JPS61229349A - Mosキヤパシタの製造方法 - Google Patents

Mosキヤパシタの製造方法

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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】 産業上の利用分野 本発明はMO8キャパシタの製造方法、特にMOSダイ
ナミックRAM(以後DRAMと記す)の製作に好適な
MOSキャパシタの製造方法に関するものである。
従来の技術 近年、DRAMの集積度の向上に対する取シ組みが進み
数メガピットの大容量のものが報告されるに至ってきて
いるが、記憶容量を大きくするに伴いチップサイズが大
きくなる傾向にあシ、実用化するにはメモリセルをさら
に、J)形にして高密度化を図る必要がある。
1ビツト当シのメモリセル面積は、256キロビツトの
DRAMでは60〜70μ−であるが、1メガビツトで
は20〜30μm3以下にしなければならない。しかし
、ソフトエラーやノイズマージンなどを考慮するとメモ
リセルを構成するキャパシタ容量を266キロビツトの
DRAMとほぼ一定とする必要がある。
メモリセル面積を小さくしながらもメモリセルキャパシ
タの容量を266キロビウトのDRAMとほぼ等しく保
つには、キャパシタの構成要素である絶縁膜(以後キャ
パシタ絶縁膜と記す)の実効膜厚を薄くする方法や実効
面積を大きくする方法などがある。
ところで、前者の方法には、二酸化珪素膜を10〜15
nmより薄くすることがピンホール等の観点から困難で
あるから限界がある。
一方、このような不都合を除くため半導体基板に数μm
の深さの溝を堀シ、この内壁にキャパシタを形成するこ
とによシキャパシタの実効面積を大きくする溝形キャパ
シタの製造方法については知られている。
以下、この方法により製作されたDRAMメモリセルの
構造断切図を示した第2図を参照しながら製造方法につ
いて説明する。なお、図は素子分離領域の様子がわかシ
やすいように分離領域を挾んだ2ビツトのメモリセルか
配置された部分を表している。
まず、p形シリコン基板1に選択酸化法によ多素子分離
領域2を形成した後、素子分離領域2に接し、かつ、こ
れを挾むシリコン基板1の領域に反応性イオンエツチン
グなどの異方性エツチングによシ深さ約4μmの溝3を
形成する。この溝3の内壁にMOSキャパシタ用の絶縁
膜4を形成した後、この絶縁膜4上に多結晶シリコン膜
6を形成し、さらに多結晶シリコン膜6によシ溝3を埋
め表面を平坦化した後、前記多結晶シリコン膜5と6を
選択的に除去し、キャパシタ電極パターンを形成する。
次に、MOSキャパシタの電極とワードラインとを絶縁
するための眉間絶縁膜7を形成した後、アクセス用Mo
Sトランジスタのゲート絶縁膜8を形成し、このゲート
絶縁膜上に低抵抗の金属からなるゲート電極9およびこ
れにつながるワードライン91を形成し、さらにアクセ
ス用MOSトランジスタのソースならびにドレイン領域
となるn形の拡散領域1oと101を形成する。なお、
この拡散領域1oと101はメモリの読み込みと読み出
しによシ、ソース領域になったりドレイン領域になった
シする。
次に、眉間絶縁膜11を形成した後、拡散領域1oとこ
の拡散領域内に形成された開口12を通して接続される
アルミニウム配線からなるビットライン13を形成する
ことによりメモリセルが形成される。
この製造方法では、シリコン基板に溝を堀ることによシ
3次元的にMOSキャパシタを形成して約eofFの容
量を得、しかも素子面積の縮小を図ることができる。
第3図は上記の製造方法によシ形成されたメモリセルの
1ビツトの等価回路を示す図であシ、アクセス用MO8
)ランジスタ14のソースあるいはドレインとなる一方
の電極がピットライン13に、他方の電極がキャパシタ
16に接続され、ゲート電極9がワードライン91に接
続された回路構成となっている。
発明が解決しようとする問題点 従来の方法では、シリコン基板に溝を堀り、この内壁に
キャパシタを形成することによシメモリセルの面積の縮
小を図っている。しかし、溝形キャパシタを選択酸化法
によシ形成した素子分離領域の両側に接して形成した場
合、隣接するキャパシタ間でパンチスルーが起こシ分離
幅を小さくすることが困難となる。例えば、(100)
結晶面をもつ比抵抗が4Ω閏のp形シリコン基板を用い
、溝間距離を2.6μmに設定して溝形キャパシタを形
成し、基板バイアスが一3vの条件でパンチスルー電圧
を測定すると約20Vのパンチスルー電圧が得られたが
、溝間距離を2.0μmとした場合には同様の測定条件
でパンチスルー電圧は約2vまで急激に低下する。なお
、パンチスルー電圧は基板濃度を高くすることによシ向
上するが、比抵抗が1Ω個の基板を用いても溝間距離を
1.5μmとするとパンチスルー電圧は1〜2vまで低
下するため溝間距離を2μm以下の小さな値とすること
は殆ど不可能である。このため素子間耐圧の面で高集積
化に限界がある。また、素子分離に選択酸化法が採用さ
れているためバーズビークの発生が避けられず高集積化
が図れない問題点もある。
さらに、溝堀シ工程および熱処理工程でシリコン基板に
発生する結晶欠陥などが、基板リークやキャパシタ絶縁
膜の欠陥を引き起こす。これらの問題が大容量メモリの
製造の大きな障害となっている。
問題点を解決するための手段 本発明の製造方法は、一導電形の半導体基板の主面に第
1の溝を形成し、同溝の内壁を第1の絶縁膜で覆った後
、絶縁体あるいは半導体材料で前記第1の溝内部を埋め
、基板表面が平坦化された素子分離領域を形成する工程
と、同素子分離領域の側面に接し、かつ同素子分離領域
を挾んで対向する2つ以上の第2の溝を形成する工程と
、同第2の溝の内壁全面に前記半導体基板とは逆導電形
の第1の多結晶シリコン膜を形成する工程と、同第1の
多結晶シリコン膜表面上に第2の絶縁膜を形成する工程
と、同絶縁膜上に更に導電性を有する第2の多結晶シリ
コン膜を形成し前記第2の溝を埋める工程上を経て、前
記第2のJ18縁膜を誘電体層とし、前記第1および第
2の多結晶シリコン膜を電極とするキャパシタを形成す
るものである。
作用 本発明の製造方法によれば、素子分離を分離耐圧が高く
、かつ幅が縮小された溝形にすることが  ・できる。
さらに、溝形キャパシタの内壁に多結晶シリコン膜を形
成し、この上にキャパシタの絶縁膜を形成するので、基
板に発生した結晶欠陥の影響を受けることのない領域に
キャパシタ絶縁膜を形成することができる。
実施例 本発明を適用したDRAMの製造方法の実施例を第1図
の工程フローチャートを参照しながら説明する。
まず、p形シリコン基板160表面上に、二酸化珪素膜
17を形成し、写真食刻法によ多素子分離領域となる部
分に幅1μmの開口18を形成する(第1図a)。
次に、二酸化珪素膜17をマスクとしてCON2および
02などを用いた反応性イオンエツチングを施し、シリ
コン基板16に深さ6μm1幅1μmの溝19を形成す
る。つづいて、ポロンをイオン注入し溝19の底部にチ
ャンネルストッパ領域20を形成する(第1図b)。
次に、溝19の内壁とシリコン基板16の表面を熱酸化
した後、CVD法により二酸化珪素を被着して溝19を
二酸化珪素21で埋め素子分離領域22を形成する(第
1図C)。
なお、溝19を埋める方法として溝19の内壁に二酸化
珪素を形成した後、CVD法によシ多結晶シリコン層を
形成し、この多結晶シリコン層で#l119を埋める方
法もある。つづいて、シリコン基板16の主面上に形成
された二酸化珪素膜17と21をエツチングによシ全面
除去する(第1図d)。
次に、シリコン基板16の表面に新たに二酸化珪素23
を形成し、さらに写真食刻法によ多素子分離領域22の
両側に位置し、しかも素子分離領域に接する領域に溝形
キャパシタ形成用の開口を設ける。この後、この開口の
内部に露出するシリコン基板部分に反応性イオンエツチ
ングを施し、シリコン基板16に深さ4μm1幅1μm
の溝24を形成する。この溝24は素子分離領域22の
両側に位置し、しかも素子分離領域22に接する構造と
なる(第1図e)。
次に、リン(P)を含んだ多結晶シリコン膜25を溝2
4の内壁に膜厚200μm程成長させた後、この多結晶
シリコン膜25に含ませたリンをシリコン基板16に拡
散させてn膨拡散層26を形成し、シリコン基板16と
多結晶シリコン膜26を電気的に接続する(第1図f)
次に、レジスト(図示せず)を全面に塗布して$24を
レジストで埋めた後、表面のレジスト膜を酸素ガスを用
いた反応性イオンエツチングによシ除去し、$24の内
部にのみレジストを残す。
この状態で表面の多結晶シリコン膜26と二酸化珪素膜
23を順次除去する。この後、溝24の内部にあるレジ
ストを除去する(第1図q)。
次に、キャパシタ絶縁膜として実効酸化膜厚が15 n
mとなるように二酸化珪素膜27を形成する。この上に
