JPS63119253A - 半導体メモリ装置 - Google Patents
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- JPS63119253A JPS63119253A JP61264026A JP26402686A JPS63119253A JP S63119253 A JPS63119253 A JP S63119253A JP 61264026 A JP61264026 A JP 61264026A JP 26402686 A JP26402686 A JP 26402686A JP S63119253 A JPS63119253 A JP S63119253A
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- H10B12/37—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor being at least partially in a trench in the substrate
- H10B12/373—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor being at least partially in a trench in the substrate the capacitor extending under or around the transistor
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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。
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]
本発明は半導体メモリ装置に係り、特に電荷保持用のキ
ャパシタと、このキャパシタ上に絶縁層を介して形成さ
れたトランジスタとを有する半導体メモリ装置に関する
。
ャパシタと、このキャパシタ上に絶縁層を介して形成さ
れたトランジスタとを有する半導体メモリ装置に関する
。
[従来技術]
近年、半導体メモリ装置の大容量化は著しいが、その発
展は主に微細化技術によってささえられて来た。
展は主に微細化技術によってささえられて来た。
例えば、平面的に電荷保持用キャパシタと選択スイッチ
となるMOS)ランジスタとを有する半導体メモリ装置
においては、主として前記キャパシタおよび前記MOS
トランジスタの大きさのみを小さくすることで高集積化
への対応がなされてきた。しかるに、電荷保持用のキャ
パシタにおいては、その容量値の下限には限界があり、
α線によるソフトエラーが重大な問題となって来ていた
。またMOS)ランジスタのサイズ縮小も、微細化、処
理技術、特性等の面から容易ではなく、集積化の障害と
なっていた。
となるMOS)ランジスタとを有する半導体メモリ装置
においては、主として前記キャパシタおよび前記MOS
トランジスタの大きさのみを小さくすることで高集積化
への対応がなされてきた。しかるに、電荷保持用のキャ
パシタにおいては、その容量値の下限には限界があり、
α線によるソフトエラーが重大な問題となって来ていた
。またMOS)ランジスタのサイズ縮小も、微細化、処
理技術、特性等の面から容易ではなく、集積化の障害と
なっていた。
[発明が解決しようとする問題点]
上記の半導体メモリ装置において、キャパシタの容量値
を低下させずにキャパシタのサイズを小さくする方法と
しては、シリコン基板内に溝を形成しその側壁を利用し
てキャパシタを形成する技術等が開発されているが、従
来の方法はギヤパシタとMOS)ランジスタを平面的に
配列するわけであるから、半導体メモリのセルサイズは
キャパシタとMOS)ランジスタの必要とする面積の和
となることはまちがいなく、集積度の向上も限界に近づ
きつつあった。
を低下させずにキャパシタのサイズを小さくする方法と
しては、シリコン基板内に溝を形成しその側壁を利用し
てキャパシタを形成する技術等が開発されているが、従
来の方法はギヤパシタとMOS)ランジスタを平面的に
配列するわけであるから、半導体メモリのセルサイズは
キャパシタとMOS)ランジスタの必要とする面積の和
となることはまちがいなく、集積度の向上も限界に近づ
きつつあった。
本発明は、電荷集積用のキャパシタ上に絶縁層を介して
MOSトランジスタを形成することを可能にする半導体
メモリ装置を提供することにより、集積度を大幅に向上
させることを目的とするものである。
MOSトランジスタを形成することを可能にする半導体
メモリ装置を提供することにより、集積度を大幅に向上
させることを目的とするものである。
[問題点を解決するための手段]
上記の問題点は、半導体基体に形成された電荷保持用の
キャパシタと、このキャパシタ上に形成された絶縁層と
、この絶縁層上に絶縁層の材料より核形成密度が十分大
きく、且つ半導体層材料の単一の核だけが成長する程度
に十分微細な異種材料が設けられ、この異種材料に形成
された単一の核を中心に成長させて設けられた半導体単
結晶層又は実質的な半導体単結晶層に形成されたトラン
ジスタとを有することを特徴とする本発明の半導体メモ
リ装置によって解決される。
キャパシタと、このキャパシタ上に形成された絶縁層と
、この絶縁層上に絶縁層の材料より核形成密度が十分大
きく、且つ半導体層材料の単一の核だけが成長する程度
に十分微細な異種材料が設けられ、この異種材料に形成
された単一の核を中心に成長させて設けられた半導体単
結晶層又は実質的な半導体単結晶層に形成されたトラン
ジスタとを有することを特徴とする本発明の半導体メモ
リ装置によって解決される。
[作 用]
本発明は、絶縁層上にこの絶縁層の材料より核形成密度
が十分大きく、且つ半導体層材料の単一の核だけが成長
する程度に十分微細な異種材料が設けられ、この異種材
料に形成された単一の核を中心に成長させて設けられた
半導体単結晶層又は実質的な半導体単結晶層にトランジ
スタを形成したことにより、キャパシタ上に絶縁層を形
成し、その上にトランジスタを形成することを可能にし
、大幅に集積度を向上させるものである。
が十分大きく、且つ半導体層材料の単一の核だけが成長
