JPH0864777A - 半導体記憶装置とその製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置とその製造方法

Info

Publication number
JPH0864777A
JPH0864777A JP6195019A JP19501994A JPH0864777A JP H0864777 A JPH0864777 A JP H0864777A JP 6195019 A JP6195019 A JP 6195019A JP 19501994 A JP19501994 A JP 19501994A JP H0864777 A JPH0864777 A JP H0864777A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
semiconductor layer
epitaxial semiconductor
forming
conductivity type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6195019A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoko Matsumoto
尚子 松元
Toru Yoshida
透 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP6195019A priority Critical patent/JPH0864777A/ja
Publication of JPH0864777A publication Critical patent/JPH0864777A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 NAND型DRAMにおいて、1ビット当た
り占有する面積をできる限り縮小することで高集積化を
図る。 【構成】 半導体基板1上に柱状の第1のエピタキシャ
ル半導体層4、第2のエピタキシャル半導体層4’を形
成し、第1のエピタキシャル半導体層4の側面には第1
のキャパシタ構造(第1の絶縁膜6、第1のキャパシタ
電極7、9、第1のキャパシタ絶縁膜8)、第2のエピ
タキシャル半導体層4’の側面には第1のゲート絶縁膜
11、第1のゲート電極12を形成する。第2のエピタ
キシャル半導体層4’上面にはビット線13が接続され
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とその製
造方法に関するもので、特にダイナミックRAMの構造
とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図22はNAND型DRAMにおける従
来のセルトランジスタ構造を示す上面図、断面図であ
る。従来、NAND型はあるかたまりで記憶データの処
理を行うため、1つのかたまりとして、例えばビット線
用の2つの選択トランジスタと、8つの記憶用セルトラ
ンジスタにて構成され、ビット線に対し、横1列の構造
をとっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】NAND型DRAMの
最大の特徴は読みだし、書き込みをあるかたまりで行う
ため、データ入出力用ビット線のコンタクトホールの数
を削減できることであり、これによりビット当たりの占
有面積を小さくできることである。
【0004】しかしながら、データ入出力用ビット線の
コンタクトホールの数を削減できてもチップの大部分を
占めるのはデータを記憶するセルであり、セル構造を根
本から見直さなければチップ面積抑制のための微細加工
技術の開発、信頼性の低下、または記憶容量削減等の問
題が生じる。
【0005】例えば、図22に示すNAND型DRAM
の場合、1ビット当たりの面積は4λ2 であり、1つの
かたまり(1つのビット線コンタクトに8セル)で考え
ると、4λ2 ×8トランジスタ+ビット線コンタクトホ
ール(2λ×2λ)=36λ2 の面積が必要になる。本
発明は上記問題点に鑑み、1ビット当たり占有する面積
をできる限り縮小することで高集積化を図ることを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体記憶装置では、第1導電型である半
導体基板と、少なくともMOSFETのバックゲート形
成予定部分に第2導電型の領域を含有し、かつ前記半導
体基板上に柱状に形成された第1導電型のエピタキシャ
ル半導体層と、この第2導電型の領域に対応する前記エ
ピタキシャル半導体層の側面に形成された第1の絶縁膜
と、この第1の絶縁膜の表面に沿って形成された第1の
キャパシタ構造と、前記エピタキシャル半導体層の一部
を露出させ、前記半導体基板、前記キャパシタ構造を被
覆した第1の層間絶縁膜と、この第1の層間絶縁膜上で
あり、かつ前記第2導電型の領域に対応する前記エピタ
キシャル半導体層の側面に形成した第1のゲート絶縁
膜、第1のゲート電極と、このゲート電極を被覆するよ
うに形成された第2の絶縁膜と、この第2の絶縁膜の表
面に沿って形成された第2のキャパシタ構造と、前記エ
ピタキシャル半導体層の一部を露出させ、前記キャパシ
タ構造を被覆した第2の層間絶縁膜と、この第2の層間
絶縁膜上であり、かつ前記第2導電型の領域に対応する
前記エピタキシャル半導体層の側面に形成された第2の
ゲート絶縁膜、第2のゲート電極と、前記エピタキシャ
ル半導体層の上部に接続された導電層を具備することを
特徴とする。
【0007】また、本発明の半導体記憶装置の製造方法
では、少なくともMOSFETのバックゲート形成予定
部分に第2導電型の領域を含有した第1導電型のエピタ
キシャル半導体層を第1導電型の半導体基板上に柱状に
形成する工程と、この第2導電型の領域に対応する前記
エピタキシャル半導体層の側面に第1の絶縁膜を形成す
る工程と、この第1の絶縁膜の表面に沿って第1のキャ
パシタ構造を形成する工程と、前記エピタキシャル半導
体層の一部を露出させ、前記半導体基板、前記キャパシ
タ構造を被覆する第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
この第1の層間絶縁膜上であり、かつ前記第2導電型の
