JPH08213566A - 側壁静電容量体dramセル - Google Patents
側壁静電容量体dramセルInfo
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- JPH08213566A JPH08213566A JP7300652A JP30065295A JPH08213566A JP H08213566 A JPH08213566 A JP H08213566A JP 7300652 A JP7300652 A JP 7300652A JP 30065295 A JP30065295 A JP 30065295A JP H08213566 A JPH08213566 A JP H08213566A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/56—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency
- G11C11/565—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency using capacitive charge storage elements
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
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- H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
- H10B12/37—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor being at least partially in a trench in the substrate
- H10B12/377—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor being at least partially in a trench in the substrate having a storage electrode extension located over the transistor
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン基層内にトレンチ静電容量体を形
成せずに、大容量の静電容量体を備えたDRAMセルを
提供することを目的とする。 【解決手段】 ソース領域と、ドレイン領域と、チャ
ンネル領域と、絶縁ゲートとを有するように半導体基層
内に形成されかつRAMセルに対して選択的にデータを
書込み或いは読出すために用いられるMOSトランスフ
ァトランジスタと、充電用静電容量体であって、半導体
基層の上に配置されてMOSトランスファトランジスタ
を部分的に覆いかつ上面と概ね垂直な側壁とを有すると
共に、ソース領域に対して埋設接触開口を介して接続さ
れた第1の導電層からなる第1の電極と、第1の電極の
上面及び側壁に沿って形成された第2の電極と、第1及
び第2の電極間に位置する充電用絶縁層とを備えた充電
用静電容量体と、ドレインに接続されたビットライン
と、ゲートに接続されたワードラインと、チャンネルを
固定された電位に接続するための手段とを有する。
成せずに、大容量の静電容量体を備えたDRAMセルを
提供することを目的とする。 【解決手段】 ソース領域と、ドレイン領域と、チャ
ンネル領域と、絶縁ゲートとを有するように半導体基層
内に形成されかつRAMセルに対して選択的にデータを
書込み或いは読出すために用いられるMOSトランスフ
ァトランジスタと、充電用静電容量体であって、半導体
基層の上に配置されてMOSトランスファトランジスタ
を部分的に覆いかつ上面と概ね垂直な側壁とを有すると
共に、ソース領域に対して埋設接触開口を介して接続さ
れた第1の導電層からなる第1の電極と、第1の電極の
上面及び側壁に沿って形成された第2の電極と、第1及
び第2の電極間に位置する充電用絶縁層とを備えた充電
用静電容量体と、ドレインに接続されたビットライン
と、ゲートに接続されたワードラインと、チャンネルを
固定された電位に接続するための手段とを有する。
Description
【0001】
【発明の属する利用分野】本発明はダイナミックランダ
ムアクセスメモリ(DRAM)セルに関し、特にα粒子
による影響を受けにくく、かつ小型化に適し、しかも大
きな静電容量を有するDRAMセルに関する。
ムアクセスメモリ(DRAM)セルに関し、特にα粒子
による影響を受けにくく、かつ小型化に適し、しかも大
きな静電容量を有するDRAMセルに関する。
【0002】
【従来の技術】近年DRAM技術の発展が目覚しく、1
メガビットの素子が既に大量生産されており、4メガビ
ット或いは16メガビットの素子も現在開発中である。
これらのDRAM素子は全て1ビット当り、トランスフ
ァーデバイスとしての1つのトランジスタと1つの静電
容量体を用いる。DRAMセルの発達に伴い、素子が小
型化し、セルが小型化するに伴い、静電容量の大きさが
減少すると共に、共通なビットラインを共有するセルの
数が増大する傾向にある。信号に対するノイズのレベル
比を許容範囲内に抑えるために、DRAMの技術分野に
於ける努力の多くは、静電容量体としてのシリコン領域
の単位面積当りの電荷貯蔵効率を高めることに向けられ
てきた。
メガビットの素子が既に大量生産されており、4メガビ
ット或いは16メガビットの素子も現在開発中である。
これらのDRAM素子は全て1ビット当り、トランスフ
ァーデバイスとしての1つのトランジスタと1つの静電
容量体を用いる。DRAMセルの発達に伴い、素子が小
型化し、セルが小型化するに伴い、静電容量の大きさが
減少すると共に、共通なビットラインを共有するセルの
数が増大する傾向にある。信号に対するノイズのレベル
比を許容範囲内に抑えるために、DRAMの技術分野に
於ける努力の多くは、静電容量体としてのシリコン領域
の単位面積当りの電荷貯蔵効率を高めることに向けられ
てきた。
【0003】図1には、初期の段階に於て市販された単
一トランジスタDRAMセルが断面図により示されてい
る。セル100はプレーナセルとして知られており、ド
レイン101、ソース102、ゲート103及びチャン
ネル領域105を有するMOSトランジスタを備えてい
る。静電容量体Cが、薄い絶縁層109を介して対峙す
る電極104と基層106との間に形成される。隣接す
るセル同士は、チャンネルストップ領域108上に重合
されたイソプレーナ酸化物107を介して互いに分離さ
れている。メモリアレイ内の各セル100は、ドレイン
101に接続されたビットライン及びそれに直交するよ
うにゲート103に接続されたワードラインを介してそ
れぞれ個別にアクセスされる。静電容量体の電極104
は、通常接地電位若しくは電源電位等からなる固定電位
に保持された導電層からなる。トランスファトランジス
タを導通させ、静電容量体Cを充電若しくは放電させる
ことによりセルに対する所要の書き込みが行なわれる。
読み取りに際しては、静電容量体Cの内容が、予め充電
された状態にあるビットラインに向けて送り出され、図
示されないセンス増幅器により、電荷がビットラインか
ら静電容量体Cに流れる場合にはロー、逆に静電容量体
Cに充電された電荷がビットラインに流れる場合にはハ
イであるものとして検出を行う。セルの静電容量Cのビ
ットラインの寄生静電容量に対する比が高いことが、広
い作動温度範囲に亘ってDRAMの動作の信頼性を高め
る上で重要なこととなっている。通常は、ビットライン
の静電容量は、セルの静電容量Cの約15倍以上であっ
てはならない。
一トランジスタDRAMセルが断面図により示されてい
る。セル100はプレーナセルとして知られており、ド
レイン101、ソース102、ゲート103及びチャン
ネル領域105を有するMOSトランジスタを備えてい
る。静電容量体Cが、薄い絶縁層109を介して対峙す
る電極104と基層106との間に形成される。隣接す
るセル同士は、チャンネルストップ領域108上に重合
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れている。メモリアレイ内の各セル100は、ドレイン
101に接続されたビットライン及びそれに直交するよ
うにゲート103に接続されたワードラインを介してそ
れぞれ個別にアクセスされる。静電容量体の電極104
は、通常接地電位若しくは電源電位等からなる固定電位
に保持された導電層からなる。トランスファトランジス
タを導通させ、静電容量体Cを充電若しくは放電させる
ことによりセルに対する所要の書き込みが行なわれる。
読み取りに際しては、静電容量体Cの内容が、予め充電
された状態にあるビットラインに向けて送り出され、図
示されないセンス増幅器により、電荷がビットラインか
ら静電容量体Cに流れる場合にはロー、逆に静電容量体
Cに充電された電荷がビットラインに流れる場合にはハ
イであるものとして検出を行う。セルの静電容量Cのビ
ットラインの寄生静電容量に対する比が高いことが、広
い作動温度範囲に亘ってDRAMの動作の信頼性を高め
る上で重要なこととなっている。通常は、ビットライン
の静電容量は、セルの静電容量Cの約15倍以上であっ
てはならない。
【0004】セル100の静電容量Cを増大させるため
に、従来技術に基づくデバイスに於ては、例えば、Chat
terjee等による、「A Survey Of High Density Dynamic
RAMCell Concepts」、IEEE Trans.Electron Devices、
1979年6月発行、第26巻の6、に記載されている
ように、充電用絶縁層109の厚さを10nm以下とし
たり、基層106の表面ドーピング濃度を最適化する等
の手法が適用された、所謂ハイ−Cセルが提案されてい
る。しかしながら、1メガビット以上の素子について
は、プレーナ構造であっては、セルの表面積の減少に伴
い充分な静電容量を確保できないことにより、セル10
0及び特にプレーナ静電容量体Cの有用性に限界が見ら
れる。
に、従来技術に基づくデバイスに於ては、例えば、Chat
terjee等による、「A Survey Of High Density Dynamic
RAMCell Concepts」、IEEE Trans.Electron Devices、
1979年6月発行、第26巻の6、に記載されている
ように、充電用絶縁層109の厚さを10nm以下とし
たり、基層106の表面ドーピング濃度を最適化する等
の手法が適用された、所謂ハイ−Cセルが提案されてい
る。しかしながら、1メガビット以上の素子について
は、プレーナ構造であっては、セルの表面積の減少に伴
い充分な静電容量を確保できないことにより、セル10
0及び特にプレーナ静電容量体Cの有用性に限界が見ら
れる。
【0005】プレーナ静電容量体構造の変形としては、
I. Lee等による、「A 64Kb MOS Dynamic RAM」、IEEE D
igest of Technical Papers from 1979 ISSCC、146
頁、により提案されたものがある。このセルは、積上げ
静電容量体セルとして知られており、その断面図が図2
に示されている。同様な、しかしながらより小型化され
た積上げ式静電容量体セルがM. Koyanagi等による、「N
ovel High Density, Stacked Capacitor MOS RAM」、Te
chnical Digest of IEEE 1978 InternationalElectron
Devices Meeting、348頁、に於て提案されている。
このセルの2つの変形例が図2及び図3に断面図により
示されている。セル200(図2)及びセル300(図
3)はいずれも、N+ドープされた多結晶シリコン21
4、314からなる下側の電極及びN+ドープされた多
結晶シリコン204、304からなる上側の電極からな
る2つの電極間に薄い絶縁フィルム209、309を介
在させたものからなる。下側の電極は、埋設接触接続2
15、315を介してトランスファトランジスタのソー
ス202、302に電気的に接続されている。セル20
0とセル300との主な相違点は、後者がアクセスゲー
ト303上に於て静電容量体の一部を折り曲げることに
より、前者よりも充電のために有効なセル面積を大きく
した点にある。セル200、300は、3重多結晶シリ
コン層を用いる構造に固有な問題である金属皮膜の段差
をカバーする上での問題を軽減するように、セル20
0、300は、全ての多結晶シリコンP1、P2、P3
について200乃至500nmの厚さのものを用いてい
る。
I. Lee等による、「A 64Kb MOS Dynamic RAM」、IEEE D
igest of Technical Papers from 1979 ISSCC、146
頁、により提案されたものがある。このセルは、積上げ
静電容量体セルとして知られており、その断面図が図2
に示されている。同様な、しかしながらより小型化され
た積上げ式静電容量体セルがM. Koyanagi等による、「N
ovel High Density, Stacked Capacitor MOS RAM」、Te
chnical Digest of IEEE 1978 InternationalElectron
Devices Meeting、348頁、に於て提案されている。
このセルの2つの変形例が図2及び図3に断面図により
示されている。セル200(図2)及びセル300(図
3)はいずれも、N+ドープされた多結晶シリコン21
4、314からなる下側の電極及びN+ドープされた多
結晶シリコン204、304からなる上側の電極からな
る2つの電極間に薄い絶縁フィルム209、309を介
在させたものからなる。下側の電極は、埋設接触接続2
15、315を介してトランスファトランジスタのソー
ス202、302に電気的に接続されている。セル20
0とセル300との主な相違点は、後者がアクセスゲー
ト303上に於て静電容量体の一部を折り曲げることに
より、前者よりも充電のために有効なセル面積を大きく
した点にある。セル200、300は、3重多結晶シリ
コン層を用いる構造に固有な問題である金属皮膜の段差
をカバーする上での問題を軽減するように、セル20
0、300は、全ての多結晶シリコンP1、P2、P3
について200乃至500nmの厚さのものを用いてい
る。
【0006】積上げ式静電容量体セルは、プレーナセル
よりもやや大きな充電効率を有している。また、これら
は、α粒子等の高エネルギイオン化粒子による局部的な
照射からの影響を受けにくい。これは、高エネルギ粒子
の入射に伴い、接合部202、302の周辺部の比較的
小さな領域のみが、基層213、313に発生する電荷
キャリアを集めることができることによるものである。
それに対して、プレーナセル静電容量体(図1)は、そ
の電荷を表面空乏層106内に貯蔵し、従ってこのよう
なα粒子の照射に対して極めて敏感である。
よりもやや大きな充電効率を有している。また、これら
は、α粒子等の高エネルギイオン化粒子による局部的な
照射からの影響を受けにくい。これは、高エネルギ粒子
の入射に伴い、接合部202、302の周辺部の比較的
小さな領域のみが、基層213、313に発生する電荷
キャリアを集めることができることによるものである。
それに対して、プレーナセル静電容量体(図1)は、そ
の電荷を表面空乏層106内に貯蔵し、従ってこのよう
なα粒子の照射に対して極めて敏感である。
【0007】このような利点にも拘らず、積上げ静電容
量式DRAMセルは広く採用されるには至らなかった。
その主な理由は、積上げ静電容量式セルが依然としてプ
レーナ静電容量体を用い、従ってその小型化が困難なた
めである。
量式DRAMセルは広く採用されるには至らなかった。
その主な理由は、積上げ静電容量式セルが依然としてプ
レーナ静電容量体を用い、従ってその小型化が困難なた
めである。
【0008】プレーナ式及び積上げ静電容量式DRAM
セルの小型化に限度があるために、DRAMの改良のた
めの努力は第3の形式のセル即ちトレンチDRAMセル
に向けられた。このようなセルの単純な一例が図4に断
面図により示されている。
セルの小型化に限度があるために、DRAMの改良のた
めの努力は第3の形式のセル即ちトレンチDRAMセル
に向けられた。このようなセルの単純な一例が図4に断
面図により示されている。
【0009】図4に示された従来技術に基づくトレンチ
DRAMセル400は、ワードラインの一部をなすゲー
ト403と、ビットラインの一部をなすドレイン401
と、記憶ノード402と、記憶ノード402に電気的に
接続されたトレンチ静電容量体Cとからなるアクセスト
ランジスタを備えている。トレンチ静電容量体Cは、概
ね垂直な側壁416をもってシリコンの表面の内部に向
けてエッチングされた深いトレンチと、トレンチ静電容
量体Cの第1の電極をなすN+拡散シリコン領域414
と、絶縁層409と、トレンチ静電容量体の第2の電極
をなす多結晶シリコンフィールド電極404とからな
る。トレンチ静電容量体Cの静電容量は、トレンチを深
くすることにより増大させることができる。酸化物分離
領域407は、セル400を、メモリアレイ内の隣接す
るセル及びトレンチに対して分離するために用いられ
る。
DRAMセル400は、ワードラインの一部をなすゲー
ト403と、ビットラインの一部をなすドレイン401
と、記憶ノード402と、記憶ノード402に電気的に
接続されたトレンチ静電容量体Cとからなるアクセスト
ランジスタを備えている。トレンチ静電容量体Cは、概
ね垂直な側壁416をもってシリコンの表面の内部に向
けてエッチングされた深いトレンチと、トレンチ静電容
量体Cの第1の電極をなすN+拡散シリコン領域414
と、絶縁層409と、トレンチ静電容量体の第2の電極
をなす多結晶シリコンフィールド電極404とからな
る。トレンチ静電容量体Cの静電容量は、トレンチを深
くすることにより増大させることができる。酸化物分離
領域407は、セル400を、メモリアレイ内の隣接す
るセル及びトレンチに対して分離するために用いられ
る。
【0010】高密度DRAMセルのためのトレンチ構造
としていくつかの変形例が知られている。このようなD
RAMセルの種々の形態については、P. Chatterjee等
による、「Trench and Compact Structures for DRA
M」、Technical Digest of IEEE1978 International El
ectron Devices Meeting、1986年発行、128頁、
に詳しく紹介されている。
としていくつかの変形例が知られている。このようなD
RAMセルの種々の形態については、P. Chatterjee等
による、「Trench and Compact Structures for DRA
M」、Technical Digest of IEEE1978 International El
ectron Devices Meeting、1986年発行、128頁、
に詳しく紹介されている。
【0011】トレンチDRAMセルは、プレーナ或いは
積上げ静電容量式セルよりも遙かに高い充電効率を有
し、従って小型化に適するが、その製造が極めて煩雑で
あるという欠点を有する。
積上げ静電容量式セルよりも遙かに高い充電効率を有
し、従って小型化に適するが、その製造が極めて煩雑で
あるという欠点を有する。
【0012】極めて複雑なトレンチセルの一例が、M. I
noue等による、「A 16 Mbit DRAM with an Open Bit Li
ne Architecture」、IEEE 1988 ISSCC Digest of Techn
icalPapers、246頁、に紹介されている。Inoueは、
デバイス分離領域としても機能するようにトレンチを満
たす目的も兼ねるように、多結晶シリコン電極を用い、
MOSトランスファトランジスタの周辺部を完全に包囲
する細幅のトレンチを用いることにより、50fF(f
emto Farad)というかなり高い静電容量を備
える極めて小型のセル(1.5μm×2.2μm=3.
3μm2)を達成した。この種の構造は、静電容量体ト
レンチを、シリコンの表面から3.0μm以上の深さ
の、トランスファトランジスタの下側位置に設けること
を必要とし、このような構造の製造を極めて困難にし、
この種のデバイスを非実用的なものとしている。
noue等による、「A 16 Mbit DRAM with an Open Bit Li
ne Architecture」、IEEE 1988 ISSCC Digest of Techn
icalPapers、246頁、に紹介されている。Inoueは、
デバイス分離領域としても機能するようにトレンチを満
たす目的も兼ねるように、多結晶シリコン電極を用い、
MOSトランスファトランジスタの周辺部を完全に包囲
する細幅のトレンチを用いることにより、50fF(f
emto Farad)というかなり高い静電容量を備
える極めて小型のセル(1.5μm×2.2μm=3.