する程度に十分微細な異種材料が設けられ、この異種材
料に形成された単一の核を中心に成長させて設けられた
半導体単結晶層又は実質的な半導体単結晶層にトランジ
スタを形成したことにより、キャパシタ上に絶縁層を形
成し、その上にトランジスタを形成することを可能にし
、大幅に集積度を向上させるものである。
なお前記の絶縁層に半導体単結晶層又は実質的な半導体
単結晶層を形成する工程は、後述するように通常の半導
体プロセスを用いるだけであり、何ら特別な工程を必要
としない。
単結晶層を形成する工程は、後述するように通常の半導
体プロセスを用いるだけであり、何ら特別な工程を必要
としない。
[実施例]
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。
する。
第1図は本発明の半導体メモリ装置の一実施例を示す縦
断面図である。
断面図である。
第2図は上記半導体メモリ装置のメモリセルの等価回路
図である。
図である。
両図においてlは記憶された信号の読み出し及び信号の
書き込みを行うNチャネルMOS)ランジスタであり、
2は信号を保持するためのキャノくシタである。このN
チャネルMOS)ランジスタlとキャパシタ2とでダイ
ナミックメモリセルを構成する。
書き込みを行うNチャネルMOS)ランジスタであり、
2は信号を保持するためのキャノくシタである。このN
チャネルMOS)ランジスタlとキャパシタ2とでダイ
ナミックメモリセルを構成する。
第1図に示すように、キャパシタ2は、半導体基体たる
P型シリコン基板14に設けられた深い溝の内壁を用い
て形成され、P型シリコン基板14と、溝の内壁面に形
成された絶縁層13と、溝の中に形成された電極7とに
よって構成される。溝の形成にはりアクティブイオンエ
ツチング装置等を用いる。電極7は近年超LSIプロセ
スにおいて開発されたポリシリコンを溝にうめ込む技術
を用いて形成する。P型シリコン基板14上には絶縁層
12が形成され、電極7の形成後、さらに絶縁層3が形
成される。この絶縁層3上には異種材料たる核形成ベー
ス4が形成される。この核形成ベース4の材料はシリコ
ン核形成密度が絶縁層3の材料よりも十分大きなものが
選ばれ、本実施例においては絶縁層3の材料として5i
02層、核形成ベース4の材料としてシリコン窒化膜が
用いられる。この核形成ベース4を中心として、水素ガ
スをキャリアガスとしたSiH4゜5iC14,5iH
C13等のガスを用いて、700℃〜1000℃程度の
温度でシリコン単結晶層又は実質的なシリコン単結晶層
を形成することができる。前記条件にて絶縁層3上にシ
リコン核が形成される密度Aに対して核形成ベース4上
にシリコン核が形成される密度Bの比N=B/Aを10
4以上とすることができる。シリコン単結晶層又は実質
的なシリコン単結晶層の形成後は多角形の形状をしてい
るので、エッチバック等の集積回路製造技術を用いて平
坦化を行う。次に、シリコン単結晶層又は実質的なシリ
コン単結晶層にNチャネルMOS)ランジスタ1のドレ
イン5、ソース6、ゲート絶縁層8、ゲート電極9、配
線10等を従来の集積回路製造技術を用いて形成する。
P型シリコン基板14に設けられた深い溝の内壁を用い
て形成され、P型シリコン基板14と、溝の内壁面に形
成された絶縁層13と、溝の中に形成された電極7とに
よって構成される。溝の形成にはりアクティブイオンエ
ツチング装置等を用いる。電極7は近年超LSIプロセ
スにおいて開発されたポリシリコンを溝にうめ込む技術
を用いて形成する。P型シリコン基板14上には絶縁層
12が形成され、電極7の形成後、さらに絶縁層3が形
成される。この絶縁層3上には異種材料たる核形成ベー
ス4が形成される。この核形成ベース4の材料はシリコ
ン核形成密度が絶縁層3の材料よりも十分大きなものが
選ばれ、本実施例においては絶縁層3の材料として5i
02層、核形成ベース4の材料としてシリコン窒化膜が
用いられる。この核形成ベース4を中心として、水素ガ
スをキャリアガスとしたSiH4゜5iC14,5iH
C13等のガスを用いて、700℃〜1000℃程度の
温度でシリコン単結晶層又は実質的なシリコン単結晶層
を形成することができる。前記条件にて絶縁層3上にシ
リコン核が形成される密度Aに対して核形成ベース4上
にシリコン核が形成される密度Bの比N=B/Aを10
4以上とすることができる。シリコン単結晶層又は実質
的なシリコン単結晶層の形成後は多角形の形状をしてい
るので、エッチバック等の集積回路製造技術を用いて平
坦化を行う。次に、シリコン単結晶層又は実質的なシリ
コン単結晶層にNチャネルMOS)ランジスタ1のドレ
イン5、ソース6、ゲート絶縁層8、ゲート電極9、配
線10等を従来の集積回路製造技術を用いて形成する。
キャパシタ2とNチャネルMOS)ランジスタ2どの接
続は絶縁層3に形成されたスルーホール11によって行
われる。
続は絶縁層3に形成されたスルーホール11によって行
われる。
以上のようにして、シリコン単結晶層又は実質的なシリ
コン単結晶層上に形成されたNチャネルMOS)ランジ
スタ1のチャネル移動度は400 cm2/VS以上あ
り、従来のP型シリコン基板内に形成されたNチャネル
MOS)ランジスタの特性と同等の性能を有していた。
コン単結晶層上に形成されたNチャネルMOS)ランジ
スタ1のチャネル移動度は400 cm2/VS以上あ
り、従来のP型シリコン基板内に形成されたNチャネル
MOS)ランジスタの特性と同等の性能を有していた。
またNチャネルMOS)ランジスタ1のドレイン5およ
びソース6の浮遊容量はP型シリコン基板内に形成され
た場合に比較して非常に小さくなり、書き込み及び読み
出し速度等の性能は著しく向上する。
びソース6の浮遊容量はP型シリコン基板内に形成され
た場合に比較して非常に小さくなり、書き込み及び読み
出し速度等の性能は著しく向上する。
前記実施例においては、電荷保持用のキャパシタ2をP
型シリコン基板14内に形成した溝に形成したが、P型
シリコン基板14上に平面的に形成した単純なものでも
良く、またシリコン基板14上に堆積させたポリシリコ
ン間につくることも可能である。
型シリコン基板14内に形成した溝に形成したが、P型
シリコン基板14上に平面的に形成した単純なものでも
良く、またシリコン基板14上に堆積させたポリシリコ
ン間につくることも可能である。
読み出し用のMOSトランジスタは前記実施例において
はNチャネルMOSトランジスタとしているがこれをP
チャネルMOS)ランジスタに置きかえることもできる
。
はNチャネルMOSトランジスタとしているがこれをP
チャネルMOS)ランジスタに置きかえることもできる
。
次に、半導体単結晶又は実質的な半導体単結晶の形成方
法について詳細に説明する。
法について詳細に説明する。
まず、堆積面上に選択的に堆積膜を形成する選択堆積法
について述べる。選択堆積法とは、表面エネルギ、付着
係数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程で
の核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、基
板上に選択的に薄膜を形成する方法である。
について述べる。選択堆積法とは、表面エネルギ、付着
係数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程で
の核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、基
板上に選択的に薄膜を形成する方法である。
第3図(A)および(B)は選択堆積法の説明図である
。まず同図(A)に示すように、基板101上に、基板
101と上記因子の異なる材料から成る薄M102を所
望部分に形成する。そして、適当な堆積条件によって適
当な材料から成る薄膜の堆積を行うと、薄膜103は薄
膜102上にのみ成長し、基板101上には成長しない
という現象を生じさせることができる。この現象を利用
することで、自己整合的に成形された薄膜103を成長
させることができ、従来のようなレジストを用いたリン
グラフィ工程の省略が可能となる。
。まず同図(A)に示すように、基板101上に、基板
101と上記因子の異なる材料から成る薄M102を所
望部分に形成する。そして、適当な堆積条件によって適
当な材料から成る薄膜の堆積を行うと、薄膜103は薄
膜102上にのみ成長し、基板101上には成長しない
という現象を生じさせることができる。この現象を利用
することで、自己整合的に成形された薄膜103を成長
させることができ、従来のようなレジストを用いたリン
グラフィ工程の省略が可能となる。
このような選択形成法による堆積を行うことができる材
料としては、たとえば基板101としてSi02 、薄
膜102としてSi、 GaAs、窒化シリコン、そし
て堆積させる薄膜103としてSi、 W、Gaps、
InP等がある。
料としては、たとえば基板101としてSi02 、薄
膜102としてSi、 GaAs、窒化シリコン、そし
て堆積させる薄膜103としてSi、 W、Gaps、
InP等がある。
第4図は、 Si02の堆積面と窒化シリコンの堆積面
との核形成密度の経時変化を示すグラフである。
との核形成密度の経時変化を示すグラフである。
同グラフが示すように、堆積を開始して間もなく5i0
2上での核形成密度は10” cm−2以下で飽和し、
20分後でもその値はほとんど変化しない。
2上での核形成密度は10” cm−2以下で飽和し、
20分後でもその値はほとんど変化しない。
それに対して窒化シリコン(Si3 N 4 )上では
、〜4 X 10” cm−2で一旦飽和し、それから
10分はど変化しないが、それ以降は急激に増大する。
、〜4 X 10” cm−2で一旦飽和し、それから
10分はど変化しないが、それ以降は急激に増大する。
なお、この測定例では、5iG14ガスをH2ガスで希
釈し、圧力175 Torr、温度10oo℃ノ条件下
でGVD法により堆積した場合を示している。他にSi
H4、SiH2C12、5iHC13、SiF 4等を
反応ガスとして用いて、圧力、温度等を調整することで
同様の作用を得ることができる。また、真空蒸着でも可
能である。
釈し、圧力175 Torr、温度10oo℃ノ条件下
でGVD法により堆積した場合を示している。他にSi
H4、SiH2C12、5iHC13、SiF 4等を
反応ガスとして用いて、圧力、温度等を調整することで
同様の作用を得ることができる。また、真空蒸着でも可
能である。
この場合、SiOz上の核形成はほとんど問題とならな
いが、反応ガス中にHCIガスを添加することで、Si
n 2上での核形成を更に抑制し、SiO2上でのSi
の堆積を皆無にすることができる。
いが、反応ガス中にHCIガスを添加することで、Si
n 2上での核形成を更に抑制し、SiO2上でのSi
の堆積を皆無にすることができる。
このような現象は、Si02および窒化シリコンの材料
表面のSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数
等の差によるところが大きいが、Si原子自身によって
5i02が反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成
されることでSin 2自身がエツチングされ、窒化シ
リコン上ではこのようなエツチング現象は生じないとい
うことも選択堆積を生じさせる原因となっていると考え
られる(T、Yonehara、S、Yashioka
、S、Miyazawa Journal ofApp
lied Physics53.8838.1982)
。
表面のSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数
等の差によるところが大きいが、Si原子自身によって
5i02が反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成
されることでSin 2自身がエツチングされ、窒化シ
リコン上ではこのようなエツチング現象は生じないとい
うことも選択堆積を生じさせる原因となっていると考え
られる(T、Yonehara、S、Yashioka
、S、Miyazawa Journal ofApp
lied Physics53.8838.1982)
。
このように堆積面の材料として5i02および窒化シリ
コンを選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれば、
同グラフに示すように十分に大きな核形成密度差を得る
ことができる。なお、ここでは堆積面の材料としてSi
02が望ましいが、これに限らすSiOxであっても核
形成密度差を得ることができる。
コンを選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれば、
同グラフに示すように十分に大きな核形成密度差を得る
ことができる。なお、ここでは堆積面の材料としてSi
02が望ましいが、これに限らすSiOxであっても核
形成密度差を得ることができる。
勿論、これらの材料に限定されるものではなく、核形成
密度の差が同グラフで示すように核の密度で103倍以
上であれば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。
密度の差が同グラフで示すように核の密度で103倍以
上であれば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。
この核形成密度差を得る他の方法としては、Si02上
に局所的にSiやN等をイオン注入して過剰にSiやN
等を有する領域を形成してもよい。
に局所的にSiやN等をイオン注入して過剰にSiやN
等を有する領域を形成してもよい。
このような選択堆積法を利用し、堆積面の材料より核形
成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長する
ように十分微細に形成することによって、その微細な異
種材料の存在する箇所だけに単結晶又は実質的な単結晶
を選択的に成長させることができる。
成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長する
ように十分微細に形成することによって、その微細な異
種材料の存在する箇所だけに単結晶又は実質的な単結晶
を選択的に成長させることができる。
なお、単結晶又は実質的な単結晶の選択的成長は、堆積
面表面の電子状態、特にダングリングボンドの状態によ
って決定されるために、核形成密度の低い材料(たとえ
ばSi02 )はバルク材料である必要はなく、任意の
材料や基板等の表面のみに形成されて上記堆積面を成し
ていればよい。
面表面の電子状態、特にダングリングボンドの状態によ
って決定されるために、核形成密度の低い材料(たとえ
ばSi02 )はバルク材料である必要はなく、任意の
材料や基板等の表面のみに形成されて上記堆積面を成し
ていればよい。
第5図(A)〜(0)は、単結晶又は実質的な単結晶の
形成方法の一例を示す形成工程図であり、第6図(A)
および(B)は、第5図(A)および(D)における基
板の斜視図である。
形成方法の一例を示す形成工程図であり、第6図(A)
および(B)は、第5図(A)および(D)における基
板の斜視図である。
まず、第5図(A)および第6図(A)に示すように、
基板104上に、選択堆積を可能にする核形成密度の小
さい薄膜105を形成し、その上に核形成密度の大きい
異種材料を薄く堆積させ、リソグラフィ等によってパタ
ーニングすることで異種材料108を十分微細に形成す
る。ただし、基板104の大きさ、結晶構造および組成
は任意のものでよく、機能素子が形成された基板であっ
てもよい。
基板104上に、選択堆積を可能にする核形成密度の小
さい薄膜105を形成し、その上に核形成密度の大きい
異種材料を薄く堆積させ、リソグラフィ等によってパタ
ーニングすることで異種材料108を十分微細に形成す
る。ただし、基板104の大きさ、結晶構造および組成
は任意のものでよく、機能素子が形成された基板であっ
てもよい。
また、異種材料106とは、上述したように、SiやN
等を薄膜105にイオン注入して形成される過剰にSi
やN等を有する変質領域も含めるものとする。
等を薄膜105にイオン注入して形成される過剰にSi
やN等を有する変質領域も含めるものとする。
次に、適当な堆積条件によって異種材料106だけに薄
膜材料の単一の核が形成される。すなわち、異種材料1
06は、単一の核のみが形成される程度に十分微細に形
成する必要がある。異種材料108の大きさは、材料の
種類によって異なるが、数ミクロン以下であればよい。
膜材料の単一の核が形成される。すなわち、異種材料1
06は、単一の核のみが形成される程度に十分微細に形
成する必要がある。異種材料108の大きさは、材料の
種類によって異なるが、数ミクロン以下であればよい。
更に、核は単結晶構造又は実質的な単結晶構造を保ちな
がら成長し、第6図(B)に示すように島状の単結晶粒
107となる。島状の単結晶粒107が形成されるため
には、すでに述べたように、薄膜105上で全く核形成
が起こらないように条件を決めることが必要である。
がら成長し、第6図(B)に示すように島状の単結晶粒
107となる。島状の単結晶粒107が形成されるため
には、すでに述べたように、薄膜105上で全く核形成
が起こらないように条件を決めることが必要である。
島状の単結晶粒107は単結晶構造又は実質的な単結晶
構造を保ちながら異種材料106を中心して更に成長し
、同図CG)に示すように薄[105全体を覆う。
構造を保ちながら異種材料106を中心して更に成長し
、同図CG)に示すように薄[105全体を覆う。
続いて、エツチング又は研磨によって単結晶粒107を
平坦化し、第6図(D)および第7図(B)に示すよう
に、所望の素子を形成することができる単結晶層108
が薄膜105上に形成される。
平坦化し、第6図(D)および第7図(B)に示すよう
に、所望の素子を形成することができる単結晶層108
が薄膜105上に形成される。
このように堆積面の材料である薄膜105が基板104
上に形成されているために、支持体となる基板104は
任意の材料を使用することができ、更に基板104に機
能素子等が形成されたものであっても、その上に容易に
単結晶層又は実質的な単結晶層を形成することができる
。
上に形成されているために、支持体となる基板104は
任意の材料を使用することができ、更に基板104に機
能素子等が形成されたものであっても、その上に容易に
単結晶層又は実質的な単結晶層を形成することができる
。
なお、上記実施例では、堆積面の材料を薄膜105で形
成したが、選択堆積を可能にする核形成密度の小さい材
料から成る基板をそのまま用いて、単結晶層又は実質的
な単結晶層を同様に形成してもよい。
成したが、選択堆積を可能にする核形成密度の小さい材
料から成る基板をそのまま用いて、単結晶層又は実質的
な単結晶層を同様に形成してもよい。
(具体例)
次に、上記例における単結晶層の具体的形成方法を説明
する。
する。
5i02を薄膜105の堆積面材料とする。勿論、石英
基板を用いてもよいし、金属、半導体、磁性体、圧電体
、絶縁体等の任意の基板上に、スパッタ法、CVD法、
真空蒸着法等を用いて基板表面にSi02層を形成して
もよい。また、堆積面材料としてはSi02が望ましい
が、 SiOxとしてXの値を変化させたものでもよい
。
基板を用いてもよいし、金属、半導体、磁性体、圧電体
、絶縁体等の任意の基板上に、スパッタ法、CVD法、
真空蒸着法等を用いて基板表面にSi02層を形成して
もよい。また、堆積面材料としてはSi02が望ましい
が、 SiOxとしてXの値を変化させたものでもよい
。
こうして形成されたSin 2層105上に減圧気相成
長法によって窒化シリコン層(ここではSi3 N 4
層)又は多結晶シリコン層を異種材料として堆積させ、
通常のリングラフィ技術又はX線、電子線若しくはイオ
ン線を用いたりソグラフィ技術で窒化シリコン層又は多
結晶シリコン層をパターニングし、数ミクロン以下、望
ましくは〜1 p、m以下の微小な異種材料10Bを形
成する。
長法によって窒化シリコン層(ここではSi3 N 4
層)又は多結晶シリコン層を異種材料として堆積させ、
通常のリングラフィ技術又はX線、電子線若しくはイオ
ン線を用いたりソグラフィ技術で窒化シリコン層又は多
結晶シリコン層をパターニングし、数ミクロン以下、望
ましくは〜1 p、m以下の微小な異種材料10Bを形
成する。
続いて、Oct とN2と、Sin 2012 、5i
C14、SiHC10、SiF 4若しくはSiH4と
の混合ガスを用いて上記基板11上にSiを選択的に成
長させる。
C14、SiHC10、SiF 4若しくはSiH4と
の混合ガスを用いて上記基板11上にSiを選択的に成
長させる。
その際の基板温度は700〜1100℃、圧力は約10
0 Torrである。
0 Torrである。
数十分程度の時間で、SiOz上の窒化シリコン又は多
結晶シリコンの微細な異種材料106を中心として、単
結晶のSiの粒107が成長し、最適の成長条件とする
ことで、その大きさは数十#Lm以上に成長する。
結晶シリコンの微細な異種材料106を中心として、単
結晶のSiの粒107が成長し、最適の成長条件とする
ことで、その大きさは数十#Lm以上に成長する。
続いて、SiとSiO2との間にエツチング速度差があ
る反応性イオンエツチング(RIE)によって、Siの
みをエツチングして平坦化することで、粒径制御された
多結晶シリコン層が形成され、更に粒界部分を除去して
島状の単結晶シリコン層108が形成される。なお、単
結晶粒107の表面の凹凸が大きい場合は、機械的研磨
を行った後にエツチングを行う。
る反応性イオンエツチング(RIE)によって、Siの
みをエツチングして平坦化することで、粒径制御された
多結晶シリコン層が形成され、更に粒界部分を除去して
島状の単結晶シリコン層108が形成される。なお、単
結晶粒107の表面の凹凸が大きい場合は、機械的研磨
を行った後にエツチングを行う。
このようにして形成された大きさ数十11.m以上で粒
界を含まない単結晶シリコン層108に、電界効果トラ
ンジスタを形成すると、単結晶シリコンウェハに形成し
たものに劣らない特性を示した。
界を含まない単結晶シリコン層108に、電界効果トラ
ンジスタを形成すると、単結晶シリコンウェハに形成し
たものに劣らない特性を示した。
また、隣接する単結晶シリコン層108とはSi02に
よって電気的に分離されているために、相補型電界効果
トランジスタ(c−xos)を構成しても、相互の干渉
がない。また、素子の活性層の厚さが、Siウェハを用
いた場合より薄いために、放射線を照射された時に発生
するウェハ内の電荷による誤動作がなくなる。更に、寄
生容量が低下するために、素子の高速化が図れる。また
、任意の基板が使用できるために、Siウニ/\を用1
.するよりも、大面積基板上に単結晶層を低コストで形
成することができる。更に、他の半導体、圧電体、誘電
体等の基板上にも単結晶層を形成できるために、多機能
の三次元集積回路を実現することができる。
よって電気的に分離されているために、相補型電界効果
トランジスタ(c−xos)を構成しても、相互の干渉
がない。また、素子の活性層の厚さが、Siウェハを用
いた場合より薄いために、放射線を照射された時に発生
するウェハ内の電荷による誤動作がなくなる。更に、寄
生容量が低下するために、素子の高速化が図れる。また
、任意の基板が使用できるために、Siウニ/\を用1
.するよりも、大面積基板上に単結晶層を低コストで形
成することができる。更に、他の半導体、圧電体、誘電
体等の基板上にも単結晶層を形成できるために、多機能
の三次元集積回路を実現することができる。
(窒化シリコンの組成)
これまで述べてきたような堆積面材料と異種材料との十
分な核形成密度差を得るには、Si3 N 4に限定さ
れるものではなく、窒化シリコンの組成を変化させたも
のでもよい。
分な核形成密度差を得るには、Si3 N 4に限定さ
れるものではなく、窒化シリコンの組成を変化させたも
のでもよい。
RFプラズマ中でSiH4ガスとNH3ガスとを分解さ
せて低温で窒化シリコン膜を形成するプラズマCVD法
では、SiH4ガスとNH3ガスとの流量比を変化させ
ることで、堆積する窒化シリコン膜のSiとNの組成比
を大幅に変化させることができる。
せて低温で窒化シリコン膜を形成するプラズマCVD法
では、SiH4ガスとNH3ガスとの流量比を変化させ
ることで、堆積する窒化シリコン膜のSiとNの組成比
を大幅に変化させることができる。
第8図は、SiH4とNH3の流量比と形成された窒化
シリコン膜中のSiおよびNの組成比との関係を示した
グラフである。
シリコン膜中のSiおよびNの組成比との関係を示した
グラフである。
l に
の時の堆積条件は、RF出力175W、基板温度380
℃であり、SiH4ガス流量を300cc/minに固
定し、NH3ガスの流量を変化させた。同グラフに示す
ようにNH3/SiH4のガス流量比を4〜10へ変化
させると、窒化シリコン膜中のS i / N比は1.
1〜0.58に変化することがオージェ電子分光法によ
って明らかとなった。
℃であり、SiH4ガス流量を300cc/minに固
定し、NH3ガスの流量を変化させた。同グラフに示す
ようにNH3/SiH4のガス流量比を4〜10へ変化
させると、窒化シリコン膜中のS i / N比は1.
1〜0.58に変化することがオージェ電子分光法によ
って明らかとなった。
また、減圧CVD法テ5iH2G12ガスとNH3ガス
とを導入し、0.3Torrの減圧下、温度約800℃
の条件で形成した窒化シリコン膜の組成は、はぼ化学量
論比であるSi3 N 4 (Si/N 〜0.75
)に近いものであった。′ また、StをアンモニアあるいはN2中で約1200℃
で熱処理すること(熱窒化法)で形成される窒化シリコ
ン膜は、その形成方法が熱平衡下で行われるために、更
に化学量論比に近い組成を得ることができる。
とを導入し、0.3Torrの減圧下、温度約800℃
の条件で形成した窒化シリコン膜の組成は、はぼ化学量
論比であるSi3 N 4 (Si/N 〜0.75
)に近いものであった。′ また、StをアンモニアあるいはN2中で約1200℃
で熱処理すること(熱窒化法)で形成される窒化シリコ
ン膜は、その形成方法が熱平衡下で行われるために、更
に化学量論比に近い組成を得ることができる。
以上の様に種々の方法で形成した窒化シリコンをSiの
核形成密度が5i02より高い堆積面材料として用いて
上記Siの核を成長させると、その組成比により核形成
密度に差が生じる。
核形成密度が5i02より高い堆積面材料として用いて
上記Siの核を成長させると、その組成比により核形成
密度に差が生じる。
第7図は、Si/Nm成比と核形成密度との関係を示す
グラフである。同グラフに示すように、窒化シリコン膜
の組成を変化させることで、その上に成長するStの核
形成密度は大幅に変化する。この時の核形成条件は、S
iC]4ガスを175丁orrに減圧し、1000℃で
H2と反応させてSiを生成させる。
グラフである。同グラフに示すように、窒化シリコン膜
の組成を変化させることで、その上に成長するStの核
形成密度は大幅に変化する。この時の核形成条件は、S
iC]4ガスを175丁orrに減圧し、1000℃で
H2と反応させてSiを生成させる。
このように窒化シリコンの組成によって核形成密度が変
化する現象は、単一の核を成長させる程度に十分微細に
形成される異種材料としての窒化シリコンの大きさに影
響を与える。すなわち、核形成密度が大きい組成を有す
る窒化シリコンは、非常に微細に形成しない限り、単一
の核を形成することができない。
化する現象は、単一の核を成長させる程度に十分微細に
形成される異種材料としての窒化シリコンの大きさに影
響を与える。すなわち、核形成密度が大きい組成を有す
る窒化シリコンは、非常に微細に形成しない限り、単一
の核を形成することができない。
したがって、槌形jiIi、密度と、単一の核が選択で
きる最適な窒化シリコンの大きさとを選択する必要があ
る。たとえば〜105cm−2の核形成密度を得る堆積
条件では、窒化シリコンの大きさは約41Lm以下であ
れば単一の核を選択できる。
きる最適な窒化シリコンの大きさとを選択する必要があ
る。たとえば〜105cm−2の核形成密度を得る堆積
条件では、窒化シリコンの大きさは約41Lm以下であ
れば単一の核を選択できる。
(イオン注入による異種材料の形成)
Siに対して核形成密度差を実現する方法として、抜形
I&密度の低い堆積面材料である5i02の表面に局所
的にSi 、N、P、B、F、Ar。
I&密度の低い堆積面材料である5i02の表面に局所
的にSi 、N、P、B、F、Ar。
He、C,As、Ga、Ge等をイオン注入して5i0
2の堆積面に変質領域を形成し、この変質領域を核形成
密度の高い堆積面材料としても良い。
2の堆積面に変質領域を形成し、この変質領域を核形成
密度の高い堆積面材料としても良い。
例えば、5i02表面をレジストで多い、所望の箇所を
露光、現像、溶解させて5i02表面を部分的に表出さ
せる。
露光、現像、溶解させて5i02表面を部分的に表出さ
せる。
続いて、S f F4ガスをソースガスとして用い、S
iイオンを10keVで1×1016〜1×1018c
m−2の密度で5i02表面に打込む。これによる投影
飛程は114八であり、5i02表面ではSt濃度が〜
1022c m’に達する。
iイオンを10keVで1×1016〜1×1018c
m−2の密度で5i02表面に打込む。これによる投影
飛程は114八であり、5i02表面ではSt濃度が〜
1022c m’に達する。
5i02はもともと非晶質であるために、Siイオンを
注入した領域も非晶質である。
注入した領域も非晶質である。
なお、変質領域を形成するには、レジストをマスフとし
てイオン注入を行うこともできるが、集束イオンビーム
技術を用いて、レジストマスクを使用せずに絞られたS
iイオンを5i02表面に注入してもよい。
てイオン注入を行うこともできるが、集束イオンビーム
技術を用いて、レジストマスクを使用せずに絞られたS
iイオンを5i02表面に注入してもよい。
こうしてイオン注入を行った後、レジストを剥離するこ
とで、5i02面にSiが過剰な変質領域が形成される
。このような変質領域が形成された5i02堆積面にS
tを気相成長させる。
とで、5i02面にSiが過剰な変質領域が形成される
。このような変質領域が形成された5i02堆積面にS
tを気相成長させる。
第9図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
同グラフに示すように、Si十十人入量多い程、核形成
密度が増大することがわかる。
密度が増大することがわかる。
したがって、変質領域を十分微細に形成することで、こ
の変質領域を異種材料としてSiの単一の核を成長させ
ることができ、上述したように単結晶を成長させること
ができる。
の変質領域を異種材料としてSiの単一の核を成長させ
ることができ、上述したように単結晶を成長させること
ができる。
なお、変質領域を単一の核が成長する程度に十分微細に
形成することは、レジストのパターニングや、集束イオ
ンビームのビームを絞ることによって容易に達成される
。
形成することは、レジストのパターニングや、集束イオ
ンビームのビームを絞ることによって容易に達成される
。
(CVD以外のSt堆積方法)
Siの選択核形成によって単結晶を成長させるには、C
VD法だけではなく、Siを真空中(< l O8To
rr)で電子銃により蒸発させ、加熱した基板に堆積さ
せる方法も用いられる。特に、超高真空中(< 10−
9Torr)で蒸着を行うM B E (Nolecu
lar Beam Epitaxy)法では、基板温度
900℃以上でSiビームと5i02が反応を始め、S
i 02上でのSiの核形成は皆無になることが知ら
れている(T、Yonehara、S、Yoshiok
a andS、Miyazawa Journal o
f Applied Physics 53゜10、p
B839,1983)。
VD法だけではなく、Siを真空中(< l O8To
rr)で電子銃により蒸発させ、加熱した基板に堆積さ
せる方法も用いられる。特に、超高真空中(< 10−
9Torr)で蒸着を行うM B E (Nolecu
lar Beam Epitaxy)法では、基板温度
900℃以上でSiビームと5i02が反応を始め、S
i 02上でのSiの核形成は皆無になることが知ら
れている(T、Yonehara、S、Yoshiok
a andS、Miyazawa Journal o
f Applied Physics 53゜10、p
B839,1983)。
この現象を利用して5i02上に点在させた微小な窒化
シリコンに完全な選択性をもってSiの単一の核を形成
し、そこに単結晶Siを成長させることができた。この
時の堆積条件は、真空度1O−8Torr以下、SLビ
ーム強度9.7×10 ’4atoms / crs2
* sec 、基板温度9oo℃〜1000℃であった
。
シリコンに完全な選択性をもってSiの単一の核を形成
し、そこに単結晶Siを成長させることができた。この
時の堆積条件は、真空度1O−8Torr以下、SLビ
ーム強度9.7×10 ’4atoms / crs2
* sec 、基板温度9oo℃〜1000℃であった
。
この場合、5i02 +Si→2SiO↑という反応に
ょリ、SiOという蒸気圧の著しく高い反応生成物が形
成され、この蒸発による5i02自身のSiによるエツ
チングが生起している。
ょリ、SiOという蒸気圧の著しく高い反応生成物が形
成され、この蒸発による5i02自身のSiによるエツ
チングが生起している。
これに対して、窒化シリコン上では上記エツチング現象
は起こらず、核形成、そして堆積が生じている。
は起こらず、核形成、そして堆積が生じている。
したがって、核形成密度の高い堆積面材料としては、窒
化シリコン以外に、タンタル酸化物(Ta 20 s
) 、窒化シリコン酸化物(SiON)等を使用しても
同様の効果を得ることができる。すなわち、これらの材
料を微小形成して上記異種材料とすることで、同様に単
結晶を成長させることができる。
化シリコン以外に、タンタル酸化物(Ta 20 s
) 、窒化シリコン酸化物(SiON)等を使用しても
同様の効果を得ることができる。すなわち、これらの材
料を微小形成して上記異種材料とすることで、同様に単
結晶を成長させることができる。
以上詳細に説明した単結晶成長法によって、上記半導体
単結晶層が絶縁層上に形成される。
単結晶層が絶縁層上に形成される。
[発明の効果]
以上詳細に説明したように、本発明によれば、電荷保持
用のキャパシタ上に絶縁層を形成し、この絶縁層上に半
導体単結晶層又は実質的な半導体単結晶層を設けてトラ
ンジスタを形成することが可能となり、高集積度の大容
量メモリ装置を提供することができる。
用のキャパシタ上に絶縁層を形成し、この絶縁層上に半
導体単結晶層又は実質的な半導体単結晶層を設けてトラ
ンジスタを形成することが可能となり、高集積度の大容
量メモリ装置を提供することができる。
また、本発明によれば、トランジスタの低浮遊容量化が
実現できるので、読み出し速度、書き込み速度を大幅に
短縮することができ、性能向上を図ることができる。
実現できるので、読み出し速度、書き込み速度を大幅に
短縮することができ、性能向上を図ることができる。
第1図は本発明の半導体メモリ装置の一実施例を示す縦
断面図である。 第2図は上記半導体メモリ装置のメモリセルの等価回路
図である。 第3図(A)および(B)は選択堆積法の説明図である
。 第4図は、5i02の堆積面と窒化シリコンの堆積面と
の核形成密度の経時変化を示すグラフである。 第5図(A)〜(It)は、単結晶又は実質的な単結晶
の形成方法の一例を示す形成工程図である。 第6図(A)〜(B)は、第5図(A)およびCD)に
おける基板の斜視図である。 第7図は、S i H4とNH3の流量比と形成された
窒化シリコン膜中のStおよびNの組成比との関係を示
したグラフである。 第8図は、S i / N組成比と核形成密度との関係
を示すグラフである。 第9図は、Stイオンの注入量と核形成密度との関係を
示すグラフである。 l@e・・・NチャネルMO3)ランジスタ2・・・会
・キャパシタ 3 、L2,13−−−絶縁層 4・・会e・核形成ベース 7・・・・・電極 14・・・・・P型シリコン基板 代理人 弁理士 山 下 穣 平 第1図 第2図 第3図 (A) 第5 図 第4図 FL5(朋 (4f) 第6 回 (A) NH3/SiH4/#L 第8図 S*/N 7チ且へ月へ 1比
断面図である。 第2図は上記半導体メモリ装置のメモリセルの等価回路
図である。 第3図(A)および(B)は選択堆積法の説明図である
。 第4図は、5i02の堆積面と窒化シリコンの堆積面と
の核形成密度の経時変化を示すグラフである。 第5図(A)〜(It)は、単結晶又は実質的な単結晶
の形成方法の一例を示す形成工程図である。 第6図(A)〜(B)は、第5図(A)およびCD)に
おける基板の斜視図である。 第7図は、S i H4とNH3の流量比と形成された
窒化シリコン膜中のStおよびNの組成比との関係を示
したグラフである。 第8図は、S i / N組成比と核形成密度との関係
を示すグラフである。 第9図は、Stイオンの注入量と核形成密度との関係を
示すグラフである。 l@e・・・NチャネルMO3)ランジスタ2・・・会
・キャパシタ 3 、L2,13−−−絶縁層 4・・会e・核形成ベース 7・・・・・電極 14・・・・・P型シリコン基板 代理人 弁理士 山 下 穣 平 第1図 第2図 第3図 (A) 第5 図 第4図 FL5(朋 (4f) 第6 回 (A) NH3/SiH4/#L 第8図 S*/N 7チ且へ月へ 1比
Claims (1)
- 半導体基体に形成された電荷保持用のキャパシタと、
このキャパシタ上に形成された絶縁層と、この絶縁層上
に絶縁層の材料より核形成密度が十分大きく、且つ半導
体層材料の単一の核だけが成長する程度に十分微細な異
種材料が設けられ、この異種材料に形成された単一の核
を中心に成長させて設けられた半導体単結晶層又は実質
的な半導体単結晶層に形成されたトランジスタとを有す
ることを特徴とする半導体メモリ装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61264026A JPH0828470B2 (ja) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | 半導体メモリ装置 |
US07/111,588 US4800527A (en) | 1986-11-07 | 1987-10-23 | Semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61264026A JPH0828470B2 (ja) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | 半導体メモリ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63119253A true JPS63119253A (ja) | 1988-05-23 |
JPH0828470B2 JPH0828470B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=17397520
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61264026A Expired - Fee Related JPH0828470B2 (ja) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | 半導体メモリ装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4800527A (ja) |
JP (1) | JPH0828470B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH061224U (ja) * | 1992-06-16 | 1994-01-11 | 本州製紙株式会社 | 商品崩れ防止箱 |
JPH061225U (ja) * | 1992-06-16 | 1994-01-11 | 本州製紙株式会社 | 商品崩れ防止箱 |
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US5155058A (en) * | 1986-11-07 | 1992-10-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of making semiconductor memory device |
JPS63119218A (ja) * | 1986-11-07 | 1988-05-23 | Canon Inc | 半導体基材とその製造方法 |
EP0307109A1 (en) * | 1987-08-24 | 1989-03-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for forming semiconductor crystal and semiconductor crystal article obtained by said method |
EP0339793B1 (en) * | 1988-03-27 | 1994-01-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for forming crystal layer on a substrate |
JP2743391B2 (ja) * | 1988-08-25 | 1998-04-22 | ソニー株式会社 | 半導体メモリの製造方法 |
JP2858434B2 (ja) * | 1989-03-31 | 1999-02-17 | キヤノン株式会社 | 結晶の形成方法および結晶物品 |
US5290712A (en) * | 1989-03-31 | 1994-03-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Process for forming crystalline semiconductor film |
US5098850A (en) * | 1989-06-16 | 1992-03-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Process for producing substrate for selective crystal growth, selective crystal growth process and process for producing solar battery by use of them |
US5136534A (en) * | 1989-06-30 | 1992-08-04 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for a filament channel pass gate ferroelectric capacitor memory cell |
US5192704A (en) * | 1989-06-30 | 1993-03-09 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for a filament channel pass gate ferroelectric capacitor memory cell |
US5278092A (en) * | 1989-08-07 | 1994-01-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of forming crystal semiconductor film |
US5750000A (en) * | 1990-08-03 | 1998-05-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor member, and process for preparing same and semiconductor device formed by use of same |
CA2048339C (en) * | 1990-08-03 | 1997-11-25 | Takao Yonehara | Semiconductor member and process for preparing semiconductor member |
JPH05160342A (ja) * | 1991-12-02 | 1993-06-25 | Canon Inc | 半導体装置及びその製造方法 |
JPH05217824A (ja) * | 1992-01-31 | 1993-08-27 | Canon Inc | 半導体ウエハ及びその製造方法 |
EP1179842A3 (en) * | 1992-01-31 | 2002-09-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor substrate and method for preparing same |
US5795810A (en) * | 1995-03-29 | 1998-08-18 | Texas Instruments Incorporated | Deep mesa isolation in SOI |
US5914510A (en) * | 1996-12-13 | 1999-06-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
JP4310076B2 (ja) * | 2001-05-31 | 2009-08-05 | キヤノン株式会社 | 結晶性薄膜の製造方法 |
US20030005269A1 (en) * | 2001-06-01 | 2003-01-02 | Conner Joshua M. | Multi-precision barrel shifting |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4721987A (en) * | 1984-07-03 | 1988-01-26 | Texas Instruments Incorporated | Trench capacitor process for high density dynamic RAM |
-
1986
- 1986-11-07 JP JP61264026A patent/JPH0828470B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1987
- 1987-10-23 US US07/111,588 patent/US4800527A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH061224U (ja) * | 1992-06-16 | 1994-01-11 | 本州製紙株式会社 | 商品崩れ防止箱 |
JPH061225U (ja) * | 1992-06-16 | 1994-01-11 | 本州製紙株式会社 | 商品崩れ防止箱 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4800527A (en) | 1989-01-24 |
JPH0828470B2 (ja) | 1996-03-21 |
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LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |