JPS59232455A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS59232455A
JPS59232455A JP58108102A JP10810283A JPS59232455A JP S59232455 A JPS59232455 A JP S59232455A JP 58108102 A JP58108102 A JP 58108102A JP 10810283 A JP10810283 A JP 10810283A JP S59232455 A JPS59232455 A JP S59232455A
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JP
Japan
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groove
film
layer
substrate
dirt
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Pending
Application number
JP58108102A
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English (en)
Inventor
Sunao Shibata
直 柴田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS59232455A publication Critical patent/JPS59232455A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置に係り、特にダイナミンクRAM
等におけるMOSキヤ/4’ゾタ部の改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
MOSダイナミックRAMのメモリセルは、1つのMO
Sキャノぞシタと1つのMOS )ランジスタとから構
成され、MOSキャパシタの蓄積電荷により2値情報の
記憶を行う。通常このMOSキヤ・ぐシタは、第1図に
示すようにSi基板Iノの表面に熱酸化による薄いダー
ト酸化膜12全介して多結晶シリコン膜等によるダート
電極13を配設して構成される。
グイナミソクRAMの高集積化を図るにはメモリセルを
小さくする必要があシ、その結果MOSキャパシタの面
積も小さくな9、その容量も小石くなる。MOSキャパ
シタのSi値は少くとも4 0 fF程度が必要であシ
、これ以上答址が小をくなるとデータ保持特性が著しく
悪くなり、α粒子の入射によりデータ自答が変更される
ソフトエラーが問題になる。一方、キヤパンク面私を小
さくしてしかも容量を十分なものとするために、ダート
絶縁膜の膜厚をできる限り薄くすることが望まれるが、
ケ゛ート絶縁膜を余り薄くすると耐圧が不十分となり、
ピンホールの発生により信頼性が低下する。
以上のような問題を解決して、占■面積が小さくしかも
大きい答姐を錐保するΔ/IQsキャパシタ構造として
、第2図に示されるものが提案でれている。これは81
基板2ノの表面に溝22を形成し、ここに熱酸化による
ダート絶縁膜23を介してり゛−1電イタ24f:形成
するものである。
ところがこの構造では、g22の底部の角25の個ハr
でゲート絶縁膜23が薄くなり、またこの個順でケ゛−
ト絶縁膜23中に電界が集中するため、ダート絶縁膜2
3の破壊が生じ易いという難点がある。これは、溝22
の底部の角25では熱酸化膜が成長し難く周囲に比べて
薄くなる事が一因である。
〔発明の目的」 本発明は上記の点に鑑み、絶縁ij圧が優れ、しかも小
さな占有面積で大きい容量が得られるMOSキャパシタ
を備えた半導体装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明におけるMOSキャパく夕は、半導体基板表面に
溝を形成し、この溝の内壁にケ゛−ト絶縁膜を介してケ
゛−ト電極を設けた4’:’+ ’fii k基本とし
、このような基本構造において、ゲート電極下の溝底部
の少くとも角をなす部分に曲面を形成するようにケゞ−
ト絶縁膜とは別に気相成長法により形成された絶縁体層
を運択的に残置をせたことを特徴とする。
〔発明の効果〕
気相成長により形成した絶縁体層は溝の角部で湖くなる
ことがないので、本発明によれば、小豆い占有面積で大
きい容量全もち、しかも絶縁耐圧も十分大きいMOSキ
ャパシタが得られ、このMOSキャノゼシタを用いれば
ダイナミックRAMの高密度化、歩留り向上を図ること
ができる。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例におけるMOSキャパシタ全第3図(
a)〜(f)の製造工程に匠って説明する。1ずp型S
1基板、ノーの素子分離領域に71−ルド酸化膜32を
形成する(a)。このフ1−ルド酸化膜32は周知のL
OCO8法で形成してもよいし、溝を形成してCVD法
によシ酸化膜を埋込む方法で形成してもよい。次にレジ
スタマスク33を形成し、基板31をチー・ぐエツチン
グして溝34を形成する(b)。7434の側壁にデー
パをつけるのは、次のイオン注入工程で側壁に不純物ビ
ー20層を形成し、容量の大きいいわゆるHi−C構造
のMOSキャパシタとするためである。チー/4’エツ
チングにはKoIIf用いてもよいし、又はcct  
もしくflic2F6等のガスを用いたRIE法、光を
応用したドライエツチング法などを利用してもよい。
このようにチー・々エツチングを行った後、2回のイオ
ン注入によって溝、(4の側壁の少し深い=+S分にp
−J脅35、表面部にn十層36を形成する(c)。こ
のイオン注入工程は、例えばはロンを4 (l keV
 、  ]、 X 1015tyn−2の条件で打込ん
でp+層35を、又、砒素f 50 keV、  lX
l0  a、qの条件で打込んでnfepJ36f:形
成する。
この後、レノストマスク33を除去し、全面にCVD法
によシS r 02膜37を堆積させる(d>。そして
全面を例えばNH4F等を用いて均一にエツチングし、
基板主表面が露出したところでエツチングを終了して、
溝底部の尖った角の部分に選択的にCVD 5j02膜
37を残置させる(e)。これ4′Cよシ溝34の底部
に側壁面と連続する曲面を持たせた状態が得られる。こ
の鎌、熱酸化によシダ一ト酸化膜38全形成し、多結晶
シリコンからなるダート電極39を形成してMOSキャ
ノ4′/りが完成する(f)。
こうして得られたMOSキャパ/りは、第1図の従来構
造に比べて占有面積が同じで約2倍の容量値を得ること
ができた。寸だ、溝34の底部にLVD S r O2
膜37を埋込んだことにより、第2図の構造におけるよ
りなケ゛−ト耐圧の低下がなく、大幅な歩留り向上が認
められた。
第3図(、)において溝34内に残すcVD 5in2
膜37は、その端部が側壁に対してできるだけ小さい角
度をもって交わるような形状、好壕しくけ前述のように
両側壁との間で連続的な曲面會なす形状とするのがよい
。この点に関連する実験データを示す。第4図に示すよ
うI/C,Sr基板4ノ上に部分的に厚いS Io 2
膜42を形成して、露出しているSi基板表面に熱酸化
によりS J 02膜43を形成し、ダートを極44を
形成する。このときマスクとして残したS+0211%
 42の端面がSI基板41表面とのなす角度をθとし
て、これを変化させて熱酸化S r 02膜43の耐圧
を測定した。その結果が第5図である。図から明らかな
ように、ケ8−ト領域を決定するS iO2942が急
峻な段差の端面を形成しでいるとケ゛−ト面l圧が低下
することがわかる。
また、溝34の底部に残すCVD S + 02膜37
は尖った部分をおおっていればよく、厚みが200X程
度であっても絶縁体厚みを増大させるものであれば十分
効果がある。逆に、溝34の深さの1膜3程反まで残し
ても平坦面を利用する場合に比べて十分大きい容猪とす
ることができる。
第6図(a) 、 (b)は本発明の別の実施例の第3
1〆(d) 、 (e)に対応する工程である。この実
施例では、’−VD 5102 k137を全面に堆積
した後、ホトレノスト40fスピンコードしくa)、こ
の後全面をRIEにより (−VD 5I02膜37膜
面7露出するまでエツチングし、更にNH4Fでエツチ
ングすることによI) CVD、 S r 02膜37
を溝底部に残置させている(b)。この場合、RIEの
みでエツチングしてもよい。この後、先の実施例と同様
にしてMOSキャノ々シタを形成する。
この実施例によっても先の実施例と同様、耐圧の高いM
OSキャパシタが得られる。
本発明は更に種々変形実施することが用能である。例え
ば溝の形状とこの内部に残すCVDSiO2膜の関係は
第7図(IL)〜(、)に示すように多くの態様が考え
られる。1だ実施例では、いわゆるHi−C構造とする
ため溝の側壁に2回のイオン注入をしているが、反対導
′屯型1i?i k形成する1回のイオン注入のみでも
容量増大に十分効果がある。更にこれらのイオン注入工
程は、溝にCVD S + 02膜を残置させた後であ
ってもよい。
また実施例ではη・7に埋込む絶縁体層としてS r 
02を用いたが、CVD法により堆積するものであれば
他の月利、例えばS t 3N4又はこれと5102の
混合物などであってもよい。
更にダート絶縁1模としても、熱酸化膜に限らず、熱窒
化による813N4等でもよいし、またLP C:VD
法による絶ル1咬暎であってもよい。LPCVDによる
St、N4膜は直接基板上に堆積しても5102膜全介
して堆積してもよい。特にLP CVD膜を堆積した後
、熱酸化して一ンホールを埋めることにより、ケ゛−ト
絶゛縁膜として十分耐圧の高いものが得られる。
又、埋込み絶縁体層と、ケ゛−ト絶縁膜の桐料を異なら
せてもよい。例えば、第3図(a)〜(f)において、
埋込み絶縁体層37をCVDで形成したS弓N4とし、
ケ゛−ト絶縁膜38を熱酸化膜で形成してもよい。その
際、第3図の工程をとるとこの埋込んだSi3N4上に
成長する熱酸化膜は極く僅かである。電極はこのイタ薄
酸化膜を介して形成されてもよいし、熱酸化後、この1
す薄酸化膜のみウェットエツチングし、電極を伺けても
よい。尚、埋込み絶縁体層37にその気相成長中にボロ
ン等のドーパントを含捷ぜておき、第3図(、)の段階
で選択埋込み後、埋込み絶縁体層からドー・ぞントを熱
拡散逼せ、自己整合的に角部に基板と同導電型の高饋度
層を形成してもよい。この熱拡散は、角部のn土層36
をrJ消し、逆導電型のp又はp十層となる如く行なう
。このようにすれば電極39に電圧印加して電荷イ蓄積
する際に、この領域での菖績をなくすことができるから
、若し埋込み絶縁体層の耐圧が劣化しても蓄積電荷のリ
ークが防止され、信頼性が更に向上する。尚、拡散が酸
化雰囲気で行なわれるならば、第3図(e)の段階で3
7はポリツリコンであってよく、拡散時にその絶縁体層
化、及びデート酸化膜38の形成が同時に行なわれる。
又、n土層36の形成は、埋込み絶縁体層37の形成後
、或いは更にり゛−ト絶縁膜を形成した後に行なり事も
できる。又、埋込み絶縁体層37に自己整合するp又は
p子馬を形成せず、第3図(e)で不純物を含まない埋
込み絶縁体層37形成後、或いは更にケート絶縁膜38
を形成した後全面にリン又はAsをイオン注入して角部
を除いてn子馬36が形成式れるようにしても効果があ
る。
以上の実施例においては、埋込み絶縁体層はCVD法に
より形成場れたが、これはスノクツタ膜であってもよい
。その際、バイアススパッタリングを用いてもよい。即
ち、基板にバイアス印加しなからスパッタリングする事
によシ、平坦部での被着速度を低下させれば、よシ迅速
に溝内の膜形成が可能でおる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) 、 (b)は従来のMOSグイナミソク
RAMにおけるMOSギヤ・ぞシタ構造を示す平面図と
そのA −A’断面図、第2図は溝を用いて容量増大を
図った従来のMOSキャノにシタを示す断面図、第3図
(、)〜(f)は本発明の一実施例のMOSギヤ/4’
シタの製造工程を示す断面図、第4図および第5図はダ
ート絶縁膜端面の構造が1ijJ圧に影響することを示
す実験データを説明するプζめの図、第6図(a) r
 (b)は本発明の他の実施例のMOSギヤ・ぞシタの
製造工程要部を示す断面図、第7図(、)〜(、)は本
発明の溝形状とその内部に埋込む絶縁体層の関係につい
てのいくつかの態様を示す図である。 3ノ・・・p型Si基板、32・・・フィールド酸化膜
、33・・・レジストマスク、34・・・溝、35・・
・p子馬、36− n十層、37・・・CVD5i02
膜、3 B−・ダート酸化膜、39・・・ダート電極。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 −24: 第3図 2 ′1色3図 ]7 第4図 第5図 □θ 第6図 第7図 (a)       (b) (C)(d) (e)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半樽体基板に溝が形成され、この溝の内壁にダー
    ト絶縁膜を介してケ゛−ト電極が形成されたMOSキャ
    パシタを有する半導体装置において、前記性の底部のM
    fJ記ダート電極下に前記ダート絶RIii4とは別に
    気相成長によシ形成された絶縁体層が定択的に埋込捷れ
    ていることを特徴とする半導体装置。
  2. (2)  前記6゛1fは側壁が傾斜面をなし、この側
    壁に基板と逆の導電型層が形成されている特許請求の範
    囲第1項記載の半導体装1k。
JP58108102A 1983-06-16 1983-06-16 半導体装置 Pending JPS59232455A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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