キャパシタの他方の電極となるリン含有の多結晶シリコ
ン膜28を500nmの厚さに形成し、1μm幅の溝を
埋め表面を平坦化する(第1図h)。
次に、表面の多結晶シリコン膜28を選択的に除去し、
キャパシタの電極パターンを形成する。
その後、アクセスMO8)ランジスタのゲート酸化膜2
9を形成し、つづいてキャパシタ電極とワードラインと
を絶縁する眉間絶縁膜3oを形成し、タングステンある
いはアルミニウムによるゲート電極31およびこれにつ
ながるワードライン32を形成した後、ソースあるいは
ドレイン領域となるn形の拡散領域33と34を形成す
る(第1図1)。
つづいて、ワードライン32とビットラインとを絶縁す
る眉間絶縁膜36を形成し、その後、n形の拡散領域3
3内に電極形成用の開口を形成し、ビットライン36の
一端がこの開口に接続されるようにアルミニウム配線を
選択的に形成する。
最後に、保護膜(図示せず)を形成することによ#)D
RAMのメモリセルが完成する(第1図1)。
なお、実施例に示される溝24の内壁の基板側に形成さ
れたn膨拡散層26を省略してもよく、この場合には、
キャパシタ容量が約10qb減少するが、メモリセル面
積の縮小効果は変わらない。
このように本発明のMOSキャパシタの製造方法によシ
形成されたDRAMのメモリセルは、素子分離幅および
キャパシタ溝幅を1μmと縮小しながらも容量はeof
F得られる。
しかも、素子分離溝幅を1μmにしても基板比抵抗が4
〜δΩ国で素子間耐圧は20Vも得ることができる。
発明の効果 本発明のMOSキャパシタの製造方法によれば、溝構造
の素子分離領域の側面に接して溝構造のキャパシタを形
成し、分離溝幅を1μm程度にまで縮小しながらも分離
耐圧を向上することができる効果が奏される。
さらに、この製造方法をDRAMに使用すれば、キャパ
シタ形成用の溝内壁に多結晶シリコン膜を形成した後に
、この上に絶縁膜を形成するので、DRAM用キャパシ
タ絶縁膜はシリコン基板に発生した加工歪等による欠陥
の影響を受けることなく、絶縁耐圧が高く、しかも、キ
ャパシタに蓄積された電荷がリークにより自然消滅する
時間(ポーズタイム)の特性も改善されたものが得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のMOSキャパシタの製造方法を適用し
たDRAMの製造方法の工程断面図によるフローチャー
ト、第2図は溝形キャパシタ構造によるDRAMのメモ
リセルの断面図、第3図は1メモリセルによるDRAM
の等価回路図である。 16・・・・・・p形シリコン基板、22・・・・・・
素子分離領域、24・・・・・・溝、25.28・・・
・・−多結晶シリコン膜、26・・・−・・n形拡散領
域、27・・・・・・絶縁膜、29・・・・・・ゲート
絶縁膜、30.35・・・・・・層間絶縁膜、31・・
・・・・ゲート電極、32・・・・・・ワードライン、
33.34・・・・・・n形拡散領域、36・・・・・
・ビットライン。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一導電形の半導体基板の主面に第1の溝を形成し
    、同溝の内壁を第1の絶縁膜で覆った後、絶縁体あるい
    は半導体材料で前記第1の溝内部を埋め、基板表面が平
    坦化された素子分離領域を形成する工程と、同素子分離
    領域の側面に接し、かつ同素子分離領域を挾んで対向す
    る2つ以上の第2の溝を形成する工程と、同第2の溝の
    内壁全面に前記半導体基板とは逆導電形の第1の多結晶
    シリコン膜を形成する工程と、同第1の多結晶シリコン
    膜表面上に第2の絶縁膜を形成する工程と、同絶縁膜上
    に更に導電性を有する第2の多結晶シリコン膜を形成し
    前記第2の溝を埋める工程とを経て、前記第2の絶縁膜
    を誘電体層とし、前記第1および第2の多結晶シリコン
    膜を電極とするキャパシタを形成することを特徴とする
    MOSキャパシタの製造方法。
  2. (2)第2の溝の内壁の一導電形の半導体基板にこれと
    は逆導電形の拡散領域を形成することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項に記載のMOSキャパシタの製造方法
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