JP2001320031A - Semiconductor storage device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor storage device and its manufacturing method

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JP2001320031A
JP2001320031A JP2000133547A JP2000133547A JP2001320031A JP 2001320031 A JP2001320031 A JP 2001320031A JP 2000133547 A JP2000133547 A JP 2000133547A JP 2000133547 A JP2000133547 A JP 2000133547A JP 2001320031 A JP2001320031 A JP 2001320031A
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trench
semiconductor
insulating film
forming
capacitor
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Takeshi Yoshida
毅 吉田
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve charge holding capability of a cell while the space factor of the cell is reduced, in a trench type DRAM cell. SOLUTION: A node electrode 22 of a trench capacitor is buried and formed in a surface part of, e.g. a P-type silicon substrate 11. Just above the node electrode 22, a transfer gate transistor constituted of a vertical type MOSFET is formed. As a result, the charge holding capability of a cell can be improved sufficiently without increasing the space factor of the cell.

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】この発明は、半導体記憶装置
およびその製造方法に関するもので、特に、トレンチ型
のDRAM(Dynamic Random Acces
s read write Memory)セルに関す
る。
The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a trench type DRAM (Dynamic Random Accesses).
s read write memory) cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体記憶装置は、年々、集積度の向上
が図られ、その進歩が著しい。取り分け、その中でも、
DRAMは高い集積度が要求されている。DRAMの集
積度を高めるときに重要になるのが、DRAMセルにお
けるトランスファーゲート・トランジスタのショートチ
ャネル特性の改善である。
2. Description of the Related Art The degree of integration of semiconductor memory devices has been improved year by year, and the progress has been remarkable. In particular, among them,
DRAMs are required to have a high degree of integration. An important factor in increasing the degree of integration of a DRAM is improving the short channel characteristics of the transfer gate transistor in the DRAM cell.

【0003】DRAMセルの電荷保持能力を決める一因
として、トランスファーゲート・トランジスタのカット
オフ電流がある。トランスファーゲート・トランジスタ
には、周辺回路で用いられるトランジスタより二桁以上
も低いカットオフ電流が求められている。
One factor that determines the charge retention capability of a DRAM cell is the cutoff current of a transfer gate transistor. Transfer gate transistors are required to have a cutoff current that is at least two orders of magnitude lower than transistors used in peripheral circuits.

【0004】しかしながら、DRAMの高集積化が進
み、現在では、トランスファーゲート・トランジスタの
ゲート長は0.2μmを切り、最先端のものでは0.1
μmに届こうとしている。そのため、トランスファーゲ
ート・トランジスタのショートチャネル効果を抑えて、
十分に低いカットオフ電流を達成することが非常に難し
くなってきている。
However, as the integration of DRAMs has increased, the transfer gate transistor has a gate length of less than 0.2 μm, and the latest one has a gate length of less than 0.1 μm.
It is about to reach μm. Therefore, the short channel effect of the transfer gate transistor is suppressed,
It has become very difficult to achieve a sufficiently low cutoff current.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、高集積化が進められる一方で、トランスフ
ァーゲート・トランジスタのショートチャネル効果を抑
えて、十分に低いカットオフ電流を達成することが非常
に難しくなってきているという問題があった。
As described above, in the prior art, while achieving high integration, it is necessary to achieve a sufficiently low cutoff current by suppressing the short channel effect of the transfer gate transistor. There was a problem that it was becoming very difficult.

【0006】そこで、この発明は、セルの占有面積を圧
倒的に小さくでき、しかも、トランスファーゲート・ト
ランジスタのカットオフ電流を十分に低くして、セルの
電荷保持能力を高めることが可能な半導体記憶装置およ
びその製造方法を提供することを目的としている。
Therefore, the present invention provides a semiconductor memory capable of greatly reducing the cell occupation area, and further, capable of sufficiently reducing the cut-off current of the transfer gate transistor and increasing the charge retention capability of the cell. It is an object to provide an apparatus and a method for manufacturing the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体記憶装置にあっては、半導体基
板と、この半導体基板の主表面部に形成されたトレンチ
キャパシタと、このトレンチキャパシタの上部に設けら
れ、前記半導体基板の表面に対して垂直方向に電荷キャ
リアが移動する縦型トランジスタとを具備したことを特
徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to the present invention comprises a semiconductor substrate, a trench capacitor formed on a main surface of the semiconductor substrate, and a trench capacitor. A vertical transistor provided on the capacitor, wherein the charge carriers move in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate.

【0008】また、この発明の半導体記憶装置の製造方
法にあっては、半導体基板の主表面部にトレンチを開孔
する工程と、前記トレンチの壁面部に、トレンチキャパ
シタのキャパシタ絶縁膜を形成する工程と、前記キャパ
シタ絶縁膜を介して、前記トレンチの内部にトレンチキ
ャパシタのノード電極を埋め込む工程と、前記キャパシ
タ絶縁膜に沿う、前記半導体基板の一部にトレンチキャ
パシタのプレート電極を形成する工程と、前記半導体基
板の主表面上に絶縁膜を介して、縦型トランジスタのゲ
ート電極を形成する工程と、前記ゲート電極および前記
絶縁膜を貫通し、前記ノード電極に達する貫通孔を開孔
する工程と、前記貫通孔の側壁面に、縦型トランジスタ
のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を
介して、前記貫通孔内に縦型トランジスタのチャネルと
なる半導体層を埋め込む工程と、前記半導体層の下方部
に縦型トランジスタの第1の拡散層を、また、前記半導
体層の上方部に縦型トランジスタの第2の拡散層を、そ
れぞれ形成する工程とを備えてなることを特徴とする。
In the method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, a step of forming a trench in a main surface of a semiconductor substrate and a step of forming a capacitor insulating film of a trench capacitor on a wall surface of the trench are performed. A step of burying a node electrode of the trench capacitor inside the trench via the capacitor insulating film, and a step of forming a plate electrode of the trench capacitor on a part of the semiconductor substrate along the capacitor insulating film. Forming a gate electrode of a vertical transistor on a main surface of the semiconductor substrate via an insulating film, and forming a through hole penetrating the gate electrode and the insulating film and reaching the node electrode; Forming a gate insulating film of a vertical transistor on a side wall surface of the through hole; and forming the gate insulating film through the gate insulating film. Embedding a semiconductor layer serving as a channel of the vertical transistor therein, a first diffusion layer of the vertical transistor below the semiconductor layer, and a second diffusion layer of the vertical transistor above the semiconductor layer. Forming diffusion layers, respectively.

【0009】さらに、この発明の半導体記憶装置の製造
方法にあっては、半導体基板の主表面上に絶縁膜を介し
て縦型トランジスタのゲート電極を形成する工程と、前
記ゲート電極および前記絶縁膜を貫通して、前記半導体
基板の表面に達する貫通孔を開孔する工程と、前記半導
体基板の主表面部に前記貫通孔につながるトレンチを開
孔する工程と、前記トレンチの壁面部にトレンチキャパ
シタのキャパシタ絶縁膜を、また、前記貫通孔の壁面部
に縦型トランジスタのゲート絶縁膜を、同一膜により形
成する工程と、前記キャパシタ絶縁膜を介して、前記ト
レンチの内部にトレンチキャパシタのノード電極を埋め
込む工程と、前記ゲート絶縁膜を介して、前記貫通孔内
に半導体層を埋め込む工程と、前記半導体層の下方部に
第1の拡散層を、また、前記半導体層の上方部に第2の
拡散層を、それぞれ形成する工程とを備えてなることを
特徴とする。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, a step of forming a gate electrode of a vertical transistor on a main surface of a semiconductor substrate via an insulating film, the step of forming the gate electrode and the insulating film Forming a through-hole reaching the surface of the semiconductor substrate by penetrating the semiconductor substrate; opening a trench connected to the through-hole in a main surface portion of the semiconductor substrate; and forming a trench capacitor on a wall surface of the trench. Forming a capacitor insulating film of the same type, and a gate insulating film of a vertical transistor on the wall portion of the through hole by the same film; and forming a node electrode of the trench capacitor inside the trench via the capacitor insulating film. Embedding a semiconductor layer in the through-hole via the gate insulating film; and forming a first diffusion layer below the semiconductor layer. And, a second diffusion layer in the upper portion of the semiconductor layer, characterized by comprising a step for forming, respectively.

【0010】この発明の半導体記憶装置およびその製造
方法によれば、縦型トランジスタとトレンチキャパシタ
とを極めて近接させて配置できるようになる。これによ
り、セルの占有面積を増やすことなく、セルの電荷保持
能力を十分に高めることが可能となるものである。
According to the semiconductor memory device and the method of manufacturing the same of the present invention, the vertical transistor and the trench capacitor can be arranged very close to each other. This makes it possible to sufficiently increase the charge holding capacity of the cell without increasing the area occupied by the cell.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】(第1の実施形態)図1〜図14は、本発
明の第1の実施形態にかかるトレンチ型のDRAMセル
の、製造方法の概略を示すものである。
(First Embodiment) FIGS. 1 to 14 schematically show a method of manufacturing a trench type DRAM cell according to a first embodiment of the present invention.

【0013】まず、図1に示すように、半導体基板、た
とえば4〜6Ω・cmの比抵抗を有するP型シリコン基
板(面方位(100))11の表面を酸化して100オ
ングストローム厚程度の熱酸化膜12を形成した後、そ
の上に、1500オングストローム厚程度のシリコン窒
化膜13、3000オングストローム厚程度のシリコン
酸化膜14を、それぞれCVD法により堆積する。
First, as shown in FIG. 1, the surface of a semiconductor substrate, for example, a P-type silicon substrate (plane orientation (100)) 11 having a specific resistance of 4 to 6 .OMEGA. After the oxide film 12 is formed, a silicon nitride film 13 having a thickness of about 1500 Å and a silicon oxide film 14 having a thickness of about 3000 Å are deposited thereon by the CVD method.

【0014】次に、図2に示すように、一辺が0.4μ
m長程度の正方形の孔が形成されたフォトレジスト膜1
5をエッチングマスクとして、上記シリコン酸化膜1
4、上記シリコン窒化膜13、上記熱酸化膜12をそれ
ぞれRIE法により除去する。
Next, as shown in FIG.
Photoresist film 1 in which a square hole of about m length is formed
5 using the silicon oxide film 1 as an etching mask.
4. The silicon nitride film 13 and the thermal oxide film 12 are respectively removed by RIE.

【0015】次に、上記フォトレジスト膜15を除去し
た後、図3に示すように、上記シリコン酸化膜14、上
記シリコン窒化膜13、上記熱酸化膜12をトレンチ形
成用のマスクに用いて、上記シリコン基板11の表面部
に深さ5μm程度のトレンチ16をRIE法により形成
する。
Next, after the photoresist film 15 is removed, as shown in FIG. 3, the silicon oxide film 14, the silicon nitride film 13, and the thermal oxide film 12 are used as a mask for forming a trench. A trench 16 having a depth of about 5 μm is formed on the surface of the silicon substrate 11 by RIE.

【0016】次に、図4に示すように、砒素(As)を
高濃度に含んだシリコン酸化膜(AsSG膜)17を5
00オングストローム程度の厚さで堆積させ、さらに、
その上に不純物を含まないシリコン酸化膜18を500
オングストローム程度の厚さで堆積させる。そして、9
00℃程度の温度でアニールを行って、トレンチ16の
側壁部にN型のトレンチキャパシタのプレート電極19
を形成する。
Next, as shown in FIG. 4, a silicon oxide film (AsSG film) 17 containing a high concentration of arsenic (As)
Deposited in a thickness of about 00 angstroms,
A silicon oxide film 18 containing no impurities is formed thereon by 500
Deposit in a thickness of about Angstrom. And 9
Annealing is performed at a temperature of about 00 ° C. to form a plate electrode 19 of an N-type trench capacitor on the side wall of the trench 16.
To form

【0017】次に、図5に示すように、上記AsSG膜
17および上記シリコン酸化膜18をフッ酸により除去
する。その後、70オングストローム厚程度のシリコン
窒化膜20をLPCVD法により堆積し、さらに、略9
00℃の温度で熱酸化して、上記シリコン窒化膜20上
に30オングストローム厚程度の酸化膜21を形成する
ことによって、トレンチのキャパシタ絶縁膜となるNO
膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, the AsSG film 17 and the silicon oxide film 18 are removed with hydrofluoric acid. Thereafter, a silicon nitride film 20 having a thickness of about 70 angstroms is deposited by the LPCVD method.
By thermally oxidizing at a temperature of 00 ° C. to form an oxide film 21 having a thickness of about 30 Å on the silicon nitride film 20, NO which becomes a capacitor insulating film of a trench is formed.
Form a film.

【0018】次に、図6に示すように、砒素が高濃度に
ドーピングされたポリシリコン膜を約3000オングス
トロームの厚さに堆積して、上記トレンチ16の内部を
埋め込む。さらに、全面にRIE法によるエッチングを
かけて、上記ポリシリコン膜の上面の高さが、上記シリ
コン基板11の表面の高さよりも約500オングストロ
ーム下方にくるように加工を行って、トレンチキャパシ
タのノード電極22を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, a polysilicon film heavily doped with arsenic is deposited to a thickness of about 3000 Å to fill the trench 16. Further, the entire surface is etched by RIE so that the height of the upper surface of the polysilicon film is lower than the height of the surface of the silicon substrate 11 by about 500 angstroms. An electrode 22 is formed.

【0019】次に、図7に示すように、シリコン酸化膜
23を3000オングストローム程度の厚さで堆積させ
る。そして、CMP法によって上記シリコン窒化膜13
をストッパー膜に用いて平坦化を行い、上記ノード電極
22の上部を埋め込むようにシリコン酸化膜23を加工
する。その後、上記シリコン窒化膜13を高温の燐酸に
より除去する。
Next, as shown in FIG. 7, a silicon oxide film 23 is deposited to a thickness of about 3000 angstroms. Then, the silicon nitride film 13 is formed by a CMP method.
Is used as a stopper film to planarize the silicon oxide film 23 so as to bury the upper part of the node electrode 22. Thereafter, the silicon nitride film 13 is removed with high-temperature phosphoric acid.

【0020】次に、図8に示すように、フッ酸により上
記シリコン酸化膜23の上面の高さが、上記シリコン基
板11の表面の高さと同じになるようにエッチングし
て、トレンチキャパシタを完成させる。
Next, as shown in FIG. 8, etching is performed with hydrofluoric acid so that the height of the upper surface of the silicon oxide film 23 is the same as the height of the surface of the silicon substrate 11, thereby completing a trench capacitor. Let it.

【0021】次に、図9に示すように、上記P型シリコ
ン基板11上に1000オングストローム厚程度のシリ
コン酸化膜24を堆積し、その上に、P(リン)が高濃
度にドーピングされた低抵抗のポリシリコン膜を300
0オングストローム程度の厚さで堆積させる。その後、
フォトレジスト膜(図示していない)をマスク材とし
て、上記ポリシリコン膜を所望の形にRIE法により加
工して、トランスファーゲート・トランジスタとなる縦
形MOSFETのゲート電極25を形成する。
Next, as shown in FIG. 9, a silicon oxide film 24 having a thickness of about 1000 angstroms is deposited on the P-type silicon substrate 11, and a low concentration P (phosphorus) doped at a high concentration is deposited thereon. 300 polysilicon film of resistance
It is deposited with a thickness of about 0 Å. afterwards,
Using the photoresist film (not shown) as a mask material, the polysilicon film is processed into a desired shape by RIE to form a gate electrode 25 of a vertical MOSFET serving as a transfer gate transistor.

【0022】さらに、フォトレジスト膜を除去した後、
上記ゲート電極25上に、シリコン酸化膜を6000オ
ングストローム程度の厚さに堆積する。そして、その表
面をCMP法により研磨して平坦化し、上記ゲート電極
25上に2000オングストローム程度の厚さでシリコ
ン酸化膜26が残るようにする。
Further, after removing the photoresist film,
On the gate electrode 25, a silicon oxide film is deposited to a thickness of about 6000 angstroms. Then, the surface is polished and flattened by the CMP method so that the silicon oxide film 26 is left on the gate electrode 25 with a thickness of about 2000 Å.

【0023】次に、図10に示すように、上記シリコン
酸化膜26上に、一辺が0.3μm長程度の正方形の孔
が開孔されたフォトレジスト膜27を形成する。このフ
ォトレジスト膜27は、上記シリコン基板11の表面か
ら見た平面上の位置として、上記トレンチキャパシタ
(トレンチキャパシタのノード電極22)の内側に対応
するように、上記孔が形成される。
Next, as shown in FIG. 10, on the silicon oxide film 26, a photoresist film 27 in which a square hole having a side of about 0.3 μm in length is formed. The holes are formed in the photoresist film 27 so as to correspond to the inside of the trench capacitor (the node electrode 22 of the trench capacitor) as a position on a plane viewed from the surface of the silicon substrate 11.

【0024】その後、上記フォトレジスト膜27をマス
クにして、上記シリコン酸化膜26、上記ゲート電極2
5、上記シリコン酸化膜24、および、上記シリコン酸
化膜23を全て貫き、上記トレンチ16内に埋められた
トレンチキャパシタのノード電極(ポリシリコン膜)2
2に到達するように、RIE法により開孔部28を形成
する。この場合、RIEは、ガスや温度などを変更しな
がら、各膜に対して最適な条件によってエッチングが行
われるように制御される。
Thereafter, using the photoresist film 27 as a mask, the silicon oxide film 26, the gate electrode 2
5. A node electrode (polysilicon film) 2 of a trench capacitor penetrating through the silicon oxide film 24 and the silicon oxide film 23 and buried in the trench 16
An opening 28 is formed by RIE so as to reach No. 2. In this case, RIE is controlled so that etching is performed on each film under optimum conditions while changing gas, temperature, and the like.

【0025】次に、上記フォトレジスト膜27を除去し
た後、図11に示すように、100オングストローム厚
程度の酸化膜(ゲート絶縁膜)29を堆積し、それを8
00℃程度の酸素雰囲気中でデンシファイする。
Next, after removing the photoresist film 27, as shown in FIG. 11, an oxide film (gate insulating film) 29 having a thickness of about 100 angstroms is deposited.
Densify in an oxygen atmosphere at about 00 ° C.

【0026】その後、ボロン(B)を低濃度に含んだア
モルファスシリコンを、LPCVD法により500オン
グストローム厚程度に堆積する。そして、そのアモルフ
ァスシリコンをRIE法により全面エッチングし、開孔
部28の側壁にアモルファスシリコン膜30が残るよう
に加工する。
Thereafter, amorphous silicon containing boron (B) at a low concentration is deposited to a thickness of about 500 angstroms by LPCVD. Then, the entire surface of the amorphous silicon is etched by the RIE method, and processing is performed so that the amorphous silicon film 30 remains on the side wall of the opening 28.

【0027】次に、図12に示すように、トレンチキャ
パシタのノード電極22上の酸化膜29を希フッ酸によ
り除去した後、ボロンを低濃度に含んだアモルファスシ
リコン膜31を2000オングストローム程度の厚さに
堆積して、上記開孔部28内を埋め込む。
Next, as shown in FIG. 12, after the oxide film 29 on the node electrode 22 of the trench capacitor is removed by dilute hydrofluoric acid, an amorphous silicon film 31 containing boron at a low concentration is formed to a thickness of about 2,000 angstroms. Then, the inside of the opening 28 is buried.

【0028】その後、600℃程度の温度でアニール
し、上記アモルファスシリコン膜30,31を再結晶化
して、グレインが大きくて結晶欠陥の比較的少ないポリ
シリコン膜(半導体層)を形成する。
Thereafter, annealing is performed at a temperature of about 600 ° C., and the amorphous silicon films 30 and 31 are recrystallized to form a polysilicon film (semiconductor layer) having large grains and relatively few crystal defects.

【0029】次に、図13に示すように、CMP法を用
いて再結晶化したポリシリコン膜32を全面研磨し、後
にチャネルが形成されるポリシリコン膜32によって上
記開孔部28内を完全に埋め込む。
Next, as shown in FIG. 13, the entire surface of the recrystallized polysilicon film 32 is polished by the CMP method, and the inside of the opening 28 is completely polished by the polysilicon film 32 in which a channel is formed later. Embed in

【0030】さらに、砒素をイオン注入した後、それを
850℃程度の温度によりアニールして活性化させ、縦
形MOSFETの上部の拡散層33と下部の拡散層34
とを形成する。下部の拡散層34は、トレンチキャパシ
タのノード電極22中に含まれる砒素が拡散されること
によって形成される。
Further, after arsenic is ion-implanted, the arsenic is annealed at a temperature of about 850 ° C. to activate the arsenic.
And are formed. The lower diffusion layer 34 is formed by diffusing arsenic contained in the node electrode 22 of the trench capacitor.

【0031】また、縦形MOSFETの上部/下部の各
拡散層33,34は、その一部が、上記ゲート電極25
とオーバーラップするように、つまり、縦形MOSFE
Tのソース/ドレインがオフセット構造にならないよう
に、砒素の拡散する距離を活性化アニールの条件を調整
することによって制御する。
Each of the upper and lower diffusion layers 33 and 34 of the vertical MOSFET is partially formed by the gate electrode 25.
And overlap, that is, vertical MOSFE
The arsenic diffusion distance is controlled by adjusting the activation annealing condition so that the T source / drain does not have an offset structure.

【0032】次に、図14に示すように、上記シリコン
酸化膜26に縦形MOSFETのゲート電極25へのコ
ンタクト孔を形成した後、TiNのバリアメタル膜3
5、Al膜36をスパッタ法により堆積し、上部の拡散
層33上にDRAMのセルアレイのビット線を形成する
とともに、ワード線となるゲート電極25への配線を形
成する。
Next, as shown in FIG. 14, after a contact hole to the gate electrode 25 of the vertical MOSFET is formed in the silicon oxide film 26, the barrier metal film 3 of TiN is formed.
5. An Al film 36 is deposited by a sputtering method, and a bit line of a DRAM cell array is formed on the upper diffusion layer 33, and a wiring to the gate electrode 25 serving as a word line is formed.

【0033】その後、プラズマCVD法によって酸化膜
37およびシリコン窒化膜38をそれぞれ3000オン
グストローム程度の厚さに堆積させて、最上層の保護膜
を形成することにより、トレンチ型のDRAMセルを完
成させる。
Thereafter, an oxide film 37 and a silicon nitride film 38 are deposited to a thickness of about 3000 angstroms, respectively, by a plasma CVD method to form an uppermost protective film, thereby completing a trench type DRAM cell.

【0034】このようなトレンチ型のDRAMセルによ
れば、トレンチキャパシタのノード電極のすぐ直上に、
縦形のトランジスタで構成されたトランスファーゲート
・トランジスタを設けるようにしているため、トランス
ファーゲート・トランジスタとトレンチキャパシタとを
極めて近接させて配置できるようになる。これにより、
シリコン基板上にトランスファーゲート・トランジスタ
とトレンチキャパシタとを並べて配置する、通常の構造
のトレンチ型セルと比較して、セルの占有面積を圧倒的
に小さくすることができる。
According to such a trench type DRAM cell, immediately above the node electrode of the trench capacitor,
Since the transfer gate transistor constituted by the vertical transistor is provided, the transfer gate transistor and the trench capacitor can be arranged very close to each other. This allows
The occupied area of the cell can be significantly reduced as compared with the conventional trench type cell in which the transfer gate transistor and the trench capacitor are arranged side by side on the silicon substrate.

【0035】また、トレンチキャパシタのノード電極お
よびトランスファーゲート・トランジスタとシリコン基
板とを、絶縁膜によって電気的に分離してやることによ
り、キャパシタに保持された電荷はトランスファーゲー
ト・トランジスタを介してビット線へと流れるリークパ
スしかないため、トランスファーゲート・トランジスタ
のカットオフ電流がそのままセルの電荷保持能力とな
る。
Further, by electrically separating the node electrode and the transfer gate transistor of the trench capacitor from the silicon substrate by the insulating film, the electric charge held in the capacitor is transferred to the bit line via the transfer gate transistor. Since there is only a leak path that flows, the cutoff current of the transfer gate transistor directly serves as the charge retention capability of the cell.

【0036】すなわち、縦形トランジスタのカットオフ
電流は、チャネルが形成されるポリシリコン膜32の断
面積に比例し、縦方向のゲート電極25の膜厚、つまり
ゲート長に逆比例する。したがって、カットオフ電流を
抑えるには、加工技術が許す限り、開孔部28内に埋め
込まれる柱状のポリシリコン膜32の断面積を縮小し、
かつ、ゲート長、つまりゲート電極25の膜厚を厚くす
れば良い。この場合、ポリシリコン膜32の断面積の縮
小やゲート電極25の膜厚の増加は、いずれもセルの占
有面積を増やす方向には働かないので、セルの占有面積
を増やすことなしに、セルの電荷保持能力を高めること
ができる。
That is, the cut-off current of the vertical transistor is proportional to the cross-sectional area of the polysilicon film 32 where the channel is formed, and is inversely proportional to the thickness of the gate electrode 25 in the vertical direction, that is, the gate length. Therefore, in order to suppress the cut-off current, the cross-sectional area of the columnar polysilicon film 32 embedded in the opening 28 is reduced as far as the processing technology allows.
In addition, the gate length, that is, the thickness of the gate electrode 25 may be increased. In this case, the reduction in the cross-sectional area of the polysilicon film 32 and the increase in the film thickness of the gate electrode 25 do not work in the direction of increasing the occupied area of the cell, and therefore, without increasing the occupied area of the cell. The charge holding ability can be increased.

【0037】(第2の実施形態)図15〜図24は、本
発明の第2の実施形態にかかるトレンチ型のDRAMセ
ルの、製造方法の概略を示すものである。
(Second Embodiment) FIGS. 15 to 24 schematically show a method of manufacturing a trench type DRAM cell according to a second embodiment of the present invention.

【0038】まず、図15に示すように、たとえば、
0.005Ω・cm〜0.01Ω・cmの比抵抗を有す
るP+型シリコン基板(面方位(100))51上に、
比抵抗が4〜6Ω・cmのP型シリコン層(トレンチキ
ャパシタのプレート電極)52を約1μmの厚さでエピ
タキシャル成長させたエピタキシャル基板(半導体基
板)を用意する。
First, as shown in FIG.
On a P + type silicon substrate (plane orientation (100)) 51 having a specific resistance of 0.005 Ω · cm to 0.01 Ω · cm,
An epitaxial substrate (semiconductor substrate) is prepared by epitaxially growing a P-type silicon layer (plate electrode of a trench capacitor) 52 having a specific resistance of 4 to 6 Ω · cm with a thickness of about 1 μm.

【0039】次に、図16に示すように、上記P型シリ
コン層52上に1000オングストローム厚程度のシリ
コン酸化膜53を堆積し、その上に、リンが高濃度にド
ーピングされた低抵抗のポリシリコン膜を3000オン
グストローム程度の厚さで堆積させる。その後、フォト
レジスト膜(図示していない)をマスク材として、上記
ポリシリコン膜を所望の形にRIE法により加工して、
トランスファーゲート・トランジスタとなる縦形MOS
FETのゲート電極54を形成する。
Next, as shown in FIG. 16, a silicon oxide film 53 having a thickness of about 1000 Å is deposited on the P-type silicon layer 52, and a low-resistance polysilicon doped with a high concentration of phosphorus is formed thereon. A silicon film is deposited to a thickness of about 3000 angstroms. Thereafter, the polysilicon film is processed into a desired shape by RIE using a photoresist film (not shown) as a mask material.
Vertical MOS as transfer gate transistor
The gate electrode 54 of the FET is formed.

【0040】さらに、フォトレジスト膜を除去した後、
上記ゲート電極54上に、シリコン酸化膜を5000オ
ングストローム程度の厚さに堆積する。そして、その表
面をCMP法により研磨して平坦化し、上記ゲート電極
54上に1500オングストローム程度の厚さでシリコ
ン酸化膜55が残るようにする。
Further, after removing the photoresist film,
On the gate electrode 54, a silicon oxide film is deposited to a thickness of about 5000 angstroms. Then, the surface is polished and flattened by the CMP method so that the silicon oxide film 55 is left with a thickness of about 1500 Å on the gate electrode 54.

【0041】次に、図17に示すように、シリコン窒化
膜56を1000オングストローム程度の厚さに堆積
し、さらに、シリコン酸化膜57を3000オングスト
ローム程度の厚さに堆積した後、その上に、一辺が0.
4μm長程度の正方形の孔が開孔されたフォトレジスト
膜58を形成する。
Next, as shown in FIG. 17, a silicon nitride film 56 is deposited to a thickness of about 1000 angstroms, and a silicon oxide film 57 is further deposited to a thickness of about 3000 angstroms. One side is 0.
A photoresist film 58 having a square hole having a length of about 4 μm is formed.

【0042】次に、図18に示すように、上記フォトレ
ジスト膜58をマスクにして、上記シリコン酸化膜5
7、上記シリコン窒化膜56、上記シリコン酸化膜5
5、上記ゲート電極54、および、上記シリコン酸化膜
53を全て貫き、上記P型シリコン層52に到達するよ
うに、RIE法により開孔窓(貫通孔)を形成する。こ
の場合、RIEは、ガスや温度などを変更しながら、各
膜に対して最適な条件によってエッチングが行われるよ
うに制御される。
Next, as shown in FIG. 18, using the photoresist film 58 as a mask, the silicon oxide film 5 is formed.
7, the silicon nitride film 56, the silicon oxide film 5
5. An opening window (through hole) is formed by RIE so as to penetrate all of the gate electrode 54 and the silicon oxide film 53 and reach the P-type silicon layer 52. In this case, RIE is controlled so that etching is performed on each film under optimum conditions while changing gas, temperature, and the like.

【0043】次に、フォトレジスト膜58を除去した
後、図19に示すように、上記シリコン酸化膜57をマ
スク材として用いて、上記P型シリコン層52を貫通
し、上記シリコン基板51に達する、5μm程度の深さ
のトレンチ59を形成する。
Next, after removing the photoresist film 58, as shown in FIG. 19, the silicon oxide film 57 is used as a mask material to penetrate the P-type silicon layer 52 and reach the silicon substrate 51. A trench 59 having a depth of about 5 μm is formed.

【0044】次に、図20に示すように、70オングス
トローム厚程度のシリコン窒化膜(Si膜)6
0をLPCVD法により堆積し、さらに、約900℃の
温度で熱酸化して、上記シリコン窒化膜60上に30オ
ングストローム厚程度の酸化膜61を形成することによ
り、トレンチのキャパシタ絶縁膜となるNO膜および縦
型MOSFETのゲート絶縁膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 20, a silicon nitride film (Si 3 N 4 film) 6 having a thickness of about 70 Å is formed.
Is deposited on the silicon nitride film 60 by thermal oxidation at a temperature of about 900 ° C. to form an oxide film 61 having a thickness of about 30 angstroms. A film and a gate insulating film of a vertical MOSFET are formed.

【0045】次に、砒素が高濃度にドーピングされたポ
リシリコン膜を3000オングストローム程度の厚さに
堆積して、上記トレンチ59内を埋め込む。さらに、そ
のポリシリコン膜を、シリコン酸化膜に対して高い選択
性を持つ等方性のドライエッチングによってエッチング
する。この場合、上記ポリシリコン膜の上面の高さが、
縦型MOSFETのゲート電極54の底面の高さよりも
約1000オングストローム下方にくるように加工を行
って、トレンチキャパシタのノード電極62を形成す
る。
Next, a polysilicon film heavily doped with arsenic is deposited to a thickness of about 3000 Å to fill the trench 59. Further, the polysilicon film is etched by isotropic dry etching having high selectivity to the silicon oxide film. In this case, the height of the upper surface of the polysilicon film is
Processing is performed so as to be lower than the height of the bottom surface of the gate electrode 54 of the vertical MOSFET by about 1000 angstroms, thereby forming the node electrode 62 of the trench capacitor.

【0046】次に、ボロンを低濃度に含んだアモルファ
スシリコンを、上記ノード電極62の上部に3000オ
ングストローム程度の厚さに堆積する。その後、600
℃程度の温度でアニールし、上記アモルファスシリコン
を再結晶化して、グレインが大きくて結晶欠陥の比較的
少ないポリシリコン膜(半導体層)を形成する。
Next, amorphous silicon containing boron at a low concentration is deposited on the node electrode 62 to a thickness of about 3000 angstroms. Then 600
The amorphous silicon is recrystallized by annealing at a temperature of about ℃ to form a polysilicon film (semiconductor layer) having large grains and relatively few crystal defects.

【0047】次に、RIEを用いて、再結晶化したポリ
シリコン膜を全面エッチングし、後にチャネルが形成さ
れるポリシリコン膜63の上面の高さが、縦型MOSF
ETのゲート電極54の上面の高さよりも約2000オ
ングストローム上方にくるように加工する(図21参
照)。
Next, the entire surface of the recrystallized polysilicon film is etched by RIE, and the height of the upper surface of the polysilicon film 63 where a channel is to be formed later is set to the vertical MOSF.
The ET is processed so as to be about 2,000 Å above the height of the upper surface of the gate electrode 54 (see FIG. 21).

【0048】なお、この半導体層の形成には、選択エピ
タキシャル成長法を用いることもできる。たとえば、選
択エピタキシャル成長法により、ボロンを低濃度に含ん
だシリコンを、トレンチキャパシタのノード電極62の
上面のみに、縦形MOSFETのゲート電極54の上面
の高さから約2000オングストローム上方の高さにく
るまで成長させることによっても、同様に形成すること
ができる。
The semiconductor layer can be formed by a selective epitaxial growth method. For example, by selective epitaxial growth, silicon containing boron at a low concentration is deposited only on the upper surface of the node electrode 62 of the trench capacitor to a height of about 2,000 Å above the height of the upper surface of the gate electrode 54 of the vertical MOSFET. It can be similarly formed by growing.

【0049】次に、マスク材として用いたシリコン酸化
膜57をフッ酸により除去した後、図22に示すよう
に、上記シリコン窒化膜56を高温の燐酸により除去す
る。
Next, after removing the silicon oxide film 57 used as the mask material with hydrofluoric acid, as shown in FIG. 22, the silicon nitride film 56 is removed with high-temperature phosphoric acid.

【0050】次に、図23に示すように、CMP法によ
って研磨して突起状に残ったポリシリコン膜63の上面
を平坦化する。そして、砒素をイオン注入した後、85
0℃程度の温度でアニールを行って活性化させ、縦形M
OSFETの上部の拡散層64と下部の拡散層65とを
形成する。
Next, as shown in FIG. 23, the upper surface of the polysilicon film 63 left by polishing by the CMP method is left flat. Then, after arsenic is ion-implanted, 85
Activated by annealing at a temperature of about 0 ° C.
An upper diffusion layer 64 and a lower diffusion layer 65 of the OSFET are formed.

【0051】上述した第1の実施形態にかかる製造方法
の場合と同様に、下部の拡散層65は、トレンチキャパ
シタのノード電極62中に含まれる砒素が拡散されるこ
とによって形成される。
As in the case of the manufacturing method according to the first embodiment, the lower diffusion layer 65 is formed by diffusing arsenic contained in the node electrode 62 of the trench capacitor.

【0052】また、縦形MOSFETの上部/下部の各
拡散層64,65は、その一部が、上記ゲート電極54
とオーバーラップするように、つまり、縦形MOSFE
Tのソース/ドレインがオフセット構造にならないよう
に、砒素の拡散する距離を活性化アニールの条件を調整
することによって制御する。
Each of the upper and lower diffusion layers 64 and 65 of the vertical MOSFET is partially formed by the gate electrode 54.
And overlap, that is, vertical MOSFE
The arsenic diffusion distance is controlled by adjusting the activation annealing condition so that the T source / drain does not have an offset structure.

【0053】次に、図24に示すように、第1の実施形
態にかかる製造方法の場合と同様に、TiNのバリアメ
タル膜69およびAl膜66による配線の形成を行た
後、プラズマCVD法によって酸化膜67およびシリコ
ン窒化膜68をそれぞれ3000オングストローム程度
の厚さに堆積させて、最上層の保護膜を形成することに
より、トレンチ型のDRAMセルを完成させる。
Next, as shown in FIG. 24, as in the case of the manufacturing method according to the first embodiment, after the wiring is formed by the TiN barrier metal film 69 and the Al film 66, the plasma CVD method is performed. An oxide film 67 and a silicon nitride film 68 are each deposited to a thickness of about 3000 Å to form a top protective film, thereby completing a trench type DRAM cell.

【0054】このようなトレンチ型のDRAMセルによ
っても、上述の第1の実施形態にかかるトレンチ型のD
RAMセルと略同様な効果が期待できる。すなわち、セ
ルの占有面積を増やすことなく、セルの電荷保持能力を
十分に高めることが可能となる。
Even with such a trench type DRAM cell, the trench type DRAM cell according to the above-described first embodiment can be used.
An effect similar to that of the RAM cell can be expected. That is, it is possible to sufficiently increase the charge holding capacity of the cell without increasing the area occupied by the cell.

【0055】特に、本発明の第2の実施形態にかかる製
造方法の場合、トレンチキャパシタとトランスファーゲ
ート・トランジスタのチャネルが形成される開孔窓とを
連続して開孔できるようになるため、工程の簡略化が図
れるとともに、複数回に分けてフォトリソグラフィ工程
を実施する際に生ずる合わせずれの問題を解消すること
ができるので、さらなる微細化が可能となる。
In particular, in the case of the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, since the trench capacitor and the aperture window in which the channel of the transfer gate transistor is formed can be continuously opened, the steps Can be simplified, and the problem of misalignment occurring when the photolithography process is performed in a plurality of times can be solved, so that further miniaturization is possible.

【0056】また、この第2の実施形態にかかる製造方
法のように、キャパシタ絶縁膜とトランスファーゲート
・トランジスタのゲート絶縁膜とを同一の膜で形成でき
るようにした場合、工程を簡略化でき、製造コストの削
減につながる。
When the capacitor insulating film and the gate insulating film of the transfer gate transistor can be formed of the same film as in the manufacturing method according to the second embodiment, the steps can be simplified. This leads to a reduction in manufacturing costs.

【0057】その他、この発明の要旨を変えない範囲に
おいて、種々変形実施可能なことは勿論である。
Of course, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、セルの占有面積を圧倒的に小さくでき、しかも、ト
ランスファーゲート・トランジスタのカットオフ電流を
十分に低くして、セルの電荷保持能力を高めることが可
能な半導体記憶装置およびその製造方法を提供できる。
As described in detail above, according to the present invention, the occupied area of the cell can be greatly reduced, and the cut-off current of the transfer gate transistor is sufficiently reduced to maintain the charge of the cell. It is possible to provide a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, which can increase the capacity.

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

【図1】この発明の第1の実施形態にかかるトレンチ型
DRAMセルの製造方法を説明するために示す工程断面
図。
FIG. 1 is a process sectional view illustrating a method for manufacturing a trench DRAM cell according to a first embodiment of the present invention;

【図2】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法を
説明するために示す工程断面図。
FIG. 2 is also a process sectional view illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell;

【図3】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法を
説明するために示す工程断面図。
FIG. 3 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell.

【図4】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法を
説明するために示す工程断面図。
FIG. 4 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell.

【図5】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法を
説明するために示す工程断面図。
FIG. 5 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell.

【図6】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法を
説明するために示す工程断面図。
FIG. 6 is a process sectional view shown for explaining the method of manufacturing the trench DRAM cell;

【図7】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法を
説明するために示す工程断面図。
FIG. 7 is also a process sectional view shown for explaining the method of manufacturing the trench DRAM cell;

【図8】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法を
説明するために示す工程断面図。
FIG. 8 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell.

【図9】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法を
説明するために示す工程断面図。
FIG. 9 is a process sectional view shown for explaining the method of manufacturing the trench DRAM cell;

【図10】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 10 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell;

【図11】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 11 is a process sectional view shown for explaining the method of manufacturing the trench DRAM cell;

【図12】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 12 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell;

【図13】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 13 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell;

【図14】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 14 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell;

【図15】この発明の第2の実施形態にかかるトレンチ
型DRAMセルの製造方法を説明するために示す工程断
面図。
FIG. 15 is a process cross-sectional view shown for explaining the method for manufacturing the trench DRAM cell according to the second embodiment of the present invention.

【図16】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 16 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell;

【図17】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 17 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell;

【図18】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 18 is also a process sectional view shown for explaining the method of manufacturing the trench DRAM cell;

【図19】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 19 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell;

【図20】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 20 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell;

【図21】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 21 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell;

【図22】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 22 is a process sectional view shown for explaining the method of manufacturing the trench DRAM cell;

【図23】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 23 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell;

【図24】同じく、トレンチ型DRAMセルの製造方法
を説明するために示す工程断面図。
FIG. 24 is a process sectional view similarly illustrating the method for manufacturing the trench DRAM cell;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…P型シリコン基板 12…熱酸化膜 13…シリコン窒化膜 14…シリコン酸化膜 15…フォトレジスト膜 16…トレンチ 17…シリコン酸化膜(AsSG膜) 18…シリコン酸化膜 19…プレート電極 20…シリコン窒化膜 21…酸化膜 22…ノード電極 23…シリコン酸化膜 24…シリコン酸化膜 25…ゲート電極 26…シリコン酸化膜 27…フォトレジスト膜 28…開孔部 29…酸化膜(ゲート絶縁膜) 30,31…アモルファスシリコン膜 32…ポリシリコン膜 33…上部の拡散層 34…下部の拡散層 35…バリアメタル膜 36…Al膜 37…酸化膜 38…シリコン窒化膜 51…P+型シリコン基板 52…P型シリコン層 53…シリコン酸化膜 54…ゲート電極 55…シリコン酸化膜 56…シリコン窒化膜 57…シリコン酸化膜 58…フォトレジスト膜 59…トレンチ 60…シリコン窒化膜(Si膜) 61…酸化膜 62…ノード電極 63…ポリシリコン膜 64…上部の拡散層 65…下部の拡散層 66…Al膜 67…酸化膜 68…シリコン窒化膜 69…バリアメタル膜DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... P-type silicon substrate 12 ... Thermal oxide film 13 ... Silicon nitride film 14 ... Silicon oxide film 15 ... Photoresist film 16 ... Trench 17 ... Silicon oxide film (AsSG film) 18 ... Silicon oxide film 19 ... Plate electrode 20 ... Silicon Nitride film 21 oxide film 22 node electrode 23 silicon oxide film 24 silicon oxide film 25 gate electrode 26 silicon oxide film 27 photoresist film 28 opening portion 29 oxide film (gate insulating film) 30, DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Amorphous silicon film 32 ... Polysilicon film 33 ... Upper diffusion layer 34 ... Lower diffusion layer 35 ... Barrier metal film 36 ... Al film 37 ... Oxide film 38 ... Silicon nitride film 51 ... P + type silicon substrate 52 ... P type Silicon layer 53 ... Silicon oxide film 54 ... Gate electrode 55 ... Silicon oxide film 56 ... Silicon nitride film 7 ... silicon oxide film 58 ... photoresist film 59 ... trench 60 ... silicon nitride film (Si 3 N 4 film) 61 ... oxide film 62 ... node electrode 63 ... polysilicon film 64 ... top of the diffusion layer 65 ... lower diffusion layer 66 ... Al film 67 ... Oxide film 68 ... Silicon nitride film 69 ... Barrier metal film

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 この半導体基板の主表面部に形成されたトレンチキャパ
シタと、 このトレンチキャパシタの上部に設けられ、前記半導体
基板の表面に対して垂直方向に電荷キャリアが移動する
縦型トランジスタとを具備したことを特徴とする半導体
記憶装置。
A semiconductor substrate; a trench capacitor formed in a main surface portion of the semiconductor substrate; and a vertical portion provided on the trench capacitor and in which charge carriers move in a direction perpendicular to a surface of the semiconductor substrate. A semiconductor memory device comprising: a type transistor.
【請求項2】 前記トレンチキャパシタは、前記半導体
基板の主表面部に開孔されたトレンチの、その壁面部に
形成されたキャパシタ絶縁膜と、このキャパシタ絶縁膜
を介して前記トレンチの内部に埋め込まれたノード電極
と、このノード電極との間に前記キャパシタ絶縁膜を介
して前記半導体基板の少なくとも一部に設けられたプレ
ート電極とを有してなることを特徴とする請求項1に記
載の半導体記憶装置。
2. The trench capacitor has a capacitor insulating film formed on a wall surface of a trench opened in a main surface portion of the semiconductor substrate, and is embedded in the trench via the capacitor insulating film. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a node electrode provided, and a plate electrode provided on at least a part of the semiconductor substrate via the capacitor insulating film between the node electrode. 3. Semiconductor storage device.
【請求項3】 前記プレート電極は、前記トレンチの壁
面部に沿って設けられることを特徴とする請求項2に記
載の半導体記憶装置。
3. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein said plate electrode is provided along a wall surface of said trench.
【請求項4】 前記プレート電極は、前記半導体基板の
一部を構成するシリコン基板上に設けられることを特徴
とする請求項2に記載の半導体記憶装置。
4. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein said plate electrode is provided on a silicon substrate constituting a part of said semiconductor substrate.
【請求項5】 前記トレンチは、前記プレート電極を貫
通し、前記シリコン基板に達する深さで設けられること
を特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。
5. The semiconductor memory device according to claim 4, wherein said trench penetrates said plate electrode and is provided at a depth reaching said silicon substrate.
【請求項6】 前記縦型トランジスタは、前記半導体基
板の主表面上に絶縁膜を介して設けられたゲート電極
と、このゲート電極および前記絶縁膜を貫通し、前記ノ
ード電極に達して設けられた貫通孔内に、その側壁面に
設けられたゲート絶縁膜を介して埋め込まれた半導体層
と、この半導体層の下方部に設けられた第1の拡散層
と、前記半導体層の上方部に設けられた第2の拡散層と
を有してなることを特徴とする請求項1に記載の半導体
記憶装置。
6. The vertical transistor is provided on a main surface of the semiconductor substrate with an insulating film interposed therebetween, and a gate electrode penetrating the gate electrode and the insulating film and reaching the node electrode. A semiconductor layer buried in the through hole with a gate insulating film provided on the side wall surface thereof, a first diffusion layer provided below the semiconductor layer, and a semiconductor layer embedded above the semiconductor layer. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a second diffusion layer provided.
【請求項7】 前記縦型トランジスタの前記第1の拡散
層は、前記ノード電極と電気的に接続されていることを
特徴とする請求項6に記載の半導体記憶装置。
7. The semiconductor memory device according to claim 6, wherein said first diffusion layer of said vertical transistor is electrically connected to said node electrode.
【請求項8】 前記縦型トランジスタの前記第1の拡散
層は、前記ノード電極の上面よりはみ出さないように、
前記ノード電極よりも小さい断面積を有して設けられる
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体記憶装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first diffusion layer of the vertical transistor does not protrude from an upper surface of the node electrode.
The semiconductor memory device according to claim 7, wherein the semiconductor memory device is provided to have a smaller cross-sectional area than the node electrode.
【請求項9】 前記縦型トランジスタの前記第1の拡散
層は、前記ノード電極の上面よりはみ出さないように、
前記ノード電極と同じ断面積を有して設けられることを
特徴とする請求項7に記載の半導体記憶装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first diffusion layer of the vertical transistor does not protrude from an upper surface of the node electrode.
The semiconductor memory device according to claim 7, wherein the semiconductor memory device is provided to have the same cross-sectional area as the node electrode.
【請求項10】 前記縦型トランジスタの前記貫通孔と
前記トレンチキャパシタの前記トレンチとが一体的に開
孔されてなることを特徴とする請求項2または6に記載
の半導体記憶装置。
10. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein said through hole of said vertical transistor and said trench of said trench capacitor are integrally formed.
【請求項11】 前記縦型トランジスタの前記ゲート絶
縁膜と前記トレンチキャパシタの前記キャパシタ絶縁膜
とが、同一膜によって形成されてなることを特徴とする
請求項2または6に記載の半導体記憶装置。
11. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein said gate insulating film of said vertical transistor and said capacitor insulating film of said trench capacitor are formed of the same film.
【請求項12】 前記半導体層の、前記第1の拡散層と
前記第2の拡散層との間に、前記縦型トランジスタのチ
ャネルが形成されることを特徴とする請求項6に記載の
半導体記憶装置。
12. The semiconductor according to claim 6, wherein a channel of the vertical transistor is formed between the first diffusion layer and the second diffusion layer of the semiconductor layer. Storage device.
【請求項13】 前記半導体層の、少なくとも前記チャ
ネルが形成される側面は、前記ゲート電極によって覆わ
れてなることを特徴とする請求項12に記載の半導体記
憶装置。
13. The semiconductor memory device according to claim 12, wherein at least a side surface of said semiconductor layer where said channel is formed is covered by said gate electrode.
【請求項14】 半導体基板の主表面部にトレンチを開
孔する工程と、 前記トレンチの壁面部に、トレンチキャパシタのキャパ
シタ絶縁膜を形成する工程と、 前記キャパシタ絶縁膜を介して、前記トレンチの内部に
トレンチキャパシタのノード電極を埋め込む工程と、 前記キャパシタ絶縁膜に沿う、前記半導体基板の一部に
トレンチキャパシタのプレート電極を形成する工程と、 前記半導体基板の主表面上に絶縁膜を介して、縦型トラ
ンジスタのゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極および前記絶縁膜を貫通し、前記ノード
電極に達する貫通孔を開孔する工程と、 前記貫通孔の側壁面に、縦型トランジスタのゲート絶縁
膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜を介して、前記貫通孔内に縦型トラン
ジスタのチャネルとなる半導体層を埋め込む工程と、 前記半導体層の下方部に縦型トランジスタの第1の拡散
層を、また、前記半導体層の上方部に縦型トランジスタ
の第2の拡散層を、それぞれ形成する工程とを備えてな
ることを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
14. A step of forming a trench in a main surface portion of a semiconductor substrate, a step of forming a capacitor insulating film of a trench capacitor on a wall surface of the trench, and a step of forming a trench in the trench via the capacitor insulating film. A step of burying a node electrode of the trench capacitor therein; a step of forming a plate electrode of the trench capacitor in a part of the semiconductor substrate along the capacitor insulating film; and a step of forming an insulating film on a main surface of the semiconductor substrate. Forming a gate electrode of the vertical transistor; forming a through hole that penetrates the gate electrode and the insulating film to reach the node electrode; A step of forming a gate insulating film; and a semiconductor serving as a channel of a vertical transistor in the through hole via the gate insulating film. And a step of forming a first diffusion layer of a vertical transistor below the semiconductor layer and a second diffusion layer of a vertical transistor above the semiconductor layer, respectively. A method for manufacturing a semiconductor memory device, comprising:
【請求項15】 前記貫通孔は、前記ノード電極の上面
よりはみ出さないように、前記ノード電極よりも小さい
断面積を有して設けられることを特徴とする請求項14
に記載の半導体記憶装置の製造方法。
15. The semiconductor device according to claim 14, wherein the through hole has a smaller sectional area than the node electrode so as not to protrude from an upper surface of the node electrode.
6. The method for manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項16】 半導体基板の主表面上に絶縁膜を介し
て縦型トランジスタのゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極および前記絶縁膜を貫通して、前記半導
体基板の表面に達する貫通孔を開孔する工程と、 前記半導体基板の主表面部に前記貫通孔につながるトレ
ンチを開孔する工程と、 前記トレンチの壁面部にトレンチキャパシタのキャパシ
タ絶縁膜を、また、前記貫通孔の壁面部に縦型トランジ
スタのゲート絶縁膜を、同一膜により形成する工程と、 前記キャパシタ絶縁膜を介して、前記トレンチの内部に
トレンチキャパシタのノード電極を埋め込む工程と、 前記ゲート絶縁膜を介して、前記貫通孔内に半導体層を
埋め込む工程と、 前記半導体層の下方部に第1の拡散層を、また、前記半
導体層の上方部に第2の拡散層を、それぞれ形成する工
程とを備えてなることを特徴とする半導体記憶装置の製
造方法。
16. A step of forming a gate electrode of a vertical transistor on a main surface of a semiconductor substrate via an insulating film, and a through hole reaching the surface of the semiconductor substrate through the gate electrode and the insulating film. Forming a trench connected to the through hole in the main surface of the semiconductor substrate; forming a capacitor insulating film of a trench capacitor on a wall of the trench; and forming a wall of the through hole. Forming a gate insulating film of a vertical transistor with the same film, embedding a node electrode of a trench capacitor inside the trench through the capacitor insulating film, and forming the gate insulating film through the gate insulating film. Embedding a semiconductor layer in the through-hole; forming a first diffusion layer below the semiconductor layer and a second diffusion layer above the semiconductor layer; Forming a semiconductor memory device.
【請求項17】 前記半導体基板の一部には、あらかじ
めトレンチキャパシタのプレート電極が形成されてなる
ことを特徴とする請求項16に記載の半導体記憶装置の
製造方法。
17. The method according to claim 16, wherein a plate electrode of a trench capacitor is previously formed on a part of the semiconductor substrate.
【請求項18】 前記トレンチの開孔は、前記貫通孔に
連続して行われることを特徴とする請求項16に記載の
半導体記憶装置の製造方法。
18. The method according to claim 16, wherein the opening of the trench is performed continuously to the through hole.
【請求項19】 前記第1の拡散層は、その上面部が前
記ゲート電極と重なる高さで設けられることを特徴とす
る請求項14または16に記載の半導体記憶装置の製造
方法。
19. The method according to claim 14, wherein the first diffusion layer has a top surface provided at a height overlapping with the gate electrode.
【請求項20】 前記第2の拡散層は、その下面部が前
記ゲート電極と重なる高さで設けられることを特徴とす
る請求項14または16に記載の半導体記憶装置の製造
方法。
20. The method according to claim 14, wherein the lower surface of the second diffusion layer is provided at a height overlapping the gate electrode.
【請求項21】 前記半導体層は、アモルファスシリコ
ン膜を再結晶化してなることを特徴とする請求項14ま
たは16に記載の半導体記憶装置の製造方法。
21. The method according to claim 14, wherein the semiconductor layer is formed by recrystallizing an amorphous silicon film.
【請求項22】 前記半導体層は、前記貫通孔内にエピ
タキシャル膜を選択的に成長させてなることを特徴とす
る請求項16に記載の半導体記憶装置の製造方法。
22. The method according to claim 16, wherein the semiconductor layer is formed by selectively growing an epitaxial film in the through hole.
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US7193270B2 (en) 2003-05-20 2007-03-20 Renesas Technology Corp. Semiconductor device with a vertical transistor

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