JP2653683B2 - Semiconductor trench memory cell structure - Google Patents

Semiconductor trench memory cell structure

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JP2653683B2
JP2653683B2 JP63237491A JP23749188A JP2653683B2 JP 2653683 B2 JP2653683 B2 JP 2653683B2 JP 63237491 A JP63237491 A JP 63237491A JP 23749188 A JP23749188 A JP 23749188A JP 2653683 B2 JP2653683 B2 JP 2653683B2
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    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は全般的に、半導体回路及びその製造方法に関
連し、更に具体的に言えば、半導体メモリ構造とその製
造方法に関連する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to semiconductor circuits and methods of making the same, and more specifically, to semiconductor memory structures and methods of making the same.

従来の技術及び問題点 より記憶容量の大きい、より高速の半導体メモリを開
発する努力が続けられている。最近では、メモリの各記
憶セルに必要な面積を減少させるよう努力されており、
それゆえ集積回路チップには、この様なセルを多数収め
ることが可能である。また高速の電気的読出し及び書込
み動作を可能とするため、メモリ・セルに関わる様々な
キャパシタンスを減少する努力も行われている。
2. Description of the Related Art There is an ongoing effort to develop faster semiconductor memories with greater storage capacity. Recently, efforts have been made to reduce the area required for each storage cell of the memory,
Therefore, an integrated circuit chip can contain many such cells. Efforts have also been made to reduce the various capacitances associated with the memory cells to enable high speed electrical read and write operations.

高密度、高速ダイナミック・ランダム・アクセス・メ
モリ(DRAM)を達成する一つの方法として、トレンチ技
術の利用がある。この技術により、記憶キャパシタと直
列のパス・トランジスタを含むDRAMセルが、キャパシタ
上に形成されたトランジスタを有するトレンチに形成さ
れる。この方法ではトランジスタは従来の技術のよう
に、キャパシタに対してウェハ上で横方向に形成される
必要がないので、セル一つあたりのウェハ面積が減少す
る。トレンチDRAMセルの動作を最良にするため、トレン
チを深くシリコン・ウェハの中に形成することで、記憶
キャパシタンスは最大に保持された。トレンチが深けれ
ば、記憶キャパシタを大きくできるが、従来の工程の限
界により、トレンチの深さには限界がある。
One way to achieve high density, high speed dynamic random access memory (DRAM) is to use trench technology. With this technique, a DRAM cell including a pass transistor in series with a storage capacitor is formed in a trench having a transistor formed on the capacitor. In this method, the transistor does not need to be formed on the wafer in the lateral direction with respect to the capacitor as in the prior art, so that the wafer area per cell is reduced. To optimize the operation of the trench DRAM cell, the storage capacitance was kept to a maximum by forming the trench deep in the silicon wafer. If the trench is deep, the storage capacitor can be made large, but the depth of the trench is limited due to the limitations of the conventional process.

シリコン・ウェアをエッチングし、上記トレンチを形
成するとき、この様なトレンチはある工程の制限によ
り、トレンチの底面付近で内側に先細りする。従って、
セル面積を小さくするのに望ましい狭いトレンチでは、
トレンチ側壁はウェハ表面下数ミクロンの深さで、一点
に集まるかもしくは互いに隣接する。それゆえ、狭いト
レンチを形成し、必要とされるエル面積を更に減少させ
る努力は、記憶キャパシタのキャパシタンスが対応して
減少するか、もしくは少なくとも制限されるという点
で、生産的ではない。
When etching silicon ware to form the trench, such a trench tapers inward near the bottom surface of the trench due to certain process limitations. Therefore,
In narrow trenches, which are desirable to reduce cell area,
The trench sidewalls are a few microns deep below the wafer surface and converge or adjoin one another. Therefore, efforts to form narrow trenches and further reduce the required ell area are not productive in that the capacitance of the storage capacitor is correspondingly reduced or at least limited.

前記トレンチ・セルは、ウェハの半導体物質に拡散さ
れたビット線によりアクセスされた。前述の構造のビッ
ト線を利用すると、基板に関して、接合キャパシタンス
は、セルのアクセスに速度制限を設ける。また、この様
なセル構造は、基板に入るアルファ粒子により、電気的
なセルの動作が不正確になるという性質のため、ソフト
・エラーを受けやすい。
The trench cells were accessed by bit lines diffused into the semiconductor material of the wafer. Utilizing a bit line of the above structure, with respect to the substrate, the junction capacitance places a speed limit on cell access. Also, such cell structures are susceptible to soft errors due to the nature of the electrical cell operation being inaccurate due to alpha particles entering the substrate.

以上より、DRAMセル構造の改良が必要であり、また記
憶キャパシタの記憶能力を影響することなく、セル面積
を小さくするような製造方法が必要であることは明白で
ある。更に、ワード線のキャパシタンスを減少するメモ
リ構造、及びアルファ粒子ストライクに対する強い免疫
も必要である。関連して、現在利用可能なシリコン製造
技術により製造され得る、高密度、高速DRAMアレイへの
要求もある。
From the above, it is apparent that the DRAM cell structure needs to be improved, and that a manufacturing method that reduces the cell area without affecting the storage capacity of the storage capacitor is required. In addition, there is a need for a memory structure that reduces word line capacitance and a strong immunity to alpha particle strikes. Relatedly, there is also a need for high-density, high-speed DRAM arrays that can be manufactured with currently available silicon manufacturing techniques.

問題点を解決するための手段及び作用 本発明によると、DRAMセル構造とその製造方法は、従
来の技術による不利な点を欠点を、著しく減少もしくは
除去する。本発明によるとトレンチは、望みの深さを達
成するのに必要な幅をもって、半導体ウェハに形成され
る。この方法ではトレンチをより深く形成することがで
き、それに対応してより大きな記憶キャパシタを得るこ
とができる。より広いトレンチが必要とされるかもしれ
ないので、複数のメモリ・セルがこの様な各トレンチに
形成される。この技術による技術的な利点は、トレンチ
に必要な横方向の面積が大きくても、所定の数のDRANセ
ルに必要な総体的な面積は増加しない点にある。加え
て、トレンチの深さの制限がなくなることで、セル・キ
ャパシタンスがより大きくなることも技術的な利点であ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a DRAM cell structure and method for fabricating the same significantly reduces or eliminates the disadvantages of the prior art. According to the present invention, the trench is formed in a semiconductor wafer with a width necessary to achieve a desired depth. In this way, the trench can be formed deeper and a correspondingly larger storage capacitor can be obtained. Multiple memory cells are formed in each such trench, as wider trenches may be required. The technical advantage of this technique is that the large required lateral area of the trench does not increase the overall area required for a given number of DRAN cells. In addition, it is a technical advantage that cell capacitance is greater due to the elimination of trench depth limitations.

トレンチは絶縁物により区画され、セルの位置を定
め、その間を電気的に絶縁する。各区画された領域の大
部分はセル・キャパシタが占め、その上に面積の小さな
垂直のパス・トランジスタが形成される。パス・トラン
ジスタは、トレンチの斜めに向かい合う角に形成され、
隣接するセル間での電気的な結合を最小限にする。
The trench is delimited by an insulator, defining the location of the cell and electrically isolating therebetween. The majority of each partitioned area is occupied by cell capacitors, on which small area vertical pass transistors are formed. The pass transistors are formed at diagonally opposite corners of the trench,
Minimize electrical coupling between adjacent cells.

メモリ・アレイのワード線は、パス・トランジスタに
隣接するトレンチの中に形成された、導電性のポリシリ
コンの小さな垂直の柱によりそれぞれ、セルの列に接続
される。このようにして面積の小さいトランジスタが形
成される。ワード線の柱はこのようなゲート導体として
機能し、パス・トランジスタの導電を制御する。この特
徴による技術的な利点は、ワード線のキャパシタンスが
減少されることである。
The word lines of the memory array are each connected to a column of cells by small vertical columns of conductive polysilicon formed in trenches adjacent to the pass transistors. Thus, a transistor having a small area is formed. The word line pillars act as such gate conductors and control the conduction of the pass transistor. The technical advantage of this feature is that the word line capacitance is reduced.

本発明のDRAMメモリ・アレイのビット線は、ウェハの
半導体物質に重なる、フィールド酸化物領域上に拡がる
導電性のポリシリコンの線を含む。これによる技術的な
利点として、フィールド酸化物はビット線と基板間のキ
ャパシタンスを減少させ、メモリの速度特性を改良す
る。加えてビット線が、電気的に絶縁させるフィールド
酸化物の領域と重なるので、基板のアスファ粒子ストラ
イクによるビット線の電気的な影響を減少する。
The bit lines of the DRAM memory array of the present invention include lines of conductive polysilicon that extend over the field oxide regions overlying the semiconductor material of the wafer. As a technical advantage of this, the field oxide reduces the capacitance between the bit line and the substrate and improves the speed characteristics of the memory. In addition, the bit line overlaps the region of the field oxide to be electrically insulated, thereby reducing the electrical impact of the bit line due to asphalt strikes on the substrate.

この他の特徴及び利点は以下図面について、この発明
の好ましい実施例を、更に具体的に説明するとこらから
明らかになろう。図面全体にわたり、同様な部分又は領
域には、同じ参照番号を用いている。
Other features and advantages will become apparent from the following description of the preferred embodiments of the present invention, with reference to the accompanying drawings. Throughout the drawings, similar parts or regions are denoted by the same reference numeral.

実施例 本発明による複数のセル・トレンチの実施態様は、一
つのトレンチに二つのセルを有する典型的な形で説明さ
れる。しかしながら、以下で説明される本発明の技術を
もてば、当業者であれば発明の原理と概念を応用して、
トレンチに二つ以上のセルを設けることは容易である。
事実、細長いトレンチでは多数のセルが設けられ、各セ
ルは格子またはマトリックス状の絶縁物で絶縁される。
EXAMPLE An embodiment of a multiple cell trench according to the present invention is described in an exemplary manner with two cells in one trench. However, with the techniques of the invention described below, those skilled in the art will be able to apply the principles and concepts of the invention to
It is easy to provide more than two cells in a trench.
In fact, an elongated trench is provided with a large number of cells, each cell being isolated by a grid or matrix of insulators.

第1図は、これからセル・トレンチが形成される、工
程途中の半導体ウェハ構造を示す。特に、図示されてい
るのは厚くドーピングされたP+基板10であり、それよ
り薄くドーピングされたエピタキシャル層12で覆われて
いる。P+基板10は、<100>の結晶学的方向を持ち、
約1E19アトム/cm3の不純物濃度を持つシリコン・ウェハ
ような、適切な半導体物質で形成され得る。軽くドーピ
ングされた半導体物質の層12は、エピタキシャル技術で
被着され、約1E16乃至1E17アトム/cm3の濃度を持つ。エ
ピタキシャル層12は4乃至4.5ミクロンの深さに被着さ
れ得る。このようなトランジスタは軽くドーピングされ
た層12に垂直に形成されるので、エピタキシャル層12の
深さは、セルのパス・トランジスタのチャンネル長に関
連する。軽くドーピングされたP−形層12は、メモリ・
セル・トランジスタのブレークダウン電圧を増加させる
働きをする。
FIG. 1 shows a semiconductor wafer structure in the process, in which a cell trench is to be formed. In particular, shown is a heavily doped P + substrate 10, which is covered with a thinner doped epitaxial layer 12. The P + substrate 10 has a <100> crystallographic direction,
It can be formed of a suitable semiconductor material, such as a silicon wafer having an impurity concentration of about 1E19 atoms / cm 3 . Layer 12 of lightly doped semiconductor material is deposited in an epitaxial technique, with a concentration of about 1E16 to 1E17 atoms / cm 3. Epitaxial layer 12 can be deposited to a depth of 4 to 4.5 microns. Since such a transistor is formed perpendicular to the lightly doped layer 12, the depth of the epitaxial layer 12 is related to the channel length of the pass transistor of the cell. The lightly doped P-type layer 12 is
It serves to increase the breakdown voltage of the cell transistor.

厚いフィールド酸化物ストリップ14及び15は、従来の
熱シリンコン酸化技術により、ウェハ面上に形成され
る。シリコン酸化物ストリップ14及び15は、フィールド
酸化物を含み、10,000オングストロームという十分な厚
さに成長する。第1図で説明されたように、薄い酸化物
層16は、フィールド酸化物ストリップ14と15を接続す
る。薄い酸化物16は、本発明のメモリの周辺回路に形成
されたMOSトランジスタに対する、ゲート酸化物として
機能する。エピタキシャル層12と、フィールド酸化物ス
トリップ14及び15の上に被着されているのは、ポリシリ
コン(多結晶シリコン)の層17であり、電気的な導体を
形成するよう適切に被着される。ドーピングされたポリ
シリコン層17は、以下で説明される工程方法にてパター
ン処理され、本発明のDRAMセルに接続されビット線とし
て機能する。半導体メモリに一般的に必要とされるアド
レス、アクセス、デコード、クロック、及びその他の回
路は、従来の工程方法によりセル・アレイの周辺に形成
される。その方法はここでは説明を省く。更に、本発明
のセル構造を実施する典型的なアレイは四百万まで、も
しくはそれ以上のセルを含むことが可能であるが、以下
では一組のこの様なセルの製造法のみを説明する。
Thick field oxide strips 14 and 15 are formed on the wafer surface by conventional thermal syringe oxidation techniques. Silicon oxide strips 14 and 15 contain field oxide and grow to a sufficient thickness of 10,000 Angstroms. As described in FIG. 1, a thin oxide layer 16 connects the field oxide strips 14 and 15. The thin oxide 16 functions as a gate oxide for the MOS transistor formed in the peripheral circuit of the memory of the present invention. Overlying the epitaxial layer 12 and over the field oxide strips 14 and 15 is a layer 17 of polysilicon (polycrystalline silicon), which is suitably deposited to form an electrical conductor. . The doped polysilicon layer 17 is patterned by a process method described below, and is connected to the DRAM cell of the present invention to function as a bit line. The address, access, decode, clock, and other circuits typically required for semiconductor memories are formed around the cell array by conventional processing methods. The method is not described here. Further, while typical arrays embodying the cell structure of the present invention can include up to four million or more cells, only the fabrication of one set of such cells is described below. .

第2図は更に工程が進んで、トレンチ18が様様な物質
の層を通って、下方のP+基板10にまで形成された後の
ウェハ構造を示す。トレンチ18の位置は、約4ミクロン
×4ミクロンの長方形を表面開口部を持つフォトレジス
ト層を、パターン処理することにより定められる。その
後ウェハにはプラズマ反応性イオンエッチング(RIE)
のような異方性エッチングがなされ、開口部の物質を除
去し、また垂直方向にある物質を除去する。前述のよう
に、トレンチ18の側壁は、反応イオン・エッチング工程
の特徴として、内側に先細りしている。異方性エッチン
グ工程は、深さが約8ミクロンのトレンチが形成される
まで続けられる。記憶キャパシタのキャパシタンスは、
トレンチ18の深さに関連し、それゆえより大きいキャパ
シタには、より深いトレンチが形成され得る。ここでは
トレンチの深さは、P+基板10及びP−基板12にあたる
部分と定める。発明の好ましい実施態様では、約二百万
のこの様なトレンチが、4メガDRAMを実現するために形
成される。トレンチは、その間の電気的干渉を減少する
ため、またその間にフィールド酸化物ストリップ14及び
15を設けるために、十分に間隔を置かれるべきである。
これは以下で詳細に説明される。
FIG. 2 shows the wafer structure after further processing, with trenches 18 formed through various layers of material to the underlying P + substrate 10. The location of the trench 18 is defined by patterning a layer of photoresist having a rectangular surface opening of approximately 4 microns by 4 microns. Then, plasma reactive ion etching (RIE) is performed on the wafer.
Is performed to remove the material in the opening and the material in the vertical direction. As mentioned above, the sidewalls of the trench 18 are tapered inward as a feature of the reactive ion etching process. The anisotropic etching process is continued until a trench having a depth of about 8 microns is formed. The capacitance of the storage capacitor is
Deeper trenches may be formed for capacitors that are related to the depth of the trenches 18 and therefore are larger. Here, the depth of the trench is defined as a portion corresponding to the P + substrate 10 and the P− substrate 12. In a preferred embodiment of the invention, about 2 million such trenches are formed to implement a 4 mega DRAM. The trenches are used to reduce electrical interference therebetween and between the field oxide strips 14 and
It should be well spaced to provide fifteen.
This is described in detail below.

次にシリコン酸化物の層20が、アレイ表面上に、トレ
ンチ18を満たすよう十分深く被着される。TEOSのような
同形の酸化物が、この様な目的には適している。シリコ
ン酸化物の電気的な絶縁層20は次に、フォトレジスト22
の層でパターン処理され、異方性エッチングされてトレ
ンチ18に渡って仕切りを形成し、二つの領域を区画す
る。
Next, a layer 20 of silicon oxide is deposited on the array surface deep enough to fill trench 18. Isomorphic oxides such as TEOS are suitable for such purposes. An electrically insulating layer 20 of silicon oxide is then coated with a photoresist 22
Are patterned and anisotropically etched to form a partition across the trench 18 to partition the two regions.

第3図は、二つの領域を定め、また長方形のトレンチ
18の長い方の軸に沿って伸びる、絶縁物の仕切りを示
す。図示されるように、仕切り24は、トレンチ底面へ伸
び、P+基板10と接触する。仕切り24を形成するために
同形の酸化物20をエッチングした後、フォトレジスト22
は除去され、ウェハのメモリ・アレイの部分が清浄化さ
れ、トレンチ18を側壁及び底面上に二酸化ケイ素(Si
O2)誘導体層26を形成するためにシリコン酸化雰囲気に
置かれる。誘電体層26はキャパシタ誘電体を含み、150
乃至200オングストロームの厚さであって良い。
FIG. 3 defines two regions and a rectangular trench
Shows insulation dividers extending along the 18 longer axes. As shown, partition 24 extends to the bottom of the trench and contacts P + substrate 10. After etching the isomorphous oxide 20 to form the partition 24, the photoresist 22
Is removed, portions of the memory array of the wafer are cleaned, and trenches 18 are formed on the sidewalls and bottom surface by silicon dioxide (Si).
O 2 ) Place in silicon oxidizing atmosphere to form dielectric layer 26. The dielectric layer 26 includes a capacitor dielectric,
It can be as thick as ~ 200 Angstroms.

第3図で更に述べられるように、厚くドーピングされ
たN+ポリシリコンの層28は、トレンチ18の区画された
領域を満たすよう十分に厚く、アレイ表面に被着され
る。H+ポリシリコン物質28は、トレンチ18の区画され
た領域をそれぞれを満たし、各セル・キャパシタの内側
の極板を提供する。N+ポリシリコン28の約1乃至2ミ
クロンが、適切なエッチングにより取り除かれ、垂直な
位置におけるN+ポリシリコン物質28の頂面が、幾分P
−エピタキシャル層12の中間にあるようにする。ウェハ
は次にウェット・エッチングされ、N+ポリシリコン28
を影響すること無く、露出したシリコン酸化物誘電体26
を選択的に除去する。緩衝剤で処理されたフッ化水素
(HF)溶液は、この様な選択的な酸化エッチングに適し
ている。ウェット・エッチングの結果、薄いシリコン酸
化物層16の一部分も除去され、第4図に示されるよう
に、凹所30及び31を形成する。凹所32及び33も、キャパ
シタ誘電体26で選択的なウェット・エッチングにより形
成される。この様な凹所30乃至33の目的は、トランジス
タ・ソース及びドレイン領域の形成に関連して、以下で
説明される。
As further described in FIG. 3, a layer 28 of heavily doped N + polysilicon is deposited on the array surface thick enough to fill the defined area of the trench 18. The H + polysilicon material 28 fills each of the defined areas of the trench 18 and provides an inner plate for each cell capacitor. Approximately one to two microns of N + polysilicon 28 is removed by a suitable etch, and the top surface of N + polysilicon material 28 in a vertical position is somewhat P
-Be in the middle of the epitaxial layer 12; The wafer is then wet etched and N + polysilicon 28
Exposed silicon oxide dielectric 26 without affecting
Is selectively removed. Hydrogen fluoride (HF) solutions treated with a buffer are suitable for such selective oxidative etching. As a result of the wet etch, a portion of the thin silicon oxide layer 16 is also removed, forming recesses 30 and 31, as shown in FIG. Recesses 32 and 33 are also formed by selective wet etching in capacitor dielectric 26. The purpose of such recesses 30-33 is described below in connection with the formation of transistor source and drain regions.

更に第4図では、ドーピングされていないポリシリコ
ンの同形の層34が、凹所30乃至33を満たすよう十分に厚
く、アレイ表面に被着される。再びウェット・エッチン
グにより、凹所30乃至33を満たすもの以外、被着された
ドーピングされていないポリシリコン34の全てが実質的
に除去される。第5図は、凹所30乃至33を満たすものだ
けを残した、同形の酸化物34の除去後のウェハを示す。
4, a conformal layer 34 of undoped polysilicon is deposited on the array surface thick enough to fill recesses 30-33. Again by wet etching, substantially all of the deposited undoped polysilicon 34, except those filling the recesses 30-33, is removed. FIG. 5 shows the wafer after removal of the isomorphous oxide 34, leaving only those filling the recesses 30-33.

本発明によるトレンチDRAMセルの理解を容易にするた
めに、第6図を参照されたい。ここでは、第5図の線6
−6に沿った断面の簡略図を示す。トレンチ18の各側に
形成された二つのフィールド酸化物ストリップ14及び15
が示される。トレンチ18には、絶縁する仕切り24が形成
され、二つの領域を区画し、その各領域がDRAMセルと関
連する。領域のそれぞれは、各キャパシタの内側の極板
を形成する、多量にドーピングされたN+物質28で満た
されている。キャパシタ内側の極板物質28は、キャパシ
タ誘電体26により、セル・キャパシタの外側の極板を形
成する、多量にドーピングされたP+基板物質10から絶
縁されている。P+基板10はアレイの各トレンチを囲
み、メモリ・アレイの各セルに共通な外側の極板を形成
する。
Please refer to FIG. 6 to facilitate understanding of the trench DRAM cell according to the present invention. Here, line 6 in FIG.
FIG. 6 shows a simplified view of a section along -6. Two field oxide strips 14 and 15 formed on each side of trench 18
Is shown. An insulating partition 24 is formed in the trench 18 to partition two regions, each of which is associated with a DRAM cell. Each of the regions is filled with a heavily doped N + material 28 that forms the inner plate of each capacitor. The plate material 28 inside the capacitor is insulated by the capacitor dielectric 26 from the heavily doped P + substrate material 10, which forms the plate outside the cell capacitor. P + substrate 10 surrounds each trench of the array and forms an outer plate common to each cell of the memory array.

