JPH0618258B2 - Semiconductor memory - Google Patents

Semiconductor memory

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JPH0618258B2
JPH0618258B2 JP2295338A JP29533890A JPH0618258B2 JP H0618258 B2 JPH0618258 B2 JP H0618258B2 JP 2295338 A JP2295338 A JP 2295338A JP 29533890 A JP29533890 A JP 29533890A JP H0618258 B2 JPH0618258 B2 JP H0618258B2
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capacitor
insulating film
switch transistor
memory
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得男 久礼
佳史 川本
正信 宮尾
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体メモリに係り、特に平面面積を増大する
ことなく大容量を実現し、大規模化に適する1トランジ
スタ型ダイナミックMOSメモリに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory, and more particularly to a one-transistor dynamic MOS memory that realizes a large capacity without increasing a planar area and is suitable for a large scale.

[従来の技術] MOSダイナミックメモリは1970年初頭に1Kbの
ダイナミックランダムアクセスメモリ(以下dRAMと
略す)が発表されてから、3年に4倍の大規模化が達成
されてきた。しかるに、このメモリチップを入れるパッ
ケージは、主に16ピンDIP(デュアルインランパッ
ケージ)が用いられてきており、チップを入れるキャビ
ティサイズも制限されていることから、メモリチップも
4倍の大規模化に伴なってもたがだか1.4倍程度にし
か増大していない。(またdRAMは大量に用いられる
ことから、コスト面でもチップ増大をおさえる必要があ
る。)従って、1記憶容量単位たる1ビット分のメモリ
セル面積も大きく減少しており、4倍の大規模化に伴な
って、約1/3に微細化している。キャパシタ容量Cは
C=εA/Ti(ここでε:絶縁膜の誘電率、A:キャ
パシタ面積、Ti: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もまた1
/3になる。記憶容量としての信号量Sは、貯えられる
電荷量QSに比例しており、QSはCと記憶電圧VSとの
積であることから、Aが小さくなれば比例してQSも小
さくなり、信号Sはそれに伴なって小さくなる。
[Prior Art] Since the dynamic random access memory of 1 Kb (hereinafter abbreviated as dRAM) was announced in the early 1970's, the MOS dynamic memory has been quadrupled in size in three years. However, a 16-pin DIP (dual in-run package) has been mainly used for the package in which the memory chip is inserted, and the size of the cavity in which the chip is inserted is limited. With it, the increase is only about 1.4 times. (In addition, since the dRAM is used in a large amount, it is necessary to suppress the increase in chips in terms of cost.) Therefore, the memory cell area for 1 bit, which is one storage capacity unit, is also greatly reduced, and the scale is increased by 4 times. As a result, the size has been reduced to about 1/3. Since the capacitor capacitance C is represented by C = εA / Ti (here, ε: dielectric constant of insulating film, A: capacitor area, Ti: insulating film thickness), if the area A becomes 1/3, ε and T are the same. As long as C is also 1
/ 3. The signal amount S as the storage capacity is proportional to the stored charge amount Q S , and since Q S is the product of C and the storage voltage V S , the smaller A is, the smaller Q S is proportionally. And the signal S becomes smaller accordingly.

雑音電圧をNとすれば信号対雑音比(S/N比)はSの
減少に伴なって小さくなり、回路動作上大きな問題とな
る。従って通常はAの減少分をTiの減少で補ってきて
おり、4Kb,16Kb,64KbとdRAMが大規模
化されるに伴ない、絶縁膜としてのSiO2膜の典型的
な厚さTiは、100nm,75nm,50nmと小さ
くなってきた。このような状況を解決する為に、溝型容
量を用いた半導体メモリセルが考えられている。
If the noise voltage is N, the signal-to-noise ratio (S / N ratio) becomes smaller as S decreases, which is a serious problem in circuit operation. Therefore, the amount of decrease in A is usually compensated by the decrease in Ti, and with the increase in the size of 4Kb, 16Kb, 64Kb and dRAM, the typical thickness Ti of the SiO 2 film as an insulating film is It became smaller as 100 nm, 75 nm and 50 nm. In order to solve such a situation, a semiconductor memory cell using a groove type capacitor has been considered.

(例えば、特開昭51−130178号や、特開昭52
−154390号公報参照)。
(For example, JP-A-51-130178 and JP-A-52
-154390 gazette).

[発明が解決しようとする課題] さらに最近、パッケージなどに含まれる重金属(U,T
h等)から放射されるα粒子によってSi基板内に約2
00fCの電荷が発生して、これが雑音となることが確
認され高信頼動作上信号量としての電荷もほぼ200f
C以下にすることが困難となってきた。
[Problems to be Solved by the Invention] More recently, heavy metals (U, T
α particles radiated from (h etc.) cause about 2 in the Si substrate.
It has been confirmed that a charge of 00fC is generated, and that this becomes noise, and the charge as a signal amount is approximately 200f in terms of highly reliable operation.
It has become difficult to reduce it to C or less.

従っ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、この場合には絶縁膜の絶縁破壊が問題となって
きた。SiO2膜の絶縁耐圧電界は、最大107V/cm
であり、従って10nmのSiO2膜は10V印加によ
ってほとんど永久破壊を起すか、あるいは劣化する。ま
た永久破壊を起さないまでも最大電界付近で使用するこ
とは、長期信頼上大きな問題である。
Therefore, it has been implemented to further accelerate the thickness of the insulating film, and in this case, dielectric breakdown of the insulating film has become a problem. The breakdown voltage electric field of the SiO 2 film is 10 7 V / cm at maximum.
Therefore, a 10 nm SiO 2 film causes almost permanent destruction or is deteriorated by application of 10 V. Further, it is a serious problem in terms of long-term reliability that it is used near the maximum electric field even if it does not cause permanent destruction.

本発明の目的はこれらのメモリセルの微小化に伴なうα
粒子による擾乱、S/N比の悪化、絶縁耐圧の問題の深
刻化に対処し、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、キャパシタ面積Aを保つか、ある
いは増大できる方法を提供することである。
The object of the present invention is to reduce the size of α associated with miniaturization of these memory cells.
A method capable of maintaining or increasing the capacitor area A without reducing the insulating film thickness even when the memory cell is miniaturized, by coping with the disturbance caused by particles, the deterioration of the S / N ratio, and the seriousness of the problem of withstand voltage. Is to provide.

[課題を解決するための手段] 本発明は、Si基板に堀り込んだ溝の側壁部をプレート
とし、この溝の絶縁膜でへだてて埋め込んだ電極をキャ
パシタ電極の主部として情報を蓄積する為に用いること
により平面面積を増大することなく電極面積を増大し、
かつα線等に対する強度を増加することにある。
[Means for Solving the Problem] According to the present invention, the side wall of a groove dug in a Si substrate is used as a plate, and the electrode which is formed by filling the groove with an insulating film is used as a main portion of a capacitor electrode to store information. By using it for increasing the electrode area without increasing the planar area,
In addition, it is to increase the strength against α rays and the like.

[作用] これにより、絶縁膜を薄くしてその絶縁膜の破壊、劣化
の恐れを増大させることなしに所望のキャパシタ容量を
得ることができる。更に基板側をプレートとして用いる
為、α線に対する強度が飛躍的に向上する。
[Operation] As a result, it is possible to obtain a desired capacitor capacitance without making the insulating film thin and increasing the risk of destruction and deterioration of the insulating film. Furthermore, since the substrate side is used as a plate, the strength against α rays is dramatically improved.

[実施例] 第1図は1トランジスタ型dRAMメモリセルの構成図
を示すものであり、電荷を貯えるキャパシタ1とスイッ
チトランジスタ2で構成され、スイッチトランジスタの
ドレインはビット線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。
[Embodiment] FIG. 1 is a block diagram of a one-transistor type dRAM memory cell, which is composed of a capacitor 1 for storing charges and a switch transistor 2, and the drain of the switch transistor is connected to a bit line 3. The gate is connected to the word line 4.

このメモリセルは、キャパシタ1に貯えた信号電荷をス
イッチトランジスタ2によって読み出すことによって動
作が行われる。実際にNビットのメモリを構成するには
メモリアレーを形成するが、大別して以下に述べる2つ
の方法がある。
This memory cell is operated by reading the signal charge stored in the capacitor 1 by the switch transistor 2. A memory array is formed to actually form an N-bit memory, but there are roughly two methods described below.

第2図には信号を差動で増幅するセンスアップ5に対
し、両側にビット線3−1と3−2を配列するいわゆる
“開放ビット線”構成を示す。これは1本のワード線4
−1に対して一方のビット線3−1のみが電気的に交叉
しているものであり、ビット線3−1と3−2の信号の
差をセンスアンプ5で検出するものである。
FIG. 2 shows a so-called "open bit line" configuration in which bit lines 3-1 and 3-2 are arranged on both sides of a sense-up circuit 5 which differentially amplifies signals. This is one word line 4
Only one bit line 3-1 is electrically crossed with respect to -1, and the difference between the signals on the bit lines 3-1 and 3-2 is detected by the sense amplifier 5.

第3図は他方の“折り返しビット線”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ット線
3−1,3−2が平行に配列されており、一本のワード
線4−1が二本のビット線3−1,3−2と交叉してい
る。
FIG. 3 shows the other "folded bit line" configuration, in which two bit lines 3-1 and 3-2 connected to the sense amplifier 5 are arranged in parallel, and one word is formed. The line 4-1 intersects the two bit lines 3-1 and 3-2.

後述する本発明の実施例は主に折り返しビット線構成の
場合を示すが、同様に開放ビット線構成にも適用可能で
ある。
Although the embodiments of the present invention described later mainly show the case of the folded bit line configuration, they can be similarly applied to the open bit line configuration.

第2図と第3図に示すようにビット線3−2の寄生容量
6の値をCDとし、メモリセルのキャパシタ1−2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
S/CDと一対一対応しており、メモリセルのキャパシ
タの値を大きくすると同時に、ビット線3の寄生容量C
Dの値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。
As shown in FIGS. 2 and 3, when the value of the parasitic capacitance 6 of the bit line 3-2 is C D and the value of the capacitor 1-2 of the memory cell is C S , the main performance of this memory array is shown. One of the indicators is C S / C D. The S / N ratio of this memory array has a one-to-one correspondence with C S / C D, and the value of the capacitor of the memory cell is increased, and at the same time, the parasitic capacitance C of the bit line 3 is increased.
Reducing the value of D also improves the S / N ratio.

第4図に折り返しビット線方式のメモリセルの平面の1
例を示す。通常100nm以上の厚いフィールド酸化膜
に囲まれた活性領域7の一部がキャパシタを形成するた
め、プレート8で覆われている。スイッチトランジスタ
を形成する部分と、Si基板上のドレインへビット線電
極接続を行うコンタクト孔9の部分はプレート・8が選
択的に除去されており、この部分にワード線4−1,4
−2が被着されて、スイッチトランジスタ2を形成して
いる。理解を助けるため第5図には、第4図のAA′断
面図を示す。
FIG. 4 shows the plane 1 of the folded bit line type memory cell.
Here is an example: A part of the active region 7, which is usually surrounded by a thick field oxide film having a thickness of 100 nm or more, forms a capacitor and is covered with a plate 8. The plate 8 is selectively removed from the portion forming the switch transistor and the portion of the contact hole 9 for connecting the bit line electrode to the drain on the Si substrate, and the word lines 4-1 and 4 are formed in this portion.
-2 is deposited to form the switch transistor 2. To facilitate understanding, FIG. 5 shows a sectional view taken along the line AA 'of FIG.

以後説明の便のためトランジスタはnチャネル型を用い
た例を示す。pチャネル型にするには、一般にSi基板
と拡散層の導電型をそれぞれnチャネルの場合と逆にす
ればよい。
For convenience of description, an example in which a transistor is an n-channel type is shown below. To make it a p-channel type, generally, the conductivity types of the Si substrate and the diffusion layer may be reversed from those of the n-channel type.

第5図に示した従来のメモリセルは、p型、10Ω−c
m程度のSi基板10上に、通常は100〜1000n
m厚程度のフィールドSiO2膜11をSi34を熱酸
化マスクとして用いるいわゆるLOCOS法によって選
択的に被着する。この後リンやAs添加した多結晶Si
(以下poly Siと略す)に代表されるプレート8を選
択的に被着し、このpoly Siのプレート8を酸化し
て、第1層間酸化膜13を形成する。しかる後に、poly
SiやMoシリサイド、あるいはリフラクトリー金属
(MoやW等)に代表されるワード線4を被着し、リン
やAs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、スイッチトランジスタ2のソースとドレインと
なる。この後リンを含んだいわゆるCVD法によるPS
G(Phosoho-sillcate glass)を200〜1000nm
厚に被着して第2層間絶縁膜14を形成しAl電極で代
表されるビット線3の拡散層15への接続を行う部分に
コンタクト孔9を形成してビット線3を選択的に被着す
る。
The conventional memory cell shown in FIG. 5 is a p-type, 10Ω-c.
m on the Si substrate 10 is usually 100 to 1000 n
A field SiO 2 film 11 having a thickness of about m is selectively deposited by a so-called LOCOS method using Si 3 N 4 as a thermal oxidation mask. After this, polycrystalline Si added with phosphorus or As
A plate 8 typified by (hereinafter abbreviated as poly Si) is selectively deposited, and the plate 8 of poly Si is oxidized to form a first interlayer oxide film 13. After that, poly
When the word line 4 typified by Si or Mo silicide or refractory metal (Mo, W, etc.) is deposited and phosphorus or As is ion-implanted, the plate 8 and the word line 4 are formed.
An n + diffusion layer 15 is formed in the active region of the switch transistor 2 which is not deposited and serves as the source and drain of the switch transistor 2. After this, PS containing phosphorus by so-called CVD method
G (Phosoho-sillcate glass) 200-1000nm
The second interlayer insulating film 14 is formed to a thick thickness, and the contact hole 9 is formed in a portion for connecting the bit line 3 represented by an Al electrode to the diffusion layer 15 to selectively cover the bit line 3. To wear.

このメモリセルにおいては、記憶容量となるキャパシタ
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も小さくな
り、ゲート酸化膜12を薄くしない限り、前述したよう
にキャパシタ容量CSが小さくなりメモリ動作上大きな
障害となる。
In this memory cell, the region 16 of the capacitor 1 which is the storage capacity is the shaded portion in FIG. 4, and the region 16 becomes smaller as the memory cell itself becomes smaller, unless the gate oxide film 12 is made thinner. As described above, the capacitance C S of the capacitor becomes small, which is a great obstacle in memory operation.

上記説明では、便宜上、プレート8とワード線4(すな
わちスイッチトランジスタ2のゲート)下の絶縁膜は同
じSiO2膜12としたが、メモリセルのキャパシタの
値CSを大きくすることを主目的とし、プレート8下の
絶縁膜は、SiO2とSi34のどちらか一方あるいは
両方を用いて1層〜3層構造の絶縁膜が用いられること
もある。
In the above description, for the sake of convenience, the insulating film below the plate 8 and the word line 4 (that is, the gate of the switch transistor 2) is the same SiO 2 film 12, but the main purpose is to increase the value C S of the capacitor of the memory cell. The insulating film below the plate 8 may be an insulating film having a one-layer to three- layer structure using one or both of SiO 2 and Si 3 N 4 .

本発明は従来の上記構造の欠点を補ない、平面面積を拡
大することなくCSを増大することを目的としている。
It is an object of the present invention to increase C S without increasing the plane area without compensating for the drawbacks of the above-mentioned conventional structures.

以下実施例を用いて本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below with reference to examples.

まず第6図に本発明の1つの実施例の平面図を示す。第
4図に示した従来のメモリセルと対比して異なる点はS
i基板10に堀り込んだ溝17の側壁部にSi基板と同
導型の低い抵抗層を設け、これをプレート8とし、この
溝に埋め込んだ電極をキャパシタ電極20としたところ
にある。
First, FIG. 6 shows a plan view of one embodiment of the present invention. The difference from the conventional memory cell shown in FIG.
A low resistance layer having the same conductivity type as that of the Si substrate is provided on the side wall of the groove 17 dug in the i substrate 10, this is used as a plate 8, and the electrode buried in this groove is used as the capacitor electrode 20.

以下本発明にかかる半導体メモリに製造工程を詳細に記
す。まず第8図に示すように、p型、1〜20Ω−cm
のSi基板10に前述のLOCOS法でフィールド酸化
膜11を形成した後FやClを含むガス例えばSF6
CCl4等を主成分とした平行平板型プラズマエッチン
グで所定の大きさの溝17を形成する。通常は1〜5μ
m深さのエッチング溝を形成するので、通常のホトレジ
スタで一旦CVDSiO2膜に溝のパターンを転写し、
このCVDSiO2膜をマスクとして溝17を形成す
る、この後よく知られた拡散法等によってSi基板と同
導電型の導電率1Ω−cm以下のp+層8を溝の側壁と
下部に形成しプレート8とする。その後第9図に示すよ
うに、SiO2やSi34の単層あるいはそれらの複合
膜、あるいはTa25等で代表されるキャパシタ絶縁膜
18を被着する。このキャパシタ絶縁膜18の所定の部
分にSi基板10に達するキャパシタ電極接続孔20を
形成し、この接続孔20を介して、poly Siのキャパ
シタ電極19をSi基板10に接続されるように所定の
部分に被着する。poly Si19の厚さが溝17の内壁
間隔の1/2以上であれば第9図に示すごとく溝17は
ほぼpoly Si19は導電性を持たせるため、PやAs
を添加するので結果としてSi基板10中にn+の拡散
層15が形成される。
The manufacturing process of the semiconductor memory according to the present invention will be described in detail below. First, as shown in FIG. 8, p-type, 1 to 20 Ω-cm
After forming the field oxide film 11 on the Si substrate 10 by the above-mentioned LOCOS method, a groove 17 having a predetermined size is formed by parallel plate plasma etching using a gas containing F or Cl such as SF 6 or CCl 4 as a main component. Form. Usually 1-5μ
Since an etching groove having a depth of m is formed, the groove pattern is once transferred to the CVD SiO 2 film using an ordinary photoresistor.
The CVD SiO 2 film is used as a mask to form the groove 17, and then the well-known diffusion method or the like is used to form the p + layer 8 having the same conductivity type as that of the Si substrate and having a conductivity of 1 Ω-cm or less on the side wall and the lower part of the groove. Plate 8 is used. Thereafter, as shown in FIG. 9, a single layer of SiO 2 or Si 3 N 4 or a composite film thereof, or a capacitor insulating film 18 typified by Ta 2 O 5 is deposited. A capacitor electrode connecting hole 20 reaching the Si substrate 10 is formed in a predetermined portion of the capacitor insulating film 18, and a predetermined capacitor electrode 19 of poly Si is connected to the Si substrate 10 through the connecting hole 20. Put on the part. If the thickness of the poly Si 19 is ½ or more of the inner wall spacing of the groove 17, as shown in FIG.
As a result, an n + diffusion layer 15 is formed in the Si substrate 10.

その後第10図に示すように、poly Si19を800
〜1100℃の乾燥あるいは湿式酸化法で酸化し、10
0〜2000nmの第1層間絶縁膜13を形成し、スイ
ッチトランジスタ2を形成すべき部分に10〜50nm
厚さのゲート酸化膜12を形成しさらにその上にpoly
Siや、Moシリサイド、あるいあMo,W等のゲート
(ワード線4)を被着する。その後イオン打込み法でA
s等を打込み、n+拡散層15を形成する。
Then, as shown in FIG.
Oxidation by dry or wet oxidation method at ~ 1100 ° C
The first interlayer insulating film 13 having a thickness of 0 to 2000 nm is formed, and the portion where the switch transistor 2 is to be formed has a thickness of 10 to 50 nm.
A gate oxide film 12 having a thickness is formed, and poly is formed on the gate oxide film 12.
A gate (word line 4) of Si, Mo silicide, or Mo, W or the like is deposited. After that, by ion implantation method A
Then, s or the like is implanted to form the n + diffusion layer 15.

さらにCVDPSGで代表される第2層間絶縁膜14を
被着してn+拡散層15へのコンタクト孔9を形成し、
Alに代表されるビット線3を被着する。
Further, a second interlayer insulating film 14 represented by CVDPSG is deposited to form a contact hole 9 to the n + diffusion layer 15,
A bit line 3 represented by Al is deposited.

このようにすることによって、キャパシタ1は、キャパ
シタ絶縁膜18とそれをはさんだ二つの電極すなわちキ
ャパシタ電極19とプレート8によって形成される。プ
レート8がSi基板10と同じp型であるとすると、キ
ャパシタ電極19が正電位になるので最大の電位でプレ
ート8表面が空乏化あるいは反転層が形成されないよう
に十分にp型不純物濃度を高めておく必要がある。一
方、プレート8をn型にした本発明の他の実施例の場合
にはキャパシタ電極19が正電位となったとしても、プ
レート8表面は蓄積態であるから問題はない。プレート
8をn型とした場合には、第6図の溝17に示すよう
に、溝17の周辺にn+層が離間して設けられているの
で、これらを接続する必要があり、第11図に示すよう
にSi基板n型を用い、この表面上にp型のエピタキシ
ャル層を形成すれば離間したプレート8はすべてn型の
Si基板10に接続される。このSi基板は接地電位に
しうるので雑音電圧の影響も小さい。製造法は第8図〜
第10図で説明した前実施例のSi基板のかわりに、エ
ピタキシャル層21を積層したSi基板10を用いれば
よい。
By doing so, the capacitor 1 is formed by the capacitor insulating film 18, two electrodes sandwiching the capacitor insulating film 18, that is, the capacitor electrode 19 and the plate 8. If the plate 8 is of the same p-type as the Si substrate 10, the capacitor electrode 19 has a positive potential, so the p-type impurity concentration is sufficiently increased so that the surface of the plate 8 is not depleted or an inversion layer is formed at the maximum potential. Need to be kept. On the other hand, in the case of another embodiment of the present invention in which the plate 8 is of the n-type, even if the capacitor electrode 19 has a positive potential, there is no problem because the surface of the plate 8 is in the accumulation state. When the plate 8 is of the n-type, as shown in the groove 17 of FIG. 6, since n + layers are provided separately around the groove 17, it is necessary to connect them. As shown in the figure, if a Si substrate n type is used and a p type epitaxial layer is formed on this surface, all the spaced plates 8 are connected to an n type Si substrate 10. Since this Si substrate can be set to the ground potential, the influence of noise voltage is small. The manufacturing method is shown in FIG.
Instead of the Si substrate of the previous embodiment described in FIG. 10, the Si substrate 10 having the epitaxial layer 21 laminated thereon may be used.

第12図に本発明の他の実施例を示す。前述の実施例の
キャパシタ電極19はプレート8との間でキャパシタ1
を形成しているが、本例は、第1層間絶縁膜13を介し
て第2プレート22を被着し、この間でもキャパシタを
形成している点に特徴がある。この場合プレート8との
間にキャパシタに本キャパシタが加わるのでより大容量
のキャパシタを得ることができる。また接地電位にしう
る第2プレート13はキャパシタ電極19のシールドと
もなり、雑音に強い。
FIG. 12 shows another embodiment of the present invention. The capacitor electrode 19 of the above-described embodiment is connected to the plate 8 to form the capacitor 1
However, the present example is characterized in that the second plate 22 is deposited via the first interlayer insulating film 13 and the capacitor is formed during this period. In this case, since the main capacitor is added to the capacitor between the plate 8 and the plate 8, a larger capacity capacitor can be obtained. In addition, the second plate 13, which can be set to the ground potential, also serves as a shield for the capacitor electrode 19 and is resistant to noise.

以上の本発明の実施例はスイッチトランジスタ2をSi
基板10かエピタキシャル層21表面上に形成したもの
である。第13図に本発明の他の実施例を示す。
In the above-described embodiment of the present invention, the switch transistor 2 is made Si.
It is formed on the surface of the substrate 10 or the epitaxial layer 21. FIG. 13 shows another embodiment of the present invention.

すでに上記実施例で説明したようにキャパシタ絶縁膜1
8を被着した後にSiの単結晶膜を形成し、後の工程で
キャパシタ電極19と拡散層部15になる部分を含むS
OI(Silicon On Insulatorの略)構造を形成する。こ
れは全面あるいは一部の面に多結晶あるいは無定形(amo
rphous)のSi膜を被着しておき、全面あるいは一部の
面をレーザー光や熱ヒーターで加熱し、一度溶解するか
あるいは固相のままで絶縁膜上に単結晶層23を成長さ
せるものがある。(第13図には示していないが、SO
I構造のSi膜の一部をSi基板10に接触しておく
と、単結晶化が容易に行なえるので利点が大きい。) その後SOI部23上にゲート酸化膜12さらにはゲー
トを被着し、n+層を形成して一方はキャパシタ電19
とし、他方はビット線3に接続される拡散層15とす
る。その後の工程は前実施例と同様である。本実施例
は、スイッチトランジスタ2がSi基板11上にないの
で、基板11は任意の導電型をとりうる。すなわちn型
にすれば特にプレート8を設けなくてもSi基板10そ
のものがプレートとなる。
As already described in the above embodiment, the capacitor insulating film 1
8 is deposited and then a single crystal film of Si is formed, and S including a portion which becomes the capacitor electrode 19 and the diffusion layer portion 15 in a later step.
Forming a structure (short for S ilicon O n I nsulator) OI . This can be polycrystalline or amorphous (amo
rphous) Si film is deposited, and the entire surface or a part of the surface is heated by a laser beam or a thermal heater, and once melted, or the single crystal layer 23 is grown on the insulating film in the solid phase. There is. (Although not shown in FIG. 13, SO
If a part of the Si film having the I structure is brought into contact with the Si substrate 10, single crystallization can be easily performed, which is a great advantage. ) Thereafter, the gate oxide film 12 and further the gate are deposited on the SOI portion 23 to form an n + layer, and one of them is a capacitor electrode 19
And the other is a diffusion layer 15 connected to the bit line 3. The subsequent steps are the same as in the previous embodiment. In this embodiment, since the switch transistor 2 is not provided on the Si substrate 11, the substrate 11 can have any conductivity type. That is, if the n-type is used, the Si substrate 10 itself becomes the plate even if the plate 8 is not provided.

一般に本ダイナミックメモリはメモリセルの周辺に程々
な機能をもった周辺回路を形成するのでSi基板10全
体をn型にはし難いが、この場合にはプレート8を設け
ればよいし、メモリセルの部分だけn型にすればよい。
Generally, in the present dynamic memory, it is difficult to form the entire Si substrate 10 into the n-type because peripheral circuits having moderate functions are formed around the memory cells, but in this case, the plate 8 may be provided and the memory cell It suffices to make only the portion of n type.

また第13図の実施例には第2プレートを用いていない
が、第12図に示した実施例で用いた第2プレート22
を設けることもできる。
Although the second plate is not used in the embodiment shown in FIG. 13, the second plate 22 used in the embodiment shown in FIG.
Can be provided.

以上本発明の実施例の説明では第6図に示したごとく溝
17の平面パターンは単純な長方形の場合を用いたが、
キャパシタ電極19のプレート8に対向する面は大きけ
れば大きい程キャパシタ容量は増大するので、第14図
(a)〜(c)に示すように、(a)くし型に溝17が
入りくんでいる場合、(c)リング状に溝17が形成さ
れている場合は単純な長形礼より同平面面積でいずれも
キャパシタ容量を増大しうる。
In the above description of the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, the plane pattern of the groove 17 is a simple rectangular pattern.
The larger the surface of the capacitor electrode 19 facing the plate 8 is, the larger the capacity of the capacitor is. Therefore, as shown in FIGS. 14A to 14C, the groove 17 is formed in the comb shape of FIG. 14A. In this case, (c) in the case where the groove 17 is formed in a ring shape, the capacitance of the capacitor can be increased in the same plane area than in the case of a simple elongated shape.

以上説明した実施例は多くの選択肢あるプロセスの中か
ら選んでいる。従って各工程には種々な代替が可能であ
るが、いずれの場合においても、基板に形成した溝の側
壁をキャパシタの一部とすることは共通しいる。
The embodiment described above is chosen from among many alternative processes. Therefore, various alternatives are possible for each step, but in any case, it is common that the side wall of the groove formed in the substrate serves as a part of the capacitor.

上記実施例では、本発明を、ワード線4がメモリセルア
レー内で連続的なゲートとして説明したが、メモリセル
内のスイッチングトランジスタ2のpoly Siのトラン
スファーゲート4をメモリセル間で連続して形成するこ
となく離間して形成し、新たなコンタクト孔を介してA
lのワード線4で接続することもできる。こうすると従
来から多くの実積のある多結晶Siゲートの信頼性と、
Alの抵抗の低いことから、高速のメモリのスイッチン
グ時間をうることができる。
Although the present invention has been described in the above embodiment as the word line 4 being a continuous gate in the memory cell array, the poly Si transfer gate 4 of the switching transistor 2 in the memory cell is continuously formed between the memory cells. Without separating, form through a new contact hole
It is also possible to connect with the word line 4 of l. In this way, the reliability of many conventional polycrystalline Si gates,
Since the resistance of Al is low, a high-speed memory switching time can be obtained.

上記のように、本発明の趣旨は、基板に堀り込んだ溝の
側壁をキャパシタの1部とすることにある。従って基板
の溝以外の部分、たとえば基板表面部、あるいは従来か
ら知られている多結晶Si−Si34膜−多結晶Siで
構成されるすなわち第2プレート22等の積層コンデサ
ーを基板表面上に形成して、これを側壁部のキャパシタ
と並列に接続してさらにCsを大としても、本発明の趣
旨は損われることはない。
As described above, the gist of the present invention is to make the side wall of the groove dug in the substrate part of the capacitor. Accordingly portions other than the grooves of the substrate, for example, the substrate surface portion, or polycrystalline Si-Si 3 N 4 film has been known - a stack Kondesa i.e. such second plate 22 made of polycrystalline Si on the substrate surface However, the gist of the present invention is not impaired even if the capacitor is formed in parallel and is connected in parallel with the capacitor on the side wall to further increase C s .

またスイッチトランジスタは、SOI層中でSi基板と
平行に形成されているが、第15図に示すようにSOI
層23に縦方向に、トランジスタチャネル部24を形成
することもできる。本縦型チャネルトランジスタは、S
OIを用いるすべてのメモリセルに適用しうる。
Although the switch transistor is formed in the SOI layer in parallel with the Si substrate, as shown in FIG.
The transistor channel portion 24 may be formed in the layer 23 in the vertical direction. This vertical channel transistor is S
It can be applied to all memory cells using OI.

また、本発明は冒頭にも述べたように、nチャネル型M
OSトランジスタを用いて説明したが、Pチャネル型に
するにはすべての不純物の導電型を逆にする不純物を用
いることで達成できる。リンやAsはBやAlに、Bは
リン,As,Sbなどに置換すればよい。
In addition, the present invention, as described at the beginning, is an n-channel type M
Although the description has been made using the OS transistor, it is possible to achieve the P-channel type by using impurities that reverse the conductivity types of all the impurities. Phosphorus or As may be replaced with B or Al, and B may be replaced with phosphorus, As, Sb, or the like.

[発明の効果] 以上本発明を詳細な実施例によって説明してきたが、ス
イッチトランジスタを基板面に形成したものでは同平面
面積で従来型のメモリセルよりキャパシタ容量Csで2
〜3倍、SOI層中に形成したものは数倍のCs増加が
可能である。実際には、溝の形状は完全に直平面で構成
されるわけではなく、多少丸みを帯び、また微細部での
リソグラフィの解像力程下のため設計形状が正方形であ
ったとしても、円形になる場合があるが、この場合でも
Csの減少は10〜20%にとどまる。
[Effects of the Invention] The present invention has been described above with reference to the detailed embodiments. However, in the case where the switch transistor is formed on the substrate surface, the capacitor capacitance Cs is 2 times larger than that of the conventional memory cell in the same plane area.
What is formed in the SOI layer can increase Cs several times to several times. In reality, the shape of the groove is not completely straight, but rather rounded, and even if the design shape is square due to the resolution of lithography in the fine part, it becomes circular. However, even in this case, the reduction of Cs is limited to 10 to 20%.

α線によるダイナミックメモリの誤動作は、Csが10
%増加しても1桁以上改善される場合が多いので、Cs
の2倍以上の増加はその規模のメモリの信頼性を上昇す
るばからでなく、さらに大規模のメモリ実現を可能とす
る。
The malfunction of the dynamic memory due to α rays is 10 Cs.
Even if it increases by%, it is often improved by one digit or more, so Cs
The increase of 2 times or more will not only increase the reliability of the memory of that scale, but also enable realization of a larger scale memory.

また本発明は構成上、α線によってSi基板内に発生す
る大量の電子−正孔対は、直接キャパシタ電極19に流
入することが極めて少なく、特にSOIを用いたもので
は全く流入しないので特にα線に対して強い特長を有す
る。
Further, according to the present invention, a large amount of electron-hole pairs generated in the Si substrate due to α-rays rarely directly flow into the capacitor electrode 19, and in particular, those using SOI do not flow at all. It has strong characteristics against lines.

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

第1図〜第5図は従来のメモリセルを説明する図、第6
図〜第15図はそれぞれ本発明の実施例を示す図であ
る。 符号の説明 1……キャパシタ、2……スイッチトランジスタ、3…
…ビット線、4……ワード線、5……センスアンプ、6
……寄生容量、7……活性領域、8……プレート、9…
…コンタクト孔、10……Si基板、11……フィール
ド酸化膜、12……ゲート酸化膜、13……第1層間絶
縁膜、14……第2層間絶縁膜、15……拡散層、16
……キャパシタ領域、17……溝、18……キャパシタ
絶縁膜、19……キャパシタ電極、20……キャパシタ
電極接続孔、21……エピタキシャル層、22……第2
プレート、23……SOI部、24……トランジスタチ
ャネル部。
1 to 5 are views for explaining a conventional memory cell, and FIG.
FIG. 15 to FIG. 15 are views showing an embodiment of the present invention. Explanation of symbols 1 ... Capacitor, 2 ... Switch transistor, 3 ...
... bit line, 4 ... word line, 5 ... sense amplifier, 6
... parasitic capacitance, 7 ... active area, 8 ... plate, 9 ...
Contact hole, 10 Si substrate, 11 field oxide film, 12 gate oxide film, 13 first interlayer insulating film, 14 second interlayer insulating film, 15 diffusion layer, 16
...... Capacitor region, 17 ... Groove, 18 ... Capacitor insulating film, 19 ... Capacitor electrode, 20 ... Capacitor electrode connection hole, 21 ... Epitaxial layer, 22 ... Second
Plate, 23 ... SOI part, 24 ... Transistor channel part.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮尾 正信 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−81968(JP,A) 特開 昭52−154390(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Masanobu Miyao 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) Reference JP-A-56-81968 (JP, A) JP-A-52 -154390 (JP, A)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項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ット線と、該ワード線とビット線と
の交点に設けられた複数のメモリセルと、 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
を含み、 上記容量は半導体基体に設けられた溝と、該溝の表面に
設けられた絶縁膜と、該絶縁膜上に設けられた電極を有
し、該電極に情報を蓄積してなり、 上記スイッ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、上記スイッチトランジスタの第二
の電極は上記ビット線に電気的に接続され、上記スイッ
チトランジスタの第三の電極は上記電極に電気的に接続
されており、かつ、 上記スイッチトランジスタの第二の電極から第三の電極
への電流通路は上記半導体基体とほぼ垂直に設けられ、
かつ、 上記スイッチトランジスタは上記該絶縁膜上に形成され
た上記容量上に積層して設けられていることを特徴とす
る半導体メモリ。
1. A plurality of word lines, a plurality of bit lines provided to intersect with the word lines, a plurality of memory cells provided at intersections of the word lines and the bit lines, and the memory cells A capacitor for storing information and a switch transistor for controlling reading and writing of information from and to the capacitor are included. The capacitor has a groove formed in the semiconductor substrate, an insulating film provided on the surface of the groove, and An electrode provided on the insulating film, information is stored in the electrode, the first electrode of the switch transistor is electrically connected to the word line, and the second electrode of the switch transistor is Is electrically connected to the bit line, the third electrode of the switch transistor is electrically connected to the electrode, and the current path from the second electrode to the third electrode of the switch transistor is the above Is provided almost perpendicular to the semiconductor substrate,
Further, the semiconductor memory is characterized in that the switch transistor is laminated on the capacitor formed on the insulating film.
【請求項2】上記スイッチトランジスタの第一の電極
は、上記第二の電極の上に第2の絶縁膜を介して積層さ
れてなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
半導体メモリ。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first electrode of the switch transistor is laminated on the second electrode via a second insulating film. memory.
【請求項3】上記ビット線は、上記ワード線上に、第3
の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項に記載の半導体メモリ。
3. The bit line is a third line on the word line.
The semiconductor memory according to claim 1, wherein the semiconductor memory is provided via the insulating film.
【請求項4】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ット線と、該ワード線とビット線と
の交点に設けられた複数のメモリセルと、 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ッチトランジスタと
を含み、 上記容量は半導体基体に設けられた溝と、該溝の表面に
設けられた第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜上に設けら
れた電極を有し、該電極に情報を蓄積してなり、 上記スイッ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、上記スイッチトランジスタの第二
の電極は上記ビット線に電気的に接続され、上記スイッ
チトランジスタの第三電極は上記電極に電気的に接続さ
れており、かつ、 上記スイッチトランジスタの第二の電極及び第三の電極
は、上記第1の絶縁膜に接して該半導体基体上に設けら
れた第2の絶縁膜を介して上記半導体基体と分離して設
けられていることを特徴とする半導体メモリ。
4. A plurality of word lines, a plurality of bit lines provided to intersect with the word lines, a plurality of memory cells provided at intersections of the word lines and the bit lines, and the memory cells The capacitor includes a capacitor for storing information and a switch transistor for controlling reading and writing of information from and to the capacitor, and the capacitor has a groove provided in the semiconductor substrate and a first insulating film provided on the surface of the groove. And an electrode provided on the first insulating film, information is stored in the electrode, and the first electrode of the switch transistor is electrically connected to the word line. The second electrode of the switch transistor is electrically connected to the bit line, the third electrode of the switch transistor is electrically connected to the electrode, and the second electrode and the third electrode of the switch transistor are Is above A semiconductor memory characterized in that the semiconductor memory is provided separately from the semiconductor substrate via a second insulating film provided on the semiconductor substrate in contact with the first insulating film.
【請求項5】上記スイッチトランジスタの第一の電極
は、上記第二の電極の上に第3の絶縁膜を介して積層さ
れてなることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の
半導体メモリ。
5. The semiconductor according to claim 4, wherein the first electrode of the switch transistor is laminated on the second electrode via a third insulating film. memory.
【請求項6】上記ビット線は、上記ワード線上に第4の
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5項記載の半導体メモリ。
6. The semiconductor memory according to claim 5, wherein the bit line is provided on the word line via a fourth insulating film.
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