JPH07273221A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH07273221A JPH07273221A JP6112985A JP11298594A JPH07273221A JP H07273221 A JPH07273221 A JP H07273221A JP 6112985 A JP6112985 A JP 6112985A JP 11298594 A JP11298594 A JP 11298594A JP H07273221 A JPH07273221 A JP H07273221A
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- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
- H10B12/34—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the transistor being at least partially in a trench in the substrate
Abstract
り囲む垂直ゲート構造とを形成して、有効活性領域の面
積を最大限に活用しうる高集積半導体装置及びその製造
方法を提供する。 【構成】 半導体基板10にトレンチ分離領域12を形
成し、このトレンチ分離領域12の形成された半導体基
板10上にビットライン18を形成する。そして、この
ビットライン18上に、下から順にトランジスタのドレ
イン23、チャネル24及びソース領域25を形成して
なるシリコンピラーを形成し、このシリコンピラーを取
り囲んでその上に順にゲート絶縁膜26及びゲートライ
ン28を形成する。隣接するゲートライン28の間には
平坦化層30を形成する。そして、ゲートライン28上
に、トランジスタのソース領域25を露出させるコンタ
クトホールを有する絶縁層32、34、36を形成し、
この絶縁層32、34、36上に、コンタクトホールを
通じてトランジスタのソース領域25に接続されるキャ
パシターのストレージノード46を形成する。
Description
方法に係り、特に埋没ビットラインとシリンダー形のゲ
ートセルとを有する半導体装置及びその製造方法に関す
る。
集積度を上げるためには、できるだけ小さい面積にでき
るだけ多い数の素子を集積させることが重要である。
一つのトランジスタと一つのキャパシターとからなるメ
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DRAMセルにおいて相互接続用のコン
タクトホール一つの面積に過ぎない。このように小さい
面積に単位セル構成のためトランジスタ、キャパシター
及び相互接続用のコンタクトホールをそれぞれ一つずつ
共に形成することはほとんど不可能である。
はトランジスタ、キャパシター及びコンタクトホールが
平面レイアウト上、互いに横に並べられており、それぞ
れそれら面積の和がメモリセルの面積を決定する要素と
して作用した。従って、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 以下の面積中にトラ
ンジスタ、キャパシター、及びソースとドレイン領域を
接続するためのコンタクトホールをすべて形成しなけれ
ばならないので、面積の限界を克服するためには3次元
的なセル構造が必要となり、ラテラルレイアウトから垂
直レイアウト構造にセル構造を変更すべきである。
域の面積を最大化し、追加的な活性領域の損失を招かな
い垂直構造のコンタクトホールを形成することによって
有効活性領域の面積を最大に活用することが必須であ
る。
位メモリセルを構成するすべての素子が、マトリックス
状のトレンチによって分離されたシリコンピラー内に形
成されるSGTセルを提案している(参照文献、IDEM′
89, “ A Surrounding GateTransistor(SGT) Cell for
64/256Mbit DRAMs" )。
GTセルの製造方法には次のような問題点がある。第1
に、シリコンピラーとキャパシターを形成する工程が複
雑である。第2に、トレンチキャパシターを形成するた
め、ストレージノードとして用いられるn- ドーピング
領域が高濃度に形成された場合、基板内でトレンチ間に
タッキング(tacking) 現象が生じる場合があるので、メ
モリセル間の分離特性が脆弱である。第3に、ゲート電
極を形成するための蝕刻工程時にキャパシターのプレー
トノードを絶縁する絶縁層が蝕刻されるので、ゲート電
極形成時にキャパシタープレートノードとゲート電極間
にショートが発生する可能性が大きい。
点を解決できる高集積半導体装置を提供することであ
る。
造するのに特に適した高集積半導体装置の製造方法を提
供することである。
め、本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体
基板に活性領域を限定するために形成されたトレンチ分
離領域と、前記トレンチ分離領域の形成された前記半導
体基板上に形成されたビットラインと、前記ビットライ
ン上に形成され、下から順にトランジスタのドレイン、
チャネル及びソース領域を形成してなるシリコンピラー
と、前記シリコンピラーを取り囲んでその上に順に形成
されたゲート絶縁膜及びゲートラインと、隣接する前記
ゲートラインの間に形成された平坦化層と、前記ゲート
ライン上に形成され、前記トランジスタのソース領域を
露出させるコンタクトホールを有する絶縁層と、前記絶
縁層上に形成され、前記コンタクトホールを通じて前記
トランジスタのソース領域に接続されるキャパシターの
ストレージノードとを具備して構成されている。
ビットラインを活性領域として用いるために、前記ビッ
トラインはエピタキシャル半導体層からなっている。
同時に形成して写真蝕刻工程の回数を減らすために、前
記ビットラインは前記活性領域と同一のパターンで形成
されている。
ジスタのドレイン、チャネル及びソース領域からなるシ
リコンピラーを形成するために、前記シリコンピラーは
エピタキシャル半導体層からなっている。
と、前記半導体基板に活性領域を限定するために形成さ
れた第1トレンチ分離領域と、前記第1トレンチ分離領
