JPS5932900B2 - 電荷貯蔵領域の形成方法 - Google Patents

電荷貯蔵領域の形成方法

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JPS5932900B2 JP56085905A JP8590581A JPS5932900B2 JP S5932900 B2 JPS5932900 B2 JP S5932900B2 JP 56085905 A JP56085905 A JP 56085905A JP 8590581 A JP8590581 A JP 8590581A JP S5932900 B2 JPS5932900 B2 JP S5932900B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的にFETのメモリ・セルに関するもの
であり、特に電荷貯蔵のためにシリコン半導体基体内に
キャパシタ構造体を含むコンパクトなメモリ・セル装置
及び装置を形成するためのプロセスに関する。
FET及びキャパシタを有する単一装置のメモリ・セル
は、米国特許第3387286号に示されている。
キャパシタのプレートは基板表面に平行であり、基板表
面の比較的大きな領域を占める。セルの大きさを小さく
するために、例えば、゛CapacitorForSi
ngleFETMemoryCell”、IBMTec
hnicalDisclosureBulletin3
Vol、193/1693Pages2579−258
O、Feb、1975では、キャパシタがポリシリコン
で満されたり形状の凹所内に形成され、1979年6月
14田こ出願された米国特許出願通し番号第48410
号では、シリコン表面の反応性イオン食刻されたU形状
の凹所内にキャパシタが形成されたりするように、キャ
パシタ構造体は半導体基板内に形成されてきた。半導体
基板内の凹所に形成されたキャパシタ構造体及び電荷貯
蔵領域はまた、米国特許第3962713号及び第41
41765号に示されている。本発明の目的は、改良さ
れたメモリ・セル構造体及びその製造プロセスを提供す
ることである。
本発明により、以下のステップを含む、高密度で縦型の
MOSFET装置を形成する方法が提供される。基板上
にゲート誘電体層、上記誘電体層上にゲート電極層を含
むゲート並びに上記ゲートの両側の基板内にソース及び
ドレイン領域を有する単語晶シリコン基板を準備し、上
記ゲートに近接する上記ドレイン領域内の上記基板中へ
実質的にU形状の開口を反応性イオン食刻し、上記U形
状開口の表面上に二酸化シリコン層を成長させ、さらに
深いU形状開口を形成するために上記基板中へさらに深
く上記U形状開口を反応性イオン食刻し、拡大された埋
設開口を有する井戸状の穴を形成するために方向性の食
刻剤で上記のさらに深くなつた開口を食刻し、上記井戸
状の穴から上記二酸化シリコンを除去し、上記井戸状の
穴の表面中へ不純物を拡散し、上記ソース及びドレイン
領域並びに上記ゲート電極層への電気接点を形成するこ
と、本発明はまた、平らな表面が(100)の結晶方向
を有する単結晶シリコン基板と、上記表面に形成された
ソース及びドレインと、ゲートの真下の上記基板内のチ
ヤンネルを選択的に導電にするため、上記ソース及びド
レインの間の上記平らな表面上で絶縁されたゲートとを
含む電荷貯蔵構造を有するMOSFET装置を提供する
ドレインは、基板内の井戸状の穴の側面に形成されて伸
びた電荷貯蔵領域を含む。井戸状の穴は、基板の表面近
くにU形状の断面を有する第1の部分と、面がシリコン
基板の(111)結晶面に沿つた、第1の部分の真下の
拡大された第2の部分とを含む。さて第1図を参照する
に、メモリ・セル構造体12は、(100)のP型の単
結晶半導体基板11内に形成されたFET装置を含む。
このFET装置は、例えば、アルミニウム、タンタル、
モリブデン等の導電性金属ゲート、又はポリシリコン・
ゲートの13と、二酸化シリコンのゲート誘電体層15
と、N+型ソース領域17及びN+型ドレイン領域19
とを有する。セル構造体12は、当分野において知られ
ているように、埋設酸化物領域21により近接する装置
から分離されている。メモリ回路配列においては、N+
ソース領域17がビツト・ラインとして働らき、ポリシ
リコン・ゲート13がワード・ラインとして働らいて、
セルは機能する。メモリ・セル構造体12は、基板11
内の開口即ち井戸状の穴25の表面に形成されて拡大さ
れたN+型の電荷貯蔵領域23を有するドレイン19が
設けられている。第2乃至第4の図は、井戸状の穴25
の大きさ及び形状を示す。
最初に、わずか7.6平方ミクロンの領域が合計103
平方ミクロンの貯蔵領域を形成することになる、基板の
表面に2ミクロン×3.8ミクロンの矩形開口が提供さ
れる。これにより、同じキヤパシタンスを保つのに通常
のメモリ・セルの大きさのわずか1/2乃至1/3にメ
モリ・セルの大きさを減少可能とする、基板表面の単位
面積当り非常に増加した貯蔵キヤパシタンスが得られる
。また、井戸状の穴の下の拡大された部分は自動的に限
定された食刻により形成されるという事実のために、(
111)の終結結晶面に達する時には食刻速度は無視さ
れるようになる点で、拡大された開口の大きさは基板表
面の開口の大きさにより決められる。それ故に、過剰食
刻による近接セルへの影響がないので、食刻時間にかか
わらず貯蔵井戸の穴は形成され得る。また食刻が自動的
に限定される性質により、セルのキヤパシタンスは容易
に制御され得る。例えば、メモリ・セルは以下の手順に
より形成され得る。
厚さ約400人の薄い、乾いた、熱酸化の二酸化シリコ
ン層31(第5図)が、10乃至20Ω/CfLの(1
00)のP型シリコン半導体基板30の上に成長され、
続いて、SiH4及びNH3の化学気相付着(CVD)
により、約1000λの厚さの窒化シリコン層33が成
長される。それから窒化物層33及び酸化物層31が通
常のレジスト技術により食刻され、P+チヤンネル・ス
トツプ領域35が例えばホウ素のイオン注入により形成
される(第6図)。約4500乃至6000λの厚さの
フイールド酸化物37が蒸気中で成長される(第7図)
。それから窒化物層33が、CF4及び02中の反応性
イオン食刻により、又は燐酸中での湿質食刻により除去
される。また二酸化シリコン層が、CF4及びH2中の
反応性イオン食刻により、又は緩衝フツ化水素酸中での
湿質食刻により除去される。それから乾いた熱酸化のゲ
ート酸化物層39が、約500人(200乃至600八
)の厚さに成長され(第8図)、そしてFETのしきい
電圧を調整するためにホウ素が注入される。約2500
人の厚さのポリシリコン層41(第9図)が、SlH4
及びH2を用いたCVDにより付着され、POCL3を
用いた拡散によりドープ(N+)される。リンケイ酸ガ
ラス層を除去後、SlH4とCO2とH2の混合物を用
いて、約1000人の厚さのCVD二酸化シリコン層4
3が付着される。そして構造体は、酸素雰囲気中で15
分間、1000℃でアニールされる。レジスト層(図示
されず)が適用され、パターン化され、二酸化シリコン
層43及びポリシリコン層41が各々緩衝HF及びカテ
コールで食刻され(第10図)、レジスト層が除去され
る。
それから、ソース及びドレイン領域に約4×1015原
子/dの砒素濃度を提供するために、約70Keでの砒
素のイオン注入により、N+ソース領域45及びN+ド
レイン領域47が形成される。次に二酸化シリコン層4
9が、1000℃で2%のHCLを含む乾質熱酸化によ
り、約500人の厚さまで成長される。以上は通常の処
理である。
それから電荷貯蔵井戸の穴が、最初に1000人の厚さ
のCVD窒化シリコン層51、続いて1ミクロンの厚さ
のG1二酸化シリコン層53を付着し、そして窒素雰囲
気中1000℃で15分間アニールすることにより、形
成され始める(第11図)。次に、レジスト層55が適
用され、ドレイン領域47の面領域における酸化物層5
3を露出するためにパターン化され(第12図)、そし
て酸化物層53は例えばCl及び水素の混合物のような
CF4含有の雰囲気中で反応性イオン食刻される。レジ
スト層は除去しても良いし、又はU形状の井戸状の穴5
7を?成するために、例えばSF6,CF4に02,C
CI4又は他の適当な反応性イオン食刻のガス雰囲気中
で、約2ミクロンの深さまで、窒化シリコン層51、二
酸化シリコン層49及びシリコン基板30をさらに反応
性イオン食刻する間、残しておいても良い。それから熱
酸化又はCVDによる酸化物層59が、約1000λの
厚さ井戸状の穴57の表面61土に成長される。次に、
井戸状の穴57の底における酸化物層59の部分が、井
戸状の穴57の側壁上の酸化物層に影響を及ぼすことの
ないCF4と水素の混合雰囲気中で反応性イオン食刻さ
れる。また反応性イオン食刻は、約4ミクロンだけ井戸
状の穴57を深くするために続けられ、合計約6ミタロ
ンの深さまで基板30中を食刻することになる(第13
図)。所望の電荷貯蔵キヤパシタンスを得るのに必要な
井戸状の穴の表面領域を提供するために、井戸状の穴の
断面領域及び深さは変えられ得る。それから、二酸化シ
リコン層59で保護されていない井戸状の穴57の底の
部分60は、例えばカテコール中における方向性の湿質
食刻にさらされる。この食刻は、第14図及びより詳細
には第2乃至第4の図に示されている井戸構造を与える
ように、(111)シリコン結晶面が選ばれる時には、
終了する点で食刻が自動的に限定されて、拡大された開
口を形成するものである。方向性の湿質食刻後、酸化物
層53及び窒化物層51が、残つていた側壁の酸化物層
59と共に、取り除かれる。それから、N+領域63を
提供するために井戸状の穴57の表面61は、例えば、
リンケイ酸ガラスを付着し、30分間、1000℃でド
ライブ・インすることにより、又は砒素若しくはリンを
用いてカプセル・ドーピングし、ドライブ・インするこ
とにより、N型不純物でドープされる。これにより、F
ET装置の電荷貯蔵ドレイン領域が完成する。もしリン
ケイ酸ガラス層がドーピングに用いられたなら、この時
に除去される。それから、構造体は約1000乃至15
00人の厚さの第1の二酸化シリコン層を形成するため
に熱的に酸化され、そして次に、接点開口のマスキング
のための合成層65を形成するために、約2000人の
厚さのCVD二酸化シリコン層がさらに形成される。ポ
リイミドのような他の適当な誘電体層も、合成層65を
形成するために提供され得る。レジスト・マスキング技
術及び湿質又は反応性イオンの食刻により、ソース領域
45及びゲート電極41への各々接点開孔67及び69
を形成し、続いてリフト・オフ又はサブトラタテイブな
食刻技術により、配線接点71及び73を形成して、装
置は完了する(第15図)。本発明のプロセス及びセル
構造により、例えば標準の表面貯蔵キヤパシタの約13
5平方ミクロンから本発明のセルの約55平方ミクロン
まで全セルの面領域の大きさが減少され得て、基板表面
の単位面積当りのキヤパシタンスの増加が達成される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のメモリ・セルの実施例の概略断面図
である。 第2図は、第1図に示された電荷貯蔵井戸の穴の形状及
び大きさを示す斜視図である。第3図は、第2図のライ
ン3−3に沿つた井戸状の穴の断面図である。第4図は
、第2図のライン4−4に沿つた井戸状の穴の断面図で
ある。第5乃至第15の図は、本発明のプロセスによる
MOSFET装置の製造を示す概略的な断面図である。
11・・・・・・半導体基板、12・・・・・・メモリ
・セル構造体、13・・・・・・ゲート電極、15・・
・・・・ゲート誘電体層、17・・・・・・ソース領域
、19・・・・・・ドレイン領域、23・・・・・・電
荷貯蔵領域、25・・・・・・井戸状の穴。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 表面に第1導電型の不純物領域を有する第2導電型
    の半導体基板を準備し、前記不純物領域を貫通して前記
    基板中へ実質的に垂直に伸びる凹所を垂直方向の異方性
    ドライ食刻により形成し、前記凹所の表面に絶縁層を形
    成し、前記凹所の底から前記基板中へ実質的に垂直に伸
    びる深い空洞部分を垂直方向の異方性ドライ食刻により
    形成し、前記深い空洞部分をウェット食刻により前記基
    板中で拡大させて拡大空洞部分を形成し、前記凹所の側
    壁に残つている前記絶縁層を除去し前記凹所及び前記拡
    大空洞部分の表面から第1導電型の不純物を拡散するこ
    と、を含む電荷貯蔵領域の形成方法。
JP56085905A 1980-07-03 1981-06-05 電荷貯蔵領域の形成方法 Expired JPS5932900B2 (ja)

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JPS5730363A JPS5730363A (en) 1982-02-18
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