JPH08204146A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH08204146A
JPH08204146A JP7010026A JP1002695A JPH08204146A JP H08204146 A JPH08204146 A JP H08204146A JP 7010026 A JP7010026 A JP 7010026A JP 1002695 A JP1002695 A JP 1002695A JP H08204146 A JPH08204146 A JP H08204146A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
trench
substrate
dram
oxide film
semiconductor substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP7010026A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masakuni Numano
正訓 沼野
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP7010026A priority Critical patent/JPH08204146A/en
Publication of JPH08204146A publication Critical patent/JPH08204146A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide the novel structure of a trench type DRAM having excellent electrical characteristics of storage capacitor (condenser part) in less defective development in the trench part. CONSTITUTION: An SOI substrate holding an oxide film 22 between an n<+> substrate 21 and a p substrate 23 is used as a base substance to form a selective transistor in the p substrate 23, next a plate electrode 242, a condenser oxide film 243 and a storage electrode 244 are formed in a trench from the p substrate 23 to the n<+> substrate 21 to be a storage capacitor so that the storage electrode 244 may be electrically connected to the source region 231 of the selective transistor.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は大型計算機の主記憶装置
等に用いられるMOSダイナミックランダム・アクセス
・メモリ(以下DRAMという)の新規な構造に関し、
特にトレンチキャパシタセル構造を有したDRAMに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel structure of a MOS dynamic random access memory (hereinafter referred to as "DRAM") used as a main storage device of a large-scale computer,
In particular, it relates to a DRAM having a trench capacitor cell structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS・DRAMは1個の選択トランジ
スタ(MOSトランジスタ)と1個の蓄積容量部(キャ
パシタ)で1個の記憶素子を構成し、素子構造が比較的
簡単で高集積化が可能なため、半導体記憶素子の主製品
となっている。
2. Description of the Related Art In MOS / DRAM, one memory cell is composed of one selection transistor (MOS transistor) and one storage capacitor (capacitor), and the device structure is relatively simple and high integration is possible. Therefore, it is the main product of semiconductor memory devices.

【0003】MOS・DRAMの開発は、3年で4倍の
高集積化を続けており、ますます広がるニーズに支えら
れて今後も同様な傾向が続くと考えられる。DRAMは
世代を追うごとに微細化が進み、いわゆる“プロセス・
ドライバー”としての役割を果してきている。このよう
な高集積化が行われてきた背景には、種々の技術革新が
行われてきたことがあり、今後もこのような進展なくし
てはDRAMの発展はあり得ない。セル構造について
は、1MDRAMから4MDRAMへの世代にプレーナ
型からスタック型あるいはトレンチ型というように蓄積
容量部(キャパシタ部)が3次元化された。
The development of MOS / DRAM has continued to be four times as highly integrated in three years, and it is considered that a similar tendency will continue in the future, supported by the ever-increasing needs. DRAM is becoming finer with each generation, so-called "process
It has played a role as a “driver.” There are various technological innovations behind the background of such high integration. Regarding the cell structure, in the generation from 1M DRAM to 4M DRAM, the storage capacitor portion (capacitor portion) has been three-dimensionalized from a planar type to a stack type or a trench type.

【0004】すなわち、1MDRAMまでは1/2Vcc
セルプレート方式の採用もあって、10nm程度の薄い
酸化膜でも十分な信頼性をもってキャパシタ絶縁膜に使
うことができ、プレーナ構造を維持することができた。
しかし、4MDRAMではセルサイズの縮小化によりキ
ャパシタ面積が平面構造では確保できなくなり、穴を掘
ってこの中にキャパシタを埋め込むトレンチ型や2層構
造のキャパシタをトランジスタの上に積み上げるスタッ
ク型の大きく2種類の3次元キャパシタ構造を採用せざ
せるを得なくなったのである。しかし、スタック型は (i)蓄積電極の拡散層面積がトレンチ型のように大き
くなく、したがってα線によって生成した電子の収集効
率が小さくソフトエラーに対して強い。
That is, 1/2 V cc up to 1 MDRAM
Due to the adoption of the cell plate method, even a thin oxide film of about 10 nm can be used as a capacitor insulating film with sufficient reliability, and a planar structure can be maintained.
However, in 4MDRAM, the capacitor area cannot be ensured with a planar structure due to the reduction in cell size, and there are two major types: a trench type in which a capacitor is buried in a hole and a two-layer structure capacitor is stacked on top of a transistor. That is why we have no choice but to adopt the three-dimensional capacitor structure. However, in the stack type, (i) the diffusion layer area of the storage electrode is not as large as that of the trench type, and therefore the collection efficiency of the electrons generated by α rays is small and is resistant to soft error.

【0005】(ii)穴を掘る、穴側面にドーピングする
などの特殊なプロセスを必要とせず、従来用いられてき
たポリシリコン膜の堆積、エッチング技術が使用でき、
比較的簡単なプロセスで済むこと。
(Ii) It does not require a special process such as digging a hole or doping on the side surface of the hole, and the deposition and etching techniques of the polysilicon film which have been conventionally used can be used.
A relatively easy process.

