JPH0426788B2 - - Google Patents

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JPH0426788B2
JPH0426788B2 JP1027417A JP2741789A JPH0426788B2 JP H0426788 B2 JPH0426788 B2 JP H0426788B2 JP 1027417 A JP1027417 A JP 1027417A JP 2741789 A JP2741789 A JP 2741789A JP H0426788 B2 JPH0426788 B2 JP H0426788B2
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JP
Japan
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groove
electrode
semiconductor memory
insulating film
film
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP1027417A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH02354A (en
Inventor
Hideo Sunami
Tokuo Kure
Yoshifumi Kawamoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP1027417A priority Critical patent/JPH02354A/en
Publication of JPH02354A publication Critical patent/JPH02354A/en
Publication of JPH0426788B2 publication Critical patent/JPH0426788B2/ja
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/37DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor being at least partially in a trench in the substrate

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路メモリに係わり、特
に平面面積を増大することなく大容量を実現し、
大規模化に好適な大規模半導体メモリに関する。 〔従来の技術〕 半導体集積回路メモリの1つとして、MOSダ
イナミツクメモリは、1970年代初頭に1Kbのダイ
ナミツクランダムアクセスメモリ(以下dRAM
と略す)が発売されてから、3年に4倍の大規模
化が達成されてきた。しかるに、このメモリチツ
プを入れるパツケージは、主に16ピンDIP(デユ
アルインパツケージ)が用いられてきており、チ
ツプを入れるキヤビテイサイズも制限されている
ことから、メモリチツプも4倍の大規模化に伴な
つてもたかだか1.4倍にしか増大していない。従
つて、1記憶容量たる1ビツト分のメモリセル面
積も大規模化に伴なつて、大きく減少しており、
4倍の大規模化に伴なつて約1/3に微小化してい
る。キヤパシタの容量Cは、C=εA/t(ここで
ε:絶縁膜の誘電率、A:キヤパシタ面積、t:
絶縁膜厚)で表わされるので、面積Aが1/3にな
ればεとtが同じである限りCも又1/3になる。
記憶容量として信号量Sは電化量Qに比例してお
り、このQはCと電圧Vとの積であるから、Aが
小さくなれば比例してQも小さくなり、信号Sは
それに伴なつて小さくなる。 雑音をNとすれば、S/N比はSの減小に伴な
つて小さくなり、回転動作上大きな問題となる。
従つて、通常はAの減少分をtの減少分で補なつ
てきており、4Kb、16Kb、64Kbと大規模化され
るに伴ない、典型的なSiO2膜厚として100nm、
75nm、50nmと薄くなつてきた。 さらに最近、パツケージ等に含まれる重金属
(U、Th等)から放射されるα粒子によつてSi基
板内に約200fCの電荷が発生して、これが雑音と
なることが確認され、信号量としてのQも、ほぼ
200fC以下にすることが動作上困難となつてき
た。 従つて、絶縁膜をさらに加速して薄くすること
が実行されており、今度は、絶縁膜の絶縁破壊が
問題となつてきた。SiO2の絶縁耐圧電界は最大
107V/cmであり、従つて10nmのSiO2は10V印加
によつてほとんど永久破壊を起すか劣化する。ま
た長期信頼性を考慮すると、最大破壊電圧よりな
るべく小さな電圧で用いることが肝要となる。 特開昭51−130178号公報には、メモリセルを微
小化してもなお絶縁膜厚を減少することなく、キ
ヤパシタ面積Aを保つかあるいは増大する構造が
開示されている。 この技術の骨子は、Si基板に堀り込んだ溝の側
壁部をキヤパシタの電極面として用いることによ
り、平面面積を増大することなく電極面積を増大
することにある。これによつて、絶縁膜を薄くし
てその絶縁膜の破壊を増大させることなく、所望
のキヤパシタ容量を得ることができる。 第1図は、絶縁ゲート電界効果トランジスタ
(以下MOSトランジスタ)を用いた1トランジス
タ型ダイナミツクメモリセルの構成図を示すもの
であり、電荷を貯えるキヤパシタ1とスイツチ用
MOSトランジスタ2で構成され、スイツチトラ
ンジスタのドレインはビツト線3に接続されてお
り、ゲートはワード線4に接続されている。 キヤパシタ1に貯えた信号電荷をスイツチトラ
ンジスタ2によつて読み出すことによつて動作が
行われる。実際のNビツトのメモリを構成するに
は、メモリアレーを構成するが、大別して以下に
述べる2つの方法がある。第2図には信号を差動
でとり出すセンスアンプ5に対し、両側にビツト
線31と32を配列するいわゆる“開放ビツト
線”構成を示す。これは一本のワード線41に対
して一方のビツト線31のみが電気的に交叉して
いるものであり、ビツト線31と32の信号の差
をセンスアツプ5で検出すものである。 第3図は他方の“折り返しビツトライン”構成
を示すものであり、センスアンプ5に接続されて
いる二本のビツト線31,32が、平行に配列さ
れており、一本のワード線41が二本のビツト線
31,32と交叉している。 後述する本発明の実施例は、主に折り返しビツ
トライン構成の場合を示すが、同様に開放ビツト
ライン構成にも適用可能である。 第2図、第3図に示すように、ビツト線32の
寄生容量6の値をCDとし、メモリセルのキヤパ
シタ12の値をCSとすれば、このメモリアレーの
主要な性能指標の一つがCS/CDとなる。このメ
モリアレーのS/N比はCS/CDと一対一対対応
しており、メモリセルのキヤパシタの値を大きく
すると同時に、ビツトラインの寄生容量CDを小
さくすることも同様にS/N比を向上することに
なる。 第4図に折り返しビツトライン方式のメモリセ
ルの平面の1例を示す。通常100nm以上の厚い
フイールド酸化膜に囲まれた活性領域7の一部が
キヤパシタを形成するため、プレート8で覆われ
ている。スイツチトランジスタを形成する部分と
Si基板上のドレインヘビツト線電極接続を行うコ
ンタク孔9の部分はプレートが選択的に除去され
ており(領域80)、この部分にワード線41,4
2が被着されており、スイツチトランジスタ2を
形成している。理解を助けるために、第5図に
は、第4図のAAで示した部分の断面図を示す。 以後説明の便のため、トランジスタはnチヤネ
ル型を用いた例を示す。pチヤネル型にするに
は、一般にSi基板と拡散層の導電型をnチヤネル
の場合と逆にすればよい。 p型10Ω・cm程度のSi基板10上に、通常は
100〜1000nm厚程度のフイールドSiO2膜11を、
Si3N4を耐酸化マスクとして用いるいわゆる
LOCOS法等で選択的に被着する。この後10〜
100nm厚のゲート酸化膜12を熱酸化法などに
よつてSi基板10上に被着する。この後リンや
Asを添加した多結晶Siに代表されるプレート8
を選択的に被着し、この多結晶Siのプレート8を
酸化し、第1層間酸化膜13を形成する。しかる
後に、多結晶SiやMoシリサイドやあるいはリフ
ラクトリー金属(MoやW)に代表さるワード線
4を被着し、リンやAsなどをイオン打込みする
と、プレート8とワード線4の被着されていない
活性領域にn+の拡散層15が形成されてスイツ
チ用MOSトランジスタ2のソースとドレインに
なる。この後リンを含んだいわゆるCVD法によ
るPSG14を500〜1000nm被着し、Al電極で代
表されるビツト線3の拡散層15部への接続を行
う処にコンタクト孔9を形成して、ビツト線3を
選択的に被着する。 このメモリセルにおいては、記憶容量となるキ
ヤパシタ1の領域16は第4図の斜線で示される部
分であり、メモリセル自体が小さくなればまた領
域16の部分も小さくなり、ゲート酸化膜12を薄
くしない限り、前に説明した通りキヤパシタ容量
CSが小さくなりメモリ動作上大きな問題となる。 そこで、容量を大きくする方法の一つとして基
板に溝を設けてキヤパシタを構成する方法があ
る。 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、基板に溝を設けてキヤパシタを
構成する方法では、メモリセルにとつて大きな問
題を有していた。 そのひとつは、メモリセル間リーク電流であ
る。従来のプレーナ型メモリセルでは、メモリセ
ル間のリーク電流は、基板表面近くの素子分離絶
縁膜の下で生じていた。したがつて、基板表面の
不純物濃度は、通常、チヤンネルストツパ等のイ
オン打込み等により高くなつているので、リーク
は生じにくかつた。更に、基板表面近くは、基板
上の配線の電位の影響も受け、これによつてもリ
ークは生じにくかつた。 しかしながら、基板に溝を設けてキヤパシタを
構成する方法では、容量として、深く堀つた溝を
用いる為、リーク電流が基板表面ではなく、基板
内部で生じてしまうことがわかつた。これは従来
の基板表面のリークより起こりやすく、例えば、
プレーナ型メモリセルでは、問題の生じなかつた
メモリセル間隔でも、溝型メモリセルではリーク
電流が問題となることがわかつた。 本発明の目的は、溝型容量メモリセルの容量間
リーク電流が生じにくい大規模半導体メモリを提
供することにある。 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成する為、本発明は、少なくと
も、隣接する溝型メモリセルの間に、空乏層伸延
防止手段、すなわちリーク電流低減手段をを設け
たものである。 〔作用〕 溝容量間リーク電流は、空乏層の伸びと関係が
ありこれの伸延を防止することにより、リーク電
流を低減させることができる。 また、電子又は正孔の影響も、空乏層の伸びと
関係があり、これの伸延を防止することにより、
α線等の影響を減少させることができる。 〔実施例〕 以下本発明を図面を用いて説明する。第6図か
ら、第20図は、本発明を適用するのに、より好
適な溝型メモリセルを表わしている。まず製造方
法を説明する。 第6図に示すように、p型10Ω・cmのSi基板1
0上に前述したLOCOS法によつて500〜1000nm
厚のフイールドSiO2膜11を選択的に形成する。
このフイールドSiO2膜を形成してから不必要な
部分をホトエツチング法等で除去しても同様に形
成することができる。本発明の説明ではLOCOS
法を用いることとする。 この後、第8図に示すように、FやClのガス例
えばCF4、SF6、CCl4等を主成分、あるいはこれ
らにHの入つたガスを主成分とした平行平板型プ
ラズマエツチングで、Si基板10の所定の部分に
エツチ溝17を形成する。このプラズマエツチン
グのマスクは、通常のホトレジストそのもので
は、ホトレジスト自体もエツチングされて消失す
る場合があるので、予め、第6図に示した構造に
Si基板10上にSiO2、Si3N4、CVDSiO2の順に膜
を被着し、まず最上層のCVDSiO2をホトレジス
トマスクにエツチングした後、その下層の
Si3N4、SiO2をエツチングし、これらをマスクと
してSi基板10をエツチングすればよい。この
Si3N4膜は、マスクとしてのCVDSiO2を最終的に
除去する際に、フイールドSiO2膜11がエツチ
ングされるのを防ぐものである。従つてこの目的
に合致するものなら、他の膜でよい。少なくと
も、これらのCVDSiO2/Si3N4/SiO2の三層膜は
マスク材でありいずれは除去されてSi基板上には
残存しない。従つてこの目的に添う場合には、マ
スク材を限定しない。あるいは、すでに微細なビ
ームを形成できるなら、マスク材がなくとも所望
のエツチング溝17を得ることもできる。 エツチング溝17の深さは、原理的にはほとん
ど制限がないが、溝の幅をWMとすれば、深さDM
は0.5WM〜5WM程度が現実的である。 この後、キヤパシタの絶縁膜を形成する。この
絶縁膜は、電気的に耐圧が高く、安定なものであ
れば、原理的にはその材料を選ばないが、従来か
ら用いられているものは、熱酸化SiO2、熱窒素
Si3N4、CVDSi3N4、CVDや反応性スパツタによ
るTa2O5、Nb2O5、GrO2等がある。これらの膜
を単層あるいは多層としてキヤパシタ絶縁膜とす
ることができる。本実施例では、SiO2とSi3N4
重ね膜を用いた場合を説明する。 ドライエツチング(プラズマエツチングやスパ
ツタエツチング等)でSi基板10に形成した溝
は、溶液エツチングの場合と異なつて多かれ少な
かれSi基板10に電気的に結晶的な損傷や汚染を
与えている。従つてドライエツチングした後、10
〜500nm程度、上記の損傷、汚染が実効的に問
題とならない程度まで溶液エツチングすればよ
い。溶液としては、NH4OH+H2O2系やHF+
HNO3系の水溶液がこの目的によく合致してい
る。 第9図に示すように、この溶液エツチングでSi
基板10とその溝17の表面を除去したのち、キ
ヤパシタSiO2膜18を5〜20nmよく知られた
900〜1200℃、酸化雰囲気での熱酸化によつて形
成する。この後650〜850℃においてCVD法によ
つてキヤパシタSi3N4膜19を5〜20nm厚に被
着する。これらの膜厚は所望の単位面積当り容量
と耐圧を勘案して設定するので、上記膜厚範囲を
逸脱する場合もある。このCVDSi3N419は、一
般にその内部応力が1×1010dyn/cm2に達し、強
大なるが故に、Si基板10に直接被着すると、欠
陥が生じて特性を損ねる。従つて、一般には
Si3N4下にSiO2を敷くことが行なわれる。Si基板
10を直接窒化してSi3N4膜を形成する場合はこ
の限りでなく、緻密で電気的耐圧の高い膜を得る
ことができるが、10nmより厚い膜を得るには、
1時間を越える反応時間を必要とする。また膜厚
増加率も10nmを越えると急速に低下することか
ら、厚い膜を得るは適当ではない。またこれらの
Si3N4膜19はその表面を2〜5nm酸化して耐圧
を向上することができる。 この後第10図に示すように、多結晶Siで代表
されるプレート8を全面に被着する。CVD法で
被着した多結晶Siはよく溝17の内側までまわり
こんで堆積するので、溝17の側壁部の多結晶Si
も上面とほぼ同じ膜厚となる。その後この多結晶
SiにPOCl3ガス等を用いてリンを熱拡散する。エ
ツチ溝17の幅がWMであるから、多結晶Si8の
厚さをTS1とすると、WM>2TS1の場合には、第
10図に示すような溝(溝幅2TS2)が残存する。
この溝はその上面に被着される絶縁膜や、ワード
線4の加工や被着状態に悪影響を及ぼすので、埋
めた方がよい。本適用例では、第10図に示すよ
うに、同じ多結晶Siを厚さTS2で全面に被着して、
その後全面をよく知られたCF4やSF6ガスを用い
るプラズマエツチングでTS2厚分だけ除去する
と、第10図に示すように多結晶Si82が丁度溝
に埋め込まれた形で残存し、上面が平坦となる。
1回の多結晶Si8の堆積のみで溝が埋まる場合に
は、2回目の堆積は必要がないが、プレート8は
配線部としても用いるので、適当な厚さとしては
100〜500nm程度である。これで埋まらない場合
は上記の説明のように多結晶Siの2度堆積法を用
いる。 多結晶Si8の上にそのまま2度目の多結晶Siを
被着して全面をエツチングすると、両者の境目が
融合しているので、エツチングの終点が定かでな
くなる。そこで第1層の多結晶Si8の表面を5〜
30nm熱酸化して両者の間にSiO2層をはさむ。こ
うすると、2層目の多結晶Siが全面にエツチされ
た状態で1層目の多結晶Si8上のSiO2膜が露出
され、一般に多結晶Siのプラズマエツチングは
SiO2のエツチング速度より多結晶Siが10倍以上
大きいので、多少オーバエツチングを行つても第
1層の多結晶Si8はSiO2に保護されており、エ
ツチングされることはない。 その後、ホトエツチング法によつて、プレート
8を形成し第11図に示すように、これを酸化し
て100〜400nm厚の第1層間酸化膜13を得る。
この時Si3N4膜19はほとんど酸化されない。こ
の後第1層間酸化膜13をマスクとしてSi3N4
19とSiO2膜18をエツチングで除去し、800〜
1150℃の乾燥酸素に1〜5%のHClを含んだ酸化
によつて10〜50nm厚のゲート酸化膜12を得
る。その後、第12図に示すように所定の部分
に、多結晶Si、シリサイド(Mo2Si,Ta2O5)等
の単層あるいはこれらの重ね膜、さらにはWや
Mo等のリフラクトリー金属などのゲート(ワー
ド線4)を選択的に被着する。 その後第13図に示すように、ASやリンを60
〜120KeVに加速してイオン打込みすると、プレ
ート8とゲート4の被着されていない部分にn+
のソース・ドレイン層15が形成される。さらに
リンを4〜10モル%含んだCVDSiO2膜で代表さ
れる第2層間絶縁膜14を300〜1000nm厚に被
着し、900〜1000℃で熱処理して緻密化する。そ
の後、基板のn+層15や、ゲート4、プレート
8に達する電極接続孔9を形成し、Alで代表さ
れる電極30を選択的に被着する(図ではビツト
線3のみ示した)。これによつて、エツチ溝17
の側壁をキヤパシタの一部とした1トランジスタ
型ダイナミツクメモリセルが構成できる。 第14図にこのメモリセルの平面図を示す。エ
ツチ溝17の底面が上面と同じとすれば、上面か
ら見たキヤパシタ領域は、変化がないので、エツ
チ溝17の周辺長をLM、深さをDMとすれば、エ
ツチ溝を追加したことにより、面積はLM×DM
だけ増加する。キヤパシタ領域16の平面面積を
3μmの溝17を形成したとすれば、平面面積は
9μm2となり、エツチ溝の側壁部は1×4×2=
8μm2となる。すなわち、1μmで深さ2μmのエツ
チ溝17を追加することにより、キヤパシタ面積
は9μm2から17μm2(=9+8)に約倍増する。こ
れによつて、センスアンプ5に入力する信号の
S/N比は約倍増し、メモリの安定動作の点で極
めて顕著な効果がある。 第14図の説明では、溝17を正方形とした
が、これを複数個とする本発明の他の適用例を第
15図と第16図で示す。第15図はキヤパシタ
領域16のヘリから一定の距離ΔLに溝17のヘリ
があるとし、一つの溝17で構成した場合を示
す。キヤパシタの面積をL×Lとすれば、エツチ
溝17の周辺長LMは4(L−2ΔL)となる。 第16図は本発明の他の適用例を示すもので、
図示のように、4の正方形の溝を形成した。エツ
チ溝17の間の距離をSMとすれば、4つのエツ
チ溝の周辺長は8(L−2ΔL−SM)となる。これ
らの大小関係を直観的に理解するために、L=
5μmΔL=SM=1μmとすれば第15図の溝が1つ
の場合の溝の周辺長A1はA1=12μm、第16図の
4つの場合の周辺長A4はA4=16μmとなる。 従つて、一般に1つの溝より複数個の溝が有利
であり、リソグラフイで加工できうる最小寸法を
Lnioとすれば、エツチ溝の幅LM、その間〓SM
LM=SM=Lnioとするのが最も有利である。LM
SMのどちらか一方が他方より大きいとしたら、
どちらか一方の小さい方をLnioとすればよい。 第17図に本発明の他の適用例を示す。本適用
例の要点は、LMを一定として、第15図に示し
た場合にへこみを導入した点であり、内部に入り
込んだ側壁分だけさらに面積が増加する。 第18図は本発明の他の適用例を示す。本適用
例は幅LMの溝17で囲まれた平面キヤパシタ部
162がある場合であり、これによつても、中に
形成された柱状部の側壁が第15図の場合に新た
に加わりキヤパシタ面積を増加させることができ
る。 第17図、第18図の適用例の共通点はエツチ
溝17の内壁に添つて内壁の折れ曲る角度が180
度を越える部分(第17図、第18図でθLで示し
た部分)が存在することである。リソグラフイに
よつて加工されたこれらのパターンの端は、絶対
的な直線で形成されていることはほとんどなく、
半径rの曲率をもつことが一般的であるが、この
場合でも、180度を越える角度があることで規定
できる。いいかえれば、溝17の内壁に凸の部分
があることで規定できる。 第19図は本発明の他の適用例を示すものであ
り、柱状部が複数個163、164とある場合であり、
これも又同一面積にて大きなキヤパシタ面積をう
ることができる。 以上、本発明の適用例をメモリセル一単位を用
いて示したが、実際のメモリは、このセルが複数
個でアレーを形成しており、前述の如く相互のセ
ル間の干渉が問題となる。 第20図〜第22図にこの説明図を示す。第2
0図に示すように、4つの溝171〜174が交
互に配設する。この場合に、互いの干渉は大別し
て溝と溝の間(AA断面)、溝と拡散層の間(BB
断面)がある。 第21図は溝171と溝172間の干渉を説明
する図であり、溝171と172はフイールド酸
化膜11をはさんで互いに向き合つており、それ
ぞれのまわりには、空乏層201と202が形成
されている。物理の本質を損わない限り簡略化し
た空乏層近似法によると、ゲート絶縁膜12とSi
基板10の界面のキヤリヤ21がない場合には、
空乏層の厚さは
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit memory, and particularly to a semiconductor integrated circuit memory that achieves a large capacity without increasing the planar area.
The present invention relates to a large-scale semiconductor memory suitable for large-scale expansion. [Prior art] As a type of semiconductor integrated circuit memory, MOS dynamic memory was developed in the early 1970s as 1Kb dynamic random access memory (dRAM).
Since its release, it has quadrupled in size in three years. However, 16-pin DIP (dual-in-package) has been mainly used as the package for storing memory chips, and the size of the cavity for storing chips is also limited. Even with age, it has only increased by 1.4 times at most. Therefore, the memory cell area for 1 bit, which is 1 storage capacity, has decreased significantly as the scale has increased.
As the scale has increased four times, it has also become smaller by about 1/3. The capacitance C of the capacitor is C=εA/t (where ε: dielectric constant of the insulating film, A: capacitor area, t:
Therefore, if the area A becomes 1/3, C will also become 1/3 as long as ε and t are the same.
As a storage capacity, the signal amount S is proportional to the electrification amount Q, and since this Q is the product of C and voltage V, as A becomes smaller, Q also becomes smaller in proportion, and the signal S becomes smaller accordingly. becomes smaller. If the noise is N, the S/N ratio decreases as S decreases, which poses a major problem in rotational operation.
Therefore, the decrease in A is usually compensated for by the decrease in t, and as the scale increases to 4Kb, 16Kb, and 64Kb, the typical SiO 2 film thickness is 100nm,
It has become thinner to 75nm and 50nm. Furthermore, it has recently been confirmed that α particles emitted from heavy metals (U, Th, etc.) contained in packages etc. generate a charge of about 200 fC in the Si substrate, which becomes noise, and it has been confirmed that the amount of signal is Q is almost
It has become difficult to keep the temperature below 200fC. Therefore, attempts have been made to further accelerate the thinning of the insulating film, and this time dielectric breakdown of the insulating film has become a problem. The dielectric strength electric field of SiO 2 is maximum
10 7 V/cm, therefore, 10 nm of SiO 2 is almost permanently destroyed or degraded by applying 10 V. Furthermore, in consideration of long-term reliability, it is important to use a voltage as low as possible from the maximum breakdown voltage. Japanese Unexamined Patent Publication No. 51-130178 discloses a structure in which the capacitor area A is maintained or increased without reducing the insulating film thickness even when the memory cell is miniaturized. The gist of this technology is to increase the electrode area without increasing the planar area by using the sidewalls of the grooves dug into the Si substrate as the electrode surfaces of the capacitor. Thereby, a desired capacitance can be obtained without making the insulating film thinner and increasing the breakdown of the insulating film. Figure 1 shows the configuration of a one-transistor type dynamic memory cell using insulated gate field effect transistors (hereinafter referred to as MOS transistors).
It consists of a MOS transistor 2, the drain of which is connected to a bit line 3, and the gate connected to a word line 4. The operation is performed by reading out the signal charge stored in the capacitor 1 by the switch transistor 2. To construct an actual N-bit memory, there are two methods for constructing a memory array, which are broadly classified as follows. FIG. 2 shows a so-called "open bit line" configuration in which bit lines 31 and 32 are arranged on both sides of a sense amplifier 5 that takes out signals differentially. In this case, only one bit line 31 electrically crosses one word line 41, and the difference between the signals on the bit lines 31 and 32 is detected by the sense up 5. FIG. 3 shows the other "folded bit line" configuration, in which two bit lines 31 and 32 connected to the sense amplifier 5 are arranged in parallel, and one word line 41 is arranged in parallel. It intersects the bit lines 31 and 32 of the book. Although the embodiments of the present invention to be described later mainly show cases of folded bit line configurations, they are also applicable to open bit line configurations. As shown in FIGS. 2 and 3, if the value of the parasitic capacitance 6 of the bit line 32 is C D and the value of the capacitor 12 of the memory cell is C S , then one of the main performance indicators of this memory array is becomes C S /C D. The S/N ratio of this memory array has a one-to-one correspondence with C S /C D. Increasing the capacitor value of the memory cell and simultaneously reducing the parasitic capacitance C D of the bit line will also improve the S/N ratio. This will improve the results. FIG. 4 shows an example of a plane of a memory cell of the folded bit line type. A part of the active region 7 surrounded by a thick field oxide film, usually 100 nm or more, is covered with a plate 8 to form a capacitor. The part that forms the switch transistor
The plate is selectively removed from the contact hole 9 (region 80) for connecting the drain heavy line electrode on the Si substrate, and the word lines 41, 4
2 is deposited to form a switch transistor 2. To aid understanding, FIG. 5 shows a cross-sectional view of the portion indicated by AA in FIG. 4. For convenience of explanation, an example using an n-channel type transistor will be shown below. To make a p-channel type, generally the conductivity types of the Si substrate and the diffusion layer can be reversed from those for an n-channel. Usually on a p-type Si substrate 10 of about 10 Ω cm.
A field SiO 2 film 11 with a thickness of about 100 to 1000 nm is
The so-called using Si3N4 as an oxidation-resistant mask
Deposit selectively using LOCOS method, etc. After this 10~
A gate oxide film 12 with a thickness of 100 nm is deposited on the Si substrate 10 by thermal oxidation or the like. After this, Rin
Plate 8 represented by polycrystalline Si doped with As
is selectively deposited, and this polycrystalline Si plate 8 is oxidized to form a first interlayer oxide film 13. After that, the word line 4 made of polycrystalline Si, Mo silicide, or refractory metal (Mo or W) is deposited, and ions of phosphorus, As, etc. are implanted, and the plate 8 and the word line 4 are not deposited. An n + diffusion layer 15 is formed in the active region and becomes the source and drain of the switch MOS transistor 2. After this, PSG 14 containing phosphorus is deposited to a thickness of 500 to 1000 nm by the so-called CVD method, and contact holes 9 are formed where the bit line 3, represented by the Al electrode, is connected to the diffusion layer 15. 3 is selectively applied. In this memory cell, the region 16 of the capacitor 1, which serves as the storage capacity, is the shaded area in FIG. Unless the capacitor capacity is
C S becomes small, which causes a big problem in memory operation. Therefore, one method of increasing the capacitance is to form a capacitor by providing a groove in the substrate. [Problems to be Solved by the Invention] However, the method of forming a capacitor by providing a groove in a substrate has a major problem with regard to memory cells. One of them is leakage current between memory cells. In conventional planar memory cells, leakage current between memory cells occurs under the element isolation insulating film near the substrate surface. Therefore, since the impurity concentration on the substrate surface is usually high due to ion implantation using a channel stopper or the like, leakage is less likely to occur. Furthermore, the area near the surface of the substrate was also affected by the potential of the wiring on the substrate, and leakage was also less likely to occur due to this. However, in the method of constructing a capacitor by providing a groove in a substrate, since a deeply dug groove is used as a capacitor, it has been found that leakage current is generated inside the substrate rather than on the surface of the substrate. This is more likely than traditional board surface leakage, e.g.
It has been found that leakage current becomes a problem in trench type memory cells even though the memory cell spacing does not cause problems in planar type memory cells. An object of the present invention is to provide a large-scale semiconductor memory in which leakage current between capacitances of trench-type capacitive memory cells is less likely to occur. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides at least means for preventing depletion layer extension, that is, means for reducing leakage current, between adjacent trench memory cells. . [Function] The leakage current between the trench capacitances is related to the extension of the depletion layer, and by preventing this extension, the leakage current can be reduced. In addition, the influence of electrons or holes is also related to the elongation of the depletion layer, and by preventing this elongation,
The influence of alpha rays etc. can be reduced. [Example] The present invention will be described below with reference to the drawings. 6 to 20 show trench type memory cells more suitable for applying the present invention. First, the manufacturing method will be explained. As shown in Figure 6, a p-type 10Ωcm Si substrate 1
500-1000nm by the LOCOS method described above.
A thick field SiO 2 film 11 is selectively formed.
The same process can be achieved by forming this field SiO 2 film and then removing unnecessary portions by photo-etching or the like. In the description of the invention, LOCOS
The law shall be used. After this, as shown in FIG. 8, parallel plate plasma etching is performed using F or Cl gases such as CF 4 , SF 6 , CCl 4 as the main components, or a gas containing H in these. An etched groove 17 is formed in a predetermined portion of the Si substrate 10. This plasma etching mask is made with the structure shown in Figure 6 in advance, since if the mask is made of ordinary photoresist, the photoresist itself may be etched and disappear.
Films of SiO 2 , Si 3 N 4 , and CVDSiO 2 are deposited on the Si substrate 10 in the order of SiO 2 , Si 3 N 4 , and CVDSiO 2 . First, the top layer of CVDSiO 2 is etched into a photoresist mask, and then the lower layer is etched into a photoresist mask.
Si 3 N 4 and SiO 2 may be etched, and the Si substrate 10 may be etched using these as a mask. this
The Si 3 N 4 film prevents the field SiO 2 film 11 from being etched when the CVDSiO 2 serving as a mask is finally removed. Therefore, other membranes may be used as long as they meet this purpose. At least, these three-layer films of CVDSiO 2 /Si 3 N 4 /SiO 2 are mask materials and will be removed eventually and will not remain on the Si substrate. Therefore, the mask material is not limited as long as it meets this purpose. Alternatively, if a fine beam can already be formed, the desired etching groove 17 can be obtained without a mask material. In principle, there is almost no limit to the depth of the etching groove 17, but if the width of the groove is W M , then the depth D M
is realistically about 0.5W M to 5W M. After this, a capacitor insulating film is formed. In principle, this insulating film can be made of any material as long as it has a high electrical breakdown voltage and is stable, but the materials traditionally used are thermally oxidized SiO 2 and thermal nitrogen.
Examples include Si 3 N 4 , CVDSi 3 N 4 , Ta 2 O 5 by CVD or reactive sputtering, Nb 2 O 5 , GrO 2 , etc. These films can be made into a single layer or multilayer to form a capacitor insulating film. In this example, a case will be explained in which a stacked film of SiO 2 and Si 3 N 4 is used. Grooves formed in the Si substrate 10 by dry etching (plasma etching, sputter etching, etc.) cause more or less electrical crystal damage and contamination to the Si substrate 10, unlike in the case of solution etching. Therefore, after dry etching, 10
Solution etching may be performed to a depth of about 500 nm to the extent that the damage and contamination described above do not effectively pose a problem. As a solution, NH 4 OH + H 2 O 2 system or HF +
Aqueous solutions based on HNO 3 are well suited for this purpose. As shown in Figure 9, Si
After removing the surface of the substrate 10 and its grooves 17, a capacitor SiO 2 film 18 with a thickness of 5-20 nm is deposited.
Formed by thermal oxidation at 900-1200℃ in an oxidizing atmosphere. Thereafter, a capacitor Si 3 N 4 film 19 is deposited to a thickness of 5 to 20 nm by CVD at 650 to 850°C. Since these film thicknesses are set in consideration of the desired capacitance per unit area and withstand voltage, they may deviate from the above-mentioned film thickness ranges. This CVDSi 3 N 4 19 generally has an internal stress of 1×10 10 dyn/cm 2 and is strong, so if it is directly deposited on the Si substrate 10, defects will occur and the characteristics will be impaired. Therefore, in general
SiO 2 is placed under Si 3 N 4 . This is not the case when directly nitriding the Si substrate 10 to form a Si 3 N 4 film, and a dense film with high electrical breakdown voltage can be obtained, but in order to obtain a film thicker than 10 nm,
Requires reaction time of over 1 hour. Furthermore, since the rate of increase in film thickness decreases rapidly when the thickness exceeds 10 nm, it is not appropriate to obtain a thick film. Also these
The surface of the Si 3 N 4 film 19 can be oxidized by 2 to 5 nm to improve the breakdown voltage. Thereafter, as shown in FIG. 10, a plate 8 made of polycrystalline Si is deposited on the entire surface. Polycrystalline Si deposited by the CVD method often goes around the inside of the groove 17 and is deposited, so the polycrystalline Si on the side wall of the groove 17
The film thickness is almost the same as that of the upper surface. Then this polycrystal
Thermal diffusion of phosphorus is performed on Si using POCl 3 gas, etc. Since the width of the etched groove 17 is W M , if the thickness of the polycrystalline Si 8 is T S1 , if W M > 2T S1 , a groove (groove width 2T S2 ) as shown in Fig. 10 remains. do.
Since this groove adversely affects the insulating film deposited on its upper surface and the processing and deposition condition of the word line 4, it is better to fill it. In this application example, as shown in Fig. 10, the same polycrystalline Si is deposited on the entire surface with a thickness of T S2 ,
After that, when the entire surface is removed by the thickness of T S2 by plasma etching using well-known CF 4 or SF 6 gas, polycrystalline Si 82 remains just buried in the groove, as shown in Figure 10, and the top surface is It becomes flat.
If the trench is filled with only one deposition of polycrystalline Si 8, there is no need for a second deposition, but since the plate 8 is also used as a wiring part, an appropriate thickness is required.
It is about 100 to 500 nm. If this does not fill the area, use the double deposition method of polycrystalline Si as explained above. If a second polycrystalline Si layer is directly deposited on top of the polycrystalline Si layer 8 and the entire surface is etched, the end point of the etching becomes unclear because the boundary between the two layers is fused. Therefore, the surface of the first layer of polycrystalline Si8 is
30 nm thermal oxidation is performed and two SiO layers are sandwiched between the two. In this way, the SiO 2 film on the first layer of polycrystalline Si8 is exposed while the second layer of polycrystalline Si is etched over the entire surface, and plasma etching of polycrystalline Si is generally
Since the etching speed of polycrystalline Si is more than 10 times higher than that of SiO 2 , even if some overetching is performed, the polycrystalline Si 8 in the first layer is protected by SiO 2 and will not be etched. Thereafter, a plate 8 is formed by a photoetching method, and as shown in FIG. 11, this is oxidized to obtain a first interlayer oxide film 13 having a thickness of 100 to 400 nm.
At this time, the Si 3 N 4 film 19 is hardly oxidized. Thereafter, using the first interlayer oxide film 13 as a mask, the Si 3 N 4 film 19 and the SiO 2 film 18 are removed by etching.
A gate oxide film 12 with a thickness of 10 to 50 nm is obtained by oxidation in dry oxygen at 1150° C. and 1 to 5% HCl. After that, as shown in Fig. 12, a single layer of polycrystalline Si, silicide (Mo 2 Si, Ta 2 O 5 ), etc. or a layered film of these, or a layer of W or
A gate (word line 4) made of refractory metal such as Mo is selectively deposited. Then, as shown in Figure 13, A S and phosphorus were added to the
When ion implantation is accelerated to ~120 KeV, n +
A source/drain layer 15 is formed. Further, a second interlayer insulating film 14 typified by a CVDSiO 2 film containing 4 to 10 mol % of phosphorus is deposited to a thickness of 300 to 1000 nm, and densified by heat treatment at 900 to 1000°C. Thereafter, electrode connection holes 9 are formed that reach the n + layer 15 of the substrate, the gate 4, and the plate 8, and electrodes 30, typically made of Al, are selectively deposited (only the bit line 3 is shown in the figure). With this, the etched groove 17
A one-transistor type dynamic memory cell can be constructed in which the sidewall of the capacitor is a part of the capacitor. FIG. 14 shows a plan view of this memory cell. If the bottom surface of the etched groove 17 is the same as the top surface, the capacitor area seen from the top surface will not change, so if the peripheral length of the etched groove 17 is L M and the depth is D M , then the etched groove is added. As a result, the area increases by L M ×D M. The planar area of capacitor region 16 is
If a groove 17 of 3 μm is formed, the plane area is
9μm 2 , and the side wall of the etched groove is 1×4×2=
It becomes 8μm2 . That is, by adding an etched groove 17 of 1 μm and 2 μm deep, the capacitor area is approximately doubled from 9 μm 2 to 17 μm 2 (=9+8). This approximately doubles the S/N ratio of the signal input to the sense amplifier 5, which has an extremely significant effect in terms of stable operation of the memory. In the explanation of FIG. 14, the grooves 17 are square, but FIGS. 15 and 16 show another application example of the present invention in which a plurality of grooves 17 are provided. FIG. 15 shows a case in which the edge of the groove 17 is located at a constant distance ΔL from the edge of the capacitor region 16, and is composed of one groove 17. If the area of the capacitor is L×L, the peripheral length L M of the etched groove 17 is 4(L−2ΔL). FIG. 16 shows another application example of the present invention,
Four square grooves were formed as shown. If the distance between the etched grooves 17 is S M , the peripheral length of the four etched grooves is 8 (L-2ΔL-S M ). In order to intuitively understand these magnitude relationships, L=
If 5μmΔL=S M =1μm, the peripheral length A 1 of the groove in the case of one groove in Fig. 15 is A 1 = 12 μm, and the peripheral length A 4 in the case of four grooves in Fig. 16 is A 4 = 16 μm. . Therefore, multiple grooves are generally more advantageous than one groove, and they reduce the minimum size that can be processed using lithography.
If L nio , the width of the etched groove L M and the interval S M
Most advantageously, L M =S M =L nio . L M and
If one of S M is larger than the other, then
The smaller of either can be set as L nio . FIG. 17 shows another example of application of the present invention. The key point of this application example is that a depression is introduced in the case shown in FIG. 15, with L M constant, and the area increases by the amount of the side wall that goes inside. FIG. 18 shows another example of application of the present invention. This application example is a case where there is a planar capacitor part 162 surrounded by a groove 17 with a width L M , and with this, the side wall of the columnar part formed therein is newly added to the capacitor part 162 in the case shown in FIG. The area can be increased. The common feature of the application examples shown in FIGS. 17 and 18 is that the bending angle of the inner wall along the inner wall of the etched groove 17 is 180 degrees.
This means that there is a portion (the portion indicated by θ L in FIGS. 17 and 18) that exceeds the limit. The edges of these patterns processed by lithography are rarely formed with absolute straight lines;
Generally, it has a curvature of radius r, but even in this case it can be defined by having an angle exceeding 180 degrees. In other words, it can be defined by the presence of a convex portion on the inner wall of the groove 17. FIG. 19 shows another example of application of the present invention, in which there are a plurality of columnar parts 163 and 164,
This also allows a large capacitor area to be obtained with the same area. The application example of the present invention has been described above using one unit of memory cell, but in actual memory, a plurality of these cells form an array, and as mentioned above, interference between mutual cells becomes a problem. . This explanatory diagram is shown in FIGS. 20 to 22. Second
As shown in FIG. 0, four grooves 171 to 174 are arranged alternately. In this case, mutual interference can be roughly divided into between grooves (AA cross section) and between grooves and diffusion layer (BB cross section).
There is a cross section). FIG. 21 is a diagram illustrating the interference between grooves 171 and 172. Grooves 171 and 172 face each other with field oxide film 11 in between, and depletion layers 201 and 202 surround each other. It is formed. According to the depletion layer approximation method, which is simplified as long as it does not impair the essence of physics, the gate insulating film 12 and Si
If there is no carrier 21 at the interface of the substrate 10,
The thickness of the depletion layer is

【式】で与えられ る。 ここでεS,φF,q,Naはそれぞれ、Si基板1
0の誘電率、フエルミレベルおよび素電荷量(=
1.6×10-19C)、およびSi基板の不純物濃度であ
る。ゲート絶縁膜12は空乏層の厚さに比べて通
常は十分に薄いので、VCは印加する電圧Vaとみ
なしてよいので、印加電圧の1/2乗で空乏層は伸
びる。また、界面にキヤリヤが平衡状態まで十分
存在した場合の空乏層の厚さ
It is given by [Formula]. Here, ε S , φ F , q, and Na are respectively Si substrate 1
Dielectric constant of 0, Fermi level and elementary charge amount (=
1.6×10 -19 C), and the impurity concentration of the Si substrate. Since the gate insulating film 12 is usually sufficiently thinner than the thickness of the depletion layer, V C can be regarded as the applied voltage V a , so the depletion layer grows to the 1/2 power of the applied voltage. Also, the thickness of the depletion layer when there is enough carrier at the interface to reach an equilibrium state.

【式】となる。 第21図に示すように、両方から空乏層が伸び
てくると、互いの間の電流(キヤリヤの移動)の
やりとりは指数関数的に増大する。たとえば、通
常のメモリセルの諸元から、NA=1×1015/cm3
VC=5Vとすると、Xdnax2.5μm、Xdnio=0.8μ
mとなる。従つて、もし溝171と172の最短
距離がSnioとすると、SnioがXdnaxとXdnioを加え
た距離すなわち3.3μm(=2.5+0.8)に近づき、
さらに小さくなるにつれて一方の溝壁に貯えれて
いたキヤリヤは、他方の溝へ流れていき、貯えて
いた情報が失なわれることになる。キヤリヤのな
い方へ、キヤリヤが移動すると、その分だけ空乏
層が縮み、キヤリヤが失われた方は、空乏層が伸
びるので、拮抗を保つ。なお、この時空乏層の伸
びは半導体基体表面近傍よりも半導体基体内部の
方が大きくなる。これは、一般にフイールド酸化
膜11の直下には基板10と同導電型の高濃度チ
ヤネルストツパーが形成されているなどの理由に
よる。すなわち、メモリセル容量間のリーク電流
は半導体基体表面近傍ではなく、半導体基体内部
で近接した溝型キヤパシタの空乏層が互いに重な
つた部分で流れてしまうことを意味する。このこ
とは、隣接したメモリセル容量間のメモリ情報の
干渉が生じるという問題をおこす。 ダイナミツクRAMは、情報が揮発性なので、
通常は20ms毎に書き替える(リフレツシユとも
いう。)従つてこの間に十分再生可能な信号量を
保つておけばよいので、以上説明したごとく、単
純に空乏層が接触するか否かを判定基準とするこ
とはできない。しかし、Snio>Xdnax+Xdnioとし
ておくことは情報の保持のために有効な手だてと
なる。隣接の2つの溝171と172ともキヤリ
ヤのないときには、両者とも最大の空乏層幅
Xdnaxとなるが、たとえば接触したとしても、共
にキヤリヤがないので情報が破壊されることはな
い。 また第22図に示すように、溝と溝間の干渉だ
けでなく、溝173と拡散層151間の干渉も想
定される。この場合も基本的には溝と溝間干渉と
同様である。 メモリセルは、集積密度を高める必要があるの
で、特に溝間の距離を短かくする場合には、既述
したXdnaxの式から推察できるように、基板濃度
NAを上昇すればよい。Si基板10全体の濃度を
高めるのが最も単純な方法であるが、この場合に
は、メモリセル以外の周辺回路にも影響を及ぼす
ので、第23図に示すように、あらかじめ第8図
に示した溝形成前に空乏層伸延防止手段、すなわ
ち、基板と同導電型のウエル22を溝の部分に形
成すればよい。Bなどのp型不純物をイオン打込
みによつて1×1012〜1×1014cm-2の密度に添加
し、その後1000〜12000℃の熱処理によつて所定
の深さに拡散すればよい。第23図では、溝1つ
に対して1つのウエル22を形成する場合を示し
たが、メモリセルを複数個含むメモリアレー全体
に1つのウエルを形成しても同様の効果を期待で
きる。この場合には、スイツチトランジスタ2の
部分も高濃度となるので、これも避ける場合に
は、第24図に示すように第8図に示した溝17
を形成した後にSi表面から熱拡散法等によつて表
面層にのみ空乏層伸延防止手段、すなわち基板と
同一導電型の高濃度層23を形成すればよい。イ
オン打込みは、直進性があるので、溝17の側壁
に不純物を添加するには、斜め方向からイオン打
込みしたり、あるいは10KeV以下の加速電圧で、
積極的に打込みイオンによるスパツタリングを利
用し、側壁にも不純物を被着させることもでき
る。 以上述べてきた本発明の実施例は、すべて、
MOS容量の反転層をメモリセルのキヤパシタ1
として用いたものである。さらにn+層−プレー
ト8間のキヤパシタを用いた本発明の他の実施例
を第25の形成後、ホトエツチング法等で選択的に
キヤパシタ領域16の部分に拡散層15と同じ
n+導電型の領域、すなわちキヤパシタ電極層2
4を形成する。方向性のあるイオン打込み法を用
いると、溝の側壁部に不純物を添加するにはAS
やPを斜め方向に打込んだり、あるいは10KeV
以下に加速エネルギーを下げて、積極的にイオン
によるスパツタリングを利用して側壁部にAS
Pを添加する。あるいは、通常よく用いられる
POCl3を用いた熱拡散法やASやPを含むCVDガ
ラスを選択的に被着して、これからASやPを拡
散することもできる。 また本発明のフイールド部は、酸化膜11で形
成したが、本発明はメモリセル間のアイソレーシ
ヨン部として、第26図に示した基板に堀り込ん
だアイソレーシヨン溝25を用いることもでき
る。これは、Si基板に、よく知られたCF4やSF6
ガスを主成分とするドライエツチングで、1〜
5μm深さの溝を堀り、これにSiO2膜や、あるい
は多結晶Siなどの膜26を充填しアイソレーシヨ
ンとするものである。充填膜26を導電性のあ
る、たとえば不純物添加した多結晶Siなどにする
ときには、第27図に示すようにSiO2やSi3N4
に代表されるアイソレーシヨン絶縁膜27を、あ
らかじめ被着しておいてから、充填膜26を埋め
込めばよい。CVD法で被着する多結晶Siは細い
溝でもよくまわり込み、幅1μm、深さ5μmの溝
でも、0.5μm厚のCVD多結晶Siで埋めることが
できる。 第28図に本発明の多の実施例を示す。これは
すでに説明した、第21図の例のフイールド酸化
膜11のかわりに、第27図に示した溝によるア
イソレーシヨンを空乏層伸延防止手段としても設
けた例である。第6図に示したアイソレーシヨン
を形成する時点で、Si基板10にアイソレーシヨ
ン溝25を形成し、SiO2あるいはSi3N4との重ね
膜のアイソレーシヨン絶縁膜27を10〜200nm
厚に被着し、多結晶Siの充填膜26を充填する。
膜26の堆積時か、あるいは堆積後にリンやAS
を添加して導電性を得る。この充填膜26を接地
電位に保つか、あるいは電源電圧VCCと同電位に
しても、十分溝25の下部に基板と同導電型の不
純物濃度の高い領域を形成しておけば、この溝は
両側から伸びる空乏層20−1と20−2を分離
することができる。ひいては、溝171と172
の距離を縮めることができ、メモリの高密度化に
資することができる。第28図は、反転層による
例を示したが、第25図に示したキヤパシタ電極
を用いる場合も全く同様に形成できることは明ら
かである。 本発明の実施例では、nチヤネル型の例を用い
て説明したが、pチヤネル型にするには、導電型
をすべて逆にすればよい。 また本発明の実施例の説明では、折り返しビツ
トライン構成を用いたが、開放ビツトライン構成
にも同様に適用しうることは明らかである。また
本発明の実施例では、容量絶縁膜にSiO2とSi3N4
のどちらか一方あるいは両方を用いて1層〜3層
構造の絶縁膜を用いることもできる。 以上本発明を詳細な実施例によつて示したが、
溝型キヤパシタを用いると、たとえば3μm角の
キヤパシタ領域16に2μm□ の深さ4μmの溝17
を形成すると、この溝がないときには9μm2のキ
ヤパシタ面積となるが、溝がある場合には41μm2
(=3×3+2×4×4)となり、5倍以上の改
善となる。このような溝型キヤパシタメモリセル
を本発明によつてさらに近接配置することができ
た。
[Formula] becomes. As shown in FIG. 21, when depletion layers extend from both sides, the exchange of current (carrier movement) between them increases exponentially. For example, from the specifications of a normal memory cell, N A =1×10 15 /cm 3
If V C = 5V, Xd nax 2.5μm, Xd nio = 0.8μ
m. Therefore, if the shortest distance between the grooves 171 and 172 is S nio , S nio approaches the sum of Xd nax and Xd nio , that is, 3.3 μm (=2.5 + 0.8),
As it becomes smaller, the carrier stored in one groove wall will flow to the other groove, and the stored information will be lost. When the carrier moves to the side where there is no carrier, the depletion layer shrinks by that amount, and on the side where the carrier is lost, the depletion layer grows, so that antagonism is maintained. Note that at this time, the depletion layer extends more inside the semiconductor substrate than near the surface of the semiconductor substrate. This is because, in general, a high concentration channel stopper of the same conductivity type as the substrate 10 is formed directly below the field oxide film 11. This means that the leakage current between the memory cell capacitances flows not near the surface of the semiconductor substrate, but inside the semiconductor substrate at a portion where the depletion layers of adjacent groove capacitors overlap each other. This causes a problem in that memory information interference occurs between adjacent memory cell capacitors. Since the information in dynamic RAM is volatile,
Normally, it is rewritten every 20ms (also called refresh), so it is only necessary to maintain a sufficient reproducible signal amount during this time.As explained above, the judgment criterion is simply whether or not the depletion layer contacts. I can't. However, setting S nio > Xd nax + Xd nio is an effective means for retaining information. When there is no carrier in the two adjacent grooves 171 and 172, both have the maximum depletion layer width.
Xd nax , but even if they come into contact, the information will not be destroyed because there is no carrier. Further, as shown in FIG. 22, not only interference between grooves but also interference between the grooves 173 and the diffusion layer 151 is assumed. This case is also basically the same as the groove-to-groove interference. Since it is necessary to increase the integration density of memory cells, especially when shortening the distance between grooves, as can be inferred from the equation for Xd nax mentioned above, the substrate concentration
Just increase N A. The simplest method is to increase the concentration of the entire Si substrate 10, but in this case, it will affect peripheral circuits other than memory cells, so as shown in FIG. Before forming the groove, a means for preventing depletion layer extension, that is, a well 22 having the same conductivity type as the substrate may be formed in the groove portion. A p-type impurity such as B may be added to a density of 1×10 12 to 1×10 14 cm −2 by ion implantation, and then diffused to a predetermined depth by heat treatment at 1000 to 12000° C. Although FIG. 23 shows a case in which one well 22 is formed for one trench, the same effect can be expected even if one well is formed in the entire memory array including a plurality of memory cells. In this case, the concentration of the switch transistor 2 will also be high, so if you want to avoid this as well, as shown in FIG. 24, the groove 17 shown in FIG.
After forming the Si substrate, a depletion layer extension prevention means, that is, a high concentration layer 23 having the same conductivity type as the substrate, may be formed only on the surface layer by a thermal diffusion method or the like from the Si surface. Since ion implantation is linear, in order to add impurities to the side walls of the groove 17, ions must be implanted from an oblique direction, or at an accelerating voltage of 10 KeV or less.
It is also possible to actively deposit impurities on the side walls by actively utilizing sputtering using implanted ions. All of the embodiments of the present invention described above are
The inversion layer of the MOS capacitor is the capacitor 1 of the memory cell.
It was used as Further, another embodiment of the present invention using a capacitor between the n + layer and the plate 8 is formed by selectively forming the same diffusion layer 15 in the capacitor region 16 by photoetching or the like after forming the 25th layer.
n + conductivity type region, i.e. capacitor electrode layer 2
form 4. Directional ion implantation can be used to add impurities to the trench sidewalls using A S
or P diagonally, or 10KeV
Next, the acceleration energy is lowered, and A S and P are added to the sidewalls by actively using ion sputtering. Or commonly used
It is also possible to diffuse AS and P using a thermal diffusion method using POCl 3 or selectively depositing CVD glass containing AS and P. Further, although the field portion of the present invention is formed of the oxide film 11, the present invention may also use an isolation groove 25 dug into the substrate as shown in FIG. 26 as an isolation portion between memory cells. can. It uses the well-known CF 4 and SF 6 on the Si substrate.
Dry etching with gas as the main component, 1~
A trench with a depth of 5 μm is dug and filled with a film 26 of SiO 2 film or polycrystalline Si to provide isolation. When the filling film 26 is made of conductive material such as polycrystalline Si with impurities added, an isolation insulating film 27 typified by SiO 2 or Si 3 N 4 is coated in advance as shown in FIG. After this, the filling film 26 may be embedded. Polycrystalline Si deposited using the CVD method wraps around even narrow grooves well, and even a groove with a width of 1 μm and a depth of 5 μm can be filled with 0.5 μm thick CVD polycrystalline Si. FIG. 28 shows another embodiment of the invention. This is an example in which, in place of the field oxide film 11 of the example shown in FIG. 21, which has already been explained, the isolation by the groove shown in FIG. 27 is also provided as a depletion layer extension prevention means. At the time of forming the isolation shown in FIG. 6, the isolation groove 25 is formed in the Si substrate 10, and the isolation insulating film 27, which is an overlapping film with SiO 2 or Si 3 N 4 , is formed to a thickness of 10 to 200 nm.
It is deposited thickly and filled with a filling film 26 of polycrystalline Si.
Either during or after the deposition of the film 26, phosphorus and A S
is added to obtain conductivity. Even if this filling film 26 is kept at the ground potential or at the same potential as the power supply voltage V CC , if a region with a high impurity concentration of the same conductivity type as the substrate is formed sufficiently below the trench 25, this trench can be formed. Depletion layers 20-1 and 20-2 extending from both sides can be separated. In addition, the grooves 171 and 172
It is possible to shorten the distance between the two, contributing to higher memory density. Although FIG. 28 shows an example using an inversion layer, it is clear that the capacitor electrode shown in FIG. 25 can be formed in exactly the same manner. The embodiments of the present invention have been described using an example of an n-channel type, but to make a p-channel type, all conductivity types may be reversed. Further, in the description of the embodiments of the present invention, a folded bit line configuration is used, but it is clear that the present invention can be similarly applied to an open bit line configuration. Furthermore, in the embodiment of the present invention, SiO 2 and Si 3 N 4 are used in the capacitor insulating film.
An insulating film having a one-layer to three-layer structure can also be used by using one or both of the above. Although the present invention has been illustrated by detailed examples above,
If a groove-type capacitor is used, for example, a groove 17 of 2 μm square and 4 μm deep is formed in a 3 μm square capacitor region 16.
, the capacitor area is 9μm 2 without this groove, but with the groove it is 41μm 2
(=3×3+2×4×4), which is an improvement of more than 5 times. According to the present invention, such trench type capacitor memory cells can be arranged even closer together.

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

第1図、第2図、第3図、第4図、第5図は従
来のメモリセルを説明する図、第6図から第13
図は本発明への半導体メモリの適用例を示す断面
図、第14図から第20図は本発明への半導体メ
モリの適用例を示す平面図、第21図および第2
2図は本発明への適用例の半導体メモリのメモリ
セル間の相互関係を示す断面図、第23図から第
28図は本発明の半導体メモリの実施例を示す断
面図である。 1……キヤパシタ、2……スイツチ用MOSト
ランジスタ、3……ビツト線、4,41〜44…
…ワード線(その1部はゲート電極となる)、5
……センスアンプ、6…寄生容量、7,71〜7
3……活性領域(フイールド酸化膜に囲まれた領
域)、8……プレート、9……コンタクト孔(ビ
ツト線用コンタクト孔)、10……Si基板、11
……フイールド酸化膜、12……ゲート酸化膜、
13……第1層間酸化膜、14……第2層間酸化
膜、15,151,152……拡散層、16……
キヤパシタ領域、17,171〜174……溝、
18……キヤパシタSiO2膜、19……キヤパシ
タSi3N4膜、20,201〜204……空乏層、
21……キヤリヤ、22……ウエル、23……高
濃度層、24……キヤパシタ電極層、25……ア
イソレーシヨン溝、26……アイソレーシヨン充
填膜、27……アイソレーシヨン絶縁膜。
FIGS. 1, 2, 3, 4, and 5 are diagrams explaining conventional memory cells, and FIGS.
14 to 20 are plan views showing examples of application of the semiconductor memory to the present invention, and FIGS.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the mutual relationship between memory cells of a semiconductor memory according to an example of application to the present invention, and FIGS. 23 to 28 are cross-sectional views showing embodiments of the semiconductor memory according to the present invention. 1... Capacitor, 2... MOS transistor for switch, 3... Bit line, 4, 41-44...
...word line (a part of which becomes the gate electrode), 5
...Sense amplifier, 6...Parasitic capacitance, 7, 71~7
3... Active region (area surrounded by field oxide film), 8... Plate, 9... Contact hole (contact hole for bit line), 10... Si substrate, 11
...Field oxide film, 12...Gate oxide film,
13...First interlayer oxide film, 14...Second interlayer oxide film, 15,151,152...Diffusion layer, 16...
Capacitor region, 17,171-174...groove,
18... Capacitor SiO 2 film, 19... Capacitor Si 3 N 4 film, 20,201-204... Depletion layer,
21...Carrier, 22...Well, 23...High concentration layer, 24...Capacitor electrode layer, 25...Isolation groove, 26...Isolation filling film, 27...Isolation insulating film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 複数のワード線と、該ワード線と交叉して設
けられた複数のビツト線と、該ワード線とビツト
線との所望の交点に設けられた複数のメモリセル
と、 上記ビツト線に読みだされた情報を増幅する回
路とを有する大規模半導体メモリにおいて、 上記メモリセルのそれぞれは情報を蓄積するた
めの容量と、該容量への情報の読み書きを制御す
るスイツチトランジスタとを有し、 上記容量は半導体基体の主表面の第一の領域に
設けられた溝と、該溝の半導体表面に設けられた
容量絶縁膜と、該容量絶縁膜上に設けられた電極
とを有し、かつ上記溝の深さは溝の幅をWMとし
たとき、0.5WM以上であり、 上記スイツチトランジスタの第一の電極は上記
ワード線に電気的に接続され、上記スイツチトラ
ンジスタの第二の電極は上記ビツト線に電気的に
接続され、上記スイツチトランジスタの第三の電
極は上記溝の上記半導体表面に電気的に接続さ
れ、 上記複数のメモリセルのうち隣接する二つのメ
モリセル間で上記半導体基体内部での上記二つの
メモリセルの容量間のリーク電流を低減する手段
が設けられてなることを特徴とする大規模半導体
メモリ。 2 上記リーク電流を低減する手段は、上記容量
絶縁膜の外側に形成される不純物領域であつて、
上記第一の領域と同導電型であり、かつ上記第一
の領域の不純物濃度より高濃度の不純物領域であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
大規模半導体メモリ。 3 上記ビツト線は、上記ワード線上に、絶縁膜
を介して設けられてなることを特徴とする特許請
求の範囲第1項又は第2項記載の大規模半導体メ
モリ。 4 上記第一電極は多結晶Siとシリサイドからな
り、かつ上記容量絶縁膜はSiO2、Si3N4、SiO2
三層膜からなることを特徴とする特許請求の範囲
第1項乃至第3項記載の大規模半導体メモリ。 5 上記容量絶縁膜の上層のSiO2膜は上記Si3N4
を酸化して設けられたことを特徴とする特許請求
の範囲第4項記載の大規模半導体メモリ。 6 複数のワード線と、該ワード線と交叉して設
けられた複数のビツト線と、該ワード線とビツト
線との所望の交点に設けられた複数のメモリセル
と、 上記ビツト線に読み出された情報を増幅する回
路とを有する大規模半導体メモリにおいて、 上記メモリセルは情報を蓄積するための容量
と、該容量への情報の読み書きを制御するスイツ
チトランジスタとを有し、 上記容量は半導体基体の主表面の第一の領域に
設けられた溝と、該溝の半導体表面に設けられた
容量絶縁膜と、該容量絶縁膜上に設けられた電極
とを有し、かつ上記溝の深さは溝の幅をWMとし
たとき、0.5WM以上であり、上記電極は少なくと
も多結晶Siを含み、 上記スイツチトランジスタの第一の電極は上記
ワード線に電気的に接続され、上記スイツチトラ
ンジスタの第二の電極は上記ビツト線に電気的に
接続され、上記スイツチトランジスタの第三の電
極は上記溝の上記半導体表面に電気的に接続さ
れ、 上記第1の電極は多結晶Si、シリサイド、リフ
ラクトリー金属の中から選択された単層又は重ね
膜からなり、 上記複数のメモリセルのうち隣接する二つのメ
モリセルの間に上記二つのメモリセルの容量の形
成されている溝のどちらよりも深い溝が設けられ
ていることを特徴とする大規模半導体メモリ。 7 上記半導体の上記容量用溝は多結晶Siで埋め
込まれていることを特徴とする特許請求の範囲第
6項記載の大規模半導体メモリ。 8 上記ビツト線は、上記ワード線上に、絶縁膜
を介して設けられてなることを特徴とする特許請
求の範囲第6項又は第7項記載の大規模半導体メ
モリ。 9 上記第一電極は多結晶Siとシリサイドからな
り、かつ上記容量絶縁膜はSiO2、Si3N4、SiO2
三層膜からなることを特徴とする特許請求の範囲
範囲第6項乃至第8項記載の大規模半導体メモ
リ。 10 上記容量絶縁膜の上層のSiO2膜は上記
Si3N4膜を酸化して設けられたことを特徴とする
特許請求の範囲第9項記載の大規模半導体メモ
リ。 11 上記多結晶Siは導電性を有し、かつ一定電
位に保たれることを特徴とする特許請求の範囲第
7項記載の大規模半導体メモリ。
[Claims] 1. A plurality of word lines, a plurality of bit lines provided to intersect with the word lines, and a plurality of memory cells provided at desired intersections of the word lines and the bit lines; In a large-scale semiconductor memory having a circuit for amplifying information read out to the bit line, each of the memory cells has a capacity for storing information and a switch transistor for controlling reading and writing of information to the capacity. The capacitor includes a groove provided in a first region of the main surface of the semiconductor substrate, a capacitive insulating film provided on the semiconductor surface of the groove, and an electrode provided on the capacitive insulating film. and the depth of the groove is 0.5W M or more, where the width of the groove is W M , and the first electrode of the switch transistor is electrically connected to the word line, and the first electrode of the switch transistor is electrically connected to the word line. a second electrode is electrically connected to the bit line; a third electrode of the switch transistor is electrically connected to the semiconductor surface of the groove; A large-scale semiconductor memory, further comprising means for reducing leakage current between the capacitances of the two memory cells within the semiconductor substrate. 2. The means for reducing the leakage current is an impurity region formed outside the capacitor insulating film,
2. The large-scale semiconductor memory according to claim 1, wherein the impurity region has the same conductivity type as the first region and has a higher impurity concentration than the first region. 3. The large-scale semiconductor memory according to claim 1 or 2, wherein the bit line is provided on the word line with an insulating film interposed therebetween. 4. Claims 1 to 4, characterized in that the first electrode is made of polycrystalline Si and silicide, and the capacitive insulating film is made of a three-layer film of SiO 2 , Si 3 N 4 , and SiO 2 The large-scale semiconductor memory described in item 3. 5 The SiO 2 film on the upper layer of the capacitive insulating film is the Si 3 N 4
5. The large-scale semiconductor memory according to claim 4, wherein the large-scale semiconductor memory is provided by oxidizing the semiconductor memory. 6 A plurality of word lines, a plurality of bit lines provided to intersect with the word lines, a plurality of memory cells provided at desired intersections of the word lines and the bit lines, and a plurality of memory cells provided for reading to the bit lines. In a large-scale semiconductor memory having a circuit for amplifying stored information, the memory cell has a capacitor for storing information and a switch transistor for controlling reading and writing of information to the capacitor, and the capacitor is a semiconductor memory cell. a groove provided in a first region of the main surface of the base, a capacitive insulating film provided on the semiconductor surface of the groove, and an electrode provided on the capacitive insulating film; The width is 0.5 W M or more, where W M is the width of the groove, the electrode contains at least polycrystalline Si, the first electrode of the switch transistor is electrically connected to the word line, and the switch transistor is electrically connected to the word line. A second electrode of the transistor is electrically connected to the bit line, a third electrode of the switch transistor is electrically connected to the semiconductor surface of the groove, and the first electrode is made of polycrystalline Si, silicide. , consisting of a single layer or a layered film selected from refractory metals, and between two adjacent memory cells of the plurality of memory cells, the groove is formed with the capacitance of the two memory cells. A large-scale semiconductor memory characterized by having deep grooves. 7. The large-scale semiconductor memory according to claim 6, wherein the capacitance groove of the semiconductor is filled with polycrystalline Si. 8. The large-scale semiconductor memory according to claim 6 or 7, wherein the bit line is provided on the word line with an insulating film interposed therebetween. 9. Claims 6 to 9, characterized in that the first electrode is made of polycrystalline Si and silicide, and the capacitive insulating film is made of a three-layer film of SiO 2 , Si 3 N 4 , and SiO 2 The large-scale semiconductor memory according to item 8. 10 The SiO 2 film above the capacitive insulating film is as described above.
The large-scale semiconductor memory according to claim 9, characterized in that it is provided by oxidizing a Si 3 N 4 film. 11. The large-scale semiconductor memory according to claim 7, wherein the polycrystalline Si has conductivity and is maintained at a constant potential.
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