3μm2)を達成した。この種の構造は、静電容量体ト
レンチを、シリコンの表面から3.0μm以上の深さ
の、トランスファトランジスタの下側位置に設けること
を必要とし、このような構造の製造を極めて困難にし、
この種のデバイスを非実用的なものとしている。
【0013】DRAMセルを形成する上で通常遭遇する
困難な点としては、小径をなし深い円筒形のトレンチキ
ャビティをエッチングしようとする際のエッチングの均
一性、内側の垂直壁416を汚染に対して保護するこ
と、エッチングされた材料を再び成膜によって形成する
こと、高品位の絶縁体からなる薄膜409を均一に成長
若しくは成膜によって形成すること、多結晶シリコンか
らなる電極404の垂直方向に向かう同形性を確保する
こと、平坦な表面形状を確保すること、或いは隣接する
トレンチ間に漏洩電流を発生させないこと等がある。こ
れらの問題点は、より深い静電容量トレンチを必要とす
る将来のDRAMセルを開発する上で極めて深刻な問題
を提起している。例えば、4メガビットデバイスに於て
必要となる400万個のトレンチをエッチングしようと
する場合、全てのトレンチを同一の深さにエッチングす
ることは不可能である。従って、メモリセルのいくつか
は浅いトレンチを有するようになり、それらは隣接する
セルに比較して小さな静電容量を有するようになる。
困難な点としては、小径をなし深い円筒形のトレンチキ
ャビティをエッチングしようとする際のエッチングの均
一性、内側の垂直壁416を汚染に対して保護するこ
と、エッチングされた材料を再び成膜によって形成する
こと、高品位の絶縁体からなる薄膜409を均一に成長
若しくは成膜によって形成すること、多結晶シリコンか
らなる電極404の垂直方向に向かう同形性を確保する
こと、平坦な表面形状を確保すること、或いは隣接する
トレンチ間に漏洩電流を発生させないこと等がある。こ
れらの問題点は、より深い静電容量トレンチを必要とす
る将来のDRAMセルを開発する上で極めて深刻な問題
を提起している。例えば、4メガビットデバイスに於て
必要となる400万個のトレンチをエッチングしようと
する場合、全てのトレンチを同一の深さにエッチングす
ることは不可能である。従って、メモリセルのいくつか
は浅いトレンチを有するようになり、それらは隣接する
セルに比較して小さな静電容量を有するようになる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、シリコン基
層内にトレンチ静電容量体を形成することなく、積上げ
静電容量体を備えたDRAMセル及びトレンチDRAM
セルの特徴である大容量の静電容量体を備えたDRAM
セルを提供することを目的とする。
層内にトレンチ静電容量体を形成することなく、積上げ
静電容量体を備えたDRAMセル及びトレンチDRAM
セルの特徴である大容量の静電容量体を備えたDRAM
セルを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】この側壁静電容量体(S
2C)セルと呼ばれる新規なDRAMセルは従来技術に
基づく積上げ静電容量式セル300と同様な3重多結晶
シリコン構造を用いるが、静電容量体の下側の電極とし
て機能する第2のドープされた多結晶シリコン層P2に
関して、従来技術に基づく素子に比較してかなり大きな
厚さを有する点に於て異なっている。この層が静電容量
体の電極を構成するべくエッチングされると、その側壁
により、電荷を蓄積するために利用可能な表面積を大幅
に増大させることができる。これらの、S2Cセルに於
ける多結晶シリコン層P2に形成された高い側壁は、ト
レンチ静電容量体構造に於て互いに対向する垂直側壁に
対応するものである。しかしながら、トレンチがトラン
スファトランジスタに隣接する固定された物理的位置を
占めざるを得ないのに対して、P2電極は、その高い側
壁と共に、トランスファトランジスタの上側その他の表
面領域に形成可能であることより、与えられたセルの面
積に対して静電容量を大幅に増大させることができる。
2C)セルと呼ばれる新規なDRAMセルは従来技術に
基づく積上げ静電容量式セル300と同様な3重多結晶
シリコン構造を用いるが、静電容量体の下側の電極とし
て機能する第2のドープされた多結晶シリコン層P2に
関して、従来技術に基づく素子に比較してかなり大きな
厚さを有する点に於て異なっている。この層が静電容量
体の電極を構成するべくエッチングされると、その側壁
により、電荷を蓄積するために利用可能な表面積を大幅
に増大させることができる。これらの、S2Cセルに於
ける多結晶シリコン層P2に形成された高い側壁は、ト
レンチ静電容量体構造に於て互いに対向する垂直側壁に
対応するものである。しかしながら、トレンチがトラン
スファトランジスタに隣接する固定された物理的位置を
占めざるを得ないのに対して、P2電極は、その高い側
壁と共に、トランスファトランジスタの上側その他の表
面領域に形成可能であることより、与えられたセルの面
積に対して静電容量を大幅に増大させることができる。
【0016】本発明の或る実施例によれば、新規なS2
Cデバイス及びDRAMを製造するための新規な方法が
開示される。第2の実施例に於ては、新規なS2Cセル
が高度に小型化されたマルチポートDRAM構造として
形成される。第3の実施例に於ては、S2Cが、高速セ
ンシングに特に適すると共に、各記憶セル当りに1ビッ
トより大きい記憶容量を有するような信号増幅機能を有
するDRAMセル及び信号増幅機能を有するマルチポー
トDRAM構造体を形成するために用いられる。
Cデバイス及びDRAMを製造するための新規な方法が
開示される。第2の実施例に於ては、新規なS2Cセル
が高度に小型化されたマルチポートDRAM構造として
形成される。第3の実施例に於ては、S2Cが、高速セ
ンシングに特に適すると共に、各記憶セル当りに1ビッ
トより大きい記憶容量を有するような信号増幅機能を有
するDRAMセル及び信号増幅機能を有するマルチポー
トDRAM構造体を形成するために用いられる。
【0017】
【発明の実施の形態】図5は本発明の第1の実施例に基
づき構築された2×2アレイのメモリセル500の平面
図である。図5の構造に於けるA−A線についての断面
図が図6に示され、その回路構成が図7に示されてい
る。S2Cセル500は、記憶コンデンサCに電気的に
結合されたトランスファトランジスタT1からなる。ト
ランスファトランジスタT1は、ゲート503と、N+
ドープされたソース502と、ドレイン501と、Pド
ープされたチャンネル505と、ゲート絶縁層510と
を有するショートチャンネルMOSFETからなる。所
望に応じて、ドレイン及びソース拡散層が軽度にNドー
プされた構造501a、502aを有することにより熱
チャンネル電子効果を低減させることもできる。ゲート
材料P1はN+ドープされた多結晶シリコン、或いは通
常200〜400nmの厚さを有する低抵抗率シリサイ
ド若しくは耐熱金属からなるものであって良い。ゲート
絶縁層510は通常10〜25nmの厚さを有する熱成
長された二酸化シリコンからなる。ゲート503は、そ
の上面に形成された導電体に対して絶縁フィルム512
により絶縁されており、熱成長された二酸化シリコン、
窒化シリコン或いはこれらの組合せからなるものであっ
て良い。例えば、ゲート503としてN+ドープされた
多結晶シリコン層P1を用い、選択的な酸化により比較
的厚い(200〜300nmの厚さの)酸化物512を
多結晶シリコン層P1の表面に成長させると共に、図示
されない相対的に薄い酸化物をシリコン基層の表面上に
成膜によって形成することができる。薄い酸化物は、厚
い酸化物からなる絶縁ゲート503を除去することなく
短時間のエッチングにより除去することができる。これ
により、ゲート503と埋設接触開口515との間の間
隙を極小化することができ、従って埋設接触開口をゲー
ト503のエッジに対して自己整合させることができ
る。
づき構築された2×2アレイのメモリセル500の平面
図である。図5の構造に於けるA−A線についての断面
図が図6に示され、その回路構成が図7に示されてい
る。S2Cセル500は、記憶コンデンサCに電気的に
結合されたトランスファトランジスタT1からなる。ト
ランスファトランジスタT1は、ゲート503と、N+
ドープされたソース502と、ドレイン501と、Pド
ープされたチャンネル505と、ゲート絶縁層510と
を有するショートチャンネルMOSFETからなる。所
望に応じて、ドレイン及びソース拡散層が軽度にNドー
プされた構造501a、502aを有することにより熱
チャンネル電子効果を低減させることもできる。ゲート
材料P1はN+ドープされた多結晶シリコン、或いは通
常200〜400nmの厚さを有する低抵抗率シリサイ
ド若しくは耐熱金属からなるものであって良い。ゲート
絶縁層510は通常10〜25nmの厚さを有する熱成
長された二酸化シリコンからなる。ゲート503は、そ
の上面に形成された導電体に対して絶縁フィルム512
により絶縁されており、熱成長された二酸化シリコン、
窒化シリコン或いはこれらの組合せからなるものであっ
て良い。例えば、ゲート503としてN+ドープされた
多結晶シリコン層P1を用い、選択的な酸化により比較
的厚い(200〜300nmの厚さの)酸化物512を
多結晶シリコン層P1の表面に成長させると共に、図示
されない相対的に薄い酸化物をシリコン基層の表面上に
成膜によって形成することができる。薄い酸化物は、厚
い酸化物からなる絶縁ゲート503を除去することなく
短時間のエッチングにより除去することができる。これ
により、ゲート503と埋設接触開口515との間の間
隙を極小化することができ、従って埋設接触開口をゲー
ト503のエッジに対して自己整合させることができ
る。
【0018】活性トランジスタ表面領域は、P型フィー
ルド分離注入領域508上に形成された通常200〜4
00nmの厚さを有するフィールド酸化物507により
包囲される。上記した議論は、NMOSトランスファト
ランジスタに適用されるものであるが、PMOS構造に
も等しく適用可能である。
ルド分離注入領域508上に形成された通常200〜4
00nmの厚さを有するフィールド酸化物507により
包囲される。上記した議論は、NMOSトランスファト
ランジスタに適用されるものであるが、PMOS構造に
も等しく適用可能である。
【0019】絶縁層512に於ける埋設接触開口515
は、ソース502と第2の導電性多結晶シリコン電極P
2(514)との間の直接的な電気的接触を実現する。
ソース拡散領域502は、コンデンサCに蓄積された電
荷のための接合分離蓄積ノードをなす。N+拡散領域5
02とP型基層513との間に形成された接合部の静電
容量は、ソース502と接触する基層領域のP型ドープ
濃度を増大させることにより増大させることができる。
このような強度のP型ドーピングは、例えば、埋設接触
開口515を介して、ソース拡散領域502により示さ
れる領域に限ってボロンを注入することにより達成され
る。しかしながら、このステップは、デバイスの本来の
機能を達成する上で不可欠なことではない。
は、ソース502と第2の導電性多結晶シリコン電極P
2(514)との間の直接的な電気的接触を実現する。
ソース拡散領域502は、コンデンサCに蓄積された電
荷のための接合分離蓄積ノードをなす。N+拡散領域5
02とP型基層513との間に形成された接合部の静電
容量は、ソース502と接触する基層領域のP型ドープ
濃度を増大させることにより増大させることができる。
このような強度のP型ドーピングは、例えば、埋設接触
開口515を介して、ソース拡散領域502により示さ
れる領域に限ってボロンを注入することにより達成され
る。しかしながら、このステップは、デバイスの本来の
機能を達成する上で不可欠なことではない。
【0020】多結晶シリコン電極P2は強度にN+(ま
たはP+)ドープされた多結晶シリコンの極めて厚い層
からなる。この層の実際の厚さは、セルの静電容量Cの
大きさにより定められる。この厚さは、小さいものでは
0.5μm〜1.0μmであって良く、大きい場合には
5.0μm〜7.0μmであって良い。好ましい静電容
量を達成するために、典型的には、この厚さは1.0μ
m〜3.0μmの範囲であって良い。多結晶シリコン層
P2は、低圧化学蒸着(LPCVD)により形成され、
そのままドープし或いは形成された後に熱駆動された拡
散若しくはイオン注入を行なうことによりドープされた
ものであって良い。リンまたは砒素をイオン注入する場
合には、熱駆動のステップは、アイランドを形成するた
めに多結晶シリコン層P2をエッチングした後に行なわ
れる。このようにして多結晶シリコン層P2内のN+ド
ーパントにより、電極514が埋設接触開口に重合する
部分のシリコン基層に対してのみドーピングが行なわれ
る。多結晶シリコンP2は、その垂直側壁514e、5
14r、514f、514b(図5及び図6)に沿って
表面積を可及的に大きくするため意図的に厚くされてい
る。これらの垂直側壁は、例えば多結晶シリコン層P2
の異方性反応性イオンエッチング(RIE)等により導
電層514がエッチングされる時に形成される。構造体
を保護する多結晶シリコン及び酸化物512、507の
間のエッチングの選択度を約30対1とすることによ
り、多結晶シリコン層P2の、アイランド514、51
8等のような互いに隣接するアイランド間を短絡させる
ことがないように多結晶シリコン層P2を充分にオーバ
ーエッチングすることができる。このエッチング過程に
於てアイランドを保護するためにフォトレジストマス
ク、酸化物マスク或いは窒化物マスクを用いることがで
きる。セル500に於て、多結晶シリコン層P2はトラ
ンスファーゲート503上に至る絶縁層512上に沿っ
て延出し、更にフィールド分離酸化物507上に沿って
延在する電極を構成する。下側の構造体を問題となる程
度に侵すことなく多結晶シリコン層P2をエッチングし
得ることにより、全てのトレンチの深さを均一にするよ
うな自然のエッチングストップ手段が存在しないような
場合に、シリコン層内にエッチングにより形成されたト
レンチの側壁に沿って形成された静電容量体に比較し
て、同一の高さを有する垂直壁を備える大きなメモリセ
ルアレイを形成することが可能となる。
たはP+)ドープされた多結晶シリコンの極めて厚い層
からなる。この層の実際の厚さは、セルの静電容量Cの
大きさにより定められる。この厚さは、小さいものでは
0.5μm〜1.0μmであって良く、大きい場合には
5.0μm〜7.0μmであって良い。好ましい静電容
量を達成するために、典型的には、この厚さは1.0μ
m〜3.0μmの範囲であって良い。多結晶シリコン層
P2は、低圧化学蒸着(LPCVD)により形成され、
そのままドープし或いは形成された後に熱駆動された拡
散若しくはイオン注入を行なうことによりドープされた
ものであって良い。リンまたは砒素をイオン注入する場
合には、熱駆動のステップは、アイランドを形成するた
めに多結晶シリコン層P2をエッチングした後に行なわ
れる。このようにして多結晶シリコン層P2内のN+ド
ーパントにより、電極514が埋設接触開口に重合する
部分のシリコン基層に対してのみドーピングが行なわれ
る。多結晶シリコンP2は、その垂直側壁514e、5
14r、514f、514b(図5及び図6)に沿って
表面積を可及的に大きくするため意図的に厚くされてい
る。これらの垂直側壁は、例えば多結晶シリコン層P2
の異方性反応性イオンエッチング(RIE)等により導
電層514がエッチングされる時に形成される。構造体
を保護する多結晶シリコン及び酸化物512、507の
間のエッチングの選択度を約30対1とすることによ
り、多結晶シリコン層P2の、アイランド514、51
8等のような互いに隣接するアイランド間を短絡させる
ことがないように多結晶シリコン層P2を充分にオーバ
ーエッチングすることができる。このエッチング過程に
於てアイランドを保護するためにフォトレジストマス
ク、酸化物マスク或いは窒化物マスクを用いることがで
きる。セル500に於て、多結晶シリコン層P2はトラ
ンスファーゲート503上に至る絶縁層512上に沿っ
て延出し、更にフィールド分離酸化物507上に沿って
延在する電極を構成する。下側の構造体を問題となる程
度に侵すことなく多結晶シリコン層P2をエッチングし
得ることにより、全てのトレンチの深さを均一にするよ
うな自然のエッチングストップ手段が存在しないような
場合に、シリコン層内にエッチングにより形成されたト
レンチの側壁に沿って形成された静電容量体に比較し
て、同一の高さを有する垂直壁を備える大きなメモリセ
ルアレイを形成することが可能となる。
【0021】極めて薄い充電用絶縁層509が多結晶シ
リコン層P2の露出面514e、514r、514f、
514b及び514t上に亘って成長若しくは形成され
る。この絶縁層の厚さは10nm〜20nm以下であっ
て良い。またこの絶縁層は熱成長二酸化シリコン、LP
CVD窒化シリコンまたはこれらの組合せであったり、
高い絶縁率を有し、良好な同形性を有し、多結晶シリコ
ン層P2の全ての露出面を、極めて低い漏洩電流をもっ
て均一に覆いかつ絶縁し得るような任意の絶縁物からな
るものであって良い。