【0006】等の利点があるが、 (i)いかにトランジスタの上に蓄積電極をはり出させ
ても、ビット線コンタクト部のためにセル面積の一部し
かキャパシタとして使えないことのため、十分な蓄積容
量Cs を確保できないこと。
Although there are advantages such as (i) no matter how the storage electrode is protruded above the transistor, only a part of the cell area can be used as a capacitor because of the bit line contact portion. Inability to secure storage capacity C s .

【0007】(ii)トレンチ型に比べ、スタックキャパ
シタをトランジスタ上に積み上げるため、その後のビッ
ト線やAl配線の段差が大きくなり、微細な配線や深い
コンタクトの形成が困難となること。
(Ii) Since the stack capacitor is stacked on the transistor as compared with the trench type, the step difference of the bit line and Al wiring after that becomes large, and it becomes difficult to form fine wiring and deep contacts.

【0008】等の欠点を有している。It has drawbacks such as

【0009】これに対して、トレンチ型では段差が小さ
い等で有利ではあるが、ソフトエラーに対し弱い等の問
題がある。これを解決するため、第15図に示す様にト
レンチの側面にのみキャパシタを形成し、トレンチの底
部に基板電極を形成するセル・プレート型という方式が
提案されている。この方式を用いると、蓄積電極が基板
で分離されているため、トレンチ間のパンチスルーの問
題がなく高集積化が可能である。
On the other hand, the trench type is advantageous in that it has a small step, but has a problem that it is weak against soft errors. In order to solve this, as shown in FIG. 15, a cell plate type system has been proposed in which a capacitor is formed only on the side surface of the trench and a substrate electrode is formed on the bottom of the trench. With this method, since the storage electrodes are separated by the substrate, there is no problem of punch-through between trenches, and high integration is possible.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このセル・プ
レート構造を形成するには、基板を選択的にエッチング
し、トレンチ(溝)を形成した後、トレンチ底部にイオ
ン注入法等により、例えばリン(P)を高濃度に注入
し、その後熱処理により熱拡散させ形成する。この部分
は電極として用いるため、低抵抗化が必要で、当然、高
濃度のイオン注入が必要となる。この結果、プロセスが
複雑になるばかりでなく、トレンチ底部にイオン注入の
ダメージが加わり、一次的な結晶欠陥が発生し、あるい
は結晶欠陥の発生しやすい状態になり、さらにその後の
酸化等の熱処理工程で、転位等の結晶欠陥やその他の2
次的な結晶欠陥が発生し、歩留り低下の要因になってい
る。
However, in order to form this cell plate structure, the substrate is selectively etched to form a trench (groove), and then the bottom of the trench is ion-implanted or the like, for example, phosphorus is used. (P) is injected at a high concentration and then heat-treated to be thermally diffused to form. Since this portion is used as an electrode, it is necessary to reduce the resistance and, of course, high concentration ion implantation is required. As a result, not only the process becomes complicated, but also the damage of the ion implantation is added to the bottom of the trench, primary crystal defects are generated, or the crystal defects are easily generated, and the subsequent heat treatment process such as oxidation is performed. , Crystal defects such as dislocations and other 2
Secondary crystal defects occur, which is a factor of lowering the yield.

【0011】上記問題点を鑑み、本発明は簡単な工程
で、高歩留りで製造可能な新規なトレンチ型DRAMの
構造を提供することである。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a novel trench type DRAM structure which can be manufactured with a high yield by a simple process.

【0012】本発明の別の目的はトレンチ底部等に結晶
欠陥の発生しないセルプレートを有するトレンチ型DR
AMの新規な構造を提供することである。
Another object of the present invention is a trench type DR having a cell plate in which crystal defects do not occur at the bottom of a trench or the like.
It is to provide a novel structure of AM.

【0013】本発明のさらに別の目的は、トレンチを深
くしなくても蓄積容量を増大させることが可能な新規な
DRAMの構造を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a novel DRAM structure capable of increasing the storage capacity without making the trench deep.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は図1〜図5に示すように第1導電型高不純
物密度の第1の半導体基板21と、第2導電型の第2の
半導体基板23との間に誘電体膜22を挟んだ誘電体分
離基板を基体とする1セルを1個のトランジスタと1個
の蓄積容量部とで構成するDRAMであって、この選択
トランジスタが該第2の半導体基板23の表面に形成さ
れ、各選択トランジスタのソース領域に接続される蓄積
容量部が第2の半導体基板23の表面から、誘電体膜2
2を貫通し、第1の半導体基板21に達する溝部の内部
の第1のポリシリコン膜242、キャパシタ酸化膜24
3、第2のポリシリコン膜241とにより構成されてい
る部分を少なく共具備することを特徴とする。第1のポ
リシリコン膜はプレート電極であり、共通電極となり、
第2のポリシリコン膜は蓄積電極となり、選択トランジ
スタのソース領域に接続される。第1および第2のポリ
シリコン膜はいずれも不純物を添加したいわゆるドープ
ド・ポリシリコン(DOPOS)である。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, as shown in FIGS. 1 to 5, a first conductive type first semiconductor substrate 21 having a high impurity density and a second conductive type are provided. A DRAM in which one cell having a dielectric isolation substrate sandwiching a dielectric film 22 between the second semiconductor substrate 23 and the second semiconductor substrate 23 is formed of one transistor and one storage capacitor section. Transistors are formed on the surface of the second semiconductor substrate 23, and a storage capacitor portion connected to the source region of each selection transistor is formed from the surface of the second semiconductor substrate 23 to the dielectric film 2.
The first polysilicon film 242 and the capacitor oxide film 24 inside the groove that penetrates the first semiconductor substrate 21
3 and the second polysilicon film 241 are provided in a small number. The first polysilicon film is a plate electrode and becomes a common electrode,
The second polysilicon film serves as a storage electrode and is connected to the source region of the selection transistor. Both the first and second polysilicon films are so-called doped polysilicon (DOPOS) doped with impurities.

【0015】なお、図1、図2において第1のポリシリ
コン242とトレンチ内壁の間にトレンチ内壁酸化膜2
41が形成されて図示されているが、トレンチ内壁酸化
膜241は図3〜図5に示すように省略可能である。
1 and 2, the trench inner wall oxide film 2 is formed between the first polysilicon 242 and the trench inner wall.
41 is formed and illustrated, the trench inner wall oxide film 241 can be omitted as shown in FIGS.

【0016】好ましくは、第1の半導体基板21の比抵
抗が0.02Ωcm以下であること、より好ましくはリ
ン、ヒ素、あるいはボロンの添加された0.006Ωc
m以下のシリコン基板であることである。
Preferably, the specific resistance of the first semiconductor substrate 21 is 0.02 Ωcm or less, and more preferably 0.006 Ωc to which phosphorus, arsenic or boron is added.
It is a silicon substrate of m or less.

【0017】より好ましくは、図6に示すように溝部の
幅が前記第1の半導体基板21における幅の方が、前記
誘電体層22および、前記第2の半導体基板23におけ
る幅よりも大きいことである。図6の構造は図7〜図1
2に示す方法によって容易に製造できる。
More preferably, as shown in FIG. 6, the width of the groove is larger in the first semiconductor substrate 21 than in the dielectric layer 22 and the second semiconductor substrate 23. Is. The structure of FIG. 6 is shown in FIGS.
It can be easily manufactured by the method shown in FIG.

【0018】[0018]

【作用】本発明の特徴によれば、第1の半導体基板が、
いわゆるセルプレートの役割をはたすので、イオン注入
によって図15に示すような埋め込みセルプレート電極
13を形成する必要がなくなり、イオン注入のダメージ
によるプロセス誘起欠陥もなくなる。したがって、トレ
ンチ内に形成した蓄積容量(キャパシタ)の酸化膜耐圧
が向上し、キャパシタ部におけるリーク電流も少なくな
る。
According to the features of the present invention, the first semiconductor substrate is
Since it plays the role of a so-called cell plate, it is not necessary to form the buried cell plate electrode 13 as shown in FIG. 15 by ion implantation, and the process-induced defect due to damage of ion implantation is also eliminated. Therefore, the breakdown voltage of the oxide film of the storage capacitor (capacitor) formed in the trench is improved, and the leak current in the capacitor portion is reduced.

【0019】また図6に示すような壷形状にすることに
より、表面積が増大しキャパシタ容量を増大することが
可能となる。
Further, by forming the pot shape as shown in FIG. 6, the surface area is increased and the capacitance of the capacitor can be increased.

【0020】[0020]

【実施例】本発明の第1の実施例として、セル・プレー
ト型のトレンチ構造のDRAMを図1に示す。図1にお
いて基板は、いわゆるSDB(Silicon Direct Bondin
g)法と称せられるウェーハ接着技術によるSOI(Sil
icon On Insulator:誘電体分離基板)基板で、支持基
板21にリン(P)を1019 atoms/cm3 ドープした
CZ・n型基板(ρ=0.006Ωcm)を用いた。ま
た、活性層側の基板23はボロンをドープしたCZ・p
型基板23(ρ=4Ωcm)である。活性層側の基板2
3に500nmの熱酸化膜22を形成し、鏡面研摩した
前記の支持基板21と接着(いわゆる貼り合わせ)後1
100℃で熱処理し、活性層の厚さを0.4μmに加工
しSDB−SOI基板とした。SIMOX(Separation
by IMplanted OXygen)法によりSOI基板を形成して
もよい。この場合はn+ 基板の表面から2×1018cm
-2のドーズ量で0+ イオンを400keV でイオン打ち込
みし、1325℃で、5時間程度熱処理し、その後酸化
膜の上のSi層にp層を形成すればよい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As a first embodiment of the present invention, FIG. 1 shows a DRAM having a cell plate type trench structure. In FIG. 1, the substrate is a so-called SDB (Silicon Direct Bondin).
g) SOI (Sil
An icon-on-insulator (dielectric isolation substrate) substrate was used, and the support substrate 21 was a CZ.n-type substrate (ρ = 0.006 Ωcm) doped with 10 19 atoms / cm 3 of phosphorus (P). The substrate 23 on the active layer side is made of boron-doped CZp.
The mold substrate 23 (ρ = 4 Ωcm). Substrate 2 on the active layer side
A thermal oxide film 22 having a thickness of 500 nm is formed on No. 3 and is adhered (so-called bonded) to the support substrate 21 which is mirror-polished 1
It heat-processed at 100 degreeC, the thickness of an active layer was processed into 0.4 micrometer, and it was set as the SDB-SOI substrate. SIMOX (Separation
The SOI substrate may be formed by the IMplanted OXygen) method. In this case, 2 × 10 18 cm from the surface of the n + substrate
It is only necessary to implant 0 + ions at 400 keV with a dose amount of -2 , perform heat treatment at 1325 ° C. for about 5 hours, and then form a p layer on the Si layer on the oxide film.

【0021】次に、このSOI基板を用い、素子分離工
程、蓄積容量部(トレンチキャパシタ)形成工程、選択
トランジスタ形成工程、及び金属配線の形成工程等を行
い、セル・プレート型のDRAMを形成した。
Next, using this SOI substrate, an element isolation process, a storage capacitor (trench capacitor) formation process, a selection transistor formation process, a metal wiring formation process and the like are performed to form a cell plate type DRAM. .

【0022】図1における代表的なトレンチの深さは7
μm、トレンチの径は1μmであるが、これはDRAM
の仕様により、必要となるトレンチキャパシタ容量に応
じて任意に選べばよい。トレンチの内部に厚さ100n
mの鞘型のプレート電極となるトレンチ内第1ポリシリ
コン膜242、厚さ20nmのキャパシタ酸化膜24
3、厚さ400nmの蓄積電極となるトレンチ内第2ポ
リシリコン244でDRAMの蓄積容量を形成してい
る。トレンチ内第2ポリシリコン244はスイッチ用M
OSトランジスタ(選択トランジスタ)のn+ ソース領
域231と電気的に接続されている。選択トランジスタ
はp型基板23の表面に形成されたn+ 領域231をソ
ース領域231、n+ 領域232をドレイン領域23
2、n+ 領域231とn+ 領域232の間のp型基板2
3の表面に形成されたゲート酸化膜29、およびゲート
酸化膜29の上のポリシリコンゲート電極25から形成
される。ポリシリコンゲート電極25はワード線25を
兼ねている。n+ 領域232とビット線233が電気的
に接続されている。なお、第1および第2のポリシリコ
ン膜、あよびポリシリコンゲート電極は不純物を添加し
たいわゆるドープドポリシリコン(DOPOS)であ
る。
A typical trench depth in FIG. 1 is 7
μm, the diameter of the trench is 1 μm, but this is a DRAM
It may be arbitrarily selected according to the required trench capacitor capacity according to the specifications of. 100n thick inside the trench
First polysilicon film 242 in trench to be a sheath type plate electrode of m, capacitor oxide film 24 having a thickness of 20 nm
3. The storage capacitor of the DRAM is formed by the second polysilicon 244 in the trench which serves as a storage electrode having a thickness of 400 nm. The second polysilicon 244 in the trench is a switch M
It is electrically connected to the n + source region 231 of the OS transistor (selection transistor). In the select transistor, the n + region 231 formed on the surface of the p-type substrate 23 is the source region 231, and the n + region 232 is the drain region 23.
2, p-type substrate 2 between n + region 231 and n + region 232.
3 is formed from the gate oxide film 29 formed on the surface of the gate electrode 3 and the polysilicon gate electrode 25 on the gate oxide film 29. The polysilicon gate electrode 25 also serves as the word line 25. N + region 232 and bit line 233 are electrically connected. The first and second polysilicon films and the polysilicon gate electrode are so-called doped polysilicon (DOPOS) doped with impurities.

【0023】図2は本発明の第2の実施例で、ソース領
域231、ドレイン領域232がp型基板23の厚み
0.4μmより薄い0.25μmとした高速スイッチン
グ用DRAMの場合である。ビット線233をAl等の
金属とした場合はAlのドレイン領域232へのスパイ
ク等の金属・半導体界面における固相反応が問題となろ
うが、基本的にはこのような工程上の問題が生じなけれ
ば、ドレイン領域232はさらに浅くしてもよい。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, which is a high-speed switching DRAM in which the source region 231 and the drain region 232 have a thickness of 0.25 μm, which is thinner than 0.4 μm of the p-type substrate 23. When the bit line 233 is made of a metal such as Al, a solid phase reaction at the metal-semiconductor interface, such as a spike of Al into the drain region 232, may be a problem, but basically such a process problem occurs. If not, the drain region 232 may be shallower.

【0024】図1および図2においてはトレンチ内壁と
トレンチ内第1ポリシリコン242の間に鞘型のトレン
チ内壁酸化膜241が形成されているが、このトレンチ
内壁酸化膜は製造工程上の都合により形成されているの
であって、必ずしも必要ではない。図3は、このトレン
チ内壁酸化膜241を省略した本発明の第3の実施例で
あり、他は第1の実施例と同様である。
In FIGS. 1 and 2, a sheath-shaped trench inner wall oxide film 241 is formed between the trench inner wall and the trench inner first polysilicon 242. However, this trench inner wall oxide film is formed due to the manufacturing process. It is formed and is not always necessary. FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention in which the trench inner wall oxide film 241 is omitted, and the rest is the same as the first embodiment.

【0025】なお、より高速動作させるためには蓄積電
極244はDOPOS単体よりも多層膜とし、たとえば
中心部分にWSi2 ,MoSi2 ,TiSi2 等の高融
点金属のシリサイドを含んだポリサイド構造とすること
が好ましい。
In order to operate at a higher speed, the storage electrode 244 is formed as a multi-layered film than that of the DOPOS alone, and has a polycide structure containing a silicide of a refractory metal such as WSi 2 , MoSi 2 , TiSi 2 in the central portion. It is preferable.

【0026】図4は本発明の第4の実施例に係るDRA
Mの断面構造で、メモリのユニットセルとユニットセル
の間の分離領域をほぼ完全にフィールド酸化膜26で埋
めてしまった場合である。図4では、右と左のトレンチ
の間のp型基板23は完全にフィールド酸化膜26に置
き換えられている。こうすることにより、各セル間のリ
ーク電流は減少し、またワード線等の配線容量も小さく
なる。
FIG. 4 shows a DRA according to the fourth embodiment of the present invention.
In the cross-sectional structure of M, the isolation region between the unit cells of the memory is almost completely filled with the field oxide film 26. In FIG. 4, the p-type substrate 23 between the right and left trenches is completely replaced by the field oxide 26. By doing so, the leak current between the cells is reduced, and the wiring capacity of the word line and the like is also reduced.

【0027】図5は本発明の第5の実施例に係るDRA
Mの断面図で、SOI構造における酸化膜22の厚みを
6μmと厚くし、ほぼトレンチの側壁を完全に酸化膜で
形成した場合である。セル間のリーク電流が減少し、ま
た選択トランジスタの寄生容量も減少し高速動作が可能
となる。DRAMに限らず、SOI構造を用いた半導体
装置の共通の問題点として、SOI構造に起因するリー
ク電流の問題があるが、第5の実施例においてはSDB
法における接着面がスイッチングトランジスタ(選択ト
ランジスタ)から十分遠くに形成されており、リーク電
流は極めて小さい。第4の実施例と同様に、第5の実施
例においても分離領域を完全にフィールド酸化膜26と
してもよい。
FIG. 5 shows a DRA according to the fifth embodiment of the present invention.
In the cross-sectional view of M, the thickness of the oxide film 22 in the SOI structure is increased to 6 μm, and the sidewall of the trench is almost completely formed of the oxide film. The leak current between cells is reduced and the parasitic capacitance of the select transistor is also reduced, which enables high-speed operation. Not only the DRAM but also the semiconductor device using the SOI structure has a common problem of leak current due to the SOI structure. However, in the fifth embodiment, the SDB
The adhesion surface in the method is formed sufficiently far from the switching transistor (selection transistor), and the leak current is extremely small. Similar to the fourth embodiment, the field oxide film 26 may be completely formed in the isolation region also in the fifth embodiment.

【0028】図6は本発明の第6の実施例に係るDRA
Mの断面図で、蓄積容量を大きくするための構造で、た
とえば256MDRAM等に好適なセル構造である。D
RAMの集積度を上げる上での一つの問題点は蓄積容量
s をいかに大きくするかという点であるが、本発明の
第6の実施例によれば、従来活用されていなかった選択
トランジスタの裏側の領域が使用可能となる。いわゆる
スタック型を選択トランジスタの裏型に形成することも
可能となる。すなわち、図6に示すようにSOI構造を
利用して、トレンチの下部の溝幅を上部より拡げた壷形
をしている。蓄積容量Cs は表面積に比例するわけであ
るが、面積は2乗則で増大するので、図6の構造によ
り、蓄積容量Cs は飛躍的に増大する。図示はしていな
いが、図6の壷の中に蓄積電極を多層としたフィン(F
in)構造とすればさらに容量は増大する。従来のトレ
ンチ構造では容量を大きくするためにはトレンチを深く
する必要があったが、トレンチ形状のアスペクト比を考
えれば、トレンチ深さには限界があるが、本発明の第6
の実施例によれば、トレンチを深くする必要はなく、製
造が容易である。
FIG. 6 shows a DRA according to a sixth embodiment of the present invention.
In the cross-sectional view of M, the structure is for increasing the storage capacity, and is a cell structure suitable for, for example, 256 MDRAM. D
One of the problems in increasing the degree of integration of the RAM is how to increase the storage capacitance C s , but according to the sixth embodiment of the present invention, the selection transistor which has not been utilized conventionally is used. The area on the back side becomes available. It is also possible to form a so-called stack type on the back side of the selection transistor. That is, as shown in FIG. 6, the SOI structure is used to form a pot shape in which the groove width of the lower portion of the trench is wider than that of the upper portion. Although the storage capacity C s is proportional to the surface area, the area increases according to the square law. Therefore, the structure of FIG. 6 causes the storage capacity C s to increase dramatically. Although not shown, a fin (F
In) structure further increases the capacity. In the conventional trench structure, it was necessary to deepen the trench in order to increase the capacity. However, considering the aspect ratio of the trench shape, the trench depth is limited.
According to this embodiment, it is not necessary to deepen the trench, and the manufacturing is easy.

【0029】本発明の第6実施例の構造は図7〜図12
に示すような製造方法によれば製造できる。
The structure of the sixth embodiment of the present invention is shown in FIGS.
It can be manufactured by the manufacturing method as shown in.

【0030】(1)まず、前述したようにSDB法によ
り、図7に示すようなSOI構造を形成し、さらにLO
COS法等を用いて分離領域近傍にフィールド酸化膜2
6を形成する。
(1) First, as described above, the SOI structure shown in FIG. 7 is formed by the SDB method, and then the LO structure is formed.
The field oxide film 2 is formed in the vicinity of the isolation region by using the COS method or the like.
6 is formed.

【0031】(2)次に、フォトリソグラフィを用い、
トレンチ形成予定部分以外にフォトレジストを形成し図
8に示すようにCF4 ,CF4 /H2 あるいはC3 8
等を用いたECRあるいはRIEエッチングでフィール
ド酸化膜をエッチングし、さらに、酸化膜をマスクとし
て、CF4 ,SF6 ,CBrF3 ,SiCl4 ,あるい
はCCl4 等によるRIE又はECRイオンエッチング
によりトレンチ24を形成する。トレンチエッチング時
に基板を−110℃〜−130℃に冷却することも有効
である。
(2) Next, using photolithography,
A photoresist is formed on a portion other than the portion where the trench is to be formed, and CF 4 , CF 4 / H 2 or C 3 F 8 is formed as shown in FIG.
Etch the field oxide film by ECR or RIE etching, and use the oxide film as a mask to form the trench 24 by RIE or ECR ion etching with CF 4 , SF 6 , CBrF 3 , SiCl 4 , or CCl 4. Form. It is also effective to cool the substrate to -110 ° C to -130 ° C during the trench etching.

【0032】(3)次に、図9に示すようにSOI構造
の酸化膜22、およびフィールド酸化膜26をマスクと
してケミカルドライエッチング、あるいはウェットエッ
チングによりn型支持基板21をアンダーカットが生じ
るように、たとえば1μmオーバーエッチングする。
(3) Next, as shown in FIG. 9, undercut of the n-type support substrate 21 is caused by chemical dry etching or wet etching using the SOI structure oxide film 22 and the field oxide film 26 as a mask. , For example, 1 μm over-etching.

【0033】(4)次に、図10に示すように減圧CV
Dで鞘型のプレート電極242となるドープドポリシリ
コン(DOPOS)膜を100nm形成し、熱酸化によ
り厚さ20nmのキャパシタ酸化膜243を形成し、さ
らにトレンチ(壺)を埋め込むように蓄積電極244と
なるDOPOS膜を減圧CVDで行なう。キャパシタ酸
化膜243も減圧CVDを用い、DOPOS膜242、
キャパシタ酸化膜243、DOPOS膜244の連続C
VDでもよい。なお、別の方法としてDOPOS膜24
2をCVD後、トレンチ(壺)内にフォトレジストを埋
め込み、DOPOS膜242をエッチバックしてから熱
酸化膜243を形成してもよい。このDOPOS膜24
2のエッチバックは後述の図11,図12で示すように
ソース領域とコンタクト可能なように壺の入口付近のD
OPOS膜242もエッチバックするのが好ましい。
(4) Next, as shown in FIG. 10, a reduced pressure CV
A doped polysilicon (DOPOS) film having a thickness D of 100 nm is formed as a sheath-shaped plate electrode 242, a capacitor oxide film 243 having a thickness of 20 nm is formed by thermal oxidation, and a storage electrode 244 is formed so as to bury a trench (pot). Then, the DOPOS film is formed by low pressure CVD. The capacitor oxide film 243 is also formed by low pressure CVD, and the DOPOS film 242,
Continuous C of capacitor oxide film 243 and DOPOS film 244
It may be VD. As another method, the DOPOS film 24
After CVD of 2, the photoresist may be embedded in the trench (pot), the DOPOS film 242 may be etched back, and then the thermal oxide film 243 may be formed. This DOPOS film 24
The etch back of 2 is D near the entrance of the vase so that it can be contacted with the source region as shown in FIGS.
It is preferable to etch back the OPOS film 242 as well.

【0034】(5)次に図11に示すように選択トラン
ジスタのソース領域と蓄積電極244のコンタクトを取
るために、DOPOS膜242,244、酸化膜24
3,26をフォトリソグラフィーおよびRIEを用いエ
ッチバックする。
(5) Next, as shown in FIG. 11, in order to make contact between the source region of the select transistor and the storage electrode 244, the DOPOS films 242 and 244 and the oxide film 24 are formed.
3, 26 are etched back using photolithography and RIE.

【0035】(6)次に、エッチバックした表面に50
nm程度のSiO2 をCVDし、壺の入口付近のSiO
2 膜にコンタクトホールを開孔し、さらにDOPOS2
44を追加CVDし壺内のDOPOS244と接続し、
その後フォトリソグラフィー、およびRIEを用いて図
12に示すようなパターンに形成する。
(6) Next, 50 on the etched back surface.
nm of SiO 2 is CVD, and SiO near the entrance of the pot
A contact hole is opened in 2 films and DOPOS2
44 is additionally CVD connected to the DOPOS 244 in the pot,
After that, a pattern as shown in FIG. 12 is formed by using photolithography and RIE.

【0036】(7)この後の工程は通常のMOSプロセ
スで選択トランジスタを形成する工程であり、詳細は省
略するが、たとえば、ポリシリコンゲート電極25を形
成し、セルフアライメント工程によりソース領域23
1、ドレイン領域232を形成し、その上に絶縁膜16
を堆積し、その絶縁膜16にビット線取り出し用コンタ
クトホールを開孔し、ビット線233の配線を行なえば
図6に示すDRAMが完成する。
(7) The subsequent process is a process of forming a select transistor by a normal MOS process. Although not described in detail, for example, a polysilicon gate electrode 25 is formed and a source region 23 is formed by a self-alignment process.
1, a drain region 232 is formed, and an insulating film 16 is formed thereon.
Is deposited, a contact hole for taking out a bit line is opened in the insulating film 16, and the bit line 233 is wired to complete the DRAM shown in FIG.

【0037】なお、以上の説明ではn+ 型支持基板21
を用い、選択トランジスタをnチャンネルMOSFET
とした場合で説明したが、導電型を全部逆にして、p+
型支持基板を用いて、選択トランジスタをpチャンネル
MOSFETとしてもよい。さらに、n+ 型支持基板2
1を用い、p型基板23の内部にnウェルを形成してC
MOS構成のDRAMとしても良い。
In the above description, the n + type support substrate 21 is used.
N-channel MOSFET as the selection transistor
As described above, p + + with all conductivity types reversed.
A p-channel MOSFET may be used as the selection transistor by using the mold supporting substrate. Further, the n + type supporting substrate 2
1 is used to form an n-well inside the p-type substrate 23 to form C
It may be a DRAM having a MOS structure.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明により製造したDRAMについて
その製造歩留を、従来技術による結果と共に図13に示
す。従来例に比べ本発明によれば全体に高歩留りになっ
ていることがわかる。これは本発明ではセルプレート電
極形成のプロセスが省略でき、プロセス要因による歩留
りの低下を小さくできることと、従来技術のようにトレ
ンチ底部にイオン注入を必要としないため、トレンチ底
部の欠陥密度が極めて低いためである。図14は本発明
によるDRAMおよび従来例によるDRAMにおいてそ
れぞれで形成されたトレンチ部の断面を選択エッチング
し、その表面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて、トレ
ンチ周辺、特にトレンチ底部を中心にエッチピットを観
察した結果である。従来例ではセル・プレート電極の形
成に高濃度のイオン注入を行なう必要がある。この結果
トレンチ底部を中心にイオン注入のダメージ(結晶の損
傷部)が入り、転位等の結晶欠陥が生じ易い状態にあ
る。このため、後工程の酸化等でストレスが加わり欠陥
発生するものである。これに対し本発明では、高濃度層
のセル・プレート電極の形成をイオン注入で行なわない
ためイオン注入ダメージはなく結晶欠陥の発生が少ない
ことがわかる。
The manufacturing yield of the DRAM manufactured according to the present invention is shown in FIG. 13 together with the result of the prior art. It can be seen that the present invention has a higher overall yield than the conventional example. This is because in the present invention, the process of forming the cell plate electrode can be omitted, the yield decrease due to process factors can be reduced, and ion implantation is not required at the trench bottom as in the prior art, so the defect density at the trench bottom is extremely low. This is because. FIG. 14 is a cross-sectional view of a trench portion formed in each of the DRAM according to the present invention and the DRAM according to the conventional example, which is selectively etched, and the surface thereof is etched by a scanning electron microscope (SEM) around the trench, particularly around the bottom of the trench. This is the result of observing the pits. In the conventional example, it is necessary to perform high-concentration ion implantation to form the cell plate electrode. As a result, ion implantation damage (damaged portion of crystal) is introduced around the bottom of the trench, and crystal defects such as dislocation are likely to occur. For this reason, stress is applied due to oxidation or the like in the subsequent process, and defects are generated. On the other hand, according to the present invention, since the formation of the cell / plate electrode of the high-concentration layer is not performed by ion implantation, there is no ion implantation damage and the occurrence of crystal defects is small.

【0039】したがって本発明によれば、パンチスル
ー、ソフトエラー等に強く、高集積化が可能なセル・プ
レート電極方式のトレンチキャパシタ型DRAMのセル
・プレート電極を欠陥の発生を伴うことなく容易に、か
つ高歩留りで形成できる。
Therefore, according to the present invention, the cell plate electrode of the trench capacitor type DRAM of the cell plate electrode system, which is resistant to punch-through, soft error, etc. and can be highly integrated, can be easily formed without causing defects. And can be formed with a high yield.

【0040】さらに本発明によれば、トレンチの深さを
深くしなくても蓄積容量Cs の増大が可能で、DRAM
の集積度の増大が容易にできる。しかもトレンチ内の欠
陥の発生もないので、生産性が向上する。
Further, according to the present invention, the storage capacitance C s can be increased without increasing the depth of the trench, and the DRAM
The degree of integration can be easily increased. Moreover, since there is no defect in the trench, the productivity is improved.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係るDRAMの断面構
造。
FIG. 1 is a sectional structure of a DRAM according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例に係るDRAMの断面構
造。
FIG. 2 is a sectional structure of a DRAM according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例に係るDRAMの断面構
造。
FIG. 3 is a sectional structure of a DRAM according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例に係るDRAMの断面構
造。
FIG. 4 is a sectional structure of a DRAM according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施例に係るDRAMの断面構
造。
FIG. 5 is a sectional structure of a DRAM according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施例に係るDRAMの断面構
造。
FIG. 6 is a sectional structure of a DRAM according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第6の実施例に係るDRAMの製造方
法を説明する断面図(その1)。
FIG. 7 is a sectional view (No. 1) for explaining the method of manufacturing the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6の実施例に係るDRAMの製造方
法を説明する断面図(その2)。
FIG. 8 is a sectional view (No. 2) for explaining the method of manufacturing the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第6の実施例に係るDRAMの製造方
法を説明する断面図(その3)。
FIG. 9 is a cross-sectional view (3) for explaining the method of manufacturing the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第6の実施例に係るDRAMの製造
方法を説明する断面図(その4)。
FIG. 10 is a cross-sectional view (4) for explaining the method of manufacturing the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第6の実施例に係るDRAMの製造
方法を説明する断面図(その5)。
FIG. 11 is a cross-sectional view (5) for explaining the method of manufacturing the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第6の実施例に係るDRAMの製造
方法を説明する断面図(その6)。
FIG. 12 is a cross-sectional view (6) for explaining the method of manufacturing the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention.

【図13】本発明と従来例との歩留りの比較図。FIG. 13 is a comparison diagram of yields of the present invention and a conventional example.

【図14】本発明と従来例との欠陥密度の比較図。FIG. 14 is a comparison diagram of defect densities of the present invention and a conventional example.

【図15】従来のDRAMの断面図。FIG. 15 is a sectional view of a conventional DRAM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 p型基板 13 埋め込みセルプレート電極 15,26 素子分離(フィールド酸化膜) 16 絶縁膜 21 第1の半導体基板(n+ 基板) 22 誘電体膜(SOI酸化膜) 23 第2の半導体基板(p基板) 25 ワード線 29 ゲート酸化膜 231 ソース領域 232 ドレイン領域 233 ビット線 241 トレンチ内壁酸化膜 242 第1のポリシリコン膜(プレート電極) 243 キャパシタ酸化膜 244 第2のポリシリコン膜(蓄積電極)11 p-type substrate 13 embedded cell plate electrode 15, 26 element isolation (field oxide film) 16 insulating film 21 first semiconductor substrate (n + substrate) 22 dielectric film (SOI oxide film) 23 second semiconductor substrate (p Substrate) 25 Word line 29 Gate oxide film 231 Source region 232 Drain region 233 Bit line 241 Trench inner wall oxide film 242 First polysilicon film (plate electrode) 243 Capacitor oxide film 244 Second polysilicon film (storage electrode)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型高不純物密度の第1の半導体
基板と、第2導電型の第2の半導体基板との間に誘電体
膜を挟んだ誘電体分離基板を用いたDRAMであって、 該DRAMは、1個のトランジスタと1個の蓄積容量部
とからなる単位記憶素子を多数配列して構成され、 該選択トランジスタが該第2の半導体基板の表面に形成
され、該蓄積容量部が該第2の半導体基板の表面から、
該誘電体膜を貫通し、該第1の半導体基板に達する溝部
の内部の第1のポリシリコン膜、キャパシタ酸化膜、第
2のポリシリコン膜とにより構成されている部分を少な
く共具備することを特徴とする半導体装置。
1. A DRAM using a dielectric isolation substrate in which a dielectric film is sandwiched between a first semiconductor substrate of a first conductivity type and a high impurity density and a second semiconductor substrate of a second conductivity type. The DRAM is configured by arranging a large number of unit storage elements each including one transistor and one storage capacitor section, and the selection transistor is formed on the surface of the second semiconductor substrate. From the surface of the second semiconductor substrate,
To have at least a portion formed by the first polysilicon film, the capacitor oxide film, and the second polysilicon film inside the groove portion that penetrates the dielectric film and reaches the first semiconductor substrate. A semiconductor device characterized by:
【請求項2】 前記第1の半導体基板の比抵抗が0.0
2Ωcm以下であることを特徴とする請求項1記載の半
導体装置。
2. The specific resistance of the first semiconductor substrate is 0.0.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a resistance of 2 Ωcm or less.
【請求項3】 前記溝部の幅が前記第1の半導体基板に
おける幅の方が、前記誘電体層および、前記第2の半導
体基板における幅よりも大きいことを特徴とする請求項
1又は2記載の半導体装置。
3. The width of the groove in the first semiconductor substrate is larger than the width in the dielectric layer and the second semiconductor substrate. Semiconductor device.
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