JPH06342887A - Mist型ダイナミックランダムアクセスメモリセル及びその製造方法 - Google Patents

Mist型ダイナミックランダムアクセスメモリセル及びその製造方法

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JPH06342887A
JPH06342887A JP3260430A JP26043091A JPH06342887A JP H06342887 A JPH06342887 A JP H06342887A JP 3260430 A JP3260430 A JP 3260430A JP 26043091 A JP26043091 A JP 26043091A JP H06342887 A JPH06342887 A JP H06342887A
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姜来求
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Abstract

(57)【要約】 【構成】スタックトレンチ混合型ダイナミックランダム
アクセスメモリセル及びその製造方法であり、トレンチ
キャパシタのトレンチの深さに差を付けると共に、トレ
ンチの深さが相対的に浅いスタックキャパシタのストレ
ージ電極部分の面積をトレンチの深さが相対的に深いス
タックキャパシタのストレージ電極部分の面積より大き
く形成してなる。特に、トレンチの深さが深いメモリセ
ルとトレンチの深さが浅いメモリセルが一つの活性領域
に形成される。 【効果】トレンチ型メモリセルのパンチスルー現象を克
服し、かつスタック型キャパシタにおけるカップリング
現象の発生しない極超規模集積回路(ULSI)のデー
タ記憶に必要なキャパシタンスを有するメモリセルが提
供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイナミックランダム
アクセスメモリセル(Dynamic Random
Access Memory、以下、DRAMという)
のメモリセル及びその製造方法に関し、特にスタックト
レンチ混合型(MIST:MixedStacked
Trench type)キャパシタを備えた大容量の
DRAMのメモリセルの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術・課題】半導体メモリの技術分野において
は、一つのチップ上にメモリセルの数を増加させようと
する努力を傾けている。このような目的を達成するため
に限られたチップの表面上に多数のメモリセルが形成さ
れるメモリセルアレイの面積を最小化することが重要で
ある。したがって、最小面積の面において、一つのトラ
ンジスタ、一つのキャパシタメモリセルを形成すること
が好ましいということは周知の事実である。しかしなが
ら、一つのトランジスタ、一つのキャパシタセルにおい
て、キャパシタが大部分の面積を占める。キャパシタが
占める面積を最小化しながらも、前記キャパシタの容量
を大きくして、記憶されたデータでの情報検出を容易に
してα−粒子によるソフトエラーを減少させることが重
要である。
【0003】前記のように、キャパシタが占める表面積
を最小化しつつストレージキャパシタの容量を最大化す
るため、チップの表面に円筒状の溝を掘ったトレンチの
壁面上にキャパシタを形成する技術が開発された。この
ようなトレンチ型キャパシタを有する従来のメモリセル
構造としては、[IEDM(Internationa
l Electron Devices Meetin
g)Tech.Dig.,pp.710〜713、19
85]、に開示されたものがある。この技術は、高濃度
のp+基板上にpエピタキシャル層を成長させたウェハ
を用いて、前記高濃度のp+層で円筒状の溝を掘って、
前記溝の壁面に絶縁膜を形成してn+ポリシリコンで満
たし、パストランジスタのソース領域と接続させる構成
からなっている。
【0004】しかし、前記のようなトレンチキャパシタ
の構成においては、エピタキシャル層の厚さが数μmで
あるのでDRAMの動作に適したキャパシタンス値を得
るため、トレンチの深さを深くしなければならないし、
前記トレンチの壁面には薄い酸化膜(絶縁膜)を形成す
るが、トレンチの底の角が尖がることにより前記トレン
チに満たされたキャパシタの電極になるポリシリコンに
加わる電圧により絶縁膜が破れるという問題が生ずるこ
とになる。さらに、前記ポリシリコン電圧を印加して、
P型エピタキシャル層とトレンチの壁面との界面で強い
反転層が形成されることによりキャパシタに情報が記憶
されるが、高集積のDRAMにおいてはトレンチ間の距
離が短いため、その反転層により周りのキャパシタとの
間にパンチスルー(punch−through)現象
が生じ、記憶された電荷を喪失して洩れ電流が発生する
おそれがある。特に、かかる現象はストレージ電流を半
導体基板とし、プレート電極を絶縁層内に形成した場合
に著しく起こる。
【0005】一定面積のメモリセルの中において、スト
レージキャパシタの容量を最大化するための他の技術と
して、スタックド型キャパシタ(Stacked Ca
pacitor:STC)を選んだDRAMセルに関す
る技術と、この技術の短所を改善したスプレッドスタッ
クド型キャパシタ(Spread StackedCa
pacitor:SSC)を選んだDRAMセルに関す
る技術が、[IEDMTech.Dig.,S.INO
UE.,pp.31〜34、1989]等により発表さ
れた。
【0006】前記した従来の技術を図12及び図13を
参照してさらに詳しく説明すると次の通りである。
【0007】図12は、スタック型コンデンサを備えた
DRAMセルの断面斜視図であって、メモリ構造が容易
にわかるように、SiO2を除去して示したものであ
る。ここで、21はストレージ電極、22はワード線、
23はフィールド酸化膜である。
【0008】しかし、このDRAMセルのストレージ電
極21は、単にそれ自体の一つのメモリセル領域のみを
用いるため、16Mビット以上の記憶容量を有するメモ
リ装置の限られたセル領域内で十分なストレージキャパ
シタンスCsが得られないという短所がある。
【0009】一方、図13には、図12に示すSTC型
メモリセルのストレージキャパシタンスCsを大きくす
るため、各ストレージ電極31,32,33が二つのメ
モリセル領域を占めている構造を示す。図13におい
て、31は第1メモリセルのストレージ電極、32は第
2メモリセルのストレージ電極、33は第3メモリセル
のストレージ電極、34はビット線、35は共通ドレイ
ン領域、36,37はゲート電極であるワード線、3
8,39はソース電極、40はフィールド酸化膜であ
る。
【0010】このSSC型メモリセルにあっては、フィ
ールド酸化膜40とフィールド酸化膜40との間に、二
つのメモリセル、すなわち、第1メモリセル及び第2メ
モリセルが形成されており、第1メモリセルのスプレッ
ドスタックド型ストレージ電極31は、上下については
ビット線34と第2メモリセルのストレージ電極32と
の間において、左右については第2ストレージ電極32
と第3ストレージ電極33との間の二つのメモリセル領
域に該当する長さにかけて形成されている。したがっ
て、ストレージキャパシタンスCsは、面積に比例する
ので大きく増加される。
【0011】しかし、第1ストレージ電極31と第2ス
トレージ電極32及び第3ストレージ電極33との間の
距離があまりに近接しているため、電極間にカップリン
グ(coupling)を激しく生じて上下のスタック
ド構造に攪乱が発生するおそれがある。
【0012】したがって、本発明は前記のような従来の
トレンチ構造のメモリセルとスタックド構造のメモリセ
ルから発生する、それぞれのパンチスルー現象及びカッ
プリング現象の問題点を解消することを基本的な目的と
する。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記した問題
点を解決するため、超大規模の集積回路(ULSI)に
適用可能な十分なストレージキャパシタンスを有するス
タックドトレンチ型キャパシタを備えたDRAMセル及
びその製造方法を提供する。
【0014】本発明者は次の事項を知見した。即ち、ス
タックド構造における前記したストレージ電極間のカッ
プリングを減らすためには、まず、できるだけ電極間の
交差(重なり)を減らさなければならない。また、スタ
ックキャパシタのストレージ電極間の上下距離あるいは
隣接距離を大きくし、ストレージ電極間の交差を減らす
ために、トレンチ構造を用いて全キャパシタンスを増加
させなければならない。また、トレンチ構造を併用する
場合、トレンチ同士のパンチスルー現象による漏れ電流
を減らすために、本発明ではトレンチの深さが異なるよ
うに設定された。
【0015】即ち、本発明は、一つのトランジスタと一
つのキャパシタとを含むダイナミックランダムアクセス
メモリセルにおいて、前記キャパシタがトレンチ構造の
トレンチキャパシタと、前記トレンチキャパシタに引続
いて垂直にトランジスタ形成部上に形成されるスタック
構造のスタックキャパシタとから構成され、前記トレン
チキャパシタのトレンチの深さが隣接したメモリセルの
トレンチキャパシタのトレンチの深さと異なって設定さ
れ、トレンチの深さが相対的に浅いトレンチキャパシタ
を含む第1メモリセルのスタックキャパシタのストレー
ジ電極の面積は、トレンチの深さが相対的に深いトレン
チキャパシタを含む隣接した第2メモリセルのスタック
キャパシタのストレージ電極の面積より広く形成されて
いるダイナミックランダムアクセスメモリセルを提供す
る。
【0016】さらに、本発明は、一つのトランジスタと
一つのキャパシタとから構成され、前記キャパシタが、
スタック型キャパシタとトレンチ型キャパシタとが組合
せられた構造を有するスタックトレンチ混合型ダイナミ
ックランダムアクセスメモリセルの製造方法において、
前記トレンチ型キャパシタを形成するとき、第1マスク
を用いて所定の深さの第1トレンチを形成する工程と、
第2マスクを用いて第1トレンチの深さより相対的に深
い第2トレンチを形成する工程と、前記スタック型キャ
パシタを形成する工程と、を含み、前記スタック型キャ
パシタの形成工程において、前記第1トレンチに形成さ
れる第1トレンチキャパシタを含む第1メモリセルのス
タックキャパシタを形成する第1ストレージ電極の面積
を、第2トレンチに形成される第2トレンチキャパシタ
を含む第2メモリセルのスタックキャパシタを形成する
第2ストレージ電極の面積より広く形成するスタックト
レンチ混合型ダイナミックランダムアクセスメモリセル
の製造方法を提供する。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0018】図1乃至図11は、本実施例によるMIS
T型キャパシタを備えたDRAMセルの製造工程を説明
するための断面図である。
【0019】図1は、活性領域及び非活性領域を画定す
るための工程を示すものであって、通常の方法によりp
型シリコン基板1にフィールド酸化膜2を成長させるこ
とによりなる。
【0020】図2には、熱酸化法によりゲート絶縁膜3
を形成し、その後、ポリシリコンを2000オングスト
ローム厚さに被着して一つの活性領域当り二つのメモリ
セルが配置されるようにパターニングして二つのゲート
電極4を形成し、残り部分はエッチング除去したことを
示している。
【0021】図3は、第1メモリセル用ソース領域5、
共通ドレイン領域6及び第2メモリセル用ソース領域7
を形成するための工程を示すものであって、砒素Asイ
オンを40keVで515原子/cm2投与率でイオン注
入してソース及び共通ドレイン領域を形成している。
【0022】図4は、図3で得られた構造に第1絶縁膜
8を被着する工程を示すものであって、高温酸化膜HT
O(High Temperature Oxidat
ion)、例えば、SiO2を1000オングストロー
ム厚さに形成する。
【0023】図5は、ビット線9を形成するための工程
を示すものであって、ポリシリコンを500オングスト
ローム厚さに被着してパターニングし、ビット線9を形
成する。
【0024】図6は、図5で得られた構造に第2絶縁膜
10を形成する工程を示すものであって、HTOを20
00オングストローム厚さに形成する。
【0025】図7は、深さが浅い第1トレンチ11を形
成する工程を示すものである。さらに詳しく説明する
と、第2絶縁膜10の表面にホトレジストを塗布し、一
つの活性領域に配置される二つのメモリセルの中、左側
の第1メモリセルのソース領域5を貫いてトレンチを形
成するための第1トレンチマスクを用いて露光・現像を
行う。その後、反応性イオンエッチング(Reacti
ve Ion Etching: RIE)法で第2絶
