JPS62163358A - 自己回復型ｍｏｓキヤパシタ - Google Patents

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Ｍ　ＯＳ技術を用いる集積回路におけるキャパ
シタの製造に関するものである。

従来の技術 キャパシタの従来からよく知られている製造技術では、
平行枠（反キャパンタが用いられる。この場合キャパシ
タの一方の極板は基板のドープ領域であり、他方の極板
は下部のドープ領域と同じ極性をもつ材料をドープされ
た多結晶ンリコン層である。普通、チャネルと多結晶シ
リコンは同じへ性をもつ。すなわち、この標準的なＮＭ
Ｏ３技術ではＮ型である。

問題点を解決するための手段 本発明は平行極板キャパシタの改良に関するものである
。本発明では下部極板は、半導体基板のドープ領域であ
り、上部極板には下部極板の極性と反対の極性をもつド
ーパントがドープされている。本発明によるキャパシタ
は両極板の相対的な極性が変化しない回路に用いられる
。陽極板にはＮ型ドーパントがドープされ、陰極板には
Ｐ型ドーパントがドープされている。

実施例 第１図は、従来の技術に従って構成される平行極板キャ
パシタ１１５の縦断面図である。このようなキャパシタ
は、アメリカ合衆国テキサス州キャロルトンのモスチッ
ク社（Ｍｏｓｔｅｋ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により
、ダイナミックランダムアクセスメモリに使われている
。このキャパシタについては、アメリカ合衆国特許第４
．３９２．２１０号に開示されている。

このキャパシタでは、Ｐ型基板１００の中には、参照番
号１１０で示されるＮ型ドープ（Ｎ゛）領域と、Ｎ゛領
域り薄い、参照番号１１２で示される接続用ドープ領域
とを有する。領域１１０はこのキャパシタの下部極板で
あり、領域１１２はＮ゛領域１１０とこの回路の他の部
分との電気的接続を行う部分である。ドーパントは伝導
性決定不純物とも呼ばれる。本明細書では、この２つの
用語は同じ意味で使用される。領域１１０は、どのよう
な従来法によっても形成することができる。その方法の
一つとしてイオン注入法がある。領域１１０の上には、
参照番号１２０で示される薄い酸化層がある。この薄い
酸化層は参照番号１３０で示される厚い酸化層に接して
いる。薄い酸化層１２０の上には上部極板１４０がある
。この上部極板はＮ゛　ドープを施された多結晶シリコ
ン層であり、領域１１０と同じ極性をもつ。この従来の
キャパシタでは、領域１４０は接地されてキャパシタの
グラウンド側の極板の役割を果たす。一方、領域１１０
は普通の電圧、例えば＋５ボルトまで充電される。キャ
パシタ１１５の右側には、ボックス１６０がある。ボッ
クス１６０は、下部のプレートである領域１１０を適切
な正電圧に充電するための手段を特に含む回路のその他
の要素を表わす。例えば、ボックス１６０は、ダイナミ
ックランダムアクセスメモリの残りの部分を示している
。この中には、すべての人力および出力回路、メモリア
レイの残りの部分、それにキャパシタ１１５が接続され
るアクセストランジスタが含まれる。上部極板である領
域１４０は、グラウンドに接続されているため、数個の
領域１１０上にわたって拡がっている。

次に第２図を参照する。この図には、本発明に従って構
成されたキャパシタが示されている。前記の例の各要素
と同様の機能をもつ要素にはそれぞれ同じ参照番号が付
されている。下部極板をなす領域１１０と上部極板をな
す領域１４０は、前述の例のように、これら２極板を分
離させる薄い酸化層１２０゛を間にはさんで債み重ねら
れている。公知の通り、酸化層が薄くなると、その酸化
層中のピンホールの数は急速に増える。特に、酸化層の
厚さが約１００オングストロームのオーダーのときには
、単位面積当たりのピンホールの数は、厚さの減少に対
して指数関数的に増加する。ピンホールが１個存在して
いると、領域１４０を構成している物質がピンホールに
拡散してキャパシタの２枚の極板を構成する２領域１１
０と１４０の間の短絡を引き起こす。その結果、従来技
術によって構成されたキャパシタは破損する可能性が非
常に大きい。

