JPS63110770A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS63110770A
JPS63110770A JP61255661A JP25566186A JPS63110770A JP S63110770 A JPS63110770 A JP S63110770A JP 61255661 A JP61255661 A JP 61255661A JP 25566186 A JP25566186 A JP 25566186A JP S63110770 A JPS63110770 A JP S63110770A
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JP
Japan
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film
insulating film
groove
layer
sio2
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Pending
Application number
JP61255661A
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English (en)
Inventor
Katsutada Horiuchi
勝忠 堀内
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto
    • H10B12/038Making the capacitor or connections thereto the capacitor being 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体記憶装置に係り、特に耐α線特性に優れ
、かつ超微細化に好適なダイナミック・ランダム・アク
セスメモリ(Dynamic RandomQcces
s MCmory : D RA Mと略記する)に関
する。
〔従来の技術〕
1つのMO8型電界効果トランジスタ(トランジスタと
称する)と1つの容量素子と基本単位とするDRAMに
おいて、容量素子をSi基板溝内に絶縁膜を介して構成
する方式は特願昭58−65432号として公知であり
5第2図のごとき構造を有している。図において、Si
基板1に設けた深溝の壁面に厚い絶縁膜5を介して導電
膜7を一方の電極とし、対向電極をプレート電位電極1
゜とする容量がゲート絶縁膜6の開孔箇所を介してトラ
ンジスタのソース拡散層8に接続されている。
記号13はドレイン拡散層、]2はゲート電極、9は容
量を構成する薄い絶縁膜、121は化ビットのゲート電
極、14は層間絶縁膜、15はビット線、2はフィルド
絶縁膜である。上記従来構造において、電荷蓄積ノード
は導電体層7であり厚い絶縁膜5によりSi基板1から
隔雛されている。
したがって、α線照射によって発生する電子・正孔対の
拡散による蓄積電荷への影響も上記絶縁膜5により大幅
に緩和される特長を有している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は導電層7とソース拡散層の接続の為にゲ
ート絶縁膜の選択除去工程を要し、その為の位置合せ予
裕を確保する必要があり、メモリセル占有面積を低減化
するのに不都合を生じる問題があった。上記接続の為の
他の手法として溝上部側面に厚い絶縁膜5を形成せず、
その部分で導電層7とソース拡散層8を接続する方法も
考えられる。しかしながら溝側壁接続に要する厚い絶縁
膜5の形成領域を精度よく制御することは従来のドライ
エツチング技術等では田辺であった。
本発明の目的はトランジスタと容量素子間の接続を制御
性よく実現し、かつゲート絶縁膜の選択除去等に基づく
余分の位置合せ予裕を必要としない。したがってメモリ
セル占有面積の低減化が可能な半導体記憶装置を提供す
ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は単結晶半導体基板への選択イオン打込みにより
形成される非晶質領域が加熱燐酸溶液により極めて制御
性良く選択的に除去できろことを見出した事実に栽づく
、上記の非晶質領域はイオン種、加速エネルギ、注入量
及び被注入基板物質によりその形状を深さが一義的に決
定されるが、打込みマスク端よりマスク下部に向けてま
わりこむごとく構成することができる。したがって、打
込み領域を規定する打込みマスク材開孔に対し、オ)ず
かに拡い開孔面積の浅溝をマスク材開孔と自己整合の関
係で制御性よく構成できる。容量素子用電極を配置する
深溝は上記マスク材開孔を用いて形成し、上記浅溝部の
みに選択残置したSi3N2膜を利用して深溝面のみに
厚いS i O2膜を選択形成する。上記S x s 
N 4膜を除去した後、容量素子用電極材を形成すれば
浅溝部で半導体基板と表面領域で上記電極材を制御性よ
く接続することができる。
〔作用〕
上記手法に基づく浅溝は深溝と自己整合で構成され、か
つイオン打込み法によりその形状は決定されるため形状
制御性もドライエツチング技術等に較べても格段に優れ
ている。容量素子を構成する導電体層は上記浅溝の少な
くとも側壁でトランジスタの拡散層を接続するが、上記
手法に基づけば接続の為の絶縁膜開孔工程などマスク合
せを必要とする手法が不要となる。したがって位置合せ
予裕硲保の為の占有面積増大が解消でき、メモリセル面
積が低減された超微細・超高集積の半導体記憶装置が実
現される6 さらに本発明に基づけば深溝底部において容量電極を残
在させず、深溝側面にのみ配置させる構成も可能である
。上記構成により、同一溝内に隣接メモリセルの容量素
子を同時に構成でき、従来隣接溝間に別途構成していた
素子間分離絶縁膜を溝底面の厚い絶縁膜で代用する構成
も可能となる。
上記構成においては従来の素子間分離領域が不要となり
半導体記憶装置の高集積化が一層進展される。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。
説明の都合上、図面をもって説明するが要部が拡大して
示されているので注意を要する。
また、説明を簡明にするため各部の材質、半導体層の導
電型、及び製造条件を規定して述べるが材質、半導体層
の導電型、及び製造条件はこれに限定されろものでない
ことは言うまでもない。
実施例1 第3図(A)乃至(C)及び第1図は本発明の第1の実
施例を製造工程順に示した断面図である。
P型S−i基板1に公知の素子間分離技術を用いて0.
6μm厚のフィルド酸化膜2を選択的に形成する。次に
Si基板1の熱酸化による薄いS ]、 Oz膜の形成
とCVD法による120nm厚の5iBN<膜、及び3
00nm厚のS x Oz膜の堆積による三層重ね合せ
絶縁膜3を形成した。Si基板1への溝形成予定領域に
対応する上記三層重ね合せ絶縁膜3に公知のフォトリソ
グラフィ法により開孔を施した後、レジスト膜をマスク
にして燐(P)イオンを加速エネルギ150’KeV、
注入量2X101Bm−2の条件でイオン注入し、Si
基板1表面より深さ0.45 μm、マスク端より0.
15μmマスク下部にまわり込んだ領域を非晶質化した
。上記非晶質領域と単結晶領域との境界を明瞭にし、欠
陥層を上記境界に局在させる為には硼素(B)等の軽い
イオンよりもSi、及びP又はそれ以上の質量を有する
重いイオンによるイオン注入が望ましい、またイオン注
入時の基板昇温を極力避け、室温以下に冷却することが
望ましい。イオン打込みによる非晶質領域の形成後、1
60℃に加熱した熱燐酸溶液で10分間処理し、上記非
晶質領域を完全に除去した。上記処理条件に於ては単結
晶Si領域、及び三層重ね合せ絶縁膜はほとんど影響を
うけず、非晶質領域のみが選択的に除去される。次に熱
酸化法による50nmの5iOz膜とCVD法による0
、2μm厚の51gN4膜を全面に形成した後、反応性
イオンスパッタリング法により基板と垂直方向にのみ上
記5iaN4膜をエツチングし、三層重ね合せ絶縁膜3
の側壁、及び非晶質層の選択除去領域の側壁部にのみ5
isNi膜4を残置させた(第3図(A))つ 第3図(A)の状態より三層重ね合せ絶縁膜3及びS、
tsN+膜4をマスクにしてSi基板1に深さ4μmの
溝を反応性イオンスパッタ法により形成した。開孔)行
表面を弗酸と硝酸比1/4−00なろ混液で30秒処理
し軽<Si基板露出面を除去した後、三層重ね合せ絶縁
膜3のS j−02堆積膜も除去してから5iaN4膜
4等をマスクにして湿式熱酸化法により溝内面に0.4
μm厚の5iOz膜5を形成した。しかる後、三層重ね
合せ絶縁膜3を除去し、再びSi基板1表面に15nm
厚の清浄なS x Oz 1116を熱酸化法により形
成した。次にS、L a N a膜4を選択的に除去し
てから全面に多結晶シリコン膜(又は非晶質シリコン膜
)をCVD法により0.3μm厚・堆積した。続いてP
oc#sを拡散源とする熱拡散法により燐の全面拡散を
行い、多結晶シリコン膜を低抵抗化した。上記の拡散工
程により溝上部のS i a N afJ 4除去箇所
のSi基板領域にn十拡散層8が形成される。多結晶シ
リコン膜の低抵抗化の後、公知のホトリソグラフィ技術
により多結晶シリコン膜をバターニングし、電荷蓄積電
極7としたのち全面に5L3N+膜と5isNa膜の熱
酸化膜の2層重ね合せによる薄い絶縁膜9を形成した。
5iaN4Nとその熱酸化膜は各々5nm、8nmであ
る(第3図(B))。
第3図(B)の状態より再び多結晶シリコン(又は非晶
質シリコン)膜の堆積と低抵抗化の燐拡散を施してから
パターニングしプレート電極10を形成した。次に85
0℃の低温湿式熱酸化を施し、容量素子の一方の電極で
ある電荷蓋積電極7、及びプレート電極10の露出面に
400nmの厚い5iOz膜11を形成した。上記酸化
工程によりSj基板上では1100nの5iOz膜が形
成されるが1100n厚のS i O2膜を除去しSi
基板1表面を露出させた。しかる後、Si基板表面に1
5nm厚の清浄なS i O2膜6を熱酸化法により再
び形成した(第3図(C))。
第3図(C)の状態より多結晶シリコン(又は非晶質シ
リコン膜)の堆積とバターニングによりトランジスタの
ゲート電極12及び121を形成した。しかる後、注入
fil 5 X 10 ”cn’″2.加速エネルギ7
0KeVの条件で砒素(As)をイオン注入し、その後
の活性化熱処理によりドレイン拡散層13.及びソース
拡散層8を形成した。次の公知の配線形成技術により層
間絶縁膜14の堆積と所望箇所への開孔を施し、A D
、を主成分とする金属膜の蒸着とパターニングによりビ
ット線15を形成した(第1図)。
上記の製造工程を経て製造された半導体記憶装置におい
ては容量素子を構成する電荷蓄積電極7とトランジスタ
のソース拡散層8との接続はイオン打込み条件により規
定される非晶質領域とSi基板1との境界部で行なわれ
ろ。非晶質層除去の選択性は極めて大きいため上記の接
続領域はイオン打込み条件により規定され、制御性及び
再現性で通常のドライエツチング技術による開孔よりは
るかに優れている。さらに上記接続領域は多結晶シリコ
ン膜より、成る電荷蓄積電極7を設置すべきSi深溝と
同一マスクにより自己整合で形成される為、占有面積が
低減化され第2図で示される公知の半導体記憶装置に比
べ単位セル面積を:3/4に低減化することができた。
さらに上記の制御性改善により製造歩留りを大幅に上昇
することができた。
実施例2 第4図は本発明の他の実施例を示す断面図である。前記
第1の実施例において、隣接するメモリセル間の索子分
離用フィルド酸化膜2は形成しない。また容量素子の電
荷蓄積素子を構成する多結晶シリコン膜7の加工におい
て、反応性イオンスパッタエツチング法を用いSi基板
1表面と垂直方向にのみエツチングを進行させ深溝底面
部で互いに分離され、深溝側面にのみ残置するごとく構
成し電荷蓄積電t471及び72とした。71は所望単
位セルの、又72は隣接単位セルの電荷蓄積電極である
。しかる後、前記第1の実施例に従って半導体記憶′j
A置を製造した(第4図)。第4図において、12,2
11.及び122は各々所望単位セル、隣接ワードの単
位セル、及び他の単位セルのゲート電極、すなわちワー
ド線である。又131及び81は隣接ワードの乍位セル
を構成するドレイン拡散層及びソース拡散層である。
上記の製造工程を経て製造された半導体記憶装置におい
ては素子間分離領域が深溝底面の厚いS 、i 02膜
5で兼ねられておりフィルド酸化膜2の領域が省略され
、セル占有面積が前記第1の実施例に基づく半導体記憶
装置の単位セル面積に比しても3/4に低減され、より
超微細・超高集積の半導体記憶装置が実現された。尚本
施例に基づく半導体記憶装置の製造工程において、厚い
Stow膜5の形成前にイオン打込み法等によりSi深
溝底面部にボロン等を注入し溝底面の厚いS iOz膜
5下でのチャネル形成を防止していることは言うまでも
ない。
〔発明の効果〕
本発明によればSi深溝内に構成された電荷蓄積電極と
トランジスタ間の接続を上記深溝と自己整合でかつ開孔
面積の大きい浅溝の側面又は底面で実現できるので制御
性・再現性よくかつ占有面積の低減化の効果がある。単
位メモリセルの占有面積は本発明により従来の半導体記
憶装置にくらべ3/4倍以下にまで低減化される。
本発明の各実施例において、上記浅溝形成に関し、イオ
ン打込み法による非晶質領域の形成と同領域の熱燐酸溶
液による選択除去の手法を用いる例を示した。上記は製
造性及び再現性で劣るが、等方性プラズマエツチング法
、又は弗硝酸混液による湿式エツチング法を所望により
用いてもよい。
また本発明の各実施例においてゲート電極12とプレー
ト電極10間に間隔を取りソース拡散層を介して電荷蓄
積電極との接続を行う構成につき説明したが上記はゲー
ト電極がプレート電極上の一部を覆う構成にしてもさし
つかえない。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第3図(A)乃至第3図(C)は本発明の第
1の実施例を製造工程順に示した断面図、第2図は従来
の半導体記憶装置を示す断面図、第4図は本発明の他の
実施例を示す断面図である。 5・・・S i Oz膜、6・・・ゲート酸化膜、7・
・・電荷蓄積電極、8・・・ソース拡散層、9・・・薄
い絶縁膜、10・・・プレート電極、12・・・ゲート
電極、13・・・ドレイン拡散層、15・・ビット線。 第 72

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、半導体基板に設けられた溝の内部に該基板から第1
    の絶縁膜を介して設けられた導電体層を一方の電極と、
    該導電体層から第2の絶縁膜を介して設けられた対向電
    極よりなる1つの容量素子と、1つのトランジスタによ
    り単位セルが構成される半導体記憶装置に於いて、該溝
    は開孔面積の大きな浅溝とその内部に位置し開孔面積の
    小さな深溝で構成されており、該導電体層は該浅溝の少
    なくとも側面において該トランジスタと接続されている
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
JP61255661A 1986-10-29 1986-10-29 半導体記憶装置 Pending JPS63110770A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5034787A (en) * 1990-06-28 1991-07-23 International Business Machines Corporation Structure and fabrication method for a double trench memory cell device
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