JP2001068649A - Semiconductor storage device - Google Patents

Semiconductor storage device

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JP2001068649A
JP2001068649A JP24288399A JP24288399A JP2001068649A JP 2001068649 A JP2001068649 A JP 2001068649A JP 24288399 A JP24288399 A JP 24288399A JP 24288399 A JP24288399 A JP 24288399A JP 2001068649 A JP2001068649 A JP 2001068649A
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JP
Japan
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needle
capacitor
crystal
silicon
electrode
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JP24288399A
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Japanese (ja)
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Masakazu Kanechika
将一 兼近
Kenji Nakajima
健次 中嶋
Koichi Mitsushima
康一 光嶋
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a storage device which can significantly reduce the capacitor area of each memory unit thereby contributing to the increase of the degree of integration of memories and realizing a G bit-class DRAM. SOLUTION: A needle-like body of silicon crystal 11 is formed for each memory unit of a DRAM. A capacitor 10 is formed on the side face of the crystal by using the body 11 as one electrode. Namely, an electrode 13 is provided outside an insulating film 12. Therefore, a capacitor having a large capacitance can be formed with a small occupying area. Preferably, the degree of integration of the DRAM is increased by also forming a switching transistor at part of the needle-like crystal 11. The transistor may be provided at the foot or the tip of the crystal 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、DRAM等の、キ
ャパシタに電荷を蓄えるタイプの半導体記憶装置に関
し、特に記憶装置の高集積化に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device such as a DRAM which stores electric charges in a capacitor, and more particularly to a high integration of a memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1は、DRAM(ダイナミック・ラン
ダム・アクセス・メモリ:記憶保持動作が必要な記憶装
置)の基本的な回路構成を示しており、キャパシタとス
イッチングトランジスタが接続されている。キャパシタ
は接地されており、スイッチングトランジスタはビット
線およびワード線と接続されている。
2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a basic circuit configuration of a DRAM (Dynamic Random Access Memory: a storage device requiring a memory holding operation), in which a capacitor and a switching transistor are connected. The capacitor is grounded, and the switching transistor is connected to a bit line and a word line.

【0003】従来よりDRAMには高集積化が求められ
ており、そして高集積化のためには、キャパシタとトラ
ンジスタの素子占有面積をできる限り小さくすることが
求められる。
[0003] Conventionally, DRAMs have been required to be highly integrated, and for high integration, it is required to minimize the element occupied area of capacitors and transistors.

【0004】このうちキャパシタには必要な容量を確保
しつつ占有面積を小さくすることが求められる。通常、
キャパシタは配線容量より1桁以上大きな容量をもつ必
要がある。キャパシタ容量が配線容量と同じ程度に小さ
いと、電荷を保持することができず、メモリ動作が不可
能になってしまう。現在量産されている64MbitD
RAMのキャパシタ容量は約30fFである。
[0004] Among them, it is required that the occupied area of the capacitor be reduced while securing necessary capacity. Normal,
The capacitor needs to have a capacitance one digit or more larger than the wiring capacitance. If the capacitance of the capacitor is as small as the wiring capacitance, the electric charge cannot be held and the memory operation becomes impossible. 64MbitD currently mass-produced
The capacitor capacity of the RAM is about 30 fF.

【0005】小さな面積で大きな容量を持つキャパシタ
として、スタックキャパシタおよびトレンチキャパシタ
が実用化されており、これらのキャパシタは、2次元的
でなく3次元的配置によって容量増大を図っている。さ
らに、キャパシタの実行面積を稼ぐためにキャパシタ電
極の対向面に凹凸を形成する構造が提案されている(例
えば、特開平11−54727号公報)。そして、現在
の64MbitDRAMにおいては、メモリセルの占有
面積は2μm2程に達している。
As capacitors having a small area and a large capacitance, a stack capacitor and a trench capacitor have been put into practical use, and the capacitance of these capacitors is increased by three-dimensional arrangement instead of two-dimensional arrangement. Further, there has been proposed a structure in which unevenness is formed on the opposing surface of the capacitor electrode in order to increase the effective area of the capacitor (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-54727). In the current 64 Mbit DRAM, the occupied area of the memory cell has reached about 2 μm 2 .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来よ
りキャパシタの占有面積の縮小が図られてはいるもの
の、従来技術を利用している限りは、高集積化にも限界
がある。例えば、GbitクラスのDRAMを実現しよ
うとした場合、メモリセルの面積を0.3μm2程度ま
で小さくすることが要求される。これを従来技術で実現
しようとすれば、キャパシタ容量が配線容量(数fF)
に埋もれてしまう。
As described above, although the area occupied by the capacitor has been conventionally reduced, there is a limit to high integration as long as the conventional technology is used. For example, when realizing a Gbit class DRAM, it is required to reduce the area of the memory cell to about 0.3 μm 2 . If this is to be realized by the prior art, the capacitance of the capacitor is equal to the wiring capacitance (several fF).
I will be buried in.

【0007】本発明は、上記の背景技術の下でなされた
ものであり、その目的は、各メモリ単位のキャパシタ面
積を大幅に縮小可能な記憶装置を提供し、これをもって
メモリの高集積化に寄与し、GbitクラスのDRAM
をも実現可能とすることにある。本発明は、適当な3次
元構造体を有効に活用することによって上記目的を達成
するものである。
The present invention has been made under the above-mentioned background art, and an object of the present invention is to provide a storage device capable of greatly reducing the capacitor area of each memory unit, thereby achieving high integration of memories. Contributes to Gbit class DRAM
Is also realizable. The present invention achieves the above object by effectively utilizing an appropriate three-dimensional structure.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、各メモリ単位を構成するキャパシタに電
荷を蓄えることにより情報を記憶する半導体記憶装置に
おいて、各メモリ単位にシリコン結晶の針状体が形成さ
れ、この針状体の側面を一方の電極としてキャパシタが
形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention relates to a semiconductor memory device for storing information by storing electric charge in a capacitor constituting each memory unit. And a capacitor is formed using the side surface of the needle-shaped body as one electrode.

【0009】本発明によれば、シリコン結晶の針状体の
側面にキャパシタが形成されるので、針状体の上方から
見たときの面積が小さいにも関わらず、キャパシタ電極
面積は大きくなる。したがって、占有面積を小さくして
もキャパシタ容量を確保することができ、電気信号を十
分に確保できる。この構造を利用してメモリの集積化を
図ることができる。
According to the present invention, since the capacitor is formed on the side surface of the silicon crystal needle, the area of the capacitor electrode is large although the area when viewed from above the needle is small. Therefore, even if the occupied area is reduced, the capacitance of the capacitor can be secured, and the electric signal can be sufficiently secured. By utilizing this structure, integration of the memory can be achieved.

【0010】上記のシリコン結晶の針状体の適当な大き
さとしては、例えば、先端径が数ナノメートル程度であ
り、高さが5〜10マイクロメートル程度である。この
針状体はキャパシタの一方の電極として機能する。針状
体の周りに酸化膜等の膜を介してもう他方のキャパシタ
電極(外側電極)が形成される。この他方の電極は、例
えば導電性を有するポリシリコン(多結晶シリコン)で
形成される。このような構成により、配線容量と比較し
て十分に大きなキャパシタ容量、例えば18fF程度の
容量が確保される。
The suitable size of the silicon crystal needle is, for example, a tip diameter of about several nanometers and a height of about 5 to 10 micrometers. The needle functions as one electrode of a capacitor. The other capacitor electrode (outer electrode) is formed around the needle-like body via a film such as an oxide film. The other electrode is formed of, for example, conductive polysilicon (polycrystalline silicon). With such a configuration, a sufficiently large capacitor capacity, for example, about 18 fF, is ensured as compared with the wiring capacity.

【0011】上記のシリコン結晶の針状体は、好ましく
は、シリコン基板又はシリコン層中に形成された不純物
析出領域をマイクロマスクとして、該シリコン基板また
はシリコン層を高選択比異方性エッチングすることによ
り、前記マイクロマスクを頂点として形成された錘型構
造物である。これにより、必要なキャパシタ容量を実現
する適当なシリコン針状体が得られる。
The above-mentioned needle-like body of silicon crystal is preferably obtained by anisotropically etching the silicon substrate or the silicon layer with a high selectivity using the impurity deposition region formed in the silicon substrate or the silicon layer as a micromask. Thus, a weight-shaped structure formed with the micromask as a vertex. As a result, an appropriate silicon needle-shaped body that achieves the required capacitor capacity can be obtained.

【0012】本発明の好ましい一態様においては、さら
に、前記シリコン結晶の針状体の一部に、前記キャパシ
タに電荷を供給するためのスイッチングトランジスタが
形成されている。前記スイッチングトランジスタは、前
記シリコン結晶の針状体のふもと部分(基部、基端また
は根本)に形成されてもよい。また前記スイッチングト
ランジスタは、前記シリコン結晶の針状体の先端部分に
形成されてもよい。この態様によれば、さらなるメモリ
の集積化が可能となる。
In a preferred aspect of the present invention, a switching transistor for supplying a charge to the capacitor is formed in a part of the needle-shaped body of the silicon crystal. The switching transistor may be formed at a base (base, base end, or root) of the needle-shaped body of the silicon crystal. The switching transistor may be formed at a tip of a needle-like body of the silicon crystal. According to this aspect, further integration of the memory becomes possible.

【0013】さらに、シリコン結晶の針状体の先端にス
イッチングトランジスタを配置する構成においては、針
先端部を量子ドットとする単電子トランジスタ機能が得
られ、消費電力を低減することができる。
Further, in the configuration in which the switching transistor is arranged at the tip of the needle-shaped body of silicon crystal, a single-electron transistor function in which the tip of the needle is a quantum dot can be obtained, and power consumption can be reduced.

【0014】本発明の別の態様は半導体記憶装置の製造
方法である。この方法は、シリコン結晶の針状体を形成
するステップと、シリコン結晶の針状体の側面にキャパ
シタを形成するステップとを含む。さらに、キャパシタ
に電荷を供給するためのスイッチングトランジスタをシ
リコン結晶の針状体上またはその近傍に形成するステッ
プを含む。
Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor memory device. The method includes the steps of forming a needle of silicon crystal and forming a capacitor on a side of the needle of silicon crystal. The method further includes forming a switching transistor for supplying electric charge to the capacitor on or near the needle of the silicon crystal.

【0015】以上に説明したように、本発明によれば、
シリコン結晶の針状体の側面にキャパシタを形成するこ
とにより、小さな面積で大きなキャパシタ容量を確保す
ることができる。スイッチングトランジスタを針状体に
形成することにより、さらなる集積化が可能となる。好
適な形状のシリコン針状体は、上述の異方性エッチング
により得られる。このようにして、メモリセルの小型化
が可能となり、メモリの高集積化が可能となり、Gbi
tクラスのDRAMの実現にも寄与することができる。
As described above, according to the present invention,
By forming a capacitor on the side surface of the silicon crystal needle, a large capacitor capacity can be secured with a small area. By forming the switching transistor in a needle shape, further integration becomes possible. A silicon needle having a suitable shape is obtained by the above-described anisotropic etching. In this way, the size of the memory cell can be reduced, and the memory can be highly integrated.
It can also contribute to the realization of a t-class DRAM.

【0016】ただし、ここでは主としてDRAMについ
て説明したが、DRAM以外のキャパシタ利用型の任意
のタイプの記憶装置にも本発明を同様に適用可能なこと
はもちろんである。
Here, the DRAM has been mainly described, but the present invention is naturally applicable to any type of storage device using a capacitor other than the DRAM.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
(以下、実施形態という)について図面を参照し説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.

【0018】<実施形態1.>図2は、本実施形態のD
RAMを構成するメモリセル(メモリ単位)を模式的に
示している。ここでは一つのメモリセルが示されている
が、多数の同様のメモリセルを配列することによりDR
AMが構成される。DRAMの全体的な構成およびその
原理は、従来の周知のDRAMと同様でよく、ここでの
詳細な説明は省略する。
<Embodiment 1>> FIG. 2 shows the D of the present embodiment.
1 schematically shows memory cells (memory units) constituting a RAM. Here, one memory cell is shown, but by arranging many similar memory cells, DR
AM is configured. The overall configuration and principle of the DRAM may be the same as those of a conventional DRAM, and a detailed description thereof will be omitted.

【0019】図2(a)はメモリセルの正面断面図であ
り、図2(b)は図2(a)のA−A断面である。図示
のように、メモリセルは、キャパシタ10およびスイッ
チングMOSトランジスタ20を有し、これらは隣同士
に配置され、互いに接続されている。
FIG. 2A is a front sectional view of the memory cell, and FIG. 2B is a sectional view taken along the line AA of FIG. 2A. As shown, the memory cell has a capacitor 10 and a switching MOS transistor 20, which are arranged next to each other and connected to each other.

【0020】まずキャパシタ10について説明すると、
本発明の特徴としてシリコン結晶の針状突起11(本発
明の針状体に相当)の側面にキャパシタ10が形成され
ている。針状突起11は円錐型であり、シリコン基板1
から突出している。この針状突起11がキャパシタの一
方の電極、すなわち接地側キャパシタ電極として機能す
る。針状突起11は熱酸化膜からなる絶縁膜12で覆わ
れている。絶縁膜12を介して針状突起11を囲むよう
に、キャパシタのもう一つの電極であるスイッチ側キャ
パシタ電極13(外側電極)が形成されている。キャパ
シタ電極13は好適には導電性を有するポリシリコン
(多結晶シリコン)で形成される。キャパシタ電極13
は、針状突起11のふもとから始まり、突起頂点の少し
下の所定高さまで達している。キャパシタ電極13のさ
らに外側は絶縁膜14で覆われている。
First, the capacitor 10 will be described.
As a feature of the present invention, a capacitor 10 is formed on the side surface of a silicon crystal needle-like projection 11 (corresponding to the needle-like body of the present invention). The needle-like projections 11 are conical, and the silicon substrate 1
Projecting from. The needle-like projection 11 functions as one electrode of the capacitor, that is, a ground-side capacitor electrode. The needle-like projections 11 are covered with an insulating film 12 made of a thermal oxide film. A switch-side capacitor electrode 13 (outer electrode), which is another electrode of the capacitor, is formed so as to surround the needle-like protrusion 11 via the insulating film 12. The capacitor electrode 13 is preferably formed of conductive polysilicon (polycrystalline silicon). Capacitor electrode 13
Starts from the base of the needle-shaped protrusion 11 and reaches a predetermined height slightly below the protrusion apex. The outside of the capacitor electrode 13 is covered with an insulating film 14.

【0021】一方、スイッチングMOSトランジスタ2
0はnチャネルMOSFETであり、針状突起11の底
面と同一平面上に、そして針状突起11の隣に形成され
ている。図示のように、シリコン基板1の平坦部分は針
状突起11と同様に絶縁膜12で覆われている。絶縁膜
12の下側にソース不純物濃度層21およびドレイン不
純物濃度層22が間隔をあけて設けられている。これら
の層21,22の上方に、絶縁膜12を介してゲート電
極としてのワード線23が設けられている。ワード線2
3は紙面に垂直方向に延びており、その下側領域がトラ
ンジスタのチャネルである。ワード線23は好適にはポ
リシリコンで形成され、さらに好適にはキャパシタ電極
13と同時に形成される。ワード線23も絶縁膜14で
覆われている。
On the other hand, the switching MOS transistor 2
Reference numeral 0 denotes an n-channel MOSFET, which is formed on the same plane as the bottom surface of the needle-like projection 11 and next to the needle-like projection 11. As shown, the flat portion of the silicon substrate 1 is covered with an insulating film 12 like the needle-like projections 11. Below the insulating film 12, a source impurity concentration layer 21 and a drain impurity concentration layer 22 are provided at intervals. A word line 23 as a gate electrode is provided above these layers 21 and 22 via an insulating film 12. Word line 2
Numeral 3 extends in a direction perpendicular to the plane of the drawing, and the lower region is a channel of the transistor. The word line 23 is preferably formed of polysilicon, and is more preferably formed simultaneously with the capacitor electrode 13. The word line 23 is also covered with the insulating film 14.

【0022】さらに、ソース不純物濃度層21はスイッ
チ側キャパシタ電極13に接続されている。すなわち、
キャパシタ電極13の一部が針状突起11から離れて、
ソース不純物濃度層21まで延びている。一方、ドレイ
ン不純物濃度層22は、絶縁膜14の上に配置されたビ
ット線24と接続されている。ビット線24は好適には
アルミニウムで形成される。
Further, the source impurity concentration layer 21 is connected to the switch-side capacitor electrode 13. That is,
A part of the capacitor electrode 13 is separated from the needle-shaped protrusion 11
It extends to the source impurity concentration layer 21. On the other hand, the drain impurity concentration layer 22 is connected to a bit line 24 arranged on the insulating film 14. Bit line 24 is preferably formed of aluminum.

【0023】以上にメモリセルの構成を説明した。メモ
リセルの動作は基本的には周知のメモリと同様であり、
ワード線23に信号を与えると、その下部のチャネルが
オンになり、ビット線24からスイッチ側キャパシタ電
極13へと電子が流れ込む。
The configuration of the memory cell has been described above. The operation of the memory cell is basically the same as that of a known memory,
When a signal is applied to the word line 23, a channel below the word line 23 is turned on, and electrons flow from the bit line 24 to the switch-side capacitor electrode 13.

【0024】次に、キャパシタ10を構成するシリコン
結晶の針状突起11の好適な大きさを説明すると、先端
の直径が10nm以下、好適には数nmであり、突起の
高さは5〜10μmである。例えば結晶高さが5μmで
ある場合、キャパシタ部の容量値は約18fFであり、
この値は配線容量よりも十分に大きく、したがってメモ
リセルとしての電荷保持に耐えうる。このとき針状突起
11の根本部分の大きさは約0.2μmである。図2の
構成の場合の素子占有面積は、従来技術と同等まで小さ
くすることができる。
Next, the preferred size of the needle-like projection 11 of silicon crystal constituting the capacitor 10 will be described. The diameter of the tip is 10 nm or less, preferably several nm, and the height of the projection is 5 to 10 μm. It is. For example, when the crystal height is 5 μm, the capacitance value of the capacitor part is about 18 fF,
This value is sufficiently larger than the wiring capacitance, and therefore can withstand charge retention as a memory cell. At this time, the size of the root of the needle-like projection 11 is about 0.2 μm. The element occupation area in the case of the configuration of FIG.

【0025】このように、本実施形態によれば、シリコ
ン針状結晶の側面にキャパシタを形成したので、針の上
方から見たときの面積が小さいにも拘わらず、キャパシ
タ電極面積を大きくすることができ、これにより必要な
キャパシタ容量を確保できる。
As described above, according to the present embodiment, since the capacitor is formed on the side surface of the silicon needle crystal, the area of the capacitor electrode can be increased despite the small area when viewed from above the needle. Thus, a necessary capacitor capacity can be secured.

【0026】次に、本実施形態のDRAMの製造方法を
説明する。本発明では、微小針状突起がメモリセルにと
って重要な構成要素である。そしてこの針状突起をもつ
構造体を如何に作るかが重要なポイントである。そこで
まず、本発明者が考案した、針状突起をシリコン基板に
作る方法を説明する。
Next, a method of manufacturing the DRAM of this embodiment will be described. In the present invention, the microneedle projection is an important component for the memory cell. An important point is how to make a structure having the needle-like projections. Therefore, first, a method of forming needle-like projections on a silicon substrate devised by the present inventors will be described.

【0027】本実施形態の針状体は錘型であり、基板に
突設形成される。このシリコン針状錐体は、単結晶シリ
コン基板又は単結晶シリコン層中に形成された不純物析
出領域をマイクロマスクとし、シリコン基板又はシリコ
ン層を高選択比異方性エッチングすることにより、マイ
クロマスクを頂点として形成することができる。
The needle-shaped body of the present embodiment is of a weight type and is formed so as to protrude from the substrate. This silicon needle-shaped cone is formed by using an impurity deposition region formed in a single-crystal silicon substrate or a single-crystal silicon layer as a micromask, and performing anisotropic etching of the silicon substrate or the silicon layer with a high selectivity to form a micromask. It can be formed as a vertex.

【0028】図3は、シリコン針状錐体の形成原理を表
している。シリコン基板(シリコン層でもよい)には、
不純物として例えば酸素を導入する。酸素が導入された
シリコン基板に対し熱処理を行うと、酸素が導入されて
いた領域に不純物析出領域として酸素析出領域(凝集し
た酸素とSiが結合した酸素析出欠陥SiO2)が形成
される(図3(a)→(b)参照)。
FIG. 3 shows the principle of forming a silicon needle cone. On a silicon substrate (or a silicon layer)
For example, oxygen is introduced as an impurity. When heat treatment is performed on the silicon substrate into which oxygen has been introduced, an oxygen precipitation region (oxygen precipitation defect SiO 2 in which agglomerated oxygen and Si are combined) is formed as an impurity precipitation region in the region into which oxygen has been introduced (FIG. 3 (a) → (b)).

【0029】熱処理後、このシリコン基板に対しSiO
2選択比の大きい条件で異方性エッチングを施すと、S
i結晶とエッチングレートの異なる(ここでは、Si結
晶よりもエッチングされ難い)酸素析出物がマイクロマ
スクとなり、このマスクを頂点としてSi錐体がエッチ
ング露出面に形成される(図7(d))。異方性エッチ
ングは、例えば、シリコン基板又はシリコン膜中の酸素
析出領域をマイクロマスクとする場合、ハロゲン系(B
r、Cl、F)ガスを含むガスを用いてドライエッチン
グ(例えば反応性イオンエッチング)により行うことが
できる。この様な条件でエッチングすれば、図3(d)
のような酸素析出領域を頂点とした錐体、ここでは、円
錐が得られる。
After the heat treatment, the silicon substrate is
2 When anisotropic etching is performed under the condition of large selectivity,
An oxygen precipitate having an etching rate different from that of the i crystal (which is harder to etch than the Si crystal in this case) serves as a micromask, and a silicon cone is formed on the exposed surface with the mask serving as a vertex (FIG. 7D). . In the anisotropic etching, for example, when an oxygen deposition region in a silicon substrate or a silicon film is used as a micromask, a halogen-based (B
It can be performed by dry etching (for example, reactive ion etching) using a gas containing (r, Cl, F) gas. By etching under such conditions, FIG.
A cone having the apex of the oxygen precipitation region as described above, here a cone, is obtained.

【0030】このように本発明では不純物析出領域をマ
イクロマスクに用いている。析出領域は好適にはイオン
注入および熱処理によって得られる。フォトリソグラフ
ィによって形成可能なマスクよりも十分に小さなマスク
が得られ、その結果として、非常に急峻で尖ったシリコ
ン針状錘体が形成される。この針状錘体は、後述するよ
うに量子ドットとしても機能し得る。
As described above, in the present invention, the impurity deposition region is used as a micromask. The deposition area is preferably obtained by ion implantation and heat treatment. A mask that is sufficiently smaller than the mask that can be formed by photolithography is obtained, resulting in a very steep and sharp silicon needle-shaped cone. This needle-shaped weight can also function as a quantum dot as described later.

【0031】具体的大きさについて説明すると、針先端
付近の曲率半径が数nm〜十数nmで、アスペクト比が
10程度の非常に細長い針状錐体が得られる。また、錐
体の底角は、例えば80゜程度或いはそれ以上と極めて
大きく、錐体の高さは、数μm程度とすることも可能で
ある。針状錐体のアスペクト比は、異方性エッチングに
用いる混合ガスの混合比などを制御することによって1
0以上にもできる(必要に応じて10より小さくするこ
とも可能である)。
Explaining the specific size, a very elongated needle cone having a radius of curvature near the tip of the needle of several nm to several tens of nm and an aspect ratio of about 10 can be obtained. Further, the base angle of the cone is extremely large, for example, about 80 ° or more, and the height of the cone can be about several μm. The aspect ratio of the needle-shaped cone is controlled to 1 by controlling the mixing ratio of a mixed gas used for anisotropic etching.
It can be greater than or equal to 0 (it can be less than 10 if necessary).

【0032】また上記の処理において、不純物析出領域
の平面位置および深さ位置を所定位置とすることによ
り、同じ形状・大きさの複数のシリコン針状錘体が形成
される。
In the above process, a plurality of silicon needle-shaped weights having the same shape and size are formed by setting the plane position and the depth position of the impurity deposition region to predetermined positions.

【0033】シリコン針状錘体の密度は、マイクロマス
クを形成するときの注入酸素量(ドーズ量)に応じて変
化する。そこで本実施形態では、図4に示すように、針
状錘体を形成したい領域を開口させるようなフォトリソ
グラフィを行い、好適な酸素ドーズ量条件で、開口した
領域に1個ほど針状錘体を形成できるようにする。これ
により、グリッド状にシリコン針状錘体を形成する。
The density of the silicon needle-shaped weight varies depending on the amount of oxygen injected (dose) when forming the micromask. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, photolithography is performed so as to open a region where the needle-shaped weight is to be formed, and approximately one needle-shaped weight is formed in the opened region under a suitable oxygen dose condition. Can be formed. Thereby, a silicon needle-shaped weight body is formed in a grid shape.

【0034】次に、図5から図7を参照して、針状結晶
を利用して図2のメモリセルを形成する方法の一例を説
明する。まず、図5(a)に示すように、p型シリコン
基板に上記の方法でシリコン針状結晶を形成し、それか
ら酸化させて熱酸化膜を形成する。熱酸化膜はシリコン
基板および針状結晶の全体を覆う。図5(b)では、熱
酸化膜をリソグラフィとドライエッチングにより部分的
に除去する。除去領域は、キャパシタ電極にスイッチン
グトランジスタのソース不純物濃度領域を接触させる領
域である。図5(c)では、減圧CVD法によってポリ
シリコンを全面に堆積させる。その後、ポリシリコン内
にリンを拡散させて、1021cm-3程度の高濃度にす
る。これによりポリシリコンが十分に導電性を有する。
ポリシリコンは、後にキャパシタ電極およびワード線に
なる。
Next, an example of a method of forming the memory cell of FIG. 2 using a needle crystal will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 5A, a silicon needle crystal is formed on a p-type silicon substrate by the above method, and then oxidized to form a thermal oxide film. The thermal oxide film covers the entire silicon substrate and the needle crystals. In FIG. 5B, the thermal oxide film is partially removed by lithography and dry etching. The removal region is a region where the source electrode concentration region of the switching transistor is brought into contact with the capacitor electrode. In FIG. 5C, polysilicon is deposited on the entire surface by a low pressure CVD method. Thereafter, phosphorus is diffused into the polysilicon to have a high concentration of about 10 21 cm -3 . As a result, the polysilicon has sufficient conductivity.
The polysilicon will later become capacitor electrodes and word lines.

【0035】図6(a)に移り、レジストを塗布し、そ
れからフォトリソグラフィによってレジストの一部領域
を露光、除去する。除去領域は、スイッチングトランジ
スタのソース、ドレイン不純物濃度層を形成すべき領域
である。なお、針状結晶の先端部分には、レジストの粘
性の作用でレジストが元から塗布されない。図6(b)
にてポリシリコンをドライエッチングする。ポリシリコ
ンは、キャパシタ電極部分とワード線部分とに分かれ
る。図6(c)では、As+がイオン注入され、スイッ
チングトランジスタのソースおよびドレイン不純物濃度
層が形成される。
Referring to FIG. 6A, a resist is applied, and a part of the resist is exposed and removed by photolithography. The removal region is a region where the source and drain impurity concentration layers of the switching transistor are to be formed. The resist is not originally applied to the tip of the needle-shaped crystal due to the viscosity of the resist. FIG. 6 (b)
Dry-etch polysilicon. The polysilicon is divided into a capacitor electrode portion and a word line portion. In FIG. 6C, As + ions are implanted to form source and drain impurity concentration layers of the switching transistor.

【0036】図7(a)に移り、プラズマCVDによっ
てボロンおよびリンがドープされた酸化膜を堆積させ
る。酸化膜は、針状結晶および不純物濃度層を含む全体
領域を覆い、絶縁膜として機能する。図7(b)では、
各電極の記号を取り出すためのコンタクトホールがエッ
チングによって形成される。そして、アルミニウムをス
パッタさせて、フォトリソグラフィとドライエッチング
によってターニングを行う。その結果、図示のように、
アルミニウムによってビット線が形成される。
Referring to FIG. 7A, an oxide film doped with boron and phosphorus is deposited by plasma CVD. The oxide film covers the entire region including the needle crystal and the impurity concentration layer, and functions as an insulating film. In FIG. 7B,
A contact hole for extracting a symbol of each electrode is formed by etching. Then, aluminum is sputtered, and turning is performed by photolithography and dry etching. As a result, as shown in the figure,
A bit line is formed of aluminum.

【0037】以上のようにして、図2のメモリセル、す
なわち、シリコン針状結晶に形成されたキャパシタと、
キャパシタの隣に接続されたトランジスタとを有するメ
モリセルが形成される。本実施形態では工程が比較的簡
単である、という利点も得られる。
As described above, the memory cell of FIG. 2, that is, the capacitor formed in the silicon needle crystal,
A memory cell having a transistor connected next to the capacitor is formed. This embodiment also has the advantage that the process is relatively simple.

【0038】<実施形態2.>次に、図8を参照し、本
発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態では、そ
の特徴として、シリコン結晶の針状体の側面にキャパシ
タ10を形成したことに加え、さらに針状体の一部にス
イッチングトランジスタが形成される。すなわち、キャ
パシタとスイッチングトランジスタの両方がシリコン針
状結晶に形成され、これによりメモリのさらなる集積化
が図られる。
<Embodiment 2. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of the present embodiment is that, in addition to the formation of the capacitor 10 on the side surface of the silicon crystal needle, a switching transistor is formed on a part of the needle. That is, both the capacitor and the switching transistor are formed in the silicon needle crystal, thereby further integrating the memory.

【0039】図8(a)は、メモリセルの正面断面図で
あり、図8(b)は図8(a)のB1−B1断面であ
り、図8(c)は、図8(a)のB2−B2断面であ
る。図示のように、キャパシタ30はシリコン結晶の針
状体31の側面に形成されている。スイッチングトラン
ジスタ40は、針状体31のふもと部分(根本、基部、
基端または基板側端部)に、キャパシタに隣接して形成
されている。キャパシタ30とトランジスタ40は絶縁
膜34で仕切られている。
FIG. 8A is a front sectional view of the memory cell, FIG. 8B is a sectional view taken along line B1-B1 of FIG. 8A, and FIG. 8C is a sectional view of FIG. 3 is a B2-B2 cross section of FIG. As shown, the capacitor 30 is formed on the side surface of the needle-shaped body 31 made of silicon crystal. The switching transistor 40 is provided at the base of the needle-shaped body 31 (the base, the base,
(At the base end or the end on the substrate side) adjacent to the capacitor. The capacitor 30 and the transistor 40 are separated by an insulating film 34.

【0040】まずキャパシタ30の構成について説明す
る。図2と同様に、シリコン基板1から円錐型の針状突
起31が突出している。ただし、図2では針状突起が接
地側のキャパシタ電極として機能したのと異なり、本実
施形態の針状突起31はスイッチ側キャパシタ電極とし
て機能する。針状突起31は、熱酸化膜からなる絶縁膜
32で覆われており、この絶縁膜32はシリコン基板1
の平坦部も覆っている。そして、キャパシタのもう一つ
の電極である接地側キャパシタ電極33(外側電極)
が、電極絶縁膜32を介して、針状突起11を囲んでい
る。接地側キャパシタ電極33は接地端子に接続されて
いる。好ましくはキャパシタ電極33は導電性を有する
ポリシリコンである。キャパシタ電極33のさらに外側
は絶縁膜34で覆われている。
First, the configuration of the capacitor 30 will be described. As in FIG. 2, a conical needle-like projection 31 protrudes from the silicon substrate 1. However, unlike the needle-like projections shown in FIG. 2 which functioned as the ground-side capacitor electrodes, the needle-like projections 31 of the present embodiment function as switch-side capacitor electrodes. The needle-like projections 31 are covered with an insulating film 32 made of a thermal oxide film.
The flat part is also covered. Then, the ground-side capacitor electrode 33 (outer electrode) which is another electrode of the capacitor
Surrounds the needle-like projection 11 via the electrode insulating film 32. The ground-side capacitor electrode 33 is connected to a ground terminal. Preferably, capacitor electrode 33 is made of conductive polysilicon. The outside of the capacitor electrode 33 is covered with an insulating film 34.

【0041】図2と異なり、キャパシタ電極33の下端
は、針状体31の中腹部の適当な高さに位置する。つま
り、キャパシタ30は、針状体31のふもと(基部)を
除いた、中腹より上の側面に形成されている。
Unlike FIG. 2, the lower end of the capacitor electrode 33 is located at an appropriate height in the middle of the needle 31. That is, the capacitor 30 is formed on the side surface above the middle, except for the base (base) of the needle-like body 31.

【0042】一方、スイッチングトランジスタ40に関
しては、ゲート電極部43aが、針状突起31の根本の
周囲を取り囲んでいる。ゲート電極部43aと針状突起
31の間には絶縁膜32が介在している。ゲート電極部
43aからワード線43が横方向に延びており、ワード
線43は基板平坦部の絶縁膜32上に形成されている。
ゲート電極部43aおよびワード線43は、好適には一
体に形成された導電性を有するポリシリコン層である。
トランジスタ40のビット線44は、針状突起31の下
側に形成されている。ビット線44は、シリコン基板1
内に形成されたn型不純物濃度層であり、基板表面に沿
って横方向に延びている。
On the other hand, in the switching transistor 40, the gate electrode portion 43a surrounds the periphery of the root of the needle-like projection 31. The insulating film 32 is interposed between the gate electrode portion 43a and the needle-like protrusion 31. A word line 43 extends in the horizontal direction from the gate electrode portion 43a, and the word line 43 is formed on the insulating film 32 on the flat portion of the substrate.
The gate electrode portion 43a and the word line 43 are preferably integrally formed conductive polysilicon layers.
The bit line 44 of the transistor 40 is formed below the needle-like projection 31. The bit line 44 is connected to the silicon substrate 1
An n-type impurity concentration layer formed therein, and extends laterally along the substrate surface.

【0043】このように、本実施形態においては、トラ
ンジスタ40は、シリコン針状結晶31のふもと(基
部)の周囲に形成したポリシリコン層をゲート電極とす
るMOSFETである。チャネルは、針状結晶のふもと
の周囲の熱酸化膜との界面に形成される。ワード線に信
号を与えるとチャネルがオンし、ビット線から針状結晶
へ向けて電子が流れ込む。
As described above, in the present embodiment, the transistor 40 is a MOSFET in which the polysilicon layer formed around the base (base) of the silicon needle crystal 31 is used as a gate electrode. The channel is formed at the interface with the thermal oxide film around the base of the needle crystal. When a signal is applied to the word line, the channel is turned on, and electrons flow from the bit line toward the needle crystal.

【0044】本実施形態においても、図2の形態と同様
の適当な形状の針状結晶を用いることにより、必要なキ
ャパシタ容量が確保される。本実施形態では、図2の形
態と比べると製造工程数は多くなる。しかしながら、シ
リコン針状結晶部にキャパシタとスイッチングトランジ
スタを形成したことにより、メモリセルの占有面積を縮
小でき、DRAMの高集積化が可能となる。シリコン針
状結晶の占有面積が実質的にメモリセルの占有面積に相
当する。したがって0.3μm×0.3μm程度という
ような小さなサイズのメモリセルを作ることができ、こ
のようにしてGbitクラスのDRAMを実現可能とな
る。
Also in the present embodiment, a necessary capacitor capacity is secured by using a needle-shaped crystal having an appropriate shape similar to that of the embodiment of FIG. In the present embodiment, the number of manufacturing steps is greater than in the embodiment of FIG. However, since the capacitor and the switching transistor are formed in the silicon needle crystal portion, the occupied area of the memory cell can be reduced, and the DRAM can be highly integrated. The area occupied by the silicon needle crystal substantially corresponds to the area occupied by the memory cell. Therefore, a memory cell having a small size of about 0.3 μm × 0.3 μm can be produced, and thus a Gbit class DRAM can be realized.

【0045】本実施形態は、本発明の範囲内で任意に変
形可能なことはもちろんである。すなわち、針状結晶の
ふもとトランジスタを形成し、その先端側にキャパシタ
を形成していれば、他の構成が採用されてもよい。
This embodiment can of course be arbitrarily modified within the scope of the present invention. That is, another configuration may be adopted as long as the base transistor of the needle-shaped crystal is formed and the capacitor is formed on the tip side thereof.

【0046】次に、図9から図11を参照し、本実施形
態のDRAMの製造方法の一例を説明する。まず、図9
(a)に示すように、p型シリコン基板から突出する円
錐型のシリコン針状結晶が形成される。この針状結晶
は、図3を用いて説明した本発明の特徴的な方法で形成
される。また、針状結晶底部の深さにリンをイオン注入
することによりn型不純物濃度層が形成される。n型不
純物濃度層は、シリコン針状結晶の下部から始まり、シ
リコン基板の表面に沿って横方向にのびる。この部分が
後にビット線として機能する。さらに、シリコン基板平
坦部およびシリコン針状結晶の全体を覆うように熱酸化
膜が形成される。
Next, an example of a method of manufacturing the DRAM of this embodiment will be described with reference to FIGS. First, FIG.
As shown in (a), conical silicon needle-like crystals projecting from the p-type silicon substrate are formed. This needle-like crystal is formed by the characteristic method of the present invention described with reference to FIG. Further, an n-type impurity concentration layer is formed by ion-implanting phosphorus into the depth of the needle-like crystal bottom. The n-type impurity concentration layer starts from the lower part of the silicon needle crystal and extends laterally along the surface of the silicon substrate. This part functions as a bit line later. Further, a thermal oxide film is formed so as to cover the entire silicon substrate flat portion and the silicon needle crystal.

【0047】図9(b)では、減圧CVD法によって熱
酸化膜の上にポリシリコンを堆積させる。その後、ポリ
シリコン内にリンを拡散させて、1021cm-3程度の高
濃度にし、十分な導電性を与える。図9(c)では、レ
ジストを塗布し、さらにフォトリソグラフィによってレ
ジストを除去する。レジストを残す領域は、ゲート電極
部(針状結晶部のふもと付近)とそこから延びるワード
線に相当する領域のみである。
In FIG. 9B, polysilicon is deposited on the thermal oxide film by a low pressure CVD method. After that, phosphorus is diffused into the polysilicon to have a high concentration of about 10 21 cm -3 to provide sufficient conductivity. In FIG. 9C, a resist is applied, and the resist is removed by photolithography. The region where the resist remains is only the region corresponding to the gate electrode portion (near the foot of the needle-like crystal portion) and the word line extending therefrom.

【0048】図10(a)に移り、ドライエッチングに
よりポリシリコン層が除去される。これにより、スイッ
チングトランジスタのゲート電極、ワード線のパターニ
ングが行われる。図10(b)では、熱酸化処理によっ
て熱酸化膜が形成される。熱酸化膜は、パターニングし
たポリシリコンの上に形成されるとともに、針状結晶の
中央から上部(ポリシリコンが成膜されていない部分)
にかけても形成される。次に、図10(c)に示すよう
に、減圧CVD法によってポリシリコンを堆積させる。
その後、このポリシリコン内にリンを拡散させて1021
cm-3程度の高濃度として、十分な導電性を与える。
Referring to FIG. 10A, the polysilicon layer is removed by dry etching. Thus, the gate electrode of the switching transistor and the word line are patterned. In FIG. 10B, a thermal oxide film is formed by the thermal oxidation process. The thermal oxide film is formed on the patterned polysilicon, and from the center of the needle-shaped crystal to the upper part (portion where the polysilicon is not formed).
Also formed over. Next, as shown in FIG. 10C, polysilicon is deposited by a low pressure CVD method.
After that, phosphorus is diffused into the polysilicon to make 10 21
Sufficient electrical conductivity is provided at a high concentration of about cm -3 .

【0049】次に、図10(c)の状態でドライエッチ
ングを行う。この場合、針状結晶の側壁の垂直膜厚bと
比較して結晶頂点部の垂直膜厚aは十分に小さい。針状
結晶の周囲(基板平坦部)のポリシリコン層の垂直膜厚
も十分に小さい。したがって、この膜厚の相違を利用
し、適当なドライエッチング処理条件を設定することに
より、針状結晶の側壁にのみポリシリコンを残し、その
他の部分のポリシリコンを全て除去することができる。
このエッチング処理の結果が図11(a)に示されてお
り、残ったポリシリコンが接地側キャパシタ電極とな
る。
Next, dry etching is performed in the state shown in FIG. In this case, the vertical thickness a at the top of the crystal is sufficiently smaller than the vertical thickness b on the side wall of the needle crystal. The vertical thickness of the polysilicon layer around the needle-shaped crystal (the flat portion of the substrate) is also sufficiently small. Therefore, by utilizing this difference in film thickness and setting appropriate dry etching processing conditions, it is possible to leave polysilicon only on the side walls of the needle-like crystals and remove all the polysilicon in other portions.
The result of this etching process is shown in FIG. 11A, and the remaining polysilicon becomes the ground-side capacitor electrode.

【0050】図11(b)にて、CVD法により酸化膜
を全面に堆積する。さらに、図11(c)で、CVD法
により形成した酸化膜にドライエッチング処理を施して
コンタクト部を形成する。コンタクト部は、キャパシタ
電極のためのポリシリコンの下端部分に到達する深さま
で形成される。このコンタクト部を介してポリシリコン
に接続するようにアルミニウムの配線が形成され、アル
ミニウム配線は接地される。その結果、キャパシタの外
側電極を接地する配線が形成される。なお、10(c)
と図8では接地用アルミニウム配線の配置が異なるが、
この配線は適当に変更可能である。
Referring to FIG. 11B, an oxide film is deposited on the entire surface by the CVD method. Further, in FIG. 11C, a contact portion is formed by performing a dry etching process on the oxide film formed by the CVD method. The contact portion is formed to a depth reaching the lower end portion of the polysilicon for the capacitor electrode. An aluminum wiring is formed so as to be connected to polysilicon via the contact portion, and the aluminum wiring is grounded. As a result, a wiring for grounding the outer electrode of the capacitor is formed. In addition, 10 (c)
8 and FIG. 8, the arrangement of the aluminum wiring for grounding is different.
This wiring can be changed appropriately.

【0051】以上のようにして、図8のメモリセル、す
なわち、シリコン針状結晶のふもとに形成されたスイッ
チングトランジスタと、その先端側に形成されたキャパ
シタとを有するメモリセルが形成される。
As described above, the memory cell of FIG. 8, that is, the memory cell having the switching transistor formed at the base of the silicon needle crystal and the capacitor formed at the tip thereof is formed.

【0052】<実施形態3.>次に、図12を参照し、
本発明の第3の実施形態について説明する。上述の実施
形態と同様に、本実施形態でもキャパシタ50とスイッ
チングトランジスタ60の両方がシリコン結晶の針状体
51上に形成される。ただし、本実施形態の特徴とし
て、スイッチングトランジスタ60は針状結晶51の先
端部に形成され、その他の部分にキャパシタ50が形成
される。
<Embodiment 3>> Next, referring to FIG.
A third embodiment of the present invention will be described. As in the above-described embodiment, in this embodiment, both the capacitor 50 and the switching transistor 60 are formed on the silicon crystal needle 51. However, as a feature of the present embodiment, the switching transistor 60 is formed at the tip of the needle-like crystal 51, and the capacitor 50 is formed at other portions.

【0053】図12(a)はメモリセルの正面断面図で
あり、図12(b)は、図12(a)のC1−C1断面
であり、図12(c)は、図12(a)のC2−C2断
面である。
FIG. 12A is a front sectional view of the memory cell, FIG. 12B is a sectional view taken along line C1-C1 of FIG. 12A, and FIG. 12C is a sectional view of FIG. 5 is a C2-C2 cross section of FIG.

【0054】まずキャパシタ50の構成について説明す
る。シリコン基板1に埋め込み酸化膜55が形成され、
酸化膜55の上にシリコン結晶の針状体51が突出して
いる。針状体51は、スイッチ側キャパシタ電極として
機能する。
First, the configuration of the capacitor 50 will be described. A buried oxide film 55 is formed in the silicon substrate 1,
Needle-like bodies 51 of silicon crystal project above oxide film 55. The needle-shaped body 51 functions as a switch-side capacitor electrode.

【0055】針状体51は熱酸化膜からなる絶縁膜52
により覆われている。そして、針状体51は、絶縁膜5
2を介して、キャパシタのもう一つの電極である接地側
キャパシタ電極53(外側電極)に囲まれている。接地
側キャパシタ電極53の下端は横方向に延びて接地端子
に接続されている。好ましくはキャパシタ電極53は導
電性を有するポリシリコンである。キャパシタ電極53
のさらに外側は絶縁膜54で覆われている。
The needle-like body 51 is an insulating film 52 made of a thermal oxide film.
Covered by Then, the needle-like body 51 is made of the insulating film 5.
2, the capacitor is surrounded by a ground-side capacitor electrode 53 (outer electrode), which is another electrode of the capacitor. The lower end of the ground-side capacitor electrode 53 extends in the horizontal direction and is connected to a ground terminal. Preferably, capacitor electrode 53 is polysilicon having conductivity. Capacitor electrode 53
Is further covered with an insulating film 54.

【0056】本実施形態では、キャパシタ50は、針状
体51の先端部分を除く領域、すなわち、中腹より下の
側面に形成されている。これに応じて、接地側キャパシ
タ電極53の設置範囲の上端は、針状体51の上端より
少し低い適当な高さに設定され、電極下端は針状体51
の下端と等しく設定されている。
In the present embodiment, the capacitor 50 is formed in a region other than the tip of the needle 51, that is, on the side surface below the middle. Accordingly, the upper end of the installation range of the ground-side capacitor electrode 53 is set to an appropriate height slightly lower than the upper end of the needle-shaped body 51, and the lower end of the electrode is set to the needle-shaped body 51.
It is set equal to the lower end of.

【0057】次に、スイッチングトランジスタ60の構
成について説明する。針状体51の先端付近は局所的に
ゲート電極部63aで囲まれている。ゲート電極部63
aと針状体51の間には絶縁膜52が介在している。ゲ
ート電極部63aと下方のキャパシタ電極53は絶縁膜
54で仕切られており、かつ、ゲート電極部63aは針
先端の少し下までしか達していない。ゲート電極部63
aからは横方向にワード線63が延びている。ゲート電
極部63aおよびワード線63は、好適には一体に形成
された導電性を有するポリシリコン層である。
Next, the configuration of the switching transistor 60 will be described. The vicinity of the tip of the needle 51 is locally surrounded by the gate electrode 63a. Gate electrode section 63
An insulating film 52 is interposed between a and the needle 51. The gate electrode portion 63a and the lower capacitor electrode 53 are separated by an insulating film 54, and the gate electrode portion 63a reaches only a little below the tip of the needle. Gate electrode section 63
A word line 63 extends laterally from a. The gate electrode portion 63a and the word line 63 are preferably integrally formed conductive polysilicon layers.

【0058】トランジスタ60のビット線64は、針状
体51の先端の上方に形成されている。ビット線64は
絶縁膜54の上に形成されているので、ビット線64と
針状体51の先端との間には、絶縁膜52および絶縁膜
54が介在している。ただし、図示のように、この部分
の絶縁膜54は薄く設けられている。
The bit line 64 of the transistor 60 is formed above the tip of the needle 51. Since the bit line 64 is formed on the insulating film 54, the insulating film 52 and the insulating film 54 are interposed between the bit line 64 and the tip of the needle 51. However, as shown, the insulating film 54 in this portion is provided thin.

【0059】このように、本実施形態では、針状結晶の
先端付近の周囲にゲート電極が形成され、かつ、針状結
晶の上方にビット線が形成されている。そしてこれらに
よってスイッチングトランジスタ60の機能が得られ
る。トランジスタのチャネルは、針状結晶の頂点付近に
て、熱酸化膜との界面部分に形成される。ワード線に信
号を与えると、チャネルがオンになり、ビット線から針
状結晶へと電子が流れ込む。
As described above, in the present embodiment, the gate electrode is formed around the vicinity of the tip of the needle-shaped crystal, and the bit line is formed above the needle-shaped crystal. Thus, the function of the switching transistor 60 is obtained. The channel of the transistor is formed near the vertex of the needle crystal at the interface with the thermal oxide film. When a signal is applied to the word line, the channel is turned on, and electrons flow from the bit line to the needle crystal.

【0060】このとき、針状結晶の先端が非常に細く、
ナノオーダの大きさなので、先端部分に高電界が生じ、
この高電界によって熱酸化膜の破壊がおきる。この酸化
膜破壊によって、ビット線のアルミニウムと針状結晶と
のコンタクトが確保される。
At this time, the tip of the needle-shaped crystal is very thin,
Because of the nano-order size, a high electric field is generated at the tip,
This high electric field causes destruction of the thermal oxide film. By this oxide film destruction, contact between the aluminum of the bit line and the needle-shaped crystal is secured.

【0061】以上、本実施形態のメモリセルについて説
明した。本実施形態でも、上述の実施形態と同様に、シ
リコン針状結晶にキャパシタとトランジスタを両方とも
形成したので、DRAMの高集積化が可能となる。メモ
リセルの占有面積は、実質的に針状結晶の占有面積に相
当する。針状結晶の先端の大きさを数ナノメートルとす
れば、メモリセルの占有面積は0.3μm×0.3μm
程度になり、GbitクラスのDRAMを実現可能であ
る。
The memory cell according to the present embodiment has been described above. In this embodiment, as in the above-described embodiment, both the capacitor and the transistor are formed in the silicon needle crystal, so that the DRAM can be highly integrated. The area occupied by the memory cell substantially corresponds to the area occupied by the needle crystal. Assuming that the size of the tip of the needle-shaped crystal is several nanometers, the occupied area of the memory cell is 0.3 μm × 0.3 μm
Gbit class DRAM can be realized.

【0062】さらに、本実施形態によれば、針状結晶の
先端がスイッチングトランジスタに用いられており、こ
の先端部はナノレベルの微細領域である。したがって、
供給バイアスを小さくすることによって、結晶先端部を
いわゆる量子ドットとする単電子トランジスタとして機
能することもできる。単電子トランジスタを設けたこと
により、消費電力を小さくすることができる。
Further, according to the present embodiment, the tip of the needle-like crystal is used for the switching transistor, and the tip is a nano-level fine region. Therefore,
By reducing the supply bias, it is possible to function as a single-electron transistor in which the tip of the crystal is a so-called quantum dot. With the provision of the single-electron transistor, power consumption can be reduced.

【0063】本実施形態は、本発明の範囲内で任意に変
形可能なことはもちろんである。すなわち、針状結晶の
先端にトランジスタを形成し、その下側にキャパシタを
形成していれば、他の構成が採用されてもよい。例え
ば、図12の埋め込み酸化膜55の代わりに、p型不純
物をドープしたシリコン基板(針状結晶部はn型不純物
濃度層)を用いたpn接合分離を採用してもよい。
This embodiment can of course be arbitrarily modified within the scope of the present invention. That is, another configuration may be adopted as long as a transistor is formed at the tip of the needle crystal and a capacitor is formed below the transistor. For example, instead of the buried oxide film 55 in FIG. 12, a pn junction isolation using a silicon substrate doped with a p-type impurity (the needle-like crystal part is an n-type impurity concentration layer) may be adopted.

【0064】次に、図13から図15を参照し、本実施
形態のDRAMの製造方法を説明する。まず、図13
(a)に示すように、SOI(Sillicon On
Insulator)を用意し、SOI基板の埋め込
み層上の単結晶層中にシリコン針状結晶を形成する。針
状結晶は、図3を用いて説明した本発明の特徴的な方法
で形成される。その後、熱酸化によってシリコン針状結
晶を酸化する。
Next, a method of manufacturing the DRAM of this embodiment will be described with reference to FIGS. First, FIG.
As shown in (a), SOI (Silicon On)
An insulator is prepared, and a silicon needle crystal is formed in the single crystal layer on the buried layer of the SOI substrate. The needle-like crystal is formed by the characteristic method of the present invention described with reference to FIG. Thereafter, the silicon needle crystals are oxidized by thermal oxidation.

【0065】図13(b)では、減圧CVD法によって
ポリシリコンを堆積させ、その後、ポリシリコン内にリ
ンを拡散させて1021cm-3程度の高濃度にし、導電性
を与える。図13(c)では、レジストの塗布およびフ
ォトリソグラフィを行う。レジストを残す領域は、シリ
コン針状結晶の先端を除く領域と、平坦部の接地線に相
当する領域のみである。
In FIG. 13B, polysilicon is deposited by a low pressure CVD method, and then phosphorus is diffused in the polysilicon to a high concentration of about 10 21 cm -3 to give conductivity. In FIG. 13C, application of a resist and photolithography are performed. The region where the resist is left is only the region excluding the tip of the silicon needle crystal and the region corresponding to the ground line in the flat portion.

【0066】図13(c)の状態からドライエッチング
を行う。すると、図14(a)に示すように、針状結晶
の下端から適当な高さまでの範囲(先端部を除く範
囲)、および、横方向に延びる接続部分、に導電性ポリ
シリコンが残る。すなわち、キャパシタの一方の電極領
域のパターニングが行われる。図14(b)では、レジ
スト除去後に熱酸化処理を行う。パターニングしたポリ
シリコンに熱酸化膜が形成される。それから、減圧CV
D法によって再びポリシリコンを堆積させ、ポリシリコ
ン内にリンを拡散させて、1021cm-3程度の高濃度に
して、導電性を与える。
Dry etching is performed from the state shown in FIG. Then, as shown in FIG. 14A, the conductive polysilicon remains in a range from the lower end of the needle-like crystal to an appropriate height (a range excluding the tip portion) and a connecting portion extending in the lateral direction. That is, patterning of one electrode region of the capacitor is performed. In FIG. 14B, a thermal oxidation process is performed after removing the resist. A thermal oxide film is formed on the patterned polysilicon. Then, decompression CV
Polysilicon is deposited again by the method D, and phosphorus is diffused into the polysilicon to increase the concentration to about 10 21 cm -3 to provide conductivity.

【0067】次に、図14(c)から図15(a)にか
けて、スイッチングトランジスタのゲート電極部、ワー
ド線の加工が行われる。図14(c)では、レジストの
塗布およびフォトリソグラフィを行う。針状結晶の先端
部の周囲のゲート電極部、および、そこからのびるワー
ド線部分、にレジストが残される。それから、図15
(a)に示すようにドライエッチングを行い、ゲート電
極部およびワード線以外のポリシリコンを除去する。
Next, from FIG. 14 (c) to FIG. 15 (a), the gate electrode portion of the switching transistor and the word line are processed. In FIG. 14C, application of a resist and photolithography are performed. The resist is left on the gate electrode around the tip of the needle crystal and on the word line extending therefrom. Then, FIG.
As shown in (a), dry etching is performed to remove polysilicon other than the gate electrode portion and the word line.

【0068】図15(b)では、レジスト除去後にCV
D法により酸化膜を堆積する。酸化膜は全体に形成さ
れ、絶縁膜として機能する。図15(c)では、シリコ
ン針状結晶先端部にアルミニウム配線を形成する。この
アルミニウム配線が、前述のようにビット線として機能
する。
In FIG. 15B, after removing the resist, the CV
An oxide film is deposited by the D method. The oxide film is formed entirely and functions as an insulating film. In FIG. 15C, an aluminum wiring is formed at the tip of the silicon needle crystal. This aluminum wiring functions as a bit line as described above.

【0069】以上のようにして、図12のメモリセル、
すなわち、シリコン針状結晶の先端に形成されたスイッ
チングトランジスタと、その下側に形成されたキャパシ
タとを有するメモリセルが形成される。
As described above, the memory cell shown in FIG.
That is, a memory cell having a switching transistor formed at the tip of the silicon needle crystal and a capacitor formed below the switching transistor is formed.

【0070】なお、実施形態1〜実施形態3に関して説
明した製造プロセスは一例であり、他のプロセスが用い
られてもよいことはもちろんである。さらに、本発明の
範囲内でのメモリセルの変形に応じて、製造プロセスも
適宜変更される。
The manufacturing processes described in the first to third embodiments are merely examples, and it goes without saying that other processes may be used. Further, the manufacturing process is appropriately changed according to the deformation of the memory cell within the scope of the present invention.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、メモリ
セルにシリコン結晶の針状体を設け、針状体の側面にキ
ャパシタを形成したので、小さな面積で大きなキャパシ
タ容量を確保できる。さらに、針状体にスイッチングト
ランジスタをも設けることで、メモリセルの占有面積を
大幅に小さくできる。適切な形状および構造を有する針
状体は、好ましくは本発明者が考案したマイクロマスク
を利用する異方性エッチング方法によって得られる。以
上より、半導体記憶装置の高集積化が可能となり、Gb
itクラスのDRAMが実現可能となる。
As described above, according to the present invention, a needle-like body of silicon crystal is provided in a memory cell, and a capacitor is formed on the side surface of the needle-like body, so that a large capacitor capacity can be secured with a small area. Furthermore, by providing a switching transistor on the needle-like body, the area occupied by the memory cell can be significantly reduced. Needles having an appropriate shape and structure are preferably obtained by an anisotropic etching method using a micromask devised by the present inventors. As described above, high integration of the semiconductor memory device becomes possible, and Gb
It becomes possible to realize an it class DRAM.

【0072】なお、ここではDRAMについて主として
説明したが、前述したように、DRAM以外のキャパシ
タを利用する半導体記憶装置にも本発明を同様に適用可
能なことはもちろんである。
Although the DRAM has been mainly described here, it goes without saying that the present invention can be similarly applied to a semiconductor memory device using a capacitor other than the DRAM, as described above.

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

【図1】 DRAMのメモリセルの基本的な構成を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a memory cell of a DRAM.

【図2】 本発明の第1の実施形態のDRAMのメモリ
セルの構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a memory cell of the DRAM according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 図2のメモリセルのシリコン針状体を生成す
る方法を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of generating a silicon needle-shaped body of the memory cell of FIG. 2;

【図4】 図3の処理で針状錘体を適当な配置に形成す
る方法を示す図である。
FIG. 4 is a view showing a method of forming needle-shaped weights in an appropriate arrangement by the processing of FIG. 3;

【図5】 図2のメモリセルを形成する工程を示す第1
の図である。
FIG. 5 is a first diagram illustrating a step of forming the memory cell of FIG. 2;
FIG.

【図6】 図2のメモリセルを形成する工程を示す第2
の図である。
FIG. 6 is a second diagram illustrating a step of forming the memory cell of FIG. 2;
FIG.

【図7】 図2のメモリセルを形成する工程を示す第3
の図である。
FIG. 7 is a third view showing a step of forming the memory cell of FIG. 2;
FIG.

【図8】 本発明の第2の実施形態のメモリセルの構成
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a memory cell according to a second embodiment of the present invention.

【図9】 図8のメモリセルを形成する工程を示す第1
の図である。
FIG. 9 is a first diagram illustrating a step of forming the memory cell of FIG. 8;
FIG.

【図10】 図8のメモリセルを形成する工程を示す第
2の図である。
FIG. 10 is a second diagram showing a step of forming the memory cell of FIG. 8;

【図11】 図8のメモリセルを形成する工程を示す第
3の図である。
FIG. 11 is a third diagram showing a step of forming the memory cell of FIG. 8;

【図12】 本発明の第3の実施形態のメモリセルの構
成を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a memory cell according to a third embodiment of the present invention.

【図13】 図12のメモリセルを形成する工程を示す
第1の図である。
FIG. 13 is a first diagram showing a step of forming the memory cell of FIG. 12;

【図14】 図12のメモリセルを形成する工程を示す
第2の図である。
FIG. 14 is a second diagram showing a step of forming the memory cell of FIG. 12;

【図15】 図12のメモリセルを形成する工程を示す
第3の図である。
FIG. 15 is a third diagram showing a step of forming the memory cell of FIG. 12;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板、10 キャパシタ、11 シリコン
針状体、12 絶縁膜、13 スイッチ側キャパシタ電
極、14 絶縁膜、20 スイッチングトランジスタ、
21 ソース不純物濃度層、22 ドレイン不純物濃度
層、23 ワード線、24 ビット線。
REFERENCE SIGNS LIST 1 silicon substrate, 10 capacitor, 11 silicon needle, 12 insulating film, 13 capacitor electrode on switch side, 14 insulating film, 20 switching transistor,
21 source impurity concentration layer, 22 drain impurity concentration layer, 23 word lines, 24 bit lines.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 光嶋 康一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 5F083 AD21 AD54 GA09 JA02 KA05 PR03 PR21 PR36  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Koichi Mitsushima 41-1, Oku-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture F-term in Toyota Central R & D Laboratories, Inc. 5F083 AD21 AD54 GA09 JA02 KA05 PR03 PR21 PR36

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 各メモリ単位を構成するキャパシタに電
荷を蓄えることにより情報を記憶する半導体記憶装置に
おいて、 各メモリ単位にシリコン結晶の針状体が形成され、この
針状体の側面を一方の電極としてキャパシタが形成され
ていることを特徴とする半導体記憶装置。
1. A semiconductor memory device for storing information by storing electric charge in a capacitor constituting each memory unit, wherein a needle of a silicon crystal is formed in each memory unit, and a side surface of the needle is connected to one side. A semiconductor memory device, wherein a capacitor is formed as an electrode.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体記憶装置におい
て、 さらに、前記シリコン結晶の針状体の一部に、前記キャ
パシタに電荷を供給するためのスイッチングトランジス
タが形成されていることを特徴とする半導体記憶装置。
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a switching transistor for supplying a charge to said capacitor is formed at a part of said needle-shaped body of said silicon crystal. Semiconductor storage device.
【請求項3】 請求項2に記載の半導体記憶装置におい
て、 前記スイッチングトランジスタは、前記シリコン結晶の
針状体のふもと部分に形成され、その先端側に前記キャ
パシタが形成されていることを特徴とする半導体記憶装
置。
3. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the switching transistor is formed at a foot of a needle-shaped body of the silicon crystal, and the capacitor is formed at a tip side thereof. Semiconductor storage device.
【請求項4】 請求項2に記載の半導体記憶装置におい
て、 前記スイッチングトランジスタは、前記シリコン結晶の
針状体の先端部分に形成され、その下側に前記キャパシ
タが形成されていることを特徴とする半導体記憶装置。
4. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the switching transistor is formed at a tip of a needle-like body of the silicon crystal, and the capacitor is formed below the needle. Semiconductor storage device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1330800C (en) * 2002-09-19 2007-08-08 东芝陶瓷株式会社 Acicular silicon crystal and process for producing the same
US8013321B2 (en) 2005-05-31 2011-09-06 Kyocera Corporation Composite comprising array of needle-like crystal, method for producing the same, photovoltaic conversion element, light emitting element, and capacitor

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US8207522B2 (en) 2005-05-31 2012-06-26 Kyocera Corporation Composite comprising array of needle-like crystal, method for producing the same, photovoltaic conversion element, light emitting element, and capacitor

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