JPS6316657A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS6316657A
JPS6316657A JP61159603A JP15960386A JPS6316657A JP S6316657 A JPS6316657 A JP S6316657A JP 61159603 A JP61159603 A JP 61159603A JP 15960386 A JP15960386 A JP 15960386A JP S6316657 A JPS6316657 A JP S6316657A
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JP
Japan
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region
main surface
semiconductor
substrate
semiconductor region
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Application number
JP61159603A
Other languages
English (en)
Inventor
Makoto Ogasawara
誠 小笠原
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6316657A publication Critical patent/JPS6316657A/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
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells

Landscapes

  • 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、半導体集積回路装置に関し、特に。
ダイナミック型ランダムアクセスメモリを備えた半導体
集積回路袋@(以下、DRAMという)に適用して有効
な技術に関するものである。
〔従来の技術〕
DRAMを構成するメモリセルは、nチャネル型のスイ
ッチ用MISFETと情報蓄積用容量素子との直列回路
で構成されている。情報蓄積用容量素子は、i型の半導
体基板(又はウェル領域)の主面上に、誘電体膜、導電
層を順次重ね合せたMIs型容量素子で構成されている
。この情報蓄積用容量素子は、1″′又は゛′0′″0
″′成する電荷を半導体基板内に形成される空乏領域内
に蓄積している。
このように構成されるDRAMのメモリセルは、情報蓄
積用容量素子の空乏領域内に、α線で半導体基板内に生
じる少数キャリアを捕獲し易い、つまり、情報蓄積用容
量素子の電荷蓄積量に変動を生じ、ソフトエラーを発生
し易い問題がある。
そこで、本願出願人により先に出願された特開昭60−
46067号公報に記載される技術は、ソフトエラーを
防止するために有効である。
この技術は、p型半導体領域の主面上に、誘電体膜、ス
イッチ用M I S FETの一方のr1″型半導体領
域に接続される導電層を順次重ね合せて情報M積用容量
素子を構成している。p型半導体領域は、情報蓄積用容
量素子の一方の電極を構成し、半導体基板と同一導電型
でそれよりも高不純物濃度で構成されている。前記導電
層は、情報蓄積用容量素子の他方の電極を構成している
。この情報蓄積用容量素子は、半導体基板内に空乏領域
が形成されず、多数キャリアを情報となる電荷として使
用しているので、半導体基板内の少数キャリアの影響を
受けない。つまり、この技術は、α線によるソフトエラ
ーを防止することができる特徴を有している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明者は、前述のDRAMの電気的信頼性について検
討を行った結果、次の問題点が生じることを見出した。
前記情報蓄積用容量素子のp型半導体領域は、少数キャ
リアを捕獲する空乏領域が半導体基板内に形成されない
ようにするため、高不純物濃度で構成する必要がある。
しかしながら、p型半導体領域は、スイッチ用MISF
ETの一方の11°型半導体領域と接触しているので、
高不純物濃度で構成するとpn接合耐圧が低下するa 
p n接合耐圧の低下は、パンチスルーによる情報の破
壊を生じる。このため、p型半導体領域を高不純物濃度
で構成することができないという間Mを生じる。
また、p型半導体領域の不純物濃度を高くするためには
、前記n°型半導体領域と離隔すればよいが、メモリセ
ル面積が増大し、DRAMの集積度を低下させるという
問題を生じる。
本発明の目的は、DRAMにおいて、情報蓄積用容量素
子のp型半導体領域を高不純物濃度で構成し、ソフトエ
ラーを低減すると共に、高集積化を図ることが可能な技
術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は1本
明楯書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
〔問題点を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を説明すれば、下記のとおりである。
DRAMにおいて、基板の第1素子形成領域にスイッチ
用M I S FETを構成し、前記第1素子形成領域
と異なる高さの第2素子形成領域に、基板と同一導電型
でかつそれよりも高不純物濃度の半導体領域を有する情
報蓄積用容量素子を構成する。
〔作 用〕
上記した手段によれば、前記情報蓄積用容量素子の半導
体領域とスイッチ用M I S FETのソース又はト
レイン領域との離隔寸法を、基板主面と垂直方向に確保
することができるので、前記半導体領域を高不純物濃度
で構成してソフトエラーを低減すると共に、メモリセル
の平面的な面積を縮小して高集積化を図ることができる
以下、本発明の構成について、フォールプツトピットラ
イン方式を採用するDRAMに本発明を適用した一実施
例とともに説明する。
なお、全図において、同一の機能を有するものは同一の
符号を付け、そのねり返しの説明は省略する。
〔実施例〕
本発明の一実施例であるDRAMのメモリセルを第1図
(要部平面図)で示し、第1図の[−■線で切った断面
を第2図で示す。
第1図において、lは単結晶シリコンからなるp−型の
半導体基板(又はウェル領域)である、半導体基板1は
1例えば、 to” ’  [atoms/am3]程
度の低不純物濃度で構成されている。
半導体素子形成領域間の半導体基板1の主面には、フィ
ールド絶縁膜2、p型のチャネルストッパ領域3が設け
られている。フィールド絶縁膜2、チャネルストッパ領
域3の夫々は、半導体素子間(メモリセル間)を電気的
に分離するように構成されている。
DRAMのメモリセルは、フィールド絶縁tlK2で囲
まれた領域であって、半導体基板1の主面に。
nチャネルMI 5FETQと情報蓄積用容量素子Cと
の直列回路で構成されている。
情報蓄積用容量素子Cは、半導体基板lの第1素子形成
領域IAの主面に形成され、P°型半導体領域4.誘電
体膜6、導11!層7の夫々を順次重ね合せて構成され
ている。
P゛型半導体領域4は、情報蓄積用容量素子の一方の電
極を構成し、空乏領域が半導体基板1内に形成されない
ように、高不純物濃度で構成されている。p44型半導
領域4は、例えば、 10” ’  [atOmslc
II13]程度の高不純物濃度と0.2[μm]程度の
深さとで構成する。p°型半導体領域4の不純物濃度は
、nチャネルMI 5FETQのソース。
ドレイン領域の不純物濃度に関係なく、独立的に設定す
ることができる。P゛型半導体領域4は、できる限り不
純物濃度を高くした方が空乏領域の形成を低減できるが
、その主面に熱酸化で酸化シリコン膜を形成すると、こ
の酸化シリコン膜に欠陥が発生し易くなる。酸化シリコ
ン膜は誘電体膜6として使用するので、p°型半導体領
域4は、前記欠陥を生じない程度に、前述の値の高不純
物濃度で構成する。
誘電体膜6は、前述のように、p°型半導体領域4の主
面を酸化して形成した酸化シリコン膜で構成する。また
、誘電体膜6は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との
複合膜で構成してもよい。
導電層7は、一部がMISFETQの一方のrl’型半
導体領域10(実際にはrl’型半導体領域7A)に接
続され、情報蓄積用容量素子Cの他方の電極を構成して
いる。導電層7は、例えばn型不純物(ヒ素又はリン)
が導入された多結晶シリコン膜で構成されている。
nチャネルMISFET(メモリセルの選択用スイッチ
素子)Qは、半導体基板lの第2素子形成領域IBの主
面に形成され、ゲート絶縁[8B。
ゲート電極9.ソース、ドレイン領域である一対のn1
型半導体領域10で構成されている。
第2素子形成領域IBの主面嗅、前記第11/4子形成
領域IAの主面に比べて、半導体基mlに垂直方向に低
く構成されている。つまり、第1素子形成領域LAの主
面、第2素子形成領域IBの主面の夫々は、異なる高さ
で構成されている。
ゲート電極9は、多結晶シリコン膜、高融点金属(M 
o 、 T i 、 T a 、 W ) v若しくは
高融点金属シリサイド(MoSi2.TiSi2.Ta
Si2.WSx2)膜の単層、又はそれらの複合膜で構
成する。ゲート電極9は、フィールド絶縁膜2上部、絶
縁膜8Δを介した導電層7上部を第1方向に延在するワ
ード#(WL)9Aと一体に構成されている。
ソース、ドレイン領域であるn°型半導体領域10は、
to” ’  [atoms/cm3]程度の高不純物
濃度と0.2[μm]程度の接合深さで構成されている
一方の半導体領域10と前記導電層7との接続は。
延在させた導tlty!J7の一部からn型不純物を半
導体基板1の主面に拡散して形成したn゛型半導体領域
7Aを介在して行われる。導電層7の一部は、第1素子
形成領域IAと第2素子形成領域113との段差で生じ
る側壁に、自己整合的に形成した絶縁膜5に沿って延在
している。前記段差は、例えば、0.5[μm]程度で
構成されるにのように、半導体基板1の第2素子形成領
域IBにMISFETQを構成し、前記第2素子形成領
域IBと異なる高さの第1素子形成領域IAに、高不純
物濃度のP°型半導体領域4を有する情報蓄積用容量素
子Cを構成することにより、p゛型半導体領域4とMI
SFETQのrl’型半導体領域10(又は7Δ)との
離隔寸法を、半導体基板4主面と垂直方向に確保するこ
とができる。したがって、rl’型半導体領域10に関
係なく、独立的にp゛型半導体領域4を高不純物濃度で
構成できるので、半導体基板1内に少数キャリアを捕獲
する空乏領域が形成されず、ソフトエラーを低減するこ
とができる。また、P゛型半導体領域4とn゛型半導体
領域10との離隔寸法を、半導体基板l土面に垂直方向
で確保することができるので、メモリセルの平面的な面
積を縮小し、DRAMの高集積化を図ることができる。
MI 5FETQ、情報蓄積用容量素子Cの夫々は、層
間絶縁膜11で覆われている。M I S I” ET
Qの他方のr1°型半導体領域lO上部の層間絶縁膜1
1には、接続孔12が設けられている。層間絶縁膜11
上部には、接続孔12を通してn°型半導体領域10と
接続され、第1方向と交差する第2方向に延在するデー
タ線(DL)13が設けられている。データ線13は、
例えば、アルミニウム膜若しくは所定の添加物(Si、
Cu)が含有さ九たアルミニウム膜で構成されている。
次に、このように構成されるD RA Mの製造方法に
ついて、第3図乃至第8図(各製造工程毎に示すメモリ
セルの要部断面図)を用いて簡単に説明する。
まず、半導体基板lの主面に絶縁膜2Aを形成し、第3
図に示すように、半導体素子形成領域間の半導体基板1
の主面に、フィールド絶縁膜2及びp型のチャネルスト
ッパ領域3を形成する。
次に、半導体素子形成領域、つまり第1素子形成領域及
び第2素子形成領域の半導体基板1の主面部に、P″型
半導体領域4を形成する。P′型半導体領域4は1例え
ば、イオン打込みで形成する。
そして、第4図に示すように、半導体基板1の主面をエ
ツチング除去し、第1素子形成領域IA、その土面に比
べて低い主面を有する第2素子形成領域IBの夫々を形
成する。第2174子形成領域18は、エツチング除去
の際にP゛型半導体領域4も除去されるので、p゛型半
導体領域4は、第1素子形成領域I Aだけに形成され
る6前記エツチング除去は1例えば、反応性イオンエツ
チング等の異方性エツチングで行い、第1素子形成領域
IAと第2素子形成領域IBとの段差による側壁は半導
体基板1の主面に略垂直に形成する。また、前記側壁は
、多少のテーパ形状を有するように構成してもよい。
次に、第1素子形成領域IAと第2素子形成領域IBと
の段差による側壁に、それに対して自己整合的に絶縁膜
5を形成する。絶縁膜5は1例えば、CVDで形成した
酸化シリコン膜に異方性エツチングを施して形成する。
そして、第5図に示すように、第1素子形成領域IAの
主面上に誘電体[6を形成する。誘電体膜6は1例えば
、第2素子形成領域IBを耐酸化マスク(例えば、窒化
シリコン膜)で覆い、熱酸化を施すことで形成する。
次に、誘電体膜6上、及び絶a膜5に沿って第1i子形
成領域I Bの主面に接続される導電層7を形成する。
導1ttyr!I7は、CVDで全面に多結晶シリコン
膜を形成し、それにn型不純物(例えば。
ヒ素)を導入した後、パターンニングすることで形成で
きる。導tt17を形成することにより、情報蓄積用容
量素子Cが完成する。
そして、熱処理を施して導電層7に導入されたn型不純
物を第2素子形成領域IBの半導体基板1の主面に拡散
し、第6図に示すように、rt’型半導体領域7Δを形
成する。
次に、熱酸化を施し、第7図に示すように、導電層7上
部、第2素子形成領域IBの半導体基板1の主面上部の
夫々に、酸化シリコン膜からなる絶縁[8A、ゲート絶
縁II!48Bの夫々を形成する。
そして、ゲート絶縁1188上にゲート電極9、フィー
ルド絶$11192及び絶R膜8A上にワード線9Aの
夫々を形成する。
次に、第8図に示すように、イオン打込みを用い、ゲー
ト電極9に自己整合的にn型不純物(例えば、ヒ素)を
半導体基板1の主面部に導入し、ソース、ドレイン領域
であるn°型半導体領域10を形成する。半導体領域1
0を形成することにより、スイッチ用MISFETQが
完成する。
そして1層間絶縁11111、接続孔12.データ線1
3の夫々を形成することにより、前記第1図及び第2図
に示すDRAMが完成する。
以と、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に
基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限
定されるものではな(、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて、種々変形し得ることは勿論である。
例えば、本発明は、第1素子形成領域LA(情報蓄積用
容量素子形成領域)を第2素子形成領域IB(スイッチ
用M I S FET形成領域)よりも低く構成しても
よい。
また、本発明は、半導体基板上にエピタキシャル層を構
成し、このエピタキシャル層の主面にDRAMのメモリ
セルを構成してもよい。
また1本発明は、前記導電層7上に誘電体膜。
所定の電位が印加された導電層を順次重ね合せてさらに
容量素子を構成し、情報′Wj積用容量素子Cの電荷蓄
積量を向上してもよい。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち1代表的なものによ
って得ることができる効果を簡単に説明すれば1次のと
おりである。
DRAMにおいて、基板の第1素子形成領域にスイッチ
用M I S FETを構成し、前記第1素子形成領域
と異なる高さの第2素子形成領域に、基板と同一導電型
でかつそれよりも高不純物感度の半導体領域を有する情
報蓄積用容量素子を構成することにより、前記情報蓄積
用容量素子の半導体領域とスイッチ用MISFETのソ
ース又はドレイン領域との離隔寸法を、基板主面と垂直
方向に確保することができるので、前記半導体領域を高
不純物濃度で構成してソフトエラーを低減すると共に、
メモリセルの平面的な面積を縮小して高集積化を図るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例であるDRAMのメモリセ
ルを示す要部平面図。 第2図は、第1図のU−U線で切った断面図。 第3図乃至第8図は1本発明の一実施例であるDRAM
のメモリセルを各製造工程毎に示す要部断面図である。 図中、1・・・半導体基板、IA・・・第1素子形成領
域、IB・・・第2素子形成領域、4・・・P゛型半導
体領域、6・・・誘電体膜、7・・・導[J、8B・・
・ゲート絶縁膜、9・・・ゲート電極、7A、10・・
・半導体領域、Q・・・MISFET、C・・・情報蓄
積用容量素子である。 第  3  図 第  4WJ /(ピづ 第  5  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、スイッチ用MISFETと情報蓄積用容量素子との
    直列回路をメモリセルとする記憶機能を備えた半導体集
    積回路装置において、第1導電型の第1半導体領域の第
    1素子形成領域の主面に、第2導電型の一対の第2半導
    体領域をソース、ドレイン領域とする第2導電型チャネ
    ルの前記スイッチ用MISFETを設け、前記第1素子
    形成領域と異なる高さで構成される第1半導体領域の第
    2素子形成領域の主面に、前記第1半導体領域と同一の
    第1導電型で、かつそれよりも高不純物濃度の第3半導
    体領域と、該第3半導体領域の主面上に形成された誘電
    体膜と、該誘電体膜の上部に形成され、かつ一部が前記
    スイッチ用MISFETの一方の第2半導体領域に接続
    された導電層とで構成される前記情報蓄積用容量素子を
    設けたことを特徴とする半導体集積回路装置。 2、前記第1素子形成領域の主面は、第1半導体領域の
    主面をエッチングで除去し、第2素子形成領域の主面に
    比べて低く構成されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項に記載の半導体集積回路装置。 3、前記第2素子形成領域の主面は、第1半導体領域の
    主面をエッチングで除去し、第1素子形成領域の主面に
    比べて低く構成されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項に記載の半導体集積回路装置。 4、前記メモリセルは、ダイナミック型ランダムアクセ
    スメモリを構成することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項乃至第3項に記載の夫々の半導体集積回路装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5796134A (en) * 1996-02-21 1998-08-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Memory cells with a reduced area capacitor interconnect and methods of fabrication therefor
US8689245B2 (en) 2012-01-11 2014-04-01 Panasonic Corporation Optical pickup device transfer mechanism

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