JP2002110818A - Semiconductor storage device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor storage device and its manufacturing method

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JP2002110818A
JP2002110818A JP2000296080A JP2000296080A JP2002110818A JP 2002110818 A JP2002110818 A JP 2002110818A JP 2000296080 A JP2000296080 A JP 2000296080A JP 2000296080 A JP2000296080 A JP 2000296080A JP 2002110818 A JP2002110818 A JP 2002110818A
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conductive film
forming
film
mos transistor
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Shinichi Watanabe
伸一 渡邉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor storage device which can simplify the manufacture process and can reduce the occupation area of a memory cell at the same time, and its manufacturing method. SOLUTION: A MOS transistor for storage is constituted with an n+-type polycrystalline silicon film 12 as a gate electrode, with a silicon oxide film 17 as a gate insulating film, and with n+-type impurity diffusion layers 20 and 21, respectively, as a source region and a drain region. A diode is constituted by the pn junction between the n+-type polycrystalline silicon film 12 and the p+-type polycrystalline silicon film 13, and a MOS transistor MTr for transfer is constituted with an n+-type polycrystalline silicon film 16 as a gate electrode, with a silicon oxide film 19 as a gate insulating film, and with n+-type impurity diffusion layers 21 and 25, respectively, as a source region and a drain region, and these members are all buried in a trench 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】この発明は、半導体記憶装置
及びその製造方法に関するもので、特に2つのMOSト
ランジスタと1つのダイオードで1つのメモリセルを構
成するゲインセル(Gain Cell)の構造に係るものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a structure of a gain cell (Gain Cell) in which one memory cell is composed of two MOS transistors and one diode. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体製造技術の進展により、半
導体記憶装置の微細化が急速に進んでいる。特に、DR
AM(Dynamic Random Access Memory)において、その
微細化競争が激化している。従来のDRAMの1つのメ
モリセルは、1つのトランスファー用MOSトランジス
タと1つのキャパシタ素子の2素子により構成されてい
る。そして、DRAMの微細化が進むにつれてキャパシ
タ素子の容量確保が困難となってきている。
2. Description of the Related Art With the recent development of semiconductor manufacturing technology, miniaturization of semiconductor memory devices has been rapidly progressing. In particular, DR
In AM (Dynamic Random Access Memory), the miniaturization competition is intensifying. One memory cell of a conventional DRAM is composed of two elements, one transfer MOS transistor and one capacitor element. As the miniaturization of the DRAM advances, it is becoming difficult to secure the capacity of the capacitor element.

【0003】そこで、キャパシタ素子の容量確保の問題
を解決するために、従来の1トランジスタと1キャパシ
タ構造に代わる、新たなメモリセル構造が提案されてお
り、その1つにゲインセルがある。ゲインセルには、例
えば従来のDRAMのメモリセルにセルキャパシタ信号
を増幅する素子を加えたもの等があるが、1つの具体的
な構造の例として、2つのトランジスタと1つのダイオ
ードによって構成するゲインセルがある。
In order to solve the problem of securing the capacity of the capacitor element, a new memory cell structure has been proposed instead of the conventional one-transistor and one-capacitor structure, and one of them is a gain cell. The gain cell includes, for example, a conventional DRAM memory cell in which an element for amplifying a cell capacitor signal is added. As an example of one specific structure, a gain cell including two transistors and one diode is used. is there.

【0004】本構造について、図17乃至図19を用い
て説明する。図17は2トランジスタと1ダイオードに
よるゲインセルの等価回路、図18はその平面パターン
図、図19は図18におけるA−A’線に沿った断面図
である。
[0004] This structure will be described with reference to FIGS. 17 to 19. 17 is an equivalent circuit of a gain cell including two transistors and one diode, FIG. 18 is a plan pattern diagram thereof, and FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.

【0005】図示するように、1つのゲインセルは、ゲ
ートがワード線WLに接続され、ドレインがビット線B
Lに接続されたトランスファー用MOSトランジスタM
trと、ドレインがトランスファー用MOSトランジスタ
Mtrのソースに接続され、ソースが電源電位VDDに接
続されたストレージ用MOSトランジスタMstと、スト
レージ用MOSトランジスタのゲートにカソードが接続
され、ストレージ用MOSトランジスタMstのドレイン
にアノードが接続されたダイオードDiから構成されて
いる。
As shown in the figure, one gain cell has a gate connected to a word line WL and a drain connected to a bit line B.
Transfer MOS transistor M connected to L
tr, the drain is connected to the source of the transfer MOS transistor Mtr, the source is connected to the power supply potential VDD, the storage MOS transistor Mst is connected to the gate of the storage MOS transistor, and the cathode is connected to the storage MOS transistor Mst. It is composed of a diode Di having an anode connected to the drain.

【0006】上記ゲインセルのトランスファー用MOS
トランジスタMtr及びストレージ用MOSトランジスタ
Mstは、シリコン基板100の活性領域AA(Active A
rea)上にゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜110を
介して各々設けられたn型多結晶シリコン膜120か
らなるゲート電極と、シリコン基板中に設けられ、ソー
ス、ドレイン領域となるn型不純物拡散層130とに
より構成されている。
The MOS for transfer of the gain cell
The transistor Mtr and the storage MOS transistor Mst are connected to the active region AA (Active A
a gate electrode, each consisting of n + -type polycrystalline silicon film 120 provided through the silicon oxide film 110 serving as a gate insulating film on the rea), provided in a silicon substrate, source, and drain regions n + -type It is constituted by the impurity diffusion layer 130.

【0007】また、ストレージ用MOSトランジスタM
stのゲート、ドレイン間に設けられたダイオードDi
は、ストレージ用MOSトランジスタMstのゲート電極
120をカソード領域とし、このゲート電極120上に
設けられたp型多結晶シリコン膜140をアノード領
域とするpn接合により構成されている。
Further, the storage MOS transistor M
diode Di provided between the gate and drain of st
Is formed by a pn junction using the gate electrode 120 of the storage MOS transistor Mst as a cathode region and the p + -type polycrystalline silicon film 140 provided on the gate electrode 120 as an anode region.

【0008】そして、p型多結晶シリコン膜140
と、ストレージ用MOSトランジスタMstのドレインと
なるn型不純物拡散層130とが、チタンシリサイド
膜150により接続されることで、図17に示すゲイン
セルが構成されている。
Then, the p + type polycrystalline silicon film 140
The n + -type impurity diffusion layer 130 serving as the drain of the storage MOS transistor Mst is connected by a titanium silicide film 150 to form the gain cell shown in FIG.

【0009】更に、トランスファー用MOSトランジス
タMtr及びストレージ用MOSトランジスタMstのゲー
ト電極の側壁にはシリコン窒化膜160が設けられ、全
面には層間絶縁膜170が設けられている。そして、層
間絶縁膜170上に設けられビット線BLとなる金属配
線層180とトランスファー用MOSトランジスタMtr
のドレイン領域とがコンタクトホール190を介して接
続されている。また、ストレージ用MOSトランジスタ
Mstのソース領域は、図示せぬ配線によりコンタクト2
00を介して電源電位VDDに接続されている。
Further, a silicon nitride film 160 is provided on the side walls of the gate electrodes of the transfer MOS transistor Mtr and the storage MOS transistor Mst, and an interlayer insulating film 170 is provided on the entire surface. Then, the metal wiring layer 180 provided on the interlayer insulating film 170 to be the bit line BL and the transfer MOS transistor Mtr
Is connected via a contact hole 190. The source region of the storage MOS transistor Mst is connected to the contact 2 by a wiring (not shown).
00 is connected to the power supply potential VDD.

【0010】上記構成のゲインセルが、シリコン基板1
00上にアレイ状に複数配置されて半導体記憶装置が構
成されており、同一列に配置されたゲインセルのトラン
スファー用MOSトランジスタのゲート電極120は同
一のワード線WLに共通に接続される一方で、ストレー
ジ用MOSトランジスタMstのゲート電極120は、各
々のゲインセルにおいて独立して設けられている。
[0010] The gain cell having the above structure is used for the silicon substrate 1.
A plurality of semiconductor memory devices are arranged in an array on the semiconductor memory device 00, and the gate electrodes 120 of the transfer MOS transistors of the gain cells arranged in the same column are commonly connected to the same word line WL. The gate electrode 120 of the storage MOS transistor Mst is provided independently in each gain cell.

【0011】上記のように、従来構造では2つのMOS
トランジスタをシリコン基板上に平面方向に形成するこ
とで、2トランジスタと1ダイオードの構成のゲインセ
ルを実現していた。
As described above, the conventional structure has two MOS transistors.
By forming transistors in a plane direction on a silicon substrate, a gain cell having a configuration of two transistors and one diode has been realized.

【0012】しかしながら、2つのMOSトランジスタ
を平面に配置することにより、以下のような問題点が生
じる。
However, arranging two MOS transistors on a plane causes the following problems.

【0013】(1)トランスファー用MOSトランジス
タMtrのゲート電極が、同一列に配置されたゲインセル
に共通になるような帯状のパターンを有するのに対し、
ストレージ用MOSトランジスタMstのゲート電極は各
ゲインセル毎に独立した孤立パターンとなる。そのた
め、周辺トランジスタも合わせたこれらのゲート電極を
加工する際のリソグラフィ工程において、アライメント
を全てのゲート電極パターンに合わせ込むことが非常に
困難となる。
(1) While the gate electrode of the transfer MOS transistor Mtr has a band-like pattern common to the gain cells arranged in the same column,
The gate electrode of the storage MOS transistor Mst has an isolated pattern that is independent for each gain cell. Therefore, it is very difficult to adjust the alignment to all the gate electrode patterns in the lithography process for processing these gate electrodes including the peripheral transistors.

【0014】(2)ストレージ用MOSトランジスタM
stのゲート電極上には、p型多結晶シリコン膜が設け
られているため、(1)で説明したゲート電極加工の際
のリソグラフィ工程が更に困難になる。
(2) Storage MOS transistor M
Since the p + -type polycrystalline silicon film is provided on the gate electrode of st, the lithography process for processing the gate electrode described in (1) becomes more difficult.

【0015】(3)ストレージ用MOSトランジスタM
stのゲート電極上のp型多結晶シリコン膜とドレイン
領域とを接続するチタンシリサイド膜の加工にもリソグ
ラフィ工程が必要である。そして、ほぼ最小加工寸法で
設計されるゲート電極とソース領域間にわたって残存さ
せるようにチタンシリサイド膜を加工するのは非常に困
難である。
(3) Storage MOS transistor M
A lithography step is also required for processing a titanium silicide film that connects the p + -type polycrystalline silicon film on the st gate electrode to the drain region. Then, it is very difficult to process the titanium silicide film so that the titanium silicide film is left over between the gate electrode and the source region which are designed with a minimum processing size.

【0016】(4)ストレージ用MOSトランジスタM
stのソース領域を電源電位VDDと接続する必要があ
り、従来型DRAMのワード線WL、ビット線BLの配
線に加えて、電源電位VDDと接続するための配線が新
たに必要となる。
(4) Storage MOS transistor M
It is necessary to connect the source region of st to the power supply potential VDD, and in addition to the wiring of the word line WL and the bit line BL of the conventional DRAM, a wiring for connecting to the power supply potential VDD is newly required.

【0017】このように、2つのMOSトランジスタを
シリコン基板上に平面方向に形成することは、リソグラ
フィ工程に大きな負担を課すこととなり、更に配線層を
増加させる。そのため、プロセスが複雑化したり歩留ま
りを低下させる原因となり、ひいては半導体記憶装置の
製造コストを増大させると共に信頼性を悪化させるとい
う問題があった。
As described above, forming two MOS transistors on a silicon substrate in a planar direction imposes a heavy burden on a lithography process, and further increases the number of wiring layers. For this reason, there is a problem that the process becomes complicated or the yield is reduced, and the manufacturing cost of the semiconductor memory device is increased and the reliability is deteriorated.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、1つの
MOSトランジスタと1つのキャパシタ素子で構成され
るDRAMでは、微細化が進むにつれてセルキャパシタ
容量の確保が困難となってきた。そこで、この問題を解
消するためにゲインセルと呼ばれる新たなメモリセルの
構造が提案されている。その具体的な構造の1つに2つ
のMOSトランジスタと1つのダイオードによりメモリ
セルを構成するゲインセルがある。このゲインセルを実
現するために、従来は、トランスファー用MOSトラン
ジスタ、ストレージ用MOSトランジスタの2つのMO
Sトランジスタを半導体基板上に平面方向に形成し、ス
トレージ用MOSトランジスタのゲート電極と、このゲ
ート電極上に逆導電型の電極を設けることでダイオード
を構成していた。
As described above, in a DRAM composed of one MOS transistor and one capacitor element, it has become difficult to secure the capacity of the cell capacitor as miniaturization progresses. In order to solve this problem, a new memory cell structure called a gain cell has been proposed. One of the specific structures is a gain cell which forms a memory cell with two MOS transistors and one diode. In order to realize this gain cell, conventionally, two MOs of a transfer MOS transistor and a storage MOS transistor have been used.
An S transistor is formed in a plane direction on a semiconductor substrate, and a diode is formed by providing a gate electrode of a storage MOS transistor and an electrode of the opposite conductivity type on the gate electrode.

【0019】しかし、このような構成であると、トラン
スファー用MOSトランジスタのゲート電極が帯状のパ
ターンを有するのに対してストレージ用MOSトランジ
スタのゲート電極は孤立パターンを有する。また、スト
レージ用MOSトランジスタのゲート電極上にはゲート
電極と逆導電型の半導体層を設ける必要がある。更に、
ほぼ最小加工寸法で設計されるストレージ用MOSトラ
ンジスタのゲート電極とソース領域間を接続する配線が
必要となる。これらの要請は、リソグラフィ工程に多大
な負担を与えるものであり、プロセスの複雑化や歩留ま
りの低下の原因となり、ひいては半導体記憶装置の製造
コストを増大させると共に信頼性を悪化させるという問
題があった。
However, with such a configuration, the gate electrode of the transfer MOS transistor has a band-like pattern, whereas the gate electrode of the storage MOS transistor has an isolated pattern. Further, it is necessary to provide a semiconductor layer of a conductivity type opposite to that of the gate electrode on the gate electrode of the storage MOS transistor. Furthermore,
Wiring is required to connect between the gate electrode and the source region of the storage MOS transistor designed with almost the minimum processing size. These demands impose a great burden on the lithography process, which causes the process to be complicated and the yield to be reduced, thereby increasing the manufacturing cost of the semiconductor memory device and deteriorating the reliability. .

【0020】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、その第1の目的は、リソグラフィ工程の負担を軽
減し、製造工程を簡略化出来る半導体記憶装置の製造方
法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor memory device which can reduce a load on a lithography process and simplify a manufacturing process. .

【0021】また、この発明の第2の目的は、製造工程
を簡略化し且つメモリセルの占有面積を低減出来る半導
体記憶装置及びその製造方法を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of simplifying a manufacturing process and reducing an area occupied by a memory cell, and a method of manufacturing the same.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この第1の発明に係る半導体記憶装置は、半導体基
板内に設けられたトレンチと、前記トレンチ内に埋め込
み形成され、ソース領域に電源電圧が印加されたストレ
ージ用MOSトランジスタと、前記トレンチ内に埋め込
み形成され、一方の電極が前記ストレージ用MOSトラ
ンジスタのゲート電極に電気的に接続され、他方の電極
が前記ストレージ用MOSトランジスタのドレイン領域
に接続されたダイオードと、前記トレンチ内に埋め込み
形成され、ゲート電極がワード線に接続され、ソース領
域が前記ダイオードの他方の電極に電気的に接続され、
ドレイン領域がビット線に接続されたトランスファー用
MOSトランジスタとを具備し、前記ストレージ用MO
Sトランジスタ、前記ダイオード、及び前記トランスフ
ァー用トランジスタの3素子により1つのメモリセルを
構成している。
In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to a first aspect of the present invention includes a trench provided in a semiconductor substrate, a trench buried in the trench, and a source region. A storage MOS transistor to which a power supply voltage has been applied; and a storage MOS transistor buried in the trench, one electrode electrically connected to a gate electrode of the storage MOS transistor, and the other electrode connected to a drain of the storage MOS transistor. A diode connected to the region, embedded in the trench, a gate electrode connected to the word line, and a source region electrically connected to the other electrode of the diode;
A transfer MOS transistor having a drain region connected to a bit line;
One memory cell is composed of the S transistor, the diode, and the transfer transistor.

【0023】前記トレンチ内に埋め込まれた各素子の構
造は、具体的には、前記ストレージ用MOSトランジス
タは、第1導電型の前記半導体基板内に設けられた前記
トレンチ内を、該トレンチ側壁との間にゲート絶縁膜と
して機能する第1絶縁膜を介在して埋め込み、ゲート電
極として機能する第1導電膜と、前記トレンチの前記第
1導電膜が設けられた領域に接する前記半導体基板中に
設けられ、ソース領域として機能する第2導電型の第1
不純物拡散層と、前記第1不純物拡散層と離間し、前記
トレンチの少なくとも前記第1導電膜が設けられた領域
に接する前記半導体基板中に設けられ、ドレイン領域と
して機能する第2導電型の第2不純物拡散層とにより構
成され、前記ダイオードは、前記第1導電膜と、該第1
導電膜上の前記トレンチ中を埋め込み、且つ前記第2不
純物拡散層と電気的に接続された第2導電膜との接合に
より構成され、前記トランスファー用MOSトランジス
タは、前記トレンチ内を、該トレンチ側壁との間にゲー
ト絶縁膜として機能する第2絶縁膜を介在して埋め込
み、且つ前記第2導電膜と電気的に分離され、ゲート電
極として機能する第3導電膜と、前記ストレージ用MO
Sトランジスタのドレイン領域として機能すると共に、
トランスファー用MOSトランジスタのソース領域とし
て機能する前記第2不純物拡散層と、前記第2不純物拡
散層と離間し、前記トレンチ内の前記第3導電膜が設け
られた領域に接する前記半導体基板中に設けられ、ドレ
イン領域として機能する第2導電型の第3不純物拡散層
とにより構成する事が出来る。
The structure of each element buried in the trench is, specifically, the storage MOS transistor is configured such that the inside of the trench provided in the semiconductor substrate of the first conductivity type is connected to the trench side wall. A first insulating film functioning as a gate insulating film is interposed between the first conductive film functioning as a gate electrode and the semiconductor substrate in contact with a region of the trench where the first conductive film is provided. And a first of a second conductivity type that functions as a source region.
An impurity diffusion layer, a second conductivity type second transistor provided in the semiconductor substrate that is separated from the first impurity diffusion layer and is in contact with at least a region of the trench where the first conductive film is provided, and that functions as a drain region. A second impurity diffusion layer, wherein the diode includes the first conductive film and the first conductive film.
The transfer MOS transistor is formed by joining the second conductive film electrically buried in the trench on the conductive film and electrically connected to the second impurity diffusion layer. A third conductive film functioning as a gate electrode, which is buried with a second insulating film functioning as a gate insulating film interposed therebetween and is electrically separated from the second conductive film;
Functions as the drain region of the S transistor,
A second impurity diffusion layer functioning as a source region of a transfer MOS transistor; and a second impurity diffusion layer provided in the semiconductor substrate separated from the second impurity diffusion layer and in contact with a region in the trench where the third conductive film is provided. And a third impurity diffusion layer of the second conductivity type functioning as a drain region.

【0024】また、この第2の発明に係る半導体記憶装
置の製造方法は、第1導電型の半導体基板にトレンチを
形成する工程と、前記トレンチの底部近傍の前記半導体
基板中に第2導電型の第1不純物拡散層を形成する工程
と、前記トレンチの底部から側壁に沿って第1絶縁膜を
形成する工程と、前記第1不純物拡散層の上端より高い
位置までの前記トレンチ中に、該トレンチ側壁との間に
前記第1絶縁膜を介在して第1導電膜を形成する工程
と、前記第1導電膜上のトレンチ中に第2導電膜を形成
する工程と、前記第1絶縁膜及び前記第2導電膜の上端
より高い位置からの前記トレンチ側壁に第2絶縁膜を形
成する工程と、前記第2導電膜上の前記トレンチ中に、
該トレンチ側壁との間に前記第2絶縁膜を介在して第3
導電膜を形成する工程と、前記第3導電膜が設けられた
領域の前記トレンチに接する前記半導体基板中に、第2
導電型の第2不純物拡散層を形成する工程とを具備して
いる。
In the method of manufacturing a semiconductor memory device according to the second invention, a step of forming a trench in a semiconductor substrate of a first conductivity type and a step of forming a trench in the semiconductor substrate near the bottom of the trench are provided. Forming a first impurity diffusion layer along a side wall from the bottom of the trench to a position higher than an upper end of the first impurity diffusion layer; Forming a first conductive film with the first insulating film interposed between trench sidewalls, forming a second conductive film in a trench above the first conductive film, and forming the first conductive film; Forming a second insulating film on the side wall of the trench from a position higher than an upper end of the second conductive film;
A third insulating film interposed between the third insulating film and the trench sidewall;
Forming a conductive film; and forming a second conductive film in the semiconductor substrate in contact with the trench in a region where the third conductive film is provided.
Forming a conductive type second impurity diffusion layer.

【0025】なお、前記トレンチ中に前記第2導電膜を
形成する工程の後、前記第2導電膜上の前記トレンチ中
に、第2導電型の不純物を含有する第4導電膜を形成す
る工程を更に備え、前記第4導電膜を形成する工程の後
の、加熱を必要とする1つ以上の工程において、前記第
4導電膜の含有する不純物を前記半導体基板中へ拡散さ
せ、前記第1導電膜から前記第3導電膜にわたる領域の
トレンチに接する前記半導体基板中に第2導電型の第3
不純物拡散層を形成しても良い。
After the step of forming the second conductive film in the trench, a step of forming a fourth conductive film containing a second conductive type impurity in the trench on the second conductive film. Further comprising, in one or more steps requiring heating after the step of forming the fourth conductive film, diffusing impurities contained in the fourth conductive film into the semiconductor substrate; A third conductive type third conductive film is formed in the semiconductor substrate in contact with a trench in a region extending from the conductive film to the third conductive film.
An impurity diffusion layer may be formed.

【0026】上記第1の発明に記載した半導体記憶装置
によれば、トランスファー用MOSトランジスタ、スト
レージ用MOSトランジスタ、及びダイオードの3素子
から構成されるゲインセルにおいて、これらの3素子を
トレンチ内に縦型に埋め込み形成している。そのため、
2つのMOSトランジスタを平面に配置していた従来の
ゲインセルに比べて、ゲインセル1個あたりの占有面積
を低減できる。
According to the semiconductor memory device described in the first aspect of the invention, in a gain cell including three elements of a transfer MOS transistor, a storage MOS transistor, and a diode, these three elements are vertically formed in a trench. Embedded. for that reason,
The occupied area per gain cell can be reduced as compared with a conventional gain cell in which two MOS transistors are arranged on a plane.

【0027】更に、従来型DRAMと比較した場合、本
発明のゲインセルはトレンチキャパシタを用いたDRA
Mの平面パターンを流用できるので、従来型DRAMの
メモリセルと同一の占有面積に抑えつつ、ゲインセルを
実現出来る。この場合、従来型DRAMで用いられてい
る既存の周辺回路等の技術をそのまま使用できる。
Further, when compared with a conventional DRAM, the gain cell of the present invention is a DRA using a trench capacitor.
Since the M plane pattern can be used, a gain cell can be realized while keeping the same occupied area as the memory cell of the conventional DRAM. In this case, the existing technologies such as peripheral circuits used in the conventional DRAM can be used as they are.

【0028】また、本発明ではゲインセルを構成する3
つの素子の全てをトレンチ内に埋め込んでいるため、こ
のトレンチの他に半導体基板上に素子を形成する必要が
ない。すなわち、トレンチキャパシタを用いた従来型D
RAMにおいてトランスファー用MOSトランジスタが
占有していた領域が不要となる。その結果、従来型DR
AMのメモリセルの1/2の占有面積でゲインセルを実
現できる。
In the present invention, the gain cell 3
Since all of the elements are buried in the trench, it is not necessary to form an element on the semiconductor substrate in addition to the trench. That is, a conventional D using a trench capacitor
The area occupied by the transfer MOS transistor in the RAM becomes unnecessary. As a result, the conventional DR
A gain cell can be realized with an area occupied by half of the AM memory cell.

【0029】上記第2の発明に記載した半導体記憶装置
の製造方法によれば、ゲインセルを構成する全ての素子
をトレンチ内に埋め込んでいる。そのため、各素子をト
レンチ内の埋め込みとリセス(recess)により加工でき
るので、従来のゲインセルの製造方法に比べてリソグラ
フィ工程の負担を大幅に軽減できる。
According to the method of manufacturing a semiconductor memory device described in the second aspect, all the elements constituting the gain cell are buried in the trench. Therefore, since each element can be processed by filling and recess in the trench, the load on the lithography process can be greatly reduced as compared with the conventional method of manufacturing a gain cell.

【0030】また、トレンチ内に各素子を埋め込み形成
する製造工程は、トレンチキャパシタを有する従来型D
RAMの製造技術の多くを流用できる。更にセルキャパ
シタを必要としないために、トレンチ深さを小さくでき
るので、それぞれの製造工程を容易に出来る。
The manufacturing process for embedding each element in a trench is performed by a conventional D type having a trench capacitor.
Many of the RAM manufacturing techniques can be used. Further, since no cell capacitor is required, the trench depth can be reduced, so that the respective manufacturing steps can be facilitated.

【0031】上記のように、第1、第2の発明によれ
ば、2つのMOSトランジスタと1つのダイオードで構
成するゲインセルの占有面積を低減しつつ、製造工程を
簡単化出来、製造歩留まりの向上を図ることが出来るの
で、半導体記憶装置の製造コストの低下及び信頼性の向
上を実現できる。
As described above, according to the first and second aspects of the present invention, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing yield can be improved while reducing the area occupied by the gain cell composed of two MOS transistors and one diode. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor memory device can be reduced and the reliability can be improved.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、
共通する部分には共通する参照符号を付す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For this explanation,
Common parts are denoted by common reference symbols.

【0033】この発明の第1の実施形態に係る半導体記
憶装置について、図1乃至図3を用いて説明する。図1
乃至図3は、本実施形態に係るゲインセルについて説明
するためのもので、図1は1つのゲインセルの構成を示
す等価回路、図2は複数のゲインセルを備える半導体記
憶装置の平面図、図3は図2におけるB−B’線に沿っ
た断面図である。
The semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
3 are for explaining the gain cell according to the present embodiment, FIG. 1 is an equivalent circuit showing a configuration of one gain cell, FIG. 2 is a plan view of a semiconductor memory device having a plurality of gain cells, and FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along line BB ′ in FIG. 2.

【0034】図1に示すように、1つのゲインセルは2
つのMOSトランジスタと1つのダイオードの3つの素
子より構成されている。すなわち、ゲートがワード線W
Lに接続され、ドレインがビット線BLに接続されたト
ランスファー用MOSトランジスタMtrと、ドレインが
トランスファー用MOSトランジスタMtrのソースに接
続され、ソースが電源電位VDDに接続されたストレー
ジ用MOSトランジスタMstと、ストレージ用MOSト
ランジスタのゲートにカソードが接続され、ストレージ
用MOSトランジスタMstのドレインにアノードが接続
されたダイオードDiから構成されている。
As shown in FIG. 1, one gain cell has two gain cells.
It is composed of three elements, one MOS transistor and one diode. That is, when the gate is the word line W
L, a transfer MOS transistor Mtr having a drain connected to the bit line BL, a storage MOS transistor Mst having a drain connected to the source of the transfer MOS transistor Mtr, and having a source connected to the power supply potential VDD. The storage MOS transistor is composed of a diode Di whose cathode is connected to the gate and whose drain is connected to the anode of the storage MOS transistor Mst.

【0035】上記構成のゲインセルは、書き込み時には
従来のDRAMと同様に、トランスファー用MOSトラ
ンジスタMtrをオン状態にしてビット線BLに電圧を印
加する。すると、ダイオードDiが順バイアス状態とな
るため、ストレージ用MOSトランジスタMstがオン状
態となる。一度トランスファー用MOSトランジスタM
trがオンになると、ダイオードDiは電源電位VDDに
より常に順バイアスが印加されるため、トランスファー
用MOSトランジスタMtrがオフ状態になっても、スト
レージ用MOSトランジスタMstはオン状態を保持し続
ける。このストレージ用MOSトランジスタMstの状態
により“1”または“0”データが書き込まれることと
なる。
In the gain cell having the above configuration, at the time of writing, the transfer MOS transistor Mtr is turned on and a voltage is applied to the bit line BL, similarly to the conventional DRAM. Then, since the diode Di is in a forward bias state, the storage MOS transistor Mst is turned on. MOS transistor M for transfer once
When tr is turned on, a forward bias is always applied to the diode Di by the power supply potential VDD. Therefore, even if the transfer MOS transistor Mtr is turned off, the storage MOS transistor Mst keeps on. Depending on the state of the storage MOS transistor Mst, "1" or "0" data is written.

【0036】読み出し時も、トランスファー用MOSト
ランジスタMtrをオン状態にする。ストレージ用MOS
トランジスタMstがオン状態にある場合を“1”書き込
み状態とすれば、“1”読み出し時には、電源電位VD
Dからビット線BLまでが導通状態になるのでビット線
BLの電位が上昇する。
At the time of reading, the transfer MOS transistor Mtr is turned on. MOS for storage
If the case where the transistor Mst is in the ON state is referred to as a “1” write state, the power supply potential VD is used when reading the “1”.
Since the region from D to the bit line BL is conductive, the potential of the bit line BL increases.

【0037】一方、“0”読み出し時には、ストレージ
用MOSトランジスタMstはオフ状態にあるため、ビッ
ト線BLの電位は変化しない。
On the other hand, when "0" is read, the potential of the bit line BL does not change because the storage MOS transistor Mst is in the off state.

【0038】上記のようなゲインセルをメモリセルとし
て有する半導体記憶装置の構造について図2及び図3を
用いて説明する。
The structure of a semiconductor memory device having the above-described gain cell as a memory cell will be described with reference to FIGS.

【0039】図示するように、p型シリコン基板10中
にはゲインセルを形成する素子領域AAが千鳥状に配置
され、その他の領域には素子分離領域STI(Shallow
Trench Isolation)が設けられている。
As shown in the figure, element regions AA forming gain cells are arranged in a zigzag pattern in the p-type silicon substrate 10, and element isolation regions STI (Shallow) are formed in other regions.
Trench Isolation) is provided.

【0040】素子領域AAの端部にはトレンチ11が設
けられ、このトレンチ11内は、底部からn型多結晶
シリコン膜12、p型多結晶シリコン膜13、n
多結晶シリコン膜14、シリコン酸化膜15、及びn
型多結晶シリコン膜16により順次埋め込まれている。
A trench 11 is provided at an end of the element region AA. The trench 11 has an n + -type polysilicon film 12, a p + -type polysilicon film 13, and an n + -type polysilicon film from the bottom. 14, silicon oxide film 15, and n +
The polycrystalline silicon film 16 is sequentially buried.

【0041】トレンチ11の側壁には、底部からp
多結晶シリコン膜13が埋め込まれた高さまでシリコン
酸化膜17が設けられ、n型多結晶シリコン膜14が
埋め込まれた領域にはシリコン窒化膜18が設けられ、
更にn型多結晶シリコン膜16が埋め込まれた領域に
はシリコン酸化膜19が設けられている。
A silicon oxide film 17 is provided on the side wall of trench 11 from the bottom to the height at which p + -type polycrystalline silicon film 13 is buried, and silicon oxide film 17 is provided at a region at which n + -type polycrystalline silicon film 14 is buried. A nitride film 18 is provided;
Further, a silicon oxide film 19 is provided in a region where the n + type polycrystalline silicon film 16 is embedded.

【0042】また、トレンチ11底部からn型多結晶
シリコン膜12が埋め込まれた高さの途中までの、トレ
ンチ11外周のシリコン基板10内にはn型不純物拡
散層20が設けられ、n型多結晶シリコン膜12から
型多結晶シリコン膜16にわたるトレンチ11外周
の半導体基板10中にもn型不純物拡散層21が設け
られている。なお、n型不純物拡散層20は、図示せ
ぬ配線層や拡散層により電源電位VDDに接続されてい
る。
An n + -type impurity diffusion layer 20 is provided in the silicon substrate 10 around the trench 11 from the bottom of the trench 11 to the middle of the height at which the n + -type polycrystalline silicon film 12 is buried. An n + -type impurity diffusion layer 21 is also provided in the semiconductor substrate 10 around the trench 11 extending from the + -type polysilicon film 12 to the n + -type polysilicon film 16. The n + -type impurity diffusion layer 20 is connected to the power supply potential VDD by a wiring layer or a diffusion layer (not shown).

【0043】更に、隣接するトレンチ11間のシリコン
基板10の活性領域AA上には、シリコン酸化膜22を
介して帯状の多結晶シリコン膜23が、素子領域AAの
長手方向に直交する方向に延設され、この多結晶シリコ
ン膜23の周囲をシリコン窒化膜24が取り囲んでい
る。また、活性領域AAにおけるシリコン基板10の表
面には、n型不純物拡散層25が設けられている。
Further, on the active region AA of the silicon substrate 10 between the adjacent trenches 11, a band-shaped polycrystalline silicon film 23 extends in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the element region AA via a silicon oxide film 22. A silicon nitride film 24 surrounds the polycrystalline silicon film 23. An n + -type impurity diffusion layer 25 is provided on the surface of the silicon substrate 10 in the active region AA.

【0044】そして、シリコン基板10及びシリコン窒
化膜24の全面を被覆するようにして層間絶縁膜26が
設けられ、この層間絶縁膜26上には金属配線層27が
設けられている。金属配線層27は、層間絶縁膜26内
に設けられたコンタクトホール28によりn型不純物
拡散層25と接続されている。
Then, an interlayer insulating film 26 is provided so as to cover the entire surface of the silicon substrate 10 and the silicon nitride film 24, and a metal wiring layer 27 is provided on the interlayer insulating film 26. The metal wiring layer 27 is connected to the n + -type impurity diffusion layer 25 through a contact hole 28 provided in the interlayer insulating film 26.

【0045】上記のような構成において、図2、図3の
破線で示した領域AREA1が、図1を用いて説明した
1つのゲインセルを構成している。すなわち、トレンチ
11内に埋め込まれたn型多結晶シリコン膜12がゲ
ート電極、シリコン酸化膜17がゲート絶縁膜、n
不純物拡散層20、21がそれぞれソース、ドレイン領
域となることで、ストレージ用MOSトランジスタMst
が構成される。ダイオードDiは、ストレージ用MOS
トランジスタMstのゲート電極であるn型多結晶シリ
コン膜12と、n型多結晶シリコン膜12上に設けら
れたp型多結晶シリコン膜13とのpn接合により構
成される。そして、トランスファー用MOSトランジス
タMtrは、n型多結晶シリコン膜16がゲート電極、
シリコン酸化膜19がゲート絶縁膜、n型不純物拡散
層21、25がそれぞれソース、ドレイン領域となるこ
とで構成される。そして、トランスファー用MOSトラ
ンジスタMtrのドレイン領域となるn型不純物拡散層
25は、コンタクトホール28を介して金属配線層27
に接続され、この金属配線層27がビット線BLとな
る。更に、トランスファー用MOSトランジスタMtrの
ゲート電極となるn型多結晶シリコン膜16上に設け
られ、素子領域AAの長手方向に直交する方向に帯状に
延設された多結晶シリコン膜23がワード線WL(パス
ワード線)として機能する。
In the above configuration, the area AREA1 shown by a broken line in FIGS. 2 and 3 constitutes one gain cell described with reference to FIG. That is, the n + -type polycrystalline silicon film 12 buried in the trench 11 becomes a gate electrode, the silicon oxide film 17 becomes a gate insulating film, and the n + -type impurity diffusion layers 20 and 21 become source and drain regions, respectively. Storage MOS transistor Mst
Is configured. Diode Di is storage MOS
The transistor Mst is formed by a pn junction of an n + -type polycrystalline silicon film 12 serving as a gate electrode of the transistor Mst and a p + -type polycrystalline silicon film 13 provided on the n + -type polycrystalline silicon film 12. In the transfer MOS transistor Mtr, the n + type polycrystalline silicon film 16 has a gate electrode,
The silicon oxide film 19 is configured such that the gate insulating film is used, and the n + -type impurity diffusion layers 21 and 25 are used as source and drain regions. The n + -type impurity diffusion layer 25 serving as the drain region of the transfer MOS transistor Mtr is connected to the metal wiring layer 27 through the contact hole 28.
, And the metal wiring layer 27 becomes the bit line BL. Further, a polycrystalline silicon film 23 provided on the n + -type polycrystalline silicon film 16 serving as a gate electrode of the transfer MOS transistor Mtr and extending in a band shape in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the element region AA is formed as a word line. Functions as a WL (password line).

【0046】なお、図2の平面図において、素子領域A
Aのワード線WL方向の幅がビット線BLの幅より小さ
くなっているが、これは図面の認識性を優先したためで
あって、両者の幅は同じものと考えて良い。
Note that, in the plan view of FIG.
The width of A in the word line WL direction is smaller than the width of the bit line BL. This is because priority has been given to the recognizability of the drawing, and it can be considered that both widths are the same.

【0047】上記のように、本実施形態に係るゲインセ
ルは、シリコン基板10に設けられたトレンチ11内
に、縦方向に順次埋め込み形成された、ストレージ用M
OSトランジスタMst、ダイオードDi、及びトランス
ファー用MOSトランジスタで構成されている。このゲ
インセルが設けられる素子領域AAは、図2に示すよう
に千鳥状に配置されており、素子領域AAの端部にゲイ
ンセルを構成する各素子が埋め込み形成されたトレンチ
が設けられている。そして、素子領域AAの1つのゲイ
ンセル領域上には2本のワード線WLが配置されてい
る。なお当該ゲインセルにおいて、トレンチ上に設けら
れた一方が実際にワード線WLとして機能する。このワ
ード線の幅は、一般的にプロセス上の最小加工寸法で形
成される。そして隣接するワード線WL間距離、ビット
線BL幅、素子領域AAの長手方向に直交する方向のト
レンチ幅、及び素子領域AAの長手方向に直交する方向
における隣接する素子領域AA間距離も最小加工寸法で
設計される。ここで最小加工寸法をFで表せば、本構成
は素子領域AAの長手方向の幅が4F、長手方向に直交
する方向の幅が2Fで、1つのゲインセルの占有面積は
8Fとなる。すなわち、従来型DRAMにおける、ト
レンチキャパシタを用いたBEST(BuriEd STrap)セ
ルと同じサイズである。このように、1つのメモリセル
の占有面積を増大させずにゲインセルを実現できること
は、コストの面から微細化が最重要課題である半導体記
憶装置において、非常に大きな利点と言うことが出来
る。更に、平面パターンも従来型DRAMと同様である
ため、DRAMで広く用いられている折り返しビット線
方式におけるセンスアンプ等の既存の周辺回路をそのま
ま適用できる。
As described above, the gain cell according to the present embodiment is formed in the trench 11 provided in the silicon substrate 10 so as to be sequentially buried and formed in the vertical direction.
It is composed of an OS transistor Mst, a diode Di, and a transfer MOS transistor. The element regions AA in which the gain cells are provided are arranged in a staggered pattern as shown in FIG. 2, and a trench in which each element constituting the gain cells is buried is provided at an end of the element region AA. Then, two word lines WL are arranged on one gain cell area of the element area AA. In the gain cell, one provided above the trench actually functions as a word line WL. The width of the word line is generally formed with a minimum processing dimension in the process. Then, the distance between the adjacent word lines WL, the width of the bit line BL, the trench width in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the element region AA, and the distance between the adjacent element regions AA in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the element region AA are also minimized. Designed with dimensions. Expressed wherein the minimum feature size in F, longitudinal width of the construction element region AA is 4F, in the direction of the width of 2F perpendicular to the longitudinal direction, the occupied area of one gain cell becomes 8F 2. That is, it has the same size as a BEST (BuriEd STrap) cell using a trench capacitor in a conventional DRAM. As described above, realizing a gain cell without increasing the area occupied by one memory cell can be said to be a great advantage in a semiconductor memory device in which miniaturization is the most important issue in terms of cost. Furthermore, since the plane pattern is the same as that of the conventional DRAM, existing peripheral circuits such as a sense amplifier of a folded bit line system widely used in the DRAM can be applied as they are.

【0048】次に、上記ゲインセルの製造方法について
図4乃至図14を用いて説明する。図4乃至図14は1
つのゲインセルに着目して、その製造工程を順次示す断
面図である。
Next, a method for manufacturing the gain cell will be described with reference to FIGS. 4 to FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view sequentially showing the manufacturing steps, focusing on one gain cell.

【0049】まず、図4に示すように、シリコン基板1
0上に熱酸化法等によりシリコン酸化膜30を、CVD
(Chemical Vapor Deposition)法等によりシリコン窒
化膜31をそれぞれ形成する。そして、リソグラフィ技
術とRIE(Reactive Ion Etching)法等の異方性のエ
ッチング技術により、シリコン窒化膜31、シリコン酸
化膜30、及びシリコン基板10を順次加工して、トレ
ンチ11を形成する。このトレンチ11の開口部の短辺
は現状における最小加工寸法で設計される。
First, as shown in FIG.
A silicon oxide film 30 by thermal oxidation or the like,
The silicon nitride films 31 are respectively formed by a (Chemical Vapor Deposition) method or the like. Then, the silicon nitride film 31, the silicon oxide film 30, and the silicon substrate 10 are sequentially processed by a lithography technique and an anisotropic etching technique such as a RIE (Reactive Ion Etching) method to form a trench 11. The short side of the opening of the trench 11 is designed with the current minimum processing dimension.

【0050】次に図5に示すように、全面にAs(Arse
nic)を含んだ絶縁膜32をCVD法により形成した
後、リソグラフィ技術とエッチングにより、トレンチ1
1内のストレージ用MOSトランジスタMstのソース領
域形成予定領域まで落とし込む。絶縁膜32は例えばA
SG(Arseno Silicate Glass)膜等である。
Next, as shown in FIG.
nic) is formed by the CVD method, and then the trench 1 is formed by lithography and etching.
1 down to the area where the source region of the storage MOS transistor Mst is to be formed. The insulating film 32 is, for example, A
SG (Arseno Silicate Glass) film or the like.

【0051】引き続き、CVD法により全面に絶縁膜を
形成する。そして、例えば窒素雰囲気中で温度1000
℃のアニールを施す。このアニールにより、絶縁膜32
に含まれるAsがシリコン基板10中に拡散し、ストレ
ージ用MOSトランジスタMtrのソース領域となるn
型不純物拡散層20が形成される。なお、前記絶縁膜を
形成することにより、n型不純物拡散層20の形成予
定領域以外へAsが拡散することを抑制できる。その
後、前記絶縁膜及び絶縁膜32を、等方性エッチングに
より除去し、図6の構造とする。
Subsequently, an insulating film is formed on the entire surface by the CVD method. Then, for example, at a temperature of 1000 in a nitrogen atmosphere.
C. annealing is performed. By this annealing, the insulating film 32
Is diffused into the silicon substrate 10 and becomes n + serving as a source region of the storage MOS transistor Mtr.
Formed impurity diffusion layer 20 is formed. The formation of the insulating film can suppress the diffusion of As into regions other than the region where the n + -type impurity diffusion layer 20 is to be formed. Thereafter, the insulating film and the insulating film 32 are removed by isotropic etching to obtain a structure shown in FIG.

【0052】次に、全面にシリコン酸化膜17を形成す
る。このシリコン酸化膜17はストレージ用MOSトラ
ンジスタMtrのゲート絶縁膜として機能する。更に全面
にAs等のn型不純物をドープしたn型多結晶シリコ
ン膜12を形成する。そしてこのn型多結晶シリコン
膜12を、ストレージ用MOSトランジスタMstのゲー
ト電極形成予定領域まで除去して図7の構造を得る。こ
のn型多結晶シリコン膜12の除去は、例えば、シリ
コン窒化膜31をストッパーに用いたCMP(Chemical
Mechanical Polishing)法による研磨と、RIE法に
よるトレンチ内のエッチングにより行う。n型多結晶
シリコン膜12は、ストレージ用MOSトランジスタM
stのゲート電極及びダイオードDiのカソード領域とし
て機能する。
Next, a silicon oxide film 17 is formed on the entire surface. This silicon oxide film 17 functions as a gate insulating film of the storage MOS transistor Mtr. Further, an n + -type polycrystalline silicon film 12 doped with an n-type impurity such as As is formed on the entire surface. Then, the n + -type polycrystalline silicon film 12 is removed to the region where the gate electrode of the storage MOS transistor Mst is to be formed, thereby obtaining the structure of FIG. The removal of the n + -type polycrystalline silicon film 12 is performed, for example, by using a CMP (Chemical Chemical) using the silicon nitride film 31 as a stopper.
The polishing is performed by polishing using a mechanical polishing method and etching in the trench by using the RIE method. The n + type polycrystalline silicon film 12 is formed of a storage MOS transistor M
It functions as the st gate electrode and the cathode region of the diode Di.

【0053】次に、全面にB(Boron)等のp型不純物
をドープしたp型多結晶シリコン膜13を形成し、ダ
イオードDiのアノード領域の形成予定領域まで除去し
て図8の構造を得る。この除去方法は、上記n型多結
晶シリコン膜12の場合と同様にCMP法とRIE法と
により行う。
Next, a p + -type polycrystalline silicon film 13 doped with a p-type impurity such as B (Boron) is formed on the entire surface, and is removed up to a region where the anode region of the diode Di is to be formed. obtain. This removing method is performed by the CMP method and the RIE method as in the case of the n + -type polycrystalline silicon film 12.

【0054】そして、ウェットエッチングやRIE法等
により、p型多結晶シリコン膜13より上のレベルの
トレンチ11側壁に形成されているシリコン酸化膜17
を除去する。引き続き、図9に示すように窒素雰囲気中
における熱処理を行いトレンチ11の側壁を窒化するこ
とで、トレンチ11のシリコン酸化膜17を除去した側
壁にシリコン窒化膜18を形成する。
Then, the silicon oxide film 17 formed on the side wall of the trench 11 at a level above the p + -type polycrystalline silicon film 13 by wet etching, RIE, or the like.
Is removed. Subsequently, as shown in FIG. 9, by performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere to nitride the sidewalls of the trenches 11, a silicon nitride film 18 is formed on the sidewalls of the trenches 11 from which the silicon oxide film 17 has been removed.

【0055】次に、図10に示すように、全面にn
多結晶シリコン膜14を形成し、CMP法とRIE法と
により、その形成予定領域まで落とし込む。そして、例
えばウェットエッチング等によりn型多結晶シリコン
膜14より上のレベルのトレンチ11の側壁に残存する
シリコン窒化膜18を除去する。シリコン窒化膜18
は、トレンチ11内のn型多結晶シリコン膜14をR
IE法にてエッチングする際に、トレンチ11側壁のシ
リコン基板10を保護する役割を果たす。また、n
多結晶シリコン膜14は、ストレージ用MOSトランジ
スタMstのドレイン領域及びトランスファー用MOSト
ランジスタMtrのソース領域となるn型不純物拡散層
21を形成する為の不純物の拡散源となると同時に、そ
のn型不純物拡散層とダイオードDiのアノード電極
となるp型多結晶シリコン膜13との間を電気的に接
続するためのものである。
Next, as shown in FIG. 10, an n + -type polycrystalline silicon film 14 is formed on the entire surface, and is dropped to a region where the film is to be formed by the CMP method and the RIE method. Then, the silicon nitride film 18 remaining on the side wall of the trench 11 at a level above the n + -type polycrystalline silicon film 14 is removed by, for example, wet etching. Silicon nitride film 18
Changes the n + -type polycrystalline silicon film 14 in the trench 11 to R
When etching by the IE method, it plays a role of protecting the silicon substrate 10 on the side wall of the trench 11. Further, the n + -type polycrystalline silicon film 14 serves as a diffusion source of an impurity for forming the n + -type impurity diffusion layer 21 serving as a drain region of the storage MOS transistor Mst and a source region of the transfer MOS transistor Mtr. , For electrically connecting the n + -type impurity diffusion layer and the p + -type polycrystalline silicon film 13 serving as the anode electrode of the diode Di.

【0056】次に、TEOS(tetraethylorthosilicat
e ; Si(OC2H5)4)を用いたLP(Low Pressure)−CV
D法やHDP(High Density Plasma)法によりシリコ
ン酸化膜15を形成してトレンチ11内を埋め込む。そ
して、図11に示すようにシリコン酸化膜15を、CM
P法とRIE法とによりトレンチ11内におけるその形
成予定領域内にまで落とし込む。勿論、CMP法とRI
E法とによる組み合わせに限らず、例えばウェットエッ
チング等により行ってもかまわない。
Next, TEOS (tetraethylorthosilicat)
e; LP (Low Pressure) -CV using Si (OC 2 H 5 ) 4 )
A silicon oxide film 15 is formed by the D method or HDP (High Density Plasma) method to fill the trench 11. Then, as shown in FIG. 11, the silicon oxide film 15 is
By the P method and the RIE method, the trench is dropped into a region where the trench 11 is to be formed. Of course, CMP and RI
The method is not limited to the combination with the method E, and may be performed by, for example, wet etching.

【0057】次に図12に示すように、熱酸化法やCV
D法等によりトレンチ11の側壁にシリコン酸化膜19
を形成し、更にn型多結晶シリコン膜16を形成して
トレンチ11内を埋め込む。このシリコン酸化膜19
は、トランスファー用MOSトランジスタMtrのゲート
絶縁膜として機能する。また、n型多結晶シリコン膜
16はトランスファー用MOSトランジスタMtrのゲー
ト電極として機能する。その後、n型多結晶シリコン
膜16を、CMP法とRIE法とによりトレンチ11内
のシリコン基板10表面の高さまで落とし込む。
Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film 19 is formed on the side walls of the trench 11 by the D method or the like.
Is formed, and an n + -type polycrystalline silicon film 16 is further formed to fill the trench 11. This silicon oxide film 19
Functions as a gate insulating film of the transfer MOS transistor Mtr. The n + -type polycrystalline silicon film 16 functions as a gate electrode of the transfer MOS transistor Mtr. Thereafter, the n + -type polycrystalline silicon film 16 is dropped to the height of the surface of the silicon substrate 10 in the trench 11 by the CMP method and the RIE method.

【0058】次に図13に示すように、素子分離領域S
TIを形成する。この素子分離領域STIは、例えばシ
リコン酸化膜29により埋め込まれたトレンチで構成さ
れる。そして、ウェットエッチング等により、シリコン
酸化膜30上のシリコン窒化膜31を除去し、引き続き
素子領域AAにおけるシリコン基板10表面に、イオン
注入法等によりn型不純物を導入してn型不純物拡
散層25を形成する。このn型不純物拡散層25は、
トランスファー用MOSトランジスタMtrのドレイン領
域として機能する。更に、シリコン基板10表面のシリ
コン酸化膜30をエッチングにより除去し、改めてシリ
コン基板10表面にシリコン酸化膜22を、熱酸化法や
CVD法等により形成する。
Next, as shown in FIG.
Form a TI. This element isolation region STI is constituted by, for example, a trench buried with a silicon oxide film 29. Then, the silicon nitride film 31 on the silicon oxide film 30 is removed by wet etching or the like, and then n + -type impurities are introduced into the surface of the silicon substrate 10 in the element region AA by ion implantation or the like to diffuse the n + -type impurities. A layer 25 is formed. This n + type impurity diffusion layer 25
It functions as the drain region of the transfer MOS transistor Mtr. Further, the silicon oxide film 30 on the surface of the silicon substrate 10 is removed by etching, and a silicon oxide film 22 is newly formed on the surface of the silicon substrate 10 by a thermal oxidation method, a CVD method, or the like.

【0059】そして図14に示すように、シリコン酸化
膜22及びトレンチ11上に、多結晶シリコン膜23に
よるワード線WLを形成する。図14では1つのゲイン
セルに2本の多結晶シリコン膜23が設けられている
が、実際にワード線として機能するのはトレンチ11上
の多結晶シリコン膜23であり、トレンチ11内に設け
られ、トランスファー用MOSトランジスタMtrのゲー
ト電極として機能する多結晶シリコン膜16と電気的に
接続されている。
Then, as shown in FIG. 14, a word line WL of a polycrystalline silicon film 23 is formed on the silicon oxide film 22 and the trench 11. In FIG. 14, two polycrystalline silicon films 23 are provided in one gain cell, but what actually functions as a word line is the polycrystalline silicon film 23 on the trench 11, which is provided in the trench 11. It is electrically connected to a polycrystalline silicon film 16 functioning as a gate electrode of the transfer MOS transistor Mtr.

【0060】更に多結晶シリコン膜23の側壁及び上面
を被覆するように、シリコン窒化膜24を形成する。
Further, a silicon nitride film 24 is formed so as to cover the side walls and the upper surface of polycrystalline silicon film 23.

【0061】なお、トレンチ11内に埋め込み形成され
たn型多結晶シリコン膜14内に含まれるn型不純物
は、n型多結晶シリコン膜14形成後の各工程によっ
てシリコン基板10内に拡散する。それにより、トレン
チ11内のn型多結晶シリコン膜12からn型多結
晶シリコン膜16にわたるシリコン基板10内には、ト
ランスファー用MOSトランジスタMtrのソース領域及
びストレージ用MOSトランジスタMstのドレイン領域
として機能するn型不純物拡散層21が形成される。
ただし、n型不純物拡散層21の形成を、トレンチ内
に埋め込んだ拡散源(n型多結晶シリコン膜14)か
ら不純物を拡散させる固層拡散によらずに行うことが可
能であれば、当然ながらn型多結晶シリコン膜14及
びシリコン窒化膜18を形成する必要はない。
The n-type impurities contained in the n + -type polycrystalline silicon film 14 buried in the trench 11 are diffused into the silicon substrate 10 by respective steps after the formation of the n + -type polycrystalline silicon film 14. I do. Thereby, the silicon substrate 10 over the n + -type polycrystalline silicon film 16 of n + -type polycrystalline silicon film 12 in the trench 11, as a source region and a drain region of the MOS transistor Mst Storage of the transfer MOS transistor Mtr A functioning n + -type impurity diffusion layer 21 is formed.
However, if it is possible to form the n + -type impurity diffusion layer 21 without using solid layer diffusion in which impurities are diffused from a diffusion source (n + -type polycrystalline silicon film 14) embedded in the trench, Of course, it is not necessary to form the n + -type polycrystalline silicon film 14 and the silicon nitride film 18.

【0062】その後は、全面にBPSG(Boron Phosph
orous Silicate Glass)膜やTEOSを用いたシリコン
酸化膜により層間絶縁膜26を形成し、この層間絶縁膜
26中に、n型不純物拡散層25と接続するコンタク
トホール28を形成する。そして、このコンタクトホー
ルを介してn型不純物拡散層25と接続し、ビット線
BLとなる金属配線層27を形成して図3の構造を完成
する。
Thereafter, BPSG (Boron Phosph
An interlayer insulating film 26 is formed from an orous silicate glass film or a silicon oxide film using TEOS, and a contact hole 28 connected to the n + -type impurity diffusion layer 25 is formed in the interlayer insulating film 26. Then, the structure is connected to n + -type impurity diffusion layer 25 through this contact hole to form metal wiring layer 27 serving as bit line BL, thereby completing the structure of FIG.

【0063】上記のような製造工程によれば、ストレー
ジ用MOSトランジスタMst、ダイオードDi、及びト
ランスファー用MOSトランジスタMtrをトレンチ内に
縦型にして埋め込んでおり、それらの素子の加工は、例
えばCMP法による研磨とRIE法によるエッチングの
組み合わせによるリセスで行うことが可能である。具体
的には、トレンチ内を各部材で埋め込んだ後の加工を、
まずシリコン基板上のシリコン窒化膜31をストッパー
に用いたCMP法によりシリコン基板上の当該部材を除
去し、次にシリコン窒化膜31をマスクに用いた例えば
RIE法等のエッチングにより行うことが可能である。
そのため、従来のようにリソグラフィ工程に多大な負担
を及ぼさずに済み、リソグラフィ時のアライメントあわ
せの観点から見れば、製造工程を大幅に簡単化出来る。
According to the above-described manufacturing process, the storage MOS transistor Mst, the diode Di, and the transfer MOS transistor Mtr are vertically embedded in the trench, and these elements are processed by, for example, a CMP method. It is possible to perform the recess by a combination of polishing by RIE and etching by RIE. Specifically, the processing after filling the trench with each member,
First, the member on the silicon substrate can be removed by a CMP method using the silicon nitride film 31 on the silicon substrate as a stopper, and then the etching can be performed by etching such as RIE using the silicon nitride film 31 as a mask. is there.
For this reason, a great burden is not imposed on the lithography process as in the related art, and the manufacturing process can be greatly simplified from the viewpoint of alignment at the time of lithography.

【0064】また、トレンチ内に各素子を縦型にして埋
め込む工程の多くは、トレンチキャパシタを用いた従来
型DRAMの製造工程を流用することが可能であり、製
造工程の複雑化を招かずに済む。更に従来型DRAMで
はキャパシタ容量を確保するためにトレンチ深さを大き
くする必要があり、それに従ってトレンチ内の埋め込み
性を維持することが困難であった。しかし、2トランジ
スタ、1ダイオードで構成されるゲインセルではキャパ
シタ素子を必要としないため、トレンチを特に深くする
必要が無い。そのため、トレンチ内における各部材の加
工が非常に容易となり、その結果、ゲインセルの歩留ま
りの向上や、信頼性の向上、製造コストの低減を図るこ
とが出来る。
In many of the steps of vertically embedding each element in the trench, the manufacturing process of a conventional DRAM using a trench capacitor can be diverted, without complicating the manufacturing process. I'm done. Further, in the conventional DRAM, it is necessary to increase the trench depth in order to secure the capacitor capacity, and accordingly, it is difficult to maintain the filling property in the trench. However, a gain cell composed of two transistors and one diode does not require a capacitor element, so that it is not necessary to make the trench particularly deep. Therefore, processing of each member in the trench becomes very easy, and as a result, it is possible to improve the yield of the gain cell, improve the reliability, and reduce the manufacturing cost.

【0065】次にこの発明の第2の実施形態に係る半導
体記憶装置について、図15、図16を用いて説明す
る。図15、図16は本実施形態に係るゲインセルにつ
いて説明するためのもので、図15は複数のゲインセル
を備える半導体記憶装置の平面図、図16は図15にお
けるC−C’線に沿った断面図である。
Next, a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 and 16 are views for explaining the gain cell according to the present embodiment. FIG. 15 is a plan view of a semiconductor memory device having a plurality of gain cells, and FIG. 16 is a cross section taken along line CC ′ in FIG. FIG.

【0066】図示するように、p型シリコン基板10中
にはゲインセルを形成する素子領域AAがアレイ状に配
置され、その他の領域には素子分離領域STIが設けら
れている。素子領域AAの長手方向の端部には、第1の
実施形態で説明したように、ゲインセルを構成するスト
レージ用MOSトランジスタMst、ダイオードDi、及
びトランスファー用MOSトランジスタMtrが順次埋め
込み形成されたトレンチ11が設けられている。そし
て、このトレンチ11の直上にワード線WLが設けられ
ている。
As shown, element regions AA forming gain cells are arranged in an array in the p-type silicon substrate 10, and element isolation regions STI are provided in other regions. As described in the first embodiment, the trench 11 in which the storage MOS transistor Mst, the diode Di, and the transfer MOS transistor Mtr forming the gain cell are sequentially buried is formed at the longitudinal end of the element region AA. Is provided. A word line WL is provided directly above the trench 11.

【0067】本実施形態における構造では、素子領域A
Aはアレイ状に配置されているため、各行において列方
向に配置された各々のゲインセルのトレンチはそれぞれ
全て同一列に位置する。そのため、素子領域AA上にダ
ミーのワード線WLが存在せず、トレンチ11上のワー
ド線WL間にビット線BLのコンタクトが位置すること
になる。
In the structure of this embodiment, the element region A
Since A is arranged in an array, the trenches of the respective gain cells arranged in the column direction in each row are all located in the same column. Therefore, the dummy word line WL does not exist on the element region AA, and the contact of the bit line BL is located between the word lines WL on the trench 11.

【0068】その結果、1つのゲインセルが占有する領
域は図15、図16の破線で示した領域AREA2とな
り、素子領域AAの長手方向、及び長手方向に直交する
方向の幅が共に2Fで済み、1つのゲインセルが占有す
る面積は4Fとなる。すなわち、ゲインセルの占有面
積を従来型DRAMにおけるメモリセルの1/2にする
事が可能となる。
As a result, the area occupied by one gain cell is the area AREA2 shown by the broken line in FIGS. 15 and 16, and the width of the element area AA in both the longitudinal direction and the direction perpendicular to the longitudinal direction is only 2F. area single gain cell occupies becomes 4F 2. That is, the area occupied by the gain cell can be reduced to half that of the memory cell in the conventional DRAM.

【0069】これは言い換えれば、同一面積で2倍の記
憶容量を持つ半導体記憶装置を製造できることになり、
半導体メモリにおける非常に大きなブレークスルーにな
ると言うことが出来る。
In other words, a semiconductor memory device having twice the storage capacity in the same area can be manufactured.
This can be said to be a very large breakthrough in semiconductor memory.

【0070】上記第1、第2の実施形態で説明したよう
に、この発明ではゲインセルを構成する2つのトランジ
スタと1つのダイオードをトレンチ内に縦型にして埋め
込み形成している。トレンチ内の各素子の加工は、例え
ばCMP法とRIE法の組み合わせ等のリセスにより行
うことが出来る。そのため、リソグラフィ工程の負担を
大幅に軽減出来る。更に、トレンチ内に各素子を埋め込
み形成する工程の多くは、トレンチキャパシタを用いた
従来型DRAMのプロセスを流用できるので、製造工程
を複雑化させることなく素子を形成できる。逆に、キャ
パシタ素子を使用しないのでトレンチの深さを特に深く
する必要が無く、トレンチの埋め込み性等は従来型のD
RAMより優れていると言うことも出来る。このよう
に、ゲインセルの実現を容易とすることが出来るため、
ゲインセルの歩留まりの向上や、製造コストの低減を図
ることが出来る。
As described in the first and second embodiments, in the present invention, two transistors and one diode constituting a gain cell are buried vertically in a trench. The processing of each element in the trench can be performed by a recess such as a combination of a CMP method and an RIE method. Therefore, the burden on the lithography process can be significantly reduced. Furthermore, since many of the steps of burying each element in the trench can use the process of the conventional DRAM using the trench capacitor, the element can be formed without complicating the manufacturing process. Conversely, since the capacitor element is not used, the depth of the trench does not need to be particularly deep, and the trench filling property and the like are the same as those of the conventional type.
It can be said that it is superior to RAM. As described above, since the gain cell can be easily realized,
It is possible to improve the yield of the gain cell and reduce the manufacturing cost.

【0071】更に、ゲインセルの平面パターンはトレン
チキャパシタを用いた従来型DRAMと同じであるた
め、特にセルの占有面積の増大等を招かずに上記効果を
得ることが出来、且つ従来型DRAMで使用される周辺
回路をそのまま流用できる。また、セルをアレイ状に配
置すれば、従来型DRAMにおけるセルの占有面積の1
/2である4Fの配置が可能となる。すなわち、同一
面積における半導体記憶装置の集積度を2倍に出来る。
半導体記憶装置における最重要課題の一つが集積度であ
り、製造工程を複雑化せずにその集積度を大幅に向上で
きることは、半導体記憶装置としての非常に大きな利点
である。
Further, since the plane pattern of the gain cell is the same as that of a conventional DRAM using a trench capacitor, the above-mentioned effect can be obtained without increasing the area occupied by the cell and the like. The used peripheral circuit can be used as it is. In addition, if the cells are arranged in an array, the occupied area of the cells in the conventional DRAM is reduced to one.
/ Placement of 2. It 4F 2 is possible. That is, the degree of integration of the semiconductor memory device in the same area can be doubled.
One of the most important issues in a semiconductor memory device is the degree of integration, and the ability to greatly improve the degree of integration without complicating the manufacturing process is a very great advantage as a semiconductor memory device.

【0072】なお、本発明の趣旨はトレンチ内に、ゲイ
ンセルを構成する各素子を縦型に埋め込み形成すること
にあり、その趣旨を逸脱しない範囲で幅広い応用が可能
である。例えば、ストレージ用MOSトランジスタのゲ
ート・ドレイン間に接続されるダイオードはpn接合ダ
イオードに限られるものではない。
The purpose of the present invention is to form each element constituting the gain cell vertically in the trench, and a wide range of application is possible without departing from the purpose. For example, the diode connected between the gate and the drain of the storage MOS transistor is not limited to a pn junction diode.

【0073】例えば、第1、第2の実施形態におけるp
型多結晶シリコン膜13をシリコンとは異なる半導体
材料、例えばSiCに置き換えることでヘテロ接合を形
成して、ヘテロ接合ダイオードとしても良い。また半導
体材料だけでなく、金属材料に置き換えてショットキー
ダイオードとしても良い。なお、金属・半導体接合で
は、半導体の不純物ドープ量により障壁高さが変わるた
め、n型多結晶シリコン膜12との接合はショットキ
ー接触、n型多結晶シリコン膜14との接合はオーミ
ック接触となるようにそれぞれの多結晶シリコン膜への
不純物のドープ量を設定しておく必要がある。
For example, p in the first and second embodiments
The heterojunction diode may be formed by replacing the + type polycrystalline silicon film 13 with a semiconductor material different from silicon, for example, SiC to form a heterojunction. In addition, a Schottky diode may be used instead of a semiconductor material instead of a metal material. In the metal / semiconductor junction, the barrier height changes depending on the impurity doping amount of the semiconductor. Therefore, the junction with the n + -type polycrystalline silicon film 12 is a Schottky contact, and the junction with the n + -type polycrystalline silicon film 14 is an ohmic contact. It is necessary to set the doping amount of the impurity to each polycrystalline silicon film so as to make contact.

【0074】また、第1の実施形態で説明した製造方法
も、例えばトレンチ内に各部材を落とし込むリセス方法
も、CMP法とRIE法との組み合わせに限るものでは
なく、各部材の堆積方法も実施例で示した方法に限定さ
れるものではない。
Further, neither the manufacturing method described in the first embodiment nor the recess method of dropping each member into the trench, for example, is limited to the combination of the CMP method and the RIE method. It is not limited to the method shown in the example.

【0075】更に、ゲインセルを構成するトランスファ
ー用、ストレージ用の2つのMOSトランジスタは実施
形態で説明したようにnチャネル型のものに限らず、p
チャネル型であっても良いのは言うまでもない。この場
合、ダイオードも当然実施形態の反対の極性を有するこ
とになり、電源電位VDDは負電位となる。また、不純
物の拡散源となる多結晶シリコン膜14には、p型不純
物を含有したものを使用することになる。
Further, the two MOS transistors for transfer and storage constituting the gain cell are not limited to the n-channel type as described in the embodiment, but may be p-type.
It goes without saying that a channel type may be used. In this case, the diode naturally has the opposite polarity to that of the embodiment, and the power supply potential VDD becomes a negative potential. In addition, the polycrystalline silicon film 14 serving as a diffusion source of an impurity contains a p-type impurity.

【0076】なお、本願発明は上記実施形態に限定され
るものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範
囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施
形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される
複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の
発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構
成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が
解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発
明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合に
は、この構成要件が削除された構成が発明として抽出さ
れうる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified in an implementation stage without departing from the gist of the invention. Furthermore, the embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some components are deleted from all the components shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved and the effects described in the column of the effect of the invention can be solved. Is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、リソグラフィ工程の負担を軽減し、製造工程を簡略
化出来る半導体記憶装置の製造方法を提供できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor memory device capable of reducing the load on the lithography process and simplifying the manufacturing process.

【0078】また、この発明によれば、製造工程を簡略
化し且つメモリセルの占有面積を低減出来る半導体記憶
装置及びその製造方法を提供できる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory device capable of simplifying a manufacturing process and reducing an area occupied by a memory cell, and a method of manufacturing the same.

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

【図1】この発明の第1の実施形態に係るゲインセルの
等価回路。
FIG. 1 is an equivalent circuit of a gain cell according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1の実施形態に係るゲインセルの
平面図。
FIG. 2 is a plan view of the gain cell according to the first embodiment of the present invention.

【図3】この発明の第1の実施形態に係るゲインセルの
断面図であり、図2のB−B’線に沿った断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the gain cell according to the first embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 2;

【図4】この発明の第1の実施形態に係るゲインセルの
第1の製造工程を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a first manufacturing step of the gain cell according to the first embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第1の実施形態に係るゲインセルの
第2の製造工程を示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a second manufacturing step of the gain cell according to the first embodiment of the present invention.

【図6】この発明の第1の実施形態に係るゲインセルの
第3の製造工程を示す断面図。
FIG. 6 is a sectional view showing a third manufacturing step of the gain cell according to the first embodiment of the present invention.

【図7】この発明の第1の実施形態に係るゲインセルの
第4の製造工程を示す断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing a fourth manufacturing step of the gain cell according to the first embodiment of the present invention.

【図8】この発明の第1の実施形態に係るゲインセルの
第5の製造工程を示す断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing a fifth manufacturing step of the gain cell according to the first embodiment of the present invention.

【図9】この発明の第1の実施形態に係るゲインセルの
第6の製造工程を示す断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing a sixth manufacturing step of the gain cell according to the first embodiment of the present invention.

【図10】この発明の第1の実施形態に係るゲインセル
の第7の製造工程を示す断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing a seventh manufacturing step of the gain cell according to the first embodiment of the present invention.

【図11】この発明の第1の実施形態に係るゲインセル
の第8の製造工程を示す断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing an eighth manufacturing step of the gain cell according to the first embodiment of the present invention.

【図12】この発明の第1の実施形態に係るゲインセル
の第9の製造工程を示す断面図。
FIG. 12 is a sectional view showing a ninth manufacturing step of the gain cell according to the first embodiment of the present invention.

【図13】この発明の第1の実施形態に係るゲインセル
の第10の製造工程を示す断面図。
FIG. 13 is a sectional view showing a tenth manufacturing step of the gain cell according to the first embodiment of the present invention.

【図14】この発明の第1の実施形態に係るゲインセル
の第11の製造工程を示す断面図。
FIG. 14 is a sectional view showing an eleventh manufacturing process of the gain cell according to the first embodiment of the present invention.

【図15】この発明の第2の実施形態に係るゲインセル
の平面図。
FIG. 15 is a plan view of a gain cell according to a second embodiment of the present invention.

【図16】この発明の第2の実施形態に係るゲインセル
の断面図であり、図15のC−C’線に沿った断面図。
FIG. 16 is a cross-sectional view of the gain cell according to the second embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. 15;

【図17】従来のゲインセルの等価回路。FIG. 17 is an equivalent circuit of a conventional gain cell.

【図18】従来のゲインセルの平面図。FIG. 18 is a plan view of a conventional gain cell.

【図19】従来のゲインセルの断面図であり、図18の
A−A’線に沿った断面図。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a conventional gain cell, and is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、100…シリコン基板 11…トレンチ 12、14、16、23、120…n型多結晶シリコ
ン膜 13、140…p型多結晶シリコン膜 15、17、19、22、29、110…シリコン酸化
膜 18、24、160…シリコン窒化膜 20、21、25、130…n型不純物拡散層 26、170…層間絶縁膜 27、180…金属配線層 28、190…コンタクトホール 150…チタンシリサイド膜
10, 100: silicon substrate 11: trench 12, 14, 16, 23, 120: n + type polycrystalline silicon film 13, 140: p + type polycrystalline silicon film 15, 17, 19, 22, 29, 110: silicon Oxide films 18, 24, 160: silicon nitride films 20, 21, 25, 130 ... n + type impurity diffusion layers 26, 170 ... interlayer insulating films 27, 180 ... metal wiring layers 28, 190 ... contact holes 150 ... titanium silicide film

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板内に設けられたトレンチと、 前記トレンチ内に埋め込み形成され、ソース領域に電源
電圧が印加されたストレージ用MOSトランジスタと、 前記トレンチ内に埋め込み形成され、一方の電極が前記
ストレージ用MOSトランジスタのゲート電極に電気的
に接続され、他方の電極が前記ストレージ用MOSトラ
ンジスタのドレイン領域に接続されたダイオードと、 前記トレンチ内に埋め込み形成され、ゲート電極がワー
ド線に接続され、ソース領域が前記ダイオードの他方の
電極に電気的に接続され、ドレイン領域がビット線に接
続されたトランスファー用MOSトランジスタとを具備
し、 前記ストレージ用MOSトランジスタ、前記ダイオー
ド、及び前記トランスファー用トランジスタの3素子に
より1つのメモリセルを構成することを特徴とする半導
体記憶装置。
1. A trench provided in a semiconductor substrate, a storage MOS transistor buried in the trench and a power supply voltage applied to a source region, and one electrode buried in the trench. A diode electrically connected to the gate electrode of the storage MOS transistor and the other electrode connected to a drain region of the storage MOS transistor; and a diode buried in the trench, and a gate electrode connected to a word line. A transfer MOS transistor having a source region electrically connected to the other electrode of the diode, and a drain region connected to a bit line, wherein the storage MOS transistor, the diode, and the transfer transistor are connected to each other. One memo with three elements The semiconductor memory device characterized by forming a cell.
【請求項2】 前記ストレージ用MOSトランジスタ
は、第1導電型の前記半導体基板内に設けられた前記ト
レンチ内を、該トレンチ側壁との間にゲート絶縁膜とし
て機能する第1絶縁膜を介在して埋め込み、ゲート電極
として機能する第1導電膜と、 前記トレンチの前記第1導電膜が設けられた領域に接す
る前記半導体基板中に設けられ、ソース領域として機能
する第2導電型の第1不純物拡散層と、 前記第1不純物拡散層と離間し、前記トレンチの少なく
とも前記第1導電膜が設けられた領域に接する前記半導
体基板中に設けられ、ドレイン領域として機能する第2
導電型の第2不純物拡散層とにより構成され、 前記ダイオードは、前記第1導電膜と、該第1導電膜上
の前記トレンチ中を埋め込み、且つ前記第2不純物拡散
層と電気的に接続された第2導電膜との接合により構成
され、 前記トランスファー用MOSトランジスタは、前記トレ
ンチ内を、該トレンチ側壁との間にゲート絶縁膜として
機能する第2絶縁膜を介在して埋め込み、且つ前記第2
導電膜と電気的に分離され、ゲート電極として機能する
第3導電膜と、 前記ストレージ用MOSトランジスタのドレイン領域と
して機能すると共に、トランスファー用MOSトランジ
スタのソース領域として機能する前記第2不純物拡散層
と、 前記第2不純物拡散層と離間し、前記トレンチ内の前記
第3導電膜が設けられた領域に接する前記半導体基板中
に設けられ、ドレイン領域として機能する第2導電型の
第3不純物拡散層とにより構成されることを特徴とする
請求項1記載の半導体記憶装置。
2. The storage MOS transistor has a first insulating film functioning as a gate insulating film interposed between the trench provided in the semiconductor substrate of the first conductivity type and a sidewall of the trench. A first conductive film that is buried and functions as a gate electrode; and a second conductive type first impurity that is provided in the semiconductor substrate in contact with a region of the trench where the first conductive film is provided and functions as a source region. A second diffusion layer that is provided in the semiconductor substrate that is separated from the first impurity diffusion layer and that is in contact with at least a region of the trench where the first conductive film is provided, and that functions as a drain region;
The diode is configured by a conductive type second impurity diffusion layer, wherein the diode is embedded in the first conductive film and the trench on the first conductive film, and is electrically connected to the second impurity diffusion layer. The transfer MOS transistor is buried in the trench with a second insulating film functioning as a gate insulating film interposed between the trench and a sidewall of the trench. 2
A third conductive film electrically separated from the conductive film and functioning as a gate electrode; and the second impurity diffusion layer functioning as a drain region of the storage MOS transistor and functioning as a source region of the transfer MOS transistor. A second conductivity type third impurity diffusion layer provided in the semiconductor substrate and separated from the second impurity diffusion layer and in contact with a region in the trench where the third conductive film is provided, and functioning as a drain region; 2. The semiconductor memory device according to claim 1, comprising:
【請求項3】 前記第1絶縁膜は、前記第2導電膜と前
記トレンチ側壁の間に更に介在し、 前記第2導電膜と前記第3導電膜との間の前記トレンチ
内を埋め込み、前記第3導電膜と電気的に分離された第
4導電膜を更に備え、 前記第2導電膜は前記第4導電膜を介在して前記第2不
純物拡散層に電気的に接続されることを特徴とする請求
項1または2記載の半導体記憶装置。
3. The first insulating film further intervenes between the second conductive film and the side wall of the trench, and buries the trench between the second conductive film and the third conductive film. A fourth conductive film electrically separated from the third conductive film, wherein the second conductive film is electrically connected to the second impurity diffusion layer via the fourth conductive film. 3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記トレンチ開口部上に設けられ、且つ
前記第3導電膜に電気的に接続され、前記ワード線とし
て機能する第5導電膜を更に備えることを特徴とする請
求項1乃至3いずれか1項記載の半導体記憶装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a fifth conductive film provided on the trench opening, electrically connected to the third conductive film, and functioning as the word line. The semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項5】 前記半導体基板上に設けられた層間絶縁
膜を更に具備し、 前記ビット線は、前記層間絶縁膜上に形成され、該層間
絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記第3
不純物拡散層と接続されることを特徴とする請求項1乃
至4いずれか1項記載の半導体記憶装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate, wherein the bit line is formed on the interlayer insulating film, and the bit line is formed through a contact hole provided in the interlayer insulating film. 3
5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the semiconductor memory device is connected to an impurity diffusion layer.
【請求項6】 前記第5導電膜は、前記半導体基板中に
アレイ状に設けられた素子領域の両端部に設けられ、同
一列に配置された前記素子領域の共通のワード線として
機能し、 前記コンタクトホールは、隣接する前記ワード線間の前
記素子領域に設けられ、 前記ワード線の幅と、隣接する該ワード線間の距離と、
前記トレンチの短辺の長さは最小加工寸法であることを
特徴とする請求項5記載の半導体記憶装置。
6. The fifth conductive film is provided at both ends of an element region provided in an array in the semiconductor substrate, and functions as a common word line for the element regions arranged in the same column. The contact hole is provided in the element region between the adjacent word lines, a width of the word line, a distance between the adjacent word lines,
6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the length of the short side of the trench is a minimum processing dimension.
【請求項7】 前記第5導電膜は、前記半導体基板中に
千鳥状に設けられた素子領域の両端部に設けられ、同一
列に配置された前記素子領域の共通のワード線として機
能し、 隣接する前記ワード線間の前記素子領域には、行方向に
隣接する素子領域の前記ワード線が延設され、 前記ワード線の幅と、前記素子領域内において隣接する
該ワード線間の距離と、前記トレンチの短辺の長さは最
小加工寸法であることを特徴とする請求項5記載の半導
体記憶装置。
7. The fifth conductive film is provided at both ends of an element region provided in a zigzag pattern in the semiconductor substrate, and functions as a common word line for the element regions arranged in the same column. In the element region between the adjacent word lines, the word lines of the element regions adjacent in the row direction are extended, and the width of the word line and the distance between the adjacent word lines in the element region 6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein a length of a short side of said trench is a minimum processing dimension.
【請求項8】 第1導電型の半導体基板にトレンチを形
成する工程と、 前記トレンチの底部近傍の前記半導体基板中に第2導電
型の第1不純物拡散層を形成する工程と、 前記トレンチの底部から側壁に沿って第1絶縁膜を形成
する工程と、 前記第1不純物拡散層の上端より高い位置までの前記ト
レンチ中に、該トレンチ側壁との間に前記第1絶縁膜を
介在して第1導電膜を形成する工程と、 前記第1導電膜上のトレンチ中に第2導電膜を形成する
工程と、 前記第1絶縁膜及び前記第2導電膜の上端より高い位置
からの前記トレンチ側壁に第2絶縁膜を形成する工程
と、 前記第2導電膜上の前記トレンチ中に、該トレンチ側壁
との間に前記第2絶縁膜を介在して第3導電膜を形成す
る工程と、 前記第3導電膜が設けられた領域の前記トレンチに接す
る前記半導体基板中に、第2導電型の第2不純物拡散層
を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体記
憶装置の製造方法。
8. A step of forming a trench in a semiconductor substrate of a first conductivity type; a step of forming a first impurity diffusion layer of a second conductivity type in the semiconductor substrate near a bottom of the trench; Forming a first insulating film from the bottom along the side wall; and interposing the first insulating film between the trench and the side wall in the trench up to a position higher than the upper end of the first impurity diffusion layer. Forming a first conductive film; forming a second conductive film in a trench on the first conductive film; and forming the trench from a position higher than upper ends of the first insulating film and the second conductive film. Forming a second insulating film on a side wall; forming a third conductive film in the trench on the second conductive film with the second insulating film interposed between the trench and the side wall; The train in a region where the third conductive film is provided; Wherein in the semiconductor substrate, a method of manufacturing a semiconductor memory device characterized by comprising the step of forming a second impurity diffusion layer of a second conductivity type in contact with.
【請求項9】 前記トレンチ中に前記第2導電膜を形成
する工程の後、 前記第2導電膜上の前記トレンチ中に、第2導電型の不
純物を含有する第4導電膜を形成する工程を更に備え、 前記第4導電膜を形成する工程の後の、加熱を必要とす
る1つ以上の工程において、前記第4導電膜の含有する
不純物を前記半導体基板中へ拡散させ、前記第1導電膜
から前記第3導電膜にわたる領域のトレンチに接する前
記半導体基板中に第2導電型の第3不純物拡散層を形成
することを特徴とする請求項8記載の半導体記憶装置の
製造方法。
9. A step of forming a fourth conductive film containing a second conductive type impurity in the trench on the second conductive film after the step of forming the second conductive film in the trench. Further comprising, in one or more steps requiring heating after the step of forming the fourth conductive film, diffusing impurities contained in the fourth conductive film into the semiconductor substrate; 9. The method according to claim 8, wherein a third impurity diffusion layer of a second conductivity type is formed in the semiconductor substrate in contact with a trench in a region extending from the conductive film to the third conductive film.
【請求項10】 前記半導体基板にトレンチを形成する
工程の前に、該半導体基板上にマスク材を形成する工程
を更に備え、 前記トレンチを形成する工程は、前記マスク材を貫通し
て前記半導体基板に達するように該トレンチを形成し、 前記第1乃至第3導電膜を前記トレンチ内に埋め込む各
々の工程は、 前記半導体基板上及び前記トレンチ内に、導電膜を各々
形成する工程と、 前記導電膜の各々を前記マスク材をストッパーに用いて
研磨し、前記トレンチ内にのみ残存させる工程と、 前記トレンチ内に残存する前記導電膜の各々を、前記マ
スク材をマスクに用いたエッチングにより該トレンチ内
の所定の高さまで除去する工程とを備えることを特徴と
する請求項8または9記載の半導体記憶装置の製造方
法。
10. The method according to claim 1, further comprising, before the step of forming a trench in the semiconductor substrate, the step of forming a mask material on the semiconductor substrate. Forming each of the trenches so as to reach a substrate, and embedding the first to third conductive films in the trenches; forming a conductive film on the semiconductor substrate and in the trenches, respectively; Polishing each of the conductive films using the mask material as a stopper and leaving only in the trench; and etching each of the conductive films remaining in the trench by etching using the mask material as a mask. 10. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 8, further comprising the step of removing the semiconductor memory device to a predetermined height in the trench.
【請求項11】 前記第2不純物拡散層を形成する工程
の後、 前記半導体基板中に素子分離領域を形成する工程と、 前記第3導電膜上にワード線として機能する第5導電膜
を形成する工程と、 前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜内に前記第2不純物拡散層に達するコン
タクトホールを、前記ワード線に隣接して形成する工程
と、 前記層間絶縁膜上に前記コンタクトホールを介して前記
第2不純物拡散層と電気的に接続され、ビット線となる
金属配線層を形成する工程とを更に備えることを特徴と
する請求項8乃至10いずれか1項記載の半導体記憶装
置の製造方法。
11. A step of forming an element isolation region in the semiconductor substrate after the step of forming the second impurity diffusion layer, and forming a fifth conductive film functioning as a word line on the third conductive film Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate; forming a contact hole in the interlayer insulating film that reaches the second impurity diffusion layer adjacent to the word line; 11. The method according to claim 8, further comprising: forming a metal wiring layer that is electrically connected to the second impurity diffusion layer via the contact hole on the insulating film and serves as a bit line. 2. A method for manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1.
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