JP2002134718A - Semiconductor memory device and method for manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor memory device and method for manufacturing the same

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JP2002134718A
JP2002134718A JP2000326685A JP2000326685A JP2002134718A JP 2002134718 A JP2002134718 A JP 2002134718A JP 2000326685 A JP2000326685 A JP 2000326685A JP 2000326685 A JP2000326685 A JP 2000326685A JP 2002134718 A JP2002134718 A JP 2002134718A
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tunnel junction
trench
layer
electrode
forming
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JP2000326685A
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Japanese (ja)
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Takeshi Kajiyama
健 梶山
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile memory in which high integration is realized, while solving the problem of junction leakage or off-leaks of a transfer transistor. SOLUTION: A semiconductor memory device has a semiconductor substrate, a plurality of trench capacitors formed on the semiconductor substrate in a matrix form, a plurality of vertical tunnel junction layers embedded in the trench capacitors, a plurality of word line diffusion layers extending along the first direction of the substrate so as to be adjacent to the tunnel junction layers, and a plurality of bit lines, each connected to each tunnel junction layer and extending in the direction, crossing the word line diffusion layer at a right angle. Each trench capacitor is positioned at about the intersecting point of a word line and a bit line. A gate insulating film is inserted between the tunnel junction layer and the word line diffusion layer adjacent thereto, and a tunnel junction type transistor is constituted by a part of the trench capacitors, the vertical tunnel junction layers and a part of the word line diffusion layers.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体記憶装置お
よびその製造方法に関し、特に、DRAMのトランスフ
ァ側のトランジスタをトレンチキャパシタの上部に埋め
込んだ縦型トンネルトランジスタを有する半導体記憶装
置と、その製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor memory device having a vertical tunnel transistor in which a transistor on a transfer side of a DRAM is buried above a trench capacitor, and a method of manufacturing the same. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体集積回路の微細化に伴い、
従来型のDRAMセルの構造では、セルキャパシタンス
の確保や、トンラスファ側(転送)トランジスタのオフ
リーク制御に問題が生じ、プロセスが複雑化してきてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of semiconductor integrated circuits,
In the structure of a conventional DRAM cell, problems arise in securing cell capacitance and controlling off-leakage of a transistor on the transfer side (transfer), and the process is becoming complicated.

【0003】キャパシタについては、いかに多くの電荷
を蓄えるか、その電荷をいかに長く保持できるかによっ
て性能が左右されるので、比誘電率の比較的高い高誘電
体膜を用いて蓄電効果を上げる試みが成されている。し
かし、比誘電率の高いSTO(SrTiO3:チタン酸
ストロンチウム)やBST(チタン酸バリウムストロン
チウム)などは、材料的に不安定な性質を持っている。
そこで、小キャパシタンスでの確実な動作、もしくは不
揮発性のDRAMセルが望まれている。
The performance of a capacitor depends on how much electric charge can be stored and how long the electric charge can be retained. Therefore, an attempt to increase the electric storage effect by using a high dielectric film having a relatively high relative dielectric constant has been made. Has been made. However, materials such as STO (SrTiO 3 : strontium titanate) and BST (barium strontium titanate) having a high relative dielectric constant have material instability.
Therefore, a reliable operation with a small capacitance or a nonvolatile DRAM cell is desired.

【0004】一方、転送トランジスタに関しては、その
ゲート長(またはチャネル長)Lの微細化による特性劣
化に影響されないDRAMセルが望まれている。そこ
で、フィーチャーサイズ以上のゲート長が実現できる縦
型構造のトランジスタ等が検討されている。しかし、構
造の複雑さやゲート長の制御性など問題が多く、転送ト
ランジスタの構造変更が望まれている。
On the other hand, as for the transfer transistor, a DRAM cell which is not affected by the characteristic deterioration due to the miniaturization of the gate length (or channel length) L is desired. Therefore, a transistor having a vertical structure capable of realizing a gate length longer than the feature size has been studied. However, there are many problems such as the complexity of the structure and the controllability of the gate length, and it is desired to change the structure of the transfer transistor.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図7は、従来のDRA
Mトレンチセルの構造を示す断面図である。トレンチ内
に形成されるトレンチキャパシタに隣接して、平面型の
転送トランジスタ(拡散層79と、その間に延びるワー
ド線71の一部で構成される)が位置する。このトラン
ジスタのゲート長Lは、リソグラフィのほぼ最小加工寸
法となっている。最小加工寸法は、リソ限界で決定さ
れ、微細化に伴って、しきい値電圧が急激に低下するシ
ョートチャネル効果や、オフリークの悪化が問題となっ
ている。
FIG. 7 shows a conventional DRA.
It is sectional drawing which shows the structure of M trench cell. A planar transfer transistor (consisting of a diffusion layer 79 and a part of a word line 71 extending therebetween) is located adjacent to a trench capacitor formed in the trench. The gate length L of this transistor is almost the minimum processing dimension of lithography. The minimum processing size is determined by the lithography limit, and the short channel effect, in which the threshold voltage sharply decreases with miniaturization, and the deterioration of off-leak have become problems.

【0006】また、図7に示すように、転送トランジス
タおよびトレンチキャパシタの接続部は不純物拡散層7
9で形成されており、ストレージノード内の蓄積電荷
が、拡散層のPN接合によりリークするという問題があ
る。このリーク電流(ジャンクションリーク)を防ぐに
は、各不純物(とくにpウェル)の急峻なプロファイル
の緩和もしくは濃度の低下が必要であり、転送トランジ
スタのオフリーク特性とトレードオフの関係になってい
る。
[0007] As shown in FIG. 7, the connection between the transfer transistor and the trench capacitor is formed by an impurity diffusion layer 7.
9, there is a problem that the accumulated charge in the storage node leaks due to the PN junction of the diffusion layer. In order to prevent this leak current (junction leak), it is necessary to relax a steep profile or lower the concentration of each impurity (particularly, p-well), which has a trade-off relationship with the off-leak characteristic of the transfer transistor.

【0007】そこで、本発明の目的は、セルサイズの増
大なしに、ジャンクションリークやオフリーク特性の問
題を解決した半導体記憶装置の提供を目的とする。この
ような半導体記憶装置は、微細セル構造を維持しつつ、
十分なゲート長を確保してショートチャネル効果を防止
することもできる。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device which solves the problem of junction leak and off-leak characteristics without increasing the cell size. Such a semiconductor memory device maintains a fine cell structure,
A short gate effect can be prevented by securing a sufficient gate length.

【0008】本発明の第2の目的は、このような半導体
記憶装置を大きなプロセスの変更なしに実現することの
できる製造方法の提供にある。
A second object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of realizing such a semiconductor memory device without a large process change.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明において、トレンチキャパシタの上部に形成
した縦型のトンネルトランジスタをDRAMの転送トラ
ンジスタとして用いる。これにより、ほぼ従来のDRA
Mセルの動作を確保しつつ、大きなプロセス変更なし
に、4F2(2F×2F;Fは最小加工寸法)相当の不
揮発性メモリセルを実現できる。
In order to achieve the above object, in the present invention, a vertical tunnel transistor formed above a trench capacitor is used as a transfer transistor of a DRAM. As a result, almost conventional DRA
A non-volatile memory cell equivalent to 4F 2 (2F × 2F; F is the minimum processing size) can be realized while ensuring the operation of the M cell and without any major process change.

【0010】具体的には、本発明の半導体記憶装置は、
半導体基板と、半導体基板にマトリクス状に形成された
複数のトレンチキャパシタと、トレンチキャパシタ上に
埋め込まれた複数の縦型トンネル接合層と、トンネル接
合層に隣接して、基板上で第1方向に沿って延びる複数
のワード線拡散層と、トンネル接合層の各々に接続さ
れ、ワード線拡散層と直交する方向に延びる複数のビッ
ト線とを備える。
More specifically, the semiconductor memory device of the present invention
A semiconductor substrate, a plurality of trench capacitors formed in a matrix on the semiconductor substrate, a plurality of vertical tunnel junction layers embedded on the trench capacitors, and a first direction on the substrate adjacent to the tunnel junction layers. A plurality of word line diffusion layers extending along the plurality of bit lines; and a plurality of bit lines connected to each of the tunnel junction layers and extending in a direction orthogonal to the word line diffusion layers.

【0011】トレンチキャパシタおよびその上部に位置
する縦型トンネルトランジスタは、ワード線とビット線
とのほぼ交点にマトリクス状に位置する。
The trench capacitors and the vertical tunnel transistors located above the trench capacitors are arranged in a matrix at substantially intersections between word lines and bit lines.

【0012】トンネル接合層と、ワード線拡散層の間に
は、ゲート絶縁膜が位置し、トレンチキャパシタの一部
と、トンネル接合層と、ワード線拡散層の一部とで、ト
ンネル接合型トランジスタを構成する。
A gate insulating film is located between the tunnel junction layer and the word line diffusion layer, and a part of the trench capacitor, the tunnel junction layer, and a part of the word line diffusion layer form a tunnel junction type transistor. Is configured.

【0013】トンネル接合層は、1以上のトンネル絶縁
膜を含む。より具体的には、たとえばSiNなどの薄い
トンネル絶縁膜と、ポリシリコン層との2層以上の積層
構造を有する。このようなトンネル接合層は、トレンチ
内部、あるいはトレンチ外部の半導体基板上で、トレン
チキャパシタの上部に位置する。このように、縦型のト
ンネル接合トランジスタをトレンチキャパシタ上部に有
することによって、集積度を向上したDRAMを実現す
ることができる。
[0013] The tunnel junction layer includes one or more tunnel insulating films. More specifically, it has a laminated structure of two or more layers, for example, a thin tunnel insulating film such as SiN and a polysilicon layer. Such a tunnel junction layer is located above the trench capacitor inside the trench or on the semiconductor substrate outside the trench. As described above, by providing the vertical tunnel junction transistor above the trench capacitor, a DRAM with an improved degree of integration can be realized.

【0014】好ましくは、この半導体記憶装置は、トン
ネル接合層とワード線拡散層表面の双方を覆う金属シリ
サイドをさらに有する。この金属シリサイドは、トンネ
ル接合層上部のゲート抵抗と、拡散層のソース・ドレイ
ン抵抗の双方を低減する効果を有する。
Preferably, the semiconductor memory device further includes a metal silicide covering both the tunnel junction layer and the surface of the word line diffusion layer. This metal silicide has the effect of reducing both the gate resistance above the tunnel junction layer and the source / drain resistance of the diffusion layer.

【0015】ワード線拡散層は、このワード線が延びる
方向に沿った断面形状において、トンネル接合層の両側
に隣接して、あるいは片側に隣接して延びる。トンネル
接合層の両側に隣接してワード線が延びる場合は、ゲー
ト長を増大させてチャネルを広く形成することができ、
トランジスタ電流を増加させることができる。これによ
り、デバイスの動作速度を高めることができる。
The word line diffusion layer extends adjacent to both sides or one side of the tunnel junction layer in a cross-sectional shape along the direction in which the word lines extend. When a word line extends adjacent to both sides of the tunnel junction layer, the gate length can be increased to form a wide channel.
The transistor current can be increased. Thereby, the operation speed of the device can be increased.

【0016】半導体記憶装置のさらに別の良好な形態と
して、半導体基板と、半導体基板内の所定の位置に形成
された複数のトレンチキャパシタと、半導体基板上で各
トレンチキャパシタの上部に形成された複数のトンネル
接合層と、トンネル接合層に隣接して、半導体基板上の
第1の方向に沿って位置するゲート電極と、トンネル接
合層に接続され、第1の方向と直交する方向に延びるビ
ット線を有する。
Still another preferable embodiment of the semiconductor memory device includes a semiconductor substrate, a plurality of trench capacitors formed at predetermined positions in the semiconductor substrate, and a plurality of trench capacitors formed on the semiconductor substrate above each trench capacitor. A gate electrode located along the first direction on the semiconductor substrate adjacent to the tunnel junction layer, and a bit line connected to the tunnel junction layer and extending in a direction orthogonal to the first direction. Having.

【0017】ゲート電極に沿った方向で隣合うトンネル
接合層間の距離は、ビット線に沿った方向で隣り合うト
ンネル接合層間の距離とほぼ等しいか、あるいはそれよ
りも小さい。
The distance between adjacent tunnel junction layers in the direction along the gate electrode is substantially equal to or smaller than the distance between adjacent tunnel junction layers in the direction along the bit line.

【0018】この構成では、トンネル接合層がトレンチ
溝の外で、トレンチキャパシタ上に位置する。したがっ
て、トンネル接合層の形成工程でダメージを受けにく
く、トランジスタ特性にすぐれるという利点を有する。
In this configuration, the tunnel junction layer is located on the trench capacitor outside the trench. Therefore, there is an advantage that the transistor is less likely to be damaged in the step of forming the tunnel junction layer and has excellent transistor characteristics.

【0019】本発明の第2の目的を達成するために、半
導体記憶装置の製造方法は、まず、半導体基板上の所定
の位置に、所定の深さのトレンチ溝をマトリクス状に複
数形成する。次に、半導体基板内に、各トレンチ溝の底
部に接する埋め込み拡散プレート電極を形成する。次
に、トレンチ溝内壁にキャパシタ絶縁膜を形成してか
ら、トレンチ溝内部をポリシリコンなどで充填してトレ
ンチ内電極を形成する。トレンチ内電極の上部に拡散領
域を形成する。そして、基板上でトレンチ溝に隣接する
領域に第1の方向に延びるワード線拡散層を形成する。
その後、トレンチ内拡散領域上に、トンネル接合層を形
成する。最後に、トンネル接合層に接続され、ワード線
拡散層に直交する方向に延びるビット線を形成する。
この製造方法では、従来のトレンチ型DRAMの製造方
法に大きなプロセス変更を加えることなく、高集積かつ
ジャンクションリークやオフリーク特性の問題を解消し
た半導体記憶装置を製造することができる。
In order to achieve the second object of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor memory device, first, a plurality of trench grooves having a predetermined depth are formed at predetermined positions on a semiconductor substrate in a matrix. Next, a buried diffusion plate electrode in contact with the bottom of each trench is formed in the semiconductor substrate. Next, after a capacitor insulating film is formed on the inner wall of the trench, the inside of the trench is filled with polysilicon or the like to form an electrode in the trench. A diffusion region is formed above the electrode in the trench. Then, a word line diffusion layer extending in the first direction is formed in a region adjacent to the trench on the substrate.
Thereafter, a tunnel junction layer is formed on the diffusion region in the trench. Finally, a bit line connected to the tunnel junction layer and extending in a direction orthogonal to the word line diffusion layer is formed.
According to this manufacturing method, it is possible to manufacture a semiconductor memory device having high integration and eliminating the problem of junction leak and off-leak characteristics without making a significant process change to the conventional trench DRAM manufacturing method.

【0020】この製造方法は、好ましくは、トンネル接
合層を形成するステップの後に、第1の方向に沿って、
拡散層電極よりも深い素子分離絶縁層を複数形成し、隣
合う素子分離絶縁層の間で、トンネル接合層および拡散
層電極の双方を覆う金属シリサイドを自己整合的に形成
するステップをさらに含む。トランジスタのゲートおよ
びソース・ドレインを覆うサリサイドを設けることによ
って、チャネル抵抗を効果的に低減することができる。
[0020] The manufacturing method preferably includes, after the step of forming the tunnel junction layer, along the first direction:
The method further includes forming a plurality of element isolation insulating layers deeper than the diffusion layer electrode, and forming a metal silicide covering both the tunnel junction layer and the diffusion layer electrode in a self-aligning manner between adjacent element isolation insulating layers. By providing salicide covering the gate and the source / drain of the transistor, channel resistance can be effectively reduced.

【0021】また、トンネル接合層をトレンチ溝の外で
トレンチキャパシタ上に有する構造の半導体記憶装置の
製造方法として、まず、半導体基板上の所定の位置に、
所定の深さのトレンチ溝を複数形成する。半導体基板内
部に、各トレンチ溝の底部に接する埋め込み拡散プレー
ト電極を形成する。トレンチ溝内壁にキャパシタ絶縁膜
を形成した後に、トレンチ溝内部に半導体基板の表面と
一致する高さまで電極を形成する。さらに、半導体基板
およびトレンチ内電極を覆って、トンネル接合層を全面
に形成し、このトンネル接合層を、トレンチ内電極上に
のみ残るように加工する。加工したトンネル接合層に隣
接して、半導体基板上の第1の方向に沿ったゲート電極
を形成する。最後に、トンネル接合層に接続され、ゲー
ト電極に直交する方向に延びるビット線を形成する。
Further, as a method of manufacturing a semiconductor memory device having a structure in which a tunnel junction layer is provided on a trench capacitor outside a trench groove, first, at a predetermined position on a semiconductor substrate,
A plurality of trench grooves having a predetermined depth are formed. A buried diffusion plate electrode in contact with the bottom of each trench is formed inside the semiconductor substrate. After forming the capacitor insulating film on the inner wall of the trench, an electrode is formed inside the trench to a height that matches the surface of the semiconductor substrate. Further, a tunnel junction layer is formed on the entire surface so as to cover the semiconductor substrate and the electrode in the trench, and the tunnel junction layer is processed so as to remain only on the electrode in the trench. A gate electrode is formed adjacent to the processed tunnel junction layer along the first direction on the semiconductor substrate. Finally, a bit line connected to the tunnel junction layer and extending in a direction orthogonal to the gate electrode is formed.

【0022】この製造方法によれば、トンネル接合層を
堆積した後に、一括して所定のパターンに加工できるの
で、製造が容易になるとともに、度重なるエッチングや
熱処理の影響を受けないので、トンネル接合トランジス
タの特性が向上する。
According to this manufacturing method, a predetermined pattern can be formed at a time after the tunnel junction layer is deposited, so that the manufacturing is easy and the tunnel junction layer is not affected by repeated etching and heat treatment. The characteristics of the transistor are improved.

【0023】本発明のその他の特徴、効果は、以下で図
面を参照して述べる詳細な説明によっていっそう明確に
なるものである。
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】<第1実施形態>図1および図2
に、本発明の第1実施形態にかかる半導体記憶装置を示
す。図1は半導体記憶装置の平面レイアウトであり、図
2(a)は図1のA−A断面図(ワード線11に沿った
ら見た断面図)、図2(b)は図1のB−B断面図(ビ
ット線12に沿った方向から見た断面図)である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <First Embodiment> FIGS. 1 and 2
1 shows a semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a plan layout of the semiconductor memory device. FIG. 2A is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (a sectional view taken along the word line 11), and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view (a cross-sectional view as viewed from a direction along a bit line 12).

【0025】図1に示すように、半導体基板上でワード
線11とビット線12とをが互いに直交して延び、ワー
ド線11とビット線12との交点に、トレンチ内に形成
されるキャパシタ&トランジスタ13がマトリクス状に
位置する。
As shown in FIG. 1, a word line 11 and a bit line 12 extend on a semiconductor substrate at right angles to each other, and a capacitor & formed in a trench at an intersection of the word line 11 and the bit line 12. The transistors 13 are arranged in a matrix.

【0026】ビット線のピッチは2F(Fは最小加工寸
法)、ワード線の中心間ピッチは2.5Fである。した
がって、1セル当たりの占有面積は5F2(2F×2.
5F)となる。各セルのキャパシタサイズは、1F×
1.5Fである。素子分離領域STI(トレンチ分離
膜)14は、ワード線11に沿ってライン&スペース状
に形成されている。
The pitch of the bit lines is 2F (F is the minimum processing size), and the pitch between the centers of the word lines is 2.5F. Therefore, the occupied area per cell is 5F 2 (2F × 2.
5F). The capacitor size of each cell is 1F ×
1.5F. The element isolation region STI (trench isolation film) 14 is formed in a line and space shape along the word line 11.

【0027】第1実施形態にかかる半導体記憶装置は、
図2に示すように、半導体基板1と、半導体基板1にア
レイ状に形成された複数のトレンチ内部に位置するトレ
ンチキャパシタと、トレンチ内部でトレンチキャパシタ
の上部に位置するトンネル接合層22と、半導体基板上
でトレンチに隣接して第1方向に延びる複数の拡散層電
極11と、拡散層11に直交する方向に伸びる複数のビ
ット線12とを含む。
The semiconductor memory device according to the first embodiment includes:
As shown in FIG. 2, the semiconductor substrate 1, a trench capacitor located inside a plurality of trenches formed in an array on the semiconductor substrate 1, a tunnel junction layer 22 located above the trench capacitor inside the trench, The semiconductor device includes a plurality of diffusion layer electrodes extending in a first direction adjacent to the trench on the substrate, and a plurality of bit lines extending in a direction orthogonal to the diffusion layer.

【0028】半導体記憶装置はさらに、拡散層(ワード
線)11に沿って延びる素子分離領域(STI)14
と、トンネル接合22とビット線12とをつなぐビット
線コンタクト18と、半導体基板1内でトレンチ低部に
接する埋め込み拡散プレート電極20をさらに含む。
The semiconductor memory device further includes an element isolation region (STI) 14 extending along the diffusion layer (word line) 11.
And a bit line contact 18 connecting the tunnel junction 22 and the bit line 12, and a buried diffusion plate electrode 20 in contact with a lower portion of the trench in the semiconductor substrate 1.

【0029】トレンチキャパシタは、埋め込み拡散プレ
ート20と、トレンチ内壁に沿って形成されるキャパシ
タ絶縁膜16と、トレンチ内にキャパシタ絶縁膜16を
介して充填されるポリシリコン拡散電極21とで構成さ
れる。
The trench capacitor includes a buried diffusion plate 20, a capacitor insulating film 16 formed along the inner wall of the trench, and a polysilicon diffusion electrode 21 filled in the trench via the capacitor insulating film 16. .

【0030】また、トレンチキャパシタのポリシリコン
拡散電極21の一部と、トンネル接合22と、トレンチ
に隣接するワード線拡散層11の一部とで、トンネル接
合型トランジスタを形成する。この場合、たとえば、ワ
ード線拡散層11とキャパシタのポリシリコン拡散電極
21上部をn+型拡散層にする。ビット線コンタクト1
8は、トンネル接合層の最上部のポリシリコンゲート電
極23に接続される。
A part of the polysilicon diffusion electrode 21 of the trench capacitor, a part of the tunnel junction 22, and a part of the word line diffusion layer 11 adjacent to the trench form a tunnel junction transistor. In this case, for example, the word line diffusion layer 11 and the upper part of the polysilicon diffusion electrode 21 of the capacitor are formed as n + type diffusion layers. Bit line contact 1
8 is connected to the uppermost polysilicon gate electrode 23 of the tunnel junction layer.

【0031】トンネル接合層22は、1以上のトンネル
絶縁膜24を含む。トンネル絶縁膜24は、たとえばS
iN(窒化ケイ素)である。図示はしないが、トンネル
接合層22とワード線拡散層11との間に薄いゲート酸
化膜が形成されている。
The tunnel junction layer 22 includes one or more tunnel insulating films 24. The tunnel insulating film 24 is made of, for example, S
iN (silicon nitride). Although not shown, a thin gate oxide film is formed between tunnel junction layer 22 and word line diffusion layer 11.

【0032】第1実施形態の半導体記憶装置では、トレ
ンチの一方の側は、素子分離絶縁層(STI)14に接
しており、もう一方の側はワード線拡散層11に接して
いる。ワード線拡散層11の下端は、素子分離絶縁層
(STI)14の下端よりも基板表面に近い位置にあ
る。すなわち、素子分離層を構成するシャロートレンチ
14の深さは、明確にセルを分離するために、ワード線
を構成する拡散層11の深さよりも深い。具体的には、
素子分離層(STI)14の厚さは、約1500Å〜2
000Åであり、ワード線拡散層11の厚さは、それよ
りも小さい。
In the semiconductor memory device of the first embodiment, one side of the trench is in contact with the element isolation insulating layer (STI) 14 and the other side is in contact with the word line diffusion layer 11. The lower end of the word line diffusion layer 11 is located closer to the substrate surface than the lower end of the element isolation insulating layer (STI) 14. That is, the depth of the shallow trench 14 forming the element isolation layer is deeper than the depth of the diffusion layer 11 forming the word line in order to clearly separate cells. In particular,
The thickness of the device isolation layer (STI) 14 is about 1500Å to 2
000 °, and the thickness of the word line diffusion layer 11 is smaller than that.

【0033】このような構成を有する半導体記憶装置
は、トレンチ内にキャパシタと、転送トランジスタとし
て縦型のトンネルトランジスタの双方を有するため、従
来のようにトレンチに隣接する平面型トランジスタ構造
と異なり、微細化に十分対応することができる。すなわ
ち、ワード線11とビット線12とのクロスポイントに
キャパシタとトランジスタが位置する理想的な4F2
ロスポイント型セルに近いセル配置が実現できる。
The semiconductor memory device having such a configuration has both a capacitor in a trench and a vertical tunnel transistor as a transfer transistor. Therefore, unlike a conventional planar transistor structure adjacent to a trench as in the related art, it has a fine structure. Can cope with the change. That is, the cell placed close to the ideal 4F 2 cross-point cell located capacitor and a transistor are at a cross point between the word line 11 and bit line 12 can be achieved.

【0034】また、転送トランジスタが縦型のトンネル
トランジスタであるため、従来のトランジスタでゲート
長Lが最小加工寸法で決定されてしまうために生じるシ
ョートチャネル効果の悪影響が防止される。
Further, since the transfer transistor is a vertical tunnel transistor, the adverse effect of the short channel effect which occurs when the gate length L is determined by the minimum processing size in the conventional transistor is prevented.

【0035】さらに、トンネルトランジスタはトンネル
障壁を利用しているため、従来のようにトランジスタの
PN接合で生じるジャンクションリークの問題が生じな
い。
Further, since the tunnel transistor utilizes the tunnel barrier, the problem of junction leakage occurring at the PN junction of the transistor does not occur as in the related art.

【0036】この半導体記憶装置の製造方法としては、
まず、半導体基板1の所定の位置にマトリクス状のトレ
ンチ溝を、たとえばガスプラズマエッチングにより形成
する。その後、超高エネルギーイオン注入によって、ト
レンチ溝低部に接する半導体基板内部に埋め込み拡散プ
レート電極20を形成する。次いで、トレンチ内壁にキ
ャパシタ絶縁膜16を形成し、その後トレンチの所定の
深さまでポリシリコンを充電してセルキャパシタを形成
する。
As a method of manufacturing this semiconductor memory device,
First, a matrix-shaped trench is formed at a predetermined position of the semiconductor substrate 1 by, for example, gas plasma etching. Thereafter, a buried diffusion plate electrode 20 is formed in the semiconductor substrate in contact with the lower part of the trench groove by ultra-high energy ion implantation. Next, a capacitor insulating film 16 is formed on the inner wall of the trench, and thereafter, polysilicon is charged to a predetermined depth of the trench to form a cell capacitor.

【0037】次に、トレンチ上部との分離にトレンチ側
壁絶縁(酸化)膜15を形成し、その後、固相拡散によ
りトレンチ上部に接する半導体基板1に所定の方向に延
びるn+拡散層11を形成する。この拡散層11は、ワ
ード線となる。
Next, a trench side wall insulating (oxide) film 15 is formed to separate from the upper portion of the trench, and thereafter, an n + diffusion layer 11 extending in a predetermined direction is formed on the semiconductor substrate 1 in contact with the upper portion of the trench by solid phase diffusion. . This diffusion layer 11 becomes a word line.

【0038】次に、トレンチの所定の深さまで堆積した
ポリシリコン21の上に、n+型ポリシリコン層を堆積
し、さらにSiN膜24、ポリシリコン膜23、SiN
膜24、ポリシリコン膜23と、順次積層する。具体的
には、まずn+型ポリシリコン層をトレンチ内部および
基板表面を覆って堆積し、表面をCMPで平坦化した
後、RIEでトレンチ内部で所定の厚さになるように加
工する。次にSiN24とポリシリコン層23について
も、各層ごとに堆積、CMP研磨、RIEを繰り返し、
所定の厚さの積層構造として、トンネル接合22を形成
する。このトンネル接合22は、トレンチキャパシタ上
部のn+拡散層と、n+型ワード線拡散11の一部と
で、トンネルトランジスタを構成する。
Next, an n + type polysilicon layer is deposited on the polysilicon 21 deposited to a predetermined depth of the trench, and furthermore, an SiN film 24, a polysilicon film 23,
A film 24 and a polysilicon film 23 are sequentially laminated. Specifically, first, an n + type polysilicon layer is deposited so as to cover the inside of the trench and the surface of the substrate, and the surface is planarized by CMP, and then processed by RIE to a predetermined thickness inside the trench. Next, for the SiN 24 and the polysilicon layer 23, deposition, CMP polishing, and RIE are repeated for each layer,
The tunnel junction 22 is formed as a laminated structure having a predetermined thickness. This tunnel junction 22 forms a tunnel transistor by the n + diffusion layer above the trench capacitor and a part of the n + type word line diffusion 11.

【0039】次に、トレンチの片側に接し、ワード線拡
散層11と同じ方向に延びるが、ワード線拡散層11よ
りも厚い素子分離絶縁層(STI)14を半導体基板1
に形成する。さらに、トンネル接合表面および半導体基
板表面を覆って薄いシリコン酸化膜17を形成し、さら
に層間絶縁膜を堆積する。
Next, an element isolation insulating layer (STI) 14 which is in contact with one side of the trench and extends in the same direction as the word line diffusion layer 11 but is thicker than the word line diffusion layer 11 is formed.
Formed. Further, a thin silicon oxide film 17 is formed covering the surface of the tunnel junction and the surface of the semiconductor substrate, and an interlayer insulating film is further deposited.

【0040】層間絶縁膜の所定の位置に、層間絶縁膜お
よびシリコン酸化膜17を貫通してトンネル接合最上部
に到達するVIAホールを形成し、たとえばタングステ
ンを充填してビット線コンタクト18を形成する。
Via holes are formed at predetermined positions of the interlayer insulating film and penetrate through the interlayer insulating film and the silicon oxide film 17 to reach the uppermost portion of the tunnel junction, and are filled with, for example, tungsten to form bit line contacts 18. .

【0041】最後に、ビット線コンタクト18に接続
し、ワード線拡散層11と直交する方向に延びるビット
線12を形成する。
Finally, a bit line 12 connected to the bit line contact 18 and extending in a direction orthogonal to the word line diffusion layer 11 is formed.

【0042】このように、縦型トンネルトランジスタを
有する半導体記憶装置は、従来のトレンチ型DRAM製
造プロセスと大きな変更なしに、クロスポイント型セル
構造を実現することができる。
As described above, a semiconductor memory device having a vertical tunnel transistor can realize a cross-point type cell structure without a large change from the conventional trench DRAM manufacturing process.

【0043】<第2実施形態>図3および図4は、本発
明の第2実施形態にかかる半導体記憶装置の図である。
図3の平面レイアウトおよび図4の断面図に示すよう
に、第2実施形態の半導体記憶装置は、ワード線拡散層
31が、完全にトレンチ内のキャパシタ&トランジスタ
33の上部を覆うように基板上に伸びる。すなわち、図
4(a)のC−C断面図から明らかなように、ワードP
線に沿った方向から見ると、ワード線拡散層31がトレ
ンチの両側に接して延び、素子分離層(STI)34
が、トレンチから一定の距離をおいて延びる。その他の
構成は、第1実施形態と同様である。
<Second Embodiment> FIGS. 3 and 4 are views of a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.
As shown in the plan layout of FIG. 3 and the cross-sectional view of FIG. 4, in the semiconductor memory device of the second embodiment, the word line diffusion layer 31 Stretches. That is, as is apparent from the cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
When viewed from the direction along the line, the word line diffusion layer 31 extends on both sides of the trench, and the element isolation layer (STI) 34
Extend a certain distance from the trench. Other configurations are the same as in the first embodiment.

【0044】すなわち、第2実施形態では、埋め込み拡
散プレート40と、トレンチ内壁のキャパシタ絶縁膜3
6と、トレンチ内部に充填されたポリシリコン電極41
とで、トレンチキャパシタを構成する。一方、ポリシリ
コン膜43とSiNなどのトンネル絶縁膜24との積層
から成るトンネル接合42と、それを取り巻くワード線
拡散層31と、ポリシリコン電極41上部の拡散領域と
で、縦型のトンネルトランジスタを構成する。なお、図
示はしないが、第1実施形態と同様に、トンネル接合層
42とワード線拡散層31との間には、薄いゲート絶縁
膜が挿入されている。キャパシタとトランジスタの双方
は、トレンチ内部に位置する。
That is, in the second embodiment, the buried diffusion plate 40 and the capacitor insulating film 3 on the inner wall of the trench are formed.
6 and a polysilicon electrode 41 filled in the trench
Thus, a trench capacitor is formed. On the other hand, a tunnel junction 42 formed by laminating a polysilicon film 43 and a tunnel insulating film 24 such as SiN, a word line diffusion layer 31 surrounding the tunnel junction 42, and a diffusion region above the polysilicon electrode 41 form a vertical tunnel transistor. Is configured. Although not shown, a thin gate insulating film is inserted between the tunnel junction layer 42 and the word line diffusion layer 31 as in the first embodiment. Both the capacitor and the transistor are located inside the trench.

【0045】第2実施形態では、第1実施形態に比べ、
ワード線に沿った方向から見てトンネル接合層42の両
側に均等に拡散層31が位置する。したがって、縦型ト
ンネル接合トランジスタのゲート電位が、トレンチの両
側の拡散層31にかかることになる。これにより、トン
ネルトランジスタのチャネルがさらに広く形成され、チ
ャネルを流れる電流量が増加する。トンネルトランジス
タの電流が増加することにより、デバイスの動作速度が
向上するという利点がある。
In the second embodiment, compared to the first embodiment,
The diffusion layers 31 are evenly located on both sides of the tunnel junction layer 42 when viewed from the direction along the word line. Therefore, the gate potential of the vertical tunnel junction transistor is applied to the diffusion layers 31 on both sides of the trench. As a result, the channel of the tunnel transistor is formed wider, and the amount of current flowing through the channel increases. There is an advantage that the operation speed of the device is improved by increasing the current of the tunnel transistor.

【0046】さらに、本発明ではワード線拡散層をn+
型拡散層としており、配線抵抗が若干高くなることが懸
念されるが、この問題も第2実施形態のようにトレンチ
の両側にワード線拡散層31を形成することにより、抵
抗の低減が期待できる。
Further, in the present invention, the word line diffusion layer is formed as n +
Although it is a concern that the wiring resistance may be slightly increased due to the use of the type diffusion layer, this problem can also be reduced by forming the word line diffusion layers 31 on both sides of the trench as in the second embodiment. .

【0047】<第3実施形態>図5は、第3実施形態に
かかる半導体記憶装置の断面図である。第3実施形態の
半導体記憶装置の特徴は、トレンチ内のトンネル接合4
2と、半導体基板のワード線拡散層51の上部とを覆う
サリサイド59を有する点にある。サリサイド59を設
ける理由は、第2実施形態と関連して述べたように、ワ
ード線拡散層をn+型拡散層とした場合の、配線抵抗の
低減を図るためである。
<Third Embodiment> FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor memory device according to a third embodiment. A feature of the semiconductor memory device of the third embodiment is that a tunnel junction 4 in a trench is formed.
2 and a salicide 59 covering the upper part of the word line diffusion layer 51 of the semiconductor substrate. The reason for providing the salicide 59 is to reduce the wiring resistance when the word line diffusion layer is an n + type diffusion layer, as described in relation to the second embodiment.

【0048】サリサイド59は、トンネル接合のゲート
電極となるポリシリコン43上と、ソース・ドレインと
なる拡散層51表面に、同時に、かつ自己整合的に金属
シリサイドを形成することによって設けられる。サリサ
イド59を設けることにより、チャネル抵抗を下げ、高
速化に必要なチャネル電流を確保することができる。す
なわち、ゲート電極の低抵抗化だけではなく、同時にソ
ース・ドレイン抵抗を下げることによって、チャネル抵
抗を効果的に低減する。
The salicide 59 is provided on the polysilicon 43 serving as a gate electrode of a tunnel junction and on the surface of the diffusion layer 51 serving as a source / drain by forming metal silicide simultaneously and in a self-aligned manner. By providing the salicide 59, the channel resistance can be reduced and the channel current required for high-speed operation can be secured. That is, the channel resistance is effectively reduced by lowering the source / drain resistance at the same time as lowering the resistance of the gate electrode.

【0049】サリサイド59は、チタンシリサイド(T
iSi2)のほか、微細設計のデバイスでは、コバルト
シリサイド(CoSi2)やニッケルシリサイド(Ni
Si)などでもよい。このような金属シリサイドは、基
板全面に金属薄膜を形成し、比較的高温(500℃〜6
50℃)で熱処理を行なうことによって形成される。熱
処理により、ゲートおよびソース・ドレイン部分のシリ
コン(ポリシリコン)が、金属と反応してその部分にだ
け金属シリサイドが形成される。第3実施形態では、素
子分離層(STI)54が、側壁スペーサとして機能
し、素子分離層(STI)54の間に、金属シリサイド
が自己整合的に形成される。熱処理後、未反応部分の金
属薄膜を、たとえば化学エッチングで除去する。
The salicide 59 is made of titanium silicide (T
In addition to iSi 2 ), finely-designed devices include cobalt silicide (CoSi 2 ) and nickel silicide (Ni
Si) or the like. Such a metal silicide forms a metal thin film on the entire surface of the substrate and is relatively high in temperature (500 ° C. to
(50 ° C.). As a result of the heat treatment, silicon (polysilicon) in the gate and source / drain portions reacts with the metal to form metal silicide only in those portions. In the third embodiment, the element isolation layer (STI) 54 functions as a side wall spacer, and metal silicide is formed between the element isolation layer (STI) 54 in a self-aligned manner. After the heat treatment, the unreacted portion of the metal thin film is removed by, for example, chemical etching.

【0050】このようなサリサイド構造とすることによ
って、1回のプロセスで、ゲート上およびソース・ドレ
イン上に金属シリサイド膜を自己整合的に形成できるの
で、製造工程的にも負担が小さい。
With such a salicide structure, a metal silicide film can be formed in a single process on the gate and on the source / drain in a self-aligned manner, so that the load on the manufacturing process is small.

【0051】第3実施形態の半導体記憶装置は、集積度
を高めて理想的なクロスポイント型セルに近いセル構造
を達成する一方で、チャネル抵抗をいっそう低減するこ
とができる。また、トンネル接合トランジスタとしてこ
とにより、ジャンクションリークを防止することができ
る。
The semiconductor memory device of the third embodiment can increase the degree of integration to achieve a cell structure close to an ideal cross-point type cell, while further reducing the channel resistance. In addition, by using a tunnel junction transistor, junction leak can be prevented.

【0052】<第4実施形態>図6は、本発明の第4実
施形態にかかる半導体記憶装置の図である。図6(a)
はビット線方向の(すなわちワード線に沿った方向から
見た)断面図であり、図6(b)は、ゲート配線(ワー
ド線)方向の(すなわちビット線に沿った方向から見
た)断面図である。
<Fourth Embodiment> FIG. 6 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 6 (a)
FIG. 6B is a cross-sectional view in the bit line direction (that is, as viewed from the direction along the word line). FIG. 6B is a cross-sectional view in the gate wiring (word line) direction (that is, as viewed from the direction along the bit line). FIG.

【0053】第4実施形態にかかる半導体記憶装置は、
トンネル接合層63をトレンチ溝65の内部ではなく、
トレンチ溝65の外でトレンチキャパシタ上に有する。
この半導体記憶装置は、半導体基板1と、半導体基板1
内の所定の位置に形成された複数のトレンチキャパシタ
と、半導体基板1上で、各トレンチキャパシタの上部に
形成されたトンネル接合層63と、半導体基板上の所定
の方向に沿って隣接するトンネル接合層63の間を埋め
て延びるゲート配線61と、トンネル接合層63に接続
され、ゲート配線61と直交する方向に延びるビット線
62とを備える。ゲート配線61に沿った方向で隣り合
うトンネル接合層63間の距離は、ビット線62に沿っ
た方向で隣り合うトンネル接合層63間の距離よりも小
さい。これは、トンネル接合層63およびトレンチキャ
パシタ内の拡散電極66とともにトンネル接合トランジ
スタを構成するゲート配線(たとえばポリシリコンゲー
ト配線)61が、ワード線として機能するからである。
The semiconductor memory device according to the fourth embodiment is
The tunnel junction layer 63 is not located inside the trench 65,
It is provided on the trench capacitor outside the trench groove 65.
This semiconductor memory device includes a semiconductor substrate 1 and a semiconductor substrate 1.
A plurality of trench capacitors formed at predetermined positions in the semiconductor substrate 1, a tunnel junction layer 63 formed on the semiconductor substrate 1 above each trench capacitor, and a tunnel junction adjacent to the semiconductor substrate 1 in a predetermined direction. The semiconductor device includes a gate wiring 61 extending between the layers 63 and a bit line 62 connected to the tunnel junction layer 63 and extending in a direction perpendicular to the gate wiring 61. The distance between the tunnel junction layers 63 adjacent in the direction along the gate line 61 is smaller than the distance between the tunnel junction layers 63 adjacent in the direction along the bit line 62. This is because the gate wiring (for example, polysilicon gate wiring) 61 constituting the tunnel junction transistor together with the tunnel junction layer 63 and the diffusion electrode 66 in the trench capacitor functions as a word line.

【0054】第4実施形態の構成は、第1実施形態〜第
3実施形態のようにトレンチ溝の内部にトンネル接合を
有する構造に比べて、トンネル接合の作製が容易になる
という利点を有する。トレンチ溝内部に薄膜の積層構造
を設けるには、トレンチおよび基板を覆う膜を堆積した
後、トレンチのくぼみに対応して膜表面に生じる段差を
とるために、まずCMPによる平坦化を行ない、その
後、RIEによりトレンチ内部で所望の厚さに加工する
という工程を各層ごとに行なう必要がある。
The structure of the fourth embodiment has an advantage that the tunnel junction can be easily manufactured, as compared with the structure having the tunnel junction inside the trench groove as in the first to third embodiments. In order to provide a laminated structure of thin films inside the trench, after depositing a film covering the trench and the substrate, first, planarization by CMP is performed to remove a step generated on the film surface corresponding to the depression of the trench, and thereafter, , It is necessary to perform a process of processing to a desired thickness inside the trench by RIE for each layer.

【0055】これに対して、第4実施形態のように、ト
レンチ溝65の外でトレンチキャパシタ上にトンネル接
合の積層構造を形成する場合は、半導体基板1の表面に
一致する高さにトレンチ内をキャパシタ電極(たとえば
ポリシリコン)で充填し、平坦になった基板表面全面
に、SiN(トンネル絶縁膜)とポリシリコンを順次堆
積する。その後、一括してトランジスタの形状に加工す
ることによって、転送トランジスタを形成することがで
きる。積層後の一括加工により、製造が各段に簡易化さ
れるだけではなく、度重なるエッチングや化学機械研磨
の影響がないため、トランジスタの特性も安定するとい
う利点がある。
On the other hand, when a stacked structure of a tunnel junction is formed on the trench capacitor outside the trench groove 65 as in the fourth embodiment, the height of the inside of the trench is set to match the surface of the semiconductor substrate 1. Is filled with a capacitor electrode (for example, polysilicon), and SiN (tunnel insulating film) and polysilicon are sequentially deposited on the entire surface of the flattened substrate. Thereafter, the transfer transistor can be formed by processing the transistor in a batch. The batch processing after the lamination not only simplifies the manufacturing in each step, but also has the advantage that the characteristics of the transistor are stabilized because there is no influence of repeated etching or chemical mechanical polishing.

【0056】具体的な製造方法としては、まず、半導体
基板1上の所定の位置に、所定の深さのトレンチ溝65
を複数形成する。トレンチ溝65は、半導体基板上でマ
トリックス状に配置形成され、隣接するトレンチ溝の間
隔は、半導体基板1上の第1の方向に沿った間隔が、第
1の方向と直交する第2の方向に沿った間隔とほぼ等し
いか、それよりも狭くなるように形成する。
As a specific manufacturing method, first, a trench 65 having a predetermined depth is formed at a predetermined position on the semiconductor substrate 1.
Are formed. The trenches 65 are arranged and formed in a matrix on the semiconductor substrate, and the interval between adjacent trenches is such that the interval along the first direction on the semiconductor substrate 1 is the second direction orthogonal to the first direction. Is formed so as to be substantially equal to or smaller than the interval along.

【0057】次に、半導体導体基板1の内部に、各トレ
ンチ溝の底部に接する埋め込み拡散プレート電極60を
形成する。トレンチ溝65の内壁にキャパシタ絶縁膜
(不図示)を形成した後に、トレンチ溝内部に半導体基
板の表面と一致する高さまで、たとえばポリシリコンを
充填してキャパシタ電極66を形成する。
Next, a buried diffusion plate electrode 60 that contacts the bottom of each trench is formed inside the semiconductor conductor substrate 1. After forming a capacitor insulating film (not shown) on the inner wall of the trench groove 65, the inside of the trench groove is filled with, for example, polysilicon to a height corresponding to the surface of the semiconductor substrate to form a capacitor electrode 66.

【0058】次に、半導体基板1およびトレンチ内電極
66を覆って、上述したようにSiNとポリシリコン層
を順次堆積してトンネル接合層63を全面に形成する。
その後、トンネル接合層63を、トレンチ内電極66上
にのみ残るようにエッチング加工する。加工したトンネ
ル接合層に隣接して、半導体基板上の第1の方向に沿っ
たゲート配線(電極)61を、たとえばポリシリコンで
自己整合的に形成する。
Next, as described above, SiN and a polysilicon layer are sequentially deposited to cover the semiconductor substrate 1 and the in-trench electrode 66, thereby forming a tunnel junction layer 63 on the entire surface.
After that, the tunnel junction layer 63 is etched so as to remain only on the in-trench electrode 66. A gate wiring (electrode) 61 along the first direction on the semiconductor substrate is formed in self-alignment with, for example, polysilicon, adjacent to the processed tunnel junction layer.

【0059】この場合、ゲート配線61は、図6(b)
に示すように、半導体基板1上の第1の方向に沿って位
置するトンネル接合層63の間を埋めるように形成す
る。この方法を用いる場合は、第1の方向に沿ったトレ
ンチ溝の間隔は、これと直交する方向に沿った間隔より
狭くして、第1の方向に沿ったトンネル接合層63の間
にゲート配線61を自己整合的に埋め込むようにする。
あるいは、トレンチ接合層63を取り巻くように埋め込
んだ後、等方性エッチングにより、図6(a)に示すよ
うに、第2の方向に沿ってゲート配線61の間隔があく
ように加工処理する。
In this case, the gate wiring 61 is as shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the semiconductor device 1 is formed so as to fill the space between the tunnel junction layers 63 located on the semiconductor substrate 1 along the first direction. In the case of using this method, the interval between the trenches along the first direction is made smaller than the interval along the direction orthogonal to the first direction, and the gate wiring is formed between the tunnel junction layers 63 along the first direction. 61 is embedded in a self-aligned manner.
Alternatively, after the trench junction layer 63 is buried so as to surround it, processing is performed by isotropic etching so that the interval between the gate wirings 61 is increased along the second direction as shown in FIG.

【0060】また、ゲート配線61をたとえばリソグラ
フィーによって形成する場合は、隣り合うトンネル接合
層の間隔は、第1および第2の方向にほぼ等しくとるこ
とができる。
When the gate wiring 61 is formed by, for example, lithography, the interval between adjacent tunnel junction layers can be made substantially equal in the first and second directions.

【0061】最後に、トンネル接合層63に接続され、
ゲート配線61に直交する第2の方向に延びるビット線
62を形成する。
Finally, it is connected to the tunnel junction layer 63,
A bit line 62 extending in a second direction orthogonal to the gate wiring 61 is formed.

【0062】このような製造方法により、比較的容易な
製造工程で、トンネル接合トランジスタの特性が安定し
た半導体記憶装置を製造することができる。
According to such a manufacturing method, a semiconductor memory device having stable characteristics of a tunnel junction transistor can be manufactured by a relatively easy manufacturing process.

【0063】また、集積度については、第1実施形態〜
第3実施形態と同様に、4F2クロスポイント型セルに
近いセル配置を実現することができき、ジャンクション
リークやオフリークの悪化を防止することができる。
As for the degree of integration, the first to third embodiments will be described.
Like the third embodiment, Ki can achieve cell placement close to 4F 2 cross-point cell, it is possible to prevent deterioration of the junction leakage and off-leak.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明の半導体記憶装置によれば、トレ
ンチ内またはトレンチ上部にトンネル接合トランジスタ
を有することによって、理想的なクロスポイント型セル
構造に近いセル配置を有し、高集積の不揮発性メモリを
達成することができる。
According to the semiconductor memory device of the present invention, by providing a tunnel junction transistor in a trench or on an upper portion of a trench, a cell arrangement close to an ideal cross-point type cell structure is obtained and a highly integrated nonvolatile memory is provided. Memory can be achieved.

【0065】トンネル接合トランジスタにより、PN接
合に起因するジャンクションリークやオフリーク問題を
解消することができる。
The problem of junction leak and off-leak caused by the PN junction can be solved by the tunnel junction transistor.

【0066】本発明の半導体記憶装置の製造方法は、従
来のトレンチDRAMプロセスに大きな変更を加えるこ
となく、高集積のセル構成を達成することができる。
The method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention can achieve a highly integrated cell configuration without significantly changing the conventional trench DRAM process.

【0067】さらに、トレンチ溝の外でトレンチキャパ
シタ上にトンネル接合層を設ける場合は、安定したトラ
ンジスタ性能を有する半導体記憶装置を、比較的容易な
製造工程で製造することが可能になる。
Further, when a tunnel junction layer is provided on a trench capacitor outside a trench groove, a semiconductor memory device having stable transistor performance can be manufactured by a relatively easy manufacturing process.

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

【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体記憶装置の
平面レイアウト図である。
FIG. 1 is a plan layout view of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す半導体記憶装置のワード線およびビ
ット線に沿った方向から見た断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor memory device shown in FIG. 1 as viewed from a direction along word lines and bit lines.

【図3】本発明の第2実施形態にかかる半導体記憶装置
の平面レイアウト図である。
FIG. 3 is a plan layout diagram of a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3に示す半導体記憶装置のワード線およびビ
ット線に沿った方向から見た断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor memory device shown in FIG. 3 as viewed from a direction along word lines and bit lines.

【図5】本発明の第3実施形態にかかる半導体記憶記憶
装置のワード線に沿った方向から見た断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention as viewed from a direction along a word line.

【図6】本発明の第4実施形態にかかる半導体記憶装置
のワード線およびビット線に沿った方向から見た断面図
である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention as viewed from a direction along word lines and bit lines.

【図7】従来のDRAMセルのビット線方向の断面図で
ある。
FIG. 7 is a sectional view of a conventional DRAM cell in a bit line direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板11、31、51 ワード線拡散層(拡
散層電極) 12、32、52、62 ビット線 14、34、54、64 素子分離絶縁層(STI) 16、36、56、66 キャパシタ絶縁膜 17、37、57、67 シリコン酸化膜 18、38、58、68 ビット線コンタクト 20、40、50、60 埋め込み拡散プレート電極 21、41 トレンチ内ポリシリコン(ポリシリコン電
極) 22、42、63 トンネル接合層 61 ゲート配線
Reference Signs List 1 semiconductor substrate 11, 31, 51 word line diffusion layer (diffusion layer electrode) 12, 32, 52, 62 bit line 14, 34, 54, 64 element isolation insulating layer (STI) 16, 36, 56, 66 capacitor insulating film 17, 37, 57, 67 Silicon oxide film 18, 38, 58, 68 Bit line contact 20, 40, 50, 60 Buried diffusion plate electrode 21, 41 Polysilicon in trench (polysilicon electrode) 22, 42, 63 Tunnel junction Layer 61 Gate wiring

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板内の所定位置に形成されたキャパシタ
と、 前記キャパシタ上に位置するトンネル接合層と、 前記トンネル接合層に隣接して位置する拡散層電極と、 前記トンネル接合に接続されたビット線とを備える半導
体記憶装置。
A semiconductor substrate; a capacitor formed at a predetermined position in the semiconductor substrate; a tunnel junction layer located on the capacitor; a diffusion layer electrode located adjacent to the tunnel junction layer; And a bit line connected to the tunnel junction.
【請求項2】 前記トンネル接合層と前記拡散層電極の
間に位置する絶縁膜をさらに有し、 前記キャパシタと、前記トンネル接合層と、前記拡散層
電極とで、トンネル接合型トランジスタを構成すること
を特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
2. The semiconductor device further comprises an insulating film located between the tunnel junction layer and the diffusion layer electrode, wherein the capacitor, the tunnel junction layer, and the diffusion layer electrode form a tunnel junction transistor. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 半導体基板と、 前記半導体基板にマトリクス状に形成された複数のトレ
ンチキャパシタと、 前記トレンチキャパシタ上に位置する複数の縦型トンネ
ル接合層と、 前記トンネル接合層に隣接して、前記基板の第1方向に
沿って延びる複数の拡散層電極と、 前記トンネル接合層の各々に接続され、前記拡散層電極
と直交する方向に延びる複数のビット線とを備える半導
体記憶装置。
3. A semiconductor substrate; a plurality of trench capacitors formed in a matrix on the semiconductor substrate; a plurality of vertical tunnel junction layers located on the trench capacitors; A semiconductor memory device comprising: a plurality of diffusion layer electrodes extending along a first direction of the substrate; and a plurality of bit lines connected to each of the tunnel junction layers and extending in a direction orthogonal to the diffusion layer electrodes.
【請求項4】 前記トンネル接合層と前記拡散層電極の
間に位置する絶縁膜をさらに有し、 前記トレンチキャパシタと、前記縦型トンネル接合層
と、前記拡散層電極とで、トンネル接合型トランジスタ
を構成することを特徴とする請求項3に記載の半導体記
憶装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an insulating film located between said tunnel junction layer and said diffusion layer electrode, wherein said trench capacitor, said vertical tunnel junction layer, and said diffusion layer electrode comprise a tunnel junction transistor. 4. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein:
【請求項5】 前記トンネル接合層は、1以上のトンネ
ル絶縁膜を含むことを特徴とする請求項1または3に記
載の半導体記憶装置。
5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said tunnel junction layer includes at least one tunnel insulating film.
【請求項6】 前記拡散層電極と平行に延び、前記拡散
層電極の厚さよりも厚い素子分離絶縁層をさらに備える
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 semiconductor memory device according to claim 1, further comprising an element isolation insulating layer extending in parallel with said diffusion layer electrode and having a thickness greater than a thickness of said diffusion layer electrode.
【請求項7】 隣接する前記縦型トンネル接合層の間に
形成された素子分離絶縁層をさらに備え、前記素子分離
絶縁層の底面は、前記拡散電極の底面よりも深い位置に
あることを特徴とする請求項3または4に記載の半導体
記憶装置。
7. The device according to claim 1, further comprising an element isolation insulating layer formed between the adjacent vertical tunnel junction layers, wherein a bottom surface of the element isolation insulating layer is located deeper than a bottom surface of the diffusion electrode. 5. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein:
【請求項8】 前記複数のトレンチキャパシタは、前記
拡散層電極と前記ビット線とのほぼ交点に位置すること
を特徴とする請求項3または4に記載の半導体記憶装
置。
8. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein said plurality of trench capacitors are located at substantially intersections between said diffusion layer electrodes and said bit lines.
【請求項9】 前記縦型トンネル接合層は、トレンチ内
部で、トレンチキャパシタ上に位置することを特徴とす
る請求項3または4に記載の半導体記憶装置。
9. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein said vertical tunnel junction layer is located on a trench capacitor inside the trench.
【請求項10】 前記トンネル接合層および前記拡散層
電極の上部を覆う金属シリサイドをさらに有することを
特徴とする請求項9に記載の半導体記憶装置。
10. The semiconductor memory device according to claim 9, further comprising a metal silicide covering upper portions of said tunnel junction layer and said diffusion layer electrode.
【請求項11】 前記拡散層電極は、当該拡散層電極が
延びる方向から見た断面形状において、前記トンネル接
合層の両側に隣接して位置することを特徴とする請求項
1または3に記載の半導体記憶装置。
11. The device according to claim 1, wherein the diffusion layer electrode is located adjacent to both sides of the tunnel junction layer in a cross-sectional shape viewed from a direction in which the diffusion layer electrode extends. Semiconductor storage device.
【請求項12】 前記拡散層電極は、当該拡散層電極が
延びる方向から見た断面形状において、前記トンネル接
合層の片側に隣接して延びることを特徴とする請求項1
または3に記載の半導体記憶装置。
12. The device according to claim 1, wherein the diffusion layer electrode extends adjacent to one side of the tunnel junction layer in a cross-sectional shape viewed from a direction in which the diffusion layer electrode extends.
Or the semiconductor memory device according to 3.
【請求項13】 半導体基板と、 半導体基板内の所定の位置に形成された複数のトレンチ
キャパシタと、 前記半導体基板上で、前記各トレンチキャパシタの上部
に形成された複数のトンネル接合層と、 前記トンネル接合層に隣接して、前記半導体基板上の第
1の方向に沿って位置するゲート電極と、 前記トンネル接合層に接続され、前記第1の方向と直交
する方向に延びるビット線とを備える半導体記憶装置。
13. A semiconductor substrate; a plurality of trench capacitors formed at predetermined positions in the semiconductor substrate; a plurality of tunnel junction layers formed above the trench capacitors on the semiconductor substrate; A gate electrode located adjacent to the tunnel junction layer along the first direction on the semiconductor substrate; and a bit line connected to the tunnel junction layer and extending in a direction orthogonal to the first direction. Semiconductor storage device.
【請求項14】 前記トンネル接合層と、トレンチキャ
パシタと、ゲート電極とで、トンネル接合型トランジス
タを構成することを特徴とする請求項13に記載の半導
体記憶装置。
14. The semiconductor memory device according to claim 13, wherein the tunnel junction layer, the trench capacitor, and the gate electrode form a tunnel junction transistor.
【請求項15】 前記トンネル接合層は1以上のトンネ
ル絶縁膜を含むことを特徴とする請求項13または14
に記載の半導体記憶装置。
15. The device according to claim 13, wherein the tunnel junction layer includes at least one tunnel insulating film.
3. The semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項16】 半導体基板上の所定の位置に、所定の
深さのトレンチ溝を複数形成するステップと、 前記半導体基板内部に、前記各トレンチ溝の底部に接す
る埋め込み拡散プレート電極を形成するステップと、 前記トレンチ溝内壁にキャパシタ絶縁膜を形成した後
に、トレンチ溝内部に電極を形成するステップと、 前記トレンチ内電極の上部に拡散領域を形成するステッ
プと、 前記基板上で前記トレンチ溝に隣接する領域に第1の方
向に延びる拡散層電極を形成するステップと、 前記トレンチ内拡散領域上に、トンネル接合層を形成す
るステップと、 前記トンネル接合層に接続され、前記拡散層電極に直交
する方向に延びるビット線を形成するステップとを含む
半導体記憶装置の製造方法。
16. A step of forming a plurality of trench grooves having a predetermined depth at predetermined positions on a semiconductor substrate, and a step of forming a buried diffusion plate electrode in contact with the bottom of each of the trench grooves inside the semiconductor substrate. Forming a capacitor insulating film on the inner wall of the trench groove, forming an electrode inside the trench groove, forming a diffusion region above the electrode in the trench, and adjoining the trench groove on the substrate. Forming a diffusion layer electrode extending in a first direction in a region to be formed; forming a tunnel junction layer on the diffusion region in the trench; being connected to the tunnel junction layer and orthogonal to the diffusion layer electrode Forming a bit line extending in the direction.
【請求項17】 前記トンネル接合層を形成するステッ
プの後に、前記第1の方向に沿って、前記拡散層電極よ
りも深い素子分離絶縁層を複数形成するステップと、 前記複数の素子分離絶縁層の間で、前記トンネル接合層
および前記拡散層電極とを覆う金属シリサイドを自己整
合的に形成するステップとをさらに含むことを特徴とす
る請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
17. A step of forming a plurality of element isolation insulating layers deeper than the diffusion layer electrode along the first direction after the step of forming the tunnel junction layer; 17. The method according to claim 16, further comprising: forming a metal silicide covering the tunnel junction layer and the diffusion layer electrode in a self-aligning manner.
【請求項18】 半導体基板上の所定の位置に、所定の
深さのトレンチ溝を複数形成するステップと、 前記半導体基板内部に、前記各トレンチ溝の底部に接す
る埋め込み拡散プレート電極を形成するステップと、 前記トレンチ溝内壁にキャパシタ絶縁膜を形成した後
に、トレンチ溝内部に前記半導体基板の表面と一致する
高さまで電極を形成するステップと、 前記半導体基板および前記トレンチ内電極を覆って、ト
ンネル接合層を全面に形成するステップと、 前記トンネル接合層を、前記トレンチ内電極上にのみ残
るように加工するステップと、 前記トンネル接合層に隣接して、半導体基板上の第1の
方向に沿ったゲート電極を形成するステップと、 前記トンネル接合層に接続され、前記ゲート電極に直交
する方向に延びるビット線を形成するステップとを含む
半導体記憶装置の製造方法。
18. A step of forming a plurality of trench grooves having a predetermined depth at predetermined positions on a semiconductor substrate, and a step of forming a buried diffusion plate electrode in contact with the bottom of each of the trench grooves inside the semiconductor substrate. Forming a capacitor insulating film on the inner wall of the trench, and then forming an electrode in the trench to a height corresponding to the surface of the semiconductor substrate; and forming a tunnel junction covering the semiconductor substrate and the electrode in the trench. Forming a layer over the entire surface; processing the tunnel junction layer so as to remain only on the electrode in the trench; and adjoining the tunnel junction layer along a first direction on the semiconductor substrate. Forming a gate electrode; forming a bit line connected to the tunnel junction layer and extending in a direction orthogonal to the gate electrode And a method of manufacturing a semiconductor memory device.
【請求項19】 前記ゲート電極形成ステップは、隣り
合うトンネル接合層の間にゲート電極を自己整合的に形
成するステップを含むことを特徴とする請求項18に記
載の半導体記憶装置の製造方法。
19. The method according to claim 18, wherein the step of forming a gate electrode includes the step of forming a gate electrode between adjacent tunnel junction layers in a self-aligned manner.
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