域の間に形成され、前記半導体基板の表面部分から下へ
順にトランジスタのソース、チャネル及びドレイン領域
を形成してなるシリコンピラーと、前記シリコンピラー
の上面から前記シリコンピラーのドレイン領域まで形成
された第2トレンチと、前記第2トレンチの底部に形成
されたビットラインと、前記第2トレンチの内部を埋め
立てる絶縁膜と、前記シリコンピラーを取り囲んでその
上に順に形成されたゲート絶縁膜及びゲートラインと、
隣接する前記ゲートラインの間に形成された平坦化層
と、前記ゲートライン上に形成され、前記トランジスタ
のソース領域を露出させるコンタクトホールを有する絶
縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記コンタクトホー
ルを通じて前記トランジスタのソース領域に接続される
キャパシターのストレージノードとを具備して構成され
ている。
は、第1導電型の半導体基板に活性領域を限定するため
のトレンチ分離領域を形成する段階と、前記トレンチ分
離領域の形成された前記半導体基板上にビットラインを
形成する段階と、前記トレンチ分離領域上に第1絶縁膜
とこの第1絶縁膜に積層された第2絶縁膜とからなる絶
縁膜柱を形成する段階と、前記絶縁膜柱から露出された
前記半導体基板上に、下から順にトランジスタのドレイ
ン、チャネル及びソース領域を形成してなるシリコンピ
ラーを形成する段階と、前記第2絶縁膜を取り除く段階
と、前記シリコンピラーを取り囲むようにゲート絶縁膜
及びゲートラインを順に形成する段階と、前記ゲートラ
インの形成された結果物上に絶縁物質を沈積し、これを
エッチバックして平坦化層を形成する段階と、前記平坦
化層の形成された結果物上に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層を部分的に蝕刻して前記シリコンピラーのソ
ース領域を露出させるコンタクトホールを形成する段階
と、前記コンタクトホールの形成された結果物上に、前
記コンタクトホールを通じて前記ソース領域に接続され
るキャパシターのストレージノードを形成する段階とを
具備して構成されている。
成するために、前記ビットラインは不純物のドープされ
たポリシリコン層からなっている。
性領域上にのみシリコンピラーを形成し、また、相異な
る導電型のエピタキシャル半導体層を連続的に順次成長
させてトランジスタのドレイン、チャネル及びソース領
域を形成するために、前記シリコンピラーを形成する段
階は、前記絶縁膜柱から露出された前記半導体基板上
に、トランジスタのドレイン領域として利用される第2
導電型の第1エピタキシャル半導体層を形成する段階
と、前記第1エピタキシャル半導体層上に、トランジス
タのチャネル領域として利用される第1導電型の第2エ
ピタキシャル半導体層を形成する段階と、前記第2エピ
タキシャル半導体層上に、トランジスタのソース領域と
して用いられる第2導電型の第3エピタキシャル半導体
層を形成する段階とからなっている。
回のイオン注入工程によりトランジスタのドレイン、チ
ャネル及びソース領域を形成するために、前記シリコン
ピラーを形成する段階は、前記絶縁膜柱から露出された
前記半導体基板上に第1導電型のエピタキシャル半導体
層を形成する段階と、前記エピタキシャル半導体層の形
成された結果物上に第2導電型の第1不純物イオンを第
1エネルギーで注入することにより、前記エピタキシャ
ル半導体層の下部にトランジスタのドレイン領域を形成
する段階と、前記ドレイン領域の形成された結果物上に
第2導電型の第2不純物イオンを前記第1エネルギーよ
りも低い第2エネルギーで注入することにより、前記エ
ピタキシャル半導体層の上部にトランジスタのソース領
域を形成する段階とからなっている。
形成するために、前記キャパシターのストレージノード
を形成する段階は、前記コンタクトホールの形成された
結果物上に第1導電層を形成する段階と、前記第1導電
層上に物質パターンを形成する段階と、前記物質パター
ンの形成された結果物上に第2導電層を形成する段階
と、前記第2導電層及び前記第1導電層をエッチバック
する段階と、前記物質パターンを取り除く段階とからな
っている。
第1導電型の半導体基板上に導電層及び物質層を順に形
成する段階と、前記物質層、前記導電層及び前記半導体
基板を蝕刻してビットラインを形成すると同時にトレン
チを形成する段階と、前記トレンチの内部を絶縁物質で
埋め立ててトレンチ分離領域を形成する段階と、前記物
質層を取り除く段階と、前記トレンチ分離領域を除く前
記半導体基板上に、下から順にトランジスタのドレイ
ン、チャネル及びソース領域を形成してなるシリコンピ
ラーを形成する段階と、前記トレンチ分離領域内部の絶
縁物質層を前記シリコンピラーのドレイン領域まで蝕刻
する段階と、前記シリコンピラーを取り囲むようにゲー
ト絶縁膜及びゲートラインを順に形成する段階と、前記
ゲートラインの形成された結果物上に絶縁物質を沈積
し、これをエッチバックして平坦化層を形成する段階
と、前記平坦化層の形成された結果物上に絶縁層を形成
する段階と、前記絶縁層を部分的に蝕刻して前記シリコ
ンピラーのソース領域を露出させるコンタクトホールを
形成する段階と、前記コンタクトホールの形成された結
果物上に、前記コンタクトホールを通じて前記ソース領
域に接続されるキャパシターのストレージノードを形成
する段階とを具備して構成されている。
ビットラインを活性領域として用いるために、前記ビッ
トラインはエピタキシャル工程によって形成される。
を絶縁させるためにシリコンピラーのドレイン領域まで
蝕刻してゲートラインを形成すべく、前記ゲート絶縁膜
及びゲートラインを形成する段階は、前記シリコンピラ
ーの表面上にゲート絶縁膜を形成する段階と、前記ゲー
ト絶縁膜の形成された結果物上に導電層を形成する段階
と、前記導電層、前記ゲート絶縁膜及び前記シリコンピ
ラーを前記ドレイン領域まで蝕刻して前記シリコンピラ
ーを取り囲むゲートラインを形成する段階とからなって
いる。
ては、第1導電型の半導体基板内に第2導電型の埋没不
純物層を形成する段階と、前記埋没不純物層の形成され
た前記半導体基板の表面に第2導電型の表面不純物層を
形成する段階と、前記表面不純物層の形成された前記半
導体基板に活性領域を限定するための第1トレンチ分離
