JPH06302783A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH06302783A
JPH06302783A JP5087045A JP8704593A JPH06302783A JP H06302783 A JPH06302783 A JP H06302783A JP 5087045 A JP5087045 A JP 5087045A JP 8704593 A JP8704593 A JP 8704593A JP H06302783 A JPH06302783 A JP H06302783A
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JP
Japan
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electrode
switching transistor
charge storage
film
oxide film
Prior art date
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Pending
Application number
JP5087045A
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English (en)
Inventor
Noritaka Hibi
紀孝 日比
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スイッチング特性の優れたトランジスタを備
えた半導体記憶装置を実現する。 【構成】 スイッチングトランジスタを容量素子よりも
上部に配置し、プレート電極4を三次元的に加工して電
荷蓄積容量を増大したことを特徴とする半導体記憶装置
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体記憶装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体記憶装置は高集積化が進
み、半導体記憶装置を構成する素子はごく微細なものと
なり、各素子の加工が容易でなくなっている。一方で、
より高信頼性を備えた半導体記憶装置が要求されてい
る。
【0003】従来の半導体記憶装置としては、例えば1
983年IEEE ISSCC、Digest of Technical
Papers第228ページ及び229ページに示されてい
る。図5は従来の半導体記憶装置の断面模式図を示すも
のである。図5において、58はシリコン基板、59、
60は素子分離のためのシリコン酸化膜、61は活性領
域、62はゲート酸化膜、63は多結晶シリコン製ゲー
ト電極(ワード線)、64はCVDシリコン酸化膜、6
5、66は拡散層である。また67は層間絶縁膜である
CVDシリコン酸化膜、68はビット線、69はCVD
シリコン酸化膜、70は電荷蓄積電極、71は容量絶縁
膜、72はプレート電極である。
【0004】以上のように構成された半導体記憶装置に
おいては、スイッチング素子であるMOS型トランジス
タの形成を先ず行なう。即ち、素子領域の形成、素子分
離、ゲート電極形成を行ない、続いてビット線を形成
し、かかる後に電荷蓄積電極、容量絶縁膜、プレート電
極から成る容量素子を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、スイッチングトランジスタを先ず最初に
形成するため、スイッチングトランジスタ形成後の層間
絶縁膜堆積工程や、特に大容量化のための電荷蓄積電極
加工を含む容量素子形成工程において、長時間の高温熱
処理がなされるために、容量素子を構成する電荷蓄積電
極からの不純物の拡散が、スイッチングトランジスタの
拡散層と容量素子との接続部を通じて起こり、スイッチ
ングトランジスタのスイッチング特性が劣化し、正常な
オン、オフ動作がなされない、また、高集積化に伴う素
子の微細化により、電極接続部の十分な面積が確保でき
ないという問題点を有していた。
【0006】本発明は上記問題点に鑑み、スイッチング
トランジスタ特性を劣化させることなく、電荷蓄積容量
を確保し、かつ良好な電極接続を実現する半導体記憶装
置の製造法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の請求項1記載の半導体記憶装置は、スイ
ッチングトランジスタと、このスイッチングトランジス
タの一方の電極に接続されたビット線と、前記スイッチ
ングトランジスタの他方の電極に接続された電荷蓄積電
極と、容量絶縁膜と、基準電位に接続されたプレート電
極から成る容量素子とを有し、前記ビット線に前記スイ
ッチングトランジスタを通し、前記基準電位に対し書き
込み電位を接続することによって前記容量素子に蓄積さ
れる電荷により情報を記憶する半導体記憶装置におい
て、前記スイッチングトランジスタを前記容量素子より
も上部に配置し、電荷蓄積容量の増大はプレート電極を
三次元的に加工することによって行なうことを特徴とす
る。
【0008】また本発明の請求項2記載の半導体記憶装
置は、プレート電極表面に堆積した耐酸化性の乏しい膜
を酸化することにより、プレート電極表面に凹凸形状を
設け、容量素子の電荷蓄積容量を増大することを特徴と
する。
【0009】更に本発明の請求項3記載の半導体記憶装
置は、電極接続部の孔部底面にイオン注入を施し、耐酸
化性の乏しい膜を堆積し、酸化することにより電極接続
部の接触面積を増大させ、かつ電極接続部が良好なオー
ミック接触となるようにすることを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の上記した請求項1記載の構成によれ
ば、スイッチングトランジスタの形成を容量素子の形成
よりも後に行なうことで、スイッチングトランジスタ
は、容量素子の加工に伴う長時間の熱処理による不純物
拡散等の影響を受けない。
【0011】また本発明の上記した請求項2記載の構成
によれば、プレート電極表面に堆積した耐酸化性の乏し
い膜は、膜質が不均一であり、この膜を酸化することに
より、プレート電極表面を凹凸形状にすることができ、
容量素子の電荷蓄積容量を増大することができる。
【0012】更に本発明の上記した請求項3記載の構成
によれば、電極接続部の孔部底面にイオン注入した後、
耐酸化性の乏しい膜を堆積し、酸化することにより、前
記孔部の電極との接触面積を増大することができ、接触
抵抗の小さい電極接続が可能となる。また、前記イオン
注入により、接続部は電極−高濃度不純物拡散領域−低
濃度不純物拡散領域という構成になっており、電極と高
濃度不純物拡散領域の接合部においてトンネル電流が容
易に流れることとなり、良好なオーミック接触が得られ
る。
【0013】
【実施例】
(実施例1)以下本発明の第1の実施例の半導体記憶装
置について、図1を参照しながら説明する。図1は本実
施例における半導体記憶装置の製造工程の流れを示す断
面模式図である。
【0014】図1において、1はシリコン基板、2はシ
リコン酸化膜、3はホール、4はリンをドープしたN型
多結晶シリコン製のプレート電極、5はシリコン酸化膜
−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の積層構造となって
いる容量絶縁膜、6はリンドープしたN型多結晶シリコ
ン製の電荷蓄積電極、7はCVDシリコン酸化膜、8は
コンタクトホール、9はP型多結晶シリコン、10はフ
ォトレジスト、11はヒ素イオン注入、12はN型拡散
層、13は活性領域、14、15は素子分離のためのシ
リコン酸化膜、16、17はN型拡散層、18はゲート
酸化膜、19は多結晶シリコン製のゲート電極(ワード
線)、20、21はCVDシリコン酸化膜、22はコン
タクトホール、23は多結晶シリコンとタングステンシ
リサイドの積層膜(ビット線)である。
【0015】図1(a)では、シリコン基板1上にシリ
コン酸化膜2を形成する。シリコン酸化膜2にホール3
を設けた後、プレート電極4を形成する。ホール3を設
けるのは、容量素子を三次元的に形成することによっ
て、容量素子の蓄積容量を確保するためである。プレー
ト電極4上に容量絶縁膜5、電荷蓄積電極6を形成す
る。
【0016】次に図1(b)では、層間絶縁膜となるC
VDシリコン酸化膜7を堆積後、電荷蓄積電極6との接
続部を設けるために、コンタクトホール8を形成する。
P型多結晶シリコン9を堆積し、図1(c)では、レジ
スト10を用いて、ヒ素イオン注入11を施し、電荷蓄
積電極6との接続部にN型拡散層12を設ける。
【0017】更に図1(d)では、活性領域13と素子
分領域14、15とを区分し、活性領域13内にN型拡
散層16、17、ゲート酸化膜18、ゲート電極19、
CVD酸化膜20によりスイッチングトランジスタを形
成する。図1(e)では、層間絶縁膜となるCVDシリ
コン酸化膜21を堆積し、コンタクトホール22を形成
後、多結晶シリコンとタングステンシリサイドの積層膜
23を堆積し、ビット線とする。
【0018】従来と本発明の半導体記憶装置の比較を通
して本発明の効果を説明する。図5は従来の半導体記憶
装置の製造工程の概略の断面模式図を示すものであっ
て、図5(a)では、活性領域61にスイッチングトラ
ンジスタを形成し、図5(b)では、ビット線68と、
電荷蓄積電極70、容量絶縁膜71、プレート電極72
から成る容量素子を順次形成する。ところが、スイッチ
ングトランジスタを容量素子よりも先に形成すると、そ
の後の度重なる層間絶縁膜形成工程や、電荷蓄積容量確
保のための電荷蓄積電極加工を含む容量素子形成工程で
の長時間の高温熱処理によって、電荷蓄積電極からの不
純物拡散が起こり易くなり、スイッチングトランジスタ
のスイッチング特性を劣化させることとなり、正常なオ
ン、オフ動作がなされない。
【0019】一方本発明の半導体記憶装置では、スイッ
チングトランジスタの形成は容量素子の形成後に行なう
ため、電荷蓄積容量を増大させるためにいかなる容量素
子の加工を行なっても、スイッチングトランジスタへの
影響はない。
【0020】(実施例2)図2は本発明の第二の実施例
を示すもので、24はシリコン基板、25はシリコン酸
化膜、26は多結晶シリコンのプレート電極、27は3
nmのシリコン窒化膜、28はシリコン酸化膜、29は
プレート電極表面である。図2(b)において、3nm
のシリコン窒化膜27は膜質が不均一であるため、局所
的に酸化され易い箇所と酸化されにくい箇所が存在して
いる。ここで酸化を行なうと、図2(c)のようにプレ
ート電極26との界面が褶曲した形でシリコン酸化膜2
8が形成される。これを選択的に除去すると、図2
(d)に示すように、凹凸形状を有するプレート電極表
面29が形成されることとなり、容量素子の電荷蓄積容
量の増大が可能となる。本実施例を用いて実施例1のプ
レート電極の加工を行う。
【0021】(実施例3)更に図3は本発明の第三の実
施例における工程の流れを示すもので、30はP型領
域、31は低濃度N型拡散層、32はCVDシリコン酸
化膜、33はコンタクトホール、34はフォトレジス
ト、35はヒ素注入、36は高濃度N型拡散層、37は
3nmシリコン窒化膜、38はシリコン酸化膜、39は
多結晶シリコンとタングステンシリサイドの積層膜で構
成されたビット線である。また図4は本実施例における
動作原理を示すもので、40はビット線材料の真空準
位、41はビット線材料のフェルミ準位、42は真空準
位、43は高濃度N型拡散層のフェルミ準位、44は高
濃度N型拡散層の伝導帯下端、45は高濃度N型拡散層
の価電子帯上端、46は真空準位、47は低濃度N型拡
散層の伝導帯下端、48は低濃度N型拡散層のフェルミ
準位、49は高濃度N型拡散層の価電子帯上端、50は
ビット線材料と高濃度N型拡散層との接合面、51は高
濃度N型拡散層と低濃度N型拡散層との接合面、52は
真空準位、53はエネルギー障壁、54は伝導帯下端、
55はフェルミ準位、56は価電子帯上端、57はトン
ネル電流である。
【0022】図3(a)ではコンタクトホール33形成
後、ヒ素注入35を施し、図3(b)に示すように低濃
度N型拡散層31中に高濃度N型拡散層36を形成する
とともに、一部非晶質化する。次に、図3(c)では、
3nmシリコン窒化膜を堆積し、非酸化性雰囲気で熱処
理を行なうことにより、非晶質層を再結晶化するととも
に、シリコン窒化膜37に応力を加える。ここで酸化を
行なうと、シリコン窒化膜は局所的に酸化され易い箇所
が生じているため、図3(d)に示すように、局所的に
膜厚の厚い、あるいは薄いシリコン酸化膜38が形成さ
れ、接触界面が凹凸形状をなす。続いて図3(e)に示
すように、シリコン酸化膜38を選択的に除去すると、
接触面積の大きい接合面が得られ、ビット線39との接
触抵抗が小さくなる。
【0023】また図4(a)に示すように、異なるフェ
ルミ準位をもつ3つの部分を、図4(b)に示すように
接合した場合、エネルギーバンド構造は図4(c)に示
すようになる。ここで、接合50ではエネルギー障壁5
3が発生するが、接合50での空乏層が非常に狭くな
り、ここに高電界がかかるため、トンネル電流53が容
易に流れ、図4(d)に示すようなオーミックな電流−
電圧特性を示す。従って良好な電極接触面が得られる。
本実施例を用いて実施例1のビット線と拡散層との接続
に用いる。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明は、容量素子の形成
に伴うスイッチングトランジスタの特性劣化を起こさせ
ることなく、容量素子の電荷蓄積容量を確保し、かつ良
好なオーミックコンタクトを有した、信頼度の高い半導
体記憶装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における工程断面図
【図2】本発明の第2の実施例における工程断面図
【図3】本発明の第3の実施例における工程断面図
【図4】本発明の第3の実施例における、電極接続部の
各成分のバンド構造及びI−V特性図
【図5】従来の半導体記憶装置の製造工程の概略図
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3 ホール 4 リンドープしたN型多結晶シリコンのプレート電極 5 容量絶縁膜となるONO膜 6 リンドープしたN型多結晶シリコンの電荷蓄積電極 7 シリコン酸化膜 8 コンタクトホール

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スイッチングトランジスタと、このスイッ
    チングトランジスタの一方の電極に接続されたビット線
    と、前記スイッチングトランジスタの他方の電極に接続
    された電荷蓄積電極と、容量絶縁膜と、基準電位に接続
    されたプレート電極から成る容量素子とを有し、前記ビ
    ット線に前記スイッチング素子を通し、前記基準電位に
    対し書き込み電位を接続することによって前記容量素子
    に蓄積される電荷により情報を記憶する半導体記憶装置
    であって、前記スイッチングトランジスタを前記容量素
    子よりも上部に配置し、前記プレート電極を三次元的に
    加工して電荷蓄積容量を増大したことを特徴とする半導
    体記憶装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のプレート電極表面に堆積し
    た耐酸化性の乏しい膜を酸化することにより、前記プレ
    ート電極表面に凹凸形状を設け、容量素子の電荷蓄積容
    量を増大したことを特徴とする半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】請求項1叉は請求項2記載の電極接続部の
    孔部底面にイオン注入を施し、耐酸化性の乏しい膜を堆
    積し、酸化することにより電極接続部の接触面積を増大
    させ、かつ電極接続部が良好なオーミック接触となるよ
    うにしたことを特徴とする半導体記憶装置。
JP5087045A 1993-04-14 1993-04-14 半導体記憶装置 Pending JPH06302783A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1140810A (ja) * 1997-07-18 1999-02-12 Hitachi Ltd 制御可能な伝導デバイス
JP2016208052A (ja) * 2016-07-28 2016-12-08 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
US9755084B2 (en) 2012-02-09 2017-09-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Multi-level stacked transistor device including capacitor and different semiconductor materials
JP2019204966A (ja) * 2010-05-21 2019-11-28 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置

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