JPS61294854A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS61294854A
JPS61294854A JP60135265A JP13526585A JPS61294854A JP S61294854 A JPS61294854 A JP S61294854A JP 60135265 A JP60135265 A JP 60135265A JP 13526585 A JP13526585 A JP 13526585A JP S61294854 A JPS61294854 A JP S61294854A
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JP
Japan
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layer
semiconductor layer
capacitor
substrate
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP60135265A
Other languages
English (en)
Inventor
Shuichi Samata
秀一 佐俣
Yoshiaki Matsushita
松下 嘉明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS61294854A publication Critical patent/JPS61294854A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/05Making the transistor
    • H10B12/053Making the transistor the transistor being at least partially in a trench in the substrate

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

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】 [発明の技術分野] 本発明は、MOS トランジスタを有する半導体装置に
関するもので、特にメモリLSIに代表される集積回路
に使用される。
[発明の技術的背景とその問題点] 近年メモリLSIに代表される半導体集積回路の分野で
は1MビットDRAM或いは256にビットSRAMの
試作が終わり、ざらに高密度、高集積度の8置の研究開
発が進められている。 これらの装置のうち1つのMO
Sトランジスタと記憶キャパシタとをメ1リセルとする
DRAMの 1例について第6図の断面図に基づいて以
下説明する。゛スイッチング用MOSトランジスタTR
1は、P型半導体基板1に設けられるN++ソース領域
2及びN+型トドレイン領域3、この両頭域に挾まれる
チャネル領域4aと、チャネル領域4aにゲート酸化膜
5を介して対向するゲート電極6とによって構成される
。 基板1にはソース領域2に接しN−型表面層7が形
成される。 この表面層7上にキャパシタ用絶縁膜(誘
電体層)5aを介してキャパシタ電極8が設けられ容量
を形成するが、これにN−型表面層7と基板1との間の
PN接合容容量並列に付加されて記憶容量Csとなる。
TR1とCsとのメモリセルを挾んでフィールド酸化膜
10が形成される。 第3図にこのメモリセルの等価回
路を示す(本発明のメモリセルの等価回路もこれと等し
い)。
上記のように従来のメモリセルではMOSトランジスタ
及び記憶キャパシタは半導体基板表面に2次元的に配置
され、またMOSトランジスタのソース、ゲート及びド
レインは基板表面の法線方向に直角な方向にある。 こ
の構造ではMOSトランジスタと記憶キャパシタとが同
一平面上に存在すること及びMOSトランジスタのソー
ス、ゲート及びトレインが基板表面方向に配置されてい
ることがこのメモリ装置のより高いレベルの高密度化、
高集積化を妨げている。 そのため例えばDRAMでは
コルゲートキャパシタやトレンチキャパシタなどを用い
たセル構造が提案されているがプロセスが複雑になった
り、結晶欠陥の発生が問題となっており、実用化には至
っていない。
[発明の目的] 本発明の目的は、半導体集積回路においてMOSトラン
ジスタ或いはキャパシタが基板表面に2次元的に配置さ
れる構造を改善し、単純なプロセスで高密度化、高集積
化が行なえる半導体集積回路の構造を与えることである
[発明の概要] 本発明では、MOSトランジスタのソース、チャネル領
域及びドレイン並びに所望により形成されるキャパシタ
を半導体基板表面に垂直方向に配置することにより半導
体集積回路の高集積化を行なったものである。
即ち本発明は、複数個のMOSトランジスタを集積形成
してなる半導体装置において、(1)半導体基板の1つ
の主面上に選択的に形成され前記基板の主面に平行な第
1の一導電型半導体層と、(2)この第1の半導体層の
上面に積層され前記基板の主面に対して垂直方向のチャ
ネル領域を含む反対導電型半導体層と、(3)この反対
導電型半導体層の上面に積層される第2の一導電型半導
体層と、(4)前記第1の半導体層の下面又は前記第2
の半導体層の上面のいずれかの面に接する1つの絶縁膜
とを具備することを特徴とする半導体装置である。
本発明は、MOSトランジスタと記憶キャパシタを有す
るメモリセルを集積形成してなる例えばDRAMに適用
することが最も望ましい実1M態様である。 また記憶
キャパシタを持たないMOSトランジスタで構成される
記憶用半導体装置に本発明を適用することは望ましい。
 本発明の半導体装置でキャパシタ(記憶用以外を含む
)を構成要素とするときは第1又は第2の半導体層面に
接する絶縁膜をキャパシタの誘電体層として用いること
が望ましい。
[発明の実施例] この発明の実施例について図面に基づいて説明する。 
第1図は64 kビットDRAMの 1つのメモリセル
の断面図で、1つのスイッチングMOSトランジスタT
R1と1つの記憶キャパシタCsとからなり、エピタキ
シャル成長法により 2μmのデザインルールで作製さ
れる。 N+埋込み配線層20を有するP型半導体基板
21の主面上に選択的に形成され基板21の主面に平行
な第1のN+型型半体体層23この例ではドレイン)と
、この第1の半導体層23の上面に積層され基板21の
主面に対して垂直方向のチャネル領域24aを含む低濃
度のP型半導体層24と、このP型半導体層24の上面
に積層される第2のN+型型半体体層22この例ではソ
ース)と、第2の半導体層22の上面に接する絶縁膜(
キャパシタ用酸化膜)25aが存在する。 41は居間
絶縁層である。 ゲー!・電極26の基板21に垂直な
側面は、ゲート酸化膜25を介してチャネル領域24a
に対向し、ドレイン23及びソース22と共にMOSト
ランジスタTR1を形成する。 またソース22とこれ
に対向して設けられるキャパシタ電極28は酸化膜25
aを誘電体とする記憶キャパシタCsを形成する。 第
3図にこの電気的等価回路を示す。 埋込み配線層20
はビット線(BL)、ゲート電極26はワード線WLの
それぞれ一部分を構成するか若しくはこれらに接続され
る。 この構造ではMOSトランジスタの各層及び記憶
キャパシタが基板に垂直方向に積層されるため、従来の
装置に比し高密度化、高集積化が得られる。
次に第1図に示す半導体装置の製造方法の1例について
説明する。 第4図(A)ないしくF)は製造工程の概
要を示す断面図である。 同図(A)に示すように高濃
度のN++埋込み配線層20を形成したP型半導体基板
21を準備する。
次に基板21上に5i02膜30をCVD法により厚さ
約5μm堆積する。 同図(B)に示すように反応性イ
オンエツチング(以下RIEと略記する)により5i0
2130に配線層20に達するその幅約2μlの開孔3
1を形成する。 同図(C)に示すように選択エピタキ
シャル成長法によりN+型型線線層20上に第1のN+
型型環導体層ドレイン)23、低濃度のP型半導体1i
124及び第2のN+型型環導体層22気相成長さUる
ドーパントはP(りん)(N型)及びB(はう素)(P
型)を使用し、ドレイン23及びソース22の厚さは約
2μm1チヤネル長約1μIとする。
次に同図(D)に示すようにS i 0211130を
希HFを用いたエツチングにより除去した後、熱酸化に
より厚さ約500Xの酸化膜32を形成する。
この酸化膜の一部分はゲート酸化膜25及びキャパシタ
用絶縁III(誘電体層)25aとなる。 次に同図(
E)に示すようにCVD法により不純物をドープした多
結晶シリコン層を全面に堆積した後、RrE法により多
結晶シリコン層を選択的にエツチングしてゲート電極2
6及びキャパシタ電極28を形成する。 次に同図(F
)に示すようにCVD法によりS i O2膜41を全
面に堆積し第1図に示すようなMOSトランジスタとこ
れに接続される記憶キャパシタが得られる。
第2図は64 kビットDRAMのメモリセルの第2の
