JP3247536B2 - Semiconductor memory device and method of manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor memory device and method of manufacturing the sameInfo
- Publication number
- JP3247536B2 JP3247536B2 JP04362594A JP4362594A JP3247536B2 JP 3247536 B2 JP3247536 B2 JP 3247536B2 JP 04362594 A JP04362594 A JP 04362594A JP 4362594 A JP4362594 A JP 4362594A JP 3247536 B2 JP3247536 B2 JP 3247536B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- semiconductor
- film
- insulating film
- semiconductor layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 52
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 52
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 29
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 29
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 13
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 45
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 12
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 5
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 4
- 238000000348 solid-phase epitaxy Methods 0.000 description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ダイナミック型半導体
記憶装置(DRAM)に係わり、特にトレンチキャパシ
タと縦型トランジスタを有するメモリセル構造の改良を
はかったダイナミック型半導体記憶装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dynamic semiconductor memory device (DRAM), and more particularly to a dynamic semiconductor memory device having an improved memory cell structure having a trench capacitor and a vertical transistor.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、DRAMの高集積化に伴い、メモ
リセル面積は益々小さくなってきている。現在用いられ
ているDRAMセルは、1つのトランスファートランジ
スタと1つのキャパシタが平面的に配置されている。し
かし、さらに高集積化が進み、セル面積を縮小しようと
しても、トランジスタとキャパシタがそれぞれ固有の面
積を必要とするので、セル面積を縮小することも難しく
なっている。2. Description of the Related Art In recent years, the area of memory cells has been increasingly reduced with the increasing integration of DRAMs. In a DRAM cell currently used, one transfer transistor and one capacitor are arranged in a plane. However, even if the integration is further advanced and the cell area is to be reduced, it is difficult to reduce the cell area because the transistor and the capacitor each require a specific area.
【0003】これに対し、トランスファートランジスタ
とキャパシタを垂直方向に重ねることにより、同じ最小
加工寸法で従来セル構造の半分の面積を実現できるクロ
スポイント型のセル構造が提案されている。しかし、こ
の構造の場合、セル面積を縮小するとキャパシタとトラ
ンジスタの接合部の距離が近づき、セル間の電気的な分
離が困難になる。On the other hand, there has been proposed a cross-point type cell structure in which a transfer transistor and a capacitor are vertically overlapped to realize a half area of the conventional cell structure with the same minimum processing size. However, in the case of this structure, when the cell area is reduced, the distance between the junction of the capacitor and the transistor becomes shorter, and it becomes difficult to electrically separate the cells.
【0004】この点を補う方法として最近、図9に示す
ようにトランスファートランジスタのチャネル領域とキ
ャパシタの蓄積電極が基板から完全に絶縁され、トラン
スファ−トランジスタとして縦型の薄膜トランジスタを
用いたセル構造が提案されている。このセル構造では、
セル間の電気的な分離が保たれて、セル面積の縮小を行
うことができる。Recently, as a method for compensating this point, a cell structure using a vertical thin film transistor as a transfer transistor has been proposed, as shown in FIG. 9, in which the channel region of the transfer transistor and the storage electrode of the capacitor are completely insulated from the substrate. Have been. In this cell structure,
Electrical separation between cells is maintained, and the cell area can be reduced.
【0005】なお、図9において、201はシリコン基
板、203はトレンチ、204はキャパシタ絶縁膜、2
05は蓄積電極、206はゲート絶縁膜、207はゲー
ト電極、208は層間絶縁膜、209はビット線コンタ
クト、210はビット線、211はトランジスタのチャ
ネルを構成する半導体薄膜、212はソース又はドレイ
ン、213は絶縁膜を示している。In FIG. 9, 201 is a silicon substrate, 203 is a trench, 204 is a capacitor insulating film,
05 is a storage electrode, 206 is a gate insulating film, 207 is a gate electrode, 208 is an interlayer insulating film, 209 is a bit line contact, 210 is a bit line, 211 is a semiconductor thin film forming a channel of a transistor, 212 is a source or a drain, 213 indicates an insulating film.
【0006】しかしながら、この種のセル構造にあって
は次のような問題があった。即ち、図9のセル構造で
は、トレンチ内に形成した縦型の薄膜トランジスタをト
ランスファートランジスタとして用いる。そのチャネル
領域は、基板と絶縁されているために、基板単結晶シリ
コンではなく、多結晶シリコン若しくはアモルファスシ
リコンをLPCVD等を用いて絶縁膜上に堆積させて用
いる。このような非単結晶シリコン膜上にMOSトラン
ジスタを形成した場合、単結晶シリコン上に形成した場
合に比べて特性が劣り、特にトランジスタのソース・ド
レイン間リーク電流が多く流れてしまう。この場合、キ
ャパシタに蓄積してある記憶が十分な時間保持できなく
なる。そのため、DRAMのトランスファートランジス
タとしてのスペックを満足させるのが極めて難しい。However, this type of cell structure has the following problems. That is, in the cell structure of FIG. 9, a vertical thin film transistor formed in a trench is used as a transfer transistor. Since the channel region is insulated from the substrate, polycrystalline silicon or amorphous silicon is deposited on the insulating film using LPCVD or the like instead of single crystal silicon on the substrate. When a MOS transistor is formed on such a non-single-crystal silicon film, the characteristics are inferior to those formed on a single-crystal silicon, and in particular, a large leak current flows between the source and drain of the transistor. In this case, the memory stored in the capacitor cannot be held for a sufficient time. Therefore, it is extremely difficult to satisfy the specifications as the transfer transistor of the DRAM.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このように従来、トレ
ンチキャパシタと縦型トランジスタを用いてメモリセル
を構成したDRAMにおいては、トランジスタのリーク
電流が大きくなり、これが素子特性を低下させる要因と
なっていた。As described above, conventionally, in a DRAM in which a memory cell is formed by using a trench capacitor and a vertical transistor, the leakage current of the transistor increases, which is a factor of deteriorating the element characteristics. Was.
【0008】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、トレンチキャパシタと
縦型トランジスタを用いたメモリセルにおいて、縦型ト
ランジスタのソース・ドレイン間リーク電流を低減する
ことができ、素子信頼性の向上をはかり得るDRAMを
提供することにある。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to reduce the leakage current between the source and drain of a vertical transistor in a memory cell using a trench capacitor and a vertical transistor. It is another object of the present invention to provide a DRAM which can improve device reliability.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち、本
発明(請求項1)は、トレンチキャパシタと縦型トラン
ジスタを用いてメモリセルを構成したDRAMにおい
て、半導体基板の一主面に形成された複数個のトレンチ
と、これらのトレンチ内に該トレンチ上部を除きキャパ
シタ絶縁膜を介してそれぞれ埋め込み形成された蓄積電
極と、トレンチ上部の側壁に絶縁膜を介してそれぞれ形
成され、下端が蓄積電極に接続され、上端が半導体基板
の一主面に接して形成されたドレイン又はソースに接続
されて、MOSトランジスタのチャネルを形成する単結
晶半導体薄膜と、半導体薄膜が形成されたトレンチ上部
にゲート絶縁膜を介してそれぞれ埋め込み形成され、且
つ一方向に連続して形成されたワード線となるゲート電
極と、半導体基板の一主面に形成されたドレイン又はソ
ースを前記ワード線と交差する方向に接続するビット線
となる導体配線とを具備してなることを特徴とする。In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration. That is, according to the present invention (claim 1), in a DRAM in which a memory cell is formed using a trench capacitor and a vertical transistor, a plurality of trenches formed on one main surface of a semiconductor substrate and a plurality of trenches are formed in these trenches. Except for the upper part of the trench, the storage electrode is formed buried via the capacitor insulating film. A single connection connected to the drain or source formed in contact to form the channel of the MOS transistor
A crystalline semiconductor thin film, a gate electrode which is buried through a gate insulating film above the trench in which the semiconductor thin film is formed, and is formed as a word line continuously formed in one direction, and one main surface of the semiconductor substrate. A conductor line serving as a bit line connecting the formed drain or source in a direction crossing the word line.
【0010】また、本発明(請求項2)は、上記構成の
DRAMの製造方法において、第1導電型の半導体基板
の一主面に選択酸化により基板の一部が露出した状態で
厚い酸化膜を形成したのち、この酸化膜上からこれを貫
通して基板の内部に達する深さの複数のトレンチを形成
し、次いでこれらトレンチ内の壁面にそれぞれキャパシ
タ絶縁膜を形成し、次いでトレンチ内の途中まで第2導
電型の半導体膜を埋め込み、次いで全面にMOSトラン
ジスタのチャネルとなる薄膜半導体層を堆積し、次いで
薄膜半導体層を酸化膜を形成する際に露出させた基板の
一部との接触部を種として固相エピタキシャル成長さ
せ、次いで薄膜半導体層の不要部分を除去し、次いで薄
膜半導体層の表面にゲート絶縁膜を形成し、次いでトレ
ンチ上部内にゲート電極を埋込み形成し、次いでゲート
電極をマスクに半導体層に第2導電型の不純物領域を形
成し、次いでこの不純物領域にビット線を接続するよう
にした方法である。According to the present invention (claim 2), in the method of manufacturing a DRAM having the above structure, a thick oxide film is formed on a main surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type with a portion of the substrate exposed by selective oxidation. After forming the transmural it from the oxide film
A plurality of trenches having a depth reaching the inside of the substrate through the trench, a capacitor insulating film is formed on each of the wall surfaces in the trenches, and a semiconductor film of the second conductivity type is buried halfway in the trench. A thin film semiconductor layer serving as a channel of a MOS transistor is deposited on the substrate, and then the thin film semiconductor layer is exposed when forming an oxide film.
Some solid phase epitaxial grown as a seed the contact portion, followed by removing an unnecessary portion of the thin film semiconductor layer and then forming a gate insulating film on the surface of the thin film semiconductor layer, and then a gate electrode is buried in the trench upper Then, a second conductivity type impurity region is formed in the semiconductor layer using the gate electrode as a mask, and then a bit line is connected to the impurity region.
【0011】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 絶縁膜の開口を挟んで両側にトレンチが形成され、
これらのトレンチ間で半導体薄膜は連続していること。 (2) メモリセルを2個以上直列に接続してNAND型セ
ルが構成され、NAND型セルの一端が導体配線(ビッ
ト線)に接続されること。また、各々のNAND型セル
内で半導体薄膜は連続していること。 (3) 基板として、半導体基板上に絶縁層を介して単結晶
半導体層が形成されたSOI基板を用い、トランジスタ
のチャネル層となる薄膜多結晶シリコンを上部単結晶層
に接するようにし、そこを種にして薄膜多結晶シリコン
を固相エピタキシャル成長させること。Here, preferred embodiments of the present invention include the following. (1) A trench is formed on both sides of the opening of the insulating film,
The semiconductor thin film is continuous between these trenches. (2) A NAND cell is formed by connecting two or more memory cells in series, and one end of the NAND cell is connected to a conductor wiring (bit line). The semiconductor thin film is continuous in each NAND type cell. (3) As the substrate, an SOI substrate in which a single crystal semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate with an insulating layer interposed therebetween is used. Solid phase epitaxial growth of thin film polycrystalline silicon as a seed.
【0012】[0012]
【作用】トレンチ内に形成された縦型薄膜トランジスタ
にDRAMのトランスファートランジスタとして十分な
特性を持たせるためには、この薄膜トランジスタのチャ
ネル層を単結晶化すればよい。そこで本発明では、絶縁
膜で覆われた半導体基板をトレンチ近傍で、トランジス
タのチャネル層となる多結晶シリコン層若しくはアモル
ファスシリコン層と接触するようにし、そこを種とする
ことで固相エピタキシャル成長させ、チャネル層を単結
晶化している。従って、トレンチキャパシタと縦型トラ
ンジスタを用いたメモリセルにおいて、縦型トランジス
タのソース・ドレイン間リーク電流を低減することがで
き、素子信頼性の向上をはかることが可能となる。In order for a vertical thin film transistor formed in a trench to have sufficient characteristics as a transfer transistor of a DRAM, the channel layer of the thin film transistor may be monocrystallized. Therefore, in the present invention, a semiconductor substrate covered with an insulating film is brought into contact with a polycrystalline silicon layer or an amorphous silicon layer serving as a channel layer of a transistor in the vicinity of a trench, and solid-phase epitaxial growth is performed by using the seed as a seed. The channel layer is single-crystallized. Therefore, in a memory cell using a trench capacitor and a vertical transistor, the leak current between the source and the drain of the vertical transistor can be reduced, and the reliability of the device can be improved.
【0013】また本発明では、トランスファートランジ
スタとキャパシタの蓄積電極との接続は、トレンチ内で
自己整合的に形成され、ビット線との接続は、固相エピ
タキシャル成長を行った基板との接合部で行われる。キ
ャパシタの対向電極に使用する基板に第1の導電型、ト
ランジスタの不純物拡散層とキャパシタの蓄積電極には
第2の導電型のシリコンを用いるので、基板とチャネル
層は電気的に絶縁される。また、隣合う素子間には厚い
絶縁膜が形成されており、寄生MOSトランジスタによ
るビット線コンタクト間のリークも問題とはならない。
さらに、単結晶化された半導体層は、適切なパターニン
グが施される。つまり、このような固相エピタキシャル
成長のため、トランジスタと基板が接していても、電気
的なセル間の分離は達成されている。In the present invention, the connection between the transfer transistor and the storage electrode of the capacitor is formed in a self-aligned manner in the trench, and the connection with the bit line is made at the junction with the substrate that has been subjected to solid phase epitaxial growth. Will be Since silicon of the first conductivity type is used for the substrate used for the counter electrode of the capacitor and silicon of the second conductivity type is used for the impurity diffusion layer of the transistor and the storage electrode of the capacitor, the substrate and the channel layer are electrically insulated. Further, since a thick insulating film is formed between adjacent elements, leakage between bit line contacts due to a parasitic MOS transistor does not pose a problem.
