JPH0750745B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0750745B2
JPH0750745B2 JP60219178A JP21917885A JPH0750745B2 JP H0750745 B2 JPH0750745 B2 JP H0750745B2 JP 60219178 A JP60219178 A JP 60219178A JP 21917885 A JP21917885 A JP 21917885A JP H0750745 B2 JPH0750745 B2 JP H0750745B2
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JP
Japan
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layer
groove
semiconductor
semiconductor substrate
oxide film
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JP60219178A
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厚 平石
裕 小林
正隆 南
隆洋 長野
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体装置内での静電容量形成部の構成に係
り、特に高集積度の半導体メモリ装置に好適な半導体装
置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a configuration of a capacitance forming section in a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device suitable for a highly integrated semiconductor memory device.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

近年、高集積のダイナミツク・ランダム・アクセス・メ
モリ(DRAM)では、α線などの外来ノイズによるメモリ
セル情報の破壊(ソフトエラー)が問題となつてきてい
る。例えば、第2図に示すDRAMのメモリセルでは、信号
は電荷としてキヤパシタ24に貯えられている。なお、こ
こで、21はビット線、22はワード線、23はトランスフア
MOSである。
In recent years, in highly integrated dynamic random access memory (DRAM), destruction of memory cell information (soft error) due to external noise such as α rays has become a problem. For example, in the DRAM memory cell shown in FIG. 2, signals are stored in the capacitor 24 as electric charges. Here, 21 is a bit line, 22 is a word line, and 23 is a transfer line.
It is MOS.

しかし、高集積化によりメモリセル面積が減少してゆく
にしたがい、コンデンサ24の容量も減少する。このた
め、外来ノイズに対する、信号電荷とノイズ電荷の比
(S/N比)を確保するためには、小面積で、高容量値の
コンデンサを作る必要がある。
However, the capacity of the capacitor 24 also decreases as the memory cell area decreases due to higher integration. Therefore, in order to secure the ratio of signal charge to noise charge (S / N ratio) with respect to external noise, it is necessary to make a capacitor having a small area and a high capacitance value.

このため、従来、特公昭58−12739号公報に記載の様
に、第3図の如く、基板1に深く溝を設け、溝内を薄い
絶縁膜3を介して、多結晶シリコン層31で埋め、さらに
多結晶シリコン部31を高電位にして、溝内酸化膜3外側
にチヤネル32を形成し、電界効果トランジスタ部のド
レイン9と、溝内酸化膜3外側を電気的に接続して、溝
内多結晶シリコン31、溝内酸化膜3、溝内酸化膜外部の
チヤネル32でコンデンサを形成させ、それを利用して電
界効果トランジスタ部のドレイン9に付加される容量
値を増していた。
Therefore, as described in Japanese Patent Publication No. 58-12739, conventionally, as shown in FIG. 3, a groove is deeply formed in the substrate 1 and the inside of the groove is filled with a polycrystalline silicon layer 31 through a thin insulating film 3. Further, the polycrystalline silicon portion 31 is set to a high potential to form a channel 32 on the outside of the in-groove oxide film 3, and the drain 9 of the field effect transistor portion and the outside of the in-groove oxide film 3 are electrically connected to each other. A capacitor is formed by the inner polycrystalline silicon 31, the oxide film 3 in the groove, and the channel 32 outside the oxide film in the groove, and the capacitance value added to the drain 9 of the field effect transistor portion is increased by utilizing the capacitor.

しかし、この構造では、溝外周面にチヤネル32が形成さ
れているため、電界効果トランジスタ部のドレイン9
が溝にそつて深くのびていることと同等となり、α線な
どにより基板内に発生したキヤリアは、拡散の後容易に
コンデンサを形成している溝外部のチヤネル32に達し、
吸収されるため、溝自体がα線により発生するキヤリア
(電子又はホール)を集収するアンテナの働きをしてし
まい、容量値を増したほどソフトエラーに対する強度は
上がらない問題があつた。なお、この第3図で、2は素
子分離用酸化膜、10はソースを表わし、かつ、Pはコン
デンサ部、Qは素子分離領域を表わす。
However, in this structure, since the channel 32 is formed on the outer peripheral surface of the groove, the drain 9 of the field effect transistor portion is formed.
Is equivalent to extending deeply into the groove, and the carrier generated in the substrate due to α rays etc. easily reaches the channel 32 outside the groove forming the capacitor after diffusion,
Since it is absorbed, the groove itself acts as an antenna for collecting carriers (electrons or holes) generated by α rays, and there is a problem that the strength against soft error does not increase as the capacitance value increases. In FIG. 3, 2 is an oxide film for element isolation, 10 is a source, P is a capacitor portion, and Q is an element isolation region.

また、この構造においては、第4図の如く2つの溝型コ
ンデンサを近接し、ドレイン9′を高電位、9を低電位
にした場合、溝の基板側表面にチヤネル32,32′が形成
されているために、2つの溝型コンデンサ部P,P′は、
あたかも溝と同じ深さのソース(P)、ドレイン
(P′)を持ち、素子分離用酸化膜2をゲート酸化膜と
した絶縁ゲート電界効果トランジスタとして動作する。
このため、2つの溝型コンデンサ部P,P′を近接させる
とこれらの間にパンチスルー電流に相当するリーク電流
41が流れる。この電流は、溝型キヤパシタ部P,P′に貯
えた信号電荷の消失をもたらすため、溝型コンデンサを
高密度で形成する場合に問題があつた。
Also, in this structure, as shown in FIG. 4, when two groove type capacitors are brought close to each other and the drain 9'is set to a high potential and 9 is set to a low potential, channels 32, 32 'are formed on the substrate side surface of the groove. Therefore, the two groove type capacitor parts P and P ′ are
It operates as an insulated gate field effect transistor having a source (P) and a drain (P ') having the same depth as the groove and using the element isolation oxide film 2 as a gate oxide film.
For this reason, if the two groove type capacitor parts P and P ′ are brought close to each other, a leak current corresponding to a punch through current is generated between them.
41 flows. This current causes the disappearance of the signal charges stored in the groove type capacitor parts P and P ', so that there is a problem in forming the groove type capacitor at a high density.

さらに、アイ・イー・デイー・エム、テクニカル ダイ
ジエスト、240(1984)、シゲル ナカムラ等による
“アン アイソレーシヨンマージドバーチカル キヤパ
シタ セル”(IEDM,Techical Digest,240(1984)にお
けるShgeru Nakajima等による“An Isolation−Merged
Vertical Capacitor Cell")と題した文献中で論じられ
ている薄型コンデンサでは、リーク電流の回避と、高集
積化を考え第8図の構造を採用している。なお、この第
8図で、90,92は多結晶シリコン、91は酸化膜であり、
さらに、56はゲート酸化膜を表わす。
Furthermore, “An Isolation Merged Vertical Capacitor Cell” by IE Day, Technical Digest, 240 (1984), Shigeru Nakamura, etc. Isolation-Merged
The thin capacitor discussed in the literature entitled "Vertical Capacitor Cell") adopts the structure shown in Fig. 8 in order to avoid leakage current and achieve higher integration. , 92 is polycrystalline silicon, 91 is an oxide film,
Further, 56 represents a gate oxide film.

しかしながら、この構造においても、メモリセルの記憶
ノード、つまり電界効果トランジスタのドレイン9、及
びこれと電気的に接続されている多結晶シリコン層90が
高電位になつた場合、溝酸化膜3の外側面にチヤネルが
形成され易いという問題点は解決されず、前記問題点の
根本的な解決とならなかつた。
However, even in this structure, when the storage node of the memory cell, that is, the drain 9 of the field effect transistor and the polycrystalline silicon layer 90 electrically connected to the storage node have a high potential, the outside of the trench oxide film 3 is exposed. The problem that a channel is easily formed on the side surface has not been solved, and it has not been a fundamental solution to the above problem.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点に対処し、
α線などによる外来雑音に対する耐量が大で、ソフトエ
ラーの発生が充分に抑えられ、しかも高密度の集積化が
可能な半導体メモリ用の半導体装置を提供するにある。
The object of the present invention is to address the above-mentioned problems of the prior art,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device for a semiconductor memory, which has a large tolerance to external noise due to α rays and the like, can sufficiently suppress the occurrence of soft errors, and can be highly integrated.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

この目的を達成するため、本発明は、溝内コンデンサを
形成する外側の電極となる導電層を、半導体基板と同電
位に保てるようにし、これによりメモリセルの記憶ノー
ド部が接地電位から電源電位間のいかなる電位にあつて
も、溝酸化膜の外側にチヤンネルの形成が起こらないよ
うにした点を特徴とする。
In order to achieve this object, the present invention enables a conductive layer serving as an outer electrode forming a capacitor in a groove to be kept at the same potential as that of a semiconductor substrate, so that a storage node portion of a memory cell is changed from a ground potential to a power supply potential. It is characterized in that the formation of a channel does not occur outside the trench oxide film at any potential in between.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明による半導体装置について、図示の実施例
により詳細に説明する。
Hereinafter, the semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

第1図は本発明の一実施例で、半導体基板1の表面に形
成した溝の内面に第1の絶縁膜3、第1の多結晶半導体
層4、第2の絶縁膜5、第2の多結晶半導体層6をこの
順に積層することにより、第1の多結晶半導体層4と第
2の多結晶半導体層6の間にコンデンサを形成し、また
第1の絶縁膜3がコンデンサを取りかこむ構造とする。
さらに、第1の多結晶半導体層4を基板と同電位とする
ために、第1の絶縁膜3の溝底部を一部除去して第1の
多結晶半導体層4と基板1とを電気的に接続し、信号記
憶ノード部である電界効果トランジスタのドレイン9上
の絶縁層に窓7をあけて、第2多結晶半導体層6とドレ
イン9の電気的接続を取る構造とする。
FIG. 1 shows one embodiment of the present invention, in which the first insulating film 3, the first polycrystalline semiconductor layer 4, the second insulating film 5, and the second insulating film 5 are formed on the inner surface of the groove formed on the surface of the semiconductor substrate 1. By stacking the polycrystalline semiconductor layers 6 in this order, a capacitor is formed between the first polycrystalline semiconductor layer 4 and the second polycrystalline semiconductor layer 6, and the first insulating film 3 surrounds the capacitor. The structure.
Further, in order to make the first polycrystalline semiconductor layer 4 have the same potential as the substrate, the groove bottom portion of the first insulating film 3 is partially removed to electrically connect the first polycrystalline semiconductor layer 4 and the substrate 1 to each other. And a window 7 is opened in the insulating layer on the drain 9 of the field effect transistor which is the signal storage node portion to electrically connect the second polycrystalline semiconductor layer 6 and the drain 9.

従つて、この実施例によれば、コンデンサを構成する多
結晶半導体層4及び6の大部分の面積は基板との間に絶
縁膜3を有しており、また絶縁膜3をはさむ基板1と多
結晶半導体層4は、同電位であるため、この絶縁膜の外
側にチヤネルは形成されない。このため、α線などの外
来雑音によつて基板1内に発生したキヤリアは、基板内
を拡散して溝型コンデンサ部に近づくが、絶縁膜3によ
りしやへいされているため、コンデンサの電荷蓄積部で
ある多結晶半導体層4へ到達できず、コンデンサの信号
電荷に影響を与えない。このため、α線などによる外来
ノイズに強にコンデンサを形成できる。
Therefore, according to this embodiment, most of the polycrystalline semiconductor layers 4 and 6 constituting the capacitor have the insulating film 3 between them and the substrate 1 sandwiching the insulating film 3. Since the polycrystalline semiconductor layer 4 has the same potential, no channel is formed outside this insulating film. For this reason, the carrier generated in the substrate 1 due to external noise such as α rays diffuses in the substrate and approaches the groove type capacitor portion, but since the insulating film 3 makes it difficult, the charge of the capacitor is reduced. It cannot reach the polycrystalline semiconductor layer 4, which is the storage portion, and does not affect the signal charge of the capacitor. For this reason, the capacitor can be formed strongly against external noise due to α rays and the like.

さらに、このように溝の外側にチヤネルの形成されない
溝型コンデンサの利点としては、近接された溝間のリー
ク電流経路が無いため、溝コンデンサ間の干渉が無い点
にある。
Further, the advantage of the groove type capacitor in which no channel is formed outside the groove is that there is no interference between groove capacitors because there is no leak current path between adjacent grooves.

従つて、この実施例によれば、溝型コンデンサを近接し
て、高密度で形成しても、第4図で説明した従来例のよ
うな、コンデンサの信号間での干渉は起きず、コンデン
サの高密度化に有利となる。
Therefore, according to this embodiment, even if the groove type capacitors are formed close to each other with a high density, interference between the signals of the capacitors as in the conventional example described in FIG. It is advantageous for high density.

ところで、この第1図に示した実施例は次のようにして
製造した。
By the way, the embodiment shown in FIG. 1 was manufactured as follows.

まず、第5a図のように、P型半導体基板1上に熱酸化膜
51を200Åの厚さに形成し、次にシリコン窒化膜を用い
た選択酸化法で、所望の部所に素子分離を目的とした厚
さ4000Åの厚い酸化膜2を形成する。この後、新たに表
面上にシリコン窒化膜52を200Åの厚さに被着し、シリ
コン窒化膜の所望のコンデンサ形成部に穴53を加工す
る。次に、第5図bのように、前記シリコン窒化膜52を
マスクとして、表面酸化膜51、シリコン基板1を、異方
性シリコンドライエツチング、又はイオンミリングによ
つてエツチング加工し、深さ4μmの溝54を形成する。
そして、熱酸化法を用いて厚さ200Åの溝内酸化膜3を
形成する。次に、第5c図のように、異方性酸化膜ドライ
エツチングにより溝底部の酸化膜3を除去する。このと
き、溝形成部以外の酸化膜3はシリコン窒化膜52で被わ
れているためエツチングされず、また、溝側面の酸化膜
3も、異方性ドライエツチングのため除去されない。こ
のあとシリコン窒化膜52をエツチングして除き、P型に
ドープした多結晶シリコン層4を2000Åの厚さに積層す
る。そして、さらに、第5d図のように、異方性シリコン
ドライエツチングでエツチング加工し、溝側面の多結晶
シリコンを残し他の部分の多結晶シリコンを除去する。
次に、第5e図のように、シリコン酸化膜50Å、シリコン
窒化膜200Å、シリコン酸化膜100Åの三層からなる高誘
電率三層絶縁膜5を積層し、後に熱酸化膜51と共に所望
の形状にエツチング加工する。次にN型にドープした多
結晶シリコン層6を3000Å積層し溝を埋め、後に所望の
形状にエツチング加工する。ただし、このとき多結晶シ
リコン層6の一部が直接シリコン基板1の主面と接続す
る部分55を形成する様に加工する。次に、第5f図のよう
に、熱酸化により厚さ200Åのゲート酸化膜56を形成
し、この上に多結晶シリコン層を2000Åの厚さに積層し
た後に、この多結晶シリコン層を層抵抗値が19ΩのN型
にドーピングし、エツチング加工してゲート電極8を形
成する。このとき、前記多結晶シリコン6がシリコン基
板1と接続する部分から、基板側へN型多結晶シリコン
層6より拡散された不純物によりN型拡散層57が形成さ
れる。次に、第5g図のように、シリコン基板1の表面側
より酸化膜を通して、イオン打込み法によりヒ素イオン
を5×1015cm-2の面密度、加速エネルギー80KeVで打込
み、その後、熱処理して電界効果トランジスタのドレイ
ン9とソース10となる拡散層を形成させるが、このとき
に前記N型拡散層57とドレイン9とが接続され、ここで
第1図の半導体装置が得られることになる。
First, as shown in FIG. 5a, a thermal oxide film is formed on the P-type semiconductor substrate 1.
51 is formed to a thickness of 200Å, and then a thick oxide film 2 having a thickness of 4000Å intended for element isolation is formed at a desired portion by a selective oxidation method using a silicon nitride film. Thereafter, a silicon nitride film 52 is newly deposited on the surface to a thickness of 200Å, and a hole 53 is formed in a desired capacitor forming portion of the silicon nitride film. Next, as shown in FIG. 5b, the surface oxide film 51 and the silicon substrate 1 are etched by anisotropic silicon dry etching or ion milling using the silicon nitride film 52 as a mask to a depth of 4 μm. To form the groove 54.
Then, a thermal oxidation method is used to form an oxide film 3 in the groove having a thickness of 200Å. Next, as shown in FIG. 5c, the oxide film 3 at the bottom of the groove is removed by anisotropic dry etching of the oxide film. At this time, the oxide film 3 other than the groove forming portion is not etched because it is covered with the silicon nitride film 52, and the oxide film 3 on the groove side surface is also not removed because of anisotropic dry etching. Thereafter, the silicon nitride film 52 is removed by etching, and a P-type doped polycrystalline silicon layer 4 is laminated to a thickness of 2000 Å. Then, as shown in FIG. 5d, an etching process is performed by anisotropic silicon dry etching to leave the polycrystalline silicon on the side surfaces of the groove and remove the polycrystalline silicon on other portions.
Next, as shown in FIG. 5e, a high dielectric constant three-layer insulating film 5 consisting of three layers of a silicon oxide film 50Å, a silicon nitride film 200Å, and a silicon oxide film 100Å is laminated, and later formed into a desired shape together with a thermal oxide film 51. Etching processing. Next, an N-type doped polycrystalline silicon layer 6 is laminated in a thickness of 3000 Å to fill the groove, and is subsequently etched into a desired shape. However, at this time, processing is performed so that a part of the polycrystalline silicon layer 6 directly forms a part 55 that is directly connected to the main surface of the silicon substrate 1. Next, as shown in Fig. 5f, a 200 Å-thick gate oxide film 56 is formed by thermal oxidation, a polycrystalline silicon layer is laminated thereon to a 2000 Å thickness, and then this polycrystalline silicon layer is layered. A gate electrode 8 is formed by doping N type having a value of 19Ω and etching. At this time, an N-type diffusion layer 57 is formed by the impurities diffused from the N-type polycrystalline silicon layer 6 toward the substrate from the portion where the polycrystalline silicon 6 is connected to the silicon substrate 1. Next, as shown in FIG. 5g, arsenic ions are implanted from the surface side of the silicon substrate 1 through the oxide film by an ion implantation method at an area density of 5 × 10 15 cm −2 and an acceleration energy of 80 KeV, and then heat treated. A diffusion layer serving as the drain 9 and the source 10 of the field effect transistor is formed. At this time, the N-type diffusion layer 57 and the drain 9 are connected, and the semiconductor device of FIG. 1 is obtained here.

次に第6図は本発明の他の一実施例で、この実施例が第
1図の実施例と異なる点は、溝の底部にP型高濃度層61
が形成されている点である。なお、この第6図の実施例
による半導体装置を得るためには、第5a図ないし第5g図
の工程のうちで、第5b図の工程において、イオン打込み
法を用い、ボロンイオンを1×1013cm-2の面密度で30Ke
Vの加速エネルギーのもとで打込み、P型高濃度層61を
形成させるようにし、そのあとは第1図の実施例と同じ
方法で製造すればよい。
Next, FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. This embodiment is different from the embodiment of FIG. 1 in that the P-type high concentration layer 61 is formed at the bottom of the groove.
Is formed. In order to obtain the semiconductor device according to the embodiment shown in FIG. 6, in the step shown in FIG. 5b among the steps shown in FIGS. 5a to 5g, the ion implantation method is used and 1 × 10 1 of boron ions are used. 30 Ke at an areal density of 13 cm -2
Implantation is performed under the acceleration energy of V to form the P-type high-concentration layer 61, and thereafter, it may be manufactured by the same method as the embodiment of FIG.

この実施例によれば、溝内多結晶シリコン6をN型導電
型、基板1をP型導電型とすると、第6図A−A′間の
バンド図は第9図の如くなり、基板内の電子に対し、高
濃度層61と基板1との濃度差によりポテンシヤル障壁g
が形成される。しかして、外来雑音により基板内に発生
する電子は、このポテンシヤル障壁を越えられない。従
つて、この実施例のように、溝底部をP型高濃度層61で
被うことにより、さらに、外来雑音に対する格段の性能
向上を得ることができる。
According to this embodiment, if the in-groove polycrystalline silicon 6 is of N-type conductivity and the substrate 1 is of P-type conductivity, the band diagram between FIG. 6A and FIG. 6A is as shown in FIG. With respect to the electrons of, the potential barrier g due to the concentration difference between the high concentration layer 61 and the substrate 1
Is formed. Then, the electrons generated in the substrate due to the external noise cannot cross the potential barrier. Therefore, by covering the bottom of the groove with the P-type high-concentration layer 61 as in this embodiment, it is possible to further improve the performance against external noise.

次に、第7a図ないし第7h図に本発明のさらに別の実施例
とその製造法を示す。本実施例では、まず第7a図のよう
に、P型半導体基板1表面に熱酸化膜83を200Å形成し
た後、ボロンイオンを面密度1×1014cm-2、加速エネル
ギー80KeVで打込み、続いて1000℃30分程度の窒素雰囲
気中でのアニールより、ボロンを活性化し、高濃度P型
半導体層82を形成する。この後、第7b図のように、高濃
度P型半導体層82上に低濃度のP型エピタキシヤル層81
を3μm形成する。次に、このエピタキシヤル層81上
に、熱酸化膜51を200Åの厚さで形成する。次に第7c図
のように、シリコン窒化膜を用いた選択酸化法で、所望
部所に素子分離を目的とした、厚さ4000Åの厚い酸化膜
2を形成し、この後、新たに表面上に1000Åの厚さのシ
リコン窒化膜52を形成し、このシリコン窒化膜52の所望
コンデンサ形成部に穴53を加工する。次に、第7d図のよ
うに、前記シリコン窒化膜52をマスクとして、表面酸化
膜51、エピタキシヤル領層81を異方性ドライエツチング
によつてエツチング加工し、深さ3μmの溝54を溝底部
が高濃度P型半導体層82中に位置する様に加工する。そ
して、熱酸化法を用いて、厚さ180Åの酸化膜3を形成
する。次に、第7e図のように、シリコン窒化膜52をマス
クとして、異方性ドライエツチングにより、溝底部の酸
化膜のみ除去する。ついでマスクとして使つていたシリ
コン窒化膜をすべてエツチング除去後、P型にドープし
た多結晶シリコン層4を2000Å積層する。次に、異方性
ドライエツチングを用いて、ゲート電極8を加工する。
このとき、ゲート電極形成用耐ドライエツチ性レジスト
マスク84は溝内部に残るため、溝底部の多結晶シリコン
はエツチングされずに、レジスト除去後第7f図の如くな
る。次に第7g図のように、高誘電率絶縁膜85として酸化
タンタル膜を200Å積層する。ついで表面側よりイオン
打込み法により所望部所にヒ素イオンを面密度5×1515
cm-2、打込みエネルギー80KeVで打込み、後の熱処理
で、電界効果トランジスタのソース10とドレイン9を形
成する。次に、第7h図のように、絶縁膜85と51にコンタ
クト穴86をエツチング加工する。そしてN型にドープし
た、多結晶シリコン層6を3000Åの厚さに堆積させ、溝
を埋め、その後、この多結晶シリコン層6を所望の形状
にエツチング加工し、半導体装置を得る。
Next, FIGS. 7a to 7h show still another embodiment of the present invention and its manufacturing method. In this example, first, as shown in FIG. 7a, a thermal oxide film 83 of 200 Å was formed on the surface of the P-type semiconductor substrate 1, and then boron ions were implanted at an areal density of 1 × 10 14 cm -2 and an acceleration energy of 80 KeV. By annealing in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for about 30 minutes, boron is activated and the high concentration P-type semiconductor layer 82 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 7b, a low concentration P-type epitaxial layer 81 is formed on the high concentration P-type semiconductor layer 82.
Is formed to 3 μm. Next, a thermal oxide film 51 is formed on the epitaxial layer 81 with a thickness of 200Å. Next, as shown in FIG. 7c, a thick oxide film 2 with a thickness of 4000 Å for the purpose of element isolation is formed at a desired portion by a selective oxidation method using a silicon nitride film, and then a new oxide film is formed on the surface. A silicon nitride film 52 having a thickness of 1000 Å is formed on the substrate, and a hole 53 is formed in a desired capacitor forming portion of the silicon nitride film 52. Next, as shown in FIG. 7d, the surface oxide film 51 and the epitaxial region layer 81 are etched by anisotropic dry etching using the silicon nitride film 52 as a mask to form a groove 54 having a depth of 3 μm. Processing is performed so that the bottom is located in the high-concentration P-type semiconductor layer 82. Then, the oxide film 3 having a thickness of 180 Å is formed by using the thermal oxidation method. Next, as shown in FIG. 7e, only the oxide film at the bottom of the groove is removed by anisotropic dry etching using the silicon nitride film 52 as a mask. Then, the silicon nitride film used as the mask is completely removed by etching, and then a P-type doped polycrystalline silicon layer 4 is laminated by 2000 Å. Next, the gate electrode 8 is processed by using anisotropic dry etching.
At this time, since the dry etching resistant resist mask 84 for forming the gate electrode remains inside the groove, the polycrystalline silicon at the bottom of the groove is not etched, and the state after removing the resist is as shown in FIG. 7f. Next, as shown in FIG. 7g, a tantalum oxide film as a high-dielectric-constant insulating film 85 is laminated in 200 liters. Then, the surface density of the arsenic ions is 5 × 15 15 at the desired part by the ion implantation method from the surface side.
The source 10 and the drain 9 of the field effect transistor are formed by the subsequent heat treatment by implanting with cm −2 and the implantation energy of 80 KeV. Next, as shown in FIG. 7h, a contact hole 86 is etched in the insulating films 85 and 51. Then, the N-type doped polycrystalline silicon layer 6 is deposited to a thickness of 3000Å to fill the groove, and then the polycrystalline silicon layer 6 is etched into a desired shape to obtain a semiconductor device.

この第7h図の実施例によれば、溝内酸化膜3と電界効果
トランジスタのゲート酸化膜を同一工程で形成し、さ
らに、多結晶シリコン層4と電界効果トランジスタの
ゲート8を同一工程で形成することにより工程の簡略化
を得ることができる。
According to the embodiment shown in FIG. 7h, the oxide film 3 in the groove and the gate oxide film of the field effect transistor are formed in the same step, and the polycrystalline silicon layer 4 and the gate 8 of the field effect transistor are formed in the same step. By doing so, simplification of the process can be obtained.

また、この実施例によれば、多結晶シリコン層6を電界
効果トランジスタのゲート電極上にまで拡張すること
により容量形成部面積を増加させることができる。
Further, according to this embodiment, the area of the capacitance forming portion can be increased by extending the polycrystalline silicon layer 6 onto the gate electrode of the field effect transistor.

さらに、この実施例によれば、溝型コンデンサを基板と
同導電型の高濃度埋込み層82をもつエピタキシヤル層81
中に形成し、溝底部と高濃層82を接続することにより高
濃度層の電位を接地固定して、コンデンサの接地電位側
多結晶シリコン4の電位を安定化できる効果がある。
Further, according to this embodiment, the groove type capacitor has an epitaxial layer 81 having a high-concentration buried layer 82 of the same conductivity type as the substrate.
By connecting the bottom of the groove to the high-concentration layer 82, the potential of the high-concentration layer is fixed to the ground, and the potential of the polycrystalline silicon 4 on the ground potential side of the capacitor is stabilized.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、多結晶半導体の
二層構造を使つた溝型コンデンサと、このコンデンサ部
を側面より絶縁膜で包み込み、絶縁膜内外の半導体層の
電位を同じにして、この絶縁膜外表面にチヤネルが形成
されないようにしたから、従来技術の問題点に対処で
き、α線などにより基板内に発生するキヤリアが、コン
デンサ部に拡散、侵入するのを防ぎ、コンデンサ部の信
号の信頼性を向上して、外来雑音の影響を小さくする効
果がある。また、このように溝外周面にチヤネルが形成
されないようにしたから、溝型コンデンサを高密度で形
成した場合のコンデンサ間リーク電流などの相互干渉を
なくすことができ、高密度に溝型コンデンサを形成でき
る効果がある。
As described above, according to the present invention, a groove type capacitor using a two-layer structure of a polycrystalline semiconductor, and the capacitor portion is wrapped with an insulating film from the side surface, and the potentials of the semiconductor layers inside and outside the insulating film are made the same. Since the channel is not formed on the outer surface of this insulating film, the problems of the conventional technology can be addressed, and the carriers generated in the substrate due to α rays etc. can be prevented from diffusing and entering the capacitor part, This has the effect of improving the reliability of the signal and reducing the influence of external noise. Further, since the channel is not formed on the outer peripheral surface of the groove in this way, mutual interference such as leakage current between capacitors when the groove type capacitor is formed with high density can be eliminated, and the groove type capacitor can be formed with high density. There is an effect that can be formed.

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

第1図は本発明による半導体装置の一実施例を示す断面
図、第2図は本発明が適用されるメモリセルの一例を示
す回路図、第3図は半導体装置の従来例を示す断面図、
第4図は従来例における問題点を説明するための断面
図、第5a図ないし第5g図は本発明の一実施例の製造工程
を示す断面図、第6図は本発明の他の一実施例を示す断
面図、第7a図ないし第7h図は本発明のさらに別の一実施
例の製造工程を示す断面図、第8図は半導体装置の他の
従来例を示す断面図、第9図は本発明の一実施例におけ
るバンド構造の説明図である。 1……半導体基板、2……素子分離用の酸化膜、3……
第1の絶縁膜、4……第1の多結晶半導体層、5……第
2の絶縁膜、6……第2の多結晶半導体層、7……窓、
8……ゲート、9……ドレイン、10……ソース、O……
電界効果トランジスタ部、P……溝型コンデンサ部、Q
……素子分離領域部。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a memory cell to which the present invention is applied, and FIG. 3 is a sectional view showing a conventional example of a semiconductor device. ,
FIG. 4 is a sectional view for explaining a problem in the conventional example, FIGS. 5a to 5g are sectional views showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is another embodiment of the present invention. 7a to 7h are sectional views showing a manufacturing process of still another embodiment of the present invention, FIG. 8 is a sectional view showing another conventional example of a semiconductor device, and FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of a band structure in one embodiment of the present invention. 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Oxide film for element isolation, 3 ...
1st insulating film, 4 ... 1st polycrystalline semiconductor layer, 5 ... 2nd insulating film, 6 ... 2nd polycrystalline semiconductor layer, 7 ... window
8 ... Gate, 9 ... Drain, 10 ... Source, O ...
Field effect transistor part, P ... Groove type capacitor part, Q
...... Element isolation area section.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長野 隆洋 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−213460(JP,A) 特開 昭53−121480(JP,A) 特開 昭59−141262(JP,A) 特開 昭59−191373(JP,A) 特開 昭59−191374(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Takahiro Nagano 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-58-213460 (JP, A) JP-A-53 -121480 (JP, A) JP-A-59-141262 (JP, A) JP-A-59-191373 (JP, A) JP-A-59-191374 (JP, A)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板の主面に形成した溝の内壁面を
電極支持面とした静電容量を備え、該静電容量を信号記
憶用電荷蓄積容量とした半導体装置において、 上記溝の内壁面に、その底部の少なくとも一部を除いて
形成した第1の絶縁体層と、 上記第1の絶縁体層の表面に形成され、且つ上記溝の底
部で上記半導体基板を形成する半導体層に直接接触する
ようにして形成した第1の導電体層と、 上記溝の底面部から上記第1の導電体層の表面を覆いな
がら上記半導体基板の主面に達してまで形成した第2の
絶縁体層と、 この第2の絶縁体層の表面から上記半導体基板の主面に
形成されている信号蓄積ノードに達して形成した第2の
導電体層とを設け、 上記第1の導電体層の底部が上記半導体基板に接触した
ことにより、該第1の導電体層の電圧が上記第1の絶縁
体層と上記半導体基板との間にチヤネルを生じる最大し
きい値電圧以下の所定の一定電圧に保持されるように
し、この状態で上記第2の導電体層に電荷蓄積が行なわ
れるように構成したことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device comprising an electrostatic capacity having an inner wall surface of a groove formed on a main surface of a semiconductor substrate as an electrode supporting surface, wherein the electrostatic capacity is a charge storage capacity for signal storage. A first insulator layer formed on the wall surface except at least a part of its bottom, and a semiconductor layer formed on the surface of the first insulator layer and forming the semiconductor substrate at the bottom of the groove. A first conductor layer formed so as to be in direct contact with a second insulating layer formed from the bottom surface of the groove to the main surface of the semiconductor substrate while covering the surface of the first conductor layer. A body layer and a second conductor layer formed by reaching the signal storage node formed on the main surface of the semiconductor substrate from the surface of the second insulator layer, and the first conductor layer Since the bottom of the first conductor layer is in contact with the semiconductor substrate, the first conductor layer is The voltage is maintained at a predetermined constant voltage equal to or lower than the maximum threshold voltage that causes a channel between the first insulating layer and the semiconductor substrate, and in this state, the second conductive layer is charged. A semiconductor device characterized by being configured to perform storage.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、上記溝の
底部で上記第1の導電体層と直接接触する半導体基板の
半導体層が、高濃度拡散層として形成されていることを
特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor layer according to claim 1, wherein the semiconductor layer of the semiconductor substrate which is in direct contact with the first conductor layer at the bottom of the groove is formed as a high-concentration diffusion layer. Semiconductor device.
【請求項3】特許請求の範囲第1項において、上記半導
体基板がエピタキシヤル成長層を備え、このエピタキシ
ヤル成長層中に上記溝が形成されていることを特徴とす
る半導体装置。
3. A semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate has an epitaxial growth layer, and the groove is formed in the epitaxial growth layer.
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