更に第6図では、上方の凹所30及び31が示される。こ
れらは後に、各セルのパス・トランジスタの半導体ドレ
イ領域を形成する。重要なことに、各トランジスタは電
気的干渉を減少するために、各トレンチの区画された領
域の斜めに向かい合う角に形成される。加えて、各セル
・トランジスタの活性部分は、トレンチ18の角から少し
距離を置いて形成され、半導体構造の角に多い物質的、
電気的異常の広まりを防ぐ。一組のビット線17と38が、
トレンチの各側に示される。ビット線17と38は、パター
ン処理されて、図示される形を形成する。この様なビッ
ト線のパターン処理は、トレンチ工程の前の段階で成さ
れるのが好ましい。ビット線17と38の、各セル・トラン
ジスタ・ドレイン領域30と31への接続は、以下で説明さ
れる。
6, upper recesses 30 and 31 are shown. These will later form the semiconductor drain regions of the pass transistors of each cell. Importantly, each transistor is formed at an obliquely opposite corner of a defined area of each trench to reduce electrical interference. In addition, the active portion of each cell transistor is formed at a small distance from the corners of the trenches 18, providing more physical,
Prevent the spread of electrical abnormalities. A pair of bit lines 17 and 38
Shown on each side of the trench. Bit lines 17 and 38 are patterned to form the shape shown. It is preferable that such bit line pattern processing is performed at a stage before the trench process. The connection of bit lines 17 and 38 to each cell transistor drain region 30 and 31 will be described below.

ウェハのプロセスは、第7図に示されるように続き、
TEOSのような同形のシリコン酸化物の層40が被着され、
トレンチ18の上方を絶縁物で満たす。シリコン酸化物層
40は、フォトレジスト42でパターン処理され、破線で示
される参照番号44及び46のような、一組のワード線円筒
部を形成する。フォトレジストの開口部は小さく、長方
形であり、トレンチの斜めに向かい合う角の近くにあ
り、各パス・トランジスタの活性部分を定める。露出し
たシリコン酸化物物質40はエッチングンされて、パター
ン処理されたフォトレジスト42に覆われていない物質を
異方性的に取り除く。重要なことに、P−エピタキシャ
ル層12に隣接する絶縁酸化物40は、後続する段階で、垂
直のトランジスタに対するゲート酸化物を形成するため
に除去される。そしてフォトレジスト42は取り除かれ
る。
The wafer process continues as shown in FIG.
A conformal silicon oxide layer 40 such as TEOS is deposited,
The upper part of the trench 18 is filled with an insulator. Silicon oxide layer
40 is patterned with a photoresist 42 to form a set of word line cylinders, such as reference numbers 44 and 46 indicated by dashed lines. The photoresist opening is small, rectangular, near the diagonally opposite corner of the trench, and defines the active portion of each pass transistor. The exposed silicon oxide material 40 is etched to anisotropically remove material not covered by the patterned photoresist 42. Importantly, the insulating oxide 40 adjacent to the P-epitaxial layer 12 is removed in a subsequent step to form a gate oxide for the vertical transistor. Then, the photoresist 42 is removed.

第7図に示されるように、次にウェハは、シリコン酸
化雰囲気におかれ、ここではトレンチ18の上部側壁に、
シリコン酸化物の薄い層43が形成される。薄いシリコン
酸化物43は、約250オングストロームの厚さに成長させ
られ、各DRAMセルのMOSパス・トランジスタのゲート絶
縁物として機能する。
As shown in FIG. 7, the wafer is then placed in a silicon oxidizing atmosphere where the upper sidewalls of trench 18
A thin layer 43 of silicon oxide is formed. The thin silicon oxide 43 is grown to a thickness of about 250 angstroms and functions as the gate insulator of the MOS pass transistor of each DRAM cell.

第8図では、同形の酸化物層40が、円筒形開口部44及
び46と共に示される。次にドーピングされたN+ポリシ
リコンの層は、円筒形開口部44及び46を満たすよう十分
深く、アレイ表面に被着され、導電性ポリシリコンの柱
を形成する。ポリシリコン48は、電気的に導電性の物質
を提供するように、N形不純物で十分な濃度にドーピン
グされる。すでに説明されたように、導電性のポリシリ
コンの柱は、トレンチ18の斜めに向かい合う角に隣接し
て位置する。導電性のポリシリコンの柱44と46は、トレ
ンチ18の区画された領域にそれぞれ形成された、各セル
の垂直パス・トランジスタのゲート導体として機能す
る。
In FIG. 8, a conformal oxide layer 40 is shown with cylindrical openings 44 and 46. A layer of doped N + polysilicon is then deposited on the array surface deep enough to fill the cylindrical openings 44 and 46, forming columns of conductive polysilicon. Polysilicon 48 is heavily doped with N-type impurities to provide an electrically conductive material. As previously described, the conductive polysilicon pillars are located adjacent to the diagonally opposite corners of the trench 18. The conductive polysilicon pillars 44 and 46 function as gate conductors of the vertical pass transistor of each cell, respectively, formed in the area defined by the trench 18.

本発明のもう一つの特徴によると、ウェハは高温雰囲
気に置かれて、様々な不純物をアニールしまた活性化す
る。特に、N+キャパシタ極板物質28のN+不純物は、
下方の凹所32及び33を介して外側に拡散され、埋込み側
面接触部50及び52をそれぞれ形成する。この様なN+半
導体領域50及び52は、パス・トランジスタのソース領域
をそれぞれ形成する。同時に、ポリシリコン・ビット線
17及び38のN形不純物は、上方の凹所30及び31にそれぞ
れ拡散され、垂直パス・トランジスタの半導体ドレイン
領域54と56を形成する。各ソース及びドレイン領域の間
のP−物質12は、この様なパス・トランジスタのそれぞ
れに、導電チャンネルを定める。ゲート導体の柱が狭い
ので、前記トランジスタ導電チャンネルの小さな領域の
みが、トランジスタ導電の間反転され、従って電界はP
−物質の小さな部分にのみ適応され、反転された導電チ
ャンネルを形成する。小さな活性パス・トランジスタ領
域により、キャパシタンスは減少され、より高速のアド
レス信号が、セル・トランジスタに適応される。
According to another aspect of the invention, the wafer is placed in a high temperature atmosphere to anneal and activate various impurities. In particular, the N + impurities in the N + capacitor plate material 28 are:
It is diffused outwardly through lower recesses 32 and 33 to form buried side contacts 50 and 52, respectively. Such N + semiconductor regions 50 and 52 form the source regions of the pass transistor, respectively. At the same time, the polysilicon bit line
The N-type impurities at 17 and 38 are diffused into the upper recesses 30 and 31, respectively, to form the semiconductor drain regions 54 and 56 of the vertical pass transistor. The P-material 12 between each source and drain region defines a conductive channel for each such pass transistor. Due to the narrow pillars of the gate conductor, only a small area of the transistor conduction channel is inverted during transistor conduction, so that the electric field is P
It is adapted to only a small part of the substance and forms an inverted conducting channel. Due to the small active pass transistor area, the capacitance is reduced and faster address signals are applied to the cell transistors.

本発明のトレンチ・トランジスタ・セルは以下のよう
に書込まれ、読出される。第8図の右端のセルの書込み
動作では、電荷はN+キャパシタ極板に記憶され、アク
セス回路(図示せず)はワード線58に、5ボルト程のワ
ード線電圧を通す。このような電圧は、ゲート酸化物36
を介して電界を適応するのに効果があり、それゆえトラ
ンジスタ・ソース及びドレイン領域の50及び54の間の、
軽くドーピングされたP−物質12の小さい部分を反転す
る。このようなトランジスタは導電状態となり、ビット
線17を電気的に内側のキャパシタ極板28に接続する。も
しビット線があらかじめ論理的に高いレベルに充電され
れば、この様な電荷は、N+物質28に移転され、右端の
セルの内側のキャパシタ極板を形成する。一方、もしビ
ット線17があらかじめ論理的に低いレベルに充電されれ
ば、キャパシタの内側の極板28には、ほんの僅かのみ
か、もしくは全く電荷が移転されない。
The trench transistor cell of the present invention is written and read as follows. In the write operation of the rightmost cell of FIG. 8, the charge is stored on the N + capacitor plate, and the access circuit (not shown) passes a word line voltage on the word line 58 of about 5 volts. Such a voltage is applied to the gate oxide 36
Is effective in adapting the electric field through the transistor, and therefore between 50 and 54 of the transistor source and drain regions.
Invert a small portion of the lightly doped P-material 12. Such a transistor becomes conductive and connects bit line 17 electrically to capacitor plate 28 on the inside. If the bit lines were previously charged to a logically high level, such charges would be transferred to N + material 28, forming a capacitor plate inside the rightmost cell. On the other hand, if bit line 17 is previously charged to a logically low level, little or no charge is transferred to plate 28 inside the capacitor.

セルの読出し動作は、外側センス増幅器(図示され
ず)が、記憶キャパシタがあらかじめ充電されたかどう
かを検出するために、ビット線17に接続されていること
を除けば、書込み動作とほとんど同じである。もしあら
かじめ充填されているならば、電荷は内側キャパシタ極
板28から、パス・トランジスタを介して、ビット線17へ
移転される。この様な電荷はセンス増幅器で感知され、
通常の論理レベルの信号へ変換される。発明の好ましい
実施態様では、外側の共通のキャパシタ極板、つまりP
+基板10が、約2.5ボルトの電位へ接続される。
The read operation of the cell is almost identical to the write operation, except that the outer sense amplifier (not shown) is connected to bit line 17 to detect whether the storage capacitor has been precharged. . If pre-filled, charge is transferred from inner capacitor plate 28 to bit line 17 via a pass transistor. Such charges are sensed by the sense amplifier,
It is converted into a signal of a normal logic level. In a preferred embodiment of the invention, the outer common capacitor plate,
+ Substrate 10 is connected to a potential of about 2.5 volts.

トレンチ18の左端のセルの読出し及び書込み動作は、
ワード線60をアクセスし、ビット線38の記憶電荷を感知
することで達成される。トレンチ・トランジスタの動作
の理論は、1987年8月号のIEEEトランザクション・オン
・エレクトロン・デバイス中の、ベナジ等による技術論
文「トレンチ・トランジスタのモデル」に、詳細が掲載
されている。その説明は、ここでは参照という取入れら
れている。
The read and write operations of the leftmost cell of the trench 18 are:
This is achieved by accessing the word line 60 and sensing the stored charge on the bit line 38. The theory of the operation of the trench transistor is described in detail in a technical paper "Model of a Trench Transistor" by Benaji et al. In the August 1987 IEEE Transaction on Electron Device. The description is incorporated herein by reference.

再び第8図に関して、ビット線17及び38は、厚いフィ
ールド酸化物領域14と15の上に形成されることがわか
る。これはビット線が下にある半導体物質に、直線に拡
散される他のメモリ構造とは対照的である。本発明のビ
ット線構造により、フィールド酸化物ストリップ14及び
15は、各ビット線17及び38の主な部分と、軽くドーピン
グされた半導体層12の間で、絶縁物として機能する。従
って、半導体層12に入ることが可能ないかなるアルファ
粒子も、ビット線17及び38のあらかじめ充電された性質
には、電気的な影響を及し難くなる。よって、本発明に
より製造されるDRAMのソフト・エラーの割合は減少す
る。従って、メモリの信頼性も、従来知られるDRAMより
も改良される。
Referring again to FIG. 8, it can be seen that bit lines 17 and 38 are formed over thick field oxide regions 14 and 15. This is in contrast to other memory structures where the bit lines are linearly diffused into the underlying semiconductor material. The bit line structure of the present invention allows the field oxide strip 14 and
15 functions as an insulator between the main part of each bit line 17 and 38 and the lightly doped semiconductor layer 12. Therefore, any alpha particles that can enter the semiconductor layer 12 are less likely to electrically affect the precharged nature of the bit lines 17 and 38. Thus, the rate of soft errors in DRAMs manufactured according to the present invention is reduced. Therefore, the reliability of the memory is also improved as compared with the conventionally known DRAM.

以上に加えて、ビット線17と38が下にあるP形半導体
層12から絶縁されることで、その間の接合キャパシタン
スは著しく減少される。ビット線のキャパシタンスが減
少することで、セル・キャパシタに記憶され得る電荷の
大部分が、センシング回路に転移され、ビット線の寄生
キャパシタンスにより失われることはない。またメモリ
・セルの速度特性は、高められる。
In addition, the isolation of the bit lines 17 and 38 from the underlying P-type semiconductor layer 12 significantly reduces the junction capacitance therebetween. As the bit line capacitance decreases, most of the charge that can be stored in the cell capacitors is transferred to the sensing circuit and not lost due to the bit line parasitic capacitance. Also, the speed characteristics of the memory cell are enhanced.

第9図には、三つのトレンチ28、62、及び64にそれぞ
れ形成された、本発明による六つのDRAMセルの平面図が
示される。パス・トランジスタは、参照番号66乃至76で
示される。これまで詳細に説明されてきたトレンチ構造
は、二つのメモリ・セル・トランジスタ66と68で形成さ
れ、各トランジスタは個別のワード線60及び58と関連す
る。同様に、近接するトレンチ62は、その中にメモリ・
セル・トランジスタ70と72を形成する。パス・トランジ
スタ70及び72もまた、各ワード線60及び58と関連する。
メモリ・セル・トランシスタ74を76の組みを持つトレン
チ構造64は、他のワード線78と80の組みにより駆動され
る。上記のワード線は、アレイの他の多くのトレンチ構
造セルを駆動するために、適応されていることを理解さ
れたい。
FIG. 9 shows a plan view of six DRAM cells according to the present invention formed in three trenches 28, 62 and 64, respectively. Pass transistors are designated by reference numerals 66-76. The trench structure described thus far is formed by two memory cell transistors 66 and 68, each associated with a separate word line 60 and 58. Similarly, the adjacent trench 62 has a memory
Form cell transistors 70 and 72. Pass transistors 70 and 72 are also associated with each word line 60 and 58.
A trench structure 64 having a set of 76 memory cell transistors 74 is driven by another set of word lines 78 and 80. It should be understood that the word lines described above have been adapted to drive many other trench structured cells of the array.

本発明の重要な特徴によると、ビット線17は、メモリ
・セル・トレンチ構造トランジスタ68、70、76、及び図
示されていない他のトレンチ・セル・トランジスタにも
共通である。ビット線17は、厚いフィールド酸化物スト
リップ14の主な部分と重なり、前述のようにキャパシタ
を減少する。加えて、ビット線17は、隣接するセルの間
に形成された82や84のようなノッチを含む。この様なノ
ッチのある位置のビット線物質は、様々なメモリ・セル
の動作には不必要であり、それゆえビット線は、その様
な位置で下にある半導体物質12と重ならないようにパタ
ーン処理されている。これは更にビット線17のキャパシ
タンスを減らし、メモリのより高速な動作を可能にす
る。典型的なメモリ・アレイの全てのビット線は、同様
な方法で製造できる。
According to an important feature of the present invention, bit line 17 is common to memory cell trench structure transistors 68, 70, 76, and other trench cell transistors not shown. Bit line 17 overlaps the main portion of thick field oxide strip 14, reducing capacitors as described above. In addition, bit lines 17 include notches, such as 82 and 84, formed between adjacent cells. The bit line material at such notched locations is unnecessary for the operation of the various memory cells, and therefore the bit lines are patterned so that they do not overlap the underlying semiconductor material 12 at such locations. Is being processed. This further reduces the capacitance of bit line 17 and allows for faster operation of the memory. All bit lines in a typical memory array can be manufactured in a similar manner.

また第9図から明白なように、パス・トラジスタ66及
び68と関連するワード線の柱44と46は、断面積が小さ
く、それゆえワード線キャパシタンスを減らす。ワード
線のキャパシタンスが減少する結果、本発明による様々
なメモリ・セルが、より高速なアドレス信号でアクセス
され得る。
Also, as is apparent from FIG. 9, the word line columns 44 and 46 associated with the path transistors 66 and 68 have a small cross-sectional area and therefore reduce word line capacitance. As a result of the reduced word line capacitance, various memory cells according to the present invention can be accessed with faster address signals.

以上では、複数のセル・トランジスタ構造が説明され
てきた。この構造は、本技術分野で知られる他のトレン
チ・セル・メモリと比べて、明白な利点をもたらす。本
発明による技術的な利点は、単一のトレンチに複数のセ
ルを設ければ、その様なトレンチはより大きく、より深
く形成されることができ、それゆえセル・キャパシタの
記憶能力が増大される。本発明による他の技術的な利点
は、絶縁酸化物ストリップの上に導電性のビット線を設
けると、その様なビット線のキャパシタンスは減少す
る。結果として、メモリの速度特性が改善されるだけで
はなく、アルファ粒子ストライクにより、ソフト・エラ
ーの割合も改善される。本発明によるもう一つの技術的
な利点として、小さいワード線の柱が、導電性ワード線
を各セルのパス・トランジスタに接続するので、キャパ
シタンスは減少し、またメモリの速度特性も改良され
る。
Above, a plurality of cell transistor structures have been described. This structure offers distinct advantages over other trench cell memories known in the art. A technical advantage of the present invention is that if multiple cells are provided in a single trench, such trenches can be made larger and deeper, thus increasing the storage capacity of the cell capacitor. You. Another technical advantage of the present invention is that providing conductive bit lines on an insulating oxide strip reduces the capacitance of such bit lines. As a result, not only the speed characteristics of the memory are improved, but also the soft error rate is improved due to the alpha particle strike. Another technical advantage of the present invention is that small word line pillars connect the conductive word line to the pass transistor of each cell, thereby reducing capacitance and improving memory speed characteristics.

本発明は、最も実質的でかつ好ましい実施態様と思わ
れるものに関して説明されてきたが、本発明の範囲を逸
脱せずに、変更を加えることができる。その様な変更
は、幾らか及び全ての同等な装置、機能を含むように、
特許請求の範囲に限定される。
Although the present invention has been described in terms of what appears to be the most substantial and preferred embodiments, modifications may be made without departing from the scope of the invention. Such changes should include some and all equivalent devices and functions,
It is limited to the claims.

以上の説明に関連して以下の項を開示する。 The following items are disclosed in connection with the above description.

(1) 半導体トレンチ・メモリ・セル構造は、 トレンチが形成されている半導体基板を含み、 前記トレンチを複数の領域に区画する電気的な絶縁物
を含み、 前記区画された領域にはそれぞれ記憶キャパシタが形
成され、 前記各キャパシタ上にトランジスタが形成され、関連
する前記キャパスタに電気的に接続され、よって単一の
トレンチに複数のメモリ・セルを提供する半導体トレン
チ・メモリ・セル構造。
(1) A semiconductor trench memory cell structure includes a semiconductor substrate in which a trench is formed, an electrical insulator that partitions the trench into a plurality of regions, and a storage capacitor in each of the partitioned regions. A semiconductor trench memory cell structure wherein a transistor is formed on each of the capacitors and electrically connected to the associated pasta, thereby providing a plurality of memory cells in a single trench.

(2) 前記第1項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記各トランジスタは、前記トレンチの
側壁に隣接して形成された、垂直のトランジスタを含
む。
(2) In the trench memory cell structure described in (1), each of the transistors includes a vertical transistor formed adjacent to a sidewall of the trench.

(3) 前記第1項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記各トランジスタは、ドレイン半導体
領域を含み、前記基板物質にはソース半導体領域と導電
チャンネルが形成される。
(3) In the trench memory cell structure according to (1), each transistor includes a drain semiconductor region, and a source semiconductor region and a conductive channel are formed in the substrate material.

(4) 前記第3項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記基板は、厚くドーピングされた半導
体領域層と軽くドーピングされた半導体層とを含み、前
記トレンチは前記双方の層に形成され、前記トランジス
タ・ソース及びドレイン領域は、前記軽くドーピングさ
れた半導体領域に形成される。
(4) In the trench memory cell structure according to the item (3), the substrate includes a thickly doped semiconductor region layer and a lightly doped semiconductor layer, and the trench is formed in both the layers. The transistor source and drain regions are formed in the lightly doped semiconductor region.

(5) 前記第3項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記各トランジスタはゲート絶縁物を含
み、ゲート導体は前記トレンチに垂直に形成される。
(5) In the trench memory cell structure described in the paragraph (3), each of the transistors includes a gate insulator, and a gate conductor is formed perpendicular to the trench.

(6) 前記第1項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記各トランジスタは、前記トレンチの
角に隣接して形成される。
(6) In the trench memory cell structure according to the item (1), each of the transistors is formed adjacent to a corner of the trench.

(7) 前記第6項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記各トランジスタは、前記トレンチの
斜めに向かい合う角にそれぞれ形成される。
(7) In the trench memory cell structure described in the above (6), each of the transistors is formed at a diagonally opposite corner of the trench.

(8) 前記第6項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記各トランジスタは、前記各トレンチ
の角から少し距離を置かれる。
(8) In the trench memory cell structure described in the paragraph (6), each of the transistors is slightly apart from a corner of each of the trenches.

(9) 前記第1項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造は、更に一組のビット線を含み、各ビット線は前記
トランジスタに別個に接続される。
(9) The trench memory cell structure described in (1) further includes a set of bit lines, each bit line being separately connected to the transistor.

(10) 前記第9項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記各ビット線は絶縁物ストリップと重
なり、、前記ビット線の少なくとも一部分を、前記基板
から電気的に絶縁する。
(10) In the trench memory cell structure according to (9), each of the bit lines overlaps with an insulator strip, and at least a part of the bit line is electrically insulated from the substrate.

(11) 前記第10項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記各ビット線は、前記絶縁ストリップ
と重ならない位置で、くぼんだ領域を含む。
(11) In the trench memory cell structure described in the paragraph (10), each of the bit lines includes a concave region at a position not overlapping with the insulating strip.

(12) 前記第1項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造は、更に一組のワード線を含み、各ワード線は前記
別個のトランジスタに関連し接続され、また前記各ワー
ド線は、前記トレンチに拡がり、前記各トランジスタの
ゲート導体として機能する導電性物質の柱を含む。
(12) The trench memory cell structure according to (1) further includes a set of word lines, each word line associated with and connected to the separate transistor, and each word line connected to the trench. And a pillar of a conductive material that functions as a gate conductor of each of the transistors.

(13) 前記第1項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造は更に、複数のビット線と複数のワード線により接
続される、複数の前記トレンチ・メモリ・セル構造の組
み合わせを含み、メモリ・アレイを形成する。
(13) The trench memory cell structure according to (1) further includes a combination of a plurality of the trench memory cell structures connected by a plurality of bit lines and a plurality of word lines, and To form

(14) 前記第13項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造は、更に前記アレイの周辺に、アクセス及びデコー
ド回路の組み合わせを含み、ランダム・アクセス・メモ
リを形成する。
(14) The trench memory cell structure described in (13) further includes a combination of access and decode circuits around the array to form a random access memory.

(15) 半導体トレンチ・メモリ・セル構造は、トレン
チが形成されている半導体基板を含み、前記トレンチを
複数の領域に区画する電気的な絶縁物を含み、 キャパシタ誘電体が、前記各トレンチの区画された領
域の側壁及び底面に形成され、 ドーピングされた半導体物質が、前記各トレンチの区
画された領域に被着され、複数の記憶キャパシタを形成
し、内側のキャパシタ極板が前記被着された半導体物質
で定められ、外側のキャパシタ極板が前記半導体基板物
質で定められ、前記内側及び外側のキャパシタ極板が、
前記キャパシタ誘電体により電気的に絶縁され、 垂直パス・トランジスタが前記各キャパシタと関連
し、前記各トランジスタが前記トレンチの一方の側壁に
形成され、前記基板に形成された半導体ドレイン領域を
含み、前記キャパシタ誘電体を介して、前記内側のキャ
パシタ極板に電気的に接続され、 トランジスタ導電チャンネルが前記半導体基板に形成
され、半導体ソース領域が前記半導体基板に形成され、
半導体ドレイン領域が前記半導体基板に形成され、前記
導体チャンネルにより、前記ソース領域より隔てられ、 ゲート絶縁物が、前記トレンチの側壁に形成され、ま
た前記導電チャンネルに近接して形成され、 一組の導電性多結晶シリコン・ビット線は、それぞれ
各トランジスタ・ドレイン領域に接続され、 絶縁物が、前記各ビット線と前記半導体基板の間に形
成され、また 導電性多結晶シリコン・ワード線は、一組の導電性の
柱を含み、各柱は前記トレンチに伸び、前記各トランジ
スタのゲート導体をそれぞれ形成する半導体トレンチ・
メモリ・セル構造。
(15) A semiconductor trench memory cell structure includes a semiconductor substrate in which a trench is formed, an electrical insulator that partitions the trench into a plurality of regions, and a capacitor dielectric includes a partition in each of the trenches. A doped semiconductor material formed on sidewalls and a bottom surface of the formed region, deposited on the partitioned region of each of the trenches to form a plurality of storage capacitors, and an inner capacitor plate deposited thereon. Defined by a semiconductor material, an outer capacitor plate is defined by the semiconductor substrate material, and the inner and outer capacitor plates are:
A vertical pass transistor associated with each of the capacitors, wherein each of the transistors is formed on one sidewall of the trench and includes a semiconductor drain region formed in the substrate; Electrically connected to the inner capacitor plate via a capacitor dielectric, a transistor conductive channel is formed in the semiconductor substrate, a semiconductor source region is formed in the semiconductor substrate,
A set of semiconductor drain regions formed in the semiconductor substrate, separated from the source region by the conductive channel, a gate insulator formed on sidewalls of the trench, and formed proximate to the conductive channel; A conductive polysilicon bit line is connected to each transistor / drain region, an insulator is formed between each bit line and the semiconductor substrate, and a conductive polysilicon word line is connected to each of the transistor and drain regions. A semiconductor trench comprising a set of conductive pillars, each pillar extending into the trench and forming a gate conductor of the respective transistor.
Memory cell structure.

(16) 前記第15項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記半導体基板は、第一の導電型の半導
体物質を含み、前記内側のキャパシタ極板は第二の導電
型の半導体物質を含む。
(16) In the trench memory cell structure according to the above (15), the semiconductor substrate includes a semiconductor material of a first conductivity type, and the inner capacitor plate includes a semiconductor material of a second conductivity type. Including.

(17) 前記第16項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記各半導体ソース、前記各半導体ドレ
イン、及び前記多結晶シリコン・ビット線は、前記第二
の導電型の不純物を含む。
(17) In the trench memory cell structure described in the item 16, the semiconductor sources, the semiconductor drains, and the polycrystalline silicon bit lines include the impurities of the second conductivity type.

(18) 前記第15項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記各トランジスタは垂直に伸び、前記
各キャパシタ内側極板を関連する前記ビット線に電気的
に接続し、前記各トランジスタは、前記トランジスタが
形成される前記側壁よりも、著しく小さい横幅を持つ。
(18) In the trench memory cell structure according to (15), each of the transistors extends vertically, and electrically connects each of the capacitor inner plates to an associated one of the bit lines. It has a significantly smaller lateral width than the sidewall on which the transistor is formed.

(19) 前記第15項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記トレンチは長方形であり、前記各ト
ランジスタは、前記トレンチの向かい合う角に形成され
る。
(19) In the trench memory cell structure described in the above item 15, the trench is rectangular, and each of the transistors is formed at an opposite corner of the trench.

(20) 前記第15項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記基板は厚くドーピングされた層と軽
くトーピングされた層を含み、前記厚くドーピングされ
た層は前記外側のキャパシタ極板を含む。
20. The trench memory cell structure according to claim 15, wherein the substrate includes a heavily doped layer and a lightly topped layer, and wherein the heavily doped layer includes the outer capacitor plate. .

(21) 前記第20項に記載したトレンチ・メモリ・セル
構造において、前記トランジスタの一部分は、前記軽く
ドーピングされた層に形成される。
(21) In the trench memory cell structure described in the item (20), a portion of the transistor is formed in the lightly doped layer.

(22) 半導体メモリ・セルを製造する方法において、 半導体基板にトレンチを形成し、 電気的絶縁物を形成して、前記トレンチを複数の領域
に区画し、 前記各区画された領域に記憶キャパシタを形成し、ま
た、 前記各キャパシタ上にトランジスタを形成し、関連す
る前記キャパシタと電気的に接続させ、単一のトレンチ
に複数のメモリ・セルを形成する、半導体メモリ・セル
を製造する方法。
(22) In a method of manufacturing a semiconductor memory cell, a trench is formed in a semiconductor substrate, an electrical insulator is formed, the trench is divided into a plurality of regions, and a storage capacitor is formed in each of the divided regions. A method of manufacturing a semiconductor memory cell, comprising: forming a transistor on each of the capacitors; and electrically connecting to the associated capacitor, forming a plurality of memory cells in a single trench.

(23) 前記第22項に記載した方法において更に、前記
各トランジスタを、前記トレンチの側壁に隣接する垂直
トランジスタとして形成する。
(23) In the method described in the paragraph (22), further, each of the transistors is formed as a vertical transistor adjacent to a sidewall of the trench.

(24) 前記第22項に記載した方法において更に、前記
半導体基板に、半導体ドレイン領域、半導体ソース領域
及びチャンネル領域を持つ、前記各トランジスタを形成
する。
(24) The method according to the above (22), further comprising forming the transistors having a semiconductor drain region, a semiconductor source region and a channel region on the semiconductor substrate.

(25) 前記第24項に記載した方法において更に、前記
トレンチに隣接し、垂直なゲート絶縁物とゲート導体を
持つ、前記各トランジスタを形成する。
(25) The method as described in (24), further comprising forming each of the transistors having a vertical gate insulator and a gate conductor adjacent to the trench.

(26) 前記第22項に記載した方法において更に、前記
各トランジスタを前記トレンチの角に隣接して形成す
る。
(26) The method according to the above (22), further comprising forming each of the transistors adjacent to a corner of the trench.

(27) 前記第26項に記載した方法において更に、前記
各トランジスタを、前記トレンチの斜めに向かい合う角
にそれぞれ形成する。
(27) In the method described in the paragraph (26), each of the transistors is formed at a diagonally opposite corner of the trench.

(28) 前記第26項に記載した方法において更に、前記
各トランジスタを、前記トレンチの角から少し距離を隔
てて形成する。
(28) In the method described in the paragraph (26), the transistors are further formed at a small distance from a corner of the trench.

(29) 前記第22項に記載した方法において更に、一組
の導電性のビット線を形成し、各ビットは別個の前記ト
ランジスタに接続する。
(29) In the method described in the paragraph (22), further, a set of conductive bit lines is formed, and each bit is connected to the transistor separately.

(30) 前記第29項に記載した方法において更に、前記
各ビット線を絶縁ストリップ上に形成し、前記ビット線
の少なくとも一部分を前記基板から電気的に絶縁する。
(30) The method according to (29), further comprising forming each of the bit lines on an insulating strip, and electrically insulating at least a portion of the bit lines from the substrate.

(31) 前記第30項に記載した方法において更に、前記
各ビット線が前記絶縁物ストリップと重ならない位置で
は、くぼんだ領域が形成される。
(31) In the method described in the paragraph (30), further, a recessed region is formed at a position where each of the bit lines does not overlap with the insulator strip.

(32) 前記第22項に記載した方法において更に、一組
のワード線を形成し、各ロード線が別個の前記トランジ
スタに関連し、接続され、前記各ワード線に、前記トレ
ンチへ伸び、前記各トランジスタのゲート導体をして機
能する、導電性物質の柱を形成する。
(32) The method according to paragraph 22, further comprising forming a set of word lines, each load line associated with and connected to a separate one of the transistors, each of the word lines extending to the trench, A pillar of conductive material is formed that functions as the gate conductor of each transistor.

(33) 前記第22項に記載した方法において更に、前記
半導体基板面上に、複数のビット線及び複数のワード線
で接続される、複数の前記トレンチ・メモリ・セル構造
を形成し、メモリ・アレイを形成する。
(33) The method according to (22), further comprising: forming a plurality of trench memory cell structures on the semiconductor substrate surface, the plurality of trench memory cell structures being connected by a plurality of bit lines and a plurality of word lines; Form an array.

(34) 前記第33項に記載した方法において更に、前記
半導体基板上に、アクセス及びデコード回路を、前記メ
モリ・アレイの周辺に形成し、ランダム・アクセス・メ
モリを形成する。
(34) In the method described in the paragraph (33), further, an access and decode circuit is formed on the semiconductor substrate around the memory array to form a random access memory.

(35) メモリ・アレイのセル密度を高める方法では、 半導体基板物質に、向かい合う側壁が内側に先細りし
ている深いトレンチを形成し、前記トレンチを十分な幅
に形成することで、前記先細りしている側壁を一点に集
めることなく、トレンチを望みの深さにし、 前記トレンチに複数のメモリ・セルを形成し、また、 前記各セルを他のセルから電気的に絶縁する、メモリ
・アレイのセル密度を高める方法。
(35) A method for increasing the cell density of a memory array is to form a deep trench in a semiconductor substrate material in which opposing sidewalls are tapered inward, and to form the trench with a sufficient width to reduce the taper. A cell in a memory array, wherein the trench is formed to a desired depth without gathering sidewalls at one point, a plurality of memory cells are formed in the trench, and each cell is electrically isolated from other cells. How to increase density.

(36) 前記第35項に記載した方法において更に、トラ
ンジスタ及び記憶キャパシタを持つ前記各セルを形成
し、前記記憶キャパシタに電気的に絶縁する内側極板と
共通の外側極板を形成し、前記内側極板と前記共通の外
側極板の間に誘電体を形成する。
(36) The method according to the above (35), further comprising forming each of the cells having a transistor and a storage capacitor, forming an outer plate common to an inner plate electrically insulating the storage capacitor, A dielectric is formed between the inner plate and the common outer plate.

(37) 前記第35項に記載した方法において更に、前記
トレンチに隣接して導電性のビット線を形成し、前記ビ
ット線と前記半導体基板の間に絶縁物を形成する。
(37) In the method described in the paragraph (35), further, a conductive bit line is formed adjacent to the trench, and an insulator is formed between the bit line and the semiconductor substrate.

(38) 前記第35項に記載した方法において更に、前記
各トランジスタを、前記トレンチの一方の側壁表面の一
部分に形成する。
(38) In the method described in the paragraph (35), further, each of the transistors is formed on a part of a surface of one sidewall of the trench.

(39) 前記第35項に記載した方法において更に、複数
の前記トレンチ及び関連するセルを形成し、アレイを形
成する。
(39) The method according to the paragraph (35), further comprising: forming a plurality of the trenches and associated cells to form an array.

(40) 複数のDRAMセル・トレンチ構造は、セル・キャ
パシタンスを増大させる。深いトレンチ18が、P+半導
体基板10に形成され、トレンチの幅は、先細りするトレ
ンチ側壁が、底面でピンチオフするのを防ぐよう十分な
幅にされる。複数のメモリ・セルがトレンチ18に形成さ
れ、アレイのセル密度を増大させる。フィールド酸化物
ストリップ14,15は、導電性ポリシリコン・ビット線17,
18及びP−基板12の間に形成され、セルのキャパシタン
スとソフト・エラーの割合を減少させる。
(40) Multiple DRAM cell trench structures increase cell capacitance. A deep trench 18 is formed in the P + semiconductor substrate 10 and the width of the trench is sufficiently large to prevent the tapering trench sidewall from pinching off at the bottom. A plurality of memory cells are formed in trench 18 to increase the cell density of the array. Field oxide strips 14, 15 are formed of conductive polysilicon bit lines 17,
Formed between 18 and the P-substrate 12, it reduces the capacitance and soft error rate of the cell.

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

第1図乃至第5図、第7図及び第8図は、本発明による
DRAMセルの製造の様々な工程段階を示す、半導体ウェハ
の様々な断面図である。 第6図は第5図の、線6−6に沿ったDRAMセル構造の断
面図である。 第9図は本発明による複数トレンチ・メモリ・セルの平
面図である。 主な符号の説明 10:基板 12:エピタキシャル層 14,15:フィールド酸化物ストリップ 17,38:ビット線 18,62,64:トレンチ 22:フォトレジスト層 24:絶縁物仕切り 26:誘電体層 30,31,32,33:凹所 54,56:半導体ドレイン領域 58,60:ワード線 66,68,70,72,74,76:パス・トランジスタ 82,84:ノッチ
FIGS. 1-5, 7 and 8 are drawings according to the present invention.
FIG. 2 is a different cross-sectional view of a semiconductor wafer, illustrating different process stages of the manufacture of a DRAM cell. FIG. 6 is a cross-sectional view of the DRAM cell structure of FIG. 5 taken along line 6-6. FIG. 9 is a plan view of a multiple trench memory cell according to the present invention. Explanation of main symbols 10: substrate 12: epitaxial layer 14, 15: field oxide strip 17, 38: bit line 18, 62, 64: trench 22: photoresist layer 24: insulator partition 26: dielectric layer 30, 31, 32, 33: recess 54, 56: semiconductor drain region 58, 60: word line 66, 68, 70, 72, 74, 76: pass transistor 82, 84: notch

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体トレンチ・メモリ・セル構造であっ
て、 トレンチが形成されている半導体基板と、 前記トレンチを複数の領域に区画する電気的な絶縁物
と、 前記区画された複数の領域のそれぞれに、記憶キャパシ
タの間の空間が前記絶縁物によって充たされるように形
成される記憶キャパシタと、 前記キャパシタのそれぞれの上に形成され、関連する前
記キャパシタに接続されるトランジスタとからなり、よ
って単一トレンチに複数のメモリ・セルを提供すること
を特徴とする半導体トレンチ・メモリ・セル構造。
1. A semiconductor trench memory cell structure, comprising: a semiconductor substrate having a trench formed therein; an electrical insulator dividing the trench into a plurality of regions; Each comprising a storage capacitor formed such that the space between the storage capacitors is filled by the insulator; and a transistor formed on each of the capacitors and connected to the associated capacitor, and A semiconductor trench memory cell structure, wherein a plurality of memory cells are provided in one trench.
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