JPH0870108A - 半導体記憶装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置及びその製造方法

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JPH0870108A
JPH0870108A JP6206248A JP20624894A JPH0870108A JP H0870108 A JPH0870108 A JP H0870108A JP 6206248 A JP6206248 A JP 6206248A JP 20624894 A JP20624894 A JP 20624894A JP H0870108 A JPH0870108 A JP H0870108A
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JP
Japan
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groove
insulating film
forming
plate electrode
substrate
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JP6206248A
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English (en)
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Yutaka Ishibashi
裕 石橋
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は、素子分離領域の基板に適切な深さ
の溝を形成し、この溝を絶縁膜でおおうことでLOCO
S酸化膜に代わる素子分離を構成する。 【効果】 本発明によれば、素子分離のLOCOS酸化
膜及びプレート電極配線による段差を生じることのない
形状にできるので、ワード線以降の加工工程を容易にす
る。更に、段差によって起因する配線間のショート等も
防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体記憶装置に関
し、特にトレンチ型キャパシタを有するダイナミック・
ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】半導体記憶装置の微細化に伴い、DRA
Mセルのキャパシタは、スタック型やトレンチ型のよう
に3次元構造となっている。セルが微細になっても記憶
保持に必要なキャパシタ容量が変わらないが、1つのセ
ルの中でキャパシタがしめる面積は減少する。そのため
十分なキャパシタ容量を確保するために、高密度DRA
Mにおいてキャパシタ構造はスタック型やトレンチ型の
ような3次元構造となっている。このうちトレンチ型D
RAMでは、基板の垂直方向に十分に深いトレンチを加
工しその内壁を蓄積電極として利用し面積を増加させる
ことで十分な容量を得ている。トレンチ型DRAMは、
スタック型DRAMのような蓄積電極による大きな加工
段差を生じることがないためビット線よりも上層の配線
加工に大変有利である。またトレンチ型では、トレンチ
の深さと開口部の面積でキャパシタ容量が決まるため、
デザインルールが微細化されてもトレンチを深くするこ
とで必要な面積が確保される。それに対し、スタック型
DRAMの場合、上記の理由から極端に高い蓄積電極を
形成することは望ましくないのでフィン型やクラウン型
の構造や蓄積電極表面を粗面化することで面積をかせぐ
か、キャパシタ絶縁膜に高誘電体材料(タンタル酸化
膜、チタン酸ストロンチウム等)を用いる等が必要で、
微細加工や信頼性といった面から不利である。
【0003】図11は、通常用いられているトレンチ型
キャパシタ400を用いたDRAMの従来例である。こ
の場合、素子分離405を選択酸化法(LOCOS)で
形成する。ついで基板401に十分に深いトレンチ40
2を形成する。トレンチ内壁には基板と反対の導電型を
もつ拡散層404を形成し、蓄積電極とする。つづいて
トレンチ内壁にキャパシタ絶縁膜406形成し、プレー
ト電極407となる多結晶シリコンを堆積させパターン
ニングを行う。このプレート電極表面を絶縁膜408で
保護した後、熱酸化によりゲート絶縁膜409を形成、
ワード線となるゲート電極410をCVD方で形成しパ
ターニングをほどこす。そしてこのトランスファーゲー
トのソース/ドレイン411となる拡散層を蓄積電極と
なる拡散層と同じ導電型で形成する。この時この二つの
拡散層が接続される。この後層間絶縁膜を堆積し、ビッ
ト線413とソース/ドレイン411との接続を行うコ
ンタクトホールを形成し、ビット線となる電極材料を形
成しパターニングを行う。以上によりトレンチ型DRA
Mが形成される。
【0004】この従来のトレンチ型キャパシタを用いた
DRAMの場合、ワード線を形成する前に素子分離のL
OCOS酸化膜により段差が存在するだけでなく、キャ
パシタのプレート電極の配線がセル部を通過するため、
スタック型で問題となるほど大きな段差ではないが、必
然的に段差が生じる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】トレンチ型DRAMを
作成する際に、これらの段差は、キャパシタ形成後、ワ
ード線となるゲート電極を加工する際に問題が生じる。
第1にワード線を加工するリソグラフィの際、段差によ
り光が反射し、段差よりも低い部分、特にゲートのチャ
ネル部になる部分のレジストが細くなり、反応性イオン
エッチング(RIE)で加工するときゲート電極が細く
なってしまう。つまりトランスファーゲートのゲート長
が設計寸法よりも細くなってしまう。サブミクロン以下
のデザインルールのもとでは、トランジスタのショート
チャネル効果はかなり厳しくなっており、ゲート長が細
くなるとトランジスタのしきい値低下し、蓄積電極に保
持された記憶内容がトランジスタのサブスレッショルド
リークで徐々に失われDRAMの記憶保持特性が劣化す
る。逆にチャネル部分のゲート寸法を合わせると段差上
や平坦部では寸法が太くなり、ワード線同志のショート
か発生する可能性があり問題となる。
【0006】第2に段差が急峻な場合、ワード線を加工
すると異方性エッチングであるRIEを用いて加工する
ために段差にそって、ワード線材料が残ってしまい、隣
合うワード線どうしや他の配線との間にショートが生じ
てしまう。この残差がなくなるように十分にRIEを行
った場合、平坦な素子領域にとってはエッチングがオー
バーとなりすぎて、ゲート絶縁膜でエッチングが止まら
ず、基板にダメージを生じてしまう。これらはDRAM
を作成する上で極めて問題である。
【0007】
【課題を解決するための手段】まず素子分離はLOCO
S酸化膜によるものではなく、素子分離領域の基板に適
切な深さの溝を形成する。この溝を絶縁膜でおおうこと
でLOCOS酸化膜にかわる素子分離を構成する。この
素子分離領域は、元の基板表面より上の領域には形成さ
れないので段差を生じない。
【0008】またプレート電極配線をトレンチの中及び
この素子分離溝中に埋め込むことで形成する。このとき
プレート電極はトレンチ中はキャパシタ絶縁膜により、
素子分離溝中は上記の絶縁膜により基板と絶縁される。
プレート電極は、素子分離溝中に元の基板表面よりも低
い位置に埋め込み、その表面は絶縁膜で保護し、ゲート
絶縁膜形成時点で基板表面が全く平坦であるようにす
る。
【0009】
【作用】よって本発明では、ワード線形成前に素子分離
のLOCOS酸化膜及びプレート電極配線による段差を
生じることのない形状にすることによりワード線以降の
加工を容易にする。それにより段差起因による配線間の
ショート等を防止できる。
【0010】またプレート電極配線は、基板と絶縁され
た素子分離溝中にセルファラインに形成できる。素子分
離溝中にプレート電極配線が形成されるが、プレート電
極は一定の電位で固定されており、また十分な厚さの絶
縁膜でプレート電極と基板は絶縁されており、フィール
ド反転防止のためのイオン注入を行うのでしきい値は大
きくなり、素子間の分離は確保できる。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1乃至図3は本発明の第1の実施例を示
したものである。通常のトレンチ型DRAMに対し、素
子分離がLOCOSではなく浅い溝によって行われ、プ
レート電極がこの素子分離溝中に基板よりも低い位置に
形成されており、ワード線の下は完全に平坦化がなされ
ている。尚、図中の符号10はビット線、11はトレン
チ、12ばビット線コンタクト、13はワード線、14
は素子領域、15はプレート電極、16は素子分離電
極、17は層間絶縁膜、18はゲート絶縁膜19は絶縁
膜、20と28はn型拡散層、21はキャパシタ絶縁
膜、22はP型基板を夫々示す。
【0012】図4乃至図9により本発明の第1の実施例
の製造方法を説明する。まずp型のシリコン基板22の
表面をシリコン酸化膜23及びシリコン窒化膜24から
なる絶縁膜でおおい、素子分離に用いる溝25をパター
ンニングし形成する(図4(a),(b),(c))。
この溝25の下部にフィールド反転防止のためボロンを
イオン注入する。形成した溝表面を熱酸化により適切な
厚さ酸化され酸化膜19が形成される。このとき基板表
面はシリコン酸化膜でおおわれており酸化されない(図
4(d),(e),(f))。次にキャパシタとなる十
分に深いトレンチ11を形成する(図5(a),
(b),(c))。この形成したトレンチ表面は、キャ
パシタの蓄積電極として用いるのでこの内面にヒ素(A
s)をイオン注入法を用いてドープし、適切な温度にお
いてアニールを施すことによりn型の拡散層20を形成
する。このとき、トランスファーゲートのチャネル領域
となる基板表面及び素子分離用の溝25は十分や厚さの
絶縁膜19におおわれておりn型拡散層20は形成され
ない。
【0013】続いてキャパシタ絶縁膜を形成する。プレ
ート電極15となるリンもしくはヒ素をドープしたn型
の多結晶シリコンをLPCVD法を用いてトレンチ及び
素子分離溝が十分に埋まる厚さ形成する(図6(a),
(b),(c))。この多結晶シリコンは、アンドープ
多結晶を形成した後リンもしくはヒ素をイオン注入し適
切なアニールを施し形成してもよい。続いてこの形成し
た多結晶シリコンを適切な全面エッチングにより基板表
面よりも低い適切な位置までエッチバックする。このと
きトランスファーゲートのチャネル領域にはこの多結晶
シリコンが残らないようにする。次にこの多結晶シリコ
ン表面を熱酸化法により酸化して絶縁膜26を形成する
(図7(a),(b),(c))。この後基板表面に残
っているキャパシタ絶縁膜とシリコン窒化膜を適切なエ
ッチングにより除去する。また表面に残っているシリコ
ン酸化膜をトランスファーゲートのチャネル領域の部分
のみフッ化アンモニウム等を用いて除去する。この時点
でチャネル領域と素子分離領域とに段差が生じないよう
にプレート電極となる多結晶シリコンのエッチングを調
整する。この後、ゲート絶縁膜を熱酸化法により薄い形
成し、続いてワード線となるゲート電極をLPCVDで
n型の多結晶シリコンを用いて形成する。この多結晶シ
リコンをRIEを用いてパターンニングする。そしてト
ランスファーゲートのソース及びドレインのn型拡散層
をイオン注入でリンもしくはヒ素をドープし適切な熱処
理を行い形成する(図8(a),(b),(c))。続
いて層間絶縁膜27をCVD法で形成し、ビット線とト
ランスファーゲートのソースもしくはドレイン拡散層と
を接続するためのコンタクトホール12をパターンニン
グする。そしてビット線10を構成するタングステンシ
リサイドを堆積し、パターンニングする(図9(a),
(b),(c))。
【0014】図10は、本発明の第2の実施例を示した
図である。セルが直列に2個以上つながれたNAND型
DRAMである。この場合、ビット線とトランスファー
ゲートのソース/ドレインとのコンタクトがセル数個に
1個割合でしか存在しないため、セル面積の縮小となり
微細化に有利な構造である。
【0015】
【発明の効果】本発明では、素子分離LOCOS酸化膜
及びプレート電極配線による段差を生じることのない形
状にすることによりワード線以降の加工を容易にする。
それにより段差起因による配線間のショート等を防止で
きる。
【0016】プレート電極配線は、基板と絶縁された素
子分離溝中にセルフアラインに形成できる。リソグラフ
ィを用いずにプレート電極が形成でき、工程が簡素化で
きる。素子分離溝中にプレート電極配線が形成される
が、プレート電極は一定の電位で固定されており、また
十分な厚さの絶縁膜でプレート電極は一定の電位で固定
されており、また十分な厚さの絶縁膜でプレート電極と
基板は絶縁されており、フィールド反転防止のためのイ
オン注入を行うのでしきい値は大きくなり、素子間の分
離は確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例を示す平面図。
【図2】 図1のA−A′面を示す断面図。
【図3】 図1のB−B′,C−C′面を示す断面図。
【図4】 本発明の第1の実施例の製造工程を示す図。
【図5】 図4の続きを示す図。
【図6】 図5の続きを示す図。
【図7】 図6の続きを示す図。
【図8】 図7の続きを示す図。
【図9】 図8の続きを示す図。
【図10】 本発明の第2の実施例を示す図。
【図11】 従来技術を示す図。
【符号の説明】
10…ビット線 11…トレンチ 12…ビット線コンタクト 13…ワード線 14…素子領域 15…プレート電極 16…素子分離電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の表面に形成された素子分離領
    域の第1の溝と、前記第1の溝の一部に素子領域に接し
    前記溝よりも深く形成された第2の溝と、この第2の溝
    の内面に設けられたキャパシタの蓄積電極と、前記第2
    の溝及び前記第1の溝に絶縁膜を介し設けられた前記プ
    レート電極と、前記半導体基板の素子領域に形成された
    MOSトランジスタを備えたことを特徴とする半導体記
    憶装置。
  2. 【請求項2】上記プレート電極は、上記半導体基板の表
    面よりも低い位置に形成された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1導電型の半導体基板の素子分離領域に
    一定の深さに第1の溝を形成する工程と、この第1の溝
    表面に絶縁膜を形成する工程と、素子領域に接し第1の
    溝の一部にさらに深い第2の溝を形成する工程と、前記
    第2の溝の内壁に第2導電型のキャパシタの蓄積電極を
    形成する工程と、前記第2の溝表面にキャパシタ絶縁膜
    を形成する工程と、前記第2の溝のキャパシタ絶縁膜及
    び前記第1の溝の絶縁膜を介し前記半導体基板と絶縁さ
    れたプレート電極を溝中に埋め込み形成する工程と、前
    記プレート電極の表面に絶縁膜を形成する工程と、前記
    素子領域にMOSトランジスタのゲート絶縁膜を形成す
    る工程と、ゲート電極を形成する工程と、前記MOSト
    ランジスタのソースまたはドレイン領域の一方が前記キ
    ャパシタの蓄積電極と電気的に接続するように第2導電
    型のソース及びドレインを形成する工程とを備えたこと
    を特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
  4. 【請求項4】前記請求項1の半導体記憶装置が2個以
    上、キャパシタの蓄積電極とトランジタのソースまたは
    ドレインと直列に接続され、一端のMOSトランジスタ
    ソースまたはドレインがビット線と接続していることを
    特徴とする半導体記憶装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19903597A1 (de) * 1999-01-29 2000-08-10 Siemens Ag Herstellverfahren für einen Isolationsgraben unter Verwendung einer Hilfsschicht
US7271056B2 (en) 2005-07-12 2007-09-18 United Microelectronics Corp. Method of fabricating a trench capacitor DRAM device
CN100424856C (zh) * 2005-07-20 2008-10-08 联华电子股份有限公司 制作沟渠电容动态随机存取存储器元件的方法

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