JPH06216330A - ゲインメモリセルのアレイの製造方法 - Google Patents

ゲインメモリセルのアレイの製造方法

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JPH06216330A
JPH06216330A JP5341328A JP34132893A JPH06216330A JP H06216330 A JPH06216330 A JP H06216330A JP 5341328 A JP5341328 A JP 5341328A JP 34132893 A JP34132893 A JP 34132893A JP H06216330 A JPH06216330 A JP H06216330A
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transistor
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 チップ面積要求の最小化と製造コストの最小
化のための既に広く利用されている通常のプロセシング
過程および装置の利用とを考慮に入れた、ゲインメモリ
セルの製造のための実際的で経済的なプロセスを提供す
る。 【構成】 半導体基板10のなかに能動的デバイス領域
を郭定する過程と、トランジスタゲートスタックを形成
する過程と、ゲートスタックのなかへダイオードを集積
する過程と、ゲート導体を構造化する過程と、トランジ
スタのためのソース領域34およびドレイン領域36を
イオン注入により形成する過程と、電源にトランジスタ
を接続するVDDラインを形成する過程と、記憶トランジ
スタのソース領域に集積されたダイオードを接続する埋
込みストラップを形成する過程と、ゲートを再構造化
し、ゲインメモリデバイスをパッシベーション化し、ア
レイを平坦化する過程とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はゲインメモリセルの製造
方法、一層詳細には、ゲインメモリセルの高密度セルア
レイの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ゲインメモリセルは非常に短いアクセス
時間および簡単な信号検出方式を可能にする高い信号チ
ャージを供給するので有利である。それらは2つのトラ
ンジスタ(アクセスおよび記憶トランジスタ)と、記憶
トランジスタのソースおよびゲートを接続するダイオー
ドとの組み合わせを含んでいる。
【0003】ゲインメモリセルは、集積回路に対する他
のデバイスと同様に、VLSIおよびULSI回路用と
してたとえば0.5ミクロン‐デザインルールおよびそ
れよりも小さい範囲への一層の小形化を必要とする。高
密度、高速度の回路を製造するためには、これらの回路
を製造するのに必要とされるプロセシングはデバイスの
“リアル‐エステート”またはチップ面積要求の最小化
と、製造コストを最小化するべく半導体工業において既
に広く利用されている通常のプロセシング過程および装
置の利用とを考慮に入れなければならない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ゲイ
ンメモリセルの製造のための実際的で経済的な方法を提
供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、プレー
ナプロセスを使用するデバイスの浅溝絶縁と、記憶トラ
ンジスタのゲートのなかへ集積されたダイオードと、電
源へのトランジスタの接触接続を省略する植え込まれた
VDDラインと、記憶トランジスタのソース領域にダイオ
ードを接続する埋込みストラップと、セルフアライン
(自己整合)されたデバイス絶縁技術とを特徴とする高
密度のゲインメモリセルの製造を提案するものである。
本発明は個々のゲインメモリセルおよびセルアレイのセ
ル面積要求を最小化し、またセルフアラインプロセス過
程および完全なプレーナプロセスを使用してゲインメモ
リセル製造のコスト効率を最大化する。
【0006】本プロセスは6つの過程を含んでいる。第
1に、半導体基板、たとえばシリコンウェーハのなかに
能動デバイス領域を郭定し、ゲートおよびゲート導体ス
タックを形成する。第2に、ゲートスタックと集積され
たダイオードを形成する。第3に、ゲートを郭定し、ト
ランジスタのソースおよびドレイン領域をイオン注入に
より形成する。第4に、電源にトランジスタを接続する
VDDラインを形成する。第5に、記憶トランジスタのソ
ース領域にダイオードを接続する埋込みストラップを形
成する。そして最後に、ゲートを再構造化し、デバイス
をパッシベーション化し、平坦(プレーナ)化する。本
発明のプロセスは、経済的なプロセスを実現するべく、
セルフアライニング技術および通常のプロセシング過程
を使用する。
【0007】本発明のプロセスは過程の第1のシーケン
スは、0.5ミクロン範囲およびそれよりも小さい範囲
でのデザインルールを生ずるための浅溝絶縁技術を使用
して能動デバイス領域を郭定するためのプレーナプロセ
スである。この絶縁プロセスは、浅い溝を形成するエッ
チング過程と、デバイス領域を絶縁する窒化物および酸
化物デポジションにより溝のなかを充填する過程と、そ
の結果生じた層を平坦化する過程とを含んでいる。
【0008】平坦化は任意の種類のバックエッチングに
より、またはDavariほか、IEDMTechn.Dig.(198
9)、第89頁により開示されているような化学的機械
的研磨により、公知の仕方で後で説明される平坦化ステ
ップのいずれかにより達成され得る。浅溝絶縁プロセス
により示されているけれども、能動デバイス領域は公知
のLOCOS技術またはチャネルストッパ技術を使用し
ても郭定され得る。それに続いて、熱的酸化物成長と、
その上へのゲート導体としてのポリシリコンのデポジシ
ョンとが行われる。ケイ化物層はワードラインのシート
抵抗を最小化するべく最適化されて形成される。ゲート
スタックはそれに続く窒化物および酸化物層のデポジシ
ョンにより形成される。
【0009】過程の第2のシーケンスでは、ダイオード
がゲートスタックのなかへ集積される。開孔が、ゲート
導体のポリシリコンのドーパント形式と反対のドーパン
ト形式のポリシリコンをデポジットし、ポリシリコンを
ケイ化し、開孔を酸化物で充填し、平坦化過程を行うた
めゲートスタックのなかに作られる。
【0010】過程の第3のシーケンスでは、ゲート導体
の最初の構造化がRIEにより行われ、窒化物スペーサ
がデポジットされる。トランジスタのソースおよびドレ
インが植え込みにより形成される。
【0011】過程の第4のシーケンスでは、植え込まれ
たVDDラインが、電源に記憶トランジスタを接続する接
触を省略するべく形成される。窒化物層がデポジットさ
れ、開孔がこの層のなかにホトリトグラフィ、VDDライ
ンのイオン注入およびケイ化により作られる。
【0012】過程の第5のシーケンスでは、バリア窒化
物層をデポジットし、その上に酸化物層をデポジット
し、これらの層を平坦化し、酸化物層の最終デポジショ
ンおよびその平坦化により埋込みストラップ材料として
のポリシリコンのデポジションのために酸化物層のなか
に開孔を形成することにより埋込みストラップが作られ
る。
【0013】過程の第6かつ最後のシーケンスでは、第
2の絶縁が行われ、記憶ゲートが再構造化され、酸化物
充填がデバイスをパッシベーション化するために使用さ
れ、最後の平坦化が行われる。
【0014】以下に図面を参照して本発明を説明する。
【0015】
【実施例】図1に示されている典型的な実施例におい
て、シリコンウェーハ10の表面が、表面から汚れおよ
び粉末を除去するべく公知の仕方で浄化される。浅溝絶
縁技術を使用して能動領域を形成するべく、ホトレジス
ト12が浄化されたシリコンウェーハの上に置かれ、パ
ターン化される。ウェーハは次いでそのなかに開孔13
を形成するべく標準的なホトエッチング技術を使用して
エッチングされる。ホトレジストが次いで除去され、酸
化物14がデポジットされ(たとえばプラズマエンハン
スドCVD酸化物または常圧CVD酸化物)、表面がエ
ッチングまたは化学的機械的研磨により平坦化され、浄
化される。その結果生じた表面が図2に示されている。
後続のプロセス過程のより明らかな理解のために、図3
〜12はシリコンウェーハ10のなかのデバイス絶縁を
詳細には示していない。
【0016】シリコン酸化物ゲート層16が、処理され
たシリコンウェーハ10の上に熱的に成長させられる。
簡単化のために、この層16は後続の図面には示されて
いない。
【0017】次いで順次にn- ドープされたポリシリコ
ン層18をデポジットし、ケイ化物層20をその上に形
成し、窒化物層22およびその上に酸化物層24をデポ
ジットすることにより、ゲートスタックが形成される。
その結果形成されたゲートスタックが図3に示されてい
る。
【0018】一つのドーパント形式のポリシリコン層に
より覆われた反対のドーパント形式のポリシリコン層を
含んでいる集積されたダイオードが、図4に示されてい
るように、ホトリトグラフ技術を使用してケイ化物層2
0を通してエッチングにより開孔25を形成することに
よりゲートスタックのなかに形成される。その後に、図
5に示すようにp+ ドープされたポリシリコン層26が
開孔のなかにデポジットされる。このポリシリコン層2
6はイオン注入もしくは拡散技術によるホウ素ドーピン
グにより続かれるドープされないシリコンとしてデポジ
ットされ得る。ドーパント濃度は、ポリシリコンダイオ
ードのI(V)特性が最大の信号チャージおよび短い信
号ディベロップメント時間に関して最適化されているよ
うに選ばれている。このポリシリコンデポジションに続
いて第2のケイ化物層28を形成するケイ化過程が行わ
れる。
【0019】続いて、図6に示すように、酸化物層30
がデポジットされ(たとえばプラズマエンハンスドCV
D酸化物またはサブ常圧CVD酸化物)、次いでウェー
ハの表面がエッチングまたは化学的機械的研磨により平
坦化され、浄化される。
【0020】図7に示すように、ゲートスタックは、ホ
トリトグラフィにより窒化物層22をパターン化し、ま
た反応性イオンエッチング技術を使用して、窒化物層2
2、ケイ化物層20およびポリシリコン層18を含んで
いるゲートスタック、ゲート酸化物層16、並びにケイ
化物層28およびポリシリコン層26の上の充填された
酸化物を含むダイオード部分を通してエッチングするこ
とにより構造化される。スペーサ窒化物層32が、形成
されたゲートスタックおよび平坦化されたダイオードの
側面に沿って窒化物スペーサを形成するべくデポジット
され、エッチングされる。
【0021】次いで図8に示すように、トランジスタの
ソース領域34およびドレイン領域36がシリコンウェ
−ハ10のなかにイオン注入により形成される。このイ
オン注入は、セル漏れ電流の最小化に関してソースおよ
びドレイン領域34、36のなかのドーパントレベルを
形成するべく最適化されている。こうしてソースおよび
ドレイン領域と集積されたダイオード領域のエッジとの
アラインメントが行われており、ゲインメモリセルに対
する最小の幾何学的寸法が得られる。さらに、これは、
最小の幾何学的寸法よりもはるかに大きい非臨界的構造
寸法を有するダイオードのプロセシングを可能にする。
【0022】VDDラインが次に製造される。窒化物バリ
ア層38が、ドレイン領域36を露出させるべくデポジ
ットされ、パターン化され、次いでケイ化物37の層が
ドレイン領域36の上にデポジットされる。
【0023】さらに、ドレイン領域36のドーパント濃
度は、VDDラインの低いシート抵抗を達成するべく、イ
オン注入により増すことができる。この植え込まれたV
DDラインは記憶トランジスタのドレインの電源への無接
触の接続を可能にする。
【0024】次いで埋込みストラップが低抵抗材料を使
用して記憶トランジスタのソース領域にダイオードを接
続するべく形成される。図9に示すように、バリア窒化
物層42がデポジットされ、次いでその上に厚い酸化物
層44がホトリトグラフィを使用して埋込みストラップ
の平坦化および郭定のためにデポジットされる。次いで
図10に示すように厚い酸化物層44は平坦化され、開
孔45がそのなかに埋込みストラップを形成するために
作られる。
【0025】次に図11に示すようにポリシリコンの層
46が開孔45のなかにデポジットされ、この開孔45
は酸化物48で充満され平坦化される。
【0026】集積されたダイオードを記憶トランジスタ
のソース領域に接続する埋込みストラップは本発明によ
るゲインメモリセルの基本的特徴である。ポリシリコン
を使用する特定のプロセスが埋込みストラップを作るた
めに説明されてきたが、他のプロセスが低抵抗材料を使
用してダイオードを記憶トランジスタのソース領域に接
続するのに使用され得ることは当業者に明らかである。
【0027】図12に示すように、第2のデバイス絶縁
が、p‐n接触領域と酸化物層44のなかの開孔凹み5
0および52との上に酸化物を残すことを例外として、
酸化物を選択的に除去することにより行われる。これは
ホトリトグラフィによるパターン化と、pn接合を覆う
酸化物の下までのポリシリコンの選択エッチングとによ
り、セルフアラインされた仕方で行われ得る。図には最
終のセルフアラインされた構造が示されている。
【0028】セルアレイは第2の絶縁技術、たとえば浅
溝絶縁プロセスを使用しての記憶トランジスタを構造
化、酸化物充満による不活性化および最終平坦化の実行
により完成される。
【0029】以上に本発明を特定の実施例およびプロセ
ス過程のシーケンスについて説明してきたが、過程およ
びそれらのシーケンスにおける種々の変更が本発明の本
質から外れることなく行われ得る。これらの変更は本発
明に含まれており、本発明の範囲は特許請求の範囲によ
ってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプロセス過程における構造を示す断面
図である。
【図2】本発明のプロセス過程における構造を示す断面
図である。
【図3】本発明のプロセス過程における構造を示す断面
図である。
【図4】本発明のプロセス過程における構造を示す断面
図である。
【図5】本発明のプロセス過程における構造を示す断面
図である。
【図6】本発明のプロセス過程における構造を示す断面
図である。
【図7】本発明のプロセス過程における構造を示す断面
図である。
【図8】本発明のプロセス過程における構造を示す断面
図である。
【図9】本発明のプロセス過程における構造を示す断面
図である。
【図10】本発明のプロセス過程における構造を示す断
面図である。
【図11】本発明のプロセス過程における構造を示す断
面図である。
【図12】本発明のプロセス過程における構造を示す断
面図である。
【符号の説明】 10 シリコンウェーハ 12 ホトレジスト 14 酸化物 16 シリコン酸化物ゲート層 18 n- ドープされたポリシリコン層 20 ケイ化物層 22 窒化物層 24 酸化物層 26 p+ ドープされたポリシリコン層 28 ケイ化物層 30 充満された酸化物 32 スペーサ窒化物層 34 ソース領域 36 ドレイン領域 37 ケイ化物層 38 窒化物バリア層 42 バリア窒化物層 44 酸化物層 45 開孔 50、52 開孔凹み

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アクセストランジスタ、記憶トランジス
    タおよびダイオードを含むゲインメモリセルのアレイを
    製造するための方法において、 a)半導体基板のなかに能動デバイス領域を郭定し、そ
    の表面を平坦化する過程と、 b)トランジスタゲートスタックを形成する過程と、 c)ゲートスタックのなかへダイオードを集積する過程
    と、 d)ゲート導体を構造化する過程と、 e)トランジスタのためのソースおよびドレイン領域を
    イオン注入により形成する過程と、 f)電源にトランジスタを接続するVDDラインを形成す
    る過程と、 g)記憶トランジスタのソース領域に集積されたダイオ
    ードを接続する埋込みストラップを形成する過程と、 h)ゲートを再構造化し、ゲインメモリデバイスをパッ
    シーベーション化し、アレイを平坦化する過程とを含ん
    でいることを特徴とするゲインメモリセルのアレイの製
    造方法。
  2. 【請求項2】 能動デバイス領域を郭定する過程が前記
    基板のなかに浅溝をエッチングし、デバイス領域を絶縁
    するシリコン窒化物およびシリコン酸化物で溝を充満す
    る過程を含んでいることを特徴とする請求項1記載の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 ゲートを形成するシリコン酸化物を熱的
    酸化物により成長させ、その上にゲート導体を形成する
    ポリシリコンをデポジットし、ポリシリコンをケイ化
    し、その上にシリコン窒化物およびシリコン酸化物をデ
    ポジットすることによりゲートスタックが形成されるこ
    とを特徴とする請求項1記載の製造方法。
  4. 【請求項4】 ゲートスタックのなかへ開孔をエッチン
    グし、前記開孔のなかにドーパント形式のポリシリコン
    をデポジットし、前記開孔のなかに反対のドーパント形
    式のポリシリコンをデポジットし、ポリシリコンをケイ
    化し、シリコン酸化物で開孔を充填し、層を平坦化する
    ことにより集積されるダイオードが形成されることを特
    徴とする請求項3記載の製造方法。
  5. 【請求項5】 個々のゲート導体が反応性イオンエッチ
    ングにより形成され、シリコン窒化物スペーサがゲート
    の上に形成されることを特徴とする請求項1記載の製造
    方法。
  6. 【請求項6】 VDDラインが半導体基板のなかへのイオ
    ン注入およびケイ化により形成されることを特徴とする
    請求項1記載の製造方法。
  7. 【請求項7】 第1のバリア・シリコン窒化物層および
    第2のバリア・シリコン窒化物層を記憶トランジスタの
    上にデポジットし、酸化物および窒化物層のなかに開孔
    を形成し、前記開孔のなかに低抵抗性材料をデポジット
    し、アレイの上に酸化物層をデポジットし、アレイを平
    坦化することにより埋込みストラップが形成されること
    を特徴とする請求項1記載の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記低抵抗性材料がポリシリコンである
    ことを特徴とする請求項7記載の製造方法。
  9. 【請求項9】 ゲートスタックをエッチングし、シリコ
    ン酸化物パッシベーション層をデポジットし、この層を
    平坦化することによりゲートが再構造化されることを特
    徴とする請求項1記載の製造方法。
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