領域に対応する前記エピタキシャル半導体層の側面に第
1のゲート絶縁膜、第1のゲート電極を形成する工程
と、このゲート電極を被覆するように第2の絶縁膜を形
成する工程と、この第2の絶縁膜の表面に沿って第2の
キャパシタ構造を形成する工程と、前記エピタキシャル
半導体層の一部を露出させ、前記キャパシタ構造を被覆
する第2の層間絶縁膜を形成する工程と、この第2の層
間絶縁膜上であり、かつ前記第2導電型の領域に対応す
る前記エピタキシャル半導体層の側面に第2のゲート絶
縁膜、第2のゲート電極を形成する工程と、前記エピタ
キシャル半導体層の上部を導電層で接続する工程とを具
備することを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明では、キャパシタ構造と、ゲート絶縁
膜、ゲート電極から構成されるMOSFETを同じ平面
に形成せず、縦2列の積層構造で接続することができる
ため、セル面積の縮小化を図ることができる。
【0009】
【実施例】本発明の第1の実施例について図1を用いて
説明する。第1導電型、ここでは不純物濃度が1×10
14cm-3程度のn型の半導体基板1の表面付近には、厚
さ約1μmであり、かつ表面濃度が1×1018cm-3
度のN型共通ソース拡散層2が形成されている。この半
導体基板1上面には上層との絶縁分離のため、0.1μ
m膜厚の熱酸化膜3が形成されている。
【0010】この熱酸化膜3にはN型共通ソース拡散層
2に対応する部分に0.5μm/□の開口が形成されて
おり、この開口で露出した半導体基板1表面には、不純
物濃度が1×1018cm-3程度のn型のエピタキシャル
エピタキシャル半導体層4が柱状に形成されている。こ
のエピタキシャル半導体層4はその断面が0.7μm/
□であり図に示すように少なくとも、MOSFETのバ
ックゲート形成予定部分に第2導電型、ここではp型の
領域5を含有している。この領域5は本発明の半導体記
憶装置、ダイナミックRAM中のMOSFET(図1の
第2層に対応)のチャネルとして機能する。またこの領
域5はMOSFETのドレイン4bがダイナミックRA
M中のキャパシタ(図1の第1層に対応)に接続される
よう、つまりドレイン4bが接地に短絡されることがな
いようにドレイン4bとN型共通ソース拡散層2との間
に挿入される。
【0011】さらにこの領域5は同一領域において濃度
は一定ではなく、中心部分においては1×1014cm-3
程度、外周部分においてはやや高く1×1016cm-3
度としている。これは領域5の外周部分はMOSFET
のチャネルとなるためである。
【0012】熱酸化膜3上であり、第1層にあるエピタ
キシャル半導体層4の側面には膜厚0.1μmの第1の
絶縁膜6が形成されている。この程度の膜厚とすること
でエピタキシャル半導体層4中の電子のチャージアップ
を防止することができる。
【0013】この第1の絶縁膜6の表面に沿って膜厚
0.2μmであり不純物濃度が1×1020cm-3程度で
あるポリシリコンの第1のキャパシタ電極7が形成され
る。この第1のキャパシタ電極7の端部は第1の絶縁膜
6に沿うため、エピタキシャル半導体層4の側面に接触
している。
【0014】第1のキャパシタ電極7の表面とエピタキ
シャル半導体層4の一部側面、熱酸化膜3の表面は膜厚
5nmのキャパシタ絶縁膜8(例えばONO膜:SiO
2 、Si34 の3層構造)が形成されている。
【0015】このキャパシタ絶縁膜8の表面に沿って膜
厚0.2μm程度であり不純物濃度が1×1020cm-3
程度であるポリシリコンの第2のキャパシタ電極9が形
成されている。
【0016】この第2のキャパシタ電極9の表面には層
間絶縁膜10が2.5μm程度の層厚で堆積されてい
る。この層厚は第2層に形成されているMOSFETの
ドレインと、キャパシタ間の配線中のインダクタンス成
分と、第2層のMOSFETのゲートと、第2のキャパ
シタ電極9とで構成される寄生容量とが共に低く抑えら
れるように設定されている。
【0017】この層間絶縁膜の表面は平坦化されてお
り、この表面付近のエピタキシャル半導体層4にはp型
の領域5が形成されている。これはMOSFETのチャ
ネルとて機能する。この領域5に対応する前記エピタキ
シャル半導体層の側面には10nm程度の膜厚のゲート
絶縁膜11、0.2μm程度の膜厚のゲート電極12が
形成されている。なおここでのゲート長は0.8μmと
している。このゲート電極12は図2に示すようにワー
ド線(”WL”と図示)に接続される。
【0018】このゲート電極12の表面には層間絶縁膜
10’が形成される。このときエピタキシャル半導体層
4の高さは層間絶縁膜10’の高さより高くなるように
設定されている。この層厚は本実施例では3μmとして
いるが、これは上層に形成される配線とゲート電極12
とで構成される寄生容量とを低減するためこの程度の数
値としているが、この層厚も層間絶縁膜10と同様、M
OSFET、上層配線間のインダクタンス成分と寄生容
量、さらに半導体記憶装置の望ましい厚さ、エピタキシ
ャル半導体層4の高さと層間絶縁膜10’の高さとの関
係で調節されるべきものである。
【0019】層間絶縁膜10’の表面には導電層13が
図の横方向に形成されている。この導電層13はエピタ
キシャル半導体層4と接続されており、ビット線として
機能する。
【0020】以上、本実施例では多層構造で半導体記憶
装置を構成しているため、同一平面内において1つのメ
モリセルが1つのビット線コンタクトの大きさとほぼ同
等に形成され、メモリセル中のMOSFETとキャパシ
タの大きさはビット線コンタクトの大きさと比べ無視し
てよいため高集積化に有利である。また、柱状のエピタ
キシャル半導体層の第1層部分周囲にキャパシタ構造を
形成したため、同一平面内でキャパシタの占有面積が大
きくならず、これもまた高集積化に有利である。
【0021】次に本発明の第1の実施例である半導体記
憶装置の製造方法について図3乃至図12を用いて説明
する。第1導電型、ここではn型の半導体基板1に、厚
さ約1μmであり、かつ表面濃度が1×1018cm-3
度のN型共通ソース拡散層2を、ドーズ量1×1014
-3程度、エネルギー40KeV程度でイオン注入する
ことで形成する。
【0022】次に1100℃の熱処理を施すことで0.
