JP2002343885A - Semiconductor memory device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor memory device and its manufacturing method

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JP2002343885A
JP2002343885A JP2001147921A JP2001147921A JP2002343885A JP 2002343885 A JP2002343885 A JP 2002343885A JP 2001147921 A JP2001147921 A JP 2001147921A JP 2001147921 A JP2001147921 A JP 2001147921A JP 2002343885 A JP2002343885 A JP 2002343885A
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一正 須之内
Takashi Osawa
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor memory device realizing dynamic memory by the memory cell of simple transistor structure. SOLUTION: A 1-bit memory cell MC consists of a single MISFET having the channel body of floating, and the MISFET dynamically stores a first data state where a channel body is set to be a first potential and a second data state where the channel body is set to be a second potential. The MISFET has the laminated structure of a p-type layer 12 becoming the channel body, an n-type layer 11 in contact with its bottom surface to be depleted by built-in potential, and a p-type layer (substrate) 10 in contact with its bottom surface. A gate electrode 14 is formed on the upper surface of a p-form layer 12 through a gate insulation film 13, and a drain and source diffusion areas 15 and 16 are formed in the depth to the n-type layer 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、MISFETの
チャネルボディを記憶ノードとしてダイナミックにデー
タ記憶を行う半導体メモリ装置とその製造方法に関す
る。
The present invention relates to a semiconductor memory device for dynamically storing data using a channel body of a MISFET as a storage node, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のDRAMは、MISFETとキャ
パシタによりメモリセルが構成されている。DRAMの
微細化は、トレンチキャパシタ構造やスタックトキャパ
シタ構造の採用により大きく進んでいる。現在、単位メ
モリセルの大きさ(セルサイズ)は、最小加工寸法をF
として、2F×4F=8F2の面積まで縮小されてい
る。つまり、最小加工寸法Fが世代と共に小さくなり、
セルサイズを一般にαF2としたとき、係数αも世代と
共に小さくなり、F=0.18μmの現在、α=8が実
現されている。
2. Description of the Related Art In a conventional DRAM, a memory cell is constituted by a MISFET and a capacitor. The miniaturization of DRAM has been greatly advanced by adopting a trench capacitor structure or a stacked capacitor structure. At present, the size (cell size) of a unit memory cell is determined by
As a result, the area is reduced to an area of 2F × 4F = 8F 2 . That is, the minimum processing dimension F decreases with the generation,
When the cell size is generally αF 2 , the coefficient α also decreases with the generation, and α = 8 is now realized when F = 0.18 μm.

【0003】今後も従来と変わらないセルサイズ或いは
チップサイズのトレンドを確保するためには、F<0.
18μmでは、α<8、更にF<0.13μmでは、α
<6を満たすことが要求され、微細加工と共に如何にセ
ルサイズを小さい面積に形成するかが大きな課題にな
る。そのため、1トランジスタ/1キャパシタのメモリ
セルを6F2や4F2の大きさにする提案も種々なされて
いる。しかし、トランジスタを縦型にしなければならな
いといった技術的困難や、隣接メモリセル間の電気的干
渉が大きくなるといった問題、更に加工や膜生成等の製
造技術上の困難があり、実用化は容易ではない。
[0003] In order to secure the same trend in cell size or chip size as in the past, F <0.
At 18 μm, α <8, and at F <0.13 μm, α
It is required to satisfy <6, and how to form the cell size in a small area together with the fine processing is a major issue. Therefore, various proposals have been made to make the memory cell of one transistor / one capacitor to have a size of 6F 2 or 4F 2 . However, there are technical difficulties such as the need to make the transistors vertical, problems such as increased electrical interference between adjacent memory cells, and difficulties in manufacturing techniques such as processing and film formation. Absent.

【0004】これに対して、キャパシタを用いず、一つ
のMISFETのチャネルボディを記憶ノードとして、
1ビットのメモリセルを構成する半導体メモリは、古く
は、1979年に提案されている(P.K.Chatterjee, e
t.al.,"Circuit Optimizationof the taper isolated d
ynamic gain RAM cell for VLSI memories," ISSCC Tec
h. Dig. pp.22-23, Feb. 1979)。そのMISFET構
造は、p型基板上にn型埋め込み層によって基板とは分
離されたp型チャネルボディを持つ。記憶動作の原理
は、ゲート電極からの容量カップリングによりn型埋め
込み層のホールに対するバリア高さを制御して、基板か
らチャネルボディへのホールの注入と放出を制御するも
のである。
On the other hand, without using a capacitor, the channel body of one MISFET is used as a storage node.
A semiconductor memory forming a 1-bit memory cell has been proposed in 1979 (PKChatterjee, e).
t.al., "Circuit Optimizationof the taper isolated d
dynamic gain RAM cell for VLSI memories, "ISSCC Tec
h. Dig. pp.22-23, Feb. 1979). The MISFET structure has a p-type channel body separated from a substrate by an n-type buried layer on a p-type substrate. The principle of the storage operation is to control the height of the barrier to holes in the n-type buried layer by capacitive coupling from the gate electrode, and to control the injection and emission of holes from the substrate to the channel body.

【0005】即ち、データ書き込み時は、ゲートからの
容量カップリングによりn型埋め込み層の電位を下げ
て、基板からチャネルボディへのホール注入を行う。従
ってチャネルボディのホール蓄積状態とホール放出状態
とを2値データとして記憶することになる。データ保持
状態では、ゲートからの容量カップリングによりn型埋
め込み層の電位を上げて、チャネルボディのホールが放
出されないようにする。
That is, at the time of data writing, the potential of the n-type buried layer is lowered by capacitive coupling from the gate, and holes are injected from the substrate into the channel body. Therefore, the hole accumulation state and the hole emission state of the channel body are stored as binary data. In the data holding state, the potential of the n-type buried layer is raised by capacitive coupling from the gate to prevent holes in the channel body from being released.

【0006】この方式では、ゲートからのn型埋め込み
層の電位制御を行うために、n型埋め込み層は空乏化し
てはならず、多数キャリアである電子の存在が不可欠で
ある。従って、n型のドレイン、ソース拡散層の間はこ
のn型埋め込み層により短絡された形になる。チャネル
長が数μmオーダーと大きい場合には、チャネルのオン
オフによる抵抗変化に比べて、n型埋め込み層による短
絡抵抗の影響を相対的に小さいものとすることが可能で
あるとしても、現在のようなサブμmのチャネル長を持
つMISFETに適用した場合には、n型埋め込み層に
よるソース、ドレイン間短絡抵抗が無視できず、動作不
能となる。
In this method, in order to control the potential of the n-type buried layer from the gate, the n-type buried layer must not be depleted, and the existence of electrons as majority carriers is indispensable. Therefore, the n-type drain and source diffusion layers are short-circuited by the n-type buried layer. If the channel length is as large as several μm, the effect of the short-circuit resistance due to the n-type buried layer can be made relatively small as compared with the resistance change due to the channel on / off, as in the present case. When the present invention is applied to a MISFET having a sub-μm channel length, the short-circuit resistance between the source and the drain due to the n-type buried layer cannot be neglected and becomes inoperable.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】一つのMISFETに
より1ビットのメモリセルを構成する方式は、その他に
も種々提案されているが、トランジスタ構造が複雑であ
ったり、制御が複雑である等の難点があった。
Various other methods have been proposed for forming a 1-bit memory cell with one MISFET. However, there are disadvantages such as a complicated transistor structure and complicated control. was there.

