にはヒ素をイオン注入により導
入し、前記第2の半導体膜にはリンを固相拡散で導入す
ることが好ましい。
【0021】
【作用】本発明においては、キャパシタの下部電極を半
導体の2層構造とし、夫々に別の不純物を導入するよう
にしている。従って、例えば、トランジスタの拡散領域
にコンタクトする第1の半導体膜にヒ素のような拡散係
数の小さい不純物を導入して、ソフトエラー耐性の劣化
及びアクセストランジスタの特性の劣化を防止するとと
もに、キャパシタ誘電体膜と接する第2の半導体膜にリ
ンのような不純物を導入することによって、キャパシタ
誘電体膜の劣化を防止することができる。
【0022】
【実施例】以下、本発明をスタックドキャパシタDRA
Mに適用した一実施例を、図1〜図9を参照しながら説
明する。なお、図1〜図9の実施例において、図10の
従来例と対応する部分には同一の符号を付した。
【0023】図1において、コンタクト孔25を介して
アクセストランジスタ23の拡散領域21に電気的に接
続されたスタックドキャパシタ32が形成されており、
このスタックドキャパシタ32はヒ素がイオン注入され
た多結晶Si膜41及びリンが固相拡散された多結晶S
i膜42からなる下部電極とキャパシタ誘電体膜27と
多結晶Si膜31からなる上部電極とから構成されてい
る。
【0024】次に、このスタックドキャパシタDRAM
の製造方法を図2〜図9を参照しながら説明する。
【0025】まず、図2に示すようにP型のSi基板1
1の表面にSiO2 膜12を400〜500nmの膜厚
に選択的に形成して素子分離領域を設け、素子活性領域
の表面にゲート酸化膜としてのSiO2 膜13を10〜
30nmの膜厚に形成する。そして、膜厚が100〜2
00nmである多結晶Si膜14と膜厚が100〜20
0nmであるWSix 膜15とから成るポリサイド膜1
6をSiO2 膜13、12上でパターニングして、ゲー
ト電極つまりワード線を形成する。
【0026】次に、図3に示すように既述の従来例と同
様の工程を経てLDD構造のアクセストランジスタ23
を形成した後、層間絶縁膜24を500〜1000nm
の膜厚に全面に堆積させ、拡散領域21に達するコンタ
クト孔25を層間絶縁膜24に開孔する。
【0027】そして、図4に示すようにコンタクト孔2
5を介して拡散領域21にコンタクトする多結晶Si膜
41を100〜200nmの膜厚に全面に堆積させ、こ
の多結晶Si膜41にヒ素50を50〜100keVの
加速エネルギーで1×1014〜1×1016cm-2のドー
ズ量で1×1019〜1×1021cm-3の濃度になるよう
にイオン注入する。
【0028】その後、図5に示すように多結晶Si膜4
2を100〜200nmの膜厚に全面に堆積させ、この
多結晶Si膜42にリンを1×1019〜1×1021cm
-3の濃度になるように固相拡散させる。そして、図6に
示すように多結晶Si膜41、42を下部電極のパター
ンに加工する。
【0029】次に、図7に示すように膜厚が20〜30
nmのONO膜等のキャパシタ誘電体膜27と膜厚が2
00〜300nmの多結晶Si膜31とを順次に全面に
形成し、多結晶Si膜31にリン52を導入した後、図
8に示すように、この多結晶Si膜31を上部電極のパ
ターンに加工する。ここまでの工程で、スタックドキャ
パシタ32を形成する。その後、図9に示すように、層
間絶縁膜33を形成し、この層間絶縁膜33に形成した
コンタクト孔34を介して拡散領域22にコンタクトす
るビット線(図示せず)をパターニングし、更に、図示
はしていないがオーバーコート膜等を形成して、スタッ
クドキャパシタDRAMを完成させる。
【0030】以上のような実施例では、多結晶Si膜4
1にイオン注入したヒ素の拡散係数が小さいので、拡散
領域21の接合が深くなるのを防止することができる。
従って、ソフトエラー耐性の劣化及びアクセストランジ
スタ23の特性の劣化を防止しつつ、下部電極のコンタ
クト抵抗を低減させることができる。
【0031】一方、キャパシタ誘電体膜27と接するの
は、ヒ素を含有する多結晶Si膜41ではなく、リンを
含有した多結晶Si膜42であるので、キャパシタ誘電
体膜27の膜質の劣化を防止することができる。
【0032】
【発明の効果】本発明の半導体記憶装置及びその製造方
法によれば、ソフトエラー耐性の劣化及びトランジスタ
特性の劣化を防止し、且つ、キャパシタ誘電体膜の膜質
の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるスタックドキャパシタ
DRAMメモリセルの側断面図である。
【図2】本発明の一実施例によるスタックドキャパシタ
DRAMメモリセルの製造工程を示す側断面図である。
【図3】本発明の一実施例によるスタックドキャパシタ
DRAMメモリセルの製造工程を示す側断面図である。
【図4】本発明の一実施例によるスタックドキャパシタ
DRAMメモリセルの製造工程を示す側断面図である。
【図5】本発明の一実施例によるスタックドキャパシタ
DRAMメモリセルの製造工程を示す側断面図である。
【図6】本発明の一実施例によるスタックドキャパシタ
DRAMメモリセルの製造工程を示す側断面図である。
【図7】本発明の一実施例によるスタックドキャパシタ
DRAMメモリセルの製造工程を示す側断面図である。
【図8】本発明の一実施例によるスタックドキャパシタ
DRAMメモリセルの製造工程を示す側断面図である。
【図9】本発明の一実施例によるスタックドキャパシタ
DRAMメモリセルの製造工程を示す側断面図である。
【図10】従来のスタックドキャパシタDRAMメモリ
セルの側断面図である。
【符号の説明】
21 拡散領域 23 アクセストランジスタ 32 スタックドキャパシタ 41 多結晶Si膜 42 多結晶Si膜

Claims (9)

    (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構成され
    たメモリセルを有する半導体記憶装置において、 前記キャパシタの下部電極が、前記トランジスタの一方
    の拡散領域にコンタクトする第1導電型の第1の不純物
    が導入された第1の半導体膜と、前記第1の半導体膜の
    上に形成されており且つ同一導電型で異種の第2の不純
    物が導入された第2の半導体膜とを有することを特徴と
    する半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の不純物の拡散係数が前記第1
    の不純物の拡散係数より大きいことを特徴とする請求項
    1に記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記第1及び第2の半導体膜がいずれも
    多結晶シリコン膜であり、前記第1の半導体膜にヒ素が
    導入され、前記第2の半導体膜にリンが導入されている
    ことを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の半導体膜のヒ素の濃度が10
    19〜1021cm-3であり、前記第2の半導体膜のリンの
    濃度が1019〜1021cm-3であることを特徴とする請
    求項3に記載の半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 前記第1の半導体膜はヒ素がイオン注入
    により導入されており、前記第2の半導体膜はリンが固
    相拡散で導入されていることを特徴とする請求項3又は
    4に記載の半導体記憶装置。
  6. 【請求項6】 トランジスタとキャパシタとで構成され
    たメモリセルを有する半導体記憶装置の製造方法におい
    て、 前記トランジスタの一方の拡散領域にコンタクトする第
    1の半導体膜を形成する工程と、 拡散係数が相対的に小さい第1の不純物を前記第1の半
    導体膜に導入する工程と、 前記第1の不純物の導入後に、前記第1の半導体膜上に
    第2の半導体膜を形成する工程と、 拡散係数が相対的に大きい第2の不純物を前記第2の半
    導体膜に導入する工程と、 前記第1及び第2の半導体膜を前記キャパシタの下部電
    極のパターンに加工する工程とを有することを特徴とす
    る半導体記憶装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記第1及び第2の半導体膜がいずれも
    多結晶シリコン膜であり、前記第1の半導体膜にヒ素を
    導入し、前記第2の半導体膜にリンを導入することを特
    徴とする請求項6に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記第1の半導体膜のヒ素の濃度を10
    19〜1021cm-3とし、前記第2の半導体膜のリンの濃
    度を1019〜1021cm-3とすることを特徴とする請求
    項7に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記第1の半導体膜にはヒ素をイオン注
    入により導入し、前記第2の半導体膜にはリンを固相拡
    散で導入することを特徴とする請求項7又は8に記載の
    半導体記憶装置の製造方法。
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