1μm膜厚の熱酸化膜3を形成する。続いてリソグラフ
ィ工程、ドライエッチング工程によって熱酸化膜3に
0.5μm/□の開口を形成する。
【0023】開口形成後、図4、5に示すように、露出
した半導体基板1中のN型共通ソース拡散層2表面を種
結晶としてラテラルエピタキシャル技術を用い、第1の
エピタキシャル半導体層4上に柱状に形成する。具体的
には熱酸化膜3上に窒化膜20を2.5μm程度形成
し、その上にレジストを2μm程度形成する。そして電
子ビーム露光によるリソグラフィ工程によりレジストを
パターミングする。このとき露光方法はステッパーによ
る縮小投影露光も考えられるが、レジスト厚が2μmあ
るため、焦点深度NA の大きな電子ビーム露光が適切で
あると考えられる。レジストパターニング後、シリコン
酸化膜との選択比の大きいプラズマエッチングによりレ
ジストで被覆されていない窒化膜20を除去する。この
工程の後、露出された半導体基板1表面を種結晶として
第1のエピタキシャル半導体層4を成長させる。この
際、第1のエピタキシャル半導体層4の高さに合わせて
混入させる不純物を初めはN型、ここではAsを濃度が
1×1015cm-3となるようにし、次にP型、ここでは
ホウ素を濃度が1×1014cm-3となるようにし、最後
にN型、ここではAsを濃度が1×1015cm-3となる
ようにと以上のように変化させる。このように混入する
不純物を変化させることにより図5のように高さにより
導電性の異なる第1のエピタキシャル半導体層4が得ら
れる。
【0024】第1のエピタキシャル半導体層4形成後、
950℃のドライ酸化により第1のエピタキシャル半導
体層4表面に0.1μmの膜厚の絶縁膜26を形成す
る。引き続いて絶縁膜26の表面に0.2μmのN型の
ポリシリコン27、1nmのシリコン酸化膜、3nmの
シリコン窒化膜、1nmのシリコン酸化膜(この3層で
絶縁膜28(ONO膜)を構成する)、0.2μmのN
型のポリシリコン29をLP−CVD法など公知の方法
で形成する。このとき、ポリシリコン27からポリシリ
コン29までの形成は同じチャンバー内で反応ガスを切
り替えることで可能となる。特に反応ガスはSiH4
AsH3 に混合するガスを切り替えることで異なる膜質
とすることができるから雰囲気調整が容易である。
【0025】この後、リアクティブイオンエッチング
(RIE)によりポリシリコン27、絶縁膜28、ポリ
シリコン29をエッチングする。この工程により図7に
示すようにポリシリコン27、絶縁膜28、ポリシリコ
ン29がサイドウォール形状に残存し、第1のキャパシ
タ電極7、9、第1のキャパシタ絶縁膜8が形成され
る。ここでRIEによりサイドウォールが図7の形状に
ならず第1のキャパシタ電極9がエピタキシャル半導体
層4に短絡してしまうことが起こることがある。そのと
きは図7においてエピタキシャル半導体層4の上部のみ
が露出するように熱酸化膜3の上面に単結晶シリコンと
の選択性の大きな層を設け、第1のエピタキシャル半導
体層4の上部をケミカルメカニカルポリッシング(CM
P)で研削するか或いは塩素系のガスによるプラズマエ
ッチングでエッチングすればよい。
【0026】ポリシリコン27、絶縁膜28、ポリシリ
コン29により構成されるキャパシタ構造形成後、図8
に示すようにエピタキシャル半導体層4、熱酸化膜3を
被覆するように第1の層間絶縁膜10をLP−CVD法
により形成する。なお、この第1の層間絶縁膜10はP
SG(Phosphorus Silicate Glass )或いはシリコン窒
化膜が考えられる。
【0027】第1の層間絶縁膜10形成後、この第1の
層間絶縁膜10を前記エピタキシャル半導体層上面が露
出するまで除去する。除去の方法は直接、CMPで第1
のエピタキシャル半導体層4の上面が露出するまでポリ
ッシングするか或いは第1の層間絶縁膜10上にレジス
トを塗布し、エピタキシャル半導体層4の上面が露出す
るまでドライエッチングまたはNH4 F液等を用いたウ
エットエッチングによりエッチバックするという方法が
考えられる。
【0028】上記工程後、ラテラルエピタキシャル技術
を用い、第1のエピタキシャル半導体層4をさらに0.
1μm程度上方に成長させる。その後、上記第1の層間
絶縁膜10を形成したと同じ方法を用い、第1の層間絶
縁膜10を第1のエピタキシャル半導体層4と高さが等
しくなるようにする。
【0029】さらに続けて、図10に示すようにラテラ
ルエピタキシャル技術を用い、第1のエピタキシャル半
導体層4を1.8μm程度上方に成長させ、第2のエピ
タキシャル半導体層4’とする。このとき、後で形成す
るMOSFETのチャネル部分に対応するエピタキシャ
ル半導体層中に第2導電型の第2の不純物領域5を形成
する。この第2の不純物領域5はここでは0.8μmと
する。この形成には第1のエピタキシャル半導体層4と
同じ方法を用い、第2の不純物領域5の濃度は1×10
14cm-3程度としておく。
【0030】第2のエピタキシャル半導体層4’形成
後、第2のエピタキシャル半導体層4’表面にLP−C
VD法など公知の方法で膜厚10nmのシリコン酸化
膜、膜厚0.2μmのポリシリコンを形成する。次に第
2のエピタキシャル半導体層4’側面に対し加速電圧3
0KeVと50KeV、1×1014cm-3と1×1012
cm-3のドーズ量でイオン注入する。加速電圧30Ke
Vとドーズ量1×1014cm-3はポリシリコンゲートイ
オン注入用の設定であり、加速電圧50KeV、ドーズ
量1×1012cm-3はチャネルイオン注入用の設定であ
る。その後RTA(Rapid Thermal Anneal)などの方法
によりポリシリコンゲート中の不純物を拡散し、またチ
ャネル領域を形成する。
【0031】アニール後、膜厚10nmのシリコン酸化
膜、膜厚0.2μmのポリシリコンを前記キャパシタ構
造の形成と同様に、RIE等の異方性エッチングにより
図11に示すようなサイドウォール形状の第1のゲート
酸化膜11、第1のゲート電極12を形成する。このと
き、エッチング方法により第1のゲート電極12が第2
のエピタキシャル半導体層4’に短絡することが起きる
ことがある。そのときは前述の方法と同様にケミカルメ
カニカルポリッシング(CMP)による研削或いは塩素
系のガスによるプラズマエッチングで第2のエピタキシ
ャル半導体層4’、第1のゲート酸化膜11、第1のゲ
ート電極12の上部を除去すればよい。
【0032】第1のゲート酸化膜11、第1のゲート電
極12形成後、再度ラテラルエピタキシャル技術により
第2のエピタキシャル半導体層4’を上方に成長させ
る。ここで成長させる第2のエピタキシャル半導体層
4’の高さは任意としてよいが、PN接合による耐圧と