リコン層P2の露出面514e、514r、514f、
514b及び514t上に亘って成長若しくは形成され
る。この絶縁層の厚さは10nm〜20nm以下であっ
て良い。またこの絶縁層は熱成長二酸化シリコン、LP
CVD窒化シリコンまたはこれらの組合せであったり、
高い絶縁率を有し、良好な同形性を有し、多結晶シリコ
ン層P2の全ての露出面を、極めて低い漏洩電流をもっ
て均一に覆いかつ絶縁し得るような任意の絶縁物からな
るものであって良い。
【0022】静電容量体の第2の電極は充電用絶縁層5
09の上面に形成された第3の導電層504により形成
される。本実施例に於て、導電層504は、強度にドー
プされた多結晶シリコン層P3からなる。その厚さZ
を、メモリセルアレイに於ける隣接する多結晶シリコン
層P2の電極514と、電極518との間隔であるとし
た場合に、Z/2よりもやや大きいように定められる。
メモリアレイの密度が高い場合にはZは1.0μm以下
であって、従って第3の導電層は約0.5μmより厚い
ことを必要としない。このような厚さの選択は、アイラ
ンド514、518等の多結晶シリコン層P2からなる
側壁間の領域520に形成される極めて急峻な段部が多
結晶シリコン層P3により完全に埋められ、その次に形
成されるべき金属皮膜511が、破壊したりその他の問
題を生じることなく間隙520を覆うように定められ
る。第3の導電層504は、金属皮膜511により接触
されるべき、ビットラインコンタクト511c等のメモ
リセルアレイ内の領域から、マスキング及びエッチング
の過程により除去される。次に、この構造体に対して比
較的厚い絶縁/平坦化層517が形成され、この層は通
常約1μmの厚さを有する硼燐珪酸ガラス若しくはポリ
アミドからなるものであって良い。この層は流動性を有
するのであって、表面を平坦化すると共に、共通のドレ
イン501を用いるセル514、519等の間の間隙Y
を埋めることができる。小型化された素子に於ては、こ
の間隙Yは2.0μmのオーダーであって、従って1μ
mよりもやや大きい厚さを有する同形フィルム517を
用いることにより、この間隙により形成される急峻な段
部を簡単に平坦化することができる。
09の上面に形成された第3の導電層504により形成
される。本実施例に於て、導電層504は、強度にドー
プされた多結晶シリコン層P3からなる。その厚さZ
を、メモリセルアレイに於ける隣接する多結晶シリコン
層P2の電極514と、電極518との間隔であるとし
た場合に、Z/2よりもやや大きいように定められる。
メモリアレイの密度が高い場合にはZは1.0μm以下
であって、従って第3の導電層は約0.5μmより厚い
ことを必要としない。このような厚さの選択は、アイラ
ンド514、518等の多結晶シリコン層P2からなる
側壁間の領域520に形成される極めて急峻な段部が多
結晶シリコン層P3により完全に埋められ、その次に形
成されるべき金属皮膜511が、破壊したりその他の問
題を生じることなく間隙520を覆うように定められ
る。第3の導電層504は、金属皮膜511により接触
されるべき、ビットラインコンタクト511c等のメモ
リセルアレイ内の領域から、マスキング及びエッチング
の過程により除去される。次に、この構造体に対して比
較的厚い絶縁/平坦化層517が形成され、この層は通
常約1μmの厚さを有する硼燐珪酸ガラス若しくはポリ
アミドからなるものであって良い。この層は流動性を有
するのであって、表面を平坦化すると共に、共通のドレ
イン501を用いるセル514、519等の間の間隙Y
を埋めることができる。小型化された素子に於ては、こ
の間隙Yは2.0μmのオーダーであって、従って1μ
mよりもやや大きい厚さを有する同形フィルム517を
用いることにより、この間隙により形成される急峻な段
部を簡単に平坦化することができる。
【0023】連絡線開口511cが、異方性反応性イオ
ンエッチングによりこの層を通過するように垂直にエッ
チングされ、ドレイン領域501を露出すると共に、多
結晶シリコン層P1、P3との接触を可能にする。この
エッチング過程は、二酸化物とシリコンとの間に於て約
30対1のエッチング選択度をもって行なうもので、多
結晶シリコン層P1、P3或いは開かれた連絡線に於け
るドレイン501に対して甚しいエッチングを行なうこ
となく層517の異なる厚さを通過して連絡線に対する
エッチングを行なうことができる。この連絡線開口内部
の急峻な垂直壁は、連絡線充填技術の1つを利用するこ
とを必要とする。例えば、Kotami等による、「A Highly
Reliable Selective CVD-W Using SiH 4 Reduction fo
r VLSI Contacts」、IEEE 1987 IEDM Digest of Techni
cal Abstracts、17頁、は酸化物からなる垂直壁によ
り包囲された連絡線の内部にタングステンを選択的に形
成するための技術を開示している。Kotamiによれば、毎
分約0.3μmの選択的な形成速度及び極めて低い接触
抵抗が達成された。このような連絡線充填技術が、上面
に近いようなレベル511bに至る極めて深い連絡線を
充填するための実用的な方法であって、これにより垂直
導電スタッド521を介して金属皮膜511とドレイン
領域501との間の電気的接触を容易に達成することが
できる。他の連絡線充填技術を利用することもできる。
例えば、連絡線開口の直径よりも大きい厚さを有するC
VDタングステンシリサイド若しくは形成状態に於ける
LPCVDドープされた多結晶シリコンを全面的に形成
することによっても連絡線のキャビティを簡単に充填す
ることができ、ドレイン501と金属皮膜511との間
の直列接触抵抗を許容値以下に抑えることができる。或
いは、厚い導電性多結晶シリコン層P2自身を金属皮膜
511とドレイン501とを接続する垂直スタッドとし
て用いることもできる。この場合、埋設接触開口515
を、多結晶シリコン層P2の形成に先立って、ソース領
域502ばかりでなく、多結晶シリコン層P2スタッド
が形成されるべき部分の下側の共通なドレイン領域50
1に対しても絶縁層512を貫通するように設けなけれ
ばならない。また、この場合、多結晶シリコン層P3
は、平坦化層517の形成に先立って多結晶シリコン層
P2スタッドから注意深く除去しておくことにより、多
結晶シリコン層P3(即ち電極)とドレイン501若し
くは金属皮膜511との間の短絡を防ぐようにしてい
る。
ンエッチングによりこの層を通過するように垂直にエッ
チングされ、ドレイン領域501を露出すると共に、多
結晶シリコン層P1、P3との接触を可能にする。この
エッチング過程は、二酸化物とシリコンとの間に於て約
30対1のエッチング選択度をもって行なうもので、多
結晶シリコン層P1、P3或いは開かれた連絡線に於け
るドレイン501に対して甚しいエッチングを行なうこ
となく層517の異なる厚さを通過して連絡線に対する
エッチングを行なうことができる。この連絡線開口内部
の急峻な垂直壁は、連絡線充填技術の1つを利用するこ
とを必要とする。例えば、Kotami等による、「A Highly
Reliable Selective CVD-W Using SiH 4 Reduction fo
r VLSI Contacts」、IEEE 1987 IEDM Digest of Techni
cal Abstracts、17頁、は酸化物からなる垂直壁によ
り包囲された連絡線の内部にタングステンを選択的に形
成するための技術を開示している。Kotamiによれば、毎
分約0.3μmの選択的な形成速度及び極めて低い接触
抵抗が達成された。このような連絡線充填技術が、上面
に近いようなレベル511bに至る極めて深い連絡線を
充填するための実用的な方法であって、これにより垂直
導電スタッド521を介して金属皮膜511とドレイン
領域501との間の電気的接触を容易に達成することが
できる。他の連絡線充填技術を利用することもできる。
例えば、連絡線開口の直径よりも大きい厚さを有するC
VDタングステンシリサイド若しくは形成状態に於ける
LPCVDドープされた多結晶シリコンを全面的に形成
することによっても連絡線のキャビティを簡単に充填す
ることができ、ドレイン501と金属皮膜511との間
の直列接触抵抗を許容値以下に抑えることができる。或
いは、厚い導電性多結晶シリコン層P2自身を金属皮膜
511とドレイン501とを接続する垂直スタッドとし
て用いることもできる。この場合、埋設接触開口515
を、多結晶シリコン層P2の形成に先立って、ソース領
域502ばかりでなく、多結晶シリコン層P2スタッド
が形成されるべき部分の下側の共通なドレイン領域50
1に対しても絶縁層512を貫通するように設けなけれ
ばならない。また、この場合、多結晶シリコン層P3
は、平坦化層517の形成に先立って多結晶シリコン層
P2スタッドから注意深く除去しておくことにより、多
結晶シリコン層P3(即ち電極)とドレイン501若し
くは金属皮膜511との間の短絡を防ぐようにしてい
る。
【0024】セル500のDRAM構造に着目すること
により理解されるように、静電容量体Cの2つの電極の
いずれかを、今まで利用されなかったような厚さの多結
晶シリコン層P2からなるものとすることは、注意深く
平坦化操作により平坦化されなければならないような平
面形状を形成することから、デバイスのサイズを小型化
しようとする従来の思想とは相反するものである。しか
しながら、この表面形状に関する問題は2つのファクタ
により軽減される。第1に、素子の小型化が図られるこ
とにより、1セル当りの占める面積が極めて小さくなっ
ている。したがって、隣接するセルの多結晶シリコンP
2が互いに極めて近接していることから、同形フィルム
504、517等によりこれらの間の空隙(例えばZ、
Y等)を埋めることは比較的容易である。第2に、発展
した集積回路に於て3層或いは4層の金属皮膜を用いる
ことが一般的になりつつあり、それに伴い、急峻な垂直
壁構造に固有な段部を覆う際の問題を、改良された平坦
化過程或いは深い連絡線を充填する技術により克服でき
るようになったことである。
により理解されるように、静電容量体Cの2つの電極の
いずれかを、今まで利用されなかったような厚さの多結
晶シリコン層P2からなるものとすることは、注意深く
平坦化操作により平坦化されなければならないような平
面形状を形成することから、デバイスのサイズを小型化
しようとする従来の思想とは相反するものである。しか
しながら、この表面形状に関する問題は2つのファクタ
により軽減される。第1に、素子の小型化が図られるこ
とにより、1セル当りの占める面積が極めて小さくなっ
ている。したがって、隣接するセルの多結晶シリコンP
2が互いに極めて近接していることから、同形フィルム
504、517等によりこれらの間の空隙(例えばZ、
Y等)を埋めることは比較的容易である。第2に、発展
した集積回路に於て3層或いは4層の金属皮膜を用いる
ことが一般的になりつつあり、それに伴い、急峻な垂直
壁構造に固有な段部を覆う際の問題を、改良された平坦
化過程或いは深い連絡線を充填する技術により克服でき
るようになったことである。
【0025】図6のセル500の構造を図4に示された
最も単純なトレンチ静電容量体DRAMセル400と比
較することより理解されるように、多結晶シリコン層P
2の垂直壁514l、514rのエッチングは、細幅の
開口を有するトレンチの内部に垂直壁416をエッチン
グすることに比較して、前者の場合には自然なエッチン
グのストッパがあるのに対して後者にはそれがないこと
から、或いはまたエッチングされた材料が再び形成され
るといった或いは汚染物質の捕捉といった問題が少ない
ことから、かなり容易に行なうことができる。セル50
0に於ける平坦化過程及び連絡線の充填は、セル400
に於ける深くかつ細幅のトレンチを適切に埋めることに
伴う問題と同様のものである。
最も単純なトレンチ静電容量体DRAMセル400と比
較することより理解されるように、多結晶シリコン層P
2の垂直壁514l、514rのエッチングは、細幅の
開口を有するトレンチの内部に垂直壁416をエッチン
グすることに比較して、前者の場合には自然なエッチン
グのストッパがあるのに対して後者にはそれがないこと
から、或いはまたエッチングされた材料が再び形成され
るといった或いは汚染物質の捕捉といった問題が少ない
ことから、かなり容易に行なうことができる。セル50
0に於ける平坦化過程及び連絡線の充填は、セル400
に於ける深くかつ細幅のトレンチを適切に埋めることに
伴う問題と同様のものである。
【0026】しかしながら、セル500の静電容量体構
造は、発達したトレンチDRAMセルに於ける静電容量
体構造よりも遙かに容易に実施することができる。例え
ば、最も進歩したトレンチ静電容量体は、トレンチのキ
ャビティの内部に埋設された2つの薄い多結晶シリコン
層間に、極めて薄い絶縁層を用いることにより静電容量
体を構成している。開口の直径が0.7μm以下である
ようなトレンチの数μmの深さの部分にこのような充電
用絶縁層を高品質に形成することは極めて困難である。
例えば、T. Kaga等による、「A 4.2 Micron2 Half-VCC
Sheath-Plate Capacitor DRAM Cell with Self-Aligned
Buried Plate-Wiring」、IEEE 1987 IEDM Digest of T
echnical Abstructs、332頁、を参照されたい。
造は、発達したトレンチDRAMセルに於ける静電容量
体構造よりも遙かに容易に実施することができる。例え
ば、最も進歩したトレンチ静電容量体は、トレンチのキ
ャビティの内部に埋設された2つの薄い多結晶シリコン
層間に、極めて薄い絶縁層を用いることにより静電容量
体を構成している。開口の直径が0.7μm以下である
ようなトレンチの数μmの深さの部分にこのような充電
用絶縁層を高品質に形成することは極めて困難である。
例えば、T. Kaga等による、「A 4.2 Micron2 Half-VCC
Sheath-Plate Capacitor DRAM Cell with Self-Aligned
Buried Plate-Wiring」、IEEE 1987 IEDM Digest of T
echnical Abstructs、332頁、を参照されたい。
【0027】本発明に基づく新規な側壁静電容量体(S
2C)セルの従来技術に基づくトレンチ静電容量体セル
に対する明瞭な利点は、S2Cセルがα粒子の照射や表
面に於ける漏洩電流によるソフトエラーに対して過敏で
ない点にある。これは、S2Cセルに蓄積された電荷の
多くが、シリコン基層から離れた両電極P2、P3間の
垂直側壁及び上面に位置していることによるものであ
る。それに対して、トレンチ静電容量体は、照射された
α粒子により生成する電荷キャリアにより最も影響を受
け易い基層内部に位置している。
2C)セルの従来技術に基づくトレンチ静電容量体セル
に対する明瞭な利点は、S2Cセルがα粒子の照射や表
面に於ける漏洩電流によるソフトエラーに対して過敏で
ない点にある。これは、S2Cセルに蓄積された電荷の
多くが、シリコン基層から離れた両電極P2、P3間の
垂直側壁及び上面に位置していることによるものであ
る。それに対して、トレンチ静電容量体は、照射された
α粒子により生成する電荷キャリアにより最も影響を受
け易い基層内部に位置している。
【0028】新規なS2Cセルの電荷蓄積能力を適切に
評価するために、3つの異なる種類のセルの比較を行な
った。これらの3つのセルは、図3に示された従来技術
に基づく積上げ式静電容量体セル300と、図4に示さ
れた従来技術に基づく積上げ式静電容量体セル400
と、図6に示されたS2Cセル500であり、これらは
同一のセル面積及び同一の充電用絶縁層厚さを有するよ
うに基準化されている。セル400として、上記した文
献のKaga氏により提案されたセルを用いたが、そのセル
は1.3μm×3.2μm=4.2μm2の寸法を有す
る。これは、5.5nmの厚さを有する充電用絶縁層
と、51fFの静電容量を達成するべく3.0μmの深
さをもって設けられたトレンチとを有する。トレンチ内
部に埋設された静電容量体の電極の有効全面積は約9.
0μm2であった。同一のセル領域(4.2μm2)を有
し、同一の充電用絶縁層厚さを有し、3.0μmの厚さ
の多結晶シリコン層を有するS2Cセル500の有効な
全蓄積領域が次の式により与えられる。
評価するために、3つの異なる種類のセルの比較を行な
った。これらの3つのセルは、図3に示された従来技術
に基づく積上げ式静電容量体セル300と、図4に示さ
れた従来技術に基づく積上げ式静電容量体セル400
と、図6に示されたS2Cセル500であり、これらは
同一のセル面積及び同一の充電用絶縁層厚さを有するよ
うに基準化されている。セル400として、上記した文
献のKaga氏により提案されたセルを用いたが、そのセル
は1.3μm×3.2μm=4.2μm2の寸法を有す
る。これは、5.5nmの厚さを有する充電用絶縁層
と、51fFの静電容量を達成するべく3.0μmの深
さをもって設けられたトレンチとを有する。トレンチ内
部に埋設された静電容量体の電極の有効全面積は約9.
0μm2であった。同一のセル領域(4.2μm2)を有
し、同一の充電用絶縁層厚さを有し、3.0μmの厚さ
の多結晶シリコン層を有するS2Cセル500の有効な
全蓄積領域が次の式により与えられる。
【0029】A=s+t 但し、 A=静電容量体Cの蓄積面積 s=多結晶シリコン層P2の側壁表面積 t=多結晶シリコン層P2の上面の面積 従って、 A=(2×1.6×3.0+2×0.6×3.0)+(1×1.6×0.6) =(9.6+3.6)+0.96 =14.2μm2
【0030】従って、セル500の静電容量が80.5
fF即ち従来技術に基づくトレンチセル400よりも5
8%多い静電容量を有するものであった。重要なこと
は、セル500に於ける静電容量の増大量の多くが側壁
領域(13.2/14.2=93%)から得られたこと
である。それに対して、同じ4.2μm2の表面積を有
し同一の絶縁層厚さを有するが多結晶シリコン層P2の
厚さが0.3μmであるセル300にあっては、その有
効な全蓄積領域が次の式により与えられ、 A=s+t 即ち、 A=(2×1.6×0.3+2×0.6×0.3)+(1×1.6×0.6) =(0.96+0.36)+0.96 =2.3μm2
fF即ち従来技術に基づくトレンチセル400よりも5
8%多い静電容量を有するものであった。重要なこと
は、セル500に於ける静電容量の増大量の多くが側壁
領域(13.2/14.2=93%)から得られたこと
である。それに対して、同じ4.2μm2の表面積を有
し同一の絶縁層厚さを有するが多結晶シリコン層P2の
厚さが0.3μmであるセル300にあっては、その有
効な全蓄積領域が次の式により与えられ、 A=s+t 即ち、 A=(2×1.6×0.3+2×0.6×0.3)+(1×1.6×0.6) =(0.96+0.36)+0.96 =2.3μm2
【0031】従って、セル300は、13.0fFの静
電容量を有し、Taga氏のセル400の25%に過ぎ
ず、S2Cセルの16.2%に過ぎない。
電容量を有し、Taga氏のセル400の25%に過ぎ
ず、S2Cセルの16.2%に過ぎない。
【0032】セルを充分な安定性をもって動作させるた
めには少なくとも約30fFの静電容量を必要とする。
明かに、セル300はそのように大きな静電容量を確保
できないものであり、そのために、多くの場合、DRA
M素子としてトレンチセル400に置き換えられてきて
いる。しかしながら、S2Cセル500は、トレンチセ
ル400よりも単位面積当りの静電容量をかなり大きく
取ることができ、将来、セルの小型化を図り、トレンチ
セルの静電容量が30fFのレベルに到達したような場
合には、S2Cセル500がトレンチセル400に代わ
って広く採用されることとなろう。
めには少なくとも約30fFの静電容量を必要とする。
明かに、セル300はそのように大きな静電容量を確保
できないものであり、そのために、多くの場合、DRA
M素子としてトレンチセル400に置き換えられてきて
いる。しかしながら、S2Cセル500は、トレンチセ
ル400よりも単位面積当りの静電容量をかなり大きく
取ることができ、将来、セルの小型化を図り、トレンチ
セルの静電容量が30fFのレベルに到達したような場
合には、S2Cセル500がトレンチセル400に代わ
って広く採用されることとなろう。
【0033】セル500が単位面積当り大きな静電容量
を有することからその余裕を利用して最も厳しいデバイ
スのパラメータを緩和することができる。例えば、多結
晶シリコン層P2の厚さを約58%削減して2.0μm
以下とし、或いは充電用絶縁層の厚さを約58%増大さ
せ、或いはセル自体を約25%小さくした場合でも、5
0fFを超える最低限の静電容量を確保することができ
る。
を有することからその余裕を利用して最も厳しいデバイ
スのパラメータを緩和することができる。例えば、多結
晶シリコン層P2の厚さを約58%削減して2.0μm
以下とし、或いは充電用絶縁層の厚さを約58%増大さ
せ、或いはセル自体を約25%小さくした場合でも、5
0fFを超える最低限の静電容量を確保することができ
る。
【0034】S2Cセルの別の利点は、トレンチが電荷
を蓄積するために用いられていないことから、図5、図
6に示された絶縁分離層507に代えて、活性デバイス
表面領域の周囲を包囲する細幅の分離トレンチを用いる
ことによりセルサイズを更に小さくすることができる。
を蓄積するために用いられていないことから、図5、図
6に示された絶縁分離層507に代えて、活性デバイス
表面領域の周囲を包囲する細幅の分離トレンチを用いる
ことによりセルサイズを更に小さくすることができる。
【0035】DRAMメモリチップに於ては、メモリセ
ルのアレイが周辺回路により包囲されている。多結晶シ
リコン層P2が、全ての周辺回路領域からエッチングに
より除去され、多結晶シリコン層P1、P3をゲート及
び相互接続線の材料として利用することができる。この
周辺回路に於ては、段差部分を覆うことに伴う問題が生
じない。しかしながら、メモリアレイと周辺領域との間
の境界部に於ては、多結晶シリコン層P2の導入に伴う
垂直壁による急峻な垂直段差が形成される。従って、垂
直相互接続スタッド等の手段を、アレイ内部の金属皮膜
ライン511とアレイに接続されるべき周辺領域の金属
皮膜との間のジャンパーとして用いなければならない。
複数レベルの金属皮膜を用いることによりこのようなジ
ャンパー線の形成を単純化することができる。
ルのアレイが周辺回路により包囲されている。多結晶シ
リコン層P2が、全ての周辺回路領域からエッチングに
より除去され、多結晶シリコン層P1、P3をゲート及
び相互接続線の材料として利用することができる。この
周辺回路に於ては、段差部分を覆うことに伴う問題が生
じない。しかしながら、メモリアレイと周辺領域との間
の境界部に於ては、多結晶シリコン層P2の導入に伴う
垂直壁による急峻な垂直段差が形成される。従って、垂
直相互接続スタッド等の手段を、アレイ内部の金属皮膜
ライン511とアレイに接続されるべき周辺領域の金属
皮膜との間のジャンパーとして用いなければならない。
複数レベルの金属皮膜を用いることによりこのようなジ
ャンパー線の形成を単純化することができる。
【0036】S2Cセルに附随する1つの問題は、金属
相互接続線511を郭成するためのフォトリソグラフィ
過程に於て発生する。現在用いられている最も進歩した
リソグラフィマスク整合機は、3.0μm以下の焦点深
度を有する。従って、多結晶シリコンP2の厚さの分だ
け高いメモリアレイの内部及び周辺部の層511に対し
て同時に適切に焦点を結ぶことが困難である。しかしな
がら、X線リソグラフィによればこのような焦点深度に
伴う問題が発生しない。この問題はいくつかの方法によ
り回避することができる。その1つは、金属皮膜511
をメモリアレイ内のみに於て用い、周辺部には別の金属
皮膜を用いることである。第2の方法は、層517に用
いられた厚い酸化物若しくはポリアミド層を用いて周辺
部を平坦化することである。第3の方法は、アレイを形
成するべき領域のシリコンに対してエッチングを行な
い、或いはアレイの外側の周辺部にシリコンエピタキシ
ャル層を選択的に成長させることをもってシリコン基層
に段差を形成することにより、メモリアレイの表面と周
辺部の表面とを、マスク整合機の同一焦点深度内に位置
するように概ね同一の高さにすることからなる。
相互接続線511を郭成するためのフォトリソグラフィ
過程に於て発生する。現在用いられている最も進歩した
リソグラフィマスク整合機は、3.0μm以下の焦点深
度を有する。従って、多結晶シリコンP2の厚さの分だ
け高いメモリアレイの内部及び周辺部の層511に対し
て同時に適切に焦点を結ぶことが困難である。しかしな
がら、X線リソグラフィによればこのような焦点深度に
伴う問題が発生しない。この問題はいくつかの方法によ
り回避することができる。その1つは、金属皮膜511
をメモリアレイ内のみに於て用い、周辺部には別の金属
皮膜を用いることである。第2の方法は、層517に用
いられた厚い酸化物若しくはポリアミド層を用いて周辺
部を平坦化することである。第3の方法は、アレイを形
成するべき領域のシリコンに対してエッチングを行な
い、或いはアレイの外側の周辺部にシリコンエピタキシ
ャル層を選択的に成長させることをもってシリコン基層
に段差を形成することにより、メモリアレイの表面と周
辺部の表面とを、マスク整合機の同一焦点深度内に位置
するように概ね同一の高さにすることからなる。
【0037】第4の方法は、ビットライン或いはワード
ラインが電極P2の上面514tの表面を横切る必要が
ないようにしてビットライン或いはワードラインの金属
皮膜による段差を覆うことに伴う問題を回避することで
ある。例えば、図5に示されたセル500は、200n
m以下といったやや薄い電極P3を有するように変更
し、隣接するP2アイランド514、524間のギャッ
プXを意図的に完全には充填しないようにすることから
なる。このギャップの残りの空隙は、耐熱金属、LPC
VDタングステンシリサイド或いはアルミニウムなどか
らなる金属製ビットラインを延在させるために利用する
ことができる。このようにして、金属ラインが、急峻な
垂直壁を有する峡谷の内部を流れる川の様に、これらの
金属ラインが静電容量体の上面上を横切るのではなく、
それに沿って延在させることとなる。
ラインが電極P2の上面514tの表面を横切る必要が
ないようにしてビットライン或いはワードラインの金属
皮膜による段差を覆うことに伴う問題を回避することで
ある。例えば、図5に示されたセル500は、200n
m以下といったやや薄い電極P3を有するように変更
し、隣接するP2アイランド514、524間のギャッ
プXを意図的に完全には充填しないようにすることから
なる。このギャップの残りの空隙は、耐熱金属、LPC
VDタングステンシリサイド或いはアルミニウムなどか
らなる金属製ビットラインを延在させるために利用する
ことができる。このようにして、金属ラインが、急峻な
垂直壁を有する峡谷の内部を流れる川の様に、これらの
金属ラインが静電容量体の上面上を横切るのではなく、
それに沿って延在させることとなる。
【0038】側壁静電容量体セルを用いたマルチポート
DRAM それぞれ固有のトランスファーゲート(ワードライン)
及びドレインコンタクト(ビットライン)を備える異な
るDRAMセルに属する2つ以上の静電容量体のための
相互接続線としても図5に示された静電容量体の電極P
2を利用することにより側壁静電容量体の汎用性を利用
することができる。デュアルポートS2CDRAMセル
600の一例が図8に於て平面図により示されている。
図示を明瞭化するため、電極P2の周縁部を包囲しその
表面形状を平坦化するための第2の電極P3が図示省略
されている。同一のセルが図9に模式化して示されてい
る。デュアルポートRAMは通常、データベースを共有
化するよう2つのシステム間に於てデータインターフェ
イスが必要となるような用途に用いられる。各システム
IOポートは全てのメモリ番地を個々に呼び出すことが
でき、各番地に記憶されているデータを読み出し或いは
変更することができる。従って、各ポートは、共有され
るべきデータの各番地のための専用のワードライン及び
専用のビットラインを必要とする。例えば、1組のワー
ドライン及びビットラインの組を、第1のクロックサイ
クルに従ってメモリにデータを書き込むために用い、他
方のワードライン及びビットラインの組を第2のクロッ
クサイクルに従ってデータを読み出すために用いるよう
なFIFO(ファーストイン・ファーストアウト)メモ
リとしてデュアルポートRAMを用いることができる。
DRAM それぞれ固有のトランスファーゲート(ワードライン)
及びドレインコンタクト(ビットライン)を備える異な
るDRAMセルに属する2つ以上の静電容量体のための
相互接続線としても図5に示された静電容量体の電極P
2を利用することにより側壁静電容量体の汎用性を利用
することができる。デュアルポートS2CDRAMセル
600の一例が図8に於て平面図により示されている。
図示を明瞭化するため、電極P2の周縁部を包囲しその
表面形状を平坦化するための第2の電極P3が図示省略
されている。同一のセルが図9に模式化して示されてい
る。デュアルポートRAMは通常、データベースを共有
化するよう2つのシステム間に於てデータインターフェ
イスが必要となるような用途に用いられる。各システム
IOポートは全てのメモリ番地を個々に呼び出すことが
でき、各番地に記憶されているデータを読み出し或いは
変更することができる。従って、各ポートは、共有され
るべきデータの各番地のための専用のワードライン及び
専用のビットラインを必要とする。例えば、1組のワー
ドライン及びビットラインの組を、第1のクロックサイ
クルに従ってメモリにデータを書き込むために用い、他
方のワードライン及びビットラインの組を第2のクロッ
クサイクルに従ってデータを読み出すために用いるよう
なFIFO(ファーストイン・ファーストアウト)メモ
リとしてデュアルポートRAMを用いることができる。
【0039】従来技術に基づくマルチポートRAMは一
般にスタティックRAMフリップフロップ記憶要素を用
いるものからなる。最近発行された、T. Sakurai等によ
る、「Transparent Refresh DRAM (TRED) Using Dual P
ort DRAM Cell」、IEEE 1988Custom Integrated Circui
ts Conference、4.3.1頁、にはデュアルポートD
RAMセルに関する記載が見られる。Sakuraiは、2つ
の隣接するセルの平坦な静電容量体を組合せることによ
りデュアルポートDRAMセルを構成した。その際、静
電容量は、セルの面積と共に、標準的なDRAMセルに
対して約2倍に増大した。静電容量を2倍にすること
は、1つではなく2つのビットラインのビットライン静
電容量を正しく駆動するために充分に大きな電荷を蓄積
していることを必要とするような、2つのポートから共
通のセルを同時にアクセスするような場合に必要とな
る。Sakuraiは、2つのポートのいずれかを周期的なリ
フレッシュ動作のために用い、他方のポートをリード/
ライトのみのために用い、従って何らリフレッシュのた
めに用いられないような、スタティックRAMに代わる
デュアルポートDRAMの使用を提案した。このような
デュアルポートRAMを構成するためにセルの面積を2
倍にしても、セルの寸法を、フリップフロップスタティ
ックRAMセルの寸法よりも小さくすることができる。
般にスタティックRAMフリップフロップ記憶要素を用
いるものからなる。最近発行された、T. Sakurai等によ
る、「Transparent Refresh DRAM (TRED) Using Dual P
ort DRAM Cell」、IEEE 1988Custom Integrated Circui
ts Conference、4.3.1頁、にはデュアルポートD
RAMセルに関する記載が見られる。Sakuraiは、2つ
の隣接するセルの平坦な静電容量体を組合せることによ
りデュアルポートDRAMセルを構成した。その際、静
電容量は、セルの面積と共に、標準的なDRAMセルに
対して約2倍に増大した。静電容量を2倍にすること
は、1つではなく2つのビットラインのビットライン静
電容量を正しく駆動するために充分に大きな電荷を蓄積
していることを必要とするような、2つのポートから共
通のセルを同時にアクセスするような場合に必要とな
る。Sakuraiは、2つのポートのいずれかを周期的なリ
フレッシュ動作のために用い、他方のポートをリード/
ライトのみのために用い、従って何らリフレッシュのた
めに用いられないような、スタティックRAMに代わる
デュアルポートDRAMの使用を提案した。このような
デュアルポートRAMを構成するためにセルの面積を2
倍にしても、セルの寸法を、フリップフロップスタティ
ックRAMセルの寸法よりも小さくすることができる。
【0040】本発明に基づくS2C構造は、少なくとも
次のような理由によりマルチプルポート動作のために特
に好適である。第1に、電極P2が導電体でもあり、こ
の導電体を、トランジスタT1、T2(図8)等の任意
の数のトランジスタを作動させ、共通なデータを共有す
る全ての埋設接触開口(例えば開口615a、615
b)間の電気的な接続線622を提供するために用いる
ことができる。このような多結晶シリコン層P2による
相互接続の働きは、各番地を共用するポートの数が増大
すればするほど重要なものとなる。即ち、S2C構造
は、3ポート、4ポートといった多ポートDRAMセル
を構築する上で高いフレキシビリティを提供する。第2
に、電極P2をセルの非使用領域を覆い、急峻な垂直壁
の表面積及びその上面の表面積を増大させることにより
静電容量体Cの静電容量を増大させるように構成するこ
とができる。これは、電荷の蓄積のために比較的小さな
しかも動かすことの出来ない領域のみを利用し得るよう
なプレーナ若しくはトレンチ静電容量体に於ては不可能
なことであった。例えば、図5に示された単一ポートD
RAMセル500を図8に示されたデュアルポートDR
AMセル600と比較することより次の関係を得ること
ができる。
次のような理由によりマルチプルポート動作のために特
に好適である。第1に、電極P2が導電体でもあり、こ
の導電体を、トランジスタT1、T2(図8)等の任意
の数のトランジスタを作動させ、共通なデータを共有す
る全ての埋設接触開口(例えば開口615a、615
b)間の電気的な接続線622を提供するために用いる
ことができる。このような多結晶シリコン層P2による
相互接続の働きは、各番地を共用するポートの数が増大
すればするほど重要なものとなる。即ち、S2C構造
は、3ポート、4ポートといった多ポートDRAMセル
を構築する上で高いフレキシビリティを提供する。第2
に、電極P2をセルの非使用領域を覆い、急峻な垂直壁
の表面積及びその上面の表面積を増大させることにより
静電容量体Cの静電容量を増大させるように構成するこ
とができる。これは、電荷の蓄積のために比較的小さな
しかも動かすことの出来ない領域のみを利用し得るよう
なプレーナ若しくはトレンチ静電容量体に於ては不可能
なことであった。例えば、図5に示された単一ポートD
RAMセル500を図8に示されたデュアルポートDR
AMセル600と比較することより次の関係を得ること
ができる。
【0041】 セル600の表面積/セル500の表面積=2.5/1 セル600の静電容量/セル500の静電容量=2.9
/1
/1
【0042】このようにセル毎の静電容量を比較的大き
