JPH0831568B2 - Method for manufacturing semiconductor memory device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor memory device

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JPH0831568B2
JPH0831568B2 JP1074658A JP7465889A JPH0831568B2 JP H0831568 B2 JPH0831568 B2 JP H0831568B2 JP 1074658 A JP1074658 A JP 1074658A JP 7465889 A JP7465889 A JP 7465889A JP H0831568 B2 JPH0831568 B2 JP H0831568B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、MOS(Metal−Oxide−Semiconductor)型
半導体記憶装置に関するもので、特に、個々のメモリセ
ルが1トランジスタ−1キャパシタで構成された半導体
記憶装置に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) type semiconductor memory device, and in particular, each memory cell is composed of one transistor and one capacitor. The present invention relates to a semiconductor memory device.

(従来の技術) 半導体記憶装置の高集積化が進むにつれ、1メモリセ
ル当たりの半導体基板主面に占める平面積を縮小する必
要が生じている。このため、トランジスタ及びキャパシ
タ各々の基板主面に占める平面積を縮小する必要があ
る。しかし、キャパシタを単に小型化するとその蓄積容
量が小さくなり、半導体記憶装置の誤動作を招くことに
なる。そこで、スタックドキャパシタと称されるキャパ
シタ構造、或いは、トレンチキャパシタと称されるキャ
パシタ構造を有する半導体記憶装置等が提案されてい
た。
(Prior Art) As the degree of integration of a semiconductor memory device has advanced, it has become necessary to reduce the plane area occupied by the main surface of the semiconductor substrate per memory cell. Therefore, it is necessary to reduce the plane area of each of the transistor and the capacitor on the main surface of the substrate. However, if the capacitor is simply downsized, its storage capacity is reduced, which causes malfunction of the semiconductor memory device. Therefore, a semiconductor memory device having a capacitor structure called a stacked capacitor or a capacitor structure called a trench capacitor has been proposed.

トレンチキャパシタ構造を有する半導体記憶装置の一
般的な構造は、以下に説明するようなものであった。第
4図はその説明に供する図であり、トレンチキャパシタ
を有する半導体記憶装置をその1メモリセル部分に着目
して概略的に示した断面図である。
The general structure of the semiconductor memory device having the trench capacitor structure was as described below. FIG. 4 is a diagram used for the explanation, and is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor memory device having a trench capacitor, focusing on one memory cell portion thereof.

この半導体記憶装置によれば、半導体基板(シリコン
基板)11の所定領域にキャパシタ形成用の溝13が設けら
れている。さらに、この溝13内には、絶縁膜15を挟ん
で、ポリシリコンから成る電荷蓄積電極17、ポリシリコ
ン表面を酸化して形成されたキャパシタ誘電体膜19及び
ポリシリコンから成るセルプレート21がこの順で埋込ま
れている。また、半導体基板11のキャパシタ用の溝13に
隣接する領域には、トランスファーゲートトランジスタ
23が設けられている。さらに、このトランスファーゲー
トトランジスタ23の一方の活性領域25には、上述の電荷
蓄積電極17が接続され、他方の活性領域27にはビット線
29が接続されている。なお、図中31は、トランスファー
ゲートトランジスタ23のゲート電極、33はワード線、35
は絶縁膜である。
According to this semiconductor memory device, a groove 13 for forming a capacitor is provided in a predetermined region of a semiconductor substrate (silicon substrate) 11. Further, in the groove 13, a charge storage electrode 17 made of polysilicon, a capacitor dielectric film 19 formed by oxidizing the surface of polysilicon, and a cell plate 21 made of polysilicon are sandwiched with an insulating film 15 interposed therebetween. It is buried in order. In addition, a transfer gate transistor is formed in a region adjacent to the capacitor groove 13 of the semiconductor substrate 11.
23 are provided. Further, the charge storage electrode 17 is connected to one active region 25 of the transfer gate transistor 23, and the bit line is connected to the other active region 27.
29 is connected. In the figure, 31 is a gate electrode of the transfer gate transistor 23, 33 is a word line, and 35 is a word line.
Is an insulating film.

上述のような半導体記憶装置によれば、キャパシタ
が、溝13を利用して3次元的に形成されているため、キ
ャパシタの基板面に占める平面積を低減しつつ必要な電
荷蓄積容量が得られた。さらに、基板内にキャパシタが
あるのでα線に起因するソフトエラーも生じにくいとい
う利点を有していた。
According to the semiconductor memory device as described above, since the capacitor is formed three-dimensionally by utilizing the groove 13, the required charge storage capacitance can be obtained while reducing the plane area occupied by the substrate surface of the capacitor. It was Further, since there is a capacitor in the substrate, there is an advantage that a soft error caused by α rays is unlikely to occur.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、トレンチキャパシタを用いた上述のよ
うな半導体記憶装置といえど、キャパシタ及びトランジ
スタは半導体基板上にそれぞれ平面的に配置しなければ
ならない。従って、半導体基板上には、キャパシタ及び
トランジスタそれぞれを形成するための面積を確保しな
ければならず、このため、1メモリセルの平面積の縮小
化にもおのずと限界があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, even in the above-described semiconductor memory device using the trench capacitor, the capacitor and the transistor must be arranged in a plane on the semiconductor substrate. Therefore, it is necessary to secure an area for forming each of the capacitor and the transistor on the semiconductor substrate. Therefore, there is a limit in reducing the plane area of one memory cell.

また、1メモリセルの平面積を縮小するためにトラン
ジスタのゲート長やゲート幅の縮小も行なわれている。
しかし、このような縮小化は、短チャネル効果及び狭チ
ャネル効果によるしきい値電圧の変動等を伴うため、や
はり限界があった。これらを解決し得る1つの構造とし
て、多数のメモリセルを具える半導体記憶装置であっ
て、各メモリセルはシリコン基板上に形成された絶縁膜
(これを「下側絶縁膜」とも称する。)上にそれぞれ形
成されていて、かつ、各メモリセルは、前記下側絶縁膜
上に設けられた電荷蓄積電極、第一のソース・ドレイン
拡散層、チャネル用半導体層及び第二のソース・ドレイ
ン拡散層をこの順で具える柱状体と、前記電荷蓄積電極
を囲うキャパシタ誘電体膜と、該キャパシタ誘電体膜を
囲うプレート電極と、前記チャネル用半導体層を囲うゲ
ート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜を囲うゲート電極とを具
えた構成となっている半導体記憶装置が考えられる。こ
の構造によれば、上記柱状体の中にトランジスタの主要
部とキャパシタの主要部とが立体的に重ねて配置される
ので1メモリセルの平面積の縮小化が図れ、然も、ゲー
ト長はチャネル用半導体層の厚さにより、ゲート幅はこ
のチャネル用半導体層のシリコン基板主面に平行な方向
に切った断面積によりそれぞれ決定されるので、短チャ
ネル効果や狭チャネル効果の影響を受けにくいからであ
る。しかし、このような構造の半導体装置を簡易に製造
できる方法はなかった。
Further, in order to reduce the plane area of one memory cell, the gate length and gate width of the transistor are also reduced.
However, such a reduction has a limit because it involves variations in the threshold voltage due to the short channel effect and the narrow channel effect. As one structure that can solve these problems, a semiconductor memory device including a large number of memory cells, in which each memory cell is an insulating film formed on a silicon substrate (also referred to as a “lower insulating film”). Each of the memory cells formed on the lower insulating film has a charge storage electrode, a first source / drain diffusion layer, a channel semiconductor layer, and a second source / drain diffusion layer. A columnar body including layers in this order, a capacitor dielectric film surrounding the charge storage electrode, a plate electrode surrounding the capacitor dielectric film, a gate insulating film surrounding the channel semiconductor layer, and a gate insulating film A semiconductor memory device having a structure including a gate electrode surrounding the is conceivable. According to this structure, the main portion of the transistor and the main portion of the capacitor are three-dimensionally overlapped in the columnar body, so that the plane area of one memory cell can be reduced, and the gate length can be reduced. The gate width is determined by the thickness of the channel semiconductor layer and is determined by the cross-sectional area of the channel semiconductor layer cut in the direction parallel to the main surface of the silicon substrate, and thus is not easily affected by the short channel effect and the narrow channel effect. Because. However, there has been no method for easily manufacturing a semiconductor device having such a structure.

(課題を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この発明によれば、多数
のメモリセルを具える半導体記憶装置であって、各メモ
リセルはシリコン基板上に形成された絶縁膜(下側絶縁
膜)上にそれぞれ形成されていて、かつ、各メモリセル
は、前記下側絶縁膜上に設けられた電荷蓄積電極、第一
のソース・ドレイン拡散層、チャネル用半導体層及び第
二のソース・ドレイン拡散層をこの順で具える柱状体
と、前記電荷蓄積電極を囲うキャパシタ誘電体膜と、該
キャパシタ誘電体膜を囲うプレート電極と、前記チャネ
ル用半導体層を囲うゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜を
囲うゲート電極とを具えた構成となっている半導体記憶
装置を製造するに当たり、 シリコン基板の表面から所定の深さの領域にイオン注
入法により酸素イオンを打ち込む工程と、 該酸素イオンが打ち込まれたシリコン基板に対し前記
酸素イオンを注入した領域付近を酸化し得る熱処理をし
て前記下側絶縁膜を得る工程と、 該熱処理後の前記シリコン基板上に、該シリコン基板
の表層部に残存しているシリコン単結晶部分をシードと
して、高不純物濃度のシリコン層、およびシリコン層を
この順に成長させる工程と、 該成長させたシリコン層表面に、前記柱状体を得るた
めの中間体としてのシリコン柱を形成するための、エッ
チングマスクを形成する工程と、 前記形成されたシリコン層、高不純物濃度のシリコン
層および前記シードの、前記エッチングマスクから露出
する部分をそれぞれ除去して、当該シリコン柱を得ると
共に該シリコン柱における前記高不純物濃度のシリコン
層部分をもって前記電荷蓄積電極を得る工程と、 該シリコン柱の側面に熱酸化法により酸化膜を形成
し、該酸化膜の前記得られた電荷蓄積電極に接する部分
をもって、前記キャパシタ誘電体膜を得る工程と、 該キャパシタ誘電体膜の形成が済んだ試料の前記シリ
コン柱間に、所定厚さでポリシリコン層を形成しこれを
もって前記プレート電極を得る工程と、 該プレート電極の形成が済んだ試料の前記シリコン柱
間の部分上に、第一のソース・ドレイン層を形成するた
めの固層拡散源となる第一の層を所定の厚さで形成する
工程と、 該第一の層の形成が済んだ試料の前記シリコン柱間の
部分上に、ゲート電極を所定の厚さで形成する工程と、 該ゲート電極の形成が済んだ試料の前記シリコン柱間
の部分上に、第二のソース・ドレイン層を形成するため
の固層拡散源となる第二の層を所定の厚さで形成する工
程と、 前記第一および第二の層柱の不純物を前記シリコン柱
の対応する部分にそれぞれ拡散させて前記第一および第
二のソース・ドレイン層を形成する工程と を含むことを特徴とする。
(Means for Solving the Problem) In order to achieve this object, according to the present invention, there is provided a semiconductor memory device having a large number of memory cells, each memory cell being an insulating film formed on a silicon substrate. Each memory cell is formed on the (lower insulating film), and each memory cell has a charge storage electrode, a first source / drain diffusion layer, a channel semiconductor layer, and a channel semiconductor layer which are provided on the lower insulating film. A columnar body having two source / drain diffusion layers in this order, a capacitor dielectric film surrounding the charge storage electrode, a plate electrode surrounding the capacitor dielectric film, and a gate insulating film surrounding the channel semiconductor layer. In manufacturing a semiconductor memory device having a structure including a gate electrode surrounding the gate insulating film, an oxygen ion is implanted into a region of a predetermined depth from the surface of the silicon substrate by an ion implantation method. And a step of performing a heat treatment on the silicon substrate in which the oxygen ions have been implanted to oxidize the vicinity of the region in which the oxygen ions have been implanted, to obtain the lower insulating film, and the silicon substrate after the heat treatment. And a step of growing a high impurity concentration silicon layer and a silicon layer in this order using the silicon single crystal portion remaining on the surface layer of the silicon substrate as a seed, and the columnar structure on the surface of the grown silicon layer. A step of forming an etching mask for forming a silicon pillar as an intermediate for obtaining a body, and a portion of the formed silicon layer, a high impurity concentration silicon layer and the seed exposed from the etching mask Are removed to obtain the silicon pillar, and the silicon pillar portion having the high impurity concentration in the silicon pillar is provided. A step of obtaining a charge storage electrode, a step of forming an oxide film on a side surface of the silicon pillar by a thermal oxidation method, and a step of obtaining the capacitor dielectric film with a portion of the oxide film in contact with the obtained charge storage electrode, A step of forming a polysilicon layer with a predetermined thickness between the silicon pillars of the sample on which the capacitor dielectric film has been formed to obtain the plate electrode, and the silicon of the sample on which the plate electrode has been formed. The step of forming a first layer, which serves as a solid layer diffusion source for forming the first source / drain layer, with a predetermined thickness on the portion between the pillars, and the formation of the first layer are completed. A step of forming a gate electrode with a predetermined thickness on the portion between the silicon pillars of the sample, and a second source / drain layer on the portion between the silicon pillars of the sample after the formation of the gate electrode. Solid layer expansion to form Forming a second layer to be a source with a predetermined thickness, and diffusing impurities of the first and second layer pillars into corresponding portions of the silicon pillar, respectively, and the first and second sources. And a step of forming a drain layer.

(作用) この発明の構成によれば、SIMOXおよび結晶成長技術
を用いるので、各メモリセルをその下方側について電気
的にそれぞれ分離するための下側絶縁膜と、シリコン柱
を得るための半導体層とをそれぞれ容易に得ることがで
きる。また、シリコン柱を形成する加工が終了すると電
荷蓄積電極も同時に形成できる。また、第一および第二
のソース・ドレイン拡散層はシリコン柱の周囲に形成し
た固層拡散源となる第一および第二の層からの不純物の
固層拡散により形成される。ここで、固層拡散源となる
第一の層はプレート電極上に形成されるから、このプレ
ート電極と対向している電荷蓄積電極に対しこの第一の
層は所定の位置関係をもって形成される。このため、こ
の第一の層を拡散源として形成される第一のソース・ド
レイン拡散層は、確実に電荷集積電極と電気的な接続が
確保された状態で形成されることになるので、トランジ
スタ部とキャパシタ部との電気的な接続が安定に確保さ
れる。
(Operation) According to the configuration of the present invention, since the SIMOX and the crystal growth technique are used, the lower insulating film for electrically separating each memory cell from the lower side thereof and the semiconductor layer for obtaining the silicon pillar are formed. And can be easily obtained respectively. Further, when the processing for forming the silicon pillar is completed, the charge storage electrode can be formed at the same time. The first and second source / drain diffusion layers are formed by solid layer diffusion of impurities from the first and second layers which are solid layer diffusion sources formed around the silicon pillar. Here, since the first layer serving as the solid layer diffusion source is formed on the plate electrode, the first layer is formed with a predetermined positional relationship with respect to the charge storage electrode facing the plate electrode. . Therefore, the first source / drain diffusion layer formed by using the first layer as a diffusion source is surely formed in a state where electrical connection with the charge integration electrode is secured, and The electric connection between the capacitor section and the capacitor section is stably ensured.

(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の半導体記憶装置の製
造方法の実施例につき説明する。なお、説明に用いる各
図は、この発明を理解出来る程度に概略的に示してある
にすぎず、従って各構成成分の寸法、形状、さらに各構
成成分間の寸法比等も概略的であり、この発明が図示例
に限定されるものではないことは理解されたい。
(Embodiment) An embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that each of the drawings used for the description is only schematically shown to the extent that the present invention can be understood, and therefore the dimensions and shapes of the respective constituents, and the dimensional ratios between the respective constituents are also schematic, It should be understood that the invention is not limited to the illustrated example.

構造説明 先ず、第1図(A)及び(B)を参照して実施例の製
造方法により製造された半導体記憶装置の構造につき説
明する。ここで、第1図(A)は、実施例の製造方法に
より製造された半導体記憶装置をその1メモリセル部分
に着目してその一部切り欠いて示した斜視図である。ま
た、第1図(B)は、実施例の製造方法により製造され
た半導体記憶装置を2つのメモリセル部分に着目しビッ
ト線に直交する方向に沿って切って示した断面図であ
る。両図の関係は、第1図(A)に示した斜視図中のI
−I線に沿って切った断面部分が、第1図(B)に示し
た断面図中の点線で囲った部分Pにほぼ相当する関係と
なっている。なお、第1図(A)においては、第1図
(B)に示してある構成成分のうちの一部を省略してあ
る。
Description of Structure First, the structure of a semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B). Here, FIG. 1 (A) is a perspective view showing a semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the embodiment, focusing on one memory cell part thereof and showing a part of the semiconductor memory device. Further, FIG. 1B is a cross-sectional view showing the semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the embodiment, focusing on the two memory cell portions and cut along the direction orthogonal to the bit lines. The relationship between the two figures is I in the perspective view shown in FIG.
The cross-sectional portion cut along the line -I has a relationship substantially corresponding to the portion P surrounded by the dotted line in the cross-sectional view shown in FIG. 1 (B). In FIG. 1 (A), some of the constituent components shown in FIG. 1 (B) are omitted.

第1図(A)及び(B)において、41は、半導体基板
であり、例えばp型シリコン基板である。このp型シリ
コン基板41上には絶縁膜43例えばシリコン酸化膜43が設
けてある。そして実施例の製造方法により製造された半
導体記憶装置は、このシリコン酸化膜43上に多数のメモ
リセルを具える。なお、1メモリセルとは、第1図
(B)に点線で囲った部分Pである。
In FIGS. 1A and 1B, 41 is a semiconductor substrate, for example, a p-type silicon substrate. An insulating film 43 such as a silicon oxide film 43 is provided on the p-type silicon substrate 41. The semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the embodiment has a large number of memory cells on the silicon oxide film 43. Note that one memory cell is a portion P surrounded by a dotted line in FIG.

各メモリセルは、シリコン酸化膜43上に設けられた、
電荷蓄積電極45としての例えばn+型シリコン層45、第一
のソース・ドレイン拡散層47としての例えばn型シリコ
ン層47、チャネル用半導体層49としてのシリコン層49及
び第二のソース・ドレイン層51としての例えばn型シリ
コン層51をこの順で具える柱状体53を具える。さらに各
メモリセルは、電荷蓄積電極45を囲う例えばシリコン酸
化膜で構成したキャパシタ誘電体膜55と、このキャパシ
タ誘電体膜55を囲う例えばポリシリコンで構成したプレ
ート電極57と、チャネル用半導体層49を囲う例えばシリ
コン酸化膜で構成したゲート絶縁膜59と、このゲート絶
縁膜59を囲う例えばポリシリコンで構成したゲート電極
61とを具えている。
Each memory cell is provided on the silicon oxide film 43,
For example, an n + type silicon layer 45 as the charge storage electrode 45, for example an n type silicon layer 47 as the first source / drain diffusion layer 47, a silicon layer 49 as the channel semiconductor layer 49, and a second source / drain layer. For example, a columnar body 53 having an n-type silicon layer 51 as the order 51 is provided. Further, each memory cell further includes a capacitor dielectric film 55 formed of, for example, a silicon oxide film surrounding the charge storage electrode 45, a plate electrode 57 formed of, for example, polysilicon surrounding the capacitor dielectric film 55, and a channel semiconductor layer 49. A gate insulating film 59 made of, for example, a silicon oxide film, and a gate electrode made of, for example, polysilicon, surrounding the gate insulating film 59.
61 and.

ここで、上述した柱状体53の、シリコン基板41の主面
に平行な方向に取った断面形状は、この実施例の場合、
略正方形状としている。しかしこの断面形状は、半導体
記憶装置の設計に応じた任意好適な形状にすることが出
来る。また、この柱状体53の上記断面積は、半導体記憶
装置の設計に応じ決定する。なお、この実施例の柱状体
53の形成方法については後述の製造方法の項において説
明する。
Here, the cross-sectional shape of the above-mentioned columnar body 53 taken in the direction parallel to the main surface of the silicon substrate 41 is, in the case of this embodiment,
It has a substantially square shape. However, the cross-sectional shape can be any suitable shape according to the design of the semiconductor memory device. The cross-sectional area of the columnar body 53 is determined according to the design of the semiconductor memory device. The columnar body of this example
The method of forming 53 will be described in the section of the manufacturing method described later.

また、この半導体記憶装置においては、上述した電荷
蓄積電極45、キャパシタ誘電体膜55及びプレート電極57
によって、キャパシタが構成される。このキャパシタの
容量は、キャパシタ誘電体55の誘電率や膜厚、さらに、
電荷蓄積電極45、キャパシタ誘電体膜55及びプレート電
極57の高さ(シリコン基板41主面に垂直な方向の寸法)
によって決定出来る。従って所望とするキャパシタ容量
に応じてこれらパラメータを適正な値に設定する。
Further, in this semiconductor memory device, the charge storage electrode 45, the capacitor dielectric film 55, and the plate electrode 57 described above are used.
A capacitor is constituted by The capacitance of this capacitor depends on the dielectric constant and film thickness of the capacitor dielectric 55,
Height of the charge storage electrode 45, the capacitor dielectric film 55, and the plate electrode 57 (dimensions in the direction perpendicular to the main surface of the silicon substrate 41)
Can be determined by Therefore, these parameters are set to appropriate values according to the desired capacitor capacity.

さらにこの半導体記憶装置においては、上述したチャ
ネル用半導体層49の層厚が実質的なゲート長になるの
で、チャネル用半導体層49の層厚は、半導体記憶装置の
設計に応じた適正な値にする。
Further, in this semiconductor memory device, since the layer thickness of the above-described channel semiconductor layer 49 becomes a substantial gate length, the layer thickness of the channel semiconductor layer 49 has an appropriate value according to the design of the semiconductor memory device. To do.

また、第1図(A)及び(B)において、63は例えば
アルミニウム薄膜で構成したビット線である。この実施
例のビット線63は、第1図(B)に示すように、柱状体
53の上端に在る第二のソース・ドレイン拡散層51のキャ
パシタ基板41主面に平行な端面で、第二のソース・ドレ
イン拡散層53と接続されるように設けてある。
Further, in FIGS. 1A and 1B, 63 is a bit line made of, for example, an aluminum thin film. The bit line 63 in this embodiment is a columnar body as shown in FIG. 1 (B).
The second source / drain diffusion layer 51 at the upper end of 53 is provided so as to be connected to the second source / drain diffusion layer 53 at the end surface parallel to the main surface of the capacitor substrate 41.

次に、第1図(B)には図示してあり第1図(A)に
おいては図示を省略しているいくつかの構成成分につき
説明する。
Next, some components shown in FIG. 1 (B) and not shown in FIG. 1 (A) will be described.

第1図(B)において、65は、構造的にはスペーサ層
として寄与しているものであり例えばPSG(Phospho Sil
icate Glass)層である。このPSG層65は、詳細は後述す
るが、製造プロセス的に見た時には第一のソース・ドレ
イン拡散層47を形成するための不純物拡散源として機能
する。さらに67は、製造プロセスにおいてゲート電極61
を得る際にマスクとして用いたものであり、例えばPSG
層である。さらに69は、構造的には中間絶縁層として寄
与しているものであり例えばPSG層である。このPSG層69
は、詳細は後述するが、製造プロセス的に見た時には第
二のソース・ドレイン拡散層51を形成するための不純物
拡散源として機能する。
In FIG. 1 (B), 65 structurally contributes as a spacer layer. For example, PSG (Phospho Sil)
icate Glass) layer. The PSG layer 65 will function as an impurity diffusion source for forming the first source / drain diffusion layer 47 in terms of the manufacturing process, which will be described in detail later. Furthermore, 67 is the gate electrode 61 in the manufacturing process.
Used as a mask when obtaining
It is a layer. Further, 69 structurally contributes as an intermediate insulating layer, and is, for example, a PSG layer. This PSG layer 69
As will be described later in detail, when viewed from the manufacturing process, it functions as an impurity diffusion source for forming the second source / drain diffusion layer 51.

以上が実施例の製造方法により製造された半導体記憶
装置の構造に関する説明である。しかし、上述した構成
は単なる例示にすぎず、種々の変更を加えることが出来
る。
The above is the description of the structure of the semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the embodiment. However, the configuration described above is merely an example, and various modifications can be added.

例えば、実施例の製造方法により製造された半導体記
憶装置に備わるPSG層67は、もっぱら製造プロセス(詳
細は後述する。)上の理由で残存している層であるの
で、製造プロセス次第では設けなくとも良い。
For example, the PSG layer 67 included in the semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the embodiment is a layer that remains because of the manufacturing process (details will be described later). Both good.

また、ビット線63と、第二のソース・ドレイン拡散層
との電気的な接続をより確実にするために、例えば第2
図に示すように、第二のソース・ドレイン拡散層51の上
部側面をPSG層69から露出させ、第二のソース・ドレイ
ン拡散層51の上面及び前記露出させた側面にビット線63
を接続するようにしても良い。
Further, in order to ensure the electrical connection between the bit line 63 and the second source / drain diffusion layer, for example, the second line
As shown in the figure, the upper side surface of the second source / drain diffusion layer 51 is exposed from the PSG layer 69, and the bit line 63 is formed on the upper surface and the exposed side surface of the second source / drain diffusion layer 51.
May be connected.

製造方法の説明 次に、この発明の半導体記憶装置の製造方法の実施例
について説明する。第3図(A)〜(S)はその説明に
供する図であり、製造工程柱の主な工程における半導体
記憶装置の様子を第1図(B)と同様な位置での断面図
を以って示したものである。なお、これら図において、
第1図に示した構成成分と同様な構成成分は同一の符号
を付して示している。また、図面が複雑化することを回
避するため、断面を示すハッチングは一部省略してい
る。
Description of Manufacturing Method Next, an example of a method of manufacturing the semiconductor memory device of the present invention will be described. FIGS. 3 (A) to 3 (S) are diagrams used for the explanation, and a state of the semiconductor memory device in the main steps of the manufacturing process pillar is shown in a sectional view at the same position as in FIG. 1 (B). Is shown. In these figures,
The same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. Further, in order to avoid complication of the drawing, some hatching showing the cross section is omitted.

先ず、p型シリコン基板41に対しO+イオン71を1018
/cm3のオーダーで加速電圧を例えば180KeV程度とした条
件で打込む。この結果、O+イオンはシリコン基板41の表
面から見て深さd(おおよそ130nm)の位置に打込まれ
る(第3図(A))。
First, 10 18 O + ions 71 are added to the p-type silicon substrate 41.
The implantation is performed under the condition that the acceleration voltage is, for example, about 180 KeV on the order of / cm 3 . As a result, O + ions are implanted at a position of depth d (approximately 130 nm) when viewed from the surface of the silicon substrate 41 (FIG. 3 (A)).

次に、O+イオンが打込まれたシリコン基板を所定の条
件でアニールする。この結果、シリコン基板41中にシリ
コン酸化膜の層43が得られ、かつ、シリコン基板41の表
層部41aはシリコン単結晶のままとなる(第3図
(B))。第3図(A)及び(B)を用いて説明した技
術は、SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)と称
され良く知られている。
Next, the O + ion-implanted silicon substrate is annealed under predetermined conditions. As a result, a layer 43 of a silicon oxide film is obtained in the silicon substrate 41, and the surface layer portion 41a of the silicon substrate 41 remains a silicon single crystal (FIG. 3 (B)). The technique described with reference to FIGS. 3A and 3B is known as SIMOX (Separation by Implanted Oxygen).

次に、シリコン基板の表層部41aをシード(種)と
し、公知の結晶成長技術により高不純物濃度のシリコン
層としてn+型シリコン層45aを例えば3μm程度の厚さ
に形成する(第3図(C))。このn+型シリコン層45a
の一部分が後に電荷蓄積電極45になる。なお、このn+
リコン層45aの形成工程においてシリコン基板41の表層
部41aもほぼn+型シリコン層になる。
Next, using the surface layer portion 41a of the silicon substrate as a seed, a n + type silicon layer 45a as a silicon layer having a high impurity concentration is formed by a known crystal growth technique to have a thickness of, for example, about 3 μm (see FIG. C)). This n + type silicon layer 45a
Will later become the charge storage electrode 45. In the step of forming the n + silicon layer 45a, the surface layer portion 41a of the silicon substrate 41 also becomes an n + type silicon layer.

次に、n+型シリコン層45a上に公知の結晶成長技術に
より単結晶シリコン層73を例えば5μm程度の厚さに形
成する(第3図(D))。
Next, a single crystal silicon layer 73 is formed on the n + type silicon layer 45a by a known crystal growth technique to have a thickness of, for example, about 5 μm (FIG. 3 (D)).

次に、単結晶シリコン層73上に例えばCVD法により例
えば膜厚が1μmのシリコン酸化膜(図示せず)を形成
し、さらにこのシリコン酸化膜上にレジスト(図示せ
ず)を塗布する。次いでこのレジストを、公知のフォト
リソグラフィ技術によりパターニングしてレジストパタ
ーン77を形成する。次いで、このレジストパターン77を
マスクとして公知のエッチング技術によりシリコン酸化
膜をパターニングして、SiO2から成るマスク75を形成す
る(第3図(E))。
Next, a silicon oxide film (not shown) having a film thickness of 1 μm, for example, is formed on the single crystal silicon layer 73 by, for example, the CVD method, and a resist (not shown) is applied on the silicon oxide film. Next, this resist is patterned by a known photolithography technique to form a resist pattern 77. Then, using the resist pattern 77 as a mask, the silicon oxide film is patterned by a known etching technique to form a mask 75 made of SiO 2 (FIG. 3 (E)).

次に、レジストパターン77を除去し、その後、SiO2
ら成るマスク75をマスクとし異方性エッチング技術によ
りシリコン単結晶層73及びn+型シリコン層45aの、マス
ク75から露出する部分をシリコン酸化膜43が露出するま
でそれぞれ除去して、シリコン柱79を得る。このシリコ
ン柱79を得る工程の終了時に、電荷蓄積電極45が得られ
る(第3図(F))。
Next, the resist pattern 77 is removed, and then the portions of the silicon single crystal layer 73 and the n + -type silicon layer 45a exposed from the mask 75 are silicon-oxidized by anisotropic etching using the mask 75 made of SiO 2 as a mask. Each is removed until the film 43 is exposed to obtain a silicon pillar 79. At the end of the step of obtaining the silicon pillar 79, the charge storage electrode 45 is obtained (FIG. 3 (F)).

次に、熱酸化法によりシリコン柱79に膜厚が例えば10
0Åのシリコン酸化膜55aを形成する。このシリコン酸化
膜55aの、電荷蓄積用電極45を囲む部分がキャパシタ誘
電体膜55になる(第3図(G))。
Next, a film thickness of, for example, 10 is formed on the silicon pillar 79 by thermal oxidation.
A 0Å silicon oxide film 55a is formed. A portion of the silicon oxide film 55a surrounding the charge storage electrode 45 becomes a capacitor dielectric film 55 (FIG. 3 (G)).

次に、シリコン柱79等を有するシリコン基板41の上側
に、段差被覆性に優れた例えばCVD法等の方法により、
ポリシリコン層57aを、例えば電荷蓄積電極45とほぼ同
じ高さになるような膜厚(約2.5μm)に形成する。こ
のポリシリコン層57aは、後にプレート電極57となるも
のである。従って、低抵抗化を図るため、リン等の不純
物を高濃度に含んだポリシリコン層を以って構成する。
次いで、このポリシリコン層57a上に、段差の平坦化の
ための平坦化層81を形成する(第3図(H))。なお、
この平坦化層81は、次工程で行なわれる選択エッチング
を可能とする材料である必要があり、例えばレジスト等
で構成することが出来る。
Next, on the upper side of the silicon substrate 41 having the silicon pillar 79 and the like, by a method such as a CVD method having excellent step coverage,
The polysilicon layer 57a is formed to have a film thickness (about 2.5 .mu.m) which is almost the same height as the charge storage electrode 45, for example. This polysilicon layer 57a will later become the plate electrode 57. Therefore, in order to reduce the resistance, a polysilicon layer containing impurities such as phosphorus at a high concentration is used.
Then, a flattening layer 81 for flattening the step is formed on the polysilicon layer 57a (FIG. 3 (H)). In addition,
The flattening layer 81 needs to be a material that enables selective etching performed in the next step, and can be made of, for example, a resist.

次に、この平坦化層81と、ポリシリコン層57aとを等
速でエッチング出来かつシリコン酸化膜55aは実質的に
エッチングしないようなエッチング条件で、具体的に
は、例えばバレル型のエッチング装置を用いエッチング
ガスをCF4ガス又はCF4とO2との混合ガスとした条件で、
平坦化層81及びポリシリコン層57aを所定量エッチング
する。このエッチングは、ポリシリコン層57aのシリコ
ン酸化膜43上の部分の表面が露出するまで行なった。こ
の結果、2.5μmの膜厚のプレート電極57が得られる
(第3図(I))。
Next, under the etching conditions such that the flattening layer 81 and the polysilicon layer 57a can be etched at a constant rate and the silicon oxide film 55a is not substantially etched, specifically, for example, a barrel type etching apparatus is used. Under the condition that the etching gas used is CF 4 gas or a mixed gas of CF 4 and O 2 ,
The flattening layer 81 and the polysilicon layer 57a are etched by a predetermined amount. This etching was performed until the surface of the portion of the polysilicon layer 57a on the silicon oxide film 43 was exposed. As a result, the plate electrode 57 having a film thickness of 2.5 μm is obtained (FIG. 3 (I)).

次に、プレート電極57が形成されたシリコン基板41の
上側に段差被覆性に優れた例えばCVD法等の方法によ
り、第一のソース・ドレイン拡散層を形成するための固
層拡散源となる第一の層としての例えば高濃度にリンを
不純物として含んだ例えばPSG層65aを所定の膜厚に形成
する。このPSG層65aは、第1図に示した第一のソース・
ドレイン拡散層47を形成するための不純物拡散源として
の機能と、スペーサー層としての機能とを持つものであ
る。具体的には、PSG層65a中のリンが、後に行なわれる
熱処理によってシリコン酸化膜55aを突き抜けシリコン
柱79のPSG層65aに囲まれた領域に達し第一のソース・ド
レイン拡散層47を形成する。従って、このPSG層65aの層
厚は、第一のソース・ドレイン拡散層47をどの程度の層
厚にするかを考慮し決定する。この実施例のPSG層65aの
層厚は、1μmとしている。次いで、このPSG層65a上
に、段差の平坦化のための平坦化層83を形成する(第3
図(J))。なお、この平坦化層83は、次工程で行なわ
れる選択エッチングを可能とする材料である必要があ
り、例えばレジスト等で構成することが出来る。
Next, on the upper side of the silicon substrate 41 on which the plate electrode 57 is formed, a solid layer diffusion source for forming the first source / drain diffusion layer is formed by a method such as a CVD method having excellent step coverage. For example, a PSG layer 65a containing phosphorus as an impurity in a high concentration, for example, is formed to a predetermined thickness as one layer. This PSG layer 65a is the first source shown in FIG.
It has a function as an impurity diffusion source for forming the drain diffusion layer 47 and a function as a spacer layer. Specifically, phosphorus in the PSG layer 65a penetrates the silicon oxide film 55a by the heat treatment performed later and reaches the region of the silicon pillar 79 surrounded by the PSG layer 65a to form the first source / drain diffusion layer 47. . Therefore, the layer thickness of the PSG layer 65a is determined in consideration of the layer thickness of the first source / drain diffusion layer 47. The layer thickness of the PSG layer 65a in this embodiment is 1 μm. Then, a flattening layer 83 for flattening the step is formed on the PSG layer 65a (third part).
(Figure (J)). The flattening layer 83 needs to be a material that enables selective etching performed in the next step, and can be made of, for example, a resist or the like.

次に、この平坦化層83と、PSG層65aとを等速でエッチ
ング出来かつシリコン柱79は実質的にエッチングしない
ようなエッチング条件で、具体的には、例えばRIE(リ
アクティブ・イオン・エッチング)装置を用いエッチン
グガスをCHF3、C2F6又はC3F8ガスとした条件で、平坦化
層83及びPSG65aを所定量エッチングする。このエッチン
グは、PSG層65aのプレート電極57上の部分の表面が露出
するまで行なった。この結果、膜厚が1μmであり、ス
ペーサー及び拡散源としての機能を有するPSG層65が得
られる(第3図(K))。
Next, under such etching conditions that the flattening layer 83 and the PSG layer 65a can be etched at a constant rate and the silicon pillar 79 is not substantially etched, specifically, for example, RIE (reactive ion etching). ) Apparatus is used to etch the flattening layer 83 and the PSG 65a by a predetermined amount under the condition that the etching gas is CHF 3 , C 2 F 6 or C 3 F 8 gas. This etching was performed until the surface of the portion of the PSG layer 65a on the plate electrode 57 was exposed. As a result, a PSG layer 65 having a film thickness of 1 μm and having a function as a spacer and a diffusion source is obtained (FIG. 3 (K)).

次に、シリコン柱79のPSG層65から露出している部分
に熱酸化法によりシリコン酸化膜59aを形成する(第3
図(L))。このシリコン酸化膜59aの一部分は、ゲー
ト絶縁膜59になる。従って、シリコン酸化膜59aの膜厚
は、半導体記憶装置の設計に応じた適正な膜厚にする。
Next, a silicon oxide film 59a is formed on a portion of the silicon pillar 79 exposed from the PSG layer 65 by a thermal oxidation method (third part).
(Figure (L)). A part of the silicon oxide film 59a becomes the gate insulating film 59. Therefore, the film thickness of the silicon oxide film 59a is set to an appropriate film thickness according to the design of the semiconductor memory device.

次に、シリコン酸化膜59aの形成が終了したシリコン
基板41の上側に段差被覆性に優れた例えばCVD法等の方
法によりゲート電極形成のためにポリシリコン層61aを
所定の膜厚に形成する。このポリシリコン61aは、低抵
抗化を図るためにリン等の不純物を高濃度に含んだもの
としている。なお、このポリシリコン層61aの層厚によ
りトランジスタのチャネル長が実質的に決定される。従
って、このポリシリコン層61aの層厚は、半導体記憶装
置の設計に応じた適正な層厚にする。この実施例のポリ
シリコン層61aの層厚は、1μmとしている。次いで、
このポリシリコン層61a上に段差被覆性に優れた例えばC
VD法等の方法によりPSG層67を所定の膜厚に形成する。
さらに、このPSG層67上に段差の平坦化のための平坦化
層85を形成する(第3図(M))。なお、この平坦化層
85は、次工程で行なわれる選択エッチングを可能とする
材料である必要があり、例えばレジスト等で構成するこ
とが出来る。
Next, a polysilicon layer 61a having a predetermined thickness is formed on the upper side of the silicon substrate 41 on which the silicon oxide film 59a has been formed for forming a gate electrode by a method such as a CVD method having excellent step coverage. The polysilicon 61a contains impurities such as phosphorus in a high concentration in order to reduce the resistance. The thickness of the polysilicon layer 61a substantially determines the channel length of the transistor. Therefore, the layer thickness of the polysilicon layer 61a is set to an appropriate layer thickness according to the design of the semiconductor memory device. The layer thickness of the polysilicon layer 61a in this embodiment is 1 μm. Then
On the polysilicon layer 61a, for example, C having excellent step coverage is provided.
The PSG layer 67 is formed to a predetermined thickness by a method such as the VD method.
Further, a flattening layer 85 for flattening the step is formed on the PSG layer 67 (FIG. 3 (M)). Note that this flattening layer
85 needs to be a material that enables selective etching to be performed in the next step, and can be made of, for example, a resist or the like.

次に、この平坦化層85と、PSG層67とを等速でエッチ
ング出来かつポリシリコン層61aは実質的にエッチング
しない条件で、具体的には、例えばRIE装置を用いエッ
チングガスをCHF3、C2F6又はC3F8ガスとした条件で、平
坦化層85及びPSG層67を所定量エッチングする。このエ
ッチングは、PSG層67がシリコン柱79の下部に0.5μmの
膜厚で残存するように平坦化層85及びPSG層67を除去す
ることで行なった(第3図(N))。
Next, under the condition that the flattening layer 85 and the PSG layer 67 can be etched at a constant speed and the polysilicon layer 61a is not substantially etched, specifically, for example, CHF 3 , an etching gas using an RIE device, The flattening layer 85 and the PSG layer 67 are etched by a predetermined amount under the conditions of C 2 F 6 or C 3 F 8 gas. This etching was performed by removing the flattening layer 85 and the PSG layer 67 so that the PSG layer 67 remained under the silicon pillar 79 with a film thickness of 0.5 μm (FIG. 3 (N)).

次に、ポリシリコン層61aをエッチング出来然もPSG層
67は実質的にエッチングしない条件で、具体的には、例
えばバレル型のエッチング装置を用いエッチングガスを
CF4ガス又はCF4とO2との混合ガスとした条件で、ポリシ
リコン層61aを所定量エッチングする。この実施例の場
合このエッチングは、ポリシリコン層61aの表面がPSG層
67の表面より少し高くなる位置まで行なった。このエッ
チング後のポリシリコン層61aの残存部分と、シリコン
柱79との間のシリコン酸化膜59aの部分が、ゲート絶縁
膜59になる(第3図(O))。なお、ポリシリコン層61
aのエッチングは、ポリシリコン層61aの表面がPSG層67
の表面と面一となるまで行なっても良い。
Next, the polysilicon layer 61a is etched, but the PSG layer
67 is a condition that does not substantially etch. Specifically, for example, a barrel type etching device is used to supply an etching gas.
The polysilicon layer 61a is etched by a predetermined amount under the condition of CF 4 gas or a mixed gas of CF 4 and O 2 . In the case of this embodiment, the surface of the polysilicon layer 61a is a PSG layer in this etching.
It was carried out to a position slightly higher than the surface of 67. The remaining portion of the polysilicon layer 61a after this etching and the portion of the silicon oxide film 59a between the silicon pillar 79 become the gate insulating film 59 (FIG. 3 (O)). The polysilicon layer 61
When etching a, the surface of the polysilicon layer 61a is PSG layer 67.
You may perform it until it becomes flush with the surface of.

次に、このエッチングが終了したポリシリコン層61a
及びPSG層67上にレジストを塗布し(図示せず)、次い
で、公知の方法によりゲート電極形状に対応するレジス
トパターンを形成し(図示せず)、その後、このポリシ
リコン層61a及びPSG層67の不要部分をそれぞれ除去し
て、ゲート電極61を得る(第3図(P))。
Next, the polysilicon layer 61a after this etching is completed.
A resist is applied on the PSG layer 67 and the PSG layer 67 (not shown), and then a resist pattern corresponding to the gate electrode shape is formed by a known method (not shown). Then, the polysilicon layer 61a and the PSG layer 67 are formed. The unnecessary portions of are removed to obtain the gate electrode 61 (FIG. 3 (P)).

次に、ゲート電極61の形成が終了したシリコン基板41
の上側に段差被覆性に優れた例えばCVD法等の方法によ
り、第一のソース・ドレイン拡散層を形成するための固
層拡散源となる第一の層としての例えばリンを高濃度に
含んだPSG層69をシリコン柱79を完全に埋めることが出
来るような膜厚に形成する(第3図(Q))。このPSG
層69は、第1図に示した第二のソース・ドレイン拡散層
51を形成するための不純物拡散源としての機能と、中間
絶縁層としての機能とを持つものである。
Next, the silicon substrate 41 on which the formation of the gate electrode 61 is completed
A high concentration of, for example, phosphorus as a first layer serving as a solid layer diffusion source for forming the first source / drain diffusion layer by a method such as a CVD method having excellent step coverage on the upper side of the The PSG layer 69 is formed to have a film thickness capable of completely filling the silicon pillar 79 (FIG. 3 (Q)). This PSG
Layer 69 is the second source / drain diffusion layer shown in FIG.
It has a function as an impurity diffusion source for forming 51 and a function as an intermediate insulating layer.

次に、PSG層及びシリコン酸化膜はエッチング出来か
つシリコンは実質的にエッチングしない条件で、具体的
には、例えばRIE装置を用いエッチングガスをCHF3、C2F
6又はC3F8ガスとした条件で、PSG層69及びシリコン酸化
膜59aを所定量エッチングする。この実施例のこのエッ
チングは、シリコン柱79の上端が露出するまで行なった
(第3図(R))。
Next, under the condition that the PSG layer and the silicon oxide film can be etched and the silicon is not substantially etched, specifically, for example, using an RIE device, etching gas is CHF 3 , C 2 F 2.
The PSG layer 69 and the silicon oxide film 59a are etched by a predetermined amount under the condition of 6 or C 3 F 8 gas. This etching in this embodiment was performed until the upper end of the silicon pillar 79 was exposed (FIG. 3 (R)).

次に、シリコン柱79の上端からこのシリコン柱79に、
加速電圧を例えば70KeV程度とした条件でP+イオン87を
打込む。次いで、所定のアニール処理を施す。このアニ
ール工程において、リンを高濃度で含んでいるPSG層65
からシリコン柱79のPSG層65と対向する領域にリン原子8
9が拡散し、この結果シリコン柱の所定部分に第一のソ
ース・ドレイン拡散層47が形成される。同様に、PSG層6
9からシリコン柱79のPSG層69と対向する領域にリン原子
89が拡散し、この結果シリコン柱79の所定部分に第二の
ソース・ドレイン拡散層51が形成される。また、イオン
注入により打込まれたP+イオン87は、シリコン柱79の上
部にビット線との接続を良好にする高濃度拡散層を形成
する(第3図(S))。
Next, from the top of the silicon pillar 79 to this silicon pillar 79,
P + ions 87 are implanted under the condition that the acceleration voltage is, for example, about 70 KeV. Then, a predetermined annealing process is performed. In this annealing step, the PSG layer 65 containing a high concentration of phosphorus 65
From the silicon pillar 79 to the region facing the PSG layer 65
9 diffuses, and as a result, the first source / drain diffusion layer 47 is formed on a predetermined portion of the silicon pillar. Similarly, PSG layer 6
Phosphorus atoms in the region of the silicon pillar 79 facing the PSG layer 69 from 9
89 diffuses, and as a result, the second source / drain diffusion layer 51 is formed on a predetermined portion of the silicon pillar 79. Further, the P + ions 87 implanted by the ion implantation form a high-concentration diffusion layer on the upper part of the silicon pillar 79 for improving the connection with the bit line (FIG. 3 (S)).

その後、この第二のソース・ドレイン拡散層51を含む
シリコン基板上側領域に公知の成膜法によりアルミニウ
ム膜を例えば6000Åの膜厚に形成する(図示せず)。そ
の後、公知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技
術によりこのアルミニウム膜をパターニングしてビット
線63を得、第1図(B)に示した半導体記憶装置を得
る。
Then, an aluminum film having a film thickness of, for example, 6000Å is formed in the upper region of the silicon substrate including the second source / drain diffusion layer 51 by a known film forming method (not shown). After that, the aluminum film is patterned by the known photolithography technique and etching technique to obtain the bit line 63, and the semiconductor memory device shown in FIG. 1B is obtained.

以上が実施例の半導体記憶装置の製造方法の一例であ
る。上述した製造方法によれば、第一及び第二のソース
・ドレイン拡散層47,51と、ゲート電極61との位置関係
をセルフアライン的に決定出来るという効果が得られ
る。
The above is an example of the method for manufacturing the semiconductor memory device of the embodiment. According to the manufacturing method described above, it is possible to obtain the effect that the positional relationship between the first and second source / drain diffusion layers 47 and 51 and the gate electrode 61 can be determined in a self-aligned manner.

なお、上述した製造方法は単なる一例であり、その手
法、説明に用いた数値的条件、使用材料、使用装置等は
例示にすぎないことは理解されたい。
It should be understood that the above-described manufacturing method is merely an example, and the method, the numerical conditions used in the description, the material used, the device used, etc. are merely examples.

(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明の半導
体記憶装置の製造方法によれば、各メモリセルをその下
方側について電気的にそれぞれ分離するための下側絶縁
膜と、シリコン柱を得るための半導体層とをそれぞれ容
易に得ることができる。さらに、シリコン柱を形成する
加工が終了すると電荷蓄積電極も同時に形成できる。さ
らに、電荷蓄積電極側に形成される第一のソース・ドレ
イン拡散層は、確実に電荷蓄積電極と電気的な接続が確
保された状態で形成されるので、トランジスタ部とキャ
パシタ部との電気的な接続が確保される。これらのた
め、以下の様な特徴を有した半導体記憶装置を簡易に製
造出来る。
(Effects of the Invention) As is apparent from the above description, according to the method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, a lower insulating film for electrically separating each memory cell on the lower side thereof, The semiconductor layer for obtaining the silicon pillar can be easily obtained respectively. Further, when the process of forming the silicon pillar is completed, the charge storage electrode can be formed at the same time. Further, the first source / drain diffusion layer formed on the charge storage electrode side is formed in a state where the electric connection with the charge storage electrode is surely ensured, so that the electrical connection between the transistor part and the capacitor part is made. Secure connection. Therefore, the semiconductor memory device having the following features can be easily manufactured.

…トランジスタの主要部と、キャパシタの主要部とが
半導体基板上に立体的に重ねて配置されるので、個々の
メモリセルの半導体基板の主面を占有する平面積が非常
に小さくてすむ。
Since the main part of the transistor and the main part of the capacitor are three-dimensionally stacked on the semiconductor substrate, the plane area occupying the main surface of the semiconductor substrate of each memory cell can be very small.

…トランジスタのゲート長はチャネル用半導体層の厚
さにより決定出来るので、トランジスタの平面積を増加
することなく所望のゲート長が確保出来る。
Since the gate length of the transistor can be determined by the thickness of the channel semiconductor layer, a desired gate length can be secured without increasing the plane area of the transistor.

…ゲート電極がチャネル用半導体層を囲う構造になっ
ているので、従来の平面型トランジスタに比し、電流経
路の断面積を広くできる。このため、ホットエレクトロ
ンの発生を少なく出来る。
Since the gate electrode surrounds the channel semiconductor layer, the cross-sectional area of the current path can be increased as compared with the conventional planar transistor. Therefore, the generation of hot electrons can be reduced.

従って、従来になり高い集積度が得られ然も短チャネ
ル効果及び狭チャネル効果の影響を受けにくい半導体記
憶装置が提供出来る。
Therefore, it is possible to provide a semiconductor memory device which has a high degree of integration and is not easily affected by the short channel effect and the narrow channel effect.

またこの発明の半導体記憶装置によれば、さらに、以
下に説明するような特有の効果を得ることが出来る。
Further, according to the semiconductor memory device of the present invention, it is possible to obtain further unique effects as described below.

…キャパシタ容量はキャパシタ部の高さを高くするこ
とにより容易に大きく出来る。
The capacitor capacity can be easily increased by increasing the height of the capacitor section.

…キャパシタは、半導体基板上に設けた絶縁膜と、プ
レート電極である高濃度ポリシリコンとによって埋めら
れた構造になるので、α線に起因するソフトエラーが生
じにくい。
Since the capacitor has a structure in which it is filled with the insulating film provided on the semiconductor substrate and the high-concentration polysilicon that is the plate electrode, a soft error due to α-rays is unlikely to occur.

…トランジスタのソース・ドレイン拡散層と、ビット
線とのコンタクトが、シリコン柱の上端及び上端近傍の
側壁を用いて行なえるので、ビット線との接触面積が大
きく出来信頼性の高い配線構造が得られる。
... The source / drain diffusion layer of the transistor and the bit line can be contacted by using the upper end of the silicon pillar and the side wall near the upper end, so that the contact area with the bit line is large and a highly reliable wiring structure can be obtained. To be

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(A)は、実施例の製造方法により製造された半
導体記憶装置の1メモリセル部分を一部切り欠いて示し
た斜視図、 第1図(B)は、実施例の製造方法により製造された半
導体記憶装置の2メモリセル部分を示す断面図、 第2図は、実施例の製造方法により製造された半導体記
憶装置の変形例を示す要部断面図、 第3図(A)〜(S)は、実施例の製造方法により製造
された半導体記憶装置の製造方法の一例を示す工程図、 第4図は、従来の半導体記憶装置の一例を示す断面図で
ある。 41……半導体基板、43……絶縁膜 45……電荷蓄積電極 47……第一のソース・ドレイン拡散層 49……チャネル用半導体層 51……第二のソース・ドレイン拡散層 53……柱状体 55……キャパシタ用誘電体膜 57……プレート電極、59……ゲート絶縁膜 61……ゲート電極、63……ビット線 65,67,69……PSG層。
FIG. 1 (A) is a perspective view showing a memory cell part of a semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the embodiment by cutting away a part thereof, and FIG. 1 (B) is a manufacturing method of the embodiment. Sectional drawing which shows the 2 memory cell part of the manufactured semiconductor memory device, FIG. 2 is a principal part sectional view which shows the modification of the semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of Example, FIG. (S) is a process drawing showing an example of a method of manufacturing a semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the embodiment, and FIG. 4 is a sectional view showing an example of a conventional semiconductor memory device. 41 …… Semiconductor substrate, 43 …… Insulating film 45 …… Charge storage electrode 47 …… First source / drain diffusion layer 49 …… Channel semiconductor layer 51 …… Second source / drain diffusion layer 53 …… Column Body 55 …… Capacitor dielectric film 57 …… Plate electrode, 59 …… Gate insulating film 61 …… Gate electrode, 63 …… Bit line 65,67,69 …… PSG layer.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/04 Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 27/04

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】多数のメモリセルを具える半導体記憶装置
であって、各メモリセルはシリコン基板上に形成された
絶縁膜(下側絶縁膜)上にそれぞれ形成されていて、か
つ、各メモリセルは、前記下側絶縁膜上に設けられた電
荷蓄積電極、第一のソース・ドレイン拡散層、チャネル
用半導体層及び第二のソース・ドレイン拡散層をこの順
で具える柱状体と、前記電荷蓄積電極を囲うキャパシタ
誘電体膜と、該キャパシタ誘電体膜を囲うプレート電極
と、前記チャネル用半導体層を囲うゲート絶縁膜と、該
ゲート絶縁膜を囲うゲート電極とを具えた構成となって
いる半導体記憶装置を製造するに当たり、 シリコン基板の表面から所定の深さの領域にイオン注入
法により酸素イオンを打ち込む工程と、 該酸素イオンが打ち込まれたシリコン基板に対し前記酸
素イオンを注入した領域付近を酸化し得る熱処理をして
前記下側絶縁膜を得る工程と、 該熱処理後の前記シリコン基板上に、該シリコン基板の
表層部に残存しているシリコン単結晶部分をシードとし
て、高不純物濃度のシリコン層、およびシリコン層をこ
の順に成長させる工程と、 該成長させたシリコン層表面に、前記柱状体を得るため
の中間体としてのシリコン柱を形成するための、エッチ
ングマスクを形成する工程と、 前記形成されたシリコン層、高不純物濃度のシリコン層
および前記シードの、前記エッチングマスクから露出す
る部分をそれぞれ除去して、当該シリコン柱を得ると共
に該シリコン柱における前記高不純物濃度のシリコン層
部分をもって前記電荷蓄積電極を得る工程と、 該シリコン柱の側面に熱酸化法により酸化膜を形成し、
該酸化膜の前記得られた電荷蓄積電極に接する部分をも
って、前記キャパシタ誘電体膜を得る工程と、 該キャパシタ誘電体膜の形成が済んだ試料の前記シリコ
ン柱間に、所定厚さでポリシリコン層を形成しこれをも
って前記プレート電極を得る工程と、 該プレート電極の形成が済んだ試料の前記シリコン柱間
の部分上に、第一のソース・ドレイン層を形成するため
の固層拡散源となる第一の層を所定の厚さで形成する工
程と、 該第一の層の形成が済んだ試料の前記シリコン柱間の部
分上に、ゲート電極を所定の厚さで形成する工程と、 該ゲート電極の形成が済んだ試料の前記シリコン柱間の
部分上に、第二のソース・ドレイン層を形成するための
固層拡散源となる第二の層を所定の厚さで形成する工程
と、 前記第一および第二の層中の不純物を前記シリコン柱の
対応する部分にそれぞれ拡散させて前記第一および第二
のソース・ドレイン層を形成する工程と を含むことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
1. A semiconductor memory device comprising a large number of memory cells, wherein each memory cell is formed on an insulating film (lower insulating film) formed on a silicon substrate, and each memory is formed. The cell has a columnar body including a charge storage electrode provided on the lower insulating film, a first source / drain diffusion layer, a channel semiconductor layer, and a second source / drain diffusion layer in this order, and It has a structure including a capacitor dielectric film surrounding the charge storage electrode, a plate electrode surrounding the capacitor dielectric film, a gate insulating film surrounding the channel semiconductor layer, and a gate electrode surrounding the gate insulating film. In manufacturing a semiconductor memory device, a step of implanting oxygen ions into a region of a predetermined depth from the surface of a silicon substrate by an ion implantation method, and a step of implanting oxygen ions in the silicon substrate A step of performing a heat treatment to oxidize the vicinity of the oxygen ion-implanted region to obtain the lower insulating film; and a silicon single layer remaining on the surface of the silicon substrate on the silicon substrate after the heat treatment. A step of growing a high-impurity-concentration silicon layer and a silicon layer in this order by using the crystal part as a seed, and forming a silicon pillar as an intermediate for obtaining the pillar-shaped body on the surface of the grown silicon layer. And a step of forming an etching mask, and removing portions of the formed silicon layer, high impurity concentration silicon layer and seed from the etching mask to obtain the silicon pillar and the silicon pillar. In the step of obtaining the charge storage electrode with the high-impurity concentration silicon layer portion, and by a thermal oxidation method on the side surface of the silicon pillar. The oxide film is formed,
A step of obtaining the capacitor dielectric film with a portion of the oxide film in contact with the obtained charge storage electrode; and a polysilicon layer having a predetermined thickness between the silicon pillars of the sample on which the capacitor dielectric film has been formed. Forming a layer and obtaining the plate electrode with the layer, and a solid layer diffusion source for forming a first source / drain layer on a portion between the silicon pillars of the sample on which the plate electrode has been formed. Forming a first layer having a predetermined thickness, and forming a gate electrode with a predetermined thickness on a portion between the silicon pillars of the sample on which the first layer has been formed, A step of forming a second layer having a predetermined thickness as a solid layer diffusion source for forming a second source / drain layer on a portion between the silicon pillars of the sample on which the gate electrode has been formed. And the impurities in the first and second layers Method of manufacturing a semiconductor memory device which comprises a step of forming a corresponding said first and second source-drain layer by diffusing each portion of an object the silicon pillar.
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