実施例を示す断面図である。 なお第1図と同一符号は
同一部分若しくは相当部分を表す。
この実施例は、第1のN+型型環導体層ソース)23の
下面に接する絶縁膜25aを有し、この絶縁膜25aを
埋込みキャパシタ電極28とソース23とで挾み、記憶
キレパシタCsの誘電体層として用いている。  2μ
mデザインルールでラテラルエピタキシャル成長法によ
り作製される。
第5図(A)及び(B)は第2の実施例の製造方法の概
要を説明するための断面図である。 同図(A)に示す
ようにN+埋込みキャパシタ電極28を形成したP型半
導体基板21を準備し、次にその主面を選択的に熱酸化
し、熱酸化膜25aを形成する。 同図<8)に示すよ
うにラテラルエピタキシャル成馬法により露出した基板
面にシリコン結晶を成長させる。 この際、シリコンの
横方向のシリコン結晶の成長が厚さ方向より速いので結
晶は25aの一部分を覆って図のように成長し第1のN
+型型半体体層2j形成される。
更にチャネル領域を含むP型半導体層24及び第2のN
+型型環導体層22形成する。 以下周知の方法により
第2図に示すメモリセルを得る。
上記の実施例は、1つのスイッチングMOSトランジス
タと、これに接続される記憶キャパシタとでメモリセル
を構成するDRAMの1例である。
本発明は記憶主1シバシタを持たないその他の記憶用半
導体装置に適用できることは勿論であるが、MOSトラ
ンジスタを使用する一般のLSIにも適用できる。
[発明の効果] 第1図及び第2図の本発明による64 kビットDRA
Mと第6図に示す従来の64 kビットDRAMとは、
いずれも2μmのデザインルールで作製されたものであ
るが、本発明によるDRAMの方が従来のものの1/2
以下の大きさのチップとなった。
また本発明の構造のMOSトランジスタは、2μmデザ
インルール(2μmという数値はマスクの最小線幅を示
すものとする)でもチャネル長を1μm以下にできるた
め約10%の動作速度の向上ができた。
以上の如く本発明の構造を用いれば高密度、高集積の半
導体デバイスが単純なプロセスで実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明によるDRAMの断面図、第
3図は本発明及び従来のDRAMの電気等価回路、第4
図(A)ないしくF)は第1図のDRAMの製造工程を
示す断面図、第5図(A)及び(B)は第2図のDRA
Mの製造工程を示す断面図、第6図は従来のDRAMの
断面図である。 1.21・・・半導体基板、 22・・・第2の一導電
型半導体層(第2のN+型半導体層)、 23・・・第
1の一導電型半導体層(第1のN+型半導体層)24・
・・反対導電型半導体層(P型半導体層)、24a・・
・チャネル領域、 25・・・ゲート酸化膜、25a・
・・絶縁膜(キャパシタ用酸化膜)、 26・・・ゲー
ト電極、 28・・・キャパシタ電極、TR1・・・M
OSトランジスタ、 Cs・・・記憶キャパシタ。 第1図 第2図 !!!!4  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数個のMOSトランジスタを集積形成してなる半
    導体装置において、半導体基板の1つの主面上に選択的
    に形成され前記基板の主面に平行な第1の一導電型半導
    体層と、この第1の半導体層の上面に積層され前記基板
    の主面に対して垂直方向のチャネル領域を含む反対導電
    型半導体層と、この反対導電型半導体層の上面に積層さ
    れる第2の一導電型半導体層と、前記第1の半導体層の
    下面又は前記第2の半導体層の上面のいずれかの面に接
    する1つの絶縁膜とを具備することを特徴とする半導体
    装置。 2 半導体装置がMOSトランジスタを有するメモリセ
    ルを集積形成してなる記憶用半導体装置である特許請求
    の範囲第1項記載の半導体装置。 3 半導体装置がMOSトランジスタと記憶キャパシタ
    とを有するメモリセルを集積形成してなる記憶用半導体
    装置である特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。 4 第1の半導体層の下面又は第2の半導体層の上面の
    いずれかの面に接する絶縁膜をキャパシタの誘電体層と
    する特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記
    載の半導体装置。
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