くすることにより2つのポートから同時にアクセスが行
なわれた場合の安定性を確保することができる。しか
も、静電容量は、第3、第4或いは第5のポートを付加
することにより更に増大させることができる。例えば、
5−ポートDRAMは、単一ポートDRAMよりも5倍
の静電容量を必要とするが、データを共有する5つのノ
ードの全てを相互接続する多結晶シリコン層P2が設け
られていることから、5−ポートセルに必要となる静電
容量は単一ポートDRAMの静電容量の7〜10倍であ
って良い。
くすることにより2つのポートから同時にアクセスが行
なわれた場合の安定性を確保することができる。しか
も、静電容量は、第3、第4或いは第5のポートを付加
することにより更に増大させることができる。例えば、
5−ポートDRAMは、単一ポートDRAMよりも5倍
の静電容量を必要とするが、データを共有する5つのノ
ードの全てを相互接続する多結晶シリコン層P2が設け
られていることから、5−ポートセルに必要となる静電
容量は単一ポートDRAMの静電容量の7〜10倍であ
って良い。
【0043】側壁静電容量体セルを用いた複数状態DR
AM S2Cセルは、その単位面積当りの静電容量が高くかつ
α粒子による影響を受けにくいことから、1セル当り1
ビットよりも大きい記憶容量を即ち2つ以上の荷電状態
を有するのに適している。例えば、S2Cセルの最小サ
イズを、リソグラフィにより可能な最小のサイズに対し
て70%を増大させることができる。これにより、拡大
されたセルの製造がかなり容易になる。多結晶シリコン
P2の垂直壁の面積を増大させることに伴い静電容量は
約100%増大する。これは、4つの記憶状態のそれぞ
れに与えられた信号マージンを犠牲にすることなく、拡
大されたセルに於て2ビット(即ち4つの異なる状態)
を記憶することを可能にする。その結果、ビット当りの
面積が15%削減され、製造過程に伴う許容誤差がかな
り緩和される。アクセス速度を犠牲にすることなく4つ
の記憶状態のいずれかを検出するための方法が、T. Fur
uyama等による、「An Experimental 2 Bits/Cell Stora
ge DRAM for Macro Cell or Memory-on-Logic Applicat
ion」、IEEE1988 Custom Integrated Circuits Confere
nce、4.4.1頁、に開示されている。
AM S2Cセルは、その単位面積当りの静電容量が高くかつ
α粒子による影響を受けにくいことから、1セル当り1
ビットよりも大きい記憶容量を即ち2つ以上の荷電状態
を有するのに適している。例えば、S2Cセルの最小サ
イズを、リソグラフィにより可能な最小のサイズに対し
て70%を増大させることができる。これにより、拡大
されたセルの製造がかなり容易になる。多結晶シリコン
P2の垂直壁の面積を増大させることに伴い静電容量は
約100%増大する。これは、4つの記憶状態のそれぞ
れに与えられた信号マージンを犠牲にすることなく、拡
大されたセルに於て2ビット(即ち4つの異なる状態)
を記憶することを可能にする。その結果、ビット当りの
面積が15%削減され、製造過程に伴う許容誤差がかな
り緩和される。アクセス速度を犠牲にすることなく4つ
の記憶状態のいずれかを検出するための方法が、T. Fur
uyama等による、「An Experimental 2 Bits/Cell Stora
ge DRAM for Macro Cell or Memory-on-Logic Applicat
ion」、IEEE1988 Custom Integrated Circuits Confere
nce、4.4.1頁、に開示されている。
【0044】記憶データの自己増幅機能を有する側壁静
電容量体DRAM S2Cセルの汎用性は、自らの静電容量に蓄積される電
荷をトランジスタにより増幅し得るようなDRAMセル
にも適用することができる。自己信号増幅能力を有する
公知技術に基づくDRAMセルの例としては、同一出願
人による米国特許第4、612、629号明細書に開示
されたものがある。
電容量体DRAM S2Cセルの汎用性は、自らの静電容量に蓄積される電
荷をトランジスタにより増幅し得るようなDRAMセル
にも適用することができる。自己信号増幅能力を有する
公知技術に基づくDRAMセルの例としては、同一出願
人による米国特許第4、612、629号明細書に開示
されたものがある。
【0045】図10及び図11は、本発明に基づき構築
し得る自己増幅型DRAMセルの1つを示す平面図及び
断面図である。セル700は、電荷を蓄積するばかりで
なく、セレクトリードトランジスタTRに接続されたM
OSセンス(リード)トランジスタTSのゲートとして
も機能する静電容量体Cの電極714を形成するべき多
結晶シリコン層P2を用いる。電荷は、ライトトランジ
スタTwのみを介して静電容量体Cに書き込み或いは除
去することができる。ライトトランジスタTWのソース
702は、埋設接触開口715を介して電極P2に接続
されている。多結晶シリコン層P3は、固定された電位
Vplate(即ち接地電位若しくは電源電位)に保持され
た第2の電極704を構成するために用いられる。金属
ビットライン711は、それぞれ連絡線開口721a、
721bを介してライト及びリードトランジスタTW、
TRのドレイン701w、701rに接触している。別
の実施例に於ては、ライト及びリードトランジスタにつ
いて異なるビットラインが用いられている。センストラ
ンジスタTSは接地電位に保持された埋設ソース拡散領
域730を有する。
し得る自己増幅型DRAMセルの1つを示す平面図及び
断面図である。セル700は、電荷を蓄積するばかりで
なく、セレクトリードトランジスタTRに接続されたM
OSセンス(リード)トランジスタTSのゲートとして
も機能する静電容量体Cの電極714を形成するべき多
結晶シリコン層P2を用いる。電荷は、ライトトランジ
スタTwのみを介して静電容量体Cに書き込み或いは除
去することができる。ライトトランジスタTWのソース
702は、埋設接触開口715を介して電極P2に接続
されている。多結晶シリコン層P3は、固定された電位
Vplate(即ち接地電位若しくは電源電位)に保持され
た第2の電極704を構成するために用いられる。金属
ビットライン711は、それぞれ連絡線開口721a、
721bを介してライト及びリードトランジスタTW、
TRのドレイン701w、701rに接触している。別
の実施例に於ては、ライト及びリードトランジスタにつ
いて異なるビットラインが用いられている。センストラ
ンジスタTSは接地電位に保持された埋設ソース拡散領
域730を有する。
【0046】セル700は次の要領で作動する。セルに
データを書き込む際に、リードワードライン703bが
ローレベルに保持され、リードトランジスタTRを遮断
し、ライトワードライン703aをハイレベルにし、ラ
イトトランジスタTWを導通させる。ビットライン71
1は、書き込まれるべきデータに応じてハイ若しくはロ
ーとなっている。ビットラインの電位は、静電容量体C
に書き込まれ、ライトワードラインがローにされ、ライ
トトランジスタTWが遮断される。セルからデータを読
むためには、リードワードライン703bがハイにさ
れ、リードトランジスタTRを導通させる。記憶状態が
ハイであれば、直列センストランジスタTSが導通し、
ビットライン711に予め加えられた電荷が、リードト
ランジスタTR及びセンストランジスタTSを介してVS
Sレベルにプルされる。しかしながら、記憶状態がロー
であれば、リードトランジスタTRが導通した場合でも
センストランジスタTSがオフ状態に止まり、ビットラ
イン711がVSS電位に向けて電荷を放出するのを阻
止する。いずれの場合もビットラインの電圧は、2つの
状態を識別するために基準ビットライン電位と比較され
る。局部的な増幅を行なうことなく蓄積された電荷をビ
ットライン上に直接ダンプする標準的なDRAMの場合
と異なり、リード信号は、静電容量体Cに蓄積された電
荷をセンストランジスタTSにより増幅させる。リード
動作は非破壊的であって、標準的なDRAMの場合と同
様にリフレッシュ動作を伴うことを必要としない。周期
的なリフレッシュは、接合部702に於ける基層に向か
う漏洩電流によって失われた蓄積電荷を補充するために
のみ必要となる。リフレッシュ動作に対して、記憶され
た状態はまず、(リードトランジスタTRが導通状態で
あることから)ビットラインに読み出され、次いでこの
ビットラインから(ライトトランジスタTWが導通しリ
ードトランジスタTRがオンまたはオフであることか
ら)静電容量体Cに書き込まれる。
データを書き込む際に、リードワードライン703bが
ローレベルに保持され、リードトランジスタTRを遮断
し、ライトワードライン703aをハイレベルにし、ラ
イトトランジスタTWを導通させる。ビットライン71
1は、書き込まれるべきデータに応じてハイ若しくはロ
ーとなっている。ビットラインの電位は、静電容量体C
に書き込まれ、ライトワードラインがローにされ、ライ
トトランジスタTWが遮断される。セルからデータを読
むためには、リードワードライン703bがハイにさ
れ、リードトランジスタTRを導通させる。記憶状態が
ハイであれば、直列センストランジスタTSが導通し、
ビットライン711に予め加えられた電荷が、リードト
ランジスタTR及びセンストランジスタTSを介してVS
Sレベルにプルされる。しかしながら、記憶状態がロー
であれば、リードトランジスタTRが導通した場合でも
センストランジスタTSがオフ状態に止まり、ビットラ
イン711がVSS電位に向けて電荷を放出するのを阻
止する。いずれの場合もビットラインの電圧は、2つの
状態を識別するために基準ビットライン電位と比較され
る。局部的な増幅を行なうことなく蓄積された電荷をビ
ットライン上に直接ダンプする標準的なDRAMの場合
と異なり、リード信号は、静電容量体Cに蓄積された電
荷をセンストランジスタTSにより増幅させる。リード
動作は非破壊的であって、標準的なDRAMの場合と同
様にリフレッシュ動作を伴うことを必要としない。周期
的なリフレッシュは、接合部702に於ける基層に向か
う漏洩電流によって失われた蓄積電荷を補充するために
のみ必要となる。リフレッシュ動作に対して、記憶され
た状態はまず、(リードトランジスタTRが導通状態で
あることから)ビットラインに読み出され、次いでこの
ビットラインから(ライトトランジスタTWが導通しリ
ードトランジスタTRがオンまたはオフであることか
ら)静電容量体Cに書き込まれる。
【0047】局部的な信号の増幅が行なわれることか
ら、セル700は、リード動作に伴う時間を短縮し、よ
り良好な信号/ノイズ比を達成するようにより安定な電
荷の蓄積が可能となり、ビットラインに関わる、α粒子
の照射に伴うソフトエラーを大幅に引き起こしにくくす
る。
ら、セル700は、リード動作に伴う時間を短縮し、よ
り良好な信号/ノイズ比を達成するようにより安定な電
荷の蓄積が可能となり、ビットラインに関わる、α粒子
の照射に伴うソフトエラーを大幅に引き起こしにくくす
る。
【0048】複数状態記憶能力を有する自己増幅型DR
AM S2C構造に固有な局部的信号増幅能力及び大きな静電
容量は、セル700を1セル当り1ビットより大きい記
憶容量を備えるような複数状態の記憶のために適するも
のとしている。セル700に於ける複数状態の記憶は、
アナログ信号を記憶するための連続的に変化可能な電位
であって良いビットライン711から供給される2つ以
上の電圧値のいずれかを静電容量体Cに書き込むことに
より達成される。これらの電位のそれぞれは、センスト
ランジスタTSに於てそれぞれ異なるゲート電圧を供給
する。読み取りに際して、セルは、それぞれ異なる中間
的な基準導電レベルと比較されるようないくつかの導電
状態のいずれかを取ることができる。これは、Furuyama
による2−ビットセルRAMと同様であるが、公知技術
に基づくFuruyamaセルはリード信号が過渡的でありその
大きさが小さいのに対して、セル700に於けるリード
動作は非破壊的であり、従って安定した信号レベルを形
成するための余裕がある点で異なる。
AM S2C構造に固有な局部的信号増幅能力及び大きな静電
容量は、セル700を1セル当り1ビットより大きい記
憶容量を備えるような複数状態の記憶のために適するも
のとしている。セル700に於ける複数状態の記憶は、
アナログ信号を記憶するための連続的に変化可能な電位
であって良いビットライン711から供給される2つ以
上の電圧値のいずれかを静電容量体Cに書き込むことに
より達成される。これらの電位のそれぞれは、センスト
ランジスタTSに於てそれぞれ異なるゲート電圧を供給
する。読み取りに際して、セルは、それぞれ異なる中間
的な基準導電レベルと比較されるようないくつかの導電
状態のいずれかを取ることができる。これは、Furuyama
による2−ビットセルRAMと同様であるが、公知技術
に基づくFuruyamaセルはリード信号が過渡的でありその
大きさが小さいのに対して、セル700に於けるリード
動作は非破壊的であり、従って安定した信号レベルを形
成するための余裕がある点で異なる。
【0049】セル700を用いる更に別の実施例は、リ
ードの相互コンダクタンスを増大させ、複数状態の記憶
のために利用可能な電圧のウィンドウを更に開くための
手段として、0或いは負(即ち空乏)導通閾電圧値を有
するように製造されたセンストランジスタTSを用い
る。重要なことは、そのような空乏閾電圧値が、従来技
術に基づくFuruyamaによるセルの場合には、そのトラン
ジスタを介して電荷が漏洩することにより不可能な点に
ある。
ードの相互コンダクタンスを増大させ、複数状態の記憶
のために利用可能な電圧のウィンドウを更に開くための
手段として、0或いは負(即ち空乏)導通閾電圧値を有
するように製造されたセンストランジスタTSを用い
る。重要なことは、そのような空乏閾電圧値が、従来技
術に基づくFuruyamaによるセルの場合には、そのトラン
ジスタを介して電荷が漏洩することにより不可能な点に
ある。
【0050】セル700を2ビット/セル自己増幅型素
子とすることにより、1ビット当りのシリコン領域及び
1ビット当りの静電容量を、単一トランジスタ非増幅型
セル500と略同等とし、しかもそのリード動作を高速
化し、素子の動作を一層安定化する。セル700を用い
たことによる不利な点は、2つの記憶状態を識別するた
めにセンス増幅器の数を増大させなければならないこと
である。
子とすることにより、1ビット当りのシリコン領域及び
1ビット当りの静電容量を、単一トランジスタ非増幅型
セル500と略同等とし、しかもそのリード動作を高速
化し、素子の動作を一層安定化する。セル700を用い
たことによる不利な点は、2つの記憶状態を識別するた
めにセンス増幅器の数を増大させなければならないこと
である。
【0051】側壁静電容量体構造及び記憶状態の自己信
号増幅機能を備える複数ポートDRAM 上記したようなトランジスタによる信号増幅動作を伴な
うS2CDRAMセルをメモリセルのアレイに対する複
数の書き込み用ポート及び複数の読み出し用ポートを備
えるDRAMセルに拡張することができる。例えば、セ
ルをいくつかの入力のいずれかから書き込み、いくつか
ある出力のいずれかから読み出すことができる。周辺回
路を用いて、異なるライトポートから同一の番地に対し
て自由にアクセスするために周辺回路を用いることがで
き、しかも或る番地にデータを書き込むのと同時に別の
番地に記憶されたデータを読み出したり、2つの異なる
番地から同時にデータを読み出すことも可能である。
号増幅機能を備える複数ポートDRAM 上記したようなトランジスタによる信号増幅動作を伴な
うS2CDRAMセルをメモリセルのアレイに対する複
数の書き込み用ポート及び複数の読み出し用ポートを備
えるDRAMセルに拡張することができる。例えば、セ
ルをいくつかの入力のいずれかから書き込み、いくつか
ある出力のいずれかから読み出すことができる。周辺回
路を用いて、異なるライトポートから同一の番地に対し
て自由にアクセスするために周辺回路を用いることがで
き、しかも或る番地にデータを書き込むのと同時に別の
番地に記憶されたデータを読み出したり、2つの異なる
番地から同時にデータを読み出すことも可能である。
【0052】上記したSakuraiによるデュアルポートR
AM以外の従来技術に基づくマルチポートRAMは、記
憶要素として、双安定フリップフロップ回路をなすよう
に交差接続されたインバータを用いて構成されている。
そのような従来技術に基づくデュアルポートRAMセル
の一例が図15に示されている。これらの従来技術に基
づくマルチポートRAMによれば、セルがやや大型化
し、従ってアレイのサイズ或いはセル当りのポートの数
が制限される。本発明によれば、極めて安定であってし
かも比較的小さな領域を占めるのみであるようなダイナ
ミックマルチポートRAMが実現する。
AM以外の従来技術に基づくマルチポートRAMは、記
憶要素として、双安定フリップフロップ回路をなすよう
に交差接続されたインバータを用いて構成されている。
そのような従来技術に基づくデュアルポートRAMセル
の一例が図15に示されている。これらの従来技術に基
づくマルチポートRAMによれば、セルがやや大型化
し、従ってアレイのサイズ或いはセル当りのポートの数
が制限される。本発明によれば、極めて安定であってし
かも比較的小さな領域を占めるのみであるようなダイナ
ミックマルチポートRAMが実現する。
【0053】本発明に基づく4ポートダイナミックRA
Mの一例としてのセル800が図13に於て平面図によ
り示されている。第5b図はこの実施例を回路図によっ
て示している。セル800は、セルにデータを書き込む
ための2つの独立したポート及び記憶されたデータを読
み出すための更に別の2つの独立したポートを備えてい
る。セルは4つのワードライン(読み出し用のWLR
1、WLR2及び書き込み用のWLW1、WLW2)及
び4つのビットライン(センス増幅器に接続されたBL
R1、BLR2及びデータ入力バッファに接続されたB
LW1、BLW2)を備えている。データを書き込むた
めには、ライトトランジスタTW1、TW2のいずれかが導
通し、データがBLW1またはBLW2から、共通の埋設接
触開口815を介して静電容量体Cに書き込まれる。静
電容量体Cは、厚い多結晶シリコン層P2からなる下側
の電極と、通常接地電位若しくは電源電位からなる電位
Vplateに保持された第2の電極804をなす別の多結