Further, the single-crystallized semiconductor layer is subjected to appropriate patterning. That is, due to such solid phase epitaxial growth, electrical isolation between cells is achieved even when the transistor is in contact with the substrate.
【0014】また、SOI基板を用いた場合には、基板
とトランジスタのチャネル層は接していないので、単結
晶シリコン層とチャネル層を適切なパターニングを施す
ことによりセル間の電気的な分離がなされる。When an SOI substrate is used, since the substrate and the channel layer of the transistor are not in contact with each other, the single crystal silicon layer and the channel layer are appropriately patterned to electrically separate cells. You.
【0015】[0015]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 (実施例1)図1は本発明の第1の実施例に係わるDR
AMの概略構成を示す平面図、図2は図1の矢視A−
A′断面図、図3は図1の矢視B−B′断面図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 shows a DR according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the AM, and FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along the line BB 'of FIG.
【0016】p型シリコン基板1の表面に複数個のトレ
ンチ4がマトリックス状に配列形成されている。基板1
の表面には比較的膜厚の厚い絶縁膜2が形成され、この
絶縁膜2にはトレンチ4に隣接する部分に開口3が設け
られている。トレンチ4内には、キャパシタ絶縁膜5を
介して多結晶シリコンの蓄積電極6がトレンチ上端より
深い位置まで埋込み形成されている。A plurality of trenches 4 are arranged in a matrix on the surface of a p-type silicon substrate 1. Substrate 1
A relatively thick insulating film 2 is formed on the surface of the semiconductor device, and an opening 3 is provided in a portion of the insulating film 2 adjacent to the trench 4. In the trench 4, a storage electrode 6 of polycrystalline silicon is buried through a capacitor insulating film 5 to a position deeper than the upper end of the trench.
【0017】また、埋め込まれずに凹部が残ったトレン
チ4の上部側壁には、チャネル層7となる半導体薄膜が
形成されている。この半導体薄膜7は、トレンチ4の側
壁のみならず、トレンチ4近傍の基板表面にも形成さ
れ、絶縁膜2の開口3で基板表面と直接接触している。
そして、半導体薄膜7は開口3をシードとして固相エピ
タキシャルにより単結晶化されるものとなっている。Further, a semiconductor thin film to be a channel layer 7 is formed on the upper side wall of the trench 4 in which the recess remains without being buried. The semiconductor thin film 7 is formed not only on the side walls of the trench 4 but also on the substrate surface near the trench 4 and is in direct contact with the substrate surface at the opening 3 of the insulating film 2.
The semiconductor thin film 7 is to be single-crystallized by solid phase epitaxy using the opening 3 as a seed.
【0018】チャネル層7の表面には、ゲート絶縁膜8
を介して多結晶シリコンのゲート電極9が形成されてい
る。このゲート電極9はトレンチ上部を埋め込むと共に
ワード線方向に連続して形成され、隣接するトレンチ間
を接続してワード線となっている。ゲート電極9の表面
には絶縁膜10が形成され、さらに全面に層間絶縁膜1
1が形成されている。A gate insulating film 8 is formed on the surface of the channel layer 7.
A gate electrode 9 of polycrystalline silicon is formed through the gate electrode. The gate electrode 9 fills the upper part of the trench and is formed continuously in the word line direction, and connects adjacent trenches to form a word line. An insulating film 10 is formed on the surface of the gate electrode 9, and an interlayer insulating film 1 is formed on the entire surface.
1 is formed.
【0019】層間絶縁膜11の上には、ワード線と直交
する方向にビット線12が形成されている。このビット
線12は、絶縁膜2の開口3で基板表面のn層(ソース
又はドレイン)と接続されている。また、開口3の部分
に露出した部分には、LDDインプラによるn型層1
3,14が形成されるものとなっている。On the interlayer insulating film 11, a bit line 12 is formed in a direction orthogonal to the word line. The bit line 12 is connected to the n-layer (source or drain) on the substrate surface at the opening 3 of the insulating film 2. Further, an n-type layer 1 by LDD implantation is provided in a portion exposed to the opening 3.
3, 14 are formed.
【0020】次に、本実施例のDRAMの製造方法を図
4〜6により説明する。まず、図4(a)に示すよう
に、p型シリコン基板1上に固相エピタキシャル成長の
種3となる部分を除き、LOCOSによる絶縁膜2を形
成する。次いで、図4(b)に示すように、基板1が露
出している部分の直ぐ側の絶縁膜2から基板1に達する
十分に深いトレンチ4を、例えば反応性イオンエッチン
グ(RIE)法で形成する。Next, a method of manufacturing the DRAM of this embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 4A, an insulating film 2 by LOCOS is formed on a p-type silicon substrate 1 except for a portion serving as a seed 3 for solid phase epitaxial growth. Next, as shown in FIG. 4B, a trench 4 deep enough to reach the substrate 1 from the insulating film 2 immediately adjacent to the portion where the substrate 1 is exposed is formed by, for example, a reactive ion etching (RIE) method. I do.
【0021】次いで、図5(a)に示すように、トレン
チ4の壁面を熱酸化してキャパシタ絶縁膜5を形成した
後、トレンチ4内にキャパシタの蓄積電極となるn型の
多結晶シリコン6を埋め込み、多結晶シリコン6の上端
がトレンチ4の上端より下にくるようにエッチバックす
る。次いで、図5(b)に示すように、トランスファー
トランジスタのチャネル層7となるアモルファスシリコ
ン若しくは多結晶シリコンの薄膜を堆積させ、適切な温
度のもとで固相エピタキシャル成長を行い、チャネル層
7を単結晶化する。このとき、チャネル層7は絶縁膜2
の開口3で基板1と直接接触しているため、この部分を
種として固相エピタキシャルにより単結晶化することに
なる。Next, as shown in FIG. 5A, after the wall surface of the trench 4 is thermally oxidized to form a capacitor insulating film 5, an n-type polysilicon 6 serving as a storage electrode of the capacitor is formed in the trench 4. Is etched back so that the upper end of the polycrystalline silicon 6 is lower than the upper end of the trench 4. Next, as shown in FIG. 5B, a thin film of amorphous silicon or polycrystalline silicon to be the channel layer 7 of the transfer transistor is deposited, and solid phase epitaxial growth is performed at an appropriate temperature to form the channel layer 7 simply. Crystallizes. At this time, the channel layer 7 is
Since the opening 3 is in direct contact with the substrate 1, this portion is used as a seed for single crystallization by solid phase epitaxy.
【0022】次いで、図6(a)に示すように、チャネ
ル層7の不要部分を除去した後、チャネル層7の表面に
ゲート絶縁膜8を形成する。続いて、ゲート多結晶シリ
コン9を堆積したのちパターニングし、LDDインプラ
を行いn型層13,14を形成する。さらに、ゲート多
結晶シリコン9を覆うように保護絶縁膜10を形成す
る。次いで、図6(b)に示すように、層間絶縁膜11
を堆積し、絶縁膜2の開口3の位置に対応して、トラン
ジスタとビット線12とのコンタクトをとるためのりコ
ンタクトホールを開ける。そして、ビット線12を堆積
させてパターニングを行うことにより、前記図1〜図3
に示した構造が実現されることになる。Next, as shown in FIG. 6A, after removing unnecessary portions of the channel layer 7, a gate insulating film 8 is formed on the surface of the channel layer 7. Subsequently, after the gate polycrystalline silicon 9 is deposited, patterning is performed, and LDD implantation is performed to form the n-type layers 13 and 14. Further, a protective insulating film 10 is formed so as to cover gate polycrystalline silicon 9. Next, as shown in FIG. 6B, the interlayer insulating film 11 is formed.
Then, a contact hole for making contact between the transistor and the bit line 12 is opened corresponding to the position of the opening 3 in the insulating film 2. 1 to 3 by depositing the bit line 12 and performing patterning.
The structure shown in FIG.
【0023】このように本実施例によれば、トレンチキ
ャパシタと縦型トランジスタを用いてメモリセルが構成
され、前記図9に示す従来装置と同様にDRAMとして
動作させることができる。そしてこの場合、縦型トラン
ジスタのチャネル層7となる半導体薄膜を基板表面から
の固相成長により単結晶化しているので、縦型トランジ
スタのソース・ドレイン間リーク電流を低減することが
でき、素子信頼性の向上をはかることが可能となる。As described above, according to this embodiment, a memory cell is constituted by using a trench capacitor and a vertical transistor, and can be operated as a DRAM as in the conventional device shown in FIG. In this case, since the semiconductor thin film serving as the channel layer 7 of the vertical transistor is monocrystallized by solid phase growth from the substrate surface, the leakage current between the source and drain of the vertical transistor can be reduced, and the device reliability can be reduced. It is possible to improve the performance.
【0024】また、本実施例では、トランスファートラ
ンジスタとキャパシタの蓄積電極6との接続は、トレン
チ4内で自己整合的に形成され、ビット線12との接続
は、固相エピタキシャル成長を行った基板との接合部3
で行われる。キャパシタの対向電極に使用する基板1に
p型、トランジスタの不純物拡散層とキャパシタの蓄積
電極6にはn型のシリコンを用いるので、基板1とチャ
ネル層7は電気的に絶縁される。また、隣合う素子間に
は厚い絶縁膜2が形成されており、寄生MOSトランジ
スタによるビット線コンタクト間のリークも問題とはな
らない。また、固相エピタキシャル成長用のためにトラ
ンジスタと基板が接していても、電気的なセル間の分離
は達成される。 (実施例2)図7は、本発明の第2の実施例に係わるD
RAMの素子構造を示す断面図である。なお、図1〜図
3と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は
省略する。Further, in this embodiment, the connection between the transfer transistor and the storage electrode 6 of the capacitor is formed in a self-aligned manner in the trench 4, and the connection with the bit line 12 is made with the substrate on which the solid phase epitaxial growth has been performed. Joint 3 of
Done in Since p-type silicon is used for the substrate 1 used for the counter electrode of the capacitor and n-type silicon is used for the impurity diffusion layer of the transistor and the storage electrode 6 of the capacitor, the substrate 1 and the channel layer 7 are electrically insulated. In addition, a thick insulating film 2 is formed between adjacent elements, and leakage between bit line contacts due to a parasitic MOS transistor does not pose a problem. Further, even if the transistor and the substrate are in contact with each other for the purpose of solid phase epitaxial growth, electrical isolation between cells is achieved. (Embodiment 2) FIG. 7 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an element structure of a RAM. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0025】この実施例は、第1の実施例で説明したメ
モリセルを2個以上(図は4個の場合)直列に接続して
NAND型セルを構成し、NAND型セルの片側でビッ
ト線12とのコンタクトをとったものである。この場
合、ビット線12とセルとのコンタクトをとる数が第1
の実施例よりも少なくなる。従って、第1の実施例と同
様の効果が得られるのは勿論のこと、ビット線コンタク
トの数が少なくなることから高集積化に優れている。In this embodiment, two or more (four in the figure) memory cells described in the first embodiment are connected in series to form a NAND cell, and a bit line is connected to one side of the NAND cell. 12 was contacted. In this case, the number of contacts between the bit line 12 and the cell is the first.
Less than the embodiment. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the number of bit line contacts can be reduced, so that high integration can be achieved.
【0026】なお、本実施例の場合はNAND型セルを
構成する4つのセルの各チャネル層は連続しているの
で、絶縁膜2の開口3をシードとしてビット線コンタク
トに近い方のチャネル層からビット線コンタクトに遠い
方のチャネル層へと順次固相エピタキシャルで単結晶化
することになる。 (実施例3)図8は、本発明の第3の実施例に係わるD
RAMの素子構造を示す断面図である。なお、図1〜図
3と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は
省略する。In this embodiment, since the channel layers of the four cells constituting the NAND cell are continuous, the opening 3 of the insulating film 2 is used as a seed to start with the channel layer closer to the bit line contact. Single crystallization is sequentially performed by solid phase epitaxy on the channel layer farther from the bit line contact. (Embodiment 3) FIG. 8 is a block diagram of a third embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an element structure of a RAM. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0027】この実施例が第1の実施例と異なる点は、
通常のシリコン基板の代わりに、シリコン基板21上に
絶縁膜22を介して単結晶シリコン層23を形成したS
OI基板20を用いたことにある。This embodiment differs from the first embodiment in that:
Instead of a normal silicon substrate, a single crystal silicon layer 23 is formed on a silicon substrate 21 with an insulating film 22 interposed therebetween.
That is, the OI substrate 20 is used.
【0028】このようなSOI基板20を用いた場合に
は、シリコン基板21とトランジスタのチャネル層7は
接していないので、単結晶シリコン層23とチャネル層
7に適切なパターニングを施すことによって、セル間の
電気的な分離がなされる。このとき、第1の実施例のよ
うな選択酸化による絶縁膜2は不要である。また、チャ
ネル層7は単結晶シリコン層23に接しているので、第
1の実施例と同様に固相エピタキシャルにより単結晶化
することができる。従って、第1の実施例と同様の効果
が得られる。When such an SOI substrate 20 is used, since the silicon substrate 21 and the channel layer 7 of the transistor are not in contact with each other, by appropriately patterning the single crystal silicon layer 23 and the channel layer 7, the cell There is an electrical separation between them. At this time, the insulating film 2 by the selective oxidation as in the first embodiment is unnecessary. Further, since the channel layer 7 is in contact with the single-crystal silicon layer 23, it can be single-crystallized by solid phase epitaxy as in the first embodiment. Therefore, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
【0029】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例ではトレンチに隣接する領域
に固相成長のシード部となる開口を設けたが、これに限
らずシード部位置は適宜変更可能である。例えば、素子
形成領域の端にストライプ状に大きなシード部を設けて
もよい。さらに、メモリセルの所定ピッチ毎にシード部
を設けるようにしてもよい。また、メモリセルを構成す
るトランスファトランジスタ及びキャパシタの構成は、
図2、図7、図8に示すものに限るものではなく、縦型
薄膜トランジスタ及びトレンチキャパシタを有するもの
であれば適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, an opening serving as a seed portion for solid phase growth is provided in a region adjacent to the trench. However, the present invention is not limited to this, and the position of the seed portion can be appropriately changed. For example, a large seed portion may be provided in a stripe shape at the end of the element formation region. Further, a seed portion may be provided for each predetermined pitch of the memory cells. Further, the configuration of the transfer transistor and the capacitor constituting the memory cell is as follows.
The configuration is not limited to those shown in FIGS. 2, 7, and 8, but may be changed as appropriate as long as it has a vertical thin film transistor and a trench capacitor. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、チ
ャネル層が基板と絶縁されているトレンチ内の縦型薄膜
トランジスタのチャネル層を、基板単結晶を種として固
相エピタキシャル成長させることにより単結晶化したD
RAMのトランスファートランジスタを形成することが
できる。従って、縦型トランジスタのソース・ドレイン
間リーク電流を低減することができ、素子信頼性の向上
をはかり得るDRAMを実現することが可能となる。As described above in detail, according to the present invention, the channel layer of a vertical thin film transistor in a trench in which a channel layer is insulated from a substrate is formed by solid phase epitaxial growth using a substrate single crystal as a seed. Crystallized D
A transfer transistor of a RAM can be formed. Therefore, it is possible to reduce the leakage current between the source and the drain of the vertical transistor and to realize a DRAM that can improve the reliability of the device.
【図1】第1の実施例に係わるDRAMの概略構成を示
す平面図。FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a DRAM according to a first embodiment.
【図2】図1の矢視A−A′断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG.
【図3】図1の矢視B−B′断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. 1;
【図4】第1の実施例の製造工程を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.
【図5】第1の実施例の製造工程を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.
【図6】第1の実施例の製造工程を示す断面図。FIG. 6 is a sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.
【図7】第2の実施例に係わるDRAMの素子構造を示
す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing an element structure of a DRAM according to a second embodiment.
【図8】第3の実施例に係わるDRAMの素子構造を示
す断面図。FIG. 8 is a sectional view showing an element structure of a DRAM according to a third embodiment.
【図9】従来のDRAMの素子構造を示す断面図。FIG. 9 is a sectional view showing an element structure of a conventional DRAM.
1…p型シリコン基板 2…LOCOS絶縁膜 3…開口(シード部) 4…トレンチ 5…キャパシタ絶縁膜 6…多結晶シリコン(蓄積電極) 7…チャネル層(半導体薄膜) 8…ゲート絶縁膜 9…ゲート電極(ワード線) 10…保護絶縁膜 11…層間絶縁膜 12…ビット線 13,14…LDDインプラ領域(n型層) 20…SOI基板 21…シリコン基板 22…絶縁膜 23…単結晶シリコン層 REFERENCE SIGNS LIST 1 p-type silicon substrate 2 LOCOS insulating film 3 opening (seed part) 4 trench 5 capacitor insulating film 6 polycrystalline silicon (storage electrode) 7 channel layer (semiconductor thin film) 8 gate insulating film 9 Gate electrode (word line) 10 ... Protective insulating film 11 ... Interlayer insulating film 12 ... Bit line 13,14 ... LDD implant region (n-type layer) 20 ... SOI substrate 21 ... Silicon substrate 22 ... Insulating film 23 ... Single crystalline silicon layer
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/108 H01L 21/8242 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/108 H01L 21/8242 JICST file (JOIS)
Claims (2)
トレンチと、これらのトレンチ内に該トレンチ上部を除
きキャパシタ絶縁膜を介してそれぞれ埋め込み形成され
た蓄積電極と、前記トレンチ上部の側壁に絶縁膜を介し
てそれぞれ形成され、下端が前記蓄積電極に接続され、
上端が前記半導体基板の一主面に接して形成されたドレ
イン又はソースに接続されて、MOSトランジスタのチ
ャネルを形成する単結晶半導体薄膜と、前記半導体薄膜
が形成されたトレンチ上部にゲート絶縁膜を介してそれ
ぞれ埋め込み形成され、且つ一方向に連続して形成され
たワード線となるゲート電極と、前記半導体基板の一主
面に形成されたドレイン又はソースを前記ワード線と交
差する方向に接続するビット線となる導体配線とを具備
してなることを特徴とする半導体記憶装置。A plurality of trenches formed on one principal surface of a semiconductor substrate, storage electrodes respectively buried in the trenches via a capacitor insulating film except for an upper portion of the trench, and Each is formed on the side wall via an insulating film, and the lower end is connected to the storage electrode,
A single-crystal semiconductor thin film having an upper end connected to a drain or a source formed in contact with one main surface of the semiconductor substrate to form a channel of a MOS transistor; and a gate insulating film over a trench in which the semiconductor thin film is formed. A gate electrode, which is formed as a buried word line and is formed continuously in one direction, is connected to a drain or source formed on one main surface of the semiconductor substrate in a direction intersecting the word line. A semiconductor memory device comprising: a conductor wiring serving as a bit line.
化により基板の一部が露出した状態で酸化膜を形成する
工程と、前記酸化膜上からこれを貫通して基板の内部に
達する深さの複数のトレンチを形成する工程と、これら
のトレンチ内の壁面にそれぞれキャパシタ絶縁膜を形成
する工程と、前記トレンチ内の途中まで第2導電型の半
導体膜を埋め込む工程と、全面にMOSトランジスタの
チャネルとなる薄膜半導体層を堆積する工程と、前記薄
膜半導体層を前記酸化膜を形成する際に露出させた基板
の一部との接触部を種として固相エピタキシャル成長す
る工程と、前記薄膜半導体層の不要部分を除去する工程
と、前記薄膜半導体層の表面にゲート絶縁膜を形成する
工程と、前記トレンチ上部内にゲート電極を埋込み形成
する工程と、前記ゲート電極をマスクに前記半導体層に
第2導電型の不純物領域を形成する工程と、前記不純物
領域にビット線を接続する工程とを含むことを特徴とす
る半導体記憶装置の製造方法。2. A process in which the first conductivity type portion of the substrate by selective oxidation on the main surface of the semiconductor substrate to form an oxide film in a state of being exposed, the interior of the substrate therethrough from above the oxide film Forming a plurality of trenches having a depth reaching the surface, forming capacitor insulating films on respective wall surfaces in these trenches, embedding a second conductivity type semiconductor film halfway in the trenches, Depositing a thin film semiconductor layer serving as a channel of a MOS transistor on a substrate, and a substrate exposing the thin film semiconductor layer when forming the oxide film
Solid-phase epitaxial growth using a contact portion with a part of the thin-film semiconductor layer as a seed, removing an unnecessary portion of the thin-film semiconductor layer, forming a gate insulating film on the surface of the thin-film semiconductor layer, Burying a gate electrode in the semiconductor layer, forming a second conductivity type impurity region in the semiconductor layer using the gate electrode as a mask, and connecting a bit line to the impurity region. Of manufacturing a semiconductor memory device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04362594A JP3247536B2 (en) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | Semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04362594A JP3247536B2 (en) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | Semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07254647A JPH07254647A (en) | 1995-10-03 |
JP3247536B2 true JP3247536B2 (en) | 2002-01-15 |
Family
ID=12669040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04362594A Expired - Fee Related JP3247536B2 (en) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | Semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3247536B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100855967B1 (en) * | 2007-01-04 | 2008-09-02 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor having buried word line cell structure and a method of fabricating the same |
US7910971B2 (en) | 2008-08-07 | 2011-03-22 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming vertical field effect transistors, vertical field effect transistors, and dram cells |
-
1994
- 1994-03-15 JP JP04362594A patent/JP3247536B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07254647A (en) | 1995-10-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5122476A (en) | Double DRAM cell | |
US5348903A (en) | Process for fabricating a semiconductor memory cell having thin-film driver transistors overlapping dual wordlines | |
JP2655859B2 (en) | Semiconductor storage device | |
EP0599506A1 (en) | Semiconductor memory cell with SOI MOSFET | |
EP0526790A2 (en) | A folded bitline dynamic random access memory | |
US5372966A (en) | Method of making semiconductor device | |
JPH06101546B2 (en) | Method for manufacturing one-transistor memory cell device | |
JPH07161830A (en) | Semiconductor memory device and its manufacture | |
GB2288276A (en) | Dram memory cell utilising surrounding gate transistor and method of manufacture | |
JP2002222873A (en) | Improved vertical mosfet | |
JPH0475390A (en) | Semiconductor memory device | |
US5526304A (en) | Semiconductor memory device including thin-film load transistors | |
JP3450682B2 (en) | Semiconductor storage device and method of manufacturing the same | |
JP3195785B2 (en) | Semiconductor storage device and method of manufacturing the same | |
JPS61174670A (en) | Dram cell and making thereof | |
JPH0793368B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor memory device | |
JP3247536B2 (en) | Semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
JPH03278457A (en) | Memory cell array | |
JPS6123360A (en) | Semiconductor memory and manufacture of the same | |
JPH0654801B2 (en) | Semiconductor memory cell and manufacturing method thereof | |
JP2531345B2 (en) | Semiconductor memory device | |
JPS61198772A (en) | Memory cell array | |
JPS63226955A (en) | Manufacture of capacitive element | |
JP3535542B2 (en) | Semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
JP2760979B2 (en) | Semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071102 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081102 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081102 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091102 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |