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JP2798276B2 - Semiconductor memory device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor memory device and method of manufacturing the same

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Publication number
JP2798276B2
JP2798276B2 JP1241417A JP24141789A JP2798276B2 JP 2798276 B2 JP2798276 B2 JP 2798276B2 JP 1241417 A JP1241417 A JP 1241417A JP 24141789 A JP24141789 A JP 24141789A JP 2798276 B2 JP2798276 B2 JP 2798276B2
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JP
Japan
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capacitor
semiconductor substrate
forming
insulating film
film
Prior art date
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Application number
JP1241417A
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Japanese (ja)
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JPH03104163A (en
Inventor
茂 楠
克吉 光井
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH03104163A publication Critical patent/JPH03104163A/en
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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及びその製造方法に関し、特
にDRAMのキャパシタ及びその製造方法に関するものであ
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a DRAM capacitor and a method for manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、高集積化に伴ってメモリセルの微細化が進んで
きている。また、メモリセルの微細化に伴い、キャパシ
タ面積も小さくなり、容量低下によるソフトエラーが問
題となってきている。そこで、この問題を解決するため
に、トレンチ型キャパシタや積層型キャパシタ(スタッ
ク型キャパシタ)等の構造が提案されている。
In recent years, miniaturization of memory cells has been progressing with high integration. In addition, as memory cells are miniaturized, the area of a capacitor is reduced, and a soft error due to a reduction in capacitance has become a problem. In order to solve this problem, structures such as a trench capacitor and a multilayer capacitor (stacked capacitor) have been proposed.

一方、最近、2枚のシリコンウェハを高温雰囲気中で
アニールし、接合させるウェハ接合技術,接合を行った
ウェハを不純物濃度によって選択的にエッチングし、薄
膜化を行う濃度差エッチングの技術も発展してきた。
On the other hand, recently, a wafer bonding technology for annealing and bonding two silicon wafers in a high-temperature atmosphere and a concentration difference etching technology for selectively etching a bonded wafer according to an impurity concentration to reduce the thickness have been developed. Was.

第3図(a)〜(d)は従来のトレンチ型キャパシタ
と呼ばれているものをキャパシタとして使用した半導体
メモリの製造方法を示しており、図において、Tr構造は
SOI構造となっており、通常のTr構造の場合は下地絶縁
膜102のないものと考えればよい。
3 (a) to 3 (d) show a method of manufacturing a semiconductor memory using a conventional capacitor called a trench type capacitor as a capacitor.
It has an SOI structure, and in the case of a normal Tr structure, it can be considered that there is no underlying insulating film 102.

第3図(a)において、101は半導体基板、102は下地
絶縁膜、103は絶縁膜102上に成長した単結晶半導体(SO
I)層である。下地絶縁膜102は半導体基板101上に堆積
するか、または半導体基板101を酸化するなどして得
る。単結晶半導体層103は絶縁膜102上に堆積された多結
晶又は非晶質半導体層をエネルギー線照射またはヒー
タ,ランプ等による加熱で溶融再結晶化するか、アモル
ファス層を形成して固相成長させるか、単結晶基板をは
りつけるか、シード領域を形成し横方向にエピ成長させ
て得ることができる。また、下地絶縁膜102と単結晶半
導体層103を同時に形成する方法としては、半導体基板1
01にその半導体物質と化合して絶縁膜を形成するイオン
を注入し、高温アニールを行い、化合物絶縁膜層を得る
方法も考えられる。例えば、半導体基板101がシリコン
の場合、酸素イオンを約200KeV,1×1018/cm2以上注入す
ることにより、約500nmの下地シリコン酸化膜102及び10
0〜200nmの単結晶シリコン層103が得られることはSIMOX
(Separation by IMplanted OXygen)技術とし広く知ら
れている。
In FIG. 3A, 101 is a semiconductor substrate, 102 is a base insulating film, and 103 is a single crystal semiconductor (SO
I) layer. The base insulating film 102 is obtained by depositing on the semiconductor substrate 101 or oxidizing the semiconductor substrate 101. The single-crystal semiconductor layer 103 is obtained by melting and recrystallizing a polycrystalline or amorphous semiconductor layer deposited on the insulating film 102 by irradiating with an energy beam or heating with a heater, a lamp, or the like, or forming an amorphous layer to form a solid phase. Or by attaching a single crystal substrate or by forming a seed region and epitaxially growing in the lateral direction. As a method for simultaneously forming the base insulating film 102 and the single crystal semiconductor layer 103, the semiconductor substrate 1
A method of obtaining a compound insulating film layer by implanting ions that form an insulating film by combining with the semiconductor material in 01 and performing high-temperature annealing is also conceivable. For example, when the semiconductor substrate 101 is silicon, oxygen ions of about 200 KeV and 1 × 10 18 / cm 2 or more are implanted to form underlying silicon oxide films 102 and 10 of about 500 nm.
SIMOX that a single crystal silicon layer 103 of 0 to 200 nm can be obtained
(Separation by IMplanted OXygen) widely known as technology.

次に同図(b)において、104は素子間分離の絶縁
膜、105はトレンチ孔、106はスイッチングトランジスタ
のゲート絶縁膜、107はトレンチキャパシタの誘電体膜
である。素子間分離は選択酸化によって行なう。トレン
チ孔105は異方性エッチングにより形成する。ゲート絶
縁膜106,キャパシタ誘電体膜107は酸化等によって形成
する。
Next, in FIG. 1B, reference numeral 104 denotes an insulating film for separating elements, 105 denotes a trench hole, 106 denotes a gate insulating film of a switching transistor, and 107 denotes a dielectric film of a trench capacitor. Isolation between elements is performed by selective oxidation. The trench hole 105 is formed by anisotropic etching. The gate insulating film 106 and the capacitor dielectric film 107 are formed by oxidation or the like.

次に同図(c)に示すようにスイッチングトランジス
タのゲート電極108,ソース・ドレイン領域109を形成
し、ソース領域にコンタクト孔110を開け、キャパシタ
の電極111を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, a gate electrode 108 and a source / drain region 109 of the switching transistor are formed, a contact hole 110 is opened in the source region, and an electrode 111 of the capacitor is formed.

最後に、同図(d)に示すように層間絶縁膜112を堆
積し、上記絶縁膜112にコンタクト孔113を開け、素子間
配線114を施す。
Finally, as shown in FIG. 2D, an interlayer insulating film 112 is deposited, a contact hole 113 is opened in the insulating film 112, and an inter-element wiring 114 is formed.

また、従来の技術として、上述のスタック型キャパシ
タをキャパシタとして使用した半導体メモリの構成を第
4図に示す。
FIG. 4 shows a configuration of a conventional semiconductor memory using the above-mentioned stacked capacitor as a capacitor.

図において、201は半導体基板、202は下層絶縁膜、20
4は素子間分離絶縁膜、206はスイッチングトランジスタ
のゲート絶縁膜、207a,207bはキャパシタの誘電体膜、2
08はスイッチングトランジスタのゲート電極、209はス
イッチングトランジスタのドレイン領域、210a,210bは
キャパシタ電極の電気的導通をとるためのコンタクト
孔、211aはスイッチングトランジスタのソース領域であ
り、キャパシタの第1の電極でもある。211aは211cとコ
ントクト孔210aを介して電気的導通をとっている。211
b,211dはコンタクト孔210bを介して電気的導通をとって
おり、キャパシタの第2の電極となっている。212は層
間絶縁膜、213a,213b,213cは金属配線214a,214bと素子
の電気的導通をとるコンタクト孔である。
In the figure, 201 is a semiconductor substrate, 202 is a lower insulating film, 20
4 is an element isolation insulating film, 206 is a gate insulating film of a switching transistor, 207a and 207b are dielectric films of a capacitor, 2
08 is the gate electrode of the switching transistor, 209 is the drain region of the switching transistor, 210a and 210b are contact holes for establishing electrical conduction of the capacitor electrode, 211a is the source region of the switching transistor, and the first electrode of the capacitor is also used. is there. The 211a is electrically connected to the 211c via the contact hole 210a. 211
b and 211d are electrically connected via the contact hole 210b and serve as the second electrode of the capacitor. 212 is an interlayer insulating film, and 213a, 213b, and 213c are contact holes for establishing electrical continuity between the metal wirings 214a and 214b and the element.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来の半導体記憶装置のキャパシタの構成は上記のよ
うなものであり、トレンチキャパシタの場合において
は、第3図(a)〜(d)に示すように、トレンチ孔10
5を深く掘る必要があった。また、薄いキャパシタ誘電
体膜107の形成後、内部に電極を形成して孔を埋める必
要があるが、その際、トレンチ側壁部への電極膜形成は
難しく、膜が薄くなりがちになり、さらに、孔105を埋
める際には孔内に空洞ができてしまうという問題点があ
った。
The configuration of the capacitor of the conventional semiconductor memory device is as described above. In the case of a trench capacitor, as shown in FIGS.
Needed to dig 5 deep. Further, after the formation of the thin capacitor dielectric film 107, it is necessary to form an electrode inside and fill the hole. At this time, it is difficult to form an electrode film on the trench side wall, and the film tends to be thin. When filling the hole 105, there is a problem that a cavity is formed in the hole.

一方、第4図に示したスタック型キャパシタの場合に
は、幾層にも膜を堆積しなければならず、工程が複雑に
なるとともに、開発工期もかかるという問題があった。
さらに、一般に堆積する導電体膜は多結晶または非晶質
膜であるため、その表面に形成する薄い誘電体膜は、例
えば酸化によって形成する場合、不均一は膜となってし
まい、ここで絶縁破壊が生じ耐圧が悪くなり、キャパシ
タの信頼性を劣化させる原因となっていた。また、堆積
により薄い誘電体膜を形成する場合には、電極と薄いキ
ャパシタの誘電膜との界面状態が悪くなり、界面準位が
大きくなってしまうという問題もあった。
On the other hand, in the case of the stacked capacitor shown in FIG. 4, it is necessary to deposit several layers of films, which causes a problem that the process becomes complicated and a development period is required.
Furthermore, since a conductive film to be deposited is generally a polycrystalline or amorphous film, a thin dielectric film formed on the surface thereof, when formed, for example, by oxidation, becomes a non-uniform film. Destruction occurs, the breakdown voltage is deteriorated, and the reliability of the capacitor is deteriorated. Further, when a thin dielectric film is formed by deposition, there is a problem that the interface state between the electrode and the thin dielectric film of the capacitor is deteriorated and the interface state is increased.

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、均一性が良く、スループットも高く、しか
も高容量のキャパシタを有する半導体記憶装置及びその
製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a semiconductor memory device having good uniformity, high throughput, and a high-capacity capacitor, and a method of manufacturing the same. .

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

この発明に係る半導体記憶装置は、それぞれ絶縁膜に
挟まれた複数の基板の一部を薄い誘電体膜で少なくとも
2つ領域に分離し、それぞれの基板の互いに誘電体膜が
隔てられた領域を絶縁膜の少なくとも一部に形成された
誘電体領域を介してそれぞれ電気的導通をとるように配
線されたキャパシタを具備することを特徴とするもので
ある。
In a semiconductor memory device according to the present invention, a part of a plurality of substrates each sandwiched between insulating films is separated into at least two regions by a thin dielectric film, and regions of each substrate where the dielectric films are separated from each other are separated. It is characterized by comprising capacitors wired so as to be electrically connected to each other via a dielectric region formed in at least a part of the insulating film.

また、この発明に係る半導体記憶装置の製造方法は、
第1の半導体基板の一主面上にキャパシタを形成し、キ
ャパシタ表面上に少なくともその一部にキャパシタの一
電極に達する導電体が露出した絶縁膜を形成し、その表
面に第2の半導体基板を接合して薄膜化し、薄膜化した
第2の半導体基板上に能動素子あるいは受動素子を形成
する工程とを含むことを特徴とするものである。
Further, a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention includes:
A capacitor is formed on one principal surface of a first semiconductor substrate, and an insulating film is formed on at least a part of the surface of the capacitor in which a conductor reaching one electrode of the capacitor is exposed, and a second semiconductor substrate is formed on the surface. In which the active element or the passive element is formed on the thinned second semiconductor substrate.

また、さらにこの発明に係る半導体記憶装置の製造方
法は、第1の半導体基板の一主面上に第1のキャパシタ
を形成し、第1のキャパシタ表面上に少なくともその一
部に第1のキャパシタの一電極に達する導電体が露出し
た絶縁膜を形成し、その表面に第2の半導体基板を接合
し、第1の半導体基板の薄膜化を行なって第1のキャパ
シタの電極を露出させ、第3の半導体基板の一主面上に
第2のキャパシタを形成し、該第2のキャパシタ表面上
に、少なくともその一部に上記第2のキャパシタの第1,
第2電極に達する導電体が露出した絶縁膜を形成し、第
1の半導体基板と第3半導体基板のアライメントを行っ
て接合し、電気的に接続する工程と、第2の半導体基板
を薄膜化し、薄層化した第2の半導体基板上に能動素子
あるいは受動素子を形成する工程とを含むことを特徴と
するものである。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, the first capacitor is formed on one main surface of the first semiconductor substrate, and the first capacitor is formed on at least a part of the first capacitor surface. Forming an insulating film in which a conductor reaching one of the electrodes is exposed, joining a second semiconductor substrate to the surface of the insulating film, thinning the first semiconductor substrate to expose an electrode of the first capacitor, A second capacitor is formed on one principal surface of the semiconductor substrate of No. 3 and the first capacitor of the second capacitor is formed on at least a part of the surface of the second capacitor.
Forming an insulating film in which a conductor reaching the second electrode is exposed, aligning and joining the first semiconductor substrate and the third semiconductor substrate, and electrically connecting them; and reducing the thickness of the second semiconductor substrate. Forming an active element or a passive element on the thinned second semiconductor substrate.

〔作用〕[Action]

この発明では、ほぼセル面積と同じ大きさのキャパシ
タをスイッチングTr等の能動素子あるいは受動素子の下
部にウェハ接合法により積層するようにしたので、素子
の面積を増大することなく、高容量のキャパシタを形成
することができる。また、二段以上積層する際、キャパ
シタ形成プロセスを並列に行うことができ、さらにはマ
スクも共通に使用することができるので、スループット
を上げることができるとともに製造コストを低下させる
ことができる。
In the present invention, a capacitor having substantially the same size as the cell area is stacked under the active element such as the switching transistor or the passive element by a wafer bonding method, so that a high-capacitance capacitor can be provided without increasing the element area. Can be formed. In addition, when two or more layers are stacked, the capacitor formation process can be performed in parallel and a mask can be commonly used, so that the throughput can be increased and the manufacturing cost can be reduced.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図(a)〜(g)はこの発明の第1の実施例によ
る半導体記憶装置の製造方法を示す各主要工程の断面図
である。
1 (a) to 1 (g) are cross-sectional views showing main steps of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

同図(a)において、301aは第1の半導体基板、305a
は第1の半導体基板301a表面を加工し、エッチングを行
って形成した凹部である。同図(b)において、307aは
第1のキャパシタの誘電体膜である。このように、基板
301aに凹部305aを設け、誘電体膜307aを形成した後、基
板301aと誘電体膜307aとの界面にボロン等を注入するこ
とにより高濃度不純物注入領域を形成する。その後、同
図(c)に示すように、凹部305aにさらにキャパシタの
第2の電極となる導電体311aを埋め込む。ここでキャパ
シタ311aに対して基板301aは第1の電極として働く。そ
して同図(d)の左図に示すように、導電体膜311a上に
絶縁膜302aを堆積し、上記絶縁膜302aの一部に孔を開口
し、孔内に導電体膜310aを埋め込み、キャパシタの第2
の電極311aと接続する。
In FIG. 3A, reference numeral 301a denotes a first semiconductor substrate;
Is a concave portion formed by processing the surface of the first semiconductor substrate 301a and performing etching. In FIG. 3B, reference numeral 307a denotes a dielectric film of the first capacitor. Thus, the substrate
After a concave portion 305a is provided in 301a and a dielectric film 307a is formed, boron or the like is injected into the interface between the substrate 301a and the dielectric film 307a to form a high-concentration impurity implanted region. Thereafter, as shown in FIG. 3C, a conductor 311a serving as a second electrode of the capacitor is further embedded in the concave portion 305a. Here, the substrate 301a functions as a first electrode with respect to the capacitor 311a. Then, as shown in the left diagram of FIG. 4D, an insulating film 302a is deposited on the conductive film 311a, a hole is opened in a part of the insulating film 302a, and the conductive film 310a is embedded in the hole. The second of the capacitor
Electrode 311a.

以上の処理中、同図(d)の右側の図に示すように、
第2の半導体基板301bの一主面に1×1018/cm3以上の高
濃度不純物層315を形成し、上記半導体基板の高濃度不
純物層形成領域側に低濃度エピタキシャル層316を成長
させる。
During the above processing, as shown in the right side of FIG.
A high concentration impurity layer 315 of 1 × 10 18 / cm 3 or more is formed on one main surface of the second semiconductor substrate 301b, and a low concentration epitaxial layer 316 is grown on the high concentration impurity layer forming region side of the semiconductor substrate.

次に同図(e)に示すように第1の半導体基板301aと
第2の半導体基板とを接合し、約800℃の温度で不活性
ガス中で30分以上アニールを行い、シリコン層316とシ
リコン酸化膜層302a層を結合させる。
Next, as shown in FIG. 3E, the first semiconductor substrate 301a and the second semiconductor substrate are joined, and annealed at a temperature of about 800 ° C. for 30 minutes or more in an inert gas to form a silicon layer 316 The silicon oxide film layer 302a is bonded.

その後、この試料を同図(f)に示すようにエチレン
ジアミンとピロカテコール水溶液中に含浸することによ
り、第2の半導体基板301bを高濃度不純物領域315の手
前までエッチングし、薄膜化する。さらに高濃度不純物
領域315をSF6やCCl4等のガス中でエッチングして除き、
単結晶半導体層316を絶縁膜302a上に形成することがで
きる。しかも上記単結晶半導体層316の一部とキャパシ
タのコンタクト孔部分310aは接触しているので、同図
(g)に示すように上記単結晶半導体層316に通常のMOS
プロセスを用いてSOIトランジスタを作製すれば、ダイ
ナミックRAMのセルができる。同図(g)において、304
は素子分離絶縁膜、308はゲート電極、309はMOSトラン
ジスタのドレイン電極、312は層間絶縁膜、313はコンタ
クト孔、314はアルミ電極である。
Thereafter, the sample is impregnated in an aqueous solution of ethylenediamine and pyrocatechol as shown in FIG. 9F, whereby the second semiconductor substrate 301b is etched to a position short of the high-concentration impurity region 315, thereby making it thinner. Except further high concentration impurity regions 315 is etched in a gas such as SF 6 and CCl 4,
The single crystal semiconductor layer 316 can be formed over the insulating film 302a. In addition, since a part of the single crystal semiconductor layer 316 and the contact hole portion 310a of the capacitor are in contact with each other, as shown in FIG.
If an SOI transistor is manufactured using a process, a dynamic RAM cell can be obtained. Referring to FIG.
Is an element isolation insulating film, 308 is a gate electrode, 309 is a drain electrode of a MOS transistor, 312 is an interlayer insulating film, 313 is a contact hole, and 314 is an aluminum electrode.

このような製造方法によれば、ウエハ接合法によりキ
ャパシタを積層するようにしたので、ウエハを接合する
工程(第1図(e))までは、第1の半導体基板301aと
第2の半導体基板301bの処理を並列して行なうことがで
きるので、スループットが良好になり、また接合するウ
エハを選別して行えることから歩留りも向上する。ま
た、この方法により製造された半導体記憶装置では、キ
ャパシタ形状の効果により、誘電体膜307aの側面だけで
なく、誘電体膜307aの下面もキャパシタとして働くこと
ができ、大きな容量を得ることができる。また、キャパ
シタ誘電膜307aを単結晶基板301a上に形成したので、良
好で高耐圧な誘電体膜を得ることができ、この部分で絶
縁破壊等が生じる恐れがなくなり、素子の信頼性が向上
する。また、スイッチングトランジスタの下部にキャパ
シタ領域を設けることができるので素子面積を大幅に低
減することができる。
According to such a manufacturing method, since the capacitors are stacked by the wafer bonding method, the first semiconductor substrate 301a and the second semiconductor substrate 301a are bonded until the wafer bonding step (FIG. 1E). Since the processing of 301b can be performed in parallel, the throughput is improved, and the yield can be improved because the wafers to be bonded can be selected. In the semiconductor memory device manufactured by this method, not only the side surface of the dielectric film 307a but also the lower surface of the dielectric film 307a can function as a capacitor due to the effect of the capacitor shape, and a large capacitance can be obtained. . Further, since the capacitor dielectric film 307a is formed on the single crystal substrate 301a, a good and high withstand voltage dielectric film can be obtained, and there is no possibility that dielectric breakdown or the like occurs at this portion, and the reliability of the element is improved. . In addition, since a capacitor region can be provided below the switching transistor, the element area can be significantly reduced.

なお、上記実施例はスイッチトランジスタの直下に絶
縁膜を介してキャパシタを1層を積層した場合について
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
キャパシタは必要に応じて上下方向に複数層積層するよ
うにしてもよい。
Although the above embodiment has been described with reference to the case where one capacitor is stacked immediately below the switch transistor via an insulating film, the present invention is not limited to this.
A plurality of capacitors may be stacked in the vertical direction as necessary.

以下、その一例としてキャパシタを2層積層した場合
について説明する。即ち、第2図(a)〜(i)は本発
明の第2の実施例による半導体記憶装置の製造方法を示
しており、図において、左図,中央図,及び右図それぞ
れ独立にプロセスを行っているものとする。
Hereinafter, a case where two layers of capacitors are stacked will be described as an example. 2 (a) to 2 (i) show a method of manufacturing a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention. In the figure, the left diagram, the center diagram, and the right diagram process independently. It is assumed that it is done.

まず、第2図(a)中央部において、第1のシリコン
基板401aの表面に1×1018/cm3以上のボロン高濃度層41
5aを形成した後、エピタキシャル成長を行い、約2μm
程度の単結晶シリコン層416aを形成する。さらに、上記
エピタキシャル成長層416aの一部を写真製板とエッチン
グにより約1μm触刻し、凹部を設ける。さらに上記凹
部の一部をさらに写真製板とエッチングにより高濃度触
刻し、2段段差の凹部405aを得る。一方、同図(a)左
側に示すように、第2のシリコン基板401bではその表面
に高濃度不純物注入層415bを形成した後、低濃度のエピ
タキシャル層416bを成長させる。また、第3のシリコン
基板401cでは同図(a)右側に示したように一部を写真
製板とエッチングにより凹型に加工する。段差は1μm
である。
First, in the central part of FIG. 2A, a boron high concentration layer 41 of 1 × 10 18 / cm 3 or more is formed on the surface of the first silicon substrate 401a.
After forming 5a, epitaxial growth is performed to about 2 μm
A single-crystal silicon layer 416a is formed. Further, a part of the epitaxial growth layer 416a is etched by about 1 μm by photolithography and etching to provide a concave portion. Further, a part of the concave portion is further engraved with high density by photolithography and etching to obtain a concave portion 405a having two steps. On the other hand, as shown on the left side of FIG. 7A, a high concentration impurity implantation layer 415b is formed on the surface of the second silicon substrate 401b, and then a low concentration epitaxial layer 416b is grown. A part of the third silicon substrate 401c is processed into a concave shape by photolithography and etching as shown on the right side of FIG. Step is 1 μm
It is.

次に、同図(b)に示すように、第1,第3のシリコン
基板401a,401cの表面にそれぞれ二酸化シリコンよりな
るキャパシタの誘電体膜407a,407cを酸化により形成す
る。ここで、空乏層による容量の低下を防止するため
に、誘電体膜407aと単結晶シリコン層416aの界面,及び
誘電体膜407cと基板401cとの界面にはそれぞれイオン注
入により高濃度不純物注入領域を設けておく。
Next, as shown in FIG. 1B, dielectric films 407a and 407c of the capacitors made of silicon dioxide are formed on the surfaces of the first and third silicon substrates 401a and 401c by oxidation. Here, in order to prevent a decrease in capacitance due to the depletion layer, the interface between the dielectric film 407a and the single-crystal silicon layer 416a and the interface between the dielectric film 407c and the substrate 401c are each doped with a high-concentration impurity by ion implantation. Is provided.

次に同図(c)に示すように凹部415a,415cを高濃度
多結晶シリコン層あるいは高融点金属層あるいは高融点
金属シリサイド層等の誘電体膜を堆積とエッチバック等
による平坦化により埋め込み、キャパシタ407a,407cの
第2の電極となる導電層411a,411cを形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, the concave portions 415a and 415c are buried by depositing a dielectric film such as a high-concentration polycrystalline silicon layer or a high-melting-point metal layer or a high-melting-point metal silicide layer and flattening by etch-back or the like. Conductive layers 411a and 411c to be second electrodes of the capacitors 407a and 407c are formed.

次に同図(d)に示すように、それぞれ基板表面に層
間絶縁膜402a,402cを堆積後、上記層間絶縁膜402a,402c
の一部に孔を開け、それぞれ導電体膜を埋め込んだビア
ホール410a,410cを形成して各キャパシタの第2の電極
と接続し、さらに層間絶縁膜402cにはビアホール413cを
設け、その中にキャパシタの第1の電極となる第3のシ
リコン基板401cに達するように導電膜を埋めこむ。
Next, as shown in FIG. 3D, after interlayer insulating films 402a and 402c are deposited on the substrate surface, the interlayer insulating films 402a and 402c are formed.
The via holes 410a and 410c each having a conductive film embedded therein are formed and connected to the second electrode of each capacitor, and a via hole 413c is provided in the interlayer insulating film 402c. The conductive film is buried so as to reach the third silicon substrate 401c serving as the first electrode of the first embodiment.

次に同図(e)に示すように、第1の基板401aと第2
の基板401bを、80℃の温度中でアニールを行うことによ
り接合する。
Next, as shown in FIG.
Are bonded by performing annealing at a temperature of 80 ° C.

次に第2のシリコン基板401b裏面に保護膜(図示せ
ず)を形成し、エチレンジアミンとピロカテコールの混
合水溶液中でエッチングを行い、濃度差エッチングを行
なう。上記エッチングでは第1のシリコン基板401aがエ
ッチングされ、高濃度不純物層415a手前でエッチングが
終了する。さらに、通常のCCl4等を用いたエッチングに
より高濃度不純物層415aを除去することにより表面に第
2の電極411aと第1の電極である単結晶シリコン層が露
出した同図(f)の構造を得る。
Next, a protective film (not shown) is formed on the back surface of the second silicon substrate 401b, and is etched in a mixed aqueous solution of ethylenediamine and pyrocatechol to perform concentration difference etching. In the above etching, the first silicon substrate 401a is etched, and the etching is completed before the high-concentration impurity layer 415a. Further, the second electrode 411a and the single-crystal silicon layer as the first electrode are exposed on the surface by removing the high-concentration impurity layer 415a by etching using ordinary CCl 4 or the like, as shown in FIG. Get.

次に同図(g)に示すように第3のシリコン基板401c
を上述と同様の方法で単結晶シリコン層416a側に接合
し、キャパシタ407aの第2の電極411aとキャパシタ407c
の第2の電極411cとをビアホール410cを介して接続する
とともに、キャパシタ407aの第1の電極416aとキャパシ
タ407cの第1の電極401cとをビアホール413cを介して接
続する。但し、この場合アライメントを要するので、赤
外線等透過性の良好な光によりアライメント機構を持つ
露光装置で写真製板を行なう。
Next, as shown in FIG.
Is bonded to the single crystal silicon layer 416a side in the same manner as described above, and the second electrode 411a of the capacitor 407a and the capacitor 407c
Is connected via a via hole 410c, and the first electrode 416a of the capacitor 407a and the first electrode 401c of the capacitor 407c are connected via a via hole 413c. However, since alignment is required in this case, photolithography is performed with an exposure apparatus having an alignment mechanism using light having good transparency such as infrared rays.

次に同図(h)に示すように、上記方法と同様の方法
で第2のシリコン基板401bを薄膜化後、高濃度不純物領
域415bを除去する。
Next, as shown in FIG. 2H, after the second silicon substrate 401b is thinned by the same method as described above, the high-concentration impurity regions 415b are removed.

次に同図(i)に示すように通常のMOSFET製造工程に
従って、単結晶シリコン層416bにスィチングトランジス
タを作製することにより、半導体メモリのセルの作製が
完了する。
Next, as shown in FIG. 2I, a switching transistor is formed on the single-crystal silicon layer 416b according to a normal MOSFET manufacturing process, thereby completing the manufacture of the semiconductor memory cell.

このような本実施例においては、上記第1の実施例の
構成に加えてさらにウエハ接合法によりキャパシタの積
層化を行うようにしたので、キャパシタ面積を増大する
ことなく、より大きな容量を有するDRAMを構成すること
ができる。また、本実施例では上記実施例に比し積層化
プロセスが増加するが、このような積層化工程はすべて
同一プロセスで並列処理ができ、同一マスクで行うこと
ができるため、マスク枚数をほとんど増やす必要がなく
なり、低コスト化を図ることができる。
In this embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, the capacitor is stacked by a wafer bonding method, so that the DRAM having a larger capacity can be used without increasing the capacitor area. Can be configured. In this embodiment, the number of lamination processes is increased as compared with the above embodiment. However, since all such lamination processes can be performed in parallel in the same process and can be performed with the same mask, the number of masks is almost increased. This eliminates the need, and can reduce the cost.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように本発明によれば、ほぼセル面積と同じ大
きさのキャパシタをスイッチングトランジスタ等の,チ
ップ内で単一の結晶軸をもつ能動素子あるいは受動素子
の下部にウエハ接合法により順次積層するようにしたの
で、各製造工程を並列して行なうことができ、スループ
ットが良好になる。また接合するウエハを選別して行え
ることから歩留りを向上できる効果がある。またスイッ
チングトランジスタの下部にキャパシタ領域を設けるよ
うにしたので、素子の微細化を図る場合にも、素子面積
を増大することなく、容易に高容量を得ることができ、
また、キャパシタ形状の効果により、キャパシタ側面だ
けでなく下面もキャパシタとして働くようになるので、
大容量化を図ることができる効果がある。また、キャパ
シタの誘電体膜は単結晶基板上に形成されるので、良好
な高耐圧な誘電体膜を形成することができ、高信頼性の
素子を得ることができる効果がある。さらに、積層化を
行う工程において、各工程を同一プロセス,同一マスク
で行なうことができるので、プロセスの簡略化,低コス
ト化を図ることができる効果がある。
As described above, according to the present invention, a capacitor having substantially the same size as a cell area is sequentially stacked by a wafer bonding method under an active element or a passive element having a single crystal axis in a chip, such as a switching transistor. As a result, the respective manufacturing steps can be performed in parallel, and the throughput is improved. In addition, since the wafers to be bonded can be selected, the yield can be improved. In addition, since the capacitor region is provided below the switching transistor, a high capacitance can be easily obtained without increasing the element area even when miniaturizing the element.
Also, due to the effect of the capacitor shape, not only the side surface but also the bottom surface of the capacitor will work as a capacitor,
There is an effect that the capacity can be increased. In addition, since the dielectric film of the capacitor is formed on the single crystal substrate, it is possible to form a good dielectric film having a high withstand voltage and to obtain a highly reliable element. Further, in the step of performing the lamination, each step can be performed using the same process and the same mask, so that there is an effect that the process can be simplified and the cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)〜(g)は本発明の第1の実施例による半
導体記憶装置の製造方法を示す図、第2図(a)〜
(i)は本発明の第2の実施例による半導体記憶装置の
製造方法を示す図、第3図(a)〜(d)は従来のトレ
ンチ型キャパシタを用いた半導体記憶装置の製造方法を
示す図、第4図は従来のスタック型キャパシタを用いた
半導体記憶装置の構成を示す図である。 図において、301a,401aは第1の半導体基板、301b,401b
は第2の半導体基板、401cは第3の半導体基板、302a,4
02a,402cは絶縁膜304,404は素子分離絶縁膜、305a,405
a,405cは凹部、307a,407a,407cはキャパシタの誘電体
膜、308,408はゲート電極、309,409はドレイン又はソー
ス領域、310a,410a,410c,413cはビアホール、311a,411
a,411cは導電体膜、312,412は層間絶縁膜、313,413はコ
ンタクト孔、314,414はアルミ電極、315,415a,415bは高
濃度不純物注入層、316,416a,416bは単結晶シリコン層
である。なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
FIGS. 1A to 1G show a method of manufacturing a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention, and FIGS.
(I) is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 3 (a) to (d) are diagrams showing a method for manufacturing a semiconductor memory device using a conventional trench capacitor. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional semiconductor memory device using a stacked capacitor. In the figure, 301a and 401a are first semiconductor substrates, and 301b and 401b
Is the second semiconductor substrate, 401c is the third semiconductor substrate, 302a, 4
02a, 402c are insulating films 304, 404 are element isolation insulating films, 305a, 405
a, 405c is a concave portion, 307a, 407a, 407c is a capacitor dielectric film, 308, 408 is a gate electrode, 309, 409 is a drain or source region, 310a, 410a, 410c, 413c is a via hole, 311a, 411
a and 411c are conductor films, 312 and 412 are interlayer insulating films, 313 and 413 are contact holes, 314 and 414 are aluminum electrodes, 315, 415a and 415b are high-concentration impurity implantation layers, and 316, 416a and 416b are single-crystal silicon layers. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−98766(JP,A) 特開 昭62−293756(JP,A) 特開 昭64−25458(JP,A) 特開 昭61−4271(JP,A) 特開 昭62−193275(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/04 H01L 27/108 H01L 21/8242 H01L 21/822──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-98766 (JP, A) JP-A-62-293756 (JP, A) JP-A-64-25458 (JP, A) JP-A 61-98 4271 (JP, A) JP-A-62-193275 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 27/04 H01L 27/108 H01L 21/8242 H01L 21/822

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一主面上に凹部を有する半導体基板と、該
基板の凹部表面に形成された誘電体膜と、誘電体膜上に
形成され、かつ、上記基板の凹部を埋めるように形成さ
れと導電体層とからなるキャパシタを、絶縁膜を挟ん
で、かつ、該絶縁膜に設けたビアホールを介して相互に
電気的導通をとるようにして上下方向に複数個積層して
なる複数のキャパシタと、 該複数のキャパシタ最上層のキャパシタ上に絶縁膜を挟
んで形成され、かつ該絶縁膜に設けたビアホールを介し
て上記最上層のキャパシタと電気的に接続された能動素
子あるいは受動素子とを備えたことを特徴とする半導体
記憶装置。
1. A semiconductor substrate having a concave portion on one main surface, a dielectric film formed on the concave surface of the substrate, and formed on the dielectric film to fill the concave portion of the substrate. And a plurality of capacitors formed by vertically stacking a plurality of capacitors each including a conductor layer, with an insulating film interposed therebetween, and electrically connected to each other via via holes provided in the insulating film. A capacitor; an active element or a passive element formed on the uppermost capacitor of the plurality of capacitors with an insulating film interposed therebetween, and electrically connected to the uppermost capacitor via via holes provided in the insulating film; A semiconductor memory device comprising:
【請求項2】第1の半導体基板の一主面上に凹部を形成
し、該凹部の表面上に誘電体膜を形成し、該誘電体膜上
に該凹部を埋めるように導電体膜を形成してキャパシタ
を形成する工程と、 該キャパシタの表面に絶縁膜を形成するとともに、該絶
縁膜の少なくとも一部に上記キャパシタの導電体膜に達
するビアホールを形成する工程と、 上記第1の半導体基板の上記絶縁膜を形成した側に第2
の半導体基板を接合し、該第2の半導体基板を薄膜化す
る工程と、 該薄膜化した第2の半導体基板上に能動素子あるいは受
動素子を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体
記憶装置の製造方法。
2. A concave portion is formed on one principal surface of a first semiconductor substrate, a dielectric film is formed on a surface of the concave portion, and a conductive film is formed on the dielectric film so as to fill the concave portion. Forming a capacitor by forming the capacitor; forming an insulating film on a surface of the capacitor; and forming a via hole reaching a conductor film of the capacitor on at least a part of the insulating film; A second side is formed on the side of the substrate on which the insulating film is formed.
Bonding a semiconductor substrate of the present invention to thin the second semiconductor substrate, and forming an active element or a passive element on the thinned second semiconductor substrate. Device manufacturing method.
【請求項3】第1の半導体基板の一主面上に凹部を形成
し、該凹部の表面上に誘電体膜を形成し、該誘電体膜上
に該凹部を埋めるように導電体膜を形成して第1のキャ
パシタを形成し、該第1のキャパシタの表面に絶縁膜を
形成するとともに、該絶縁膜の少なくとも一部に上記第
1のキャパシタの導電体膜に達するビアホールを形成す
る第1の工程と、 該第1の半導体基板の上記絶縁膜を形成した側に第2の
半導体基板を接合し、上記第1の半導体基板の薄膜化を
行い、上記第1のキャパシタの導電体膜を露出させる第
1の処理と,該第1の処理により形成された基板体のキ
ャパシタ面側に、少なくとも,上記第1の工程で作製さ
れた第1のキャパシタを接合し、接合した第1のキャパ
シタの第1の半導体基板の薄膜化を行い、上記第1のキ
ャパシタの導電体膜を露出させる処理を1回以上行なう
第2の処理とのうち少なくとも第1の処理を行なう第2
の工程と、 第3の半導体基板の一主面上に凹部を形成し、該凹部の
表面上に誘電体膜を形成し、該誘電体膜上に該凹部を埋
めるように導電体膜を形成して第2のキャパシタを形成
し、該第2のキャパシタの表面に絶縁膜を形成するとと
もに、該絶縁膜の少なくとも一部に上記第3の半導体基
板,及び上記第2のキャパシタの導電体膜に達するビア
ホールをそれぞれ形成する第3の工程と、 上記第3の半導体基板表面と上記第1の半導体基板とを
アライメントを行って接合し、電気的に接続する第4の
工程と、 上記第2の半導体基板を薄膜化し、該薄膜化した第2の
半導体基板上に能動素子あるいは受動素子を形成する第
5の工程とを含むことを特徴とする半導体記憶装置の製
造方法。
3. A concave portion is formed on one main surface of a first semiconductor substrate, a dielectric film is formed on a surface of the concave portion, and a conductive film is formed on the dielectric film so as to fill the concave portion. Forming a first capacitor, forming an insulating film on a surface of the first capacitor, and forming a via hole reaching a conductor film of the first capacitor in at least a part of the insulating film. Step 1, a second semiconductor substrate is bonded to the side of the first semiconductor substrate on which the insulating film is formed, the first semiconductor substrate is thinned, and a conductor film of the first capacitor is formed. Processing, and at least the first capacitor manufactured in the first step is bonded to the capacitor surface side of the substrate formed by the first processing, and the bonded first capacitor The thickness of the first semiconductor substrate of the capacitor is reduced, and A second process of performing at least the first process of the second process of performing the process of exposing the conductor film of the capacitor one or more times;
Forming a recess on one main surface of the third semiconductor substrate, forming a dielectric film on the surface of the recess, and forming a conductor film on the dielectric film so as to fill the recess. Forming a second capacitor, forming an insulating film on the surface of the second capacitor, and forming the third semiconductor substrate and the conductor film of the second capacitor on at least a part of the insulating film. A third step of forming via holes reaching each other, a fourth step of aligning and joining the surface of the third semiconductor substrate and the first semiconductor substrate and electrically connecting them, and Forming a thin semiconductor substrate and forming an active element or a passive element on the thinned second semiconductor substrate.
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