ソース・ビット線間抵抗との関係で決めるべきである。
本実施例では0.3μmとする。
【0033】この後、第1のゲート酸化膜11、第1の
ゲート電極12を被覆するように第2の層間絶縁膜1
0’を第2のエピタキシャル半導体層4’の高さとほぼ
同程度となるまでLP−CVD法などを用いて形成す
る。この第2の層間絶縁膜10’は第1の層間絶縁膜1
0と同じくPSG(Phosphorus Silicate Glass )或い
はシリコン窒化膜を用いれば良い。そして第2のエピタ
キシャル半導体層4’上に堆積した第2の層間絶縁膜1
0’を前記第2のエピタキシャル半導体層4’上面が露
出するまで除去する。除去の方法は直接、CMPで第1
のエピタキシャル半導体層4’の上面が露出するまでポ
リッシングするか或いは第2の層間絶縁膜10上にレジ
ストを塗布し、エピタキシャル半導体層4’の上面が露
出するまでエッチバックする。
【0034】最後に、スパッタなどの方法で、平坦化さ
れた第2の層間絶縁膜10’の上面に0.8μm程度の
アルミニウム層を形成する。そしてリソグラフィ法を用
いてマスクパターンを形成し、スパッタエッチングによ
りビット線13を形成する。
【0035】以上、本発明の第1の実施例である半導体
記憶装置の製造方法ではキャパシタ構造、ゲート電極を
マスクを用いることなく形成することができるため、リ
ソグラフィ工程を少なくでき、特にギガビットデバイス
作成においてデザインルールの縮小があったとしても作
業性が低下することはない。
【0036】次に、本発明の第2の実施例である半導体
装置の製造方法について図13乃至図15を用いて説明
する。なお、第1の実施例の半導体装置の製造方法にお
いて図3乃至図12に対応する第1のゲート絶縁膜1
1、第1のゲート電極12を形成するまでの工程につい
ては本実施例と同一であるので説明を省略する。また、
図においては複数のエピタキシャル半導体層が半導体基
板上に形成されているが、その間隔は紙面に平行な方向
では2μm、紙面に垂直な方向では0.5μmである。
そのため、図15(b)に示すように紙面に垂直な方向
で半導体記憶装置を切った断面図において、紙面に垂直
な方向に並んだエピタキシャル半導体層の側面に形成さ
れた第1のゲート電極12は間隔が狭いため、それぞれ
製造工程の段階で連結し、紙面に平行な方向に並んだエ
ピタキシャル半導体層の側面に形成された第1のゲート
電極12は間隔が広いため、それぞれ連結することはな
い。
【0037】図12において形成された第1のゲート絶
縁膜11、第1のゲート電極12を被覆するように第2
の絶縁膜26’をLP−CVD法により形成する。引き
続いて絶縁膜26’の表面に0.2μmのN型のポリシ
リコン27’、1nmのシリコン酸化膜、3nmのシリ
コン窒化膜、1nmのシリコン酸化膜(この3層で絶縁
膜28’(ONO膜)を構成する)、0.2μmのN型
のポリシリコン29’をLP−CVDなどの方法で形成
する。
【0038】この後、リアクティブイオンエッチング
(RIE)によりポリシリコン27’、絶縁膜28’、
ポリシリコン29’をエッチングする。この工程により
図14に示すようにポリシリコン27’、絶縁膜2
8’、ポリシリコン29’がサイドウォール形状に残存
し、第2のキャパシタ電極17、19、第2のキャパシ
タ絶縁膜18が形成される。ここでRIEによりサイド
ウォールが図14の形状にならず第2のキャパシタ電極
19がエピタキシャル半導体層4に短絡してしまうこと
が起こることがある。そのときは、第2のエピタキシャ
ル半導体層4’の上部のみが露出するように第1の層間
絶縁膜10の上面に単結晶シリコンとの選択性の大きな
層を設け、第2のエピタキシャル半導体層4’の上部を
ケミカルメカニカルポリッシング(CMP)で研削する
か或いは塩素系のガスによるプラズマエッチングでエッ
チングすればよい。
【0039】第2のキャパシタ電極17、19、第2の
キャパシタ絶縁膜18形成後、図14に示すように、第
2のキャパシタ電極19を被覆するように第2の層間絶
縁膜10’が形成される。この形成法については第1の
実施例である半導体装置の製造方法中の第2の層間絶縁
膜10’の形成方法と同一でよい。
【0040】以上、図14に示される第2層の形成が終
了した後、第2層の製造工程と同一の工程を第3、4層
にも適用する。この後の工程については第1の実施例で
ある半導体記憶装置の製造方法における、第1のゲート
酸化膜11、第1のゲート電極12の製造工程、第2の
層間絶縁膜10’を堆積し、ビット線13を形成する製
造工程と同一であり、図面に同一番号を付し、説明を省
略する。
【0041】以上、本発明の第2の実施例である半導体
記憶装置の製造方法では、本発明の第1の実施例である
半導体記憶装置の製造方法の効果を満たすと共に、4つ
のメモリセルを1つの構成単位とするNAND型DRA
Mにおいて、エピタキシャル半導体層の間隔が紙面に垂
直方向に狭くなっているため、異方性エッチングによ
り、サイドウォール形状のMOSFETのゲート電極を
形成したとしても、図15(b)に示すように複数連結
した形状になり、自己整合的にワード線を形成すること
ができる。
【0042】次に本発明の第3の実施例である半導体記
憶装置について図16を用いて説明する。10Ω・m2
程度の抵抗率を持つ第1導電型の半導体基板表面には、
厚さ約1μmであり、かつ表面濃度が1×1018cm-3
程度のN型共通ソース拡散層2が形成されている。この
半導体基板1上面には上層との絶縁分離のため、0.1
μm膜厚の熱酸化膜3が形成されている。
【0043】この熱酸化膜3には0.5μm/□の開口
が形成されており、この開口で露出した半導体基板1表
面にはエピタキシャル成長させ、かつ不純物濃度が1×
1018cm-3程度のp型の第1のエピタキシャル半導体
層104が柱状に形成されている。この第1のエピタキ
シャル半導体層4はその断面が0.7μm/□であり、
その上部には上層のMOSFETのソース領域となる第
1の不純物領域105aが形成されている。。この第1
のエピタキシャル半導体層104の側壁には第1の絶縁
膜6を介して、第1のキャパシタ電極7,9、第1のキ
ャパシタ絶縁膜8で構成されるキャパシタ構造が形成さ
れる。
【0044】このキャパシタ構造を被覆するように第1
の層間絶縁膜10が形成される。第1のエピタキシャル
半導体層104の上部には第1のエピタキシャル半導体
層104と同一形状の第2のエピタキシャル半導体層1
04’が形成されている。この第2のエピタキシャル半
導体層104’の上部には上記MOSFETのドレイン
電極となる第2の不純物領域105bが形成されてい
る。この第2のエピタキシャル半導体層104’の側壁
には第1のゲート絶縁膜11、第1のゲート電極12が
形成されている。第1のゲート電極11の表面を被覆す
るように第2の層間絶縁膜10’が形成されている。
【0045】上記第2のエピタキシャル半導体層10
4’の上部は露出されており、ここにはn型の不純物が
拡散されたポリシリコンからなるビット線113が形成
されており、第2のエピタキシャル半導体層104’の
上部に形成された第2の不純物層105bに接続されて
いる。
【0046】以上、本発明の第3の実施例である半導体
記憶装置については、本発明の第1の実施例である半導
体記憶装置と同様の効果が得られる他に、第1のキャパ
シタ電極9上部と、第1のゲート電極12との距離を
0.1μm程度、第1のゲート電極12上部と、ビット
線113との距離を0.3μm程度としなければならな
いため、第1の不純物領域105a、第2の不純物領域
105bをそれぞれ薄くすることができるため、この半
導体記憶装置全体の鉛直方向の大きさを小さくする事が
可能であり、さらなる高集積化に貢献できる。
【0047】次に、本発明の第3の実施例である半導体
記憶装置の製造方法について、図17乃至図21を用い
て説明する。まず、10Ω・m2 程度の抵抗率を持つ第
1導電型の半導体基板1を用意する。この半導体基板1
に熱酸化膜3を形成するまでは第1の実施例の製造方法
と同一であり、説明を省略する。
【0048】この熱酸化膜3には、第1の実施例の製造
方法と同様、0.5μm/□の開口が設けられる。この
開口により露出された半導体基板の表面を種結晶とし
て、第1の実施例の製造方法と同様なラテラルエピタキ
シャル技術を用いて、1×1016cm-3程度のp型の不
純物を含有した第1のエピタキシャル半導体層104を
高さ1.5μm程度形成する。
【0049】第1のエピタキシャル半導体層104形成
後、第1のエピタキシャル半導体層104の表面を11
00℃程度の熱処理を施すことで0.1μm程度の熱酸
化膜を形成する。続いて、この第1の絶縁膜6に対し異
方性のエッチングを施すことで図17に示す形状の第1
の絶縁膜6を側壁形状に形成する。
【0050】第1の絶縁膜6形成後、この第1の絶縁膜
の表面を含む第1のエピタキシャル半導体層表面に沿っ
て、p型の不純物を固溶限界、ここでは1×1020cm
-3程度含んだポリシリコンを0.2μm程度、さらに続
けて酸化シリコン2nm、窒化シリコン3nm、酸化シ
リコン2nmの積層構造であるONO膜を形成する。こ
の際、形成方法は高温条件が必要なLP−CVDが最適
であると考えられる。
【0051】第1のキャパシタ絶縁膜8形成後、図17
に示すように、同じチャンバー内でさらに熱処理を施
し、ポリシリコン内に含まれるp型の不純物を第1のエ
ピタキシャル半導体層に拡散させる。
【0052】不純物拡散後、ポリシリコン、ONO膜を
RIEのような異方性エッチングにより除去する。する
と、側壁形状の第1のキャパシタ電極7、第1のキャパ
シタ絶縁膜8が形成される。
【0053】この後、第1のキャパシタ絶縁膜の表面に
沿って、p型の不純物を固溶限界、ここでは1×1020
cm-3程度含んだポリシリコンを0.2μm程度LP−
CVDを用いて積層する。このとき、ポリシリコンは第
1のエピタキシャル半導体層104に接している。
【0054】続けて、図18に示すように、同じチャン
バー内でさらに熱処理を施し、ポリシリコン内に含まれ
るp型の不純物を第1のエピタキシャル半導体層に拡散
させる。
【0055】不純物拡散後、ポリシリコン、ONO膜を
RIEのような異方性エッチングにより除去する。する
と、側壁形状の第1のキャパシタ電極9が形成される。
第1のキャパシタ電極9形成後、この第1のキャパシタ
電極9を被覆するように熱酸化膜3の上面にレジスト、
或いはシリコン窒化膜、或いはPSGからなる層間絶縁
膜10を、レジストであれば回転塗布法、シリコン窒化
膜、PSGであればCVD法により形成する。その後、
この第1の層間絶縁膜10を前記エピタキシャル半導体
層上面が露出するまで除去する。除去の方法は直接、C
MPで第1のエピタキシャル半導体層4の上面が露出す
るまでポリッシングするか或いは第1の層間絶縁膜10
上にレジストを塗布し、エピタキシャル半導体層4の上
面が露出するまでドライエッチングまたはNH4 F液等
を用いたウエットエッチングによりエッチバックすると
いう方法が考えられる。
【0056】エッチバック後、ラテラルエピタキシャル
技術を用い、第1のエピタキシャル半導体層4上面にさ
らにp型の不純物を含有した第2のエピタキシャル半導
体層4’を0.2μm程度形成し、その後、第1の層間
絶縁膜10を形成する。そしてCMPなどの方法で図1
9に示すように、第1の層間絶縁膜10を平坦化する。
【0057】第1の層間絶縁膜10平坦化後、図20に
示すように、ラテラルエピタキシャル技術により、第2
のエピタキシャル半導体層4’をさらに上方に0.8μ
m程度成長させる。
【0058】第2のエピタキシャル半導体層4’成長
後、この第2のエピタキシャル半導体層4’の表面を被
覆するように膜厚10nmのシリコン酸化膜を熱酸化に
より形成する。その後、異方性エッチングにより、この
シリコン酸化膜をエッチングし、側壁形状の第1のゲー
ト絶縁膜11を形成する。
【0059】第1のゲート絶縁膜11形成後、この第1
のゲート絶縁膜11の表面に0.2μmのポリシリコン
をLP−CVDなどの方法により形成する。ポリシリコ
ン膜形成後、イオン注入或いは固相拡散による方法で、
このポリシリコン膜にn型不純物を、ポリシリコンの固
溶限界である1×1020cm-3程度がその不純物濃度と
なるように注入する。その後、ポリシリコン膜中のn型
不純物を熱拡散する。この熱拡散によって、このn型不
純物はポリシリコン中を拡散するのみならず、第2のエ
ピタキシャル半導体層4’中にも拡散し、図20のよう
な形状となる。
【0060】不純物拡散後、図21に示すように、ポリ
シリコン膜を異方性エッチングによりエッチングし、側
壁形状の第1のゲート電極12を形成する。第1のゲー
ト電極12形成後、図21に示すように、露出した第2
のエピタキシャル半導体層4’の上面から上方にp型の
エピタキシャル半導体層を0.2μm程度エピタキシャ
ル成長させる。この後、第1のゲート電極12を被覆す
るように第1の層間絶縁膜10上面にレジスト或いはシ
リコン窒化膜或いはPSGを材料とする第2の層間絶縁
膜10’を形成する。そして、第1の層間絶縁膜10を
形成した時と同様に、第2の層間絶縁膜10’表面を平
坦化する。
【0061】最後に、図16に示すように、ポリシリコ
ンを露出した前記p型のエピタキシャル半導体層を含ん
だ第2の層間絶縁膜10’上に形成し、n型の不純物を
固溶限界までポリシリコン中にイオン注入、熱拡散し、