本発明に従うキャパシタは、酸化層の厚さだけでなく、
ドーパントの極性においても従来のキャパシタとは異な
る。本発明によれば、下部極板である１１０はＮ型であ
るが、上部極板である領域１４０は異なるドープ、すな
わちＰ型ドーパントがドープされている。ドープに適し
た元素が何であるかは当業者によく知られている。ホウ
素は、薄い酸化物中に比較的たやすく拡散するため、充
分な量のホウ素が拡散して下部極板の領域１１０まで達
し、その回路の性能を低下させる恐れがあることが知ら
れている。

本発明の重要な利点は第３図に示されている。

この図では、ピンホール１５０は上部極板の領域１４０
と領域１１０の間に開口部を形成し、領域１１０の上部
表面上の１点１５１に達する。点線１５２で表わされる
領域は、上部極板の領域１４０の形成中にＰ型ドーパン
ト、例えばホウ素が内部に拡散した領域を示す。領域１
１０と領域１４０がともにグラウンドに接続されている
場合には短絡があっても問題はない。下部極板の領域１
１０の電圧が通常使われている電圧＋５ボルトに上げら
れると、下部極板の領域１１０とＰ型ドーパントの拡散
した領域１５２の組合せにより、逆バイアスにされたＰ
−Ｎダイオードが形成される。この結果、領域１５２の
周辺に小さな空乏領域が形成されるため、ここには電流
が流れない。ピンホールが酸化層を完全に貫通している
必要はない。酸化層の途中までしかピンホールができて
いない場合でも、酸化層の残りの薄い層がブレークダウ
ンすることにより短絡が生じることがある。従って、本
発明に従って構成されたキャパシタでは、キャパシタの
実効領域はＰ型ドーパントの拡散した領域１５２の周辺
の空乏領域の大きさだけ減少するが、このキャパシタは
、充電されても短絡は生じない。この効果は、キャパシ
タが短絡を回復するため、「自己回復」と呼ばれている
。もちろん、従来技術により構成されたキャパシタでは
、ピンホール１５０により短絡が生じるため電流が領域
１１０と領域１４０で構成される両極板間に流れ、その
結果、キャパシタが破損することになる。

当業者ならば、１個またはそれ以上のピンホールによる
短絡があっても、このピンホールによる短絡部の近くの
空乏領域の外側の領域に充分な容量を持つため、回路を
正しく機能させることのできる充分に大きなサイズのキ
ャパシタを本発明の原理に従って構成することができる
はずである。

どの程度面積的な余裕をとっておけるかは、もちろん通
常の技術的制約、特に、キャパシタの電圧状態を検出す
るためにそのキャパシタに接続される増幅器に関係する
。−例として、キャパシタの実効領域が１６平方ミクロ
ンで酸化層１２０′の厚さが１００オングストロームで
あるとすると、このキャパシタの実効容量は５０フエム
トフアラドとなる。

このキャパシタにピンホールが１個のみある場合、実効
容量は３７．５フエムトフアラドまで減少した。

この値は、回路の残りの部分が動作するのに充分であっ
た。

下部極板の領域１１０の電圧は＋５ボルトである必要は
ないが、もちろん本発明の場合には電圧の制限がある。

自己回復過程はキャパシタの両極板の極性に依存するの
で、１方の極板は■。ｃ／２に接続し、他方の極板はＶ
ＣＣまたはグラウンドに接続して、両極板の電圧差が■
。、／２となる構成にすることはできない。

本回路の他の要素であるブロック１６０は、両極板とな
る領域１１０と１４０°の極性を定めるように構成され
なければならない。すなわち、両極板の極性が同じであ
る構成とするか、あるいは一方の極板が他方の極板に対
し正である構成とするかを定める。ただし、他方の極板
に対して正となっている極板は常に正のままに維持しな
くてはならない。

図面には、一方の極板は基板の中にあり、他方の極板は
堆積された多結晶シリコンである場合の本発明の実施例
が示されている。しかし本発明は、この実施例に限られ
るものではない。例えば両極板を堆積された多結晶シリ
コンとすることもできる。しかし、下部極板の領域１１
０がＰ型で、上部極板の領域１４０がＮ型である場合、
上部極板の領域　１４０が＋５ボルトであると、（Ｎチ
ャンネルトランジスタでは）このキャパシタは、自己口
（夏しない。この場合、対応する領域１５２′はＰ型極
板の領域１１０中にＮ型ドーパントをドープした領域で
ある。上部極板の領域１４０からの電子により下部極板
の領域１１０の上部層が反転する。この上部層は領域１
１２との導電路を形成するのに必要である。従って、こ
の場合は、ピンホールを通じて下部極板の領域１１０上
の反転層まで短絡が生じるため、このキャパシタは短絡
する。

当業者ならば、本発明を応用して別の実施例を作ること
ができるであろう。例えば一方の極板が＋５ボルトに接
続され、他方の極板は＋５ボルトとグラウンドのどちら
かに切り換えるという実施例が考え、られる。Ｎ型基板
を使用してそれに対応するドーパントをドープし、適当
な電圧をかけることもまた可能であることは当業者には
明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のキャパシタの図であり、第２図は本発明
に従うキャパシタの図であり、第３図は、絶縁体を通し
て短絡が生じた際の本発明に従うキャパシタを示す図で
ある。 （主な参照番号） １００・・Ｐ型基板、　　　１１０・・上部極板の領域
、１１５・・キャパシタ、　　１２０・・薄い酸化層、
１３０・・厚い酸化層、 １４０・・下部極板の領域、　　１５０・・ピンホール
、１５２・・Ｐ型ドーパント拡散領域、 １６０・・ボックス 特許出願人トムソン　コンポーネンツーモステック　コ
ーポレーション

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１つのキャパシタを備える集積回路で
   あって、 半導体基板の所定領域に所定量の第１の伝導性決定不純
   物を添加することにより形成したキャパシタ用第１の極
   板と、 該第１の極板上に位置する所定の厚さをもつ絶縁層と、 該第１の極板の一部分の上方に位置し、所定の厚さの上
   記絶縁層によって該第１の極板から分離され、所定濃度
   の所定の伝導性決定不純物を添加された半導体材料から
   成り、上記少なくとも１つの上記集積回路のキャパシタ
   の内の１つのキャパシタを形成するキャパシタ用第２の
   極板と、上記第１および第２の極板の各々の極性を定め
   るため、上記第１の極板に電圧を加えるための電気的手
   段とを備える集積回路において、 上記所定の伝導性決定不純物は、上記第１の伝導性決定
   不純物の型とは反対の型の第２の不純物であり、 他方の極板に対して正の電圧となっている第１および第
   ２の極板のいずれか一方の極板は、Ｎ型の伝導性決定不
   純物を有し、他方の極板はＰ型の伝導性決定不純物を有
   することを特徴とする集積回路。
2. （２）上記第１の極板は半導体基板の所定の領域に形成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の集積回路。
3. （３）上記第２の極板はグラウンドに接続し、該第２の
   極板はＰ型の伝導性決定不純物を有し、上記第１の極板
   はＮ型の伝導性決定不純物を有し、 上記半導体基板はＰ型の伝導性決定不純物を有している
   こと を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の集積回路。
4. （４）上記電気的手段が、メモリアレイに上記少なくと
   も１つのキャパシタを有するダイナミックランダムアク
   セスメモリを構成する手段を備え、上記キャパシタの少
   なくとも２つのキャパシタは、上記基板中の第１の所定
   の領域から、該基板中の第２の所定の領域まで連続して
   延びている共通の第２の極板を共有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項に記載の集積回路。