晶シリコン層P3とを備えるものである。導電層P2
は、それぞれリードポート(TS1、TS2)を備える2つ
のセンストランジスタのゲートをも構成している。2つ
のリードポートからの読み出し動作を行なうためには、
リードトランジスタTR1、TR2のいずれかが導通状態に
される。対応するビットラインBLR1またはBLR2が、
直列接続されたリード及びセンストランジスタの導通状
態を検出する。リード及びセンストランジスタが、ライ
トトランジスタTW1、TW2よりも幅広のチャンネルを
備えるものとするとにより、それらの導通状態を改善
し、そのアクセススピードを向上させることができる。
重要なことは、この呼び出し動作が非破壊的であること
である。従って、各読み取り動作毎にリフレッシュ動作
を必要としない。2つのライトポートのいずれか及び2
つのリードポートのいずれかがそれぞれセルのアレイ全
体に対して周期的な読み出し/リフレッュを行なうため
に設定されている。或いは、単一のビットラインがリー
ド及びライトアクセスのために用いられるような場合に
セル700を用いて追加の専用リード/ライトパスを、
周期的なリフレッシュのためにのみ提供し、他の全ての
ポートをこの仕事から解放することもできる。この場
合、マルチポートセル800は、専用のリフレッシュセ
ルと同一の電極P2を共有する。P2は、マルチポート
セルの埋設接触開口815とリフレッシュ専用のセルの
埋設接触開口との間を接続している。
Mの一例としてのセル800が図13に於て平面図によ
り示されている。第5b図はこの実施例を回路図によっ
て示している。セル800は、セルにデータを書き込む
ための2つの独立したポート及び記憶されたデータを読
み出すための更に別の2つの独立したポートを備えてい
る。セルは4つのワードライン(読み出し用のWLR
1、WLR2及び書き込み用のWLW1、WLW2)及
び4つのビットライン(センス増幅器に接続されたBL
R1、BLR2及びデータ入力バッファに接続されたB
LW1、BLW2)を備えている。データを書き込むた
めには、ライトトランジスタTW1、TW2のいずれかが導
通し、データがBLW1またはBLW2から、共通の埋設接
触開口815を介して静電容量体Cに書き込まれる。静
電容量体Cは、厚い多結晶シリコン層P2からなる下側
の電極と、通常接地電位若しくは電源電位からなる電位
Vplateに保持された第2の電極804をなす別の多結
晶シリコン層P3とを備えるものである。導電層P2
は、それぞれリードポート(TS1、TS2)を備える2つ
のセンストランジスタのゲートをも構成している。2つ
のリードポートからの読み出し動作を行なうためには、
リードトランジスタTR1、TR2のいずれかが導通状態に
される。対応するビットラインBLR1またはBLR2が、
直列接続されたリード及びセンストランジスタの導通状
態を検出する。リード及びセンストランジスタが、ライ
トトランジスタTW1、TW2よりも幅広のチャンネルを
備えるものとするとにより、それらの導通状態を改善
し、そのアクセススピードを向上させることができる。
重要なことは、この呼び出し動作が非破壊的であること
である。従って、各読み取り動作毎にリフレッシュ動作
を必要としない。2つのライトポートのいずれか及び2
つのリードポートのいずれかがそれぞれセルのアレイ全
体に対して周期的な読み出し/リフレッュを行なうため
に設定されている。或いは、単一のビットラインがリー
ド及びライトアクセスのために用いられるような場合に
セル700を用いて追加の専用リード/ライトパスを、
周期的なリフレッシュのためにのみ提供し、他の全ての
ポートをこの仕事から解放することもできる。この場
合、マルチポートセル800は、専用のリフレッシュセ
ルと同一の電極P2を共有する。P2は、マルチポート
セルの埋設接触開口815とリフレッシュ専用のセルの
埋設接触開口との間を接続している。
【0054】図13の構成を実現する際に、ワードライ
ンは4つのアクセストランジスタのゲートの1つにそれ
ぞれ接触する金属1のワードラインからなっている。4
つのビットラインを金属からなるものとし、各ラインが
開口821R1、821W1、821W2若しくは82
1R2を介してビットラインの1つと接触する。金属2
のビットラインは図示を明瞭にするために図13に於て
図示省略されている。これらは、金属1のワードライン
の方向に対して直交する方向に延在している。
ンは4つのアクセストランジスタのゲートの1つにそれ
ぞれ接触する金属1のワードラインからなっている。4
つのビットラインを金属からなるものとし、各ラインが
開口821R1、821W1、821W2若しくは82
1R2を介してビットラインの1つと接触する。金属2
のビットラインは図示を明瞭にするために図13に於て
図示省略されている。これらは、金属1のワードライン
の方向に対して直交する方向に延在している。
【0055】セル800を製造する際に遭遇する問題の
1つは、とくに金属1及び金属2が電極P2の急峻な壁
を横切らなければならないことから、金属1及び金属2
により形成される段部を覆う際に発生する。しかしなが
ら、セル800についてのP2の黒く塗られた境界部及
び上面からなる静電容量領域をセル500(図6)のそ
れと比較することにより、セル800の静電容量が5倍
となっていることが理解される。従って、P2の厚さを
1.0μm若しくはそれ以下とし、しかも安定なマルチ
ポートRAMの動作を確保するために充分なセルの静電
容量を確保することができる。P2(層814)を約
1.0μmの厚さに減少させることより、段差を覆うこ
とに関する問題が略解消される。また、図14に示され
たセル800のようなマルチポートDRAMを、3つの
レベルの多結晶シリコンを用いることなく製造すること
も可能である。例えば、図13に於けるP2に相当する
下側の電極及びセンストランジスタのゲートを、第1の
多結晶シリコン層P1からなるものとし、図13に於け
るP3に相当する第2の電極及びリード及びライトトラ
ンジスタのゲートを第2の多結晶シリコンP2からなる
ものとすることにより、多結晶シリコンの層の1つを省
略することができる。セル500、600、700に於
てそうしなかった理由は、2層の多結晶シリコンを用い
た場合にはこれらのセルがかなり大型化することによる
ものである。それに対して、セル800は、金属1及び
金属2の幅及び間隔に関わる必要により概ね支配される
表面領域を有している。従って、そのような場合に極め
てコンパクトな3重多結晶シリコンS2C構造を用いる
ことによる利点が失われることはない。
1つは、とくに金属1及び金属2が電極P2の急峻な壁
を横切らなければならないことから、金属1及び金属2
により形成される段部を覆う際に発生する。しかしなが
ら、セル800についてのP2の黒く塗られた境界部及
び上面からなる静電容量領域をセル500(図6)のそ
れと比較することにより、セル800の静電容量が5倍
となっていることが理解される。従って、P2の厚さを
1.0μm若しくはそれ以下とし、しかも安定なマルチ
ポートRAMの動作を確保するために充分なセルの静電
容量を確保することができる。P2(層814)を約
1.0μmの厚さに減少させることより、段差を覆うこ
とに関する問題が略解消される。また、図14に示され
たセル800のようなマルチポートDRAMを、3つの
レベルの多結晶シリコンを用いることなく製造すること
も可能である。例えば、図13に於けるP2に相当する
下側の電極及びセンストランジスタのゲートを、第1の
多結晶シリコン層P1からなるものとし、図13に於け
るP3に相当する第2の電極及びリード及びライトトラ
ンジスタのゲートを第2の多結晶シリコンP2からなる
ものとすることにより、多結晶シリコンの層の1つを省
略することができる。セル500、600、700に於
てそうしなかった理由は、2層の多結晶シリコンを用い
た場合にはこれらのセルがかなり大型化することによる
ものである。それに対して、セル800は、金属1及び
金属2の幅及び間隔に関わる必要により概ね支配される
表面領域を有している。従って、そのような場合に極め
てコンパクトな3重多結晶シリコンS2C構造を用いる
ことによる利点が失われることはない。
【0056】複数状態記憶機能を備えるマルチポートD
RAM マルチポートDRAMセル800は、従来技術に基づく
同等のマルチポートRAMセルに比較してかなり小型化
されている。しかしながら、各セルが1ビットより多い
記憶容量、即ち2つ以上の導通状態を達成し得ることに
よりその記憶効率が更に改善されている。動作の基本原
理は、上記した複数状態自己増幅型S2Cセル700と
略同等である。セル800に固有な比較的大きな静電容
量により、4、8或いは16状態マルチポート記憶動作
(即ちセル当り2、3または4ビットの記憶容量を伴う
動作)を安定に行なうことができる。このセルの欠点
は、各リードポートが複数の基準レベルを有する比較的
複雑なセンス増幅器を備えていなければならず、各ライ
トポートがセル内に向けて複数の電圧レベルを書き込み
得るものでなければならない点にある。しかしながら、
この欠点は、静電容量を2、3或いは4倍に増大させる
ことの利点に比較すると許容し得るものであると言え
る。
RAM マルチポートDRAMセル800は、従来技術に基づく
同等のマルチポートRAMセルに比較してかなり小型化
されている。しかしながら、各セルが1ビットより多い
記憶容量、即ち2つ以上の導通状態を達成し得ることに
よりその記憶効率が更に改善されている。動作の基本原
理は、上記した複数状態自己増幅型S2Cセル700と
略同等である。セル800に固有な比較的大きな静電容
量により、4、8或いは16状態マルチポート記憶動作
(即ちセル当り2、3または4ビットの記憶容量を伴う
動作)を安定に行なうことができる。このセルの欠点
は、各リードポートが複数の基準レベルを有する比較的
複雑なセンス増幅器を備えていなければならず、各ライ
トポートがセル内に向けて複数の電圧レベルを書き込み
得るものでなければならない点にある。しかしながら、
この欠点は、静電容量を2、3或いは4倍に増大させる
ことの利点に比較すると許容し得るものであると言え
る。
【0057】静電容量を更に増大させる技術 セル500、600、700、800は、以下に記載す
るいくつかの手法のいずれかを用いることにより、その
セルにより占められる面積を増大させることなく静電容
量Cを更に増大させることができる。
るいくつかの手法のいずれかを用いることにより、その
セルにより占められる面積を増大させることなく静電容
量Cを更に増大させることができる。
【0058】1.多結晶シリコン層の粒状構造を顕著に
するために多結晶シリコン電極P2の垂直壁及び上面を
化学的その他の方法により処理し、その表面の粗さを増
大させ、静電容量Cとして利用可能な表面積を大きくす
る。N+ドープされた多結晶シリコンの粒界はドーパン
トの凝集の核を構成し、従って、多結晶シリコンの粒に
比較してより強度にドープされる。強度にN+ドープさ
れたシリコンを選択的にエッチングし得る化学的溶液を
用いて、層P2をその粒界に沿ってより速くエッチング
することにより粗い表面を得ることができる。図16及
び図17は、図16に示された平坦なP2及び図17に
示された化学処理された表面からなる2つの場合につい
ての静電容量体Cの拡大図である。充電用絶縁層909
の厚さが、通常6乃至12nmといった極めて小さい厚
さを有するものであるため、P2の表面形状を再現して
いる。この手法を用いることによりCの値を100%も
増大させることができる。この場合、それだけ電極P2
の垂直壁の高さを減少させることができる。ここで注意
すべきことは、この手法が、シリコン基層内にエッチン
グにより形成されたトレンチの垂直壁に対して適用し得
ないことである。これは、露出したシリコンが単一のシ
リコンからなり、選択的なエッチングを行なうべき粒界
を有していないためである。
するために多結晶シリコン電極P2の垂直壁及び上面を
化学的その他の方法により処理し、その表面の粗さを増
大させ、静電容量Cとして利用可能な表面積を大きくす
る。N+ドープされた多結晶シリコンの粒界はドーパン
トの凝集の核を構成し、従って、多結晶シリコンの粒に
比較してより強度にドープされる。強度にN+ドープさ
れたシリコンを選択的にエッチングし得る化学的溶液を
用いて、層P2をその粒界に沿ってより速くエッチング
することにより粗い表面を得ることができる。図16及
び図17は、図16に示された平坦なP2及び図17に
示された化学処理された表面からなる2つの場合につい
ての静電容量体Cの拡大図である。充電用絶縁層909
の厚さが、通常6乃至12nmといった極めて小さい厚
さを有するものであるため、P2の表面形状を再現して
いる。この手法を用いることによりCの値を100%も
増大させることができる。この場合、それだけ電極P2
の垂直壁の高さを減少させることができる。ここで注意
すべきことは、この手法が、シリコン基層内にエッチン
グにより形成されたトレンチの垂直壁に対して適用し得
ないことである。これは、露出したシリコンが単一のシ
リコンからなり、選択的なエッチングを行なうべき粒界
を有していないためである。
【0059】粒状の構造を強調するための別の方法とし
ては、P2の表面に比較的厚い二酸化シリコンを熱成長
させ、充電用絶縁層909を成長若しくは形成する前に
これをエッチングにより除去することからなる。
ては、P2の表面に比較的厚い二酸化シリコンを熱成長
させ、充電用絶縁層909を成長若しくは形成する前に
これをエッチングにより除去することからなる。
【0060】2.垂直壁(図5及び図6に於ける514
r、514l、514f及び514b)を、その表面積
を増大させるために僅かな傾斜を有するようにエッチン
グすることができる。
r、514l、514f及び514b)を、その表面積
を増大させるために僅かな傾斜を有するようにエッチン
グすることができる。
【0061】3.S2C及びトレンチ静電容量体を組合
せることにより、それほど急峻であることを必要としな
い垂直壁を備える電極P2及びそれほど深いものである
ことを必要としないトレンチを備えるトレンチ静電容量
体を有する静電容量体Cを提供することができる。これ
らの2つの手法を組合せることにより、極めて急峻な垂
直側壁或いは極めて深いトレンチを必要とすることに伴
う困難を解消しつつセル毎に充分な静電容量を確保する
ことができる。このようなハイブリッド静電容量体の一
例が図18に於て断面図により示されている。セル10
00は、P2電極1014の上面及び側壁面に部分的に
処理されかつN+ドープされた垂直壁1016及び浅い
トレンチの底面に部分的に沿って形成された静電容量C
を有する。第2の電極1004はトレンチを完全に満た
す。多結晶シリコンP3はシリコン上面の凹凸を完全に
は平滑化できないが、セル1000内に於ける多結晶シ
リコン層P2の高さがセル500内の多結晶シリコン層
P2程でないことにより全体的な平滑化に伴う問題を回
避することができる。その他の点に関して、セル100
0はセル500と同様である。
せることにより、それほど急峻であることを必要としな
い垂直壁を備える電極P2及びそれほど深いものである
ことを必要としないトレンチを備えるトレンチ静電容量
体を有する静電容量体Cを提供することができる。これ
らの2つの手法を組合せることにより、極めて急峻な垂
直側壁或いは極めて深いトレンチを必要とすることに伴
う困難を解消しつつセル毎に充分な静電容量を確保する
ことができる。このようなハイブリッド静電容量体の一
例が図18に於て断面図により示されている。セル10
00は、P2電極1014の上面及び側壁面に部分的に
処理されかつN+ドープされた垂直壁1016及び浅い
トレンチの底面に部分的に沿って形成された静電容量C
を有する。第2の電極1004はトレンチを完全に満た
す。多結晶シリコンP3はシリコン上面の凹凸を完全に
は平滑化できないが、セル1000内に於ける多結晶シ
リコン層P2の高さがセル500内の多結晶シリコン層
P2程でないことにより全体的な平滑化に伴う問題を回
避することができる。その他の点に関して、セル100
0はセル500と同様である。
【0062】他の実施例 図5及び図6に示されたセル500の垂直側壁静電容量
体構造を、静電容量体の側壁に沿って得られる追加の静
電容量領域を依然として保持しつつ異なる形式のDRA
Mセルを構成するよう変更することができる。そのよう
な変更例が、図19及び図20に於てセル1500、1
600として断面図により示されている。これらの図面
中に於ては、3つのセルを比較する便宜のために対応す
る部分には対応する符号を付した。例えば、符号51
5、1515、1615は全て、2つの電極P2とソー
ス拡散領域502、1502、1602との間のオーミ
ック接触を可能にするような埋設接触開口を指す。
体構造を、静電容量体の側壁に沿って得られる追加の静
電容量領域を依然として保持しつつ異なる形式のDRA
Mセルを構成するよう変更することができる。そのよう
な変更例が、図19及び図20に於てセル1500、1
600として断面図により示されている。これらの図面
中に於ては、3つのセルを比較する便宜のために対応す
る部分には対応する符号を付した。例えば、符号51
5、1515、1615は全て、2つの電極P2とソー
ス拡散領域502、1502、1602との間のオーミ
ック接触を可能にするような埋設接触開口を指す。
【0063】特にセル1500に関し、静電容量体C
が、主に両電極P2、P3間の垂直壁に沿う絶縁層15
09によって形成されている。セル500の場合と異な
り、電極P3(1504)は電極P2に先立って形成さ
れる。また、セル1500に於ける電極P3は比較的厚
く、静電容量Cを増大させるような垂直な側壁を提供す
ると共に、電極P2の厚さはCの大きさに対して何ら影
響を与えない。セル1500は、P2が位置するべき表
面部分に形成される孔を平坦化することを必要とする。
が、主に両電極P2、P3間の垂直壁に沿う絶縁層15
09によって形成されている。セル500の場合と異な
り、電極P3(1504)は電極P2に先立って形成さ
れる。また、セル1500に於ける電極P3は比較的厚
く、静電容量Cを増大させるような垂直な側壁を提供す
ると共に、電極P2の厚さはCの大きさに対して何ら影
響を与えない。セル1500は、P2が位置するべき表
面部分に形成される孔を平坦化することを必要とする。
【0064】図20に示されたセル1600に於て、両
電極P2(1614)或いはP3のいずれも厚くされて
いない。その代わりに、絶縁層1617が、静電容量体
Cの高い側壁を形成するように厚く形成されている。細
幅の連絡線が、記憶接合部をなすソース拡散領域160
2に向けて下向きに延出する垂直壁と、1611cに於
てドレイン1601と接触する連絡線プラグ1621を
介してビットラインに接続されたドレイン拡散領域16
01に向けて下向きに延出する垂直壁とを備えるよう
に、絶縁層1617にエッチングにより形成される。垂
直壁1614l、1614rを備える静電容量体Cが、
極めて薄い導電層P2と、キャビティ1620を埋める
のに充分な厚さを有する電極P3(1604)との間に
形成される。これら両電極P2、P3のいずれか若しく
は両方を、ビットラインからドレインに至る電気的な接
触を可能にするためにプラグ材料1621に代えて用い
ることができる。セル1600の静電容量Cは、図4に
示された公知技術に基づくセル400のトレンチ静電容
量と略同等であるが、前者は2つの特記すべき利点を有
している。その第1のものは、絶縁層1617とシリコ
ン基層1613との境界部にエッチング阻止手段が自然
に形成されることである。従って、メモリアレイ内に於
ける全てのセルに対して均一な静電容量を確保すること
が可能となる。第2に、静電容量体Cを基層の表面から
持ち上げ、Cに蓄積された電荷が、基層の表面の下側に
形成されたトレンチ静電容量体に比較してソフトエラー
を遙かに引き起こしにくくしている。
電極P2(1614)或いはP3のいずれも厚くされて
いない。その代わりに、絶縁層1617が、静電容量体
Cの高い側壁を形成するように厚く形成されている。細
幅の連絡線が、記憶接合部をなすソース拡散領域160
2に向けて下向きに延出する垂直壁と、1611cに於
てドレイン1601と接触する連絡線プラグ1621を
介してビットラインに接続されたドレイン拡散領域16
01に向けて下向きに延出する垂直壁とを備えるよう
に、絶縁層1617にエッチングにより形成される。垂
直壁1614l、1614rを備える静電容量体Cが、
極めて薄い導電層P2と、キャビティ1620を埋める
のに充分な厚さを有する電極P3(1604)との間に
形成される。これら両電極P2、P3のいずれか若しく
は両方を、ビットラインからドレインに至る電気的な接
触を可能にするためにプラグ材料1621に代えて用い
ることができる。セル1600の静電容量Cは、図4に
示された公知技術に基づくセル400のトレンチ静電容
量と略同等であるが、前者は2つの特記すべき利点を有
している。その第1のものは、絶縁層1617とシリコ
ン基層1613との境界部にエッチング阻止手段が自然
に形成されることである。従って、メモリアレイ内に於
ける全てのセルに対して均一な静電容量を確保すること
が可能となる。第2に、静電容量体Cを基層の表面から
持ち上げ、Cに蓄積された電荷が、基層の表面の下側に
形成されたトレンチ静電容量体に比較してソフトエラー
を遙かに引き起こしにくくしている。
【0065】セル500、1500、1600を比較す
ると、セル500、1500は略同様の製造過程の複雑
さを伴うもので、略同様の記憶効率を有すると共に、略
同等の段差を覆うことに関する困難性を有している。し
かしながら、セル1600は、やや製造が容易であっ
て、段差を覆うことに関してそれほど問題を引き起こさ
ない。セル500に見られる比較的不利な点は、自己増
幅型DRAMセル或いは複数のポートを備えたDRAM
セルに於けるセンストランジスタのゲートとして電極P
2を用い得ることに関してそれほどフレキシビリティを
有していないことである。また、これは、絶縁層161
7内にエッチングにより形成された連絡線の内部の垂直
壁の領域が、セル500若しくは1500内に可能なも
のよりも小さいことにより、その電荷蓄積に関する効率
がやや低い。いうまでもなく、図18に示されたセル1
000のハイブリッド静電容量体に関するものと同様の
容量をもって埋設接触開口1615内のソース拡散領域
1602内に浅いトレンチをエッチングによって形成す
ることにより、基層の内部に静電容量体の一部を形成す
ることをもってセル1600の静電容量体Cの垂直側壁
の高さを増大させることができる。
ると、セル500、1500は略同様の製造過程の複雑
さを伴うもので、略同様の記憶効率を有すると共に、略
同等の段差を覆うことに関する困難性を有している。し
かしながら、セル1600は、やや製造が容易であっ
て、段差を覆うことに関してそれほど問題を引き起こさ
ない。セル500に見られる比較的不利な点は、自己増
幅型DRAMセル或いは複数のポートを備えたDRAM
セルに於けるセンストランジスタのゲートとして電極P
2を用い得ることに関してそれほどフレキシビリティを
有していないことである。また、これは、絶縁層161
7内にエッチングにより形成された連絡線の内部の垂直
壁の領域が、セル500若しくは1500内に可能なも
のよりも小さいことにより、その電荷蓄積に関する効率
がやや低い。いうまでもなく、図18に示されたセル1
000のハイブリッド静電容量体に関するものと同様の
容量をもって埋設接触開口1615内のソース拡散領域
1602内に浅いトレンチをエッチングによって形成す
ることにより、基層の内部に静電容量体の一部を形成す
ることをもってセル1600の静電容量体Cの垂直側壁
の高さを増大させることができる。
【0066】ここで言及された刊行物或いは特許出願
は、それらに言及したことをもって、その開示内容が本
明細書の一部をなすものと理解されたい。
は、それらに言及したことをもって、その開示内容が本
明細書の一部をなすものと理解されたい。
【0067】上記した説明は単に例示として与えられた
もので本発明を何ら限定するものはではない。種々のセ
ルについて、特定の特性を最適化したり自己整合の特徴
を改善するために自由にその構成を選択することができ
る。上記した発明は、説明の便宜のために添付の図面に
ついて説明したが、当業者であれば本発明の概念から逸
脱することなく種々の変形変更を加え得ることは言うま
でもない。
もので本発明を何ら限定するものはではない。種々のセ
ルについて、特定の特性を最適化したり自己整合の特徴
を改善するために自由にその構成を選択することができ
る。上記した発明は、説明の便宜のために添付の図面に
ついて説明したが、当業者であれば本発明の概念から逸
脱することなく種々の変形変更を加え得ることは言うま
でもない。
【0068】
【発明の効果】本発明によれば、シリコン基層内にトレ
ンチ静電容量体を形成することなく、積上げ静電容量体
を備えたDRAMセル及びトレンチDRAMセルの特徴
である大容量の静電容量体を備えたDRAMセルが提供
される。
ンチ静電容量体を形成することなく、積上げ静電容量体
を備えたDRAMセル及びトレンチDRAMセルの特徴
である大容量の静電容量体を備えたDRAMセルが提供
される。
【図1】平坦な静電容量体を備える従来技術に基づくD
RAMセルの断面図である。
RAMセルの断面図である。
【図2】積み上げ静電容量体を備える従来技術に基づく
DRAMセルの断面図である。
DRAMセルの断面図である。
【図3】積み上げ式静電容量体を備える従来技術に基づ
くDRAMセルの別の例を示す断面図である。
くDRAMセルの別の例を示す断面図である。
【図4】トレンチ静電容量体を備える従来技術に基づく
DRAMセルの断面図である。
DRAMセルの断面図である。
【図5】本発明に基づき構成されたS2Cセルの一実施
例を2×2のメモリセルアレイとして構成したものを示
す平面図である。
例を2×2のメモリセルアレイとして構成したものを示
す平面図である。
【図6】図5に示された構造をA−A線に沿って見た断
面図である。
面図である。
【図7】図5に示されたDRAMセルの回路図である。
【図8】本発明に基づき構成されたS2C素子を用いた
デュアルポートDRAMセルを示す平面図である。
デュアルポートDRAMセルを示す平面図である。
【図9】図8のデュアルポートDRAMセルを示す回路
図である。
図である。
【図10】本発明に基づくS2Cセルを用いた自己信号
増幅機能を有するDRAMセルの断面図である。
増幅機能を有するDRAMセルの断面図である。
【図11】図10に示されたDRAMセルの平面図であ
る。
る。
【図12】図10のDRAMセルを示す回路図である。
【図13】本発明に基づく自己信号信号増幅機能を備え
るマルチポートDRAMの一例を示す平面図である。
るマルチポートDRAMの一例を示す平面図である。
【図14】図13に示されたマルチポートDRAMセル
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【図15】従来技術に基づくデュアルポートスタティッ
クRAMセルを示す。
クRAMセルを示す。
【図16】平坦な表面を有する静電容量体の拡大図であ
る。
る。
【図17】多結晶シリコンの粒状構造を強調するために
化学的に処理された表面を有する静電容量体の拡大図で
ある。
化学的に処理された表面を有する静電容量体の拡大図で
ある。
【図18】S2C及びトレンチ静電容量体の組合せから
なるDRAMセルの断面図である。
なるDRAMセルの断面図である。
【図19】S2CDRAMセルの別の実施例を示す断面
図である。
図である。
【図20】S2CDRAMセルの更に別の実施例を示す
断面図である。
断面図である。
100 セル 101 ドレイン 102 ソース 103 ゲート 104 電極 105 チャンネル領域 106 基層 107 イソプレーナ酸化物 108 チャンネルストップ領域 109 薄い絶縁層 110 ゲート絶縁層 111 金属皮膜 112 絶縁層 200 セル 201 ドレイン 202 ソース 203 ゲート 204 上側の電極 205 チャンネル領域 207 イソプレーナ酸化物 208 チャンネルストップ領域 209 薄い絶縁フィルム 210 ゲート絶縁層 211 金属皮膜 212 絶縁層 213 基層 214 下側の電極 215 埋設接触接続 217 絶縁層 300 セル 301 ドレイン 302 ソース 303 ゲート 304 上側の電極 305 チャンネル領域 307 イソプレーナ酸化物 308 チャンネルストップ領域 309 薄い絶縁フィルム 310 ゲート絶縁層 311 金属皮膜 312 絶縁層 313 基層 314 下側の電極 315 埋設接触接続 317 絶縁層 400 セル 401 ドレイン流域 402 ソース領域 403 ゲート 404 フィールド電極 407 酸化物分離領域 409 絶縁層 413 基層 414 N+拡散シリコン領域 416 垂直な側壁 500 セル 501 ドレイン領域 502 ソース領域 503 ゲート 504 第2の電極 505 チャンネル領域 507 フィールド酸化物 508 P型フィールド分離注入領域 509 充電用絶縁層 510 ゲート絶縁層 511 ビットライン 511b レベル 512 絶縁フィルム 513 基層 514 第1の電極 515 埋設接触開口 518 第1の電極 519 第1の電極 520 第2の電極 521 垂直導電スタッド 524 第1の電極 600 セル 603a ゲート電極 603b ゲート電極 607 フィールド酸化物 611a ビットライン 611b ビットライン 614 第1の電極 615a 埋設接触開口 615b 埋設接触開口 618 第1の電極 621a 垂直導電スタッド 621b 垂直導電スタッド 622 接続線 700 セル 701w ドレイン領域 701r ドレイン領域 702 ソース領域 703a ワードライン 703b ワードライン 704 第2の電極 707 フィールド酸化物 708 フィールド分離注入領域 709 充電用絶縁層 711 ビットライン 714 第1の電極 715 埋設接触開口 717 平坦化層 721a 連絡線開口 721b 連絡線開口 730 接地ライン 800 セル 803 第1の電極 804 第2の電極 809 充電用絶縁層 814 第1の電極 815 埋設接触開口 904 第2の電極 909 充電用絶縁層 914 第1の電極 1000 セル 1001 ドレーン領域 1002 ソース領域 1004 第2の電極 1009 充電用絶縁層 1011c 連絡線開口 1012 絶縁層 1013 基層 1014 第1の電極 1015 埋設接触開口 1016 充電用絶縁層 1017 平坦化層 1500 セル 1501 ドレーン領域 1502 ソース領域 1503 ゲート電極 1504 第2の電極 1505 チャンネル領域 1507 フィールド酸化物 1508 フィールド分離注入領域 1509 充電用絶縁層 1512 絶縁層 1513 基層 1514 第1の電極 1515 埋設接触開口 1517 絶縁層 1521 垂直導電スタッド 1600 セル 1601 ソース領域 1602 ドレーン領域 1603 ゲート電極 1604 第2の電極 1605 チャンネル領域 1607 フィールド酸化物 1608 フィールド分離注入領域 1609 充電用絶縁層 1612 絶縁層 1613 基層 1614 第1の電極 1615 埋設接触開口 1617 絶縁層 1620 キャビティ 1621 垂直導電スタッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/822
Claims (71)
- 【請求項1】 半導体静電容量体構造であって、 上面を有する半導体基層と、 上面を有しかつ静電容量体の第1の電極を構成するべく
前記半導体基層の前記上面上に形成された第1の導電層
と、 前記半導体基層内に延出せずに前記第1の導電層内に形
成されると共に前記半導体基層の前記上面の上に配置さ
れた概ね垂直な側壁を有するトレンチと、 前記トレンチの前記側壁及び前記第1の導電層の前記上
面の少なくとも一部に形成された充電用絶縁層と、 前記静電容量体の第2の電極を構成するべく前記充電用
絶縁層上に形成された第2の導電層とを有し、 前記側壁により得られる静電容量が前記第1の導電層の
上面より得られる静電容量以上の大きさを有することを
特徴とする半導体静電容量体構造。 - 【請求項2】 前記基層内に形成された第2のトレン
チと、 前記第1の電極の一部を構成するべく前記第1の導電層
に接続された、前記第2のトレンチに隣接する前記基層
内に設けられた半導体領域と、 前記第2のトレンチの面上に形成された充電用絶縁層と
を更に有し、 前記第2の導電層が前記第2のトレンチ内にも形成され
ることにより更に追加の静電容量を得るようにしたこと
を特徴とする請求項1に記載の半導体静電容量体構造。 - 【請求項3】 前記半導体基層の上面に形成されると
共に上面を有する厚い絶縁層と、 前記半導体基層内に延出せずに前記厚い絶縁層内に形成
されると共に概ね垂直な側壁を有するトレンチとを更に
有し、 前記第1の導電層が、前記厚い絶縁層内の前記トレンチ
の前記側壁及び少なくとも前記絶縁層の前記上面の一部
に形成されていることにより、前記トレンチを前記第1
の導電層内に形成したことを特徴とする請求項1に記載
の半導体静電容量体構造。 - 【請求項4】 前記第1の導電層の表面が凹凸を有
し、前記充電用絶縁層及び前記第2の導電層が前記第1
の導電層の輪郭形状に沿って設けられていることによ
り、前記静電容量体の静電容量を増大してなることを特
徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体静電
容量体構造。 - 【請求項5】 前記第1の導電層が多結晶シリコンか
らなり、前記凹凸面が、結晶粒界に沿って前記多結晶シ
リコンをエッチングすることにより形成してなることを
特徴とする請求項4に記載の半導体静電容量体構造。 - 【請求項6】 前記側壁から得られる静電容量が、前
記上面から得られる静電容量の2倍以上であること特徴
とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体静電容
量体構造。 - 【請求項7】 前記側壁の高さが少なくとも0.5μ
mであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに
記載の半導体静電容量体構造。 - 【請求項8】 前記側壁が少なくとも1.0μmの高
さを有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか
に記載の半導体静電容量体構造。 - 【請求項9】 前記第1及び第2の電極が、ドープさ
れた多結晶シリコンからなり、前記充電用絶縁層が、二
酸化シリコン、窒化シリコン、二酸化シリコン及び窒化
シリコンからなる二層構造又は二酸化シリコンよりも高
い誘電率を有する絶縁材料からなることを特徴とする請
求項1乃至3のいずれかに記載の半導体静電容量体構
造。 - 【請求項10】 前記第1の電極が、前記半導体基層
の表面に対してオーミック接触をなすことを特徴とする
請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体静電容量体構
造。 - 【請求項11】 前記半導体基層の前記表面が、前記
第1の電極に対してオーミック接触をなすと共に、前記
基層内に於ける接合部分離蓄積ノードとして機能する接
合部を有することを特徴とする請求項10に記載の半導
体静電容量体構造。 - 【請求項12】 前記オーミック接触が、本来前記第
1の電極をその下部の構造に対して電気的に絶縁するた
めの絶縁層を貫通する埋設接触開口を介して行われるこ
とを特徴とする請求項10に記載の半導体静電容量体構
造。 - 【請求項13】 前記オーミック接触が、本来前記第
1の電極をその下部の構造に対して電気的に絶縁するた
めの絶縁層を貫通する複数の埋設接触開口を介して行わ
れ、前記半導体基層に対して、複数の前記埋設接触開口
間に亘る低抵抗率導電路を提供することを特徴とする請
求項10に記載の半導体静電容量体構造。 - 【請求項14】 前記第1の電極が、少なくとも1つ
のMOSセンストランジスタの接合部分離ゲート電極と
しても機能することを特徴とする請求項12に記載の半
導体静電容量体構造。 - 【請求項15】 固定された電極電位が前記第2の電
極に加えられることを特徴とする請求項1乃至3のいず
れかに記載の半導体静電容量体構造。 - 【請求項16】 更に、前記第1の電極に接続された
ソースと、ワードラインの一部をなすゲートと、ビット
ラインの一部をなすドレインとを有するMOSトランジ
スタを有するダイナミックRAMを備えることを特徴と
する請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体静電容量
