JPH0444428B2 - - Google Patents

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JPH0444428B2
JPH0444428B2 JP60030653A JP3065385A JPH0444428B2 JP H0444428 B2 JPH0444428 B2 JP H0444428B2 JP 60030653 A JP60030653 A JP 60030653A JP 3065385 A JP3065385 A JP 3065385A JP H0444428 B2 JPH0444428 B2 JP H0444428B2
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JP
Japan
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region
substrate
trench
capacitor
cell
Prior art date
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JP60030653A
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Japanese (ja)
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JPS6115362A (en
Inventor
Chauuchun Ruu Nitsukii
Hyungu Ningu Tatsuku
Madeison Taaman Ruisu
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International Business Machines Corp
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International Business Machines Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。[Detailed description of the invention] The present invention will be explained in the following order.

A 産業上の利用分野 B 開示の概要 C 従来技術 D 発明が解決しようとする問題点 E 問題点を解決するための手段 F 実施例 f1 メモリセルの構造 f2 メモリセルの製造工程 f3 メモリセルの動作 G 発明の効果 A 産業上の利用分野 この発明は、広くはダイナミツク・ランダム・
アクセス・メモリ(DRAM)セルに関し、特に
セルの記憶用キヤパシタが半導体基板中に形成さ
れたトレンチ(堀溝領域)内に配置されてなる
DRAMセルに関するものである。さらに詳しく
述べると、この発明は、基板の少くとも一部が濃
くドープされて記憶用キヤパシタの対向電極を形
成し、その一方ではトレンチ・キヤパシタ中に配
置され濃くドープされた多結晶プラグがもう一方
の電極をなすようなDRAMセルに関するもので
ある。
A. Field of industrial application B. Overview of the disclosure C. Prior art D. Problem to be solved by the invention E. Means for solving the problem F. Example f1 Structure of memory cell f2 Manufacturing process of memory cell f3 Operation of memory cell G. Effect of the invention A. Industrial application field This invention is broadly applicable to dynamic, random,
Regarding an access memory (DRAM) cell, in particular, a storage capacitor of the cell is arranged in a trench formed in a semiconductor substrate.
It concerns DRAM cells. More particularly, the present invention provides at least a portion of the substrate being heavily doped to form the counter electrode of the storage capacitor, and a heavily doped polycrystalline plug disposed in a trench capacitor on the other hand. This relates to DRAM cells that form electrodes.

B 開示の概要 このDRAMセルは、基板の導電型とは逆の導
電型をもつ井戸領域中に電界効果トランジスタ
(FET)を備えてなる。その井戸領域自身は基板
中の軽くドープされた部分中に形成され、
CMOS環境中で製造されるデバイスに好適な導
電型をもつ他の部分とともにnまたはp型の導電
型のどちらかを有するようにすることができる。
トレンチ・キヤパシタは井戸領域と基板の軽くド
ープされた部分とを貫通して、井戸の表面から基
板の濃くドープされた部分へと延入している。ま
た、トレンチ中に配置された電極は直接アクセス
用の上記FETのソースまたはドレインに接続さ
れる。
B. Summary of the Disclosure This DRAM cell includes a field effect transistor (FET) in a well region having a conductivity type opposite to that of the substrate. The well region itself is formed in a lightly doped portion of the substrate;
It can have either n- or p-type conductivity type with other parts having a conductivity type suitable for devices manufactured in a CMOS environment.
A trench capacitor extends through the well region and the lightly doped portion of the substrate from the surface of the well to the heavily doped portion of the substrate. Further, the electrode placed in the trench is connected to the source or drain of the FET for direct access.

C 従来技術 最近の技術文献においては、″単一デバイス″メ
モリセルの構成が強調され、そこではより高い集
積密度が追求されている。たいていの場合、デバ
イスの高い集積密度はアクセス用トランジスタと
記憶用キヤパシタとを近接させてセルの面積を低
減することにより達成されるが、それと同時に記
憶用キヤパシタの増大もはかられる。従来技術に
おいては、酸化膜を薄くしたりキヤパシタの面積
を拡大したり、半導体基板中にトレンチ・キヤパ
シタを形成することによりキヤパシタンスを増大
するようにしている。
C. Prior Art Recent technical literature emphasizes "single device" memory cell configurations in which higher integration densities are pursued. In most cases, high device integration densities are achieved by bringing the access transistors and storage capacitors closer together to reduce cell area while simultaneously increasing the storage capacitor. In the prior art, capacitance is increased by thinning the oxide film, increasing the area of the capacitor, or forming a trench capacitor in the semiconductor substrate.

さて、本出願人に係る米国特許出願第620667号
には、キヤパシタの対向電極として作用する濃く
ドープされた基板中にトレンチ・キヤパシタが延
入しているようなDRAMセルが開示されている。
それに加えて、トレンチ・キヤパシタに近接して
FETアクセス用トランジスタが配置され、その
アクセス用トランジスタのソースまたはドレイン
はトレンチ内に配置したキヤパシタの電極に直接
接続されている。この構成においては、絶縁層に
よつてアクセス用トランジスタが別の同様なセル
及び濃くドープされた基板から電気的に分離され
ている。しかし、上記出願は、セルのアクセス用
トランジスタが逆の導電タイプの半導体領域中に
配置された井戸領域内に形成されてなるような
CMOS環境中でDRAMセルを製造することに関
するものではない。すなわち、本願発明の構造が
そのような井戸領域をもち、さらにその井戸領域
を貫通して基板の濃くドープされた領域に延長さ
れたトレンチ・キヤパシタを備えていることを考
慮すると、本願発明は上記米国特許出願第620667
号とは一線を画される。
Now, commonly assigned US patent application Ser. No. 620,667 discloses a DRAM cell in which a trench capacitor extends into a heavily doped substrate which acts as the counter electrode of the capacitor.
In addition, in close proximity to the trench capacitor
A FET access transistor is disposed, and the source or drain of the access transistor is directly connected to the electrode of a capacitor disposed within the trench. In this configuration, an insulating layer electrically isolates the access transistor from other similar cells and the heavily doped substrate. However, the above application discloses a cell in which the access transistor is formed in a well region disposed in a semiconductor region of opposite conductivity type.
It is not concerned with manufacturing DRAM cells in a CMOS environment. That is, considering that the structure of the present invention has such a well region and further includes a trench capacitor extending through the well region to the heavily doped region of the substrate, the present invention has the above-mentioned structure. U.S. Patent Application No. 620667
A line is drawn from the issue.

1978年に東京で開催された第10回固体デバイス
会議の議事録、日本応用物理学会報追録18−1、
35−42ページ、M.コバヤシらによる“新規な高
集積密度の、積み重ねられたキヤパシタMOS
RAM(Novel High Density、Stacked
Capacitor MOS RAM)”と題する論文には対
応するアクセス用トランジスタ上部の積み重ねら
れたキヤパシタを使用したDRAMセルが記載さ
れている。この構造は、アクセス用トランジスタ
のソースが直接キヤパシタの一方の電極に接続さ
れている点で興味深い。しかし、この論文におい
てはトレンチ・キヤパシタについて言及されてい
ないし、n型またはp型の井戸領域に配置された
アクセス用トランジスタと接続してトレンチ・キ
ヤパシタを使用することも示唆されていない。
Proceedings of the 10th Solid State Device Conference held in Tokyo in 1978, Bulletin of the Japan Society of Applied Physics 18-1,
“Novel high-density stacked capacitor MOS” by M. Kobayashi et al., pp. 35-42.
RAM (Novel High Density, Stacked
The paper entitled ``Capacitor MOS RAM'' describes a DRAM cell that uses stacked capacitors on top of the corresponding access transistors. This structure allows the source of the access transistor to connect directly to one electrode of the capacitor. However, this paper does not mention trench capacitors, nor does it suggest the use of trench capacitors in connection with access transistors placed in n-type or p-type well regions. It has not been.

IEEEエレクトロン・デバイス・レターズ、
Vol.ED6−4、No.4、1983年4月、90−91ページ
にはH.スナミらによる“メガビツト・ダイナミ
ツクMOSメモリのための波形のキヤパシタ・セ
ル(A Corugated Capacitor Cell(CCC)for
Megabit Dynamic MOS memoies)”と題する
論文が掲載されており、この論文には基板中に延
長された堀状にエツチングされた記憶用キヤパシ
タによつて特徴づけられるワン・デバイス・メモ
リが開示されている。構造的には、この記憶用デ
バイスはアクセス用トランジスタに沿うように配
置されている。そして、堀状の領域は、キヤパシ
タの一方のプレートを形成すべく絶縁されポリシ
リコンで充填されている。さらに、その堀状領域
のまわりの半導体基板中にはデプリーシヨン領域
が形成されているので、そのポリシリコン・キヤ
パシタ電極に正の電圧が加えられるときに、突抜
け現象(punch−through)を防止するべく堀状
領域の間にある最小の間隔が必要であり、そのた
めデバイスの集積密度が制限されてしまう。ま
た、記憶用の電極として働く基板中の反転領域を
形成するために、基板はP-導電型でなくてはな
らず、このことはその論文の顕著が、基板を共通
の対向電極として使用すること、あるいはキヤパ
シタンスのある程度の大きさを得るためトレンチ
によつて濃くドープされた領域中に井戸領域を貫
通させることに想到していない、ということを示
唆する。一方、本願発明の構造においては、チツ
プ上に形成されたすべてのDRAMセルに対して
対向電極を与えるべく、基板の少くとも一部が濃
くドープされていなくてはならない。このため、
記憶用の電極がトレンチ中に配置されて対向電極
とは絶縁されているのでキヤパシタの短絡結線が
生じることはない。また、この従来例の構造にお
いては、ソースとドレインの拡散領域と堀状領域
内に配置された多結晶物質との間に直接の結線が
なく、また井戸領域内にアクセス用トランジスタ
が配置されていない。
IEEE Electron Device Letters,
Vol. ED6-4, No. 4, April 1983, pages 90-91, "A Corrugated Capacitor Cell (CCC) for Megabit Dynamic MOS Memory" by H. Sunami et al.
A paper titled ``Megabit Dynamic MOS memoies'' has been published, which discloses a one-device memory characterized by a storage capacitor etched in the form of an extended trench in the substrate. Structurally, the storage device is placed alongside the access transistor, and the moat-like region is insulated and filled with polysilicon to form one plate of the capacitor. Furthermore, a depletion region is formed in the semiconductor substrate around the moat-like region, which prevents punch-through when a positive voltage is applied to the polysilicon capacitor electrode. A minimum spacing between trench regions is required, which limits the integration density of the device.Also, the substrate is P - to form an inversion region in the substrate that serves as the storage electrode. The paper must be of conductive type, and this is highlighted in the paper by using the substrate as a common counterelectrode, or by using trenches in heavily doped regions to obtain a certain amount of capacitance. This suggests that no consideration has been given to penetrating the well region.On the other hand, in the structure of the present invention, at least one portion of the substrate is provided with a counter electrode for all DRAM cells formed on the chip. Some parts must be heavily doped.
Since the storage electrode is arranged in the trench and insulated from the counter electrode, no short-circuiting of the capacitor occurs. Furthermore, in this conventional structure, there is no direct connection between the source and drain diffusion regions and the polycrystalline material disposed in the trench region, and the access transistor is disposed within the well region. do not have.

IEDM83、1983年12月、319−322ページに記載
の、K.ミネギシらによる“ドープされた界面ト
レンチ・キヤパシタ・セルを用いたサブミクロン
CMOSメガビツト・レベル・ダイナミツクRAM
技術(A Submicron CMOS Megabit Level
Dynamic RAM Technology Using Doped
Tace Trench Capacitor Cell)”と題する論文
には、CMOS環境におけるRAMセルについて論
じられており、また、対応するアクセス用トラン
ジスタのための延長されたソース・ドレイン領域
を形成するために壁面を濃くドープされてなるト
レンチが開示されている。そして、トレンチ内に
は基板とは絶縁離隔されて多結晶電極が配置さ
れ、これがキヤパシタの対向電極として働く。し
かし、この構造においては濃くドープされた基板
が対応するトランジスタの性能を低下させるの
で、基板を対向電極として使用することができな
い。すなわち、いかなる場合でもキヤパシタは井
戸領域を貫通しないし、アクセス用デバイスのソ
ースと、キヤパシタ・トレンチ中の電極との間に
直接の接続が存在しない。
IEDM83, December 1983, pages 319-322, K. Minegishi et al.
CMOS megabit level dynamic RAM
Technology (A Submicron CMOS Megabit Level
Dynamic RAM Technology Using Doped
The paper entitled ``Tace Trench Capacitor Cell'' discusses a RAM cell in a CMOS environment, and the walls are heavily doped to form an extended source-drain region for the corresponding access transistor. A polycrystalline electrode is disposed in the trench insulated and separated from the substrate, and this serves as the counter electrode of the capacitor.However, in this structure, a heavily doped substrate is required. The substrate cannot be used as a counter electrode, as this would reduce the performance of the transistor, i.e. in no case should the capacitor penetrate the well region, and between the source of the access device and the electrode in the capacitor trench. There is no direct connection to .

米国特許第4397075号には、ドレインの拡散領
域を、半導体基板中にエツチングされた井戸領域
中に延長することによつてキヤパシタンスを高め
るようにした構造が開示されている。しかし、キ
ヤパシタ素子が独立に設けられていないし、キヤ
パシタスの増大はドレインのp−n接合面積を拡
げたことの直接の結果である。
U.S. Pat. No. 4,397,075 discloses a structure in which capacitance is increased by extending a drain diffusion region into a well region etched into a semiconductor substrate. However, the capacitor element is not provided independently, and the increase in capacitance is a direct result of increasing the pn junction area of the drain.

米国特許第4327476号には、溝またはトレンチ
中にキヤパシタ電極を配置してなるワン・デバイ
ス・メモリ・セルが開示されている。その電極
は、ソース・ドレイン領域に沿つて形成され、基
板とは絶縁離隔関係にある。しかしやはり、トレ
ンチ中のキヤパシタ電極とソース・ドレイン領域
の間には接続がない。また、この文献は濃くドー
プされた基板の部分中に貫入する井戸またはトレ
ンチを使用することを示唆しない。
US Pat. No. 4,327,476 discloses a one-device memory cell with a capacitor electrode placed in a groove or trench. The electrodes are formed along the source/drain regions and are insulated and separated from the substrate. However, there is still no connection between the capacitor electrode and the source/drain region in the trench. Also, this document does not suggest the use of wells or trenches penetrating into portions of the heavily doped substrate.

IBMテクニカル・デイスクロジヤ・ブレテイ
ン(Technical Disclosure Bulletin)、Vol.25、
No.7、1982年7月、593ページ、C.G.ジヤンボツ
カ(gambotkdr)の“高密度ワン・デバイス・
メモリ・セル(Very Dense One−Device
Memoy Cell)”と題する論文には、ドレイン拡
散領域がトレンチのまわりに形成されてなるワ
ン・デバイス・メモリ・セルが示されている。そ
してトレンチの内側は絶縁層で被覆され、その残
りの凹部にはポリイミドがポリシリコンまたは
SiO2が充填される。トレンチはセルに形成され
ているが、その中には分離されたキヤパシタが形
成されない。すなわち、この製造は、接合キヤパ
シタンスを増加させるためにドレイン拡散領域を
延長したものにすぎない。
IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol.25,
No. 7, July 1982, page 593, CG Gambotkdr's “High Density One Device
Memory Cell (Very Dense One−Device
The paper entitled ``Memory Cell'' describes a one-device memory cell in which a drain diffusion region is formed around a trench, the inside of the trench is covered with an insulating layer, and the remaining recessed area is covered with an insulating layer. Polyimide is polysilicon or
Filled with SiO2 . Although the trench is formed in the cell, no separate capacitor is formed within it. That is, this fabrication is simply an extension of the drain diffusion region to increase junction capacitance.

以上のことから、上述の従来技術には、アクセ
ス用トランジスタとそれに対応するトレンチ・キ
ヤパシタとを、逆の導電型の基板中に配置された
井戸領域中に形成してなるメモリ・セルが開示さ
れていないことが明らかである。その結果、井戸
領域が組み込まれた従来技術の構造においては、
トレンチが井戸領域を貫通し基板の濃くドープさ
れた対向電極部分中で容量的な影響のほとんどを
達成する、ということに想到してないためにキヤ
パシタンスの大きさが限定されてしまう。このよ
うに、従来技術においては、トレンチ・キヤパシ
タが井戸領域から延長されあるいは井戸領域を貫
通して濃くドープされた基板に達し、さらにアク
セス用トランジスタのソースがトレンチ内部に配
置された電極に直接接続されているような、アク
セス用トランジスタと井戸領域内のトレンチ・キ
ヤパシタとの組み合わせが示されていない。
From the above, the above-mentioned prior art discloses a memory cell in which an access transistor and a corresponding trench capacitor are formed in a well region disposed in a substrate of opposite conductivity type. It is clear that this is not the case. As a result, in prior art structures incorporating well regions,
The magnitude of the capacitance is limited because it is not considered that the trench penetrates the well region and achieves most of the capacitive effect in the heavily doped counterelectrode portion of the substrate. Thus, in the prior art, a trench capacitor extends from or passes through the well region to the heavily doped substrate, and the source of the access transistor is directly connected to an electrode located inside the trench. The combination of an access transistor and a trench capacitor in the well region as shown is not shown.

D 発明が解決しようとする問題点 この発明の主な目的は、アクセス用トランジス
タとトレンチ・キヤパシタとがともに半導体基板
中の井戸領域内に形成されているような“ワン・
デバイス”DRAMセルを提供することにある。
D. Problems to be Solved by the Invention The main object of the invention is to solve the problem in the case where an access transistor and a trench capacitor are both formed in a well region in a semiconductor substrate.
Our goal is to provide DRAM cells for devices.

この発明の別の目的は、トレンチ・キヤパシタ
の深さが、対応するアクセス用トランジスタが形
成されている井戸領域の深さよりも大きいような
DRAMセルを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method in which the depth of the trench capacitor is greater than the depth of the well region in which the corresponding access transistor is formed.
Our goal is to provide DRAM cells.

この発明のさらに別の目的は、トレンチ・キヤ
パシタが井戸領域から濃くドープされた領域中に
延長され、以てその箇所でセルのキヤパシタンス
の大部分が得られるようなDRAMセルを提供す
ることにある。
Yet another object of the invention is to provide a DRAM cell in which the trench capacitor extends from the well region into the heavily doped region, where the majority of the cell's capacitance is obtained. .

この発明のさらに別の目的は、隣接するキヤパ
シタ・トレンチとの間で突抜け現象(punch−
through)が生じることなく、また、比較的高い
抵抗率の基板を使用するメモリ・セルに内在す
る、α粒子によつて引き起こされたソフト・エラ
ー(soft error)を被りにくいDRAMセルを提供
することにある。
Still another object of the present invention is to prevent punch-through between adjacent capacitor trenches.
To provide a DRAM cell that is free from "through" and is less susceptible to soft errors caused by alpha particles inherent in memory cells using relatively high resistivity substrates. It is in.

この発明のさらに別の目的は、周辺の回路から
の小数キヤリアの注入によるソフト・エラーを被
りにくいようなDRAMセルを提供することにあ
る。
Still another object of the present invention is to provide a DRAM cell that is less susceptible to soft errors due to injection of fractional carriers from peripheral circuits.

E 問題点を解決するための手段 この発明は、FETアクセス用トランジスタと
記憶用キヤパシタとを利用し、それらの双方が半
導体基板の井戸領域に形成されてなるDRAMセ
ルに関するものである。その井戸領域は基板とは
逆の導電型の物質より成り、アクセス用トランジ
スタのソースとドレインとチヤネル領域とを含ん
でいる。さらにまた、井戸領域を貫通して濃くド
ープした基板領域に延長されたトレンチも設けら
れており、この濃くドープした基板領域が記憶用
キヤパシタの対向電極として働く。記憶用キヤパ
シタの電極は、基板とは絶縁され離隔されて配置
され、濃くドープされた多結晶シリコンから成つ
ている。その電極は、架橋領域によつてアクセス
用トランジスタのソースに接続されている。そし
て、チヤネル領域上に配置された多結晶ゲートに
よりDRAMセルの基本構造が完成する。基板中
に形成された井戸領域はpからn-のどちらかの
導電型である。そして、井戸領域がその一方の導
電型にあるとき、基板は濃くドープされたそれと
は反対の導電型にあり、井戸領域を配置するため
のそれより軽くドープされた同じ導電型の領域を
含んでいる。その軽くドープされた領域は基板の
濃くドープされた領域から逆の導電型の井戸領域
に至る遷移領域をなし、これにより両領域間の接
合点における降伏(breakdown)が低減される。
尚、基板の濃くドープされた領域はトレンチ・キ
ヤパシタの対向電極として働くのみでなく、α粒
子の入射によるソフト・エラーの影響を低減する
ような性質をメモリ・セルに与える役目を果た
す。
E. Means for Solving the Problems The present invention relates to a DRAM cell that utilizes a FET access transistor and a storage capacitor, both of which are formed in a well region of a semiconductor substrate. The well region is comprised of a material of the opposite conductivity type as the substrate and includes the source and drain of the access transistor and the channel region. Additionally, a trench is provided extending through the well region into the heavily doped substrate region, which serves as the counter electrode of the storage capacitor. The storage capacitor electrode is insulated and spaced apart from the substrate and is made of heavily doped polycrystalline silicon. Its electrode is connected to the source of the access transistor by a bridging region. The basic structure of the DRAM cell is then completed by the polycrystalline gate placed on the channel region. The well region formed in the substrate is of one of p to n conductivity types. and when the well region is in one conductivity type, the substrate is in the opposite conductivity type to which it is heavily doped and includes a region of the same conductivity type that is more lightly doped than that for locating the well region. There is. The lightly doped region forms a transition region from the heavily doped region of the substrate to the well region of the opposite conductivity type, thereby reducing breakdown at the junction between the two regions.
Note that the heavily doped region of the substrate not only serves as a counter electrode for the trench capacitor, but also serves to provide the memory cell with properties that reduce the effects of soft errors due to the incidence of alpha particles.

本発明のセルにおいては、井戸領域に一定の電
圧が加えられ、アクセス用トランジスタのポリシ
リコン・ゲートがワート・ラインの一部を形成
し、そのワード・ラインに1つのアレイの複数の
DRAMセルが接続される。同様に、FETアクセ
ス用トランジスタのソースドレインはビツト・ラ
インに接続され、そのビツト・ラインに1つのア
レイの複数のDRAMセルが接続される。そうし
て、アクセス用トランジスタにワード及びビツト
ラインの適当な電圧を加えることにより、記憶用
キヤパシタに2進情報を読み書きすることができ
る。
In the cell of the present invention, a constant voltage is applied to the well region, and the polysilicon gate of the access transistor forms part of a word line that contains multiple cells of an array.
DRAM cells are connected. Similarly, the sources and drains of the FET access transistors are connected to bit lines to which the DRAM cells of an array are connected. Binary information can then be read and written to the storage capacitor by applying appropriate word and bit line voltages to the access transistors.

本発明のDRAMセルはpチヤネルとnチヤネ
ルのどちらのアクセス用トランジスタを用いても
実施することができる。ソース領域とドレイン領
域の導電型はキヤパシタ電極として使用される多
結晶シリコンの導電型を支配する。
The DRAM cell of the present invention can be implemented using either p-channel or n-channel access transistors. The conductivity types of the source and drain regions govern the conductivity type of the polycrystalline silicon used as the capacitor electrode.

本発明のDRAMセルの構造を製造するための
技術も開示される。この製造方法はCMOSデバ
イスを製造するために使用されるプロセスとはあ
まり異なつていない。但し、1つの相違は、基板
の軽くドープされた部分の中の井戸領域の形成の
あとで、反応性イオン・エツチングにより、井戸
領域の表面から井戸領域を貫通して基板の濃くド
ープされた部分に延長されたトレンチを形成す
る、ということである。そのあと、トレンチは絶
縁物質で縁取られ、多結晶物質で充填される。次
に、第2の多結晶シリコンの層を使用して、トレ
ンチ中の電極をアクセス用トランジスタのソース
領域と接続する架橋領域が形成される。ソース領
域の部分は、後のアニール工程で架橋領域がドー
パントを拡散放出するとき形成される。こうして
出来上がつた構造は良好な幾何形状をもち、従来
のトレンチ・キヤパシタのように最小間隔に制限
を受けることがなく、また従来のDRAM中に生
じていたソフト・エラーを生じにくくなる。
Techniques for manufacturing the DRAM cell structure of the present invention are also disclosed. This manufacturing method is not very different from the processes used to manufacture CMOS devices. However, one difference is that after the formation of the well region in the lightly doped portion of the substrate, reactive ion etching is performed from the surface of the well region through the well region to the heavily doped portion of the substrate. This means forming an extended trench. The trench is then lined with an insulating material and filled with a polycrystalline material. A second layer of polycrystalline silicon is then used to form a bridging region connecting the electrode in the trench to the source region of the access transistor. Portions of the source region are formed when the bridging region diffuses out the dopants during a subsequent anneal step. The resulting structure has good geometry, is not limited by the minimum spacing of traditional trench capacitors, and is less susceptible to soft errors that occur in traditional DRAMs.

F 実施例 f1 メモリセルの構造 図面において、アクセス用トランジスタ2は
ソース領域とドレイン領域とをもつものとして
特徴づけられる。ここでは説明の便宜上、ドレ
イン領域はメモリアレイのビツトラインに接続
された領域であるとする。さらに、トレンチ・
キヤパシタ3の電極がアクセス用トランジスタ
2を介してチヤージが蓄えられる電極であり、
一方その対向電極はチヤージが導入される電極
である。
F Example f1 Structure of Memory Cell In the drawing, the access transistor 2 is characterized as having a source region and a drain region. For convenience of explanation, it is assumed here that the drain region is a region connected to the bit line of the memory array. In addition, trench
The electrode of the capacitor 3 is the electrode where charge is stored via the access transistor 2,
On the other hand, the counter electrode is the electrode into which the charge is introduced.

さて第1図には、本発明に係るDRAMセル
1の部分断面図が図式的に示されており、同図
において、アクセス用FETトランジスタ2と
トレンチ・キヤパシタ3とが、好適にはシリコ
ンである半導体基板4中に形成されている。ア
クセス用トランジスタ2はn型井戸領域5中に
形成され、そのトランジスタ2は濃くドープさ
れたp+導電型の領域であるソース領域6とド
レイン領域7とを備えている。n型井戸領域5
は基板4の軽くドープされたp-導電型の部分
8に形成されている。また、孔をあけた酸化
(ROX)領域9はメモリセル1を基板4上の他
のメモリセルから分離する働きがある。第1図
において、トレンチ・キヤパシタ3はトレンチ
10から形成されている。トレンチ10は基板
4の表面からn型井戸領域5、及び軽くドープ
された基板の部分8を貫通して基板4の濃くド
ープされたp+導電型の部分11に延長される。
濃くドープされたp+導電型の多結晶シリコン
からなるプラグ12はトレンチ10中に配置さ
れ、絶縁層13によつて基板4とは絶縁されて
いる。絶縁層13は単一の2酸化シリコン層で
あつてもよいが、好ましくは2酸化シリコンと
窒化シリコンと2酸化シリコンとの複合層であ
る。ソース領域6とプラグ12は物理的にも電
気的にも、濃くドープされたp+導電型のポリ
シリコンからなる架橋領域14によつて接続さ
れる。尚、架橋領域14はこのプロセス中で利
用可能であるならどのような導電物質でもよ
い。濃くドープされたn+導電型ポリシリコン
からなるゲート電極15は、薄いゲート酸化膜
16によつてソース領域6とドレイン領域7の
間のチヤネル領域から絶縁されるようにそのチ
ヤネル領域上に配置されている。ゲート電極1
5は結線17を介してDRAMセルのアレイの
別のゲート電極WL1に接続されている。
FIG. 1 now schematically shows a partial cross-sectional view of a DRAM cell 1 according to the invention, in which an access FET transistor 2 and a trench capacitor 3 are preferably made of silicon. It is formed in the semiconductor substrate 4. The access transistor 2 is formed in an n-type well region 5 and has a source region 6 and a drain region 7, which are heavily doped regions of p + conductivity type. N-type well region 5
is formed in a lightly doped p - conductivity type portion 8 of the substrate 4. Additionally, a perforated oxide (ROX) region 9 serves to separate the memory cell 1 from other memory cells on the substrate 4. In FIG. 1, a trench capacitor 3 is formed from a trench 10. In FIG. A trench 10 extends from the surface of the substrate 4 through the n-well region 5 and the lightly doped portion 8 of the substrate into the heavily doped p + conductivity type portion 11 of the substrate 4 .
A plug 12 made of heavily doped polycrystalline silicon of p + conductivity type is placed in the trench 10 and insulated from the substrate 4 by an insulating layer 13 . Insulating layer 13 may be a single silicon dioxide layer, but is preferably a composite layer of silicon dioxide, silicon nitride, and silicon dioxide. The source region 6 and the plug 12 are physically and electrically connected by a bridging region 14 made of heavily doped p + conductivity type polysilicon. It should be noted that the bridging region 14 may be any conductive material that is available during this process. A gate electrode 15 made of heavily doped n + conductivity type polysilicon is placed over the channel region between the source region 6 and the drain region 7 so as to be insulated therefrom by a thin gate oxide film 16. ing. Gate electrode 1
5 is connected via a connection 17 to another gate electrode WL1 of the array of DRAM cells.

第1図において、濃くドープされたn+導電
型の多結晶シリコン素子18がプラグ12上に
配置され、酸化膜によつてプラグ12とは絶縁
されている。素子18は隣接するDRAMセル
1のゲート電極への結線をなし、これにより、
デバイスの特性を一切低下させることなくトレ
ンチ・キヤパシタ3上の面積を利用することが
できるのでメモリセルの面積の大幅な低減がも
たらされる。尚、素子18は結線19を介して
DRAMセル1のアレイの別のゲート電極WL
2に接続される。ドレイン領域7はDRAMセ
ル1のあるアレイのビツトラインのうち1つに
接続されたすべてのDRAMセルに対してビツ
トラインの役割を果たす。また、ドレイン領域
7は結線20を介して別のデバイスのドレイン
BLに接続されている。尚第1図では特に図示
していないが、結線20は通常アルミニウムの
ような金属線から成つている。
In FIG. 1, a heavily doped polycrystalline silicon element 18 of n + conductivity type is disposed on plug 12 and is insulated from plug 12 by an oxide film. The element 18 forms a connection to the gate electrode of the adjacent DRAM cell 1, so that
The area on the trench capacitor 3 can be utilized without any deterioration of the device characteristics, resulting in a significant reduction in the area of the memory cell. Note that the element 18 is connected via the connection 19.
Another gate electrode WL of the array of DRAM cell 1
Connected to 2. Drain region 7 serves as a bit line for all DRAM cells connected to one of the bit lines of an array of DRAM cells 1. In addition, the drain region 7 is connected to the drain of another device via the connection 20.
Connected to BL. Although not specifically shown in FIG. 1, the wire connection 20 is typically made of a metal wire such as aluminum.

第1図において、n型井戸領域には、バイア
ス電圧Vを供給するために電源21が接続され
ている。一方図示するように、基板4は結線2
2を介してアース電位に保たれる。また、結線
17,21にはパルス電圧の供給源23,24
がそれぞれ接続されている。これらの電源2
3,24は電位レベルの制御によつてトレン
チ・キヤパシタ3に2進情報の書き込みを行う
作用をもつ。尚、パルス電源23,24の特定
の電圧についてはDRAMセル1の動作を説明
する際に言及する。
In FIG. 1, a power supply 21 is connected to the n-type well region to supply a bias voltage V. On the other hand, as shown in the figure, the board 4 is
2 to ground potential. Further, the connections 17 and 21 are connected to pulse voltage supply sources 23 and 24.
are connected to each other. These power sources 2
3 and 24 have the function of writing binary information into the trench capacitor 3 by controlling the potential level. Note that the specific voltages of the pulse power supplies 23 and 24 will be mentioned when explaining the operation of the DRAM cell 1.

ここで次のことに注意されたい。すなわち、
トレンチ・キヤパシタ3はn型井戸領域5と、
軽くドープされたp-導電型の部分8との間の
p−n接合を貫通しているので、その結果とし
て、得ることのできるキヤパシタンスが制限さ
れないのである。一方、従来では得ることので
きるキヤパシタンスはエピタキシヤル層の厚さ
により制限されていた。
Please note the following. That is,
The trench capacitor 3 has an n-type well region 5,
As a result of passing through the p-n junction with the lightly doped p - conductivity type portion 8, there is no limit to the capacitance that can be obtained. On the other hand, conventionally, the capacitance that can be obtained has been limited by the thickness of the epitaxial layer.

次に第2図は、第1図に示したDRAMセル
1の平面図である。第2図のレイアウトにおい
ては、アクセス用トランジスタ2に対するトレ
ンチ・キヤパシタ3の位置関係と、隣接する
DRAMセルに対するDRAMセル1の位置関係
とが示されている。さて、基板上の占有面積を
小さく保つため、第2図では下方のDRAMセ
ル1の右側端に隣接するようにトレンチ・キヤ
パシタ3が先ず配置されている。また、上方の
DRAMセル1についても、結線17に沿うセ
ル1の左側端に隣接するようにトレンチ・キヤ
パシタ3が配置されている。そうして、このト
レンチ・キヤパシタ3上の領域は酸化膜で被覆
されている。このように、第2図において、
WL1または結線17は下方にあるDRAMセ
ル1のゲート電極15に接続され上方の
DRAMセル1のトレンチ・キヤパシタ3上に
延長されている。同様にWL2は上方の
DRAMセル1のゲート電極15に接続され下
方のDRAMセル1のトレンチ・シヤパシタ3
上に延長されている。そこで、第2図に示した
DRAMセル1の組のパターンを繰りかえすこ
とにより、基板上の占有面積の相当な低減をは
かることができる。
Next, FIG. 2 is a plan view of the DRAM cell 1 shown in FIG. 1. In the layout of FIG. 2, the positional relationship of the trench capacitor 3 with respect to the access transistor 2 and the adjacent
The positional relationship of DRAM cell 1 with respect to DRAM cells is shown. Now, in order to keep the area occupied on the substrate small, the trench capacitor 3 is first placed adjacent to the right end of the lower DRAM cell 1 in FIG. Also, the upper
Regarding the DRAM cell 1 as well, a trench capacitor 3 is arranged adjacent to the left end of the cell 1 along the connection line 17. The area above this trench capacitor 3 is then covered with an oxide film. In this way, in Figure 2,
WL1 or connection 17 is connected to the gate electrode 15 of DRAM cell 1 located below and connected to the gate electrode 15 of DRAM cell 1 located below.
It extends over the trench capacitor 3 of the DRAM cell 1. Similarly, WL2 is
The trench capacitor 3 of the lower DRAM cell 1 is connected to the gate electrode 15 of the DRAM cell 1.
extended above. Therefore, as shown in Figure 2,
By repeating the pattern of the set of DRAM cells 1, the area occupied on the substrate can be considerably reduced.

f2 メモリセルの製造工程 次に第3図を参照すると、同図にはn型井戸
領域5と、ROX領域9とトレンチ・キヤパシ
タ3とが既に形成された後の製造工程における
製造の断面図である。DRAMセル1の製造は、
ボロンをドープしたシランによりp-導電型の
シリコンからなるエピタキシヤル層を付着する
ことにより開始される。これによりアクセス用
トランジスタ2とトレンチ・キヤパシタ3とを
形成するためのシリコン基板4の部分8が形成
される。部分8におけるドーピングレベルは2
×1015原子・cm-3であり、一方部分11中のド
ーピングレベルは1×1019原子・cm-3である。
f2 Memory Cell Manufacturing Process Next, referring to FIG. 3, the figure shows a cross-sectional view of the manufacturing process after the n-type well region 5, ROX region 9, and trench capacitor 3 have already been formed. be. Manufacturing of DRAM cell 1 is as follows:
It begins by depositing an epitaxial layer of silicon of p - conductivity type with boron-doped silane. This forms a portion 8 of the silicon substrate 4 for forming the access transistor 2 and the trench capacitor 3. The doping level in part 8 is 2
×10 15 atoms·cm −3 , while the doping level in portion 11 is 1×10 19 atoms·cm −3 .

基板部分8の付着後は、基板上面に酸化層が
熱的に成長される。そして、この酸化層上には
フオトレジスト層が付着され、そのフオトレジ
スト層は、n型井戸領域5を形成すべくイオン
を打ち込むための開口を形成するために、周知
の技術を用いてパターン化される。n型井戸領
域5中に後退ドーピング輪郭を得るために、深
いイオン打ち込み工程のあとで浅いイオン打ち
込み工程が行われる。この深いイオン打ち込み
工程によつてn型井戸領域5の底付近に高導電
性領域が形成され、これにより、もしn型井戸
領域5が高抵抗のままでとどまつていたなら生
じたであろうところのノイズの問題が解決され
る。この場合、周知の方法により、基板4の部
分8を貫通しない程度の深さまで砒素または燐
がイオン打ち込みされる。次に、打ち込まれた
種の活性化させるために基板4がアニールされ
る。この打ち込まれたドーパントは打ち込みの
底部付近では1017原子・cm-3の濃度であり、一
方n型井戸領域5の表面では2×1016原子・cm
-3の濃度である。その表面を熱的に酸化したあ
とは窒化層が全面に付着される。次に、フオト
レジスト層が付着され、そのフオトレジスト層
はROX領域9を形成すべき基板4の表面の部
分を露出させるべく、窒化層と酸化層の開口を
エツチングするためにパターン化される。この
とき、窒化層をエツチングするためには例え
ば、H3PO4のようなエツチング剤が使用され、
酸化層をエツチングするためには緩衝された
HFのようなエツチング剤が使用される。熱的
酸化工程を用いることにより、フオトレジスト
を除去した後はROX領域9が形成され、この
ROX領域9はDRAMセル1を基板4上の別の
同様のセルから分離する働きをもつ。
After deposition of the substrate portion 8, an oxide layer is thermally grown on the top surface of the substrate. A photoresist layer is then deposited over this oxide layer and patterned using known techniques to form an opening for implanting ions to form an n-well region 5. be done. In order to obtain a recessed doping profile in the n-type well region 5, a shallow ion implantation step is performed after the deep ion implantation step. This deep ion implantation step forms a highly conductive region near the bottom of the n-well region 5, which would have occurred if the n-well region 5 had remained highly resistive. However, the noise problem is solved. In this case, arsenic or phosphorus is ion-implanted by known methods to a depth that does not penetrate portion 8 of substrate 4. Next, the substrate 4 is annealed to activate the implanted species. This implanted dopant has a concentration of 10 17 atoms/cm -3 near the bottom of the implant, while at the surface of the n-well region 5 it has a concentration of 2×10 16 atoms/cm
-3 concentration. After thermally oxidizing the surface, a nitride layer is deposited over the entire surface. A photoresist layer is then deposited and patterned to etch openings in the nitride and oxide layers to expose the portions of the surface of the substrate 4 where the ROX region 9 is to be formed. At this time, an etching agent such as H 3 PO 4 is used to etch the nitride layer.
Buffered to etch the oxide layer
An etching agent such as HF is used. By using a thermal oxidation process, a ROX region 9 is formed after the photoresist is removed;
The ROX region 9 serves to separate the DRAM cell 1 from other similar cells on the substrate 4.

トレンチ10の形成の前段階として、窒化層
上にはフオトレジストが付着され、そのフオト
レジストがパターン化される。次に基板4には
反応性イオンエツチング(RIE)工程が施さ
れ、これにより基板4のマスクされていない領
域で所望の深さまで除去される。この工程で
は、マスクされていない部分で、トレンチ10
が形成される深さまで窒化層と酸化層と基板の
部分8,11とが除去される。次に、トレンチ
10の表面には、酸化層と窒化層と酸化層を交
互に重ねた層を用いて層13が形成される。そ
の後、熱的に成長した酸化層の表面と、ROX
領域9の間の窒化層の表面と、ROX領域9の
表面にはCVD法により窒化層が付着される。
次に、基板4は熱的な酸化工程にさらされ、こ
れにより先程付着した窒化層上に存在する虞れ
のあるピン・ホール中に酸化層が熱的に成長さ
れる。この多層的な工程は、出来上がつた層の
ピン・ホールを解消されるのみでなく、濃くド
ープされたp+多結晶シリコンからドーパント
が拡散放出するのを防止する役目をも果たす。
というのは、窒化層が有効な拡散障壁だからで
ある。
Prior to forming trench 10, a photoresist is deposited over the nitride layer and the photoresist is patterned. The substrate 4 is then subjected to a reactive ion etching (RIE) step, which removes the unmasked areas of the substrate 4 to the desired depth. In this step, the trench 10 is
The nitride and oxide layers and portions 8, 11 of the substrate are removed to a depth at which the nitride and oxide layers are formed. Next, a layer 13 is formed on the surface of the trench 10 using alternating layers of oxide layers, nitride layers, and oxide layers. Then, the surface of the thermally grown oxide layer and the ROX
A nitride layer is deposited on the surface of the nitride layer between the regions 9 and on the surface of the ROX region 9 by CVD.
The substrate 4 is then subjected to a thermal oxidation step whereby an oxide layer is thermally grown into the pin holes that may be present on the previously deposited nitride layer. This multilayer process not only eliminates pin holes in the resulting layer, but also serves to prevent dopants from diffusing out of the heavily doped p + polycrystalline silicon.
This is because the nitride layer is an effective diffusion barrier.

次に、ボロンをドープしたシランからCVD
法により濃くドープした多結晶シリコンが付着
され、これによりp+導電型の層が形成される。
この層はトレンチ10を充填するのに十分な深
さだけ付着される。次に、上記多結晶シリコン
層をトレンチ10の頂部まで除去して基板4の
表面を平面化するために基板4に反応性イオン
エツチングが施される。このとき、トレンチ絶
縁層13の形成の間に付着された窒化層と
ROX領域9の間の窒化層が、周知の光学的終
点(end−point)検出技術を用いた反応性イオ
ンエツチング(RIE)平面化工程の間にエツチ
ング停止層として働く。この時点で、DRAM
セル1は第3図の断面図に示すような構造を有
している。
Next, CVD from boron-doped silane
The method deposits heavily doped polycrystalline silicon, thereby forming a layer of p + conductivity type.
This layer is deposited to a depth sufficient to fill trench 10. Substrate 4 is then subjected to reactive ion etching to remove the polycrystalline silicon layer to the top of trench 10 and planarize the surface of substrate 4. At this time, the nitride layer deposited during the formation of the trench insulation layer 13 and
The nitride layer between the ROX regions 9 serves as an etch stop layer during the reactive ion etch (RIE) planarization process using well known optical end-point detection techniques. At this point, the DRAM
The cell 1 has a structure as shown in the cross-sectional view of FIG.

第4図は、アクセス用トランジスタ2のソー
ス領域6とプラグ12との間の絶縁層13上に
架橋領域14を形成するために、濃くドープさ
れた薄いp+導電型の層が付着されパターン化
された後の構造の断面図である。
FIG. 4 shows that a thin heavily doped p + conductivity type layer is deposited and patterned to form a bridging region 14 on the insulating layer 13 between the source region 6 of the access transistor 2 and the plug 12. FIG. 3 is a cross-sectional view of the structure after

第4図の構造は、トレンチ10の内側上に層
13を形成する間に形成された酸化層と窒化層
の上面に先ず窒化層25を追加することによつ
て得られる。次に層16,25がフオトレジス
ト層で被覆される。そして、フオトレジスト層
は周知の方法によりパターン化されて現像さ
れ、これにより窒化層25の一部が露出され
る。次に、反応性イオンエツチングを用いて窒
化層25と酸化層16の一部が除去され、これ
によりソース領域6の一部を形成すべき基板の
箇所と、プラグ12の上面と、ROX領域9と
が露出される。次に、濃くドープされたp+
電型の多結晶シリコンからなる薄い層がボロン
をドープしたシランにより付着されて周知のフ
オトリソグラフイツク及びエツチング技術を用
いてパターン化され、これにより、絶縁層13
の一部により互いに離隔されたソース領域6と
プラグ12の上面との結線をはかるための架橋
領域14が形成される。この多結晶層のパター
ン化により基板4の表面の一部が露出される。
そこで、周知のイオン打ち込み技術を用いて基
板4の露出部分中にきわめて浅いポロンの打ち
込みが行われ、これによりソース領域6の一部
が形成される。ソース領域6の残りの部分は、
浅く打ち込まれたボロンを活動化するためのア
ニール工程の間に架橋領域14からドーパント
を拡散放出させることにより形成される。尚、
ソース領域6の拡散放出された部分は絶縁層1
3にぶつかり、これによりセルの面積の低減が
はかられる。
The structure of FIG. 4 is obtained by first adding a nitride layer 25 on top of the oxide and nitride layers formed during the formation of layer 13 on the inside of trench 10. Layers 16, 25 are then coated with a layer of photoresist. The photoresist layer is then patterned and developed using well known methods, thereby exposing a portion of the nitride layer 25. Next, reactive ion etching is used to remove a portion of the nitride layer 25 and the oxide layer 16, thereby removing the portion of the substrate that is to form part of the source region 6, the top surface of the plug 12, and the ROX region 9. is exposed. A thin layer of heavily doped p + conductivity type polycrystalline silicon is then deposited with boron-doped silane and patterned using well-known photolithographic and etching techniques, thereby forming the insulating layer 13.
A bridge region 14 is formed for connecting the source region 6 and the upper surface of the plug 12 which are separated from each other. By patterning this polycrystalline layer, a part of the surface of the substrate 4 is exposed.
A very shallow poron implant is then performed into the exposed portion of the substrate 4 using well known ion implantation techniques to form a portion of the source region 6. The rest of the source area 6 is
It is formed by diffusing dopants out of bridging region 14 during an annealing step to activate the shallowly implanted boron. still,
The diffused and emitted portion of the source region 6 is located in the insulating layer 1.
3, thereby reducing the area of the cell.

この時点で、窒化層25をマスクとして使用
することにより酸化層が熱的に成長され、その
酸化層は基板4の露出された部分と、架橋領域
14及びプラグ12の残りの露出した部分を覆
う絶縁層を形成する。これと同時に、ROX領
域9がさらなる成長を受け、その領域9の厚さ
がはじめのROX成長で形成された厚さよりも
厚くなる。尚、その処理において、別のROX
成長工程と同等な工程を後でまた行うことが認
識されている。従つて、はじめのROX成長工
程はかなり薄いROX領域を形成するように限
定されている。その結果、ROX領域を介して
のトレンチ10の反応性イオンエツチングが簡
単化され、ROXの“鳥のくちばし”の形成が
低減される。
At this point, an oxide layer is thermally grown by using the nitride layer 25 as a mask, which oxide layer covers the exposed parts of the substrate 4 and the remaining exposed parts of the bridging region 14 and the plug 12. Form an insulating layer. At the same time, the ROX region 9 undergoes further growth such that the thickness of the region 9 becomes greater than the thickness formed by the initial ROX growth. In addition, in this process, another ROX
It is recognized that a process equivalent to the growth process may be performed again later. Therefore, the initial ROX growth step is limited to forming a fairly thin ROX region. As a result, reactive ion etching of trench 10 through the ROX region is simplified and ROX "bird's beak" formation is reduced.

上述した酸化層の成長のあと、湿式エツチン
グによつて窒化層25が除去される。そして、
濃くドープされたn+導電型の多結晶シリコン
層が付着されて周知のフオトリソグラフイツク
及びエツチング技術を用いてパターン化され、
こうして第2図に示すような隣接するゲート電
極に接続をはかるためのゲート電極15と素子
18,19とが形成される。この時点で、基板
4はボロンのイオン打ち込み工程にさらされ
る。すると、ROX領域9とゲート電極15と
をイオン打ち込みのマスクとして基板4には自
己整合なドレイン領域7が形成される。このと
き、ドレイン領域7及びソース領域6における
ドーパント濃度はそれぞれ1×1020原子・cm-3
及び1×1019原子・cm-3である。ドレイン領域
7へのイオン打ち込みのあと、ゲート電極1
5、素子18及び、ドレイン領域7がイオン打
ち込みされてなる基板4の表面とを絶縁するた
めに、基板4が熱的酸化層成長工程にさらされ
る。次に、付着されたフオトレジスト層が露光
されパターン化され現像されたあとで金属結線
が付着される。上述の工程を経て出来上がつた
構造が第1図に示すとおりのものである。この
時点で、第1図には単一のDRAMセル1のみ
しか示されていないけれども、通常は複数の
DRAMセルがn型井戸領域5に形成され、上
述したのと同じ方法により同時に製造されるこ
とを認識されたい。さらにまた、第1図に示さ
れているのはn型井戸領域であるけれども、p
型井戸領域も同様に使用できることも認識され
たい。その際、もちろん、ソース領域6とドレ
イン領域7と基板部分8,11の導電型はn−
導電型に変更されなくてはならない。
After the growth of the oxide layer described above, the nitride layer 25 is removed by wet etching. and,
A heavily doped polycrystalline silicon layer of n + conductivity type is deposited and patterned using well known photolithographic and etching techniques;
In this way, gate electrode 15 and elements 18 and 19 for connecting to adjacent gate electrodes are formed as shown in FIG. At this point, the substrate 4 is subjected to a boron ion implantation step. Then, a self-aligned drain region 7 is formed in the substrate 4 using the ROX region 9 and the gate electrode 15 as a mask for ion implantation. At this time, the dopant concentrations in the drain region 7 and source region 6 are each 1×10 20 atoms/cm -3
and 1×10 19 atoms·cm −3 . After ion implantation into the drain region 7, the gate electrode 1
5. In order to insulate the device 18 from the surface of the substrate 4 into which the drain region 7 is ion-implanted, the substrate 4 is exposed to a thermal oxide layer growth process. The deposited photoresist layer is then exposed, patterned, and developed before the metal connections are deposited. The structure completed through the above steps is as shown in FIG. At this point, although only a single DRAM cell 1 is shown in FIG.
It should be appreciated that a DRAM cell is formed in the n-well region 5 and is simultaneously fabricated by the same method as described above. Furthermore, although what is shown in FIG. 1 is an n-type well region,
It should also be appreciated that type well regions can be used as well. At that time, of course, the conductivity types of the source region 6, drain region 7, and substrate portions 8, 11 are n-
The conductivity type must be changed.

上述したDRAMセルはエピタキシヤル
CMOS技術に適合する。また、既に述べたよ
うに、トレンチ間の突抜け電流を防止すること
によりセルの高集積密度が達成可能であるとと
もに、ソフト・エラーを低減できる。さらに、
本発明のセルにおいては蓄えられたチヤージが
ほとんど外乱を受けない。また、出来上がつた
構造は比較的平面的な表面構造を備えている。
The DRAM cells mentioned above are epitaxial
Compatible with CMOS technology. Also, as mentioned above, by preventing breakthrough current between trenches, high cell integration density can be achieved and soft errors can be reduced. moreover,
In the cell of the present invention, the stored charge is hardly disturbed. The resulting structure also has a relatively planar surface structure.

f3 メモリセルの動作 DRAMセル1においては、パルス電圧源2
4からアクセス用トランジスタ2のドレイン7
に0または5ボルトの電圧が加えられる。それ
と同時に、アクセス用トランジスタ2を導電状
態にするためにゲート電極15には0ボルトが
加えられる。こうして、基板4がアース電位に
保たれているので、ドレイン7に5ボルトを加
え、ゲート電極15に0ボルトを加え、以てプ
ラグ12を5ボルトにチヤージすることにより
キヤパシタ3には2進“1”が書き込まれる。
また、ドレイン7とゲート電極15の双方に0
ボルトを加え電極12をしきい電圧の絶対値と
等しい電位にチヤージさせることによりキヤパ
シタ3には2進“0”が書き込まれる。そし
て、これらの両2進状態はゲート電極15に0
ボルトを加えるとにより読み取り可能である。
f3 Operation of memory cell In DRAM cell 1, pulse voltage source 2
4 to the drain 7 of the access transistor 2
A voltage of 0 or 5 volts is applied to. At the same time, 0 volts is applied to the gate electrode 15 to make the access transistor 2 conductive. Thus, since the substrate 4 is kept at ground potential, by applying 5 volts to the drain 7 and 0 volts to the gate electrode 15, thereby charging the plug 12 to 5 volts, the capacitor 3 receives the binary " 1” is written.
Further, both the drain 7 and the gate electrode 15 are
A binary "0" is written into the capacitor 3 by applying a voltage to charge the electrode 12 to a potential equal to the absolute value of the threshold voltage. These binary states are 0 at the gate electrode 15.
It can be read by adding bolts.

尚、上述したように、DRAMセル1につい
て第1図に示されている導電型は、本発明の技
術的範囲を逸脱することなく逆の導電型に変更
することができる。すなわち、導電型を変更し
た場合は、基板4をアース電位に保つた状態で
ドレイン7とゲート電極15の双方に5ボルト
を加えて電極12を、5ボルトからアクセス用
トランジスタ2のしきい値電圧を引いた値にチ
ヤージさせることによりキヤパシタ3に2進
“1”が書き込まれる。また、2進“0”は、
ドレイン7に0ボルトを加え、ゲート電極15
に5ボルトを加えて電極12をほぼ0ボルトに
チヤージすることによりキヤパシタ3に書き込
まれる。そして、これらの両2進状態はゲート
電極15に5ボルトを加えることにより読み出
される。
As mentioned above, the conductivity type shown in FIG. 1 for the DRAM cell 1 can be changed to the opposite conductivity type without departing from the technical scope of the present invention. That is, when the conductivity type is changed, the threshold voltage of the access transistor 2 is changed from 5 volts by applying 5 volts to both the drain 7 and gate electrode 15 while keeping the substrate 4 at ground potential. A binary "1" is written to the capacitor 3 by charging it to the value obtained by subtracting . Also, binary “0” is
Apply 0 volts to drain 7, gate electrode 15
is written to capacitor 3 by applying 5 volts to charge electrode 12 to approximately 0 volts. These binary states are then read out by applying 5 volts to the gate electrode 15.

G 発明の効果 以上のように、この発明によれば、DRAMセ
ルにおいて、濃くドープした基板をキヤパシタの
一方の電極とし、基板中に形成した縦型のトレン
チ領域内に充填された導電物質を他方の電極とし
たことにより、セルの占有面積を低減して集積密
度が高められるとともにキヤパシタの静電容量を
増大させることができる。また、構造上、セル間
の絶縁が十分に行われるので突抜け現像が防止さ
れる。
G. Effects of the Invention As described above, according to the present invention, in a DRAM cell, a heavily doped substrate is used as one electrode of a capacitor, and a conductive material filled in a vertical trench region formed in the substrate is used as the other electrode. By using this electrode, the area occupied by the cell can be reduced, the integration density can be increased, and the capacitance of the capacitor can be increased. Further, since the structure provides sufficient insulation between cells, punch-through development is prevented.

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

第1図は、本発明に係るダイナミツクRAMセ
ルの構造を示す図式的な断面図、第2図は、第1
図の構造の平面図、第3,4図は、第1図の構造
が形成される途中の工程を示す図式的な断面図で
ある。 2……アクセス用FETトランジスタ、3……
トレンチ・キヤパシタ(電荷記憶手段)、4……
基板、5……井戸領域。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a dynamic RAM cell according to the present invention, and FIG.
3 and 4 are schematic cross-sectional views showing steps in the formation of the structure of FIG. 1. 2... FET transistor for access, 3...
Trench capacitor (charge storage means), 4...
Substrate, 5... well area.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (a) 上方部分が、下方部分よりも導電性が小
さいようにドープされてなる第1の導電型の基
板と、 (b) 上記基板の上方部分中に配置され、上記基板
とは逆の第2の導電型をもつ領域と、 (c) 上記領域中に配置された少なくとも1つのア
クセス用トランジスタと、 (d) 上記領域の表面から、上記領域及び上記上方
部分を貫通して上記基板の上記下方部分まで延
び、上記領域、上記基板の上記上方部分及び上
記下方部分から電気的に分離されてなる少なく
とも1つの記憶用キヤパシタの電極構造体とを
具備する、 ダイナミツクRAMセル。
[Scope of Claims] 1 (a) a substrate of a first conductivity type, the upper portion of which is doped to be less conductive than the lower portion; (b) disposed within the upper portion of the substrate; (c) at least one access transistor disposed in the region; (d) extending from the surface of the region into the region and the upper portion; at least one storage capacitor electrode structure extending through the lower portion of the substrate and electrically isolated from the region, the upper portion of the substrate, and the lower portion of the substrate. cell.
JP60030653A 1984-06-29 1985-02-20 Dynamic ram cell Granted JPS6115362A (en)

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US626512 1984-06-29

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