JP3487927B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Description
造方法に係り、特に集積度を増加させうる埋没ビットラ
インセルおよびその製造方法に関する。
ムの集積度を増加させるためには、最も小さい面積に最
も多い数の素子を集積させることが重要である。次世代
素子であるギガビット級のDRAMセルは1つのトラン
ジスタと1つのキャパシターからなるメモリセルの面積
が0.3μm2 以下の水準であり、これはメガビット級
のDRAMセルで相互接続のためのコンタクトホール1
つの面積に過ぎない。したがって、0.3μm2 のよう
に小さい面積に単位セル構成のためにトランジスタ、キ
ャパシターおよび相互接続のためのコンタクトホールを
それぞれ1つずつ共に形成させることは不可能である。
特に、今まで提示されてきたレイアウト方法では面積の
限界が障害となるため、新たな構造の技術導入が必要に
なる。
は、トランジスタ、キャパシターおよびコンタクトホー
ルが平面レイアウト状よりなり、前記それぞれの面積の
和がメモリセルの面積を決定する要因として作用した。
すなわち、ギガビット級のメモリセルを構成しようとす
れば約0.3μm2 以下の面積の中にトランジスタ、キ
ャパシター、ソース、およびドレイン領域の接続のため
のコンタクトホールが全部入らなければならないため、
面積の限界を乗り越えるためには3次元的なセル構造が
必要となり、水平レイアウトから垂直レイアウト構造に
セルを構成すべきである。
例としてトレンチ構造又はスタック構造が挙げられる
が、前記スタック構造の場合は段差問題、トレンチ構造
の場合はパターン形成および洗浄の問題が生ずる。
た論文“A Surrounding Isolation-Merged Plate Elect
rode (SIMPLE) Cell with checkered layout for 256Mb
itDRAMs and beyond”(T. Ozaki et al.)から提案さ
れたSIMPLEセル構造は、分離領域の面積を最小化
させながらキャパシターの面積を増加させうる構造であ
る。
は伝送トランジスタのソース領域とキャパシターストレ
ージノードとの接続工程がラテラル構成なので接続のた
めのコンタクトホール面積が必要である。また、ドレイ
ン領域とビットラインとの接続時にもコンタクトホール
の面積が必要である。したがって、前記SIMPLE構
造によると、0.1μmのデザインルール工程でも0.
3μm2 程度のセル面積にDRAMの単位素子を形成さ
せ得ないため、ギガビット級以上のメモリセルを形成す
ることが不可能である。
た論文“A Surrounding Gate Transistor (SGT) Cell f
or 64/256Mbit DRAMs ”(K. Sunouchi et al.)から提案
されたSGTセル構造は、トレンチキャパシターに垂直
トランジスタを適用するため、一定容量のセルキャパシ
タンスおよび電気的な特性確保のためにはトレンチの深
さが10μm以上を維持すべきなので、トレンチホール
のアスペクト比は50程度まで急激に増加して工程実現
が不可能なだけでなくトレンチ洗浄およびトレンチ内の
パターン形成が非常に難しくなる。
単位メモリセルを構成する全ての素子がマトリックス式
のトレンチにより分離されるシリコンピラー内に形成さ
れるが、ワードラインを連結させる工程が追加され前記
シリコンピラーを形成する工程が複雑であり、キャパシ
ターを形成する工程も難しい。また、メモリセル間の分
離特性が脆弱なのでゲート電極形成時キャパシタープレ
ートノードとのショートが発生する可能性が大きい。
するために本発明の目的は、集積度を増加させうる半導
体装置を提供することである。
するに適した製造方法を提供することである。
に本発明は、第1トレンチにより分離された複数の第1
ピラーと前記第1ピラーの下面に連結されながら該第1
トレンチより口径の小さい第2トレンチにより分離され
た第2ピラーを有する半導体基板と、前記第1トレンチ
の中に形成され、前記複数の第1ピラーを取り囲みなが
ら形成されるゲート絶縁膜およびゲート電極と、前記複
数の第1ピラーを取り囲みながら形成されるゲート電極
同士を絶縁するために形成された第2分離絶縁膜と、前
記第1ピラーおよび前記第2ピラーに垂直に形成される
第1不純物領域、第2不純物領域、および該第1および
第2不純物領域の間に位置するチャネル領域と、前記第
2分離絶縁膜により絶縁され前記ゲート電極を連結する
ワードラインと、前記第2ピラーを取り囲みながら形成
され、前記第1不純物領域と連結され、前記ワードライ
ンとマトリックス形態に交叉しながら形成されるビット
ラインと、前記第2トレンチの内面および前記第1トレ
ンチの底に形成され前記ビットライン間の絶縁のために
形成された第1分離絶縁膜と、を具備することを特徴と
する半導体装置である。
ラーの上部を取り囲みながら形成されストレージノード
/誘電体膜/プレート電極構造のスタックキャパシター
を更に具備することを特徴とする。
記キャパシターはシリンダー形態のキャパシターである
ことを特徴とする。
ワードラインと前記ストレージ電極は前記第2分離絶縁
膜により分離されていることを特徴とする。
第1および第2不純物領域およびチャネル領域は、前記
第1、第2ピラーの表面に垂直に形成されている垂直ト
ランジスタであることを特徴とする。
半導体基板を蝕刻して第1トレンチとその間に第1ピラ
ーを形成する段階と、前記第1ピラーの側壁にスペーサ
を形成する段階と、前記第1トレンチおよび第1ピラー
を有する基板を前記スペーサを蝕刻マスクとして蝕刻し
て第2トレンチおよびその間に第2ピラーを形成する段
階と、前記第2トレンチの底に絶縁膜を形成する段階
と、前記第2ピラーを取り囲むビットラインを形成する
段階と、前記蝕刻マスクとして使用したスペーサを取り
除く段階と、前記第2ピラー上に第1不純物領域を形成
する段階と、前記ビットラインの間および第1トレンチ
の底に第1分離絶縁膜を形成する段階と、前記第1ピラ
ーを取り囲むようにゲート絶縁膜を形成する段階と、前
記ゲート絶縁膜の側壁の一部および第1トレンチの底
に、ゲート電極とこれを連結するワードラインを形成す
る段階と、前記ワードラインにより露出された前記第1
ピラーの側壁にイオン注入して第2不純物領域を形成す
る段階と、前記第1トレンチ内部に、前記ゲート電極お
よび隣接する前記ワードラインを絶縁する第2分離絶縁
膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする半導体装
置の製造方法であるまた、本発明の半導体装置の製造方
法は、前記第2分離絶縁膜上にキャパシターを更に形成
する段階を含むことを特徴とする。
第2分離絶縁膜上に前記第1ピラーの上部を取り囲みな
がらキャパシターを更に形成する段階を含むことを特徴
とする。
は、前記キャパシターはシリンダー形態のキャパシター
であることを特徴とする。
おいて、前記キャパシターを製造する方法は、前記第2
分離絶縁膜上にストレージノードの間の空間を決定して
ストレージノードの間の絶縁に使用される絶縁膜パター
ンを形成する段階と、前記絶縁膜パターン上に第1導電
膜を形成する段階と、前記第1導電膜の側壁にスペーサ
を形成する段階と、前記第1導電膜および絶縁膜スペー
サ上に第2導電膜を形成する段階と、前記第2導電膜を
エッチバックして絶縁膜パターンとスペーサを露出する
段階と、前記露出された絶縁膜パターンとスペーサを蝕
刻してストレージノードを形成する段階と、前記ストレ
ージノードの全面に誘電体膜とプレートノードを形成す
る段階とを更に含むことを特徴とする請求項8項記載の
半導体装置の製造方法。
前記第1ピラーの側壁にゲート酸化膜を形成する前にス
レショルド電圧を調節するためにイオン注入する段階を
更に含むことを特徴とする。
前記スペーサは熱酸化膜、窒化膜およびCVD酸化膜の
3層膜で形成することを特徴とする。
は、前記第2トレンチの底に絶縁膜を形成する段階は、
前記第2トレンチをさらに蝕刻して第3トレンチを形成
する段階と、当該第3トレンチの底に第4酸化膜を形成
する段階とを含み、前記第2トレンチと第3トレンチの
深さと幅は、前記第1不純物領域と前記ビットラインと
の接触窓の大きさおよび分離絶縁膜の大きさを調整する
ことを特徴とする。
前記ワードラインは前記第1ピラーの全面および第1ト
レンチの底に形成されることを特徴とする。
は、半導体基板内形成された2〜3μm程度の浅いトレ
ンチおよびピラーを形成し、このピラーにトランジスタ
のソース/ドレインとなる2つの不純物領域とその間の
チャネル領域が形成されて、前記トレンチ内部を埋め立
てるようにゲート絶縁膜およびゲート電極と、このゲー
ト電極に連結されるワードラインと、このワードライン
に対しマトックッス状に配置されるビットラインとが形
成された構造であるため、上部にキャパシターを形成す
る時、隣り合う層に対するデザインマージンが確保でき
る。また、セル領域対ストレージノード領域の比率を高
めてセル領域の効率が極大化させうる。
シターとしては、前記第1ピラーの上部を取り囲みなが
らストレージノード/誘電体膜/プレート電極構造のス
タックキャパシターが好適であり、このキャパシターと
しては、特にピン又はシリンダー形態が好適である。そ
して、上部にキャパシターが形成される際には、第1分
離絶縁膜が、前記複数のピラーを取り囲むように形成し
たゲート電極同士の絶縁と共に、ピラーに垂直に形成さ
れたトランジスタと上部のキャパシターとの絶縁分離を
なす。
る第1および第2不純物領域とチャネル領域はピラー表
面部分にあれば垂直のトランジスタとして動作する。
置の製造方法は、第1トレンチの蝕刻によって、まず第
1ピラーが形成され、このピラーを取り囲むように、第
1トレンチ内部にスペーサを設けて、第2トレンチの蝕
刻を行うことで、第1トレンチより口径の小さな第2ト
レンチが形成されると共に第2ピラーが形成される。そ
して、第2トレンチの底に絶縁膜を形成することで、第
2トレンチ内に形成するビットラインと基板との絶縁体
となる。
取り囲むようにビットラインを形成することで、第2ト
レンチの埋め立てが行われる。そして、前記スペーサを
除去し、第1不純物領域の形成と、前記ビットライン上
に第1分離絶縁膜の形成が行われて、第1ピラーの側壁
に、ゲート絶縁膜の形成が行われて、その後、ゲート電
極、およびこのゲート電極を連結するワードラインが形
成されて、第1トレンチが埋め立てられる。そして、第
1ピラー上部にオン注入によって、第2不純物領域が形
成される。これにより前述の本発明による半導体装置が
完成する。
いては、上記各段階の経た後、キャパシターの形成の段
階を具備することができ、このキャパシターは、例えば
第2絶縁分離膜を取り囲むように形成される段階であ
る。また、この形成されるキャパシターはピン又はシリ
ンダ形態のキャパシターである。
ては、第2分離絶縁膜を柱状に取り囲むように形成する
第1導電膜と、さらに第2導電膜が形成されて、この第
1および第2導電膜によって、ストレージノードが形成
される、そして、この上に誘電体膜とプレートノードを
形成する各段階によりキャパシターが形成される。
酸化膜形成前にイオン注入によって、トランジスタのス
レショルド電圧の調整を行う工程をさらに具備する。
サを熱酸化膜、窒化膜、およびCVD酸化膜とすること
で、ビットライン形成の段階で熱酸化膜がピラーのエッ
チング保護膜となり、第1分離絶縁膜形成の段階で窒化
膜が熱酸化防止膜として作用する。
トレンチの深さを調節することで、第1不純物領域とビ
ットラインとの接触面積が決定される。
トレンチをさらに蝕刻することで、第2トレンチの底に
形成される絶縁膜の厚さを増すことができ、これにより
素子分離の大きさを決定する。
ドラインの形成を第1ピラーの全面および第1トレンチ
の底とすることでにより、ワードラインの電気抵抗を低
減する。
説明する。
であり、参照符号18はピラーを示し、31はワードラ
インを示し、27はビットラインを示し、41はストレ
ージノード形成パターンを示す。
31およびビットライン27に沿って平行に切った半導
体装置の断面図である。
蝕刻して形成された第1トレンチ19により分離された
第1ピラー18とその下部に連結されており、第2トレ
ンチ20により分離された口径の大きい第2ピラー18
aが形成されている。前記第1ピラー18の両側面にゲ
ート酸化膜30およびゲート電極31,31aが位置
し、前記ゲート電極31,31aは上下部に形成された
第1および第2分離絶縁膜28a,33により絶縁され
ている。
ラインによる断面図には前記ゲート電極31がトレンチ
の底にも形成され連結されており、反面前記図2Bに示
した図1のビットラインによる断面図には前記ゲート電
極31aは連結されていない。
ー18aの両側面および第2トレンチの底にビットライ
ン27,27aが形成されており、前記ビットラインを
絶縁するために上下部に第1分離絶縁膜28,28aお
よび絶縁膜23が形成されている。
ラインによる断面図には前記ビットライン27が連結さ
れず、反面前記図2Bに示した図1のビットラインによ
る断面図にはビットライン27aがトレンチの底にも形
成され連結されている。
第2分離絶縁膜33上に第1ピラーを取り囲みながら柱
状にストレージノード41が形成されており、その上に
誘電体膜39およびプレートノード40が順次に形成さ
れキャパシターを形成する。
発明による半導体装置を3次元的に示したセル構造であ
る。
トラインBL方向が示されており、プレートノードおよ
び各層を絶縁するための層間絶縁膜は部分的に略されて
いる。基板を蝕刻して形成された第1トレンチにより分
離された第1ピラー18と、その下部に連結されており
第2トレンチにより分離された第1ピラーより大きい第
2ピラー18aが形成されている。前記第1ピラー18
を取り囲みながら連結されており第1分離絶縁膜28a
により分離されるワードライン31が形成されており、
前記第2ピラー18aを取り囲みながら連結されている
ビットライン27が形成されている。
ー18aの垂直に形成される第1不純物領域44および
第2不純物領域43とその間にチャネル領域45が形成
されている。前記第1不純物領域44はドレイン領域と
して作用し、第2不純物領域43はソース領域として作
用する。以下ではソースおよびドレイン領域と称する。
前記ドレイン領域44はビットライン27と連結され、
前記第1トレンチに埋没され形成された分離絶縁膜上に
前記第1ピラー18を取り囲みながら形成され前記ソー
ス領域43と連結されるストレージノード41が形成さ
れる。前記ストレージノード41は複数のシリンダー状
の柱に形成されその間に誘電体膜およびプレートが順次
に形成されキャパシターを形成する。
る半導体装置の製造方法を詳細に説明する。
による半導体装置の製造方法を説明するために、前記図
1のワードラインに沿って平行に工程順どおり切った断
面図であり、Bを付した図4Bないし図18Bは本発明
による半導体装置の製造方法を説明するために、前記図
1のビットラインに沿って平行に工程順どおり切った断
面図である。
パッド酸化膜11、バッファーポリシリコン層12、第
1シリコン窒化膜13および第1酸化膜14を順次に形
成する段階を示す。
化膜を100〜400Å程度の厚さで沈積してパッド酸
化膜11を形成したのちに、前記パッド酸化膜11上に
ポリシリコンを蒸着してバッファーポリシリコン層12
を形成する。続いて前記バッファーポリシリコン層12
上に第1シリコン窒化膜13を形成した後、前記第1シ
リコン窒化膜13にCVD方法で第1酸化膜14を形成
する。
ジストを塗布したのちにパターニングしてフォトレジス
トパターン15aを形成するが、前記フォトレジストパ
ターン15aは後工程に形成されるピラー又は前記順次
に形成された層13,12,11,10の蝕刻マスクと
して用いられる。
を蝕刻して第1ピラー18を形成する段階を示す。
5aを蝕刻マスクとして、前記パッド酸化膜11、バッ
ファーポリシリコン層12、第1シリコン窒化膜13お
よび第1酸化膜14を順次に蝕刻し、次いで半導体基板
10を蝕刻することにより第1ピラー18とその間に第
1トレンチ19を形成する。前記第1トレンチは幅wが
0.1〜0.15μm、深さdが1〜2μm程度に形成
し、これは望む垂直トランジスタの長さに応じて変更し
うる。
る半導体基板10の全面に熱酸化方法で第2酸化膜15
を形成したのちに、続いて第2シリコン窒化膜16およ
び第3酸化膜17を形成した後、エッチバックして前記
ピラーの両側壁に前記第2酸化膜15、第2シリコン窒
化膜16および第3酸化膜17から構成された第1スペ
ーサ100:15,16,17を形成する。
る半導体基板を2次蝕刻する段階を示す。
6,17を蝕刻マスクとして、前記蝕刻された半導体基
板を再び2次蝕刻することにより前記第1トレンチより
更に深く第2トレンチ20とその間に対応して第2ピラ
ー18aを形成する。前記第2トレンチ20は前記第1
ピラー18の下部(底)から0.5〜1μm程度の深さ
となり、これは望む不純物領域(例えばドレイン領域)
間の接触大きさに応じて変更しうる。
側壁にシリコン窒化膜21を形成する段階を示す。
記第2ピラー18aの両側壁に窒化シリコンを蒸着して
第3シリコン窒化膜21を形成する。
有する半導体基板を3次蝕刻する段階を示す。
蝕刻マスクとして、前記蝕刻された半導体基板を再び3
次蝕刻することにより、前記第2トレンチより更に深く
なった第3トレンチ22とその間に第3ピラー18bを
形成する。前記3次に蝕刻された半導体基板の第3トレ
ンチ22の底には後工程で熱酸化方法による酸化膜が形
成される。前記第2トレンチ20と第3トレンチ22の
深さと幅は後工程で形成されるビットラインとドレイン
の接触窓の大きさおよび分離酸化膜の大きさを調節する
に利用される。
形成された第3トレンチ22の底に第4酸化膜23を形
成する段階を示す。
トレンチ20より更に深くなった第3トレンチ22の底
に熱酸化方法により第4酸化膜23を形成するが、前記
第4酸化膜23はビットラインと基板との間の絶縁又は
分離のために使用される分離絶縁膜となる。
より形成された第2ピラー18aの両側壁にビットライ
ン形成のための第1ポリシリコン膜25,25aを形成
する段階を示す。
を湿式蝕刻で取り除いた後、全面に不純物がドーピング
されたポリシリコンを蒸着する。次いで、前記ポリシリ
コン上にフォトレジストを塗布した後パターニングして
フォトレジストパターン24,24aを形成する。次に
前記フォトレジストパターン24,24aを蝕刻マスク
として前記ポリシリコンを蝕刻し前記第2トレンチ20
の両側部および第1酸化膜14上に第1ポリシリコン膜
25,25aが形成される。
ットラインによる半導体装置の断面図には第2トレンチ
20の底に第1ポリシリコン膜25aが連結されてお
り、反面前記図10Aに示した図1のワードラインによ
る断面図には第2トレンチ20の底に前記第1ポリシリ
コン膜25は分離されている。
リコン膜25,25a上にフォトレジストを塗布した後
全面蝕刻する段階を示す。
ーン24,24aを除去し、再び前記第1ポリシリコン
膜25,25a上にフォトレジストを塗布したのちに、
全面蝕刻して前記第1ポリシリコン膜25,25aの間
にトレンチの底から一定の高さでフォトレジストパター
ン26を形成する。
リコン膜25,25aを全面蝕刻してビットライン2
7,27aを形成する段階を示す。
6および第3酸化膜17を蝕刻マスクとして前記第1ポ
リシリコン膜25,25aを乾式蝕刻や湿式蝕刻で除去
する。こうなれば、前記2次蝕刻により形成された第2
ピラー18aの両側壁と第2トレンチ20の底にビット
ライン27,27aが形成される。次いで、第3酸化膜
17およびフォトレジストパターン26を除去し第2シ
リコン窒化膜16を酸化防止膜として前記ビットライン
を酸化させ前記ビットライン27,27aを絶縁する。
この時、ビットライン27,27a間には前記ビットラ
インの酸化により生成される第1分離絶縁膜28,28
aにより満たされ、そして不純物領域(図示せず)がビ
ットライン27(27a)に含まれた不純物の外部拡散
により形成される。続いて垂直トランジスタの臨界電圧
を調節するために、例えばボロンでイオン注入を進んだ
後、前記第2酸化膜15と第2シリコン窒化膜16を除
去する。
ットラインによる半導体装置の断面図には第2トレンチ
20の底に前記ビットライン27aが連結されており、
反面前記図12Aに示した図1のワードラインによる断
面図には第2トレンチ20の底に前記ビットライン27
は分離されている。
より形成された第1ピラー18の両側壁にワードライン
形成のための第2ポリシリコン酸化膜31,31aを形
成する段階を示す。
側壁にゲート酸化膜30を形成したのちに、全面にポリ
シリコンを蒸着する。次いで、前記ポリシリコン上にフ
ォトレジストを塗布した後パターニングしてフォトレジ
ストパターン24b,24cを形成する。次に、前記フ
ォトレジスト24b,24cを蝕刻マスクとして前記ポ
リシリコンを蝕刻して前記第1ピラー18の両側部およ
び第1酸化膜上に第2ポリシリコン膜31,31aが形
成される。
ットラインによる半導体装置の断面図には第1トレンチ
19の底に前記第2ポリシリコン膜31aが分離されて
おり、反面前記図13Aに示した図1のワードラインに
よる断面図には第1トレンチ19の底に前記第2ポリシ
リコン膜31は連結されている。
リコン膜31,31a上にフォトレジストを塗布した後
全面蝕刻する段階を示す。
ーン24b,24cを除去し、再び前記第2ポリシリコ