体構造。 - 【請求項17】 少なくとも2つのMOSアクセスト
ランジスタを有し、それぞれ別個のゲートワードライン
及びドレインビットラインを有するが、前記第1の電極
に電気的に接続された共通のソース領域を有することを
特徴とする請求項16に記載の半導体静電容量体構造。 - 【請求項18】 2つ以上の充電状態を書込み及び読
出し可能とすることにより、各静電容量体について1ビ
ットよりも多い情報量を記憶し得るようにしたことを特
徴とする請求項16に記載の半導体静電容量体構造。 - 【請求項19】 前記第2の電極の厚さが、前記第1
の電極の隣接するものの間の最小の間隔の半分よりも大
きく、かつ前記間隔が、前記第2の電極により完全に埋
められていることにより、その表面を概ね平坦としたこ
とを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導
体静電容量体構造。 - 【請求項20】 更に、前記第2の電極の表面に平坦
化用絶縁層を形成したことを特徴とする請求項19に記
載の半導体静電容量体構造。 - 【請求項21】 側壁静電容量体DRAMセルであっ
て、ソース領域と、ドレイン領域と、チャンネル領域
と、絶縁ゲートとを有するように半導体基層内に形成さ
れかつ前記RAMセルに対して選択的にデータを書込み
或いは読出すために用いられるMOSトランスファトラ
ンジスタと、 充電用静電容量体であって、前記半導体基層の上に配置
されて前記MOSトランスファトランジスタを部分的に
覆いかつ上面と概ね垂直な側壁とを有すると共に、前記
ソース領域に対して埋設接触開口を介して接続された第
1の導電層からなる第1の電極と、前記第1の電極の前
記上面及び前記側壁に沿って形成された第2の電極と、
前記第1及び第2の電極間に位置する充電用絶縁層とを
備えた前記充電用静電容量体と、 前記ドレインに接続されたビットラインと、 前記ゲートに接続されたワードラインと、 前記チャンネルを固定された電位に接続するための手段
とを有し、 前記側壁の全面積が前記上面の面積よりも大きいことに
より、前記半導体基層に於て前記セルの表面が占める面
積を殆ど増大させることなく前記静電容量体の静電容量
を増大させたことを特徴とする側壁静電容量体DRAM
セル。 - 【請求項22】 前記静電容量体が、 前記基層に形成されたトレンチと、 前記第1の電極の一部として機能するべく第1の導電層
に接続された、前記トレンチに隣接する前記基層内に形
成された半導体領域と、 前記トレンチの表面に形成された充電用絶縁層とを更に
有し、 前記第2の電極も前記トレンチ内に形成されることによ
り、その一部が前記半導体領域の上の前記垂直な側壁か
ら形成され、また他の一部が前記トレンチの前記表面か
ら形成された静電容量を形成することを特徴とする請求
項21に記載のDRAMセル。 - 【請求項23】 前記静電容量体が、 前記半導体基層の前記上面に形成されると共に前記半導
体基層の前記上面を覆いかつ自ら上面を有する絶縁層
と、 概ね垂直な側壁を有するように前記絶縁層内に形成され
たトレンチとを更に有し、 前記第1の導電層、前記充電用絶縁層及び前記第2の電
極が、前記絶縁層内に於ける前記トレンチの前記側壁及
び、少なくとも前記絶縁層の前記上面の一部に形成され
ることにより、前記トレンチの静電容量を前記トランス
ファトランジスタの上面の少なくとも一部に配置するよ
うに形成したことを特徴とする請求項21に記載のDR
AMセル。 - 【請求項24】 前記第1の導電層の表面が凹凸を有
し、前記絶縁層及び前記第2の電極が前記第1の導電層
の輪郭形状に沿って形成されることにより、前記静電容
量体の静電容量を増大させたことを特徴とする請求項2
1乃至23のいずれかに記載のDRAMセル。 - 【請求項25】 前記第1の導電層が多結晶シリコン
からなり、前記凹凸面が、結晶粒界に沿って多結晶シリ
コンをエッチングすることにより形成してなることを特
徴とする請求項24に記載のDRAMセル。 - 【請求項26】 前記側壁から得られる静電容量が、
前記上面から得られる静電容量の2倍以上であること特
徴とする請求項21乃至23のいずれかに記載のDRA
Mセル。 - 【請求項27】 前記第1の電極が少なくとも0.5
μmの厚さを有するドープされた第1の多結晶シリコン
層からなり、 前記第2の電極が、同一アレイ中に於ける隣接するセル
間の間隙を完全に満たすのに十分な厚さを有するドープ
された第2の多結晶シリコン層からなり、 前記充電用絶縁層が、二酸化シリコン、窒化シリコン、
二酸化シリコンと窒化シリコンからなる二層構造、酸化
された窒化シリコン、及び5nm乃至50nmの範囲の
厚さを有しかつ二酸化シリコンよりも高い誘電率を有す
る絶縁物からなる群から選ばれた絶縁材料からなること
を特徴とする請求項21乃至23のいずれかに記載のR
AMセル。 - 【請求項28】 前記ドープされた第1の多結晶シリ
コン層の厚さが少なくとも1.0μmであることによ
り、前記静電容量体の前記垂直側壁に沿う充電領域を実
質的に増大させたことを特徴とする請求項27に記載の
RAMセル。 - 【請求項29】 前記ソース領域が、前記静電容量体
の接合部分離蓄積ノードとして機能することを特徴とす
る特許項21乃至23のいずれかに記載のRAMセル。 - 【請求項30】 前記側壁により前記静電容量体の静
電容量を増大させることにより2つ以上の充電状態を実
現可能とし、各RAMセルが1ビットより大きい記憶容
量を有することを特徴とする請求項21乃至23のいず
れかに記載のRAMセル。 - 【請求項31】 マルチポートDRAMセルであっ
て、 それぞれソース領域と、ドレイン領域と、チャンネル領
域と絶縁ゲートとを半導体基層内に有しかつ前記マルチ
ポートRAMセルに対して個々にデータを書込み或いは
読出すためのポートとして用いられる少なくとも2つの
MOSトランスファトランジスタと、 前記半導体基層の上面上に形成され前記静電容量体の第
1の電極として機能しかつ上面を有する第1の導電層
と、概ね垂直な側壁を有するように前記第1の導電層内
に形成されたトレンチと、前記第1の導電層の前記上面
の少なくとも一部と前記トレンチの側壁上とに形成され
た充電用絶縁層と、前記静電容量体の第2の電極として
機能するべく前記絶縁層上に被着された第2の導電層
と、前記第1若しくは前記第2の導電層と、各々の前記
ソース領域との間の接触を可能にするべく設けられた埋
設接触開口とを有する充電用静電容量体と、 前記トランスファMOSトランジスタの対応するものの
ゲートに個々に接続された複数の独立したワードライン
と、 前記トランスファMOSトランジスタの対応するものの
ドレインにそれぞれ接続された複数の独立したビットラ
インと、 前記チャンネル領域を固定された基層電位に接続するた
めの手段と、 前記第2の電極を固定された電極電位に接続するための
手段とを有し、 前記垂直側壁の全表面積が前記上面の面積よりも大きい
ことにより、前記セルが前記半導体基層内で占める表面
積を実質的に増大させることなく前記静電容量体の静電
容量を増大させ、この静電容量の増大をもって、その充
電状態を破壊することなく複数のポートから記憶された
状態を読出し得るようにしたことを特徴とするマルチポ
ートDRAMセル。 - 【請求項32】 前記静電容量体が、前記基層内に形
成された第2のトレンチと、前記第1の導電層に接続さ
れかつ前記第1の電極の一部として機能するべく前記第
2のトレンチに隣接する基層内に設けられた半導体領域
と、前記第2のトレンチの表面上に形成された充電用絶
縁層とを更に有し、 前記第2の導電層が前記第2のトレンチ内にも形成され
ていることにより、静電容量を更に増大させたことを特
徴とする請求項31に記載のDRAMセル。 - 【請求項33】 前記静電容量体が、前記半導体基層
の前記上面上に被着されかつ自ら上面を有する絶縁層
と、概ね垂直な側壁を有するように前記絶縁層内に形成
されたトレンチとを更に有し、前記第1の導電層が前記
絶縁層内の前記トレンチの前記側壁上及び前記絶縁層の
前記上面の少なくとも一部に形成されていることによ
り、前記トレンチを前記第1の導電層に向けて形成した
ことを特徴とする請求項31に記載のDRAMセル。 - 【請求項34】 少なくとも2つの前記トランスファ
MOSトランジスタの1つが、前記静電容量体の充電状
態を周期的に読出しかつリフレッシュするために用いら
れることを特徴とする請求項31乃至33のいずれかに
記載のDRAMセル。 - 【請求項35】 最も近い前記側壁の隣接するもの同
士の空隙を完全に埋めるために十分な厚さをもって前記
第2の導電層を形成することにより前記アレイの表面形
状を平坦化し、かつ前記アレイの別の空隙及び段部を、
前記第2の導電層を覆う絶縁部からなる平坦化層により
更に平坦化したことを特徴とする請求項21乃至23、
及び31乃至33のいずれかに記載のDRAMセル。 - 【請求項36】 前記ビットラインを含む金属ライン
と、前記MOSトランスファトランジスタの前記ドレイ
ンとの間の導電路を形成し得るように前記絶縁平坦化層
に連絡線開口をエッチングにより形成したことを特徴と
する請求項35に記載のDRAMセル。 - 【請求項37】 前記ドレインに接触する前記金属ラ
インの金属段差を軽減するために前記連絡線開口が導電
性相互接続スタッドにより埋められていることを特徴と
する請求項36に記載のDRAMセル。 - 【請求項38】 前記ビットラインを含む金属ライン
と前記MOSトランスファトランジスタの前記ドレイン
との間の導電路を形成し得るように前記絶縁平坦化層に
連絡線開口をエッチングにより形成したことを特徴とす
る請求項20に記載のDRAMセル。 - 【請求項39】 前記ドレインに接触する前記金属ラ
インの金属段差を軽減するために前記連絡線開口が導電
性相互接続スタッドにより埋められていることを特徴と
する請求項38に記載のDRAMセル。 - 【請求項40】 前記スタッド材料が、タングステ
ン、ケイ化タングステン、モリブデン、チタン、他の耐
熱性金属及び強度にドープされた多結晶シリコンからな
る群から選ばれたことを特徴とする請求項37に記載の
DRAMセル。 - 【請求項41】 前記スタッド材料が、タングステ
ン、ケイ化タングステン、モリブデン、チタン、他の耐
熱性金属及び強度にドープされた多結晶シリコンからな
る群から選ばれたことを特徴とする請求項38に記載の
DRAMセル。 - 【請求項42】 前記垂直側壁が、マスクによって保
護されない領域に於て前記第1の電極の材料に対して反
応性イオンエッチングを行うことにより形成したことを
特徴とする請求項1乃至3、21乃至23、及び31乃
至33のいずれかに記載のDRAMセル。 - 【請求項43】 前記埋設接触開口が前記MOSトラ
ンスファトランジスタの前記ゲートの1つのエッジに対
して、前記エッジと前記埋設接触開口とを互いに隔絶す
る絶縁性スペーサを用いることによる自己整合がなされ
ていることを特徴とする請求項21若しくは31に記載
のDRAMセル。 - 【請求項44】 前記トレンチが、環状トレンチをな
すことにより、前記静電容量体を形成する材料のアイラ
ンドを形成することを特徴とする請求項1乃至3、2
1、及び31のいずれかに記載のDRAMセル。 - 【請求項45】 前記トレンチが、或る層に設けられ
た孔からなることにより、前記孔内に前記静電容量体を
形成したことを特徴とする請求項1乃至3、21及び3
1の何れかに記載のDRAMセル。 - 【請求項46】 2つ以上の充電状態を書込み及び読
出し可能とすることにより、各静電容量体について1ビ
ットよりも多い情報量を記憶し得るようにしたことを特
徴とする請求項17に記載の半導体静電容量体構造。 - 【請求項47】 前記第2の電極が、前記半導体基層
の表面に対してオーミック接触をなすことを特徴とする
請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体静電容量体構
造。 - 【請求項48】 前記半導体基層の前記表面が、前記
第2の電極に対してオーミック接触をなすと共に、前記
基層内に於ける接合部分離蓄積ノードとして機能する接
合部を有することを特徴とする請求項47に記載の半導
体静電容量体構造。 - 【請求項49】 前記オーミック接触が、本来前記第
2の電極をその下部の構造に対して電気的に絶縁するた
めの絶縁層を貫通する埋設接触開口を介して行われるこ
とを特徴とする請求項47に記載の半導体静電容量体構
造。 - 【請求項50】 前記ビットラインの各々が、列の全
てのダイナミックRAMセルの前記ドレインに接続され
ており、前記ワードラインの各々が、行の全てのDRA
Mセルの前記ゲートに接続され、M行N列のアレイとし
て配置されたことを特徴とする請求項21乃至23の何
れかに記載のDRAMセル。 - 【請求項51】 前記ビットラインの各々が、導電性
材料からなる幅の狭い長寸部分からなり、かつ前記充電
用静電容量体の上ではなく前記充電用静電容量体に沿っ
て延在することを特徴とする請求項50に記載のDRA
Mセル。 - 【請求項52】 前記ビットライン及び前記ワードラ
インが、タングステン、ケイ化タングステン、モリブデ
ン、チタン、その他の耐熱性金属、その他の多結晶シリ
コンのケイ化物、及び強度にドープされた多結晶シリコ
ンからなる集合から選択された導電性材料からなる幅の
狭い長寸部分からることを特徴とする請求項50に記載
のDRAMセル。 - 【請求項53】 前記充電用静電容量体うちのある充
電用静電容量体の前記接合部分離蓄積ノードが、前記第
1の電極を介して前記充電用静電容量体うちの少なくと
も一つの他の充電用静電容量体に接続され、M行N列の
アレイとして配置されたことを特徴とする請求項11に
記載のDRAMセル。 - 【請求項54】 ダイナミック自己増幅型RAMセル
であって、 前記RAMセルに対して選択的にデータを書込むために
半導体基層内に形成され、ソース、ドレイン及びゲート
を備えるMOSライトトランジスタと、 前記半導体基層内に形成されたMOSリードトランジス
タと、 前記MOSリードトランジスタと直列に接続されたMO
Sセンストランジスタと、 静電容量体であって、前記MOSセンストランジスタの
センスゲート及び前記静電容量体の第1の電極として機
能するべく前記半導体基層の上面に形成されると共に自
ら上面を有する第1の導電層と、概ね垂直な側壁を有す
るように前記第1の導電層内に形成されたトレンチと、
前記第1の導電層の前記上面の少なくとも一部及び前記
トレンチの前記側壁に形成された充電用絶縁層と、前記
静電容量体の第2の電極として機能するべく前記充電用
絶縁層上に形成された第2の導電層と、前記第1若しく
は前記第2の導電層と前記ライトトランジスタの前記ソ
ース領域との間の電気的導通を可能にするための埋設接
触開口とを有する、前記静電容量体と、 前記ライトトランジスタの前記ゲートに接続されたライ
トワードラインと、 前記リードトランジスタのゲートに接続されたリードワ
ーラインと、 前記ライトトランジスタ及び前記リードトランジスタの
ドレインに接続されたビットラインと、 前記基層を固定された基層電位に接続するための手段
と、 後記第2の電極を固定された電極電位に接続するための
手段と、 前記センストランジスタの前記ソース領域を固定された
基準電位に接続するための手段と、 直列接続された前記リードトランジスタが導通したとき
に、前記静電容量体の特定の充電状態に対応するように
少なくとも2つの導通状態のいずれかを検出するための
手段とを有し、 前記垂直側壁の全表面積が前記上面の表面積よりも大き
いことにより、前記半導体基層上に前記セルが占める表
面積を実質的に増大させることなく前記静電容量体の静
電容量を増大させたことを特徴とするDRAMセル。 - 【請求項55】 前記静電容量体が更に、前記基層内
に形成された第2のトレンチと、前記第1の導電層に接
続されかつ前記第1の電極の一部として機能するように
前記第2のトレンチに隣接する前記基層内に形成された
半導体領域と、前記第2のトレンチの表面に形成された
充電用絶縁層とを有し、前記第2の導電層を前記第2の
トレンチ内にも形成することにより更に静電容量を増大
させたことを特徴とする請求項54に記載のDRAMセ
ル。 - 【請求項56】 前記静電容量体が、前記半導体基層
の上面上に形成されかつ自ら上面を有する絶縁層と、概
ね垂直な側壁を有するように前記絶縁層内に形成された
トレンチとを更に有し、前記第1の導電層が、前記絶縁
層内の前記トレンチの前記側壁上及び前記絶縁層の前記
上面の少なくとも一部に形成されていることにより、前
記トレンチを前記第1の導電層に向けて形成したことを
特徴とするダ請求項54に記載のDRAMセル。 - 【請求項57】 前記センストランジスタのゲートが
過剰電荷を有していないとき、前記センストランジスタ
がデプリーション閾値電圧を有することを特徴とする請
求項54乃至56のいずれかに記載のDRAMセル。 - 【請求項58】 前記ライトトランジスタのドレイン
及び前記リードトランジスタのドレインがそれぞれ異な
るビットライン制御手段に接続されていることを特徴と
する請求項54乃至56のいずれかに記載のDRAMセ
ル。 - 【請求項59】 半導体基層上に形成された自己増幅
型DRAMセルであって、 上面を有する半導体基層と、 前記基層の前記上面に形成された逆バイアスされた記憶
接合部と、 前記基層内に形成されたMOSセンストランジスタであ
って、電荷を一時的に貯蔵するためのゲートを有し、前
記ゲートが、前記逆バイアスされた記憶接合部とオーミ
ック接触を行う第1の電極からなり、前記第1の電極
が、上面及び垂直側壁を有する、前記MOSセンストラ
ンジスタと、 その上面及びその垂直側壁に沿って前記第1の電極と静
電容量的に結合されると共に基準電位に保持された第2
の電極とを有し、 前記第1の電極が、前記基層の前記上面の上に形成され
た厚い導電層として形成されていることにより、前記垂
直側壁により得られる表面積が、前記半導体基層内に於
ける前記セルの占める表面積を実質的に増大させること
なく前記ゲートの静電容量を増大させることを特徴とす
る自己増幅型DRAMセル。 - 【請求項60】 前記ゲートに於ける前記電荷の量が
前記MOSライトトランジスタにより制御され、かつ2
つ以上の異なる荷電状態のいずれかからなることを特徴
とする請求項59に記載のDRAMセル。 - 【請求項61】 前記ゲートの前記電荷の量が、連続
的な荷電状態の異なるレベルのいずれかからなるもので
あって、アナログ記憶素子として機能し得ることを特徴
とする請求項60に記載のDRAMセル。 - 【請求項62】 前記ゲートが過剰電荷を有していな
いