JPS60143665A - 半導体メモリ - Google Patents

半導体メモリ

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JPS60143665A
JPS60143665A JP59259136A JP25913684A JPS60143665A JP S60143665 A JPS60143665 A JP S60143665A JP 59259136 A JP59259136 A JP 59259136A JP 25913684 A JP25913684 A JP 25913684A JP S60143665 A JPS60143665 A JP S60143665A
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transistor
well
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substrate
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芳男 酒井
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    • H01L27/092Devices 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 only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は高速で高集積化が可能な半導体メモリ集積回路
とその製造方法に関するものである。
〔発明の背景〕
NチャネルおよびPチャネルの絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタを組合わせた相補形絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタ(以下、CMOSトランジスタと略記する)を周
辺回路に用いた低電カメモリ集積回路を本発明者等は発
明した。従来、CMO8装置は第1図に示されている構
造を有していた。即ち、n形基板1にPチャネルトラン
ジスタが形成され、Nチャネルトランジスタは基板1中
に形成されたP影領域2に形成され、各トランジスタの
周囲には寄生MO′Sトランジスタを防ぐガートバンド
(高濃度P影領域3,4及び高濃度n影領域5,6)が
形成されている。さらにNチャネル、Pチャネルの各ト
ランジスタのチャネル長は約5μm以上と比較的長いも
のである。従って、上記の従来構造のCMOSトランジ
スタでは集積回路を構成した場合に、その集積度が低く
なり、さらに、高速度化も難しい。上記ガートバンドを
除去するため、窒化シリコン膜を用いて局所的に厚い酸
化膜を形成する方法(以下、選択酸化法と略記する)を
用い、集積度を向上することは既に公知であるが(例え
ば、「電子材料」1974年5月、P12〜P15)、
さらに高集積化、高速度化を図るためにはMOSトラン
ジスタのチャネル長を短くすることが必要である。第1
図に示されている従来構造のCMOSトランジスタにお
いて、チャネル長を例えば5μm以下と短くした場合に
は、Pチャネルトランジスタは不1^^ −9− 鈍物濃度が約1015cm−3と低いn形基板1上に形
成されているため、ドレインからの電界がゲート酸化膜
21下のチャネル領域に影響をおよぼし、パンチスル現
象による耐圧低下やドレインからの電界によるしきい値
電圧V の低下がおこってししまい、トランジスタとし
ての動作が著しく損われてしまう。
同様の理由により、メモリセルを構成する絶縁ゲート電
界効果トランジスタを基板1に設ける場合、メモリセル
のトランジスタも高集積化、高速度化することができな
い。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、高速で高集積化が可能な短チヤネルM
OSトランジスタからなるメモリセルを実現できる半導
体メモリ集積回路とその製造方法を提供することである
。本発明では、この目的を達成するために、メモリセル
のMOSトランジスタが基板よりは高い不純物濃度を有
する領域によって囲まれており、さらに、この高い不純
物濃度を有する領域が厚いフィールド酸化膜成長後に、
フィールド酸化膜の窓から不純物を添加することによっ
て形成されることを特徴としている。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によって詳しく説明する。
なお、以下では半導体としてシリコンを用いたCMOS
トランジスタを例にとって説明する。
第2図は本発明の第1の実施例であり、Nチャネル及び
PチャネルMOSトランジスタはいずれも基板22の不
純物濃度(例えば1015c+n−”以下)よりも高い
不純物濃度(例えば1016cm’:なお、ウェルの不
純物濃度は実用上、大略5 X 1015〜5 X 1
016cm”−3程度の範囲内で素子の特性たとえば、
しきい電圧等によって設計すれば良い。)を有するウェ
ル23,24内に形成されている。従って、各トランジ
スタにおいて、ドレインからの電界のチャネル領域に対
する影響は小さくなり、各トランジスタのチャネル長を
5μm以下にしても、パンチスル現象による耐圧低下や
しきい値電圧V の低下は起こりにくくなる。さらに、
各トランジスタは比較的高い不純物濃度を有するつ工3
− ル内にあるため、ウェル内の厚いフィールド酸化膜34
,35.36のしきい値電圧も約20V以上になり、第
1図に示す従来構造のようにガートバンドを形成しなく
とも、寄生MO8)−ランジスタの発生を防ぐことがで
きる。第2図に示す構造の場合、基板22の導電形はそ
の不純物濃度がウェル23,24よりも低ければn形で
もP形でもよい、Nチャネル、PチャネルMOSトラン
ジスタのしきい値電圧は、ゲート酸化膜が1000λ以
下に薄くなっても、ウェルの不純物濃度を高くすること
により容易にエンハンスメント形でその絶対値を1V程
度にすることが可能である。
第3図は本発明の第2の実施例である。第3図に示すC
MOSトランジスタは、不純物濃度が例えば(2〜3)
 X 1015cm−3のn形基板に形成されるもので
あり、Nチャネルトランジスタは第2図に示した第1の
実施例と同じく、不純物濃度が1016cm−3程度の
Pウェル42内に形成されているが、Pチャネルでは、
ソース、ドレイン48. ′49が共に基板と同じ導電
形で、不純物濃度が 5− 4− 104−1O16程度で基板よりも高いn影領域43゜
44で囲まれている。この構造では、Nチャネルトラン
ジスタは第2図と同じ構造を有するため、チャネル長を
5μm以下に短かくできるが、Pチャネルトランジスタ
においても、ソースとドレインが共に不純物濃度が10
 ” cm−3程度の比較的高い領域に囲まれているた
めに、ドレインからの電界による耐圧低下やしきい値電
圧の低下は少なくなり、チャネル長を5μm以下にでき
る。
第4図は本発明の第3の実施例であり、第3図に示した
実施例のNチャネルトランジスタとPチャネルトランジ
スタの構造が入れかわっている。
即ち、不純物濃度が例えば1015cm’のp形基板8
0を用いて、Pチャネルトランジスタは不純物濃度が1
016c+n’程度の比較的高いウェル83内に形成さ
れ、Nチャネルトランジスタはそのソース、ドレイン8
4.85が共に不純物濃度が10”c+n”程度の比較
的高いP影領域81.82に囲まれている。このp影領
域がドレインからの電界をシールドすることによりNチ
ャネルのチャー6= ネル長を短くできる。なお、低濃度p形基板を用いてい
るためには、Nチャネルトランジスタの周囲にのみ寄生
MOSトランジスタを防ぐチャネルストッパーである高
濃度P影領域93.94を形成する必要がある。
以上説明した本発明の実施例に共通していることは、N
チャネルトランジスタとPチャネルトランジスタのチャ
ネル長をトランジスタの特性を損うことなく短くするた
めに、ソース、ドレインの両者を各トランジスタの基板
(ウェル内に形成されているトランジスタであるならば
、ウェル領域を基板とみなす)と同じ導電形で、不純物
濃度が基板よりも高い領域によって囲み、チャネル領域
をドレインからの電界に対してシールドすることである
次に、本発明の各実施例の製造方法を説明する。
第5図は第2図に示した第1の実施例の製造工程を示す
図である。まず、不純物濃度が1015CI11−3以
下のn形成はp形紙濃度基板119を窒化シリコン膜を
マスクとして選択酸化し、フィールド酸化膜120を形
成する(第5図A)。次に、酸化膜或はホトレジスト[
121をマスクとして、Nチャネルトランジスタが形成
されるべき領域にほう素などのp彫工細物を添加しPウ
ェル122を形成する(第5図B)。同様にして、Pチ
ャネルトランジスタが形成されるべき領域にりんやひ素
などのn彫工細物を添加しnウェル124を形成する(
第5図C)。その後、薄いゲート酸化膜127.128
を形成し、さらにその上にゲート電極である多結晶シリ
コンやモリブデン125゜127を被着する(第5図D
)、次に、酸化膜129.130をマスクとしてりんや
ひ素などのn彫工細物を高濃度添加し、Nチャネルトラ
ンジスタのソース、ドレイン131,132を形成する
(第5図E)。次に酸化膜133をマスクとしてほう素
などのP彫工細物を高濃度添加し、Pチャネルトランジ
スタのソース、ドレイン135゜136及びPウェル1
22への高濃度領域134を形成する(第5図F)。な
お、ドレインからの電界によるしきい値電圧の変化を少
なくするため、7− NチャネルトランジスタとPチャネルトランジスタのソ
ース、ドレインの高濃度不純物領域の深さを0.5μm
以下にすることが望ましい。その後、表面保護膜137
を被着し、電極取出用の穴を開け、最後に電極138,
139,140.14]を形成する(第5図G)。なお
、nウェルを形成するには上記の方法とは異なる次の方
法で形成することもできる。即ち、第5図の工程でほう
素を添加することによりpウェル122を形成した後、
nウェルを形成することなく、ただちにゲート酸化膜お
よびゲート電極を形成し、その後、Nチャネルトランジ
スタのソース、ドレイン領域143゜144を形成し、
次に酸化膜145でNチャネルトランジスタをおおい、
Pチャネルトランジスタのゲート電極147をマスクと
して、Pチャネルトランジスタのソース、ドレインが形
成されるべきところからn彫工細物を充分深く拡散し、
ゲート酸化膜下においてソース・ドレイン間の不純物分
布が第6図Aに示したごとくほぼ平坦になるようにして
nウェル146を形成する。なお、第68− 図でaはドレイン端から拡散された不純物の分布、bは
ソース端からのそれを、Cは両者の合成された不純物分
布を示す。
(第5図H)。この時、n彫工細物としてりんを用いる
と、りんの拡散係数がp彫工細物であるほう素よりも充
分大きいために、nウェルは短い熱処理時間で形成され
、この間のPウェルの熱処理によるのびは小さくするこ
とができる。次に高濃度のP彫工細物を拡散することに
よりPチャネルトランジスタのソース、ドレイン150
,151を形成する(第5図工)。その後の工程は前記
の工程と全く同じである。このようなnウェル形成法で
は、nウェルがマスク合せ工程を必要としない自己整合
方式によって形成されるため、前記工程と比較してマス
クに合わせ工程が1回少なく有利である。このようなn
ウェル形成法と類似した方法が公知となっているが(例
えば特公昭48−16033)、その従来例のゲート酸
化膜下のソース、ドレイン間の不純物分布は第6図Aに
示した本発明における不純物分布と異なり、第6図B(
なお、図中の記号の意味は第6図Aと同じである。)の
ように、ソース、ドレイン間の中央で不純物濃度が低く
なっているため、この不純物濃度が低い領域上の厚いフ
ィールド酸化膜下のしきい値電圧は小さくなるため、素
子間の分離が完全にできず素子特性が著しく損われる。
本発明のように第6図Aに示した不純物分布を有する場
合には素子間の分離は完全になされることになる。
第7図は第3図に示した第2の実施例の製造方法である
。Pウェル155を形成する工程(第7図A、B)まで
は第5図に示した工程と同じであるが、pウェル155
を形成した後、n形高濃度不純物を添加してNチャネル
トランジスタのソース、ドレイン157,160を形成
しく第7図C)、その後、n彫工細物をゲート電極16
2をマスクとして添加し、熱拡散させることにより不純
物濃度が1016CII+−3と基板よりも高いn影領
域165゜166を形成する(第7図D)。なお、この
n影領域165,166の拡散深さは、後の工程でつく
られるソース、ドレインよりも深くする必要がある。次
に、p彫工細物を高濃度添加することによりPチャネル
トランジスタのソース、ドレイン169.170を形成
する(第7図E)。次に、表面保護膜175を被着し、
電極取出し用の穴を開け、最後に電極171,172,
173゜174を形成する(第7図F)。
第8図は第4図に示した第3の実施例の製造方法の一部
を示すものである。第4図に示した第3の実施例は第3
図に示した実施例のNチャネルトランジスタとPチャネ
ルトランジスタの構造が入れかわったものであるため、
第3の実施例の製造方法は第7図に示した第2の実施例
の製造方法において、n彫工細物とP彫工細物をいれか
えるだけでほぼ同じである。ただし、第3の実施例では
Nチャネルトランジスタの周囲にチャネルストッパーで
ある高濃度P影領域を形成する必要があるため、第8図
に示すように、窒化シリコン膜189、ホトレジスト膜
190をマスクとしてp彫工細物を添加してチャネルス
トッパー191を形成し、(第8図A)、その後の工程
は上述のよ11− うに第7図に示した工程と同じである。なお、第3の実
施例においてPチャネルトランジスタはnウェル内に形
成されるが、nウェルの形成方法として、上述の第7図
のpウェルと同じ形成法以外に第8図B以下の工程に示
すように、Nチャネルトランジスタを形成した後、nウ
ェルを形成するためn彫工細物としてりんを用い、ゲー
ト電極202をマスクとしてりんを充分深く拡散し、第
5図H,Iの工程で述べたようにゲート酸化膜下におい
てソース・ドレイン間の不純物分布が第6図Aに示した
ようにほぼ平坦になるようにしてnウェルを形成する(
第8図E)。この場合、拡散速度の大きいりんを不純物
として用いているため、P影領域1.93,196の不
純物分布を大きく変えることなく短い熱処理時間でnウ
ェル205を形成できる。その後、p彫工細物を高濃度
添加し、Pチャネルトランジスタのソース、ドレイン2
07.208を形成しく第8図F)、表面保護膜214
を被着し、最後に電極210,211゜212.213
を形成する(第8図G)。
12− 以上説明してきた各種構造の製造方法に共通な特徴点は
、Nチャネル、Pチャネルトランジスタが形成されるウ
ェル領域がいずれも、フィールド酸化膜の選択成長の後
に、フィールド酸化膜の窓から不純物を添加することに
よって形成されることである。第9図Aはフィールド酸
化膜を形成した状態、B、C,Dは各々フィールド酸化
膜の窓を通して不純物を添加する状態を示す図である。
これはウェルがマスク合せ工程を必要としないで自己整
合的に形成されることを意味し、マスク合せのためのパ
ターン設計上の余裕を取る必要がないため、CMOSト
ランジスタの面積を小さくでき、高集積化することが可
能となる、。さらに、ウェルがフィールド酸化膜を形成
するための酸化工程後に形成されるということは、酸化
時における不純物の再分布が避けられウェル内の不純物
濃度を制御しやすくしている。これに反し、従来のウェ
ルの形成法では、第9図E、F、Gの工程図に示すごと
く、ウェル102を最初に形成した後、選択酸化のマス
クとなる窒化シリコン膜104がウェル内に正確に位置
するようにマスク合せをおこない、その後、厚いフィー
ルド酸化膜105を形成する。このようなウェル形成法
ではウェル形成のためのパターン設計上のマスク合せの
余裕(第9図Fにおける×)が必要であり、CMOSト
ランジスタの面積を大きくし、さらに、フィールド酸化
膜形成時にウェル内の不純物の再分布がおこり、不純物
濃度の制御性即ちトランジスタのしきい値電圧の制御性
を悪くすることになる。
以上述べてきた構造を有するチャネル長の短いCMOS
トランジスタをダイナミックメモリの周辺回路に用いた
例について説明する。10図。
11図はその実施例を示す断面図であり、メモリセルは
蓄積容量とスイッチングトランジスタ(転送ゲート)よ
り成るlMOSトランジスタ形である。すなわち、この
メモリセルは、多結晶シリコン278,299の直下に
形成される反転層容量と、多結晶シリコンにより形成さ
れる転送電極279.300およびデータ線となる拡散
層269.289より成っている。又、メモリセルは基
板260より高不純物濃度のウェル268゜283に設
けられている。周辺回路を形成するCMOSトランジス
タは、第3図に示した構造を有し、チャネル長が短くで
きるようになっている。
このように、メモリセルをlMOSトランジスタ形とし
て、周辺回路をCMO8)−ランジスタとすることによ
り、集積度を低下させることなくメモリの消費電力を小
さくすることができる。
第10図、11図に示した各実施例の構造の特徴を述べ
る。第10図、11図に示した実施例の構造では、周辺
回路のCMOSトランジスタはこれまでに示したものと
同じであるが、メモリセル部は、低濃度基板260,2
80につくられたウェル263,283内に形成されて
いる。ウェル内の不純物濃度は基板260,280より
も高いため、転送電極279,300のチャネル長を短
くできる。又、第10図、第11図の構成のように、メ
モリセルからウェル内に形成されたものでは、CMO8
周辺回路のスイッチング雑音や、その他の基板内で生じ
る雑音に対して強いという優−15= れた効果がある。
第10図と第11図の違いは蓄積電極278゜299を
形成している多結晶シリコンは、第10図ではn彫工細
物が高濃度添加されており、第11図ではP彫工細物が
高濃度添加されていることである。
上記のメモリ構造は前記のウェル形成法に従い第12図
のような製造工程で作ることができる。
第12図は第10図、11図に示したメモリ構造を作る
ための製造工程図である。基板323中にpウェル32
5、nウェル328を形成する(第12図A、B、C)
。次にゲート酸化膜334を形成し、その後、第1層目
の多結晶シリコンを被着する。ここで、第10図に示し
たメモリ構造を形成する場合には、第12図りに示すよ
うにNチャネルトランジスタおよびメモリセル上の多結
晶シリコン331,333のみn彫工細物を高濃度添加
する。一方、第11図に示したメモリ構造を形成する場
合には、第12図Jに示すようにPチャネルトランジス
タとメモリセル上の多結晶シリ16− コン346にP彫工細物を高濃度添加する。その後、メ
モリセル部にのみ酸化膜335を形成し、ホトエツチン
グによって多結晶シリコンにパターンを形成して、ゲー
ト電極336,337、蓄積電極351を形成する(第
12図E)。次に薄い酸化膜349を形成した後、第2
層目の多結晶シリコンを被着して転送電極350を形成
する(第12図F)。次に酸化膜338でPチャネルト
ランジスタとメモリセル部をおおい、n彫工細物を高濃
度添加してNチャネルトランジスタのソース、ドレイン
339を形成する(第12図G)。次に酸化膜340で
Nチャネルトランジスタをおおい、p彫工細物を高濃度
添加してpウェル325内のP形高濃度層341、Pチ
ャネルトランジスタのソース、ドレイン342およびデ
ータ線343を形成する(第12図H)。次に表面保護
膜344を被着し、最後に電極345を形成する(第1
2図■)。なお、第12図において第2層目の多結晶シ
リコンを用いてNチャネル、Pチャネルトランジスタの
ゲート電極336,337を形成してもほぼ第12図に
示す工程と同じ工程でメモリ構造が実現できる。
〔発明の効果〕
以上、本発明の内容としてMOSトランジスタのチャネ
ル長を5μm以下にすることができる新しいメモリ集積
回路の構造とその製法を説明したが、本発明によってメ
モリセルを大規模集積化した場合にその集積度と消費電
力は大幅に改善されることになり、雑音に対しても強い
ものとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のCMOSトランジスタの断面図であり、
第2図、第3図、第4図は新らしいCMOSトランジス
タの断面図であり、第5図、第6図、第7図、第8図、
第9図は新しいCMOSトランジスタの製造方法とその
内容を示す図であり、第10図、第11図は本発明によ
るダイナミックメモリの実施例を示す図であり、第12
図は第10図、第11図に示したメモリ構造の製造工程
を示す図である。 各記号は各々次のものを示す。 1.22,41,80. 119. 182゜188、
 101,260,280,301゜323:半導体基
板 2.24,42,81,82,102,108゜401
.402,403,122,142゜155.193,
196,251,281゜304.325 : p彫工
細物領域 23.43,44,83,124,146゜165.1
66.205,252,262゜263.283,28
2,306,328゜329 : n彫工細物領域 3.4..9,10,25,28,29,45゜48.
49,93,94,86,88,134゜135.13
6,148,150,151゜167.169,170
,191,207゜208.256,257,258,
284゜287.288,289,318,319゜3
42.343:p形高濃度不純物領域7.8,5,6,
26,27,46,47゜84.85.88,131,
132,143゜19− 144、 157. 160. 200. 201゜2
03.285,286,322,339:n形高濃度不
純物領域 20.21,31,33,51,53,89゜92.1
03,126,128,158,161゜194.19
8,273,276.293゜297.310,314
,334,349:薄い酸化膜 11.12,30,32,50,52,90゜91.1
25,127,159,162,195゜197.26
1,265,268,269゜272、.275,27
8,279,292゜296.299,300,307
,308゜312.313,352,315,360゜
331.332,333,336,337゜346.3
47,350,351,404゜405=多結晶シリコ
ン 14.13,15,34,35.36,54゜55.5
6,95,105,107,120゜153.192,
270,290,302゜20− 324:厚い酸化膜 104.189:窒化シリコン膜 100.123,130,133,145゜149.1
54,163,164,168゜190.199,20
2,204,206゜209.303,305,309
,326゜327.330,338,340.348:
不純物添加時のマスク絶縁物 311.316,335:酸化膜 137.175,214,320,344:表面保護膜 16.17,18,19,37,38,39゜40.5
7,58,59,60,96,97゜98.99,13
8,139,140,141゜171.172,173
,174,210゜211.212,213,271,
274゜277.291,294,295,298゜3
21.345:電極 第7図 鱈3図 第4図 躬左図 第6区

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 蓄積容量と転送電極とデータの入出力部となる不
    純物導入領域とを有するメモリセルを半導体基板上に有
    する半導体メモリ集積回路において、上記メモリセルは
    、不純物濃度が上記基板より高い領域内に形成されであ
    る半導体メモリ。
JP59259136A 1984-12-10 1984-12-10 半導体メモリ Granted JPS60143665A (ja)

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JPS628950B2 JPS628950B2 (ja) 1987-02-25

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63122163A (ja) * 1986-11-12 1988-05-26 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置
JPS6415965A (en) * 1987-07-10 1989-01-19 Toshiba Corp Semiconductor memory and manufacture thereof
JPH02309661A (ja) * 1989-05-24 1990-12-25 Toshiba Corp 半導体集積回路
US5726475A (en) * 1987-07-10 1998-03-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device having different impurity concentration wells

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