縁膜10、第1絶縁膜8及びゲート絶縁膜3をエッチン
グするが、ゲート4を囲む絶縁膜が損傷されないように
エッチングする必要がある。続いて、同様な方法を用い
てソース領域5とp型シリコン基板1をエッチングして
第1トレンチ11を形成し、基板の表面に残っているホ
トレジストを除去する。
【0026】図8は、深さが深い第2トレンチ12を形
成する工程を示すものであって、トレンチが形成される
位置が右側の第2メモリセルのソース領域7を貫くよう
に第2トレンチマスクを用い、第1トレンチ11と比較
して相対的に第2トレンチ12の深さがより深くなるよ
うにエッチング時間を調整することを除いては、前記し
た図7の工程と同様な方法で行う。
【0027】前記した図7及び図8におけるトレンチ形
成工程は、トレンチが形成される部分に段付き構造を予
め形成することにより、一つの工程とすることもでき
る。例えば、絶縁膜(10)の厚さを、浅いトレンチを
形成すべき部分について予め相対的に厚くしておくこと
により、行なう。
【0028】図9は、キャパシタの第1電極の形成工程
を示すものであって、図8の工程により形成されたトレ
ンチ11,12の内部に酸化シリコン層の絶縁膜13を
形成し、その後、CVD法でキャパシタの第1電極にな
るポリシリコン層14を被着し、POCl3に浸漬して
リンPを拡散させるか、又はP若しくはAsをイオン注
入する方法で第1の電極物質を形成する。
【0029】図10は、スタック型ストレージ電極の形
成工程を示すものであって、トレンチの深さが浅い第1
のメモリセルについては、足りないストレージキャパシ
タンスを補うためにスタックキャパシタ部のストレージ
電極15の右側部分を第2のメモリセルのゲート電極3
の上部まで長く延ばして形成し、トレンチの深さが十分
に深い第2メモリセルについては、スタックキャパシタ
部のストレージ電極16の左側部分が短く形成されるよ
うにポリシリコン層14をパターニングすることにより
開口17を形成して各ストレージ電極15,16を分離
させる。
【0030】その後、第1電極層上に高誘電率を有する
誘電体[SiO2、あるいはONO(SiO2、Si34
及びSiO2)]膜よりなる絶縁層18を形成する。こ
の絶縁層18を含めた全表面にCVD法により第2電極
となるポリシリコン層19を成長させPOCl3に浸漬
してリンPを拡散させてキャパシタの第2電極物質を形
成する。
【0031】前記のような工程により、本実施例による
スタックトレンチ混合型キャパシタを備えるDRAMが
製作される。本実施例により完成されたDRAMについ
て、絶縁層を除去して示した断面斜視図が図11に示さ
れている。
【0032】
【発明の効果】以上から明らかにしたように、本発明の
DRAMにおいては、隣接したメモリセルの間のトレン
チ11,12の深さが異なるように設定されて隣接した
トレンチどうしのパンチスルー現象を抑制することがで
き、キャパシタンスが小さいトレンチキャパシタのキャ
パシタンスは、相対的に大きい面積を有するスタック型
キャパシタのキャパシタンスとして補償されることがで
き、この場合、従来のように段付きをもたないで(互い
重ね合わせないで)十分なキャパシタンスが補償される
ため、隣接したストレージ電極間にカップリングが発生
しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるMIST型キャパシタ
を備えたDRAMセルの製造工程を説明するための断面
【図2】本発明の一実施例によるMIST型キャパシタ
を備えたDRAMセルの製造工程を説明するための断面
【図3】本発明の一実施例によるMIST型キャパシタ
を備えたDRAMセルの製造工程を説明するための断面
【図4】本発明の一実施例によるMIST型キャパシタ
を備えたDRAMセルの製造工程を説明するための断面
【図5】本発明の一実施例によるMIST型キャパシタ
を備えたDRAMセルの製造工程を説明するための断面
【図6】本発明の一実施例によるMIST型キャパシタ
を備えたDRAMセルの製造工程を説明するための断面
【図7】本発明の一実施例によるMIST型キャパシタ
を備えたDRAMセルの製造工程を説明するための断面
【図8】本発明の一実施例によるMIST型キャパシタ
を備えたDRAMセルの製造工程を説明するための断面
【図9】本発明の一実施例によるMIST型キャパシタ
を備えたDRAMセルの製造工程を説明するための断面
【図10】本発明の一実施例によるMIST型キャパシ
タを備えたDRAMセルの製造工程を説明するための断
面図
【図11】上記実施例により製造されたMIST型DR
AMセルについて、のSiO2を除去して示したメモリ
構造の断面斜視図
【図12】従来のスタックド型キャパシタを備えたDR
AMセルについて、SiO2を除去して示したメモリ構
造の断面斜視図
【図13】従来のスプレッドスタックド型キャパシタを
備えたDRAMセルについて、SiO2を除去して示し
たメモリ構造の断面斜視図
【符号の説明】
1…p型シリコン基板 2…フィールド酸化膜 3…ゲート絶縁膜 4…ゲート電極 5,7…ソース領域 6…共通ドレイン領域 8…第1絶縁膜 9…ビット線 10…第2絶縁膜 11…第1トレンチ 12…第2トレンチ 13…絶縁膜 14,19…ポリシリコン層 15,16…ストレージ電極部分 17…接触開口 18…絶縁層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一つのトランジスタと一つのキャパシタと
    を含むダイナミックランダムアクセスメモリセル(DR
    AM)において、 前記キャパシタがトレンチ構造のトレンチキャパシタ
    と、前記トレンチキャパシタに引続いて垂直にトランジ
    スタ形成部上に形成されるスタック構造のスタックキャ
    パシタとから構成され、 前記トレンチキャパシタのトレンチの深さが隣接したメ
    モリセルのトレンチキャパシタのトレンチの深さと異な
    って設定され、トレンチの深さが相対的に浅いトレンチ
    キャパシタを含む第1メモリセルのスタックキャパシタ
    のストレージ電極の面積は、トレンチの深さが相対的に
    深いトレンチキャパシタを含む隣接した第2メモリセル
    のスタックキャパシタのストレージ電極の面積より広く
    形成されていることを特徴とするダイナミックランダム
    アクセスメモリセル。
  2. 【請求項2】トレンチの深さが浅く、スタック構造のス
    トレージ電極の形成面積が広いキャパシタを含む第1メ
    モリセルと、トレンチの深さが深く、スタック構造のス
    トレージ電極の形成面積が狭いキャパシタを含む第2メ
    モリセルとが一つの活性領域内に形成されていることを
    特徴とする請求項1記載のダイナミックランダムアクセ
    スメモリセル。
  3. 【請求項3】一つのトランジスタと一つのキャパシタと
    から構成され、前記キャパシタが、スタックキャパシタ
    とトレンチキャパシタとが組み合わせられた構造を有す
    るスタックトレンチ混合型ダイナミックランダムアクセ
    スメモリセルの製造方法において、 前記トレンチキャパシタを形成するとき、第1マスクを
    用いて所定の深さの第1トレンチを形成する工程と、 第2マスクを用いて第1トレンチの深さより相対的に深
    い第2トレンチを形成する工程と、 スタックキャパシタを形成する工程と、を含み、 前記スタックキャパシタの形成工程において、前記第1
    トレンチに形成される第1トレンチキャパシタを含む第
    1メモリセルのスタックキャパシタを形成する第1スト
    レージ電極の面積を、第2トレンチに形成される第2ト
    レンチキャパシタを含む第2メモリセルのスタックキャ
    パシタを形成する第2ストレージ電極の面積より広く形
    成することを特徴とするスタックトレンチ混合型ダイナ
    ミックランダムアクセスメモリセルの製造方法。
  4. 【請求項4】前記第1メモリセルと第2メモリセルとが
    一つの活性領域内に形成されることを特徴とする請求項
    3記載のダイナミックランダムアクセスメモリセルの製
    造方法。
  5. 【請求項5】第1トレンチ及び第2トレンチを形成する
    工程は、トレンチが形成される領域を予め段付き構造と
    することにより、一度のエッチング工程で行われること
    を特徴とする請求項3記載のダイナミックランダムアク
    セスメモリセルの製造方法。
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