同時にp型のエピタキシャル半導体層中にn型の不純物
を拡散する。
【0062】以上、本発明の第3の実施例である半導体
記憶装置の製造方法では、第1の実施例の製造方法の効
果を満たすことの他に、柱状のエピタキシャル半導体層
に導電型の異なる不純物を注入、拡散する際、熱拡散に
よるため、ラテラルエピタキシャル技術で不純物の種類
を変えることをせずに済むため、反応チャンバー内のガ
ス抜きという工程を省略することができる。
【0063】
【発明の効果】本発明により、NAND型DRAMのセ
ル1ビット当たり占有する面積をできる限り縮小するこ
とで高集積化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置の
断面図
【図2】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置の
A−A’における断面図
【図3】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置の
製造工程図
【図4】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置の
製造工程図
【図5】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置の
製造工程図
【図6】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置の
製造工程図
【図7】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置の
製造工程図
【図8】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置の
製造工程図
【図9】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置の
製造工程図
【図10】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置
の製造工程図
【図11】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置
の製造工程図
【図12】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置
の製造工程図
【図13】本発明の第2の実施例である半導体記憶装置
の製造工程図
【図14】本発明の第2の実施例である半導体記憶装置
の製造工程図
【図15】本発明の第2の実施例である半導体記憶装置
の断面図
【図16】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置
の製造工程図
【図17】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置
の製造工程図
【図18】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置
の製造工程図
【図19】本発明の第1の実施例である半導体記憶装置
の製造工程図
【図20】本発明の第2の実施例である半導体記憶装置
の製造工程図
【図21】本発明の第2の実施例である半導体記憶装置
の製造工程図
【図22】従来の半導体記憶装置の上面図と断面図
【符号の説明】
1、101 半導体基板 2 N型共通ソース拡散層 3 熱酸化膜 4 第1のエピタキシャル半導体層 4’ 第2のエピタキシャル半導体層 5 不純物領域 6 第1の絶縁膜 7、9 第1のキャパシタ電極 8 第1のキャパシタ絶縁膜 10 第1の層間絶縁膜 10’ 第2の層間絶縁膜 11 第1のゲート絶縁膜 12 第1のゲート電極 13 ビット線 20 レジスト 26、28 絶縁膜 27、29 ポリシリコン 102 ゲート絶縁膜 103 ゲート電極 104 第1のエピタキシャル半導体層 104’ 第2のエピタキシャル半導体層 105、107 キャパシタ電極 105a 第1の不純物領域 105b 第2の不純物領域 106 キャパシタ絶縁膜 108 層間絶縁膜 110 ビット線

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型である半導体基板と、 少なくともMOSFETのバックゲート形成予定部分に
    第2導電型の第1の不純物領域を含有し、かつ前記半導
    体基板上に柱状に形成された第1導電型のエピタキシャ
    ル半導体層と、 この第2導電型の領域に対応する前記エピタキシャル半
    導体層の側面に形成された第1の絶縁膜と、 この第1の絶縁膜の表面に沿って形成された第1のキャ
    パシタ構造と、 前記エピタキシャル半導体層の一部を露出させ、前記半
    導体基板、前記キャパシタ構造を被覆した第1の層間絶
    縁膜と、 この第1の層間絶縁膜上であり、かつ前記第2導電型の
    領域に対応する前記エピタキシャル半導体層の側面に形
    成した第1のゲート絶縁膜、第1のゲート電極と、 前記エピタキシャル半導体層の一部を露出させ、前記第
    1のゲート絶縁膜、第1のゲート電極を被覆した第2の
    層間絶縁膜と、 前記エピタキシャル半導体層の上部に接続された導電層
    を具備することを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記第1、第2のゲート電極は異方性エ
    ッチングにより形成された側壁形状であることを特徴と
    する請求項1記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 第2導電型の第1の不純物領域を含有し
    た第1導電型の第1のエピタキシャル半導体層を第1導
    電型の半導体基板上に柱状に形成する工程と、 この第1のエピタキシャル半導体層の側面に第1の絶縁
    膜を形成する工程と、 この第1の絶縁膜の表面に沿って第1のキャパシタ構造
    を形成する工程と、 前記半導体基板、前記キャパシタ構造を被覆する第1の
    層間絶縁膜を形成する工程と、 この第1の層間絶縁膜を、前記第1のエピタキシャル半
    導体層上面が露出するまで除去する工程と、 前記エピタキシャル半導体層の露出面上に第2導電型の
    第2の不純物領域を含有した第1導電型の第2のエピタ
    キシャル半導体層を形成する工程と、 前記第2の不純物領域に対応する前記第2のエピタキシ
    ャル半導体層の側面に第1のゲート絶縁膜、第1のゲー
    ト電極を形成する工程と、 この第1のゲート電極の表面に第2の層間絶縁膜を形成
    する工程と、 この第2の層間絶縁膜を、前記第2のエピタキシャル半
    導体層上面が露出するまで除去する工程と、 前記第2のエピタキシャル半導体層の上部を導電層で接
    続する工程とを具備することを特徴とする半導体記憶装
    置の製造方法。
  4. 【請求項4】 第2導電型の第1の不純物領域を含有し
    た第1導電型の第1のエピタキシャル半導体層を第1導
    電型の半導体基板上に柱状に形成する工程と、 この第1のエピタキシャル半導体層の側面に第1の絶縁
    膜を形成する工程と、 この第1の絶縁膜の表面に沿って第1のキャパシタ構造
    を形成する工程と、 前記半導体基板、前記キャパシタ構造を被覆する第1の
    層間絶縁膜を形成する工程と、 この第1の層間絶縁膜を、前記第1のエピタキシャル半
    導体層上面が露出するまで除去する工程と、 前記エピタキシャル半導体層の露出面上に第2導電型の
    第2の不純物領域を含有した第1導電型の第2のエピタ
    キシャル半導体層を形成する工程と、 前記第2の不純物領域に対応する前記第2のエピタキシ
    ャル半導体層の側面に第1のゲート絶縁膜、第1のゲー
    ト電極を形成する工程と、 この第1のゲート電極の表面に沿って第2のキャパシタ
    構造を形成する工程と、 この第2のキャパシタ構造の
    表面に第2の層間絶縁膜を形成する工程と、 この第2の層間絶縁膜を、前記第2のエピタキシャル半
    導体層上面が露出するまで除去する工程と、 前記第2のエピタキシャル半導体層上面に第2導電型の
    不純物領域を含有した第1導電型のエピタキシャル半導
    体層を形成する工程と、 このエピタキシャル半導体層の側面にゲート絶縁膜、ゲ
    ート電極、絶縁膜、キャパシタ構造をそれぞれ3層形成
    する工程と、 前記エピタキシャル半導体層の上部を導電層で接続する
    工程とを具備することを特徴とする半導体記憶装置の製
    造方法。
  5. 【請求項5】 前記エピタキシャル半導体層は複数あ
    り、それぞれ狭間隔で形成されることを特徴とする請求
    項4記載の半導体記憶装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記ゲート電極第1、第2のゲート電極
    は異方性エッチングで形成することを特徴とする請求項
    4記載の半導体記憶装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記不純物領域、第2の不純物領域の外
    周部分に第2導電型の不純物を拡散させる工程を具備す
    ることを特徴とする請求項4記載の半導体記憶装置の製
    造方法。
  8. 【請求項8】 第2導電型の第1のエピタキシャル半導
    体層を第1導電型の半導体基板上に柱状に形成する工程
    と、 この第1のエピタキシャル半導体層の側面に第1の絶縁
    膜を形成する工程と、 この第1の絶縁膜の表面を含む第1のエピタキシャル半
    導体層表面に沿って、第1導電型の不純物を含んだ第1
    のキャパシタ電極となる材料、絶縁膜を形成する工程
    と、 前記第1導電型の不純物を前記第1のエピタキシャル半
    導体層に拡散する工程と、 前記第1のキャパシタ電極となる材料、前記絶縁膜を異
    方性エッチングにより除去し、側壁形状の第1のキャパ
    シタ電極、第1のキャパシタ絶縁膜を形成する工程と、 この第1のキャパシタ絶縁膜の表面に第1導電型の不純
    物を含んだ第1のキャパシタ電極となる材料を形成する
    工程と、 前記第1導電型の不純物を前記第1のエピタキシャル半
    導体層に拡散する工程と、 前記第1のキャパシタ電極となる材料を異方性エッチン
    グにより除去し、側壁形状の第1のキャパシタ電極を形
    成する工程と、 前記半導体基板、前記第1のキャパシタ電極を被覆する
    第1の層間絶縁膜を形成する工程と、 この第1の層間絶縁膜を、前記第1のエピタキシャル半
    導体層上面が露出するまで除去する工程と、 前記第1のエピタキシャル半導体層の露出面上に第2導
    電型の第2のエピタキシャル半導体層を形成する工程
    と、 前記第2の不純物領域に対応する前記第2のエピタキシ
    ャル半導体層の側面に第1のゲート絶縁膜を形成する工
    程と、 この第1のゲート絶縁膜を被覆するように、第1導電型
    の不純物を含む第1のゲート電極となる材料を形成する
    工程と、 この第1導電型の不純物を前記第2のエピタキシャル半
    導体層中に拡散する工程と、 前記第1のゲート電極となる材料を異方性エッチングに
    より除去し、サイドウォール形状の第1のゲート電極を
    形成する工程と、 前記第2のエピタキシャル半導体層の上部を第1導電型
    の不純物を含む導電層で接続し、かつ第1導電型の不純
    物を前記第2のエピタキシャル半導体層中に拡散する工
    程とを具備することを特徴とする半導体記憶装置の製造
    方法。
JP6195019A 1994-08-19 1994-08-19 半導体記憶装置とその製造方法 Pending JPH0864777A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6195019A JPH0864777A (ja) 1994-08-19 1994-08-19 半導体記憶装置とその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6195019A JPH0864777A (ja) 1994-08-19 1994-08-19 半導体記憶装置とその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0864777A true JPH0864777A (ja) 1996-03-08

Family

ID=16334188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6195019A Pending JPH0864777A (ja) 1994-08-19 1994-08-19 半導体記憶装置とその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0864777A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013016102A2 (en) 2011-07-27 2013-01-31 Micron Technology, Inc. Vertical memory cell
WO2019046125A1 (en) * 2017-08-29 2019-03-07 Micron Technology, Inc. VOLATILE MEMORY DEVICE COMPRISING STACKED MEMORY CELLS
KR20190038223A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 삼성전자주식회사 반도체 메모리 소자
US11616065B2 (en) 2017-09-29 2023-03-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor memory devices
WO2023245803A1 (zh) * 2022-06-21 2023-12-28 长鑫存储技术有限公司 半导体结构及其制作方法、存储器

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013016102A2 (en) 2011-07-27 2013-01-31 Micron Technology, Inc. Vertical memory cell
WO2013016102A3 (en) * 2011-07-27 2013-03-21 Micron Technology, Inc. Vertical memory cell
US8609492B2 (en) 2011-07-27 2013-12-17 Micron Technology, Inc. Vertical memory cell
EP2737524A4 (en) * 2011-07-27 2015-06-17 Micron Technology Inc VERTICAL STORAGE CELL
WO2019046125A1 (en) * 2017-08-29 2019-03-07 Micron Technology, Inc. VOLATILE MEMORY DEVICE COMPRISING STACKED MEMORY CELLS
US10790008B2 (en) 2017-08-29 2020-09-29 Micron Technology, Inc. Volatile memory device with 3-D structure including vertical pillars and memory cells vertically stacked one over anoher in multiple levels
US11295807B2 (en) 2017-08-29 2022-04-05 Micron Technology, Inc. Volatile memory device with 3-D structure including memory cells having transistors vertically stacked one over another
KR20190038223A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 삼성전자주식회사 반도체 메모리 소자
JP2019068067A (ja) * 2017-09-29 2019-04-25 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. 半導体メモリ素子
US11616065B2 (en) 2017-09-29 2023-03-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor memory devices
WO2023245803A1 (zh) * 2022-06-21 2023-12-28 长鑫存储技术有限公司 半导体结构及其制作方法、存储器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6365452B1 (en) DRAM cell having a vertical transistor and a capacitor formed on the sidewalls of a trench isolation
JP2826036B2 (ja) 均一かつ反復可能な導電性コンテナ構造体またはdramコンテナ記憶キャパシタを製造する方法
US5158905A (en) Method for manufacturing a semiconductor device with villus-type capacitor
US5373170A (en) Semiconductor memory device having a compact symmetrical layout
KR910010167B1 (ko) 스택 캐패시터 dram셀 및 그의 제조방법
JPH05152537A (ja) セルフアラインコンタクト領域の製造方法およびその方法を用いるスタツクトキヤパシタ
JPH05251657A (ja) 半導体メモリセルとその製造方法
US5156993A (en) Fabricating a memory cell with an improved capacitor
US6872629B2 (en) Method of forming a memory cell with a single sided buried strap
JPH056977A (ja) ダイナミツク型半導体記憶装置およびその製造方法
TWI298930B (ja)
JPH0864777A (ja) 半導体記憶装置とその製造方法
JP2862129B2 (ja) 半導体装置の製造方法
US5814526A (en) Method of forming a DRAM stacked capacitor with a two step ladder storage node
JP2739965B2 (ja) 半導体記憶装置およびその製造方法
KR100632058B1 (ko) 고집적 반도체 메모리장치 및 그 제조 방법
JP2825759B2 (ja) 半導体記憶装置の製造方法
JPH1022471A (ja) 半導体集積回路装置及びその製造方法
JPS63226955A (ja) 容量素子の製造方法
KR930000718B1 (ko) 반도체장치의 제조방법
JP2827377B2 (ja) 半導体集積回路
KR940009615B1 (ko) 반도체 기억장치 제조방법
JP2723802B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPH0864779A (ja) 半導体記憶装置及びその製造方法
KR970010683B1 (ko) 소이(soi)를 이용한 반도체 메모리장치 및 그 제조방법