JPH06334147A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH06334147A
JPH06334147A JP5118130A JP11813093A JPH06334147A JP H06334147 A JPH06334147 A JP H06334147A JP 5118130 A JP5118130 A JP 5118130A JP 11813093 A JP11813093 A JP 11813093A JP H06334147 A JPH06334147 A JP H06334147A
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JP
Japan
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region
memory cell
element forming
substrate
circuit
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Pending
Application number
JP5118130A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahiro Yoshida
昌弘 吉田
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 ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06334147A publication Critical patent/JPH06334147A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
    • H01L27/105Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including field-effect components

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  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高集積化、大蓄積容量化のDRAMの、メモ
リセルの高い動作特性を保持しつつ、当該メモリセル領
域と周辺回路形成領域との平坦化を図る。 【構成】 半導体チップを構成する基板1の主面は、第
1〜第4の素子形成領域S1〜S4に分割されている。こ
のうち第1,第3の素子形成領域S1,S3は通常のプレ
ーナ型トランジスタの形成領域で、領域S1にメモリセ
ルアレイ11を構成する、高さの高い素子が、領域S3
に制御回路、クロック発生回路等の周辺回路13を構成
する素子が夫々形成される。又、第2,第4の素子形成
領域S2,S4には酸化シリコン膜2、シリコン薄膜3に
てSOI構造が夫々形成され、領域S2に単純MOS構
造の、高さの低い周辺回路(ドライバ、センスアンプ、
デコーダ等)を構成する素子が、領域S4に基板バイア
ス電圧を生成する基板バイアス発生回路を構成する素子
が夫々形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の平坦化技
術さらにはダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ
(DRAM)の平坦化技術に適用して特に有効な技術に
関し、例えばDRAMのメモリセル部とその周辺回路部
の段差を小さくする技術に利用して有用な技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体記憶装置、特にMOS型の
DRAMにおいては、各記憶素子の蓄積容量を構成する
容量絶縁膜を基板上に高く積み上げて、当該DRAMの
高集積化を図りつつ各記憶素子の蓄積容量を大きく確保
している。このような構造のDRAMにあっては、その
周辺回路部分は簡単なMOS構造となっているためにこ
れを構成する素子はその高さが低く、メモリセル部分と
の高低差がそのまま段差となって現れてしまい、その後
に行われるホトリソグラフィの露光工程で、焦点合わせ
が難くなって、加工精度が低下する。このため従来、シ
リコン基板の主面の一部を予め削り取っておき、ここに
メモリセルを構成する素子を形成して上記高低差をなく
すようにした技術(リセスド・アレイ技術)が例えば'9
2 VLSi symposium p.10 K.Sagara et-al "A 0.72μm2Re
cessed STC technology for 256Mbit DRAMs using quar
ter-μm phase-shifttechnology"によって提案されてい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかにされた。即ち、上記リセスド・アレイ
技術を用いて当該DRAMを形成した場合、メモリセル
の素子が形成される領域のシリコンは、エッチングによ
って結晶構造が不安定となるため、メモリセルを構成す
るトランジスタの動作特性等が低下して、DRAMの動
作特性を低下させる虞がある。本発明はかかる事情に鑑
みてなされたもので、高集積化、蓄積容量の大型化が図
られたDRAMにおいて、メモリセルの高い動作特性を
保持しつつ、該メモリセルの素子が形成される領域と周
辺回路の素子が形成される領域との平坦化を図ることが
できる半導体記憶装置を提供することをその主たる目的
とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。即ち、本発明の半導体記憶装置は、シリコ
ン基板の主面が少なくとも第1の素子形成領域と第2の
素子形成領域とに分割され、第1の素子形成領域にメモ
リセルを構成する素子が形成され、前記第2の素子形成
領域に酸化膜を介したシリコン薄膜が形成されてSOI
構造をなし、該第2の素子形成領域にメモリセルの周辺
回路を構成する素子を形成するようにした。
【0005】
【作用】DRAMのメモリセルを構成する素子が、半導
体チップの基板(第1の素子形成領域)上に形成され、
周辺回路を構成する素子が当該基板表面より酸化膜及び
シリコン薄膜の膜厚だけ高くなる第2の素子形成領域上
に形成されるので、メモリセル部分が結晶構造が安定し
ている基板上に形成され、且つ、メモリセル部分と周辺
回路部との間の平坦化が達成される。
【0006】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面を参照し
て説明する。図1は、本発明が適用されたMOS型のD
RAMの構造を示す斜視図である。この図に示すよう
に、半導体チップを構成するシリコン基板1の主面は、
第1〜第4の素子形成領域S1〜S4に区分けされる。こ
のうち第1及び第3の素子形成領域S1,S3は通常のプ
レーナ型トランジスタの形成領域とされ、第2及び第4
素子形成領域S2,S4のシリコン基板1上には、酸化シ
リコン膜2B,2Dが形成され、この上にシリコン薄膜
3B,3Dが形成されている。つまり、第2の素子形成
領域S2、第4の素子形成領域S4には、SOI構造(シ
リコン・オン・インシュレータ)が構成されている。
【0007】この実施例では、上記のように主面が4つ
の素子形成領域に分割されたシリコン基板1において、
第1の素子形成領域S1にDRAMのメモリセルアレイ
11を構成する素子が設けられ、第2の素子形成領域S
2に上記メモリセルアレイの直近に設けられる周辺回路
12(センスアンプ,ドライバ,デコーダ等)を構成す
る素子が形成される。又、第3の素子形成領域S3には
他の周辺回路13(例えば制御回路,クロック発生回
路)、更に第4の素子形成領域S4にはDRAMの基板
バイアス電圧を生成する基板バイアス発生回路14を構
成する素子が夫々形成されている。
【0008】上記のように構成されたDRAMは、以下
のような効果を奏する。即ち、近年の64MDRAM等
の、メモリセル部分は、各記憶素子の蓄積容量を大きく
確保するために、その蓄積容量が基板上でその高さ方向
に積み上げられる(高積層まで〜1μm)。一方、メモ
リセルの周辺回路(例えばドライバ,センスアンプ,デ
コーダ)を構成する素子は単純なMOS構造をとってお
り、その高さは〜0.1μm程度であり、上記メモリセ
ル部と周辺回路部の段差は1μm近い。本実施例のDR
AMでは、この高低差に着目し、シリコン基板1上の周
辺回路形成部にこれらの高低差を補償するような膜厚の
SOI構造(高さ1〜1.5μm程度)を選択的に形成
しておき(S2)、高さが低い基板1上にメモリセルア
レイの素子を直接形成し(領域S1)、高さが高いSO
I構造(領域S2)に上記周辺回路の素子を形成するよ
うにして、これらの領域S1,S2間の高低差をなくして
いる。又、メモリセル11を構成する素子が、結晶構造
が安定したシリコン基板上に直接形成されるので、その
高い動作特性を確保することもできる。上記のように領
域S1,S2間の平坦化が図られると、その後の工程で堆
積されるレジスト等の平坦化が図られ、ホトリソグラフ
ィ工程で焦点のずれが発生せず、高集積化に必要な微細
加工プロセスが可能となる。
【0009】又、本実施例では、メモリセルの周辺回路
のうち、該セルから比較的離れた位置に設けられる周辺
回路13(例えば制御回路、クロック発生回路)に関し
ては、メモリセルが形成される第1の素子形成領域S1
以外の、シリコン基板上(第3の素子形成領域S3)に
その素子が形成されている。これは、これらの周辺回路
13は精度の高い動作特性が要求されるからであり、従
ってこの部分では、メモリセル部分との平坦化よりも、
結晶構造が安定な基板上に当該素子を形成することが優
先される。またこの領域でのレイアウトパターンはメモ
リセル近傍に比べ粗となるため隣り合うS2の領域との
段差解消は容易である。
【0010】更に、前記シリコン基板1には、前記第2
の素子形成領域S2とは別の、第4の素子形成領域S4
SOI構造が設けられ、この上に、基板バイアス電位を
生成するための基板バイアス発生回路14を構成する素
子が設けられている。このようにSOI構造の上に基板
バイアス発生回路14の素子を形成することによって、
当該基板バイアス発生回路14から発生する少数キャリ
アがシリコン基板1に移動することがなくなり、メモリ
セルの安定動作が確保される。
【0011】次に、DRAMの上記4つの素子形成領域
1〜S4の形成方法について、図2〜図4を参照して説
明する。 先ず、シリコン基板1の全面に酸化シリコン膜2を例
えば表面酸化によって形成し、その上にシリコン薄膜3
を例えばCVDにてデポジションして、上記酸化シリコ
ン膜2とシリコン薄膜3とで1μm程度のSOI構造を
形成する(この場合、シリコン薄膜をエピタキシャル成
長にて形成してもよい。)。 次いで、基板全面に所定膜厚のレジスト4を塗布し、
該レジスト4を所定のパターンが描かれたホトマスク5
にて露光する(ここまでの工程で得られた構造を図2に
示す)。 上記レジストの露光された部分を除去し(図3)、こ
れをマスクにしてシリコン薄膜3のエッチング、次いで
酸化シリコン膜2のエッチングを行って、SOI構造が
選択的に形成されたシリコン基体構造を得る(ここまで
の工程で得られた構造を図4に示す)。 しかして、シリコン基板1が露出している素子形成領域
1には、メモリセル11を構成する素子が、同じく素
子形成領域S3には制御回路,クロック発生回路等の周
辺回路13を構成する素子が形成され(図中点線で示
す)、一方、シリコン基板1上に形成されたSOI構造
から成る素子形成領域S2にはメモリセルの周辺回路の
うちワードドライバ,デコーダ等の周辺回路12、同じ
く素子形成領域S4には基板バイアス発生回路14を構
成する素子が、夫々形成される。
【0012】以上、詳述したように本実施例のDRAM
は、そのシリコン基板1の主面が、シリコン基板が露出
した第1の素子形成領域S1と、SOI構造の第2の素
子形成領域S2に分割され、第1の素子形成領域S1にメ
モリセルアレイを構成する素子が形成され、第2の素子
形成領域S2に周辺回路を構成する素子が形成されてい
る。従って、メモリセルの素子が、結晶構造が安定化し
ている基板に直接形成されることとなってその高い動作
特性が確保される。しかもその周辺回路を構成する素子
が、当該基板より高いSOI構造上に形成されているた
め、DRAMの素子形成部分で高低差がなくなり、微細
加工プロセスに適する構造となる。又、周辺回路のうち
制御回路,クロック発生回路等の回路を構成する素子
は、メモリセルが形成される領域とは別個に形成された
シリコン基板上(第3の素子形成領域S3)に形成され
ているので、これらの周辺回路13の動作特性が向上す
る。更に、少数キャリアを発生し易い基板バイアス発生
回路14を構成する素子が、SOI構造の第4の素子形
成領域S4に形成されているので、該発生回路14で少
数キャリアが発生したとしてもメモリセル側に移動する
ことがなくなり、該DRAMのリフレッシュ特性の改善
が図られる。
【0013】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、本
実施例では、半導体基板上にSOI構造を形成するに当
たり、該基板上に酸化シリコン膜を形成し、その上にシ
リコン薄膜を堆積させるようにしたが、これに限らず、
例えばSOI張合せウェハのSOI部分を選択的に除去
して同様の基体構造を達成するようにしてもよい。
【0014】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるMOS
形構造のDRAMに適用した場合について説明したが、
この発明はそれに限定されるものでなく、他の半導体記
憶装置一般に利用することができる。
【0015】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。高集積化、蓄積容量の大型化が図られ
たDRAMにおいて、そのメモリセル部分の高い動作特
性を維持しつつ、メモリセルアレイを構成する素子が形
成される領域と、周辺回路を構成する素子が形成される
領域との間が平坦化され、その後の微細加工プロセスが
容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたMOS型のDRAMの基本
の構造を示す斜視図である。
【図2】半導体基板の製造プロセスのうち、酸化シリコ
ン膜、シリコン薄膜上にレジスト塗布しこれを露光する
工程を示す断面図である。
【図3】上記露光されたレジストを除去して所定形状の
マスクパターンを形成する工程を示す断面図である。
【図4】上記レジストをマスクに、シリコン薄膜、酸化
シリコンをエッチングして得られた基本構造を示す断面
図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 酸化シリコン膜 3 シリコン薄膜 11 メモリセルアレイ 12 周辺回路(センスアンプ,ドライバ,デコーダ) 13 周辺回路(制御回路,クロック発生回路) 14 基板バイアス発生回路 S1 第1の素子形成領域 S2 第2の素子形成領域(SOI構造) S3 第3の素子形成領域 S4 第4の素子形成領域(SOI構造)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップの主面が少なくとも第1の
    素子形成領域と第2の素子領域とに分けられ、第1の素
    子形成領域にメモリアレイを構成する素子が形成され、
    前記第2の素子形成領域には酸化膜を介してシリコン薄
    膜が形成され、該第2の素子形成領域に前記シリコン薄
    膜を基体としたメモリアレイの周辺回路を構成する素子
    が形成されていることを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記半導体チップの主面には、前記メモ
    リアレイを構成する素子が形成された第1の素子形成領
    域と同一平面をなす第3の素子形成領域が形成され、前
    記第2の素子形成領域に、周辺回路のうちメモリセルの
    ドライバ、センスアンプ、デコーダの少なくとも1つの
    回路を構成する素子が形成され、前記第3の素子形成領
    域に周辺回路のうちメモリセルの動作を制御する制御回
    路並びにクロック発生回路の少なくとも1つの回路を構
    成する素子が形成されていることを特徴とする請求項1
    に記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記半導体チップの主面には、前記第2
    の素子形成領域と同一構造の第4の素子形成領域が形成
    され、該第4の素子形成領域には、基板バイアス電圧を
    生成するための基板バイアス発生回路を構成する素子が
    形成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導
    体記憶装置。
JP5118130A 1993-05-20 1993-05-20 半導体記憶装置 Pending JPH06334147A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0726601A1 (en) * 1995-02-07 1996-08-14 Nec Corporation Semiconductor memory device having peripheral circuit and interface circuit fabricated on bulk region out of silicon-on-insulator region for memory cells

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0726601A1 (en) * 1995-02-07 1996-08-14 Nec Corporation Semiconductor memory device having peripheral circuit and interface circuit fabricated on bulk region out of silicon-on-insulator region for memory cells
US5740099A (en) * 1995-02-07 1998-04-14 Nec Corporation Semiconductor memory device having peripheral circuit and interface circuit fabricated on bulk region out of silicon-on-insulator region for memory cells

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