【0008】この発明は、単純なトランジスタ構造のメ
モリセルにより、ダイナミック記憶を可能とした半導体
メモリ装置とその製造方法を提供することを目的として
いる。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device capable of dynamic storage by a memory cell having a simple transistor structure, and a method of manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体メ
モリ装置は、1ビットのメモリセルが、フローティング
のチャネルボディを持つ一つのMISFETにより構成
され、前記MISFETはチャネルボディを第1の電位
に設定した第1データ状態と第2の電位に設定した第2
データ状態とをダイナミックに記憶するものであって、
前記MISFETは、チャネルボディとなる第1導電型
の第1の半導体層と、この第1の半導体層の底面に接し
てビルトインポテンシャルにより空乏化する第2導電型
の第2の半導体層と、この第2の半導体層の底面に接す
る第1導電型の第3の半導体層と、前記第1の半導体層
の上面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極
と、前記第1の半導体層の上面から第2の半導体層に達
する深さに形成されたソース及びドレイン拡散層とを有
することを特徴とする。
In a semiconductor memory device according to the present invention, a 1-bit memory cell is constituted by one MISFET having a floating channel body, and the MISFET sets the channel body to a first potential. The first data state and the second potential set to the second potential.
And dynamically memorize the data state,
The MISFET includes a first conductive type first semiconductor layer serving as a channel body, a second conductive type second semiconductor layer in contact with a bottom surface of the first semiconductor layer and being depleted by a built-in potential. A third semiconductor layer of a first conductivity type in contact with a bottom surface of the second semiconductor layer; a gate electrode formed on a top surface of the first semiconductor layer via a gate insulating film; And a source and drain diffusion layer formed to a depth reaching the second semiconductor layer from the upper surface.

【0010】この発明において具体的には、第1データ
状態は、MISトランジスタを5極管動作させることに
よりドレイン接合近傍でインパクトイオン化を起こすこ
とにより書き込まれ、第2データ状態は、第1のゲート
からの容量結合により所定電位が与えられた半導体層と
ドレインとの間に順方向バイアスを与えることにより書
き込まれる。従ってMISFETのソースは、接地電位
等の固定電位のまま、データの書き込み、読み出しが行
われる。或いはまた、第1データ状態の書き込み法とし
て、ゲートにより誘起されるドレインリーク(GID
L:Gate−Induced Drain Leak
age)電流を利用することもできる。
Specifically, in the present invention, the first data state is written by causing the MIS transistor to perform pentode operation to cause impact ionization near the drain junction, and the second data state is written by the first gate. The data is written by applying a forward bias between the drain and the semiconductor layer to which a predetermined potential is applied by capacitive coupling from the semiconductor device. Therefore, data writing and reading are performed while the source of the MISFET remains at a fixed potential such as the ground potential. Alternatively, as a method of writing the first data state, a gate-induced drain leak (GID
L: Gate-Induced Drain Leak
age) Current can also be used.

【0011】この発明によると、一つのメモリセルは、
単純なMISFETにより形成される。MISFET
は、ゲート電極下にpnp(又はnpn)構造を有し、
その中間層がビルトインポテンシャルにより空乏化する
ことでフローティングになるチャネルボディを持つ。ま
たMISFETは、そのチャネルボディの電位状態によ
りデータ記憶を行うが、データ書き込みには基板からの
キャリア注入によらず、ソースを固定電位として、ドレ
イン接合の逆バイアス及び順バイアスを利用することが
できる。従ってドレインに接続されたビット線とゲート
に接続されたワード線の制御のみによって、読み出し,
書き換え及びリフレッシュの制御が可能である。基板か
らチャネルボディへのキャリア注入、放出を利用する従
来方式と異なり、任意ビット単位でのデータ書き換えも
可能である。
According to the present invention, one memory cell includes:
It is formed by a simple MISFET. MISFET
Has a pnp (or npn) structure below the gate electrode,
The intermediate layer has a channel body that becomes floating by being depleted by a built-in potential. The MISFET stores data depending on the potential state of its channel body, but can use the reverse bias and the forward bias of the drain junction with the source fixed, regardless of the carrier injection from the substrate for data writing. . Therefore, reading and writing are controlled only by controlling the bit line connected to the drain and the word line connected to the gate.
Rewriting and refreshing can be controlled. Unlike the conventional method using carrier injection and emission from the substrate to the channel body, data can be rewritten in arbitrary bit units.

【0012】この発明において好ましくは、ゲート電極
直下の第2の半導体層内に絶縁膜で囲まれた補助ゲート
電極が埋め込まれる。この補助ゲート電極は、ソース及
びドレイン拡散層の間に、第1の半導体層と第2の半導
体層のpn接合が両側に残るように埋め込まれるのとす
る。補助ゲート電極の下端は、第2の半導体層内に位置
してもよいし、第3の半導体層に達する深さとしてもよ
い。
Preferably, in the present invention, an auxiliary gate electrode surrounded by an insulating film is embedded in the second semiconductor layer immediately below the gate electrode. It is assumed that the auxiliary gate electrode is buried between the source and drain diffusion layers such that pn junctions of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer remain on both sides. The lower end of the auxiliary gate electrode may be located in the second semiconductor layer or may have a depth reaching the third semiconductor layer.

【0013】この発明はまた、上述した半導体メモリ装
置の製造方法であって、第1導電型の半導体基板の表面
部に不純物を導入して、チャネルボディとなる第1導電
型の第1の半導体層を形成する工程と、前記半導体基板
の前記第1の半導体層の直下に不純物のイオン注入を行
って、ビルトインポテンシャルにより空乏化する第2導
電型の第2の半導体層を形成する工程と、前記半導体基
板の第1の半導体層の表面にゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極を形成する工程と、前記半導体基板に不純物のイ
オン注入を行って、前記第2の半導体層に達する深さで
第2導電型のソース及びドレイン拡散層を形成する工程
とを有することを特徴とする。
According to the present invention, there is also provided a method of manufacturing a semiconductor memory device as described above, wherein an impurity is introduced into a surface portion of a semiconductor substrate of a first conductivity type to form a first semiconductor of a first conductivity type serving as a channel body. Forming a layer, and performing ion implantation of an impurity immediately below the first semiconductor layer of the semiconductor substrate to form a second semiconductor layer of a second conductivity type that is depleted by a built-in potential; Forming a gate electrode on the surface of the first semiconductor layer of the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween; and ion-implanting impurities into the semiconductor substrate to form a gate electrode at a depth reaching the second semiconductor layer. Forming source and drain diffusion layers of two conductivity type.

【0014】この発明は更に、上述した半導体メモリ装
置の製造方法であって、第1導電型の半導体基板にトレ
ンチを形成する工程と、前記トレンチの内壁に絶縁膜を
形成した後、前記トレンチ内に途中の深さまで補助ゲー
ト電極を埋め込む工程と、前記補助ゲート電極の上面に
第1のゲート絶縁膜を形成した後、トレンチの側壁を露
出させた状態で水素ガス中での熱処理を行って、前記ト
レンチの上部を前記半導体基板材料の流動により覆う工
程と、前記半導体基板の表面部に不純物を導入して、チ
ャネルボディとなる第1導電型の第1の半導体層を形成
する工程と、前記半導体基板の前記第1の半導体層の直
下に不純物のイオン注入を行って、ビルトインポテンシ
ャルにより空乏化する第2導電型の第3の半導体層を形
成する工程と、前記トレンチを覆う第1の半導体層の表
面に第2のゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する
工程と、前記半導体基板に不純物のイオン注入を行っ
て、前記第2の半導体層に達する深さで第2導電型のソ
ース及びドレイン拡散層を形成する工程とを有すること
を特徴とする。
The present invention further provides a method of manufacturing a semiconductor memory device as described above, wherein a step of forming a trench in a semiconductor substrate of a first conductivity type and a step of forming an insulating film on an inner wall of the trench are performed. Burying the auxiliary gate electrode to an intermediate depth, forming a first gate insulating film on the upper surface of the auxiliary gate electrode, and then performing heat treatment in hydrogen gas with the side walls of the trench exposed. Covering the upper portion of the trench with a flow of the semiconductor substrate material, introducing an impurity into a surface portion of the semiconductor substrate to form a first semiconductor layer of a first conductivity type serving as a channel body; Forming a second semiconductor layer of the second conductivity type that is depleted by a built-in potential by ion-implanting impurities directly below the first semiconductor layer of the semiconductor substrate; Forming a gate electrode on the surface of the first semiconductor layer covering the trench via a second gate insulating film, and performing ion implantation of impurities into the semiconductor substrate to reach a depth reaching the second semiconductor layer. Forming a second conductivity type source and drain diffusion layer.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を説明する。 [実施の形態1]図1は、基本的な実施の形態によるD
RAMセルの構造を示している。メモリセルMCは、n
チャネルMISFETにより構成されている。p型シリ
コン基板10の上にn型層11とp型層12が積層され
た構造を有し、p型層12をチャネルボディとしてこの
上にゲート絶縁膜13を介してゲート電極14が形成さ
れている。ゲート電極14に自己整合されてn型ドレイ
ン、ソース拡散層15,16が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [Embodiment 1] FIG. 1 is a block diagram showing a D according to a basic embodiment.
2 shows the structure of a RAM cell. The memory cell MC has n
It is composed of a channel MISFET. It has a structure in which an n-type layer 11 and a p-type layer 12 are stacked on a p-type silicon substrate 10, and a gate electrode 14 is formed thereon with a p-type layer 12 as a channel body via a gate insulating film 13. ing. N-type drain and source diffusion layers 15 and 16 are formed so as to be self-aligned with the gate electrode 14.

【0016】p型層12、n型層11及びp型基板10
により構成されるpnp構造は、n型層11がビルトイ
ンポテンシャルにより完全空乏化するように、不純物濃
度と厚みが調整される。具体的にこの構造をイオン注入
のみで形成するためには、p型シリコン基板10は比較
的低濃度のものとし、その表面部にボロン等のp型不純
物をイオン注入して、チャネルボディとして必要なしき
い値を得るに適当な濃度のp型層12を形成する。更に
このp型層12の直下に砒素等のn型不純物をイオン注
入して、n型層11を形成する。これらのイオン注入工
程の前後は問わない。
The p-type layer 12, the n-type layer 11, and the p-type substrate 10
The impurity concentration and the thickness are adjusted so that the n-type layer 11 is completely depleted by the built-in potential. Specifically, in order to form this structure only by ion implantation, the p-type silicon substrate 10 must have a relatively low concentration, and a p-type impurity such as boron is ion-implanted into the surface of the silicon substrate 10 to form a channel body. The p-type layer 12 having an appropriate concentration to obtain a proper threshold value is formed. Further, an n-type impurity such as arsenic is ion-implanted immediately below the p-type layer 12 to form an n-type layer 11. It does not matter before or after these ion implantation steps.

【0017】そして、p型層12とn型層11の不純物
濃度及びn型層11の厚みを最適設定することにより、
n型層11がビルトインポテンシャルにより完全空乏化
するようにする。ドレイン、ソース拡散層15,16
は、表面からn型層11に達する深さに形成する。この
とき、ソース、ドレイン拡散層15,16の下にあるn
型層11の部分は、基板10との間でのみpn接合を形
成することになるが、この部分も基板10との間のビル
トインポテンシャルで空乏化させることが好ましい。チ
ャネル幅方向(即ちも図の紙面に直交する方向)につい
ては、素子分離絶縁膜で隣接セルとの分離を行ったとす
ると、p型層12は、空乏化したn型層12と、ドレイ
ン、ソース拡散層15,16及び素子分離絶縁膜によ
り、他から電気的に分離されたフローティング状態にな
る。
Then, by optimally setting the impurity concentration of the p-type layer 12 and the n-type layer 11 and the thickness of the n-type layer 11,
The n-type layer 11 is completely depleted by the built-in potential. Drain and source diffusion layers 15, 16
Is formed to a depth reaching the n-type layer 11 from the surface. At this time, n under the source / drain diffusion layers 15 and 16
The portion of the mold layer 11 forms a pn junction only with the substrate 10, but it is preferable that this portion is also depleted by a built-in potential with the substrate 10. In the channel width direction (that is, in the direction perpendicular to the plane of the drawing), assuming that the isolation from the adjacent cell is performed by the element isolation insulating film, the p-type layer 12 becomes the depleted n-type layer 12, the drain and the source. The diffusion layers 15 and 16 and the element isolation insulating film enter a floating state electrically separated from the others.

【0018】このメモリセルMCをマトリクス配列する
場合、ゲート電極14はワード線WLに接続され、ソー
ス拡散層16は固定電位線SL(接地電位線)に接続さ
れ、ドレイン拡散層15はビット線BLに接続される。
この様に構成されるセルアレイの単位セルの等価回路は
図2のようになる。
When memory cells MC are arranged in a matrix, gate electrode 14 is connected to word line WL, source diffusion layer 16 is connected to fixed potential line SL (ground potential line), and drain diffusion layer 15 is connected to bit line BL. Connected to.
FIG. 2 shows an equivalent circuit of a unit cell of the cell array configured as described above.

【0019】このnチャネル型MISFETからなるD
RAMセルの動作原理は、フローティングのチャネルボ
ディ(他から分離されたp型層12)の電位制御を利用
する。即ち、MISFETを5極管領域で動作させるこ
とにより、ドレイン拡散層15から大きな電流を流し、
ドレイン接合近傍でインパクトイオン化を起こすと、チ
ャネルボディが多数キャリアであるホールを保持した第
1の電位状態に設定することができる。この状態を例え
ばデータ“1”とする。ドレイン拡散層15とp型層1
2の間のpn接合を順方向バイアスして、p型層12の
ホールを放出させることにより、p型層12をより低電
位にした第2の電位状態をデータ“0”とする。この
間、ソース拡散層16は、固定電位例えば接地電位に保
持される。
D composed of this n-channel MISFET
The operation principle of the RAM cell utilizes the potential control of the floating channel body (p-type layer 12 separated from the others). That is, a large current flows from the drain diffusion layer 15 by operating the MISFET in the pentode region,
When impact ionization occurs near the drain junction, the channel body can be set to the first potential state in which holes serving as majority carriers are held. This state is, for example, data “1”. Drain diffusion layer 15 and p-type layer 1
The second potential state in which the p-type layer 12 has a lower potential is set to data “0” by forward-biasing the pn junction between the two to release holes in the p-type layer 12. During this time, the source diffusion layer 16 is kept at a fixed potential, for example, a ground potential.

【0020】データ“0”,“1”は、チャネルボディ
の電位の差として、従ってMISFETのしきい値電圧
の差として記憶される。即ち、ホール蓄積によりボディ
の電位が高いデータ“1”状態のしきい値電圧Vth1
は、データ“0”状態のしきい値電圧Vth0より低
い。ボディに多数キャリアであるホールを蓄積した
“1”データ状態を保持するために、ワード線には負の
バイアス電圧を印加する。このデータ保持状態は、逆デ
ータの書き込み動作(消去)を行わない限り、読み出し
動作を行っても変わらない。即ち、キャパシタの電荷蓄
積を利用する1トランジスタ/1キャパシタのDRAM
と異なり、非破壊読み出しが可能である。
The data "0" and "1" are stored as a difference between the potentials of the channel bodies, and thus as a difference between the threshold voltages of the MISFETs. That is, the threshold voltage Vth1 of the data “1” state where the potential of the body is high due to the accumulation of holes
Is lower than the threshold voltage Vth0 in the data “0” state. A negative bias voltage is applied to the word lines in order to maintain a "1" data state in which holes serving as majority carriers are accumulated in the body. This data holding state does not change even if a read operation is performed, unless a reverse data write operation (erase) is performed. That is, a one-transistor / one-capacitor DRAM utilizing charge storage of a capacitor.
Unlike this, nondestructive reading is possible.

【0021】データ読み出しの方式には、いくつか考え
られる。ワード線電位VWLとチャネルボディ電位VB
の関係は、データ“0”,“1”との関係で図3のよう
になる。従って例えば、データ読み出しの第1の方法
は、ワード線WLにデータ“0”,“1”のしきい値電
圧Vth0,Vth1の中間になる読み出し電位を与え
て、“0”データのメモリセルでは電流が流れず、
“1”データのメモリセルでは電流が流れることを利用
する。具体的には例えば、ビット線BLを所定の電位V
BLにプリチャージして、その後ワード線WLを駆動す
る。これにより、“0”データの場合、ビット線プリチ
ャージ電位VBLの変化がなく、“1”データの場合は
プリチャージ電位VBLが低下する。
Several data reading methods are conceivable. Word line potential VWL and channel body potential VB
Is as shown in FIG. 3 in relation to data "0" and "1". Therefore, for example, in the first method of reading data, a read potential that is intermediate between the threshold voltages Vth0 and Vth1 of the data “0” and “1” is applied to the word line WL. No current flows,
The fact that a current flows in a memory cell of "1" data is used. Specifically, for example, the bit line BL is set to a predetermined potential V
BL is precharged, and then the word line WL is driven. As a result, in the case of "0" data, the bit line precharge potential VBL does not change, and in the case of "1" data, the precharge potential VBL decreases.

【0022】第2の読み出し方式は、ワード線WLを立
ち上げてから、ビット線BLに電流を供給して、
“0”,“1”の導通度に応じてビット線電位の上昇速
度が異なることを利用する。簡単には、ビット線BLを
0Vにプリチャージし、ワード線WLを立ち上げて、ビ
ット線電流を供給する。このとき、ビット線の電位上昇
の差をダミーセルを利用して検出することにより、デー
タ判別が可能となる。
In the second read mode, a current is supplied to the bit line BL after the word line WL is started,
The fact that the rising speed of the bit line potential varies depending on the degree of conduction of “0” and “1” is used. Briefly, the bit line BL is precharged to 0 V, the word line WL is started, and the bit line current is supplied. At this time, data difference can be determined by detecting a difference in potential rise of the bit line by using a dummy cell.

【0023】この発明において、選択的に“0”データ
を書き込むためには、即ちメモリセルアレイのなかで選
択されたワード線WLとビット線BLの電位により選択
されたメモリセルのボディのみからホールを放出させる
には、ワード線WLとボディの間の容量結合が本質的に
なる。データ“1”でボディにホールが蓄積された状態
は、ワード線を十分負方向にバイアスして、メモリセル
のゲート・基板間容量が、ゲート酸化膜容量となる状態
(即ち表面に空乏層が形成されていない状態)で保持す
ることが必要である。
In the present invention, in order to selectively write "0" data, that is, holes are formed only from the body of the memory cell selected by the potential of the word line WL and bit line BL selected in the memory cell array. In order to emit the light, the capacitive coupling between the word line WL and the body becomes essentially. In the state where holes are accumulated in the body by data "1", the word line is sufficiently biased in the negative direction, and the gate-substrate capacitance of the memory cell becomes the gate oxide film capacitance (that is, a depletion layer is formed on the surface). (It is not formed).

【0024】以上のように、この実施の形態によると。
単純な構造のMISFETによりDRAMセルが構成さ
れる。埋め込みn型層11は、従来技術で説明した方式
のように基板からのキャリア注入のために電位制御する
という必要がなく、ビルトインポテンシャルで空乏化さ
れた状態とする。従って、短チャネルのMISFETで
あっても、n型層11によるソース、ドレインの短絡抵
抗は問題にならず、微細化が可能である。また、ドレイ
ン、ソース拡散層15,16の直下のn型層11部分も
空乏化させれば、ドレイン、ソース拡散層15,16の
接合容量が小さいものとなり、SOI基板を用いた場合
と同様に、特性改善が図られる。
As described above, according to this embodiment.
A DRAM cell is constituted by a MISFET having a simple structure. The buried n-type layer 11 is depleted with a built-in potential without the need to control the potential for carrier injection from the substrate as in the method described in the related art. Therefore, even in the case of a short-channel MISFET, the short-circuit resistance of the source and the drain due to the n-type layer 11 does not matter, and miniaturization is possible. Also, if the portion of the n-type layer 11 immediately below the drain and source diffusion layers 15 and 16 is also depleted, the junction capacitance of the drain and source diffusion layers 15 and 16 becomes small, similar to the case where an SOI substrate is used. And the characteristics are improved.

【0025】[実施の形態2]図4は、より具体的な実
施の形態のセルアレイについて、ビット線方向に並ぶ2
ビット分の断面構造を示している。但し、図1と対応す
る部分には図1と同一符号を付してある。p型シリコン
基板10は、素子分離絶縁膜21により例えば、2ビッ
ト分(二つのMISFET)の範囲が島状の素子形成領
域として区画される。n型層11は、実施の形態1で説
明したと同様に、基板10にイオン注入により形成さ
れ、この上にチャネルボディとなるp型層12が形成さ
れる。n型層11を空乏化させる条件とすることも、実
施の形態1と同様である。
[Embodiment 2] FIG. 4 shows a cell array according to a more specific embodiment of the present invention.
The sectional structure of a bit is shown. However, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG. In the p-type silicon substrate 10, for example, a range of two bits (two MISFETs) is partitioned as an island-shaped element formation region by the element isolation insulating film 21. As described in the first embodiment, n-type layer 11 is formed in substrate 10 by ion implantation, and p-type layer 12 serving as a channel body is formed thereon. The conditions for depleting n-type layer 11 are also the same as in the first embodiment.

【0026】ゲート電極14は、シリコン窒化膜22に
より上面及び側面が覆われた状態で、紙面に直交する方
向に連続的にパターニングされて、ワード線となる。ド
レイン拡散層15及びソース拡散層16は、n型層11
に達する深さの高濃度(n+)拡散層15a,16a
と、これより低濃度で浅い(n型層11に達しない)拡
張領域15b,16bを持つ。具体的に拡張領域15
b,16bは、ゲート電極14の側面にシリコン窒化膜
を形成する前にイオン注入を行うことで形成され、高濃
度拡散層15a,16aはゲート電極14の側面にシリ
コン窒化膜を形成した後にイオン注入を行うことで形成
される。
The gate electrode 14 is continuously patterned in a direction perpendicular to the plane of the drawing, with the top and side surfaces being covered by the silicon nitride film 22, to form word lines. The drain diffusion layer 15 and the source diffusion layer 16 are
Concentration (n + ) diffusion layers 15a, 16a
And extension regions 15b and 16b having a lower concentration and shallower (not reaching the n-type layer 11). Specifically, the extension area 15
b and 16b are formed by performing ion implantation before forming a silicon nitride film on the side surface of the gate electrode 14, and the high-concentration diffusion layers 15a and 16a are formed after forming a silicon nitride film on the side surface of the gate electrode 14. It is formed by performing implantation.

【0027】この例では、ソース拡散層16は二つのM
ISFETで共有されている。ソース拡散層16は例え
ば、図の紙面に直交する方向に連続的に形成して、固定
電位線としてもよいし、或いは上部に別途固定電位線を
配設して、これに接続してもよい。素子形成された基板
上は層間絶縁膜23で覆われ、この上にビット線24が
配設される。ビット線24は、層間絶縁膜23に開けら
れたコンタクト孔を介してドレイン拡散層15に接続さ
れる。
In this example, the source diffusion layer 16 has two M
Shared by ISFET. For example, the source diffusion layer 16 may be formed continuously in a direction perpendicular to the plane of the drawing and may be used as a fixed potential line, or a fixed potential line may be separately provided above and connected thereto. . The substrate on which the elements are formed is covered with an interlayer insulating film 23, and a bit line 24 is provided thereon. The bit line 24 is connected to the drain diffusion layer 15 via a contact hole formed in the interlayer insulating film 23.

【0028】[実施の形態3]ここまで説明したDRA
Mセルは、その動作原理上、データ“0”,“1”のし
きい値電圧差をどれだけ大きくできるかが重要なポイン
トとなる。上記した動作原理から明らかなように、ゲー
トからの容量結合によりボディ電位を制御することでデ
ータの書き込み及び保持特性が決まるが、ボディ電位に
対してしきい値電圧はほぼ平方根で効いてくるため、
“0”,“1”データの大きなしきい値電圧差を実現す
ることは容易ではない。しかも、上述した書き込み動作
では、“0”書き込みのメモリセルは3極管動作し、チ
ャネルが形成されるとゲート電極とボディは容量結合し
なくなり、ボディ電位の制御ができなくなる。
[Embodiment 3] DRA described so far
An important point of the M cell is how much the threshold voltage difference between data “0” and “1” can be increased in terms of the operation principle. As is clear from the above-described operation principle, data writing and holding characteristics are determined by controlling the body potential by capacitive coupling from the gate. However, since the threshold voltage is applied to the body potential with a substantially square root, ,
It is not easy to realize a large threshold voltage difference between “0” and “1” data. In addition, in the above-described write operation, the memory cell of "0" write operates as a triode, and when a channel is formed, the gate electrode and the body are not capacitively coupled, and the body potential cannot be controlled.

【0029】そこでこの発明において、好ましくは、チ
ャネル形成に利用される主ゲート電極とは別に、MIS
FETのチャネルボディに容量結合してボディ電位を制
御するための補助ゲート電極を設ける。図5及び図6
は、その様な実施の形態のセル構造を図4に対応させて
示している。
Therefore, in the present invention, it is preferable that, apart from the main gate electrode used for channel formation, the MIS
An auxiliary gate electrode for controlling the body potential is provided by capacitively coupling to the channel body of the FET. 5 and 6
Shows the cell structure of such an embodiment in correspondence with FIG.

【0030】図示のようにゲート電極14の直下のp型
層12内に、補助ゲート電極31が埋め込まれている。
補助ゲート電極31の周囲は絶縁膜32で囲まれてい
る。補助ゲート電極31の幅(ビット線方向の幅)は、
主ゲート電極14のそれより小さく、その両側にp型層
12とn型層11のpn接合が残る状態とする。これに
より、n型層11は、p型層12との間のビルトインポ
テンシャルにより空乏化する。
As shown, an auxiliary gate electrode 31 is buried in the p-type layer 12 immediately below the gate electrode 14.
The periphery of the auxiliary gate electrode 31 is surrounded by an insulating film 32. The width (width in the bit line direction) of the auxiliary gate electrode 31 is
It is smaller than that of the main gate electrode 14 and a pn junction between the p-type layer 12 and the n-type layer 11 remains on both sides thereof. As a result, the n-type layer 11 is depleted by the built-in potential between the n-type layer 11 and the p-type layer 12.

【0031】補助ゲート電極31の上端は、絶縁膜32
を介してp型層12に対向し、p型層12に対して容量
カップリングにより電位制御できれるようになってい
る。補助ゲート電極31がp型層12に対向する部分の
絶縁膜32(ゲート絶縁膜)は、主ゲート電極14側の
ゲート絶縁膜13と同じ膜厚でもよいが、p型層12の
補助ゲート電極31側の絶縁膜32は、p型層12に対
する容量結合の大きさを最適化するように膜厚が決定さ
れる。従って例えば、主ゲート電極14側のゲート絶縁
膜13よりも厚くされる。
The upper end of the auxiliary gate electrode 31 is
, And the potential can be controlled by capacitive coupling with respect to the p-type layer 12. The insulating film 32 (gate insulating film) where the auxiliary gate electrode 31 faces the p-type layer 12 may have the same thickness as the gate insulating film 13 on the main gate electrode 14 side. The thickness of the insulating film 32 on the 31 side is determined so as to optimize the magnitude of capacitive coupling to the p-type layer 12. Therefore, for example, it is made thicker than the gate insulating film 13 on the main gate electrode 14 side.

【0032】図5の場合、補助ゲート電極31の底面
は、p型基板10に達する深さとしており、図6の場合
は、補助ゲート電極31の底面がn型層11内に位置す
るようにしている。図5の構造にすると、n型埋め込み
層11によるp型層12の分離特性を劣化させることな
く、補助ゲート電極31を動作させることが可能にな
る。また図6の構造にすると、n型埋め込み層11が補
助ゲート電極31で分断されるため、ドレイン・ソース
分離特性が向上する。
In FIG. 5, the bottom surface of the auxiliary gate electrode 31 has a depth reaching the p-type substrate 10, and in FIG. 6, the bottom surface of the auxiliary gate electrode 31 is located in the n-type layer 11. ing. 5, the auxiliary gate electrode 31 can be operated without deteriorating the separation characteristics of the p-type layer 12 by the n-type buried layer 11. In the structure shown in FIG. 6, the n-type buried layer 11 is divided by the auxiliary gate electrode 31, so that the drain-source separation characteristics are improved.

【0033】補助ゲート電極31は例えば、主ゲート電
極14によるワード線と並行する補助ワード線として連
続的に形成することができる。補助ゲート電極31は例
えば、ゲート電極14と同期して駆動する。これによ
り、確実な書き込みを可能とし、且つ“0”,“1”デ
ータのしきい値電圧差を大きくすることができる。或い
はまた、補助ゲート電極31を例えばソース電位より低
い固定電位として、チャネルボディの補助ゲート電極3
1側を多数キャリア蓄積状態に保つことにより、同様に
“0”,“1”データしきい値電圧差を大きくすること
ができる。
The auxiliary gate electrode 31 can be formed continuously, for example, as an auxiliary word line parallel to the word line formed by the main gate electrode 14. The auxiliary gate electrode 31 is driven, for example, in synchronization with the gate electrode 14. As a result, reliable writing can be performed, and the difference between the threshold voltages of “0” and “1” data can be increased. Alternatively, the auxiliary gate electrode 31 is set to a fixed potential lower than the source potential, for example, so that the
By keeping the 1 side in the majority carrier accumulation state, the difference between the "0" and "1" data threshold voltages can be similarly increased.

【0034】より具体的に説明すれば、ワード線WLを
負電位にして“1”データを保持するときに、対をなす
補助ワード線にも負電位を与えることにより、“1”デ
ータの保持状態を良好に保つことができる。ワード線W
Lの電位を上昇させてデータ書き込みを行う場合には、
補助ワード線も上昇させることにより、容量結合によっ
てチャネルボディ電位を上昇させることができ、確実な
データ書き込みを可能とする。“0”データ書き込みの
場合には、ワード線WL側にチャネルが形成されても、
補助ワード線によりチャネルボディ電位を高くすること
ができるから、確実な“0”データ書き込みができる。
以上により、しきい値電圧差の大きい“0”,“1”デ
ータ記憶が可能になる。
More specifically, when the word line WL is set to a negative potential to hold “1” data, a negative potential is also applied to the pair of auxiliary word lines to hold the “1” data. The state can be kept good. Word line W
When writing data by increasing the potential of L,
By raising the auxiliary word line, the channel body potential can be raised by capacitive coupling, and reliable data writing can be performed. In the case of writing “0” data, even if a channel is formed on the word line WL side,
Since the channel body potential can be increased by the auxiliary word line, reliable "0" data writing can be performed.
As described above, "0" and "1" data having a large threshold voltage difference can be stored.

【0035】また、非選択のワード線WLには負電位を
与えてデータ保持を行うが、このとき対をなす補助ワー
ド線も負電位とすることによって、チャネルボディ電位
を低く制御しているから、同じビット線に沿う他のメモ
リセルで“0”データ書き込みを行う場合に、“1”デ
ータを保持する非選択セルでのデータ破壊も確実に防止
される。
In addition, data is held by giving a negative potential to unselected word lines WL. At this time, the auxiliary body lines forming a pair are also set to the negative potential, so that the channel body potential is controlled to be low. When "0" data is written in another memory cell along the same bit line, data destruction in an unselected cell holding "1" data is also reliably prevented.

【0036】[実施の形態4]次に、図5のセル構造を
例にとって、図7A〜図7Fを用いてその具体的な製造
工程を説明する。図7Aに示すように、p型シリコン基
板10にシリコン酸化膜パッド等のマスク(図示せず)
を形成し、RIEにより、p型シリコン基板10をエッ
チングして、補助ゲート埋め込み用のトレンチ41を形
成する。続いて、トレンチ41の側壁に絶縁膜32aを
形成した後、多結晶シリコンを堆積し、エッチバックし
て、補助ゲート電極31をトレンチの途中まで埋め込
む。多結晶シリコンに代わって、高融点金属等の他の導
体層を用いることもできる。
[Fourth Embodiment] Next, taking the cell structure of FIG. 5 as an example, a specific manufacturing process thereof will be described with reference to FIGS. 7A to 7F. As shown in FIG. 7A, a mask (not shown) such as a silicon oxide film pad is formed on the p-type silicon substrate 10.
Is formed, and the p-type silicon substrate 10 is etched by RIE to form a trench 41 for embedding an auxiliary gate. Subsequently, after an insulating film 32a is formed on the side wall of the trench 41, polycrystalline silicon is deposited, etched back, and the auxiliary gate electrode 31 is buried halfway through the trench. Instead of polycrystalline silicon, another conductor layer such as a high melting point metal can be used.

【0037】その後、埋め込んだ補助ゲート電極31の
上面にゲート絶縁膜となる絶縁膜32bを形成する。こ
の絶縁膜32aは、例えば低温ウェット酸化やHDP−
CVD等により、周囲の絶縁膜32aより厚く形成す
る。その後、補助ゲート電極31上部のトレンチ側壁の
薄い絶縁膜を除去した後、800℃〜1000℃の水素
雰囲気での熱処理を行う。これにより、トレンチ41の
上部側壁からシリコンが流動して、図7Dに示すよう
に、トレンチ41の上部が基板10と同じp型単結晶シ
リコン層42で覆われて全体が平坦になった状態を得る
ことができる。
Thereafter, an insulating film 32b to be a gate insulating film is formed on the upper surface of the buried auxiliary gate electrode 31. This insulating film 32a is formed by, for example, low-temperature wet oxidation or HDP-
It is formed thicker than the surrounding insulating film 32a by CVD or the like. Then, after removing the thin insulating film on the trench side wall above the auxiliary gate electrode 31, a heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 800 ° C. to 1000 ° C. As a result, silicon flows from the upper side wall of the trench 41, and as shown in FIG. 7D, the upper portion of the trench 41 is covered with the same p-type single-crystal silicon layer 42 as the substrate 10, and the entire surface is flattened. Obtainable.

【0038】この様な水素熱処理により溝上部を覆う手
法は、シリコン基板内部に空洞を閉じ込める技術とし
て、本出願人により先に提案されている(特開2000
−12858)。但し、エピタキシャル成長技術を利用
して、トレンチ41の側壁から横方向への結晶成長によ
りトレンチ41の上部を閉じて、同様の構造を得ること
もできる。
Such a technique of covering the upper part of the groove by a hydrogen heat treatment has been previously proposed by the present applicant as a technique for confining a cavity inside a silicon substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-2000).
-12858). However, a similar structure can be obtained by closing the upper part of the trench 41 by crystal growth in the lateral direction from the side wall of the trench 41 by using the epitaxial growth technique.

【0039】この後、STI(Shallow Tre
nch Isolation)技術により素子分離絶縁
膜(図示せず)を形成した後、図7Eに示すように、砒
素(又はリン)をイオン注入して、基板10の内部にn
型層11を埋め込み形成する。n型層11により基板1
0と分離された上部のp型層12(特にトレンチ41上
部を覆うp型層42の部分)がチャネルボディとして用
いられるが、n型層11をビルトインポテンシャルで空
乏化し且つ、必要なしきい値特性を得るためには、p型
層12にボロンイオン注入を行って、不純物濃度を調整
する。これにより、不純物濃度分布は、図8のようにな
る。n型層11を比較的低ドーズ量で形成するために
は、p型シリコン基板10は低濃度であることが好まし
い。そして、n型層11の上部にボロンイオン注入を行
って、チャネルボディを必要なp型濃度とすることによ
り、n型層10をビルトインポテンシャルで空乏化する
ことができる。
Thereafter, STI (Shallow Tre)
After an element isolation insulating film (not shown) is formed by an nch isolation (nch isolation) technique, arsenic (or phosphorus) is ion-implanted into the substrate 10 as shown in FIG.
The mold layer 11 is buried. Substrate 1 by n-type layer 11
The upper p-type layer 12 separated from 0 (particularly, the portion of the p-type layer 42 covering the upper part of the trench 41) is used as a channel body. In order to obtain the impurity concentration, boron ions are implanted into the p-type layer 12 to adjust the impurity concentration. Thus, the impurity concentration distribution becomes as shown in FIG. In order to form the n-type layer 11 with a relatively low dose, the p-type silicon substrate 10 preferably has a low concentration. Then, the n-type layer 10 can be depleted with a built-in potential by implanting boron ions into the upper portion of the n-type layer 11 and setting the channel body to a necessary p-type concentration.

【0040】その後、図7Fに示すように、MISFE
Tを形成する。具体的にはゲート絶縁膜13を形成し、
その上にゲート電極材料とシリコン窒化膜22aを積層
し、これらの積層膜をパターニングしてゲート電極14
を形成する。この状態でイオン注入を行って、ドレイ
ン、ソースのn+型層15a,16aを形成する。更に
ゲート電極14の側壁を覆うシリコン窒化膜22bを形
成し、この状態でイオン注入を行って浅い拡張領域15
b,16bを形成する。この後、工程図は示さないが、
層間絶縁膜を堆積し、コンタクト孔あけを行い、ビット
線を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 7F, the MISFE
Form T. Specifically, a gate insulating film 13 is formed,
A gate electrode material and a silicon nitride film 22a are laminated thereon, and these laminated films are patterned to form a gate electrode 14a.
To form In this state, ion implantation is performed to form the drain and source n + -type layers 15a and 16a. Further, a silicon nitride film 22b covering the side wall of the gate electrode 14 is formed.
b, 16b are formed. After this, the process diagram is not shown,
An interlayer insulating film is deposited, contact holes are formed, and bit lines are formed.

【0041】上では、埋め込み補助ゲート電極31を備
えたDRAMセルの製造工程を説明したが、図4に示し
た補助ゲート電極のないセル構造の場合にも、補助ゲー
ト電極の埋め込み工程を除いて、同様の工程を適用する
ことができる。
Although the manufacturing process of the DRAM cell provided with the buried auxiliary gate electrode 31 has been described above, even in the case of the cell structure without the auxiliary gate electrode shown in FIG. The same steps can be applied.

【0042】[実施の形態5]図4〜図6では、ビット
線方向について2ビット単位で素子分離した構造を示し
たが、ソース拡散層だけでなく、ドレイン拡散層をも隣
接セルで共有する形にすれば、ビット線方向の素子分離
は要らない。この場合には、セルアレイの単位セル面積
をより小さいものとすることが可能になる。
[Fifth Embodiment] FIGS. 4 to 6 show a structure in which elements are separated in units of 2 bits in the bit line direction. However, not only the source diffusion layer but also the drain diffusion layer are shared by adjacent cells. In this case, element isolation in the bit line direction is not required. In this case, the unit cell area of the cell array can be made smaller.

【0043】図9は、その様な実施の形態のセルアレイ
のレイアウトであり、図10A及び図10Bは、図9の
A−A’及びB−B’断面図である。MISFET構造
は、補助ゲート電極がない図4の構造と基本的に同じ場
合を示している。但し、ドレイン、ソース拡散層15,
16は、単層としている。素子分離絶縁膜21は、図9
に示すように、最小加工寸法をFとして、1F×3Fの
大きさの矩形パターンでマトリクス配列された状態に埋
め込まれる。そして、各矩形の素子分離絶縁膜の両端部
を横切って連続するように、ゲート電極14をパターニ
ングして、ライン/スペースが1F/1Fのワード線W
Lが形成される。
FIG. 9 is a layout of the cell array of such an embodiment, and FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views taken along the lines AA 'and BB' of FIG. The MISFET structure is basically the same as the structure of FIG. 4 without the auxiliary gate electrode. However, the drain and source diffusion layers 15,
Reference numeral 16 denotes a single layer. The element isolation insulating film 21 is formed as shown in FIG.
As shown in (1), the minimum processing dimension is F, and it is embedded in a matrix arrangement in a rectangular pattern having a size of 1F × 3F. Then, the gate electrode 14 is patterned so as to be continuous across both ends of each rectangular element isolation insulating film to form a word line W having a line / space of 1F / 1F.
L is formed.

【0044】このようにワード線WLを形成した後にイ
オン注入によりドレイン、ソース拡散層15,16を形
成すれば、ソース拡散層16は、ワード線WLと並行し
て連続して共通ソース線SLとなり、且つビット線方向
には隣接セルで共有される。ドレイン拡散層15は、ワ
ード線WL方向には素子分離絶縁膜21により隣接セル
と分離され、ビット線BL方向には隣接セルで共有する
形で形成される。図では、ビット線24も、ライン/ス
ペースが1F/1Fで形成した場合を示している。また
図10Aに示すように、ビット線コンタクト孔には、コ
ンタクトプラグ51を埋め込んでいる。
If the drain and source diffusion layers 15 and 16 are formed by ion implantation after forming the word line WL in this manner, the source diffusion layer 16 becomes a common source line SL in parallel with the word line WL. And shared by adjacent cells in the bit line direction. The drain diffusion layer 15 is formed so as to be separated from an adjacent cell in the word line WL direction by the element isolation insulating film 21 and to be shared by the adjacent cell in the bit line BL direction. The drawing shows a case where the bit line 24 is also formed with a line / space of 1F / 1F. Further, as shown in FIG. 10A, a contact plug 51 is buried in the bit line contact hole.

【0045】この様なセルアレイ構成とすれば、図9に
破線で示したように、単位セル面積は、4F2となり、
高密度のDRAMセルアレイを得ることができる。セル
アレイの等価回路は、図11のようになる。
With such a cell array configuration, the unit cell area is 4F 2 as shown by the broken line in FIG.
A high-density DRAM cell array can be obtained. FIG. 11 shows an equivalent circuit of the cell array.

【0046】この発明は上記実施の形態に限られない。
例えば、図12は、図4の構造を基本として、ソース拡
散層16を共通接続するための配線25を形成した例を
示している。同様の構造は、図6や図7等に示すセルに
ついても適用することができる。また上記実施の形態で
は、nチャネルMISFETを用いたが、pチャネルM
ISFETを用いることもできる。また実施の形態で
は、フローティングのチャネルボディを得る方法とし
て、イオン注入によりpnp構造を作るようにしたが、
エピタキシャル成長を利用して同様の構造を得ることも
可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, FIG. 12 shows an example in which a wiring 25 for commonly connecting the source diffusion layers 16 is formed based on the structure of FIG. The same structure can be applied to the cells shown in FIGS. In the above embodiment, the n-channel MISFET is used.
An ISFET can also be used. In the embodiment, as a method of obtaining a floating channel body, a pnp structure is formed by ion implantation.
A similar structure can be obtained using epitaxial growth.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、単
純な構造のMISFETをメモリセルとし、そのチャネ
ルボディの電位状態によりダイナミックにデータ記憶を
行うようにした、高集積化可能な半導体メモリ装置を得
ることができる。
As described above, according to the present invention, a highly integrated semiconductor memory in which a MISFET having a simple structure is used as a memory cell and data is dynamically stored according to the potential state of its channel body. A device can be obtained.

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

【図1】この発明の実施の形態によるDRAMセルの構
造を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a DRAM cell according to an embodiment of the present invention;

【図2】同DRAMセルの等価回路である。FIG. 2 is an equivalent circuit of the DRAM cell.

【図3】同DRAMセルのメモリ動作を説明するための
特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram for explaining a memory operation of the DRAM cell.

【図4】他の実施の形態によるDRAMセルの構造を示
す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a structure of a DRAM cell according to another embodiment.

【図5】他の実施の形態によるDRAMセルの構造を示
す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a structure of a DRAM cell according to another embodiment.

【図6】他の実施の形態によるDRAMセルの構造を示
す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a structure of a DRAM cell according to another embodiment.

【図7A】実施の形態の製造工程における補助ゲート電
極埋め込み用トレンチの形成工程を示す断面図である。
FIG. 7A is a cross-sectional view showing a step of forming a trench for embedding an auxiliary gate electrode in a manufacturing step of the embodiment;

【図7B】同製造工程における補助ゲート電極埋め込み
工程を示す断面図である。
FIG. 7B is a sectional view showing an auxiliary gate electrode embedding step in the same manufacturing step.

【図7C】同製造工程における補助ゲートのゲート絶縁
膜形成工程を示す断面図である。
FIG. 7C is a cross-sectional view showing the step of forming the gate insulating film of the auxiliary gate in the same manufacturing process.

【図7D】同製造工程におけるトレンチ埋め込み工程を
示す断面図である。
FIG. 7D is a cross-sectional view showing a trench filling step in the manufacturing process.

【図7E】同製造工程におけるn型層イオン注入工程を
示す断面図である。
FIG. 7E is a sectional view showing an n-type layer ion implantation step in the same manufacturing step.

【図7F】同製造工程におけるMISFET形成工程を
示す断面図である。
FIG. 7F is a sectional view showing the MISFET forming step in the same manufacturing step.

【図8】同製造工程によるチャネルボディ領域の不純物
濃度分布を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an impurity concentration distribution of a channel body region in the same manufacturing process.

【図9】他の実施の形態によるDRAMセルアレイのレ
イアウトを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a layout of a DRAM cell array according to another embodiment.

【図10A】図9のA−A’断面図である。10A is a sectional view taken along line A-A 'of FIG.

【図10B】図9のB−B’断面図である。FIG. 10B is a sectional view taken along line B-B 'of FIG.

【図11】同DRAMセルアレイの等価回路である。FIG. 11 is an equivalent circuit of the DRAM cell array.

【図12】他の実施の形態によるDRAMセルの構造を
示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a structure of a DRAM cell according to another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…p型シリコン基板、11…n型層、12…p型層
(チャネルボディ)、13…ゲート絶縁膜、14…ゲー
ト電極、15(15a,15b)…ドレイン拡散層、1
6(16a,16b)…ソース拡散層、21…素子分離
絶縁膜、22…シリコン窒化膜、23…層間絶縁膜、2
4…ビット線、31…補助ゲート電極、32…絶縁膜。
Reference Signs List 10: p-type silicon substrate, 11: n-type layer, 12: p-type layer (channel body), 13: gate insulating film, 14: gate electrode, 15 (15a, 15b): drain diffusion layer, 1
6 (16a, 16b): source diffusion layer, 21: element isolation insulating film, 22: silicon nitride film, 23: interlayer insulating film, 2
4 ... bit line, 31 ... auxiliary gate electrode, 32 ... insulating film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須之内 一正 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 大澤 隆 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Fターム(参考) 5F083 AD01 AD10 AD69 GA09 JA39 KA01 MA06 MA20 PR25 PR33 PR36  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kazumasa Sunouchi 8, Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Inventor Takashi Osawa 1 Address F-term in Toshiba Microelectronics Center Co., Ltd. (reference) 5F083 AD01 AD10 AD69 GA09 JA39 KA01 MA06 MA20 PR25 PR33 PR36

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 1ビットのメモリセルが、フローティン
グのチャネルボディを持つ一つのMISFETにより構
成され、前記MISFETはチャネルボディを第1の電
位に設定した第1データ状態と第2の電位に設定した第
2データ状態とをダイナミックに記憶するものであっ
て、 前記MISFETは、チャネルボディとなる第1導電型
の第1の半導体層と、この第1の半導体層の底面に接し
てビルトインポテンシャルにより空乏化する第2導電型
の第2の半導体層と、この第2の半導体層の底面に接す
る第1導電型の第3の半導体層と、前記第1の半導体層
の上面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極
と、前記第1の半導体層の上面から第2の半導体層に達
する深さに形成されたソース及びドレイン拡散層とを有
することを特徴とする半導体メモリ装置。
1. A 1-bit memory cell includes one MISFET having a floating channel body, wherein the MISFET has a first data state in which the channel body is set to a first potential and a second data state in which the channel body is set to a second potential. The MISFET dynamically stores a second data state, wherein the MISFET is depleted by a built-in potential in contact with a first semiconductor layer of a first conductivity type serving as a channel body and a bottom surface of the first semiconductor layer. A second conductive type second semiconductor layer, a first conductive type third semiconductor layer in contact with the bottom surface of the second semiconductor layer, and a gate insulating film on an upper surface of the first semiconductor layer. And a source and drain diffusion layer formed at a depth reaching the second semiconductor layer from the upper surface of the first semiconductor layer. Semiconductor memory device that.
【請求項2】 前記第1データ状態は、前記MISFE
Tを5極管動作させてドレイン接合近傍でインパクトイ
オン化を起こすことにより書き込まれ、 前記第2データ状態は、前記第1のゲート電極からの容
量結合により所定電位が与えられたチャネルボディとド
レイン拡散層の間に順方向バイアスを与えることにより
書き込まれることを特徴とする請求項1記載の半導体メ
モリ装置。
2. The method according to claim 1, wherein the first data state is the MISFE.
The write operation is performed by causing T to operate as a pentode to cause impact ionization near the drain junction. The second data state is defined by a channel body provided with a predetermined potential by the capacitive coupling from the first gate electrode and a drain diffusion. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein data is written by applying a forward bias between the layers.
【請求項3】 前記ゲート電極直下の前記第2の半導体
層内に絶縁膜で囲まれた補助ゲート電極が埋め込まれて
いることを特徴とする請求項1記載の半導体メモリ装
置。
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein an auxiliary gate electrode surrounded by an insulating film is buried in said second semiconductor layer immediately below said gate electrode.
【請求項4】 前記補助ゲート電極は、前記ソース及び
ドレイン拡散層の間に、前記第1の半導体層と第2の半
導体層のpn接合が両側に残るように埋め込まれること
を特徴とする請求項3記載の半導体メモリ装置。
4. The auxiliary gate electrode is buried between the source and drain diffusion layers such that a pn junction between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer remains on both sides. Item 4. The semiconductor memory device according to item 3.
【請求項5】 前記補助ゲート電極は、下端が前記第2
の半導体層内に位置するように埋め込まれていることを
特徴とする請求項3記載の半導体メモリ装置。
5. The auxiliary gate electrode has a lower end formed in the second gate electrode.
4. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein said semiconductor memory device is embedded so as to be located in said semiconductor layer.
【請求項6】 前記補助ゲート電極は、下端が前記第3
の半導体層に達するように埋め込まれていることを特徴
とする請求項3記載の半導体メモリ装置。
6. The lower end of the auxiliary gate electrode is the third gate electrode.
4. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein said semiconductor memory device is embedded so as to reach said semiconductor layer.
【請求項7】 1ビットのメモリセルが、フローティン
グのチャネルボディを持つ一つのMISFETにより構
成され、前記MISFETはチャネルボディを第1の電
位に設定した第1データ状態と第2の電位に設定した第
2データ状態とをダイナミックに記憶する半導体メモリ
装置の製造方法であって、 第1導電型の半導体基板の表面部に不純物を導入して、
チャネルボディとなる第1導電型の第1の半導体層を形
成する工程と、 前記半導体基板の前記第1の半導体層の直下に不純物の
イオン注入を行って、ビルトインポテンシャルにより空
乏化する第2導電型の第2の半導体層を形成する工程
と、 前記半導体基板の第1の半導体層の表面にゲート絶縁膜
を介してゲート電極を形成する工程と、 前記半導体基板に不純物のイオン注入を行って、前記第
2の半導体層に達する深さで第2導電型のソース及びド
レイン拡散層を形成する工程とを有することを特徴とす
る半導体メモリ装置の製造方法。
7. A 1-bit memory cell includes one MISFET having a floating channel body, wherein the MISFET has a first data state in which the channel body is set to a first potential and a second data state in which the channel body is set to a second potential. A method of manufacturing a semiconductor memory device for dynamically storing a second data state, comprising: introducing an impurity into a surface portion of a semiconductor substrate of a first conductivity type;
Forming a first semiconductor layer of a first conductivity type serving as a channel body; and ion-implanting impurities directly below the first semiconductor layer of the semiconductor substrate to deplete the semiconductor substrate with a built-in potential. Forming a second semiconductor layer of a mold type; forming a gate electrode on a surface of the first semiconductor layer of the semiconductor substrate via a gate insulating film; and performing ion implantation of impurities into the semiconductor substrate. Forming a source and drain diffusion layer of the second conductivity type at a depth reaching the second semiconductor layer.
【請求項8】 1ビットのメモリセルが、フローティン
グのチャネルボディを持つ一つのMISFETにより構
成され、前記MISFETはチャネルボディを第1の電
位に設定した第1データ状態と第2の電位に設定した第
2データ状態とをダイナミックに記憶する半導体メモリ
装置の製造方法であって、 第1導電型の半導体基板にトレンチを形成する工程と、 前記トレンチの内壁に絶縁膜を形成した後、前記トレン
チ内に途中の深さまで補助ゲート電極を埋め込む工程
と、 前記補助ゲート電極の上面に第1のゲート絶縁膜を形成
した後、トレンチの側壁を露出させた状態で水素ガス中
での熱処理を行って、前記トレンチの上部を前記半導体
基板材料の流動により覆う工程と、 前記半導体基板の表面部に不純物を導入して、チャネル
ボディとなる第1導電型の第1の半導体層を形成する工
程と、 前記半導体基板の前記第1の半導体層の直下に不純物の
イオン注入を行って、ビルトインポテンシャルにより空
乏化する第2導電型の第3の半導体層を形成する工程
と、 前記トレンチを覆う第1の半導体層の表面に第2のゲー
ト絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、 前記半導体基板に不純物のイオン注入を行って、前記第
2の半導体層に達する深さで第2導電型のソース及びド
レイン拡散層を形成する工程とを有することを特徴とす
る半導体メモリ装置の製造方法。
8. A 1-bit memory cell includes one MISFET having a floating channel body, wherein the MISFET has a first data state in which the channel body is set to a first potential and a second data state in which the channel body is set to a second potential. A method of manufacturing a semiconductor memory device for dynamically storing a second data state, comprising: forming a trench in a semiconductor substrate of a first conductivity type; forming an insulating film on an inner wall of the trench; Burying the auxiliary gate electrode to an intermediate depth, and forming a first gate insulating film on the upper surface of the auxiliary gate electrode, and then performing a heat treatment in hydrogen gas while exposing the side walls of the trench, Covering the upper portion of the trench with a flow of the semiconductor substrate material; introducing an impurity into a surface portion of the semiconductor substrate to form a channel body; Forming a first semiconductor layer of the first conductivity type, and ion-implanting impurities immediately below the first semiconductor layer of the semiconductor substrate to deplete the semiconductor substrate with a built-in potential. 3) forming a semiconductor layer, forming a gate electrode on a surface of the first semiconductor layer covering the trench via a second gate insulating film, and performing ion implantation of impurities into the semiconductor substrate. Forming a source and drain diffusion layer of the second conductivity type at a depth reaching the second semiconductor layer.
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