ン膜31,31a上にフォトレジストを塗布したのち
に、前記フォトレジストを全面蝕刻し、前記第1ピラー
の表面から一定の深さでフォトレジストパターン32を
形成する。
をマスクとして前記第2ポリシリコン膜を乾式蝕刻や湿
式蝕刻する。こうなれば、前記1次蝕刻により形成され
た第1ピラー18の両側壁の一部と第1トレンチ19の
底にワードラインが形成される。前記第2ポリシリコン
膜31,31aの蝕刻は本実施例では第1ピラー18の
上面から一定の深さで形成したが、第1ピラーの上部ま
で蝕刻してワードラインを形成することもできる。
結したワードライン31,31aを形成する段階を示
す。
除去する。こうすると、前記1次蝕刻により形成された
第1ピラー18の一部の両側壁と第1トレンチ19の底
にワードライン31,31aが形成される。次いで、前
記ワードラインを酸化させたりCVD酸化膜を全面に蒸
着およびエッチバックし、前記ワードラインを絶縁する
第2分離絶縁膜33を形成する。続いて全面に垂直トラ
ンジスタのソース領域を形成するために、例えば燐又は
砒素34を利用してイオン注入を進行する。
ードラインによる半導体装置の断面図には第1トレンチ
19の底に前記ワードライン31が連結されており、反
面前記図15Bに示した図1のビットラインによる断面
図には第1トレンチ19の底に前記ワードライン31a
は分離されている。
縁膜33上に第5酸化膜パターン35を形成する段階を
示す。
5酸化膜を基板全面にかけて形成した後パターニングし
て柱状に第5酸化膜パターン35(絶縁膜パターン)を
形成する。この時第5酸化膜パターン35の幅は後工程
で形成されるストレージ電極の間の空間を決定し、前記
第5酸化膜パターン35はストレージノードの間の絶縁
のために使用される。
ン膜36、第2スペーサ37および第4ポリシリコン膜
38を形成する段階を示す。
5の形成された基板全面にかけて第1導電膜としてスト
レージノード用の第3ポリシリコン膜36を形成する。
前記第3ポリシリコン膜36は前記第2分離酸化膜33
を覆いながら蒸着される。次いで、第3ポリシリコン膜
36の形成された基板全面にかけてCVD方法で酸化膜
を形成したのちに、蝕刻して第3ポリシリコン膜の両側
壁に第2スペーサ37を形成する。続いて前記結果物全
面に導電膜としてストレージノード用の第4ポリシリコ
ン膜38を形成する。
ド41およびプレード電極40を形成する段階を示す。
ックすれば前記第5酸化膜パターン35と第2スペーサ
37が露出される。次いで、前記露出された第5酸化膜
パターン35と第2スペーサ37を湿式蝕刻で除去す
る。こうすると、前記第3ポリシリコン膜36と第4ポ
リシリコン膜38とから構成され柱状にストレージノー
ド41が形成される。
電体膜39、例えば酸化膜/窒化膜/酸化膜の3層膜を
形成した後、結果物全面にポリシリコンでプレートノー
ド40を形成してメモリ素子のセルを完成する。
本発明の半導体装置によれば、トランジスタのソース領
域とキャパシターストレージノードとの接続工程が垂直
に形成され、接続のためのコンタクトホールの面積が不
要である。また、ドレイン領域とビットラインとの接続
時にもコンタクトホールの面積が不要である。従って、
0.1μmのデザインルール工程でも0.3μm2 程度
のセル面積にDRAMの単位素子を形成させうる。
ンチおよびピラーを形成すれば良いため工程進行が容易
であり、ワードラインおよびビットラインがピラーを取
り囲みながらトレンチを埋め立てる構造なので上部にキ
ャパシターを形成する際に隣り合う層に対するデザイン
マージンが確保できる。また、セル領域対ストレージノ
ード領域の比率を高めセル領域の効率を極大化させう
る。
パシターのストレージノードの高さを調節することによ
り、深いトレンチに対する問題点およびスタックキャパ
シターの段差問題が解決でき、ストレージノードと連結
される第2不純物領域(ソース領域)は垂直トランジス
タのチャネル領域のみ隣接しているためセル漏洩電流が
減らせる。
導体装置の製造方法によれば、ストレージノードと第2
不純物領域(ソース領域)およびビットラインと第1不
純物領域(ドレイン領域)は前記ピラーを取り囲みなが
らセルフアライン方式で形成されるため、平面セル領域
の増加なくコンタクト面積を増加させコンタクト抵抗を
非常に小さくできる。
明の技術的思想を逸脱しない範囲内で当分野の通常の知
識を有する者により様々な変形が可能であることは無論
である。
る。
って平行に切った半導体装置の断面図である。
である。
るために、前記図1のワードラインに沿って平行に工程
順どおり切った断面図(図4A)と、前記図1のビット
ラインに沿って平行に工程順どおり切った断面図(図4
B)である。
て平行に工程順どおり切った断面図(図5A)と、前記
図1のビットラインに沿って平行に工程順どおり切った
断面図(図5B)である。
て平行に工程順どおり切った断面図(図6A)と、前記
図1のビットラインに沿って平行に工程順どおり切った
断面図(図6B)である。
て平行に工程順どおり切った断面図(図7A)と、前記
図1のビットラインに沿って平行に工程順どおり切った
断面図(図7B)である。
て平行に工程順どおり切った断面図(図8A)と、前記
図1のビットラインに沿って平行に工程順どおり切った
断面図(図8B)である。
て平行に工程順どおり切った断面図(図9A)と、前記
図1のビットラインに沿って平行に工程順どおり切った
断面図(図9B)である。
って平行に工程順どおり切った断面図(図10A)と、
前記図1のビットラインに沿って平行に工程順どおり切
った断面図(図10B)である。
沿って平行に工程順どおり切った断面図(図11A)
と、前記図1のビットラインに沿って平行に工程順どお
り切った断面図(図11B)である。
沿って平行に工程順どおり切った断面図(図12A)
と、前記図1のビットラインに沿って平行に工程順どお
り切った断面図(図12B)である。
沿って平行に工程順どおり切った断面図(図13A)
と、前記図1のビットラインに沿って平行に工程順どお
り切った断面図(図13B)である。
沿って平行に工程順どおり切った断面図(図14A)
と、前記図1のビットラインに沿って平行に工程順どお
り切った断面図(図14B)である。
沿って平行に工程順どおり切った断面図(図15A)
と、前記図1のビットラインに沿って平行に工程順どお
り切った断面図(図15B)である。
沿って平行に工程順どおり切った断面図(図16A)
と、前記図1のビットラインに沿って平行に工程順どお
り切った断面図(図16B)である。
沿って平行に工程順どおり切った断面図(図17A)
と、前記図1のビットラインに沿って平行に工程順どお
り切った断面図(図17B)である。
沿って平行に工程順どおり切った断面図(図18A)
と、前記図1のビットラインに沿って平行に工程順どお
り切った断面図(図18B)である。
Claims (14)
- 【請求項1】 第1トレンチにより分離された複数の第
1ピラーと前記第1ピラーの下面に連結されながら該第
1トレンチより口径の小さい第2トレンチにより分離さ
れた第2ピラーを有する半導体基板と、 前記第1トレンチの中に形成され、前記複数の第1ピラ
ーを取り囲みながら形成されるゲート絶縁膜およびゲー
ト電極と、 前記複数の第1ピラーを取り囲みながら形成されるゲー
ト電極同士を絶縁するために形成された第2分離絶縁膜
と、 前記第1ピラーおよび前記第2ピラーに垂直に形成され
る第1不純物領域、第2不純物領域、および該第1およ
び第2不純物領域の間に位置するチャネル領域と、 前記第2分離絶縁膜により絶縁され前記ゲート電極を連
結するワードラインと、 前記第2ピラーを取り囲みながら形成され、前記第1不
純物領域と連結され、前記ワードラインとマトリックス
形態に交叉しながら形成されるビットラインと、 前記第2トレンチの内面および前記第1トレンチの底に
形成され前記ビットライン間の絶縁のために形成された
第1分離絶縁膜と、を具備することを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項2】 前記第1ピラーの上部を取り囲みながら
形成されストレージノード/誘電体膜/プレート電極構
造のスタックキャパシターを更に具備することを特徴と
する請求項1項記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記キャパシターはシリンダー形態のキ
ャパシターであることを特徴とする請求項2項記載の半
導体装置。 - 【請求項4】 前記ワードラインと前記ストレージノー
ドは前記第2分離絶縁膜により分離されていることを特
徴とする請求項2項記載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記第1および第2不純物領域およびチ
ャネル領域は、前記第1、第2ピラーの表面に垂直に形
成されている垂直トランジスタであることを特徴とする
請求項1項記載の半導体装置。 - 【請求項6】 半導体基板を蝕刻して第1トレンチとそ
の間に第1ピラーを形成する段階と、 前記第1ピラーの側壁にスペーサを形成する段階と、 前記第1トレンチおよび第1ピラーを有する基板を前記
スペーサを蝕刻マスクとして蝕刻して第2トレンチおよ
びその間に第2ピラーを形成する段階と、 前記第2トレンチの底に絶縁膜を形成する段階と、 前記第2ピラーを取り囲むビットラインを形成する段階
と、 前記蝕刻マスクとして使用したスペーサを取り除く段階
と、 前記第2ピラー上に第1不純物領域を形成する段階と、 前記ビットラインの間および第1トレンチの底に第1分
離絶縁膜を形成する段階と、 前記第1ピラーを取り囲むようにゲート絶縁膜を形成す
る段階と、 前記ゲート絶縁膜の側壁の一部および第1トレンチの底
に、ゲート電極とこれを連結するワードラインを形成す
る段階と、 前記ワードラインにより露出された前記第1ピラーの側
壁にイオン注入して第2不純物領域を形成する段階と、 前記第1トレンチ内部に、前記ゲート電極および隣接す
る前記ワードラインを絶縁する第2分離絶縁膜を形成す
る段階と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項7】 前記第2分離絶縁膜上にキャパシターを
更に形成する段階を含むことを特徴とする請求項6項記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 第2分離絶縁膜上に前記第1ピラーの上
部を取り囲みながらキャパシターを更に形成する段階を
含むことを特徴とする請求項6項記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項9】 前記キャパシターはシリンダー形態のキ
ャパシターであることを特徴とする請求項8項記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記キャパシターを製造する方法は、 前記第2分離絶縁膜上にストレージノードの間の空間を
決定してストレージノードの間の絶縁に使用される絶縁
膜パターンを形成する段階と、 前記絶縁膜パターン上に第1導電膜を形成する段階と、 前記第1導電膜の側壁にスペーサを形成する段階と、 前記第1導電膜および絶縁膜スペーサ上に第2導電膜を
形成する段階と、 前記第2導電膜をエッチバックして絶縁膜パターンとス
ペーサを露出する段階と、 前記露出された絶縁膜パターンとスペーサを蝕刻してス
トレージノードを形成する段階と、 前記ストレージノードの全面に誘電体膜とプレートノー
ドを形成する段階とを更に含むことを特徴とする請求項
8項記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 前記第1ピラーの側壁にゲート酸化膜
を形成する前にスレショルド電圧を調節するためにイオ
ン注入する段階を更に含むことを特徴とする請求項6項
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 前記スペーサは熱酸化膜、窒化膜およ
びCVD酸化膜の3層膜で形成することを特徴とする請
求項6項記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】 前記第2トレンチの底に絶縁膜を形成
する段階は、 前記第2トレンチをさらに蝕刻して第3トレンチを形成
する段階と、当該第3トレンチの底に第4酸化膜を形成
する段階とを含み、 前記第2トレンチと第3トレンチの深さと幅は、前記第
1不純物領域と前記ビットラインとの接触窓の大きさお
よび分離絶縁膜の大きさを調整する ことを特徴とする請
求項6項記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項14】 前記ワードラインは前記第1ピラーの
全面および第1トレンチの底に形成されることを特徴と
する請求項6項記載の半導体装置の製造方法。
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