領域を形成する段階と、前記活性領域の部分の前記半導
体基板を前記埋没不純物層まで蝕刻して第2トレンチを
形成する段階と、前記第2トレンチの底部にビットライ
ンを形成する段階と、前記ビットラインの形成された前
記第2トレンチの内部を絶縁物質で埋め立てる段階と、
前記第1トレンチ分離領域を前記埋没不純物層まで蝕刻
して、前記第2導電型の埋没不純物層、前記第1導電型
の半導体基板及び前記第2導電型の表面不純物層からな
るシリコンピラーを形成する段階と、前記シリコンピラ
ーを取り囲むようにゲート絶縁膜及びゲートラインを順
に形成する段階と、前記ゲートラインの形成された結果
物上に絶縁物質を沈積し、これをエッチバックして平坦
化層を形成する段階と、前記平坦化層の形成された結果
物上に絶縁層を形成する段階と、前記絶縁層を部分的に
蝕刻して前記シリコンピラーの表面不純物層を露出させ
るコンタクトホールを形成する段階と、前記コンタクト
ホールの形成された結果物上に、前記コンタクトホール
を通じて前記表面不純物層に接続されるキャパシターの
ストレージノードを形成する段階とを具備して構成され
ている。
ンジスタのドレイン、チャネル及びソースを形成するた
めに、前記第2導電型の埋没不純物層及び表面不純物層
はエピタキシャル工程により形成される。
没不純物層及び表面不純物層を形成するために、前記第
2導電型の埋没不純物層は前記半導体基板に第2導電型
の第1不純物イオンを第1エネルギーで注入して形成
し、また、前記第2導電型の表面不純物層は前記半導体
基板に第2導電型の第2不純物イオンを前記第1エネル
ギーよりも低い第2エネルギーで注入して形成する。
は、ビットライン上にトランジスタとキャパシターとが
形成されて埋没ビットラインを構成し、シリコンピラー
を取り囲む形態で垂直ゲートラインが形成されているの
で、メモリ有効活性領域の面積が最大限に活用される。
ックキャパシターが形成されるので、基板内でトレンチ
間にタッキング現象が生じるということがなく、メモリ
セル間の分離特性が強化される。
ルを有する絶縁層を形成し、この絶縁層上にキャパシタ
ーのストレージノードを形成したので、ゲートラインと
キャパシターのストレージノード間のショート発生の可
能性が少なくなる。
に、キャパシターのストレージノードとトランジスタの
ソース領域とのコンタクトホール面積が、シリコンピラ
ーの中心部に位置する埋没ビットラインによって低減さ
れる。
置の製造方法にあっては、簡略化された工程で、ビット
ライン上にトランジスタ及びキャパシターを形成し、シ
リコンピラーを取り囲む垂直ゲートラインを形成するこ
とができる。
トライン上に絶縁層(好ましくは、少なくとも2つの物
質からなる)を形成し、この絶縁層を蝕刻してソース領
域を露出させるコンタクトホールを形成した後、このコ
ンタクトホールの側壁に絶縁スペーサを形成するので、
前記絶縁層をなしている物質のうちの1つを、コンタク
トホールを形成するための蝕刻工程時に蝕刻阻止層の役
割をはたす物質として使えるため、前記蝕刻工程時にゲ
ートラインが露出されるのが防止される。さらに、前記
絶縁スペーサによってゲートラインとキャパシターとの
電気的なショートが確実に防止される。
活性領域とビットラインを同一のパターンに形成し、1
回の写真蝕刻工程のみでトレンチ分離領域及びシリコン
ピラーを形成することができる。
更に、簡略化された工程で、キャパシターのストレージ
ノードとトランジスタのソース領域とのコンタクトホー
ル面積がシリコンピラーの中心部に位置する埋没ビット
ラインにより低減される。
に説明する。
1実施例による半導体装置の製造方法を説明するための
図面である。
する段階を示し、図1Bと図1Cはそれぞれ図1AのA
A′線及びBB′線に沿う断面図である。第1導電型、
例えばp- 型の半導体基板10上に窒化物を沈積しこれ
を写真蝕刻工程でパターニングすることによって、前記
半導体基板10の活性領域が形成される部分にのみ窒化
物パターン11を形成する。次いで、この窒化物パター
ン11を蝕刻マスクとして利用して前記基板10を所定
の深さに蝕刻してトレンチ(図示せず)を形成した後、
素子間の電気的絶縁を強化させるためにp+ 型の不純物
イオンを注入することによって前記トレンチの底部領域
の下にp+ 不純物層14を形成する。次に、前記トレン
チの形成された基板10の全面に絶縁物質、例えば酸化
物を沈積し、これをエッチバックして前記トレンチの内
部を絶縁物質で埋め立てることによってトレンチ分離領
域12を形成する。
段階を示し、図2Bと図2Cはそれぞれ図2AのAA′
線及びBB′線に沿う断面図である。前記活性領域上の
窒化物パターン11を取り除いてから、半導体基板10
の全面に第2導電型、例えばn+ 型の不純物イオンを注
入して前記基板10の表面にn+ 型の不純物層16を形
成する。このn+ 型の不純物層16は後に続く工程で形
成されるビットラインとトランジスタのドレイン領域間
のコンタクト抵抗を減少させるために提供される。次い
で、前記n+ 型の不純物層16の形成された基板10上
に導電物質、例えば不純物のドープされたポリシリコン
を沈積しこれを写真蝕刻工程でパターニングすることに
よってビットライン18を形成する。
示し、図3Aと図3Bはそれぞれ図2AのAA′線及び
BB′線に沿う断面図である。前記ビットライン18の
形成された結果物全面に、例えば窒化物及び酸化物を順
に沈積して第1絶縁膜20及び第2絶縁膜22を形成し
た後、写真蝕刻工程で前記第1絶縁膜20及び第2絶縁
膜22をパターニングすることによって絶縁膜柱Iを形
成する。この絶縁膜柱Iは、平面的に眺めると格子状の
枠になっている。
イン23、チャネル24及びソース領域25を形成する
段階を示し、図4Bと図4Cはそれぞれ図4AのAA′
線及びBB′線に沿う断面図であり、図5は前記BB′
線に沿う断面斜視図である。前記絶縁膜柱Iの隣接部の
露出された半導体基板をシードとして利用してn- 型の
第1エピタキシャル半導体層23を成長させてから、続
けてその上にp- 型の第2エピタキシャル半導体層24
及びn- 型の第3エピタキシャル半導体層25を連続し
て成長させることによってシリコンピラーを形成する。
前記n- 型の第1エピタキシャル半導体層23はnMO
Sトランジスタのドレイン領域として利用され、p- 型
の第2エピタキシャル半導体層24及びn- 型の第3エ
ピタキシャル半導体層25はそれぞれnMOSトランジ
スタのチャネル及びソース領域として用いられる。ここ
で、ドレイン領域として利用される前記n- 型の第1エ
ピタキシャル半導体層23はビットライン18と接続さ
れている。
た基板をシードとして利用してnMOSトランジスタの
チャネル領域として利用されるp- 型のエピタキシャル
半導体層を前記絶縁膜柱Iの上部まで成長させた後、n
- 型の不純物イオンを高エネルギー及び低エネルギーで
それぞれ2回ずつ注入して前記p- 型のエピタキシャル
半導体層の下部と上部にそれぞれドレイン23及びソー
ス領域25を形成することもできる。
2絶縁膜22を取り除く。その結果物は図5に示されて
いる。
ライン28を形成する段階を示し、図6Bと図6Cはそ
れぞれ図6AのAA′線及びBB′線に沿う断面図であ
る。トランジスタのドレイン23、チャネル24及びソ
ース25として利用されるシリコンピラーの形成された
結果物上に熱酸化工程を施して前記シリコンピラーの表
面上にゲート絶縁膜26を形成する。次いで、このゲー
ト絶縁膜26の形成された結果物上に導電物質、例えば
不純物のドープされたポリシリコンを沈積してから、写
真蝕刻工程で前記導電層をパターニングすることによっ
て前記シリコンピラーを取り囲むゲートライン28を形
成する。このとき、トレンチ分離領域12上のビットラ
イン18と前記ゲートライン28とは第1絶縁膜20に
よって相互に絶縁されている。
を示している。前記ゲートライン28の形成された結果
物上に絶縁物質を沈積した後、ゲートライン28の上部
表面が露出されるまで前記絶縁物質層をエッチバックす
ることによって、前記シリコンピラーによる段差を調節
するための平坦化層30を形成する。
電層40を形成する段階を示している。前記平坦化層3
0の形成された結果物上に絶縁物質、例えば高温酸化物
及び窒化物を順に沈積して第1絶縁層32及び第2絶縁
層34を形成する。このとき、前記第2絶縁層34上
に、例えば高温酸化物からなる第3絶縁層を更に形成す
ることもできる。次いで、写真蝕刻工程で前記トランジ
スタのソース領域25上に積層された第2絶縁層34、
第1絶縁層32、ゲートライン28及びゲート絶縁膜2
6を蝕刻してソース領域25を露出させるコンタクトホ
ール(図示せず)を形成する。次に、前記コンタクトホ
ールの形成された結果物上に絶縁物質、例えば高温酸化
物を沈積しこれをエッチバックして前記コンタクトホー
ルの側面部に絶縁スペーサ36を形成する。この絶縁ス
ペーサ36はゲートライン28と後に続く工程で形成さ
れるキャパシターのストレージノードとの電気的な短絡
を防止するために提供される。次に、前記絶縁スペーサ
36の形成された結果物上にn+ 型の不純物イオンを注
入して前記ソース領域25の上部表面にn+ 型のプラグ
層38を形成する。このn+ 型プラグ層は後に続く工程
で形成されるストレージノードとソース領域25間のコ
ンタクト抵抗を減少させるために提供される。次に、前
記n+ 型プラグ層38の形成された結果物上に導電物
質、例えば不純物のドープされたポリシリコンを沈積し
て第1導電層40を形成する。
電層44を形成する段階を示し、図9Aは図9Bに示さ
れる物質パターン42を上から見た平面図である。前記
第1導電層40の形成された結果物上に、任意の異方性
蝕刻工程に対し前記第1導電層40を構成する物質とは
異なる蝕刻率を有する物質、例えば高温酸化物を沈積し
て物質層(図示せず)を形成した後、写真蝕刻工程で前
記物質層をパターニングして物質パターン42を形成す
る。次いで、前記物質パターン42の形成された結果物
上に、任意の異方性蝕刻工程に対し前記物質パターン4
2を構成する物質とは異なる蝕刻率を有し前記第1導電
層40を構成する物質とは同程度の蝕刻率を有する導電
物質、例えば不純物のドープされたポリシリコンを沈積
して第2導電層44を形成する。
ージノード46を形成する段階を示している。前記物質
パターン42を蝕刻マスクとして利用して前記第1及び
第2導電層40、44をエッチバックすることによっ
て、トランジスタのソース領域25に接続される二重円
筒形のストレージノード46を形成する。次に、前記物
質パターン42を取り除く。
第2実施例による半導体装置の製造方法を説明するため
の図面である。
52aと第1及び第2物質層54、56とを形成する段
階を示している。p- 型の半導体基板50上に、この基
板をシードとして利用してn+ 型エピタキシャル半導体
層52aを成長させる。このn+ 型エピタキシャル半導
体層52aはイオン注入工程により形成することもでき
る。次いで、前記n+ 型エピタキシャル半導体層52a
の形成された結果物上に、例えば酸化物及び窒化物を順
に沈積して第1物質層54及び第2物質層56を形成す
る。このとき、前記第2物質層56はトランジスタを形
成するのに十分なだけの高さに形成しておく。
ンチ分離領域60を形成する段階を示し、図13Bは図
13AのAA′線に沿う断面図である。写真蝕刻工程に
より分離領域の形成される部分の前記第1及び第2物質
層54,56を蝕刻してから、残された第1及び第2物
質層54,56をマスクとして利用して前記n+ 型エピ
タキシャル半導体層52aを蝕刻し、続けて前記基板5
0を所定の深さに蝕刻してトレンチ(図示せず)を形成
する。このとき、前記蝕刻工程によりn+ 型エピタキシ
ャル半導体層52aがパターニングされて埋没ビットラ
イン52が形成され、また、分離領域として利用される
前記トレンチが同時に形成される。従って、活性領域と
埋没ビットライン52とは同一に形成され、前記ビット
ライン方向(図13AのBB′方向)の活性領域は分離
領域を介することなく連続的に伸長している。
るために前記ビットライン52及びトレンチの形成され
た結果物上にp+ 型の不純物イオン57を注入すること
によって、前記トレンチの底部領域にp+ 不純物層58
を形成する。次に、前記基板50の全面に絶縁物質、例
えば酸化物を沈積しこれをエッチバックして前記トレン
チの内部を絶縁物質で埋め立てることによってトレンチ
分離領域60を形成する。このとき、上記のように第2
物質層56は十分に高いので、前記トレンチ分離領域6
0を埋め立てる絶縁物質層も相当に高くなる。
ャネル64及びソース領域66を形成する段階を示して
いる。前記第1及び第2物質層54,56を除去した
後、トレンチ分離領域60を除いた半導体基板上に、こ
の基板をシードとして利用してn- 型の第1エピタキシ
ャル半導体層62を成長させる。続けて、このn- 型の
第1エピタキシャル半導体層62上にp- 型の第2エピ
タキシャル半導体層64及びn- 型の第3エピタキシャ
ル半導体層66を連続して成長させることによってシリ
コンピラーを形成する。前記n- 型の第1エピタキシャ
ル半導体層62はnMOSトランジスタのドレイン領域
として利用され、p- 型の第2エピタキシャル半導体層
64及びn- 型の第3エピタキシャル半導体層66はそ
れぞれnMOSトランジスタのチャネル及びソース領域
として利用される。ここで、ドレイン領域として利用さ
れる前記n- 型の第1エピタキシャル半導体層62は、
ビットライン52として用いられるn+ 型のエピタキシ
ャル半導体層と接続されている。
板をシードとして利用してnMOSトランジスタのチャ
ネル領域として利用されるp- 型のエピタキシャル半導
体層を前記トレンチ分離領域60の上部まで成長させた
後、n- 型の不純物イオンを高エネルギー及び低エネル
ギーでそれぞれ2回ずつ注入して前記p- 型のエピタキ
シャル半導体層の下部と上部にそれぞれドレイン62及
びソース領域66を形成することもできる。
を示している。トランジスタのドレイン62、チャネル
64及びソース66として利用されるシリコンピラーを
露出させるために、前記トレンチ分離領域60の内部の
絶縁物質層を前記ドレイン領域62まで蝕刻する。次い
で、前記結果物上に熱酸化工程を施して前記シリコンピ
ラーの表面上にゲート絶縁膜68を形成する。
る段階を示し、図16Aは図16Bに示された平面図の
AA′線に沿う断面図であり、図16Bに示された断面
図は前記平面図のBB′線に沿う断面図である。前記ゲ
ート絶縁膜68の形成された結果物上に導電物質、例え
ば不純物のドープされたポリシリコンを沈積した後、写
真蝕刻工程で前記導電層、ゲート絶縁膜68及びシリコ
ンピラーを蝕刻することによって前記シリコンピラーを
取り囲むゲートライン70を形成する。このとき、ビッ
トライン方向(BB′方向)に各トランジスタを絶縁さ
せるために、前記ゲートライン70を形成するための蝕
刻工程時においてシリコンピラーのドレイン領域62ま
で蝕刻する。
している。前記ゲートライン70の形成された結果物上
に絶縁物質を沈積してから、ゲートライン70の上部表
面が露出されるまで前記絶縁物質層をエッチバックする
ことによって、前記シリコンピラーによる段差を調節す
るための平坦化層72を形成する。このとき、前記平坦
化層72は前記ゲートライン形成のための蝕刻工程時に
形成されたホールを完全に埋め立てる。
82を形成する段階を示している。前記平坦化層72の
形成された結果物上に絶縁物質、例えば高温酸化物及び
窒化物を順に沈積して第1絶縁層74及び第2絶縁層7
6を形成する。次いで、写真蝕刻工程で前記トランジス
タのソース領域66上に積層された第2絶縁層76、第
1絶縁層74、ゲートライン70及びゲート絶縁膜68
を蝕刻してソース領域66を露出させるコンタクトホー
ル(図示せず)を形成する。次に、前記コンタクトホー
ルの形成された結果物上に絶縁物質、例えば高温酸化物
を沈積しこれをエッチバックして前記コンタクトホール
の側面部に絶縁スペーサ78を形成する。次いで、前記
絶縁スペーサ78の形成された結果物上にn+ 型の不純
物イオンを注入して前記ソース領域66の上部表面にn
+ 型のフラグ層80を形成する。次に、前記n+ 型のフ
ラグ層80の形成された結果物上に導電物質、例えば不
純物のドープされたポリシリコンを沈積して第1導電層
82を形成する。次いで、図示していないが、前記第1
実施例で説明した方法を参照してキャパシターのストレ
ージノード製造工程を実施する。
濃度でドープされたエピタキシャル半導体層を活性領域
及びビットラインとして同時に利用し、1回の写真蝕刻
工程のみでトレンチ分離領域及びシリコンピラーを形成
できるので、2回の写真蝕刻工程を省くことができる
(前述した第1実施例によれば、トレンチ分離領域を形
成した後にビットライン及びシリコンピラーを形成する
ための絶縁膜柱を形成する写真蝕刻工程が必要であ
る)。
第3実施例による半導体装置の製造方法を説明するため
の図面である。
成する段階を示している。p- 型の半導体基板100の
全面にn+ 型の第1不純物イオン101を高エネルギー
で注入して前記基板100の所定の深さにn+ 型の埋没
不純物層102を形成する。また、もちろん前記n+ 型
の埋没不純物層102をエピタキシャル工程により形成
することも可能であり、この場合には基板100上に埋
没不純物層102が形成される。
成する段階を示している。前記n+型の埋没不純物層1
02の形成された基板100の全面にn+ 型の第2不純
物イオン103を注入して、前記基板100の表面にn
+ 型の表面不純物層104を形成する。前記n+ 型の表
面不純物層104はnMOSトランジスタのソース領域
として用いられ、n+ 型の埋没不純物102はドレイン
領域として利用され、それらの間のp- 型基板100は
チャネル領域として利用される。
没不純物102をエピタキシャル工程で形成する場合に
は、n+ 型の埋没不純物102上にp- 型のエピタキシ
ャル半導体層を成長させ、更にその上にn+ 型の表面不
純物層104を形成する。また、n+ 型の表面不純物層
104は前記基板100上にn+ 型不純物でドープされ
たポリシリコンを沈積して形成することもできる。
形成する段階を示している。トランジスタのドレイン1
02、チャネル100及びソース領域104の形成され
た結果物上に、トレンチ分離領域を形成するためのマス
ク層として第1酸化膜106、ポリシリコン膜108、
第2酸化膜110及び窒化膜112を順に形成する。次
いで、写真蝕刻工程で前記マスク層を蝕刻した後、残さ
れた前記マスク層を蝕刻マスクとして利用して前記基板
100をドレイン領域102よりも深く蝕刻することに
よって第1トレンチ(図示せず)を形成する。次に、素
子間の電気的な絶縁を強化させるために、前記第1トレ
ンチの形成された結果物上にp+ 型の不純物イオン11
3を注入することによって、前記第1トレンチの底部領
域の下にp+ 不純物層114を形成する。次いで、前記
結果物の全面に絶縁物質、例えば酸化物を沈積しこれを
エッチバックして前記第1トレンチの内部を絶縁物質で
埋め立てることによってトレンチ分離領域116を形成
する。このとき、前記絶縁物質層は第1酸化膜106ま
でエッチバックする。
ン122を形成する段階を示し、図23Aと23Bはそ
れぞれ図22のAA′線及びBB′線に沿う断面図であ
る。写真蝕刻工程で前記トレンチ分離領域116により
限定された活性領域の所定部分をドレイン領域102ま
で蝕刻することによって、埋没ビットラインを形成する
ための第2トレンチ(図示せず)を形成する。このと
き、前記第2トレンチの蝕刻工程時、埋没ビットライン
に屈曲が生じることを防止するためにトレンチ分離領域
116を埋め立てている酸化物とシリコンとの蝕刻選択
比は1:1に維持しておく。
物全面にn+ 型の不純物イオン121を注入して第2ト
レンチの底部領域にn+ 型の不純物層(図示せず)を形
成する。次いで、前記第2トレンチの形成された結果物
上に導電物質、例えば不純物のドープされたポリシリコ
ンを沈積しこれをエッチバックしてビットライン122
を形成する。次に、前記ビットライン122の形成され
た結果物上に酸化物を沈積しこれをエッチバックして前
記ビットライン122上に第1絶縁膜124を形成し、
更にこの第1絶縁膜124上に窒化物を沈積しこれをエ
ッチバックして前記第1絶縁膜124上に第2絶縁膜1
26を形成する。この時、前記マスク層として利用され
た窒化膜112が取り除かれる。次いで、前記結果物上
に酸化物を更に沈積しこれをエッチバックして第3絶縁
膜128を形成する。この時、前記マスク層として用い
られた第2酸化膜110が取り除かれる。ここで、窒化
膜からなる前記第2絶縁膜126の位置(厚さ)によっ
て、後に続くシリコンピラー形成工程時にビットライン
122と第1絶縁膜124の厚さが決定され、また、同
前記第2絶縁膜126によってシリコンピラー間の段差
が低められ、後に続くゲートライン蝕刻工程時にゲート
ストリンガー(gate stringer) の発生が防止される。
段階を示し、図24Aと図24Bはそれぞれ図22のA
A′線及びBB′線に沿う断面図である。前記トレンチ
分離領域116内の絶縁物質層をドレイン領域102ま
で蝕刻して、ドレイン102、チャネル100及びソー
ス領域104からなるシリコンピラーを形成する。この
とき、前記蝕刻工程時に第2絶縁膜128は共に蝕刻さ
れ、また、トレンチ分離領域を形成するためのマスク層
として用いられるポリシリコン膜108はシリコンピラ
ーの形成される基板領域が蝕刻されることを防止する。
次いで、前記ポリシリコン膜108及び第1酸化膜10
6を湿式蝕刻工程で全部除去する。
ートライン132を形成する段階を示している。前記シ
リコンピラーの形成された結果物上に熱酸化工程を施し
てシリコンピラーの表面上にゲート絶縁膜130を形成
する。次いで、前記ゲート絶縁膜130の形成された結
果物上に導電物質、例えば不純物のドープされたポリシ
リコンを沈積した後、写真蝕刻工程で前記導電層を蝕刻
することによって前記シリコンピラーを取り囲むゲート
ライン132を形成する。
れた結果物を示す斜視図である。
示している。前記ゲートライン132の形成された結果
物上に絶縁物質を沈積した後、ゲートライン132の上
部表面が露出されるまで前記絶縁物質層をエッチバック
することによって、前記シリコンピラーによる段差を調
節するための平坦化層134を形成する。
144を形成する段階を示している。前記平坦化層13
4の形成された結果物上に絶縁物質、例えば高温酸化物
及び窒化物を順に沈積して第1絶縁層136及び第2絶
縁層138を形成する。次いで、写真蝕刻工程で前記ト
ランジスタのソース領域104上に積層された第2絶縁
層138、第1絶縁層136、ゲートライン132及び
ゲート絶縁膜130を蝕刻してソース領域104を露出
させるコンタクトホール(図示せず)を形成する。次
に、前記コンタクトホールの形成された結果物上に絶縁
物質、例えば高温酸化物を沈積しこれをエッチバックし
て前記コンタクトホールの側面部に絶縁スペーサ140
を形成する。それから、前記絶縁スペーサ140の形成
された結果物上にn+ 型の不純物イオンを注入して前記
ソース領域104の上部表面にn+型のフラグ層142
を形成する。次に、前記n+ 型のフラグ層142の形成
された結果物上に導電物質、例えば不純物のドープされ
たポリシリコンを沈積して第1導電層144を形成す
る。次いで、図示していないが、前記第1実施例で説明
した方法を参照してキャパシターのストレージノード製
造工程を実施する。
択的にエピタキシャル半導体層を成長させなくても埋没
ビットライン及びシリコンピラーを形成することができ
る。また、キャパシターのストレージノードとトランジ
スタのソース領域とのコンタクトホール面積が前記シリ
コンピラーの中心部に位置する埋没ビットライン領域に
よって減少する。
るものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲内にお
いて種々の改変をなし得ることはもちろんである。
イン構造とシリコンピラーを取り囲む垂直ゲート構造と
が提供されるので、有効活性領域の面積を最大限活用す
ることができる。また、スタックキャパシターが形成さ
れるので、メモリセル間にすぐれた分離特性が得られ
る。さらに、ゲートライン上にコンタクトホールを有す
る絶縁層を形成し、この絶縁層上にキャパシターのスト
レージノードを形成したので、電極間のショート発生の
可能性が少なくなる。
半導体層で形成されたビットラインを活性領域として用
いることができる。
トレンチ分離領域を同時に形成して写真蝕刻工程の回数
を減らすことができる。
み選択的にトランジスタのドレイン、チャネル及びソー
ス領域からなるシリコンピラーを形成することができ
る。
の効果に加えて、キャパシターのストレージノードとト
ランジスタのソース領域とのコンタクトホール面積をシ
リコンピラーの中心部に位置する埋没ビットラインによ
り低減することができる。
程で、ビットライン上にトランジスタ及びキャパシター
を形成し、シリコンピラーを取り囲む垂直ゲートライン
を形成することができる。
通常の蒸着方法で容易に形成することができる。
シャル工程により活性領域上にのみシリコンピラーを形
成し、また、相異なる導電型のエピタキシャル半導体層
を連続的に順次成長させてトランジスタのドレイン、チ
ャネル及びソース領域を形成することができる。
シャル工程と2回のイオン注入工程によりトランジスタ
のドレイン、チャネル及びソース領域を形成することが
できる。
筒形のストレージノードを形成することができる。
明の効果に加えて、活性領域とビットラインを同一のパ
ターンに形成し、1回の写真蝕刻工程のみでトレンチ分
離領域及びシリコンピラーを形成することができる。
ル半導体層により形成されたビットラインを活性領域と
して用いることができる。
方向に各トランジスタを絶縁させることができる。
明の効果に加えて、簡略化された工程で、キャパシター
のストレージノードとトランジスタのソース領域とのコ
ンタクトホール面積をシリコンピラーの中心部に位置す
る埋没ビットラインにより低減することができる。
ル工程を連続的に施してトランジスタのドレイン、チャ
ネル及びソースを形成することができる。
注入工程により埋没不純物層及び表面不純物層を形成す
ることができる。
工程を示す図
造工程を示す図
造工程を示す図
域) 24,64…第2エピタキシャル半導体層(チャネル領
域) 25,64…第3エピタキシャル半導体層(ソース領
域) 26,68,130…ゲート絶縁膜 28,70,132…ゲートライン 30,72,134…平坦化層 32,74,136…第1絶縁層 34,76,138…第2絶縁層 36,78,140…絶縁スペーサ 40…第1導電層 42…物質パターン 44…第2導電層 46…ストレージノード 52a…エピタキシャル半導体層(導電層) 54…第1物質層 56…第2物質層 100…半導体基板(チャネル領域) 102…埋没不純物層 104…表面不純物層 116…トレンチ分離領域(第1トレンチ分離領域) 124…第1絶縁膜 126…第2絶縁膜 I…絶縁膜柱
Claims (16)
- 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板に活性領域を限定するために形成された
トレンチ分離領域と、 前記トレンチ分離領域の形成された前記半導体基板上に
形成されたビットラインと、 前記ビットライン上に形成され、下から順にトランジス
タのドレイン、チャネル及びソース領域を形成してなる
シリコンピラーと、 前記シリコンピラーを取り囲んでその上に順に形成され
たゲート絶縁膜及びゲートラインと、 隣接する前記ゲートラインの間に形成された平坦化層
と、 前記ゲートライン上に形成され、前記トランジスタのソ
ース領域を露出させるコンタクトホールを有する絶縁層
と、 前記絶縁層上に形成され、前記コンタクトホールを通じ
て前記トランジスタのソース領域に接続されるキャパシ
ターのストレージノードとを具備することを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項2】 前記ビットラインはエピタキシャル半導
体層からなることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項3】 前記ビットラインは前記活性領域と同一
のパターンで形成されていることを特徴とする請求項1
記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記シリコンピラーはエピタキシャル半
導体層からなることを特徴とする請求項1記載の半導体
装置。 - 【請求項5】 半導体基板と、 前記半導体基板に活性領域を限定するために形成された
第1トレンチ分離領域と、 前記第1トレンチ分離領域の間に形成され、前記半導体
基板の表面部分から下へ順にトランジスタのソース、チ
ャネル及びドレイン領域を形成してなるシリコンピラー
と、 前記シリコンピラーの上面から前記シリコンピラーのド
レイン領域まで形成された第2トレンチと、 前記第2トレンチの底部に形成されたビットラインと、 前記第2トレンチの内部を埋め立てる絶縁膜と、 前記シリコンピラーを取り囲んでその上に順に形成され
たゲート絶縁膜及びゲートラインと、 隣接する前記ゲートラインの間に形成された平坦化層
と、 前記ゲートライン上に形成され、前記トランジスタのソ
ース領域を露出させるコンタクトホールを有する絶縁層
と、 前記絶縁層上に形成され、前記コンタクトホールを通じ
て前記トランジスタのソース領域に接続されるキャパシ
ターのストレージノードとを具備することを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項6】 第1導電型の半導体基板に活性領域を限
定するためのトレンチ分離領域を形成する段階と、 前記トレンチ分離領域の形成された前記半導体基板上に
ビットラインを形成する段階と、 前記トレンチ分離領域上に第1絶縁膜とこの第1絶縁膜
に積層された第2絶縁膜とからなる絶縁膜柱を形成する
段階と、 前記絶縁膜柱から露出された前記半導体基板上に、下か
ら順にトランジスタのドレイン、チャネル及びソース領
域を形成してなるシリコンピラーを形成する段階と、 前記第2絶縁膜を取り除く段階と、 前記シリコンピラーを取り囲むようにゲート絶縁膜及び
ゲートラインを順に形成する段階と、 前記ゲートラインの形成された結果物上に絶縁物質を沈
積し、これをエッチバックして平坦化層を形成する段階
と、 前記平坦化層の形成された結果物上に絶縁層を形成する
段階と、 前記絶縁層を部分的に蝕刻して前記シリコンピラーのソ
ース領域を露出させるコンタクトホールを形成する段階
と、 前記コンタクトホールの形成された結果物上に、前記コ
ンタクトホールを通じて前記ソース領域に接続されるキ
ャパシターのストレージノードを形成する段階とを具備
することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記ビットラインは不純物のドープされ
たポリシリコン層からなることを特徴とする請求項6記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記シリコンピラーを形成する段階は、 前記絶縁膜柱から露出された前記半導体基板上に、トラ
ンジスタのドレイン領域として利用される第2導電型の
第1エピタキシャル半導体層を形成する段階と、 前記第1エピタキシャル半導体層上に、トランジスタの
チャネル領域として利用される第1導電型の第2エピタ
キシャル半導体層を形成する段階と、 前記第2エピタキシャル半導体層上に、トランジスタの
ソース領域として用いられる第2導電型の第3エピタキ
シャル半導体層を形成する段階とからなることを特徴と
する請求項6記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記シリコンピラーを形成する段階は、 前記絶縁膜柱から露出された前記半導体基板上に第1導
電型のエピタキシャル半導体層を形成する段階と、 前記エピタキシャル半導体層の形成された結果物上に第
2導電型の第1不純物イオンを第1エネルギーで注入す
ることにより、前記エピタキシャル半導体層の下部にト
ランジスタのドレイン領域を形成する段階と、 前記ドレイン領域の形成された結果物上に第2導電型の
第2不純物イオンを前記第1エネルギーよりも低い第2
エネルギーで注入することにより、前記エピタキシャル
半導体層の上部にトランジスタのソース領域を形成する
段階とからなることを特徴とする請求項6記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記キャパシターのストレージノード
を形成する段階は、 前記コンタクトホールの形成された結果物上に第1導電
層を形成する段階と、 前記第1導電層上に物質パターンを形成する段階と、 前記物質パターンの形成された結果物上に第2導電層を
形成する段階と、 前記第2導電層及び前記第1導電層をエッチバックする
段階と、 前記物質パターンを取り除く段階とからなることを特徴
とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 第1導電型の半導体基板上に導電層及
び物質層を順に形成する段階と、 前記物質層、前記導電層及び前記半導体基板を蝕刻して
ビットラインを形成すると同時にトレンチを形成する段
階と、 前記トレンチの内部を絶縁物質で埋め立ててトレンチ分
離領域を形成する段階と、 前記物質層を取り除く段階と、 前記トレンチ分離領域を除く前記半導体基板上に、下か
ら順にトランジスタのドレイン、チャネル及びソース領
域を形成してなるシリコンピラーを形成する段階と、 前記トレンチ分離領域内部の絶縁物質層を前記シリコン
ピラーのドレイン領域まで蝕刻する段階と、 前記シリコンピラーを取り囲むようにゲート絶縁膜及び
ゲートラインを順に形成する段階と、 前記ゲートラインの形成された結果物上に絶縁物質を沈
積し、これをエッチバックして平坦化層を形成する段階
と、 前記平坦化層の形成された結果物上に絶縁層を形成する
段階と、 前記絶縁層を部分的に蝕刻して前記シリコンピラーのソ
ース領域を露出させるコンタクトホールを形成する段階
と、 前記コンタクトホールの形成された結果物上に、前記コ
ンタクトホールを通じて前記ソース領域に接続されるキ
ャパシターのストレージノードを形成する段階とを具備
することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 前記ビットラインはエピタキシャル工
程により形成されることを特徴とする請求項11記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】 前記ゲート絶縁膜及びゲートラインを
形成する段階は、 前記シリコンピラーの表面上にゲート絶縁膜を形成する
段階と、 前記ゲート絶縁膜の形成された結果物上に導電層を形成
する段階と、 前記導電層、前記ゲート絶縁膜及び前記シリコンピラー
を前記ドレイン領域まで蝕刻して前記シリコンピラーを
取り囲むゲートラインを形成する段階とからなることを
特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項14】 第1導電型の半導体基板内に第2導電
型の埋没不純物層を形成する段階と、 前記埋没不純物層の形成された前記半導体基板の表面に
第2導電型の表面不純物層を形成する段階と、 前記表面不純物層の形成された前記半導体基板に活性領
域を限定するための第1トレンチ分離領域を形成する段
階と、 前記活性領域の部分の前記半導体基板を前記埋没不純物
層まで蝕刻して第2トレンチを形成する段階と、 前記第2トレンチの底部にビットラインを形成する段階
と、 前記ビットラインの形成された前記第2トレンチの内部
を絶縁物質で埋め立てる段階と、 前記第1トレンチ分離領域を前記埋没不純物層まで蝕刻
して、前記第2導電型の埋没不純物層、前記第1導電型
の半導体基板及び前記第2導電型の表面不純物層からな
るシリコンピラーを形成する段階と、 前記シリコンピラーを取り囲むようにゲート絶縁膜及び
ゲートラインを順に形成する段階と、 前記ゲートラインの形成された結果物上に絶縁物質を沈
積し、これをエッチバックして平坦化層を形成する段階
と、 前記平坦化層の形成された結果物上に絶縁層を形成する
段階と、 前記絶縁層を部分的に蝕刻して前記シリコンピラーの表
面不純物層を露出させるコンタクトホールを形成する段
階と、 前記コンタクトホールの形成された結果物上に、前記コ
ンタクトホールを通じて前記表面不純物層に接続される
キャパシターのストレージノードを形成する段階とを具
備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項15】 前記第2導電型の埋没不純物層及び表
面不純物層はエピタキシャル工程により形成されること
を特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項16】 前記第2導電型の埋没不純物層は前記
半導体基板に第2導電型の第1不純物イオンを第1エネ
ルギーで注入して形成し、また、前記第2導電型の表面
不純物層は前記半導体基板に第2導電型の第2不純物イ
オンを前記第1エネルギーよりも低い第2エネルギーで
注入して形成することを特徴とする請求項14記載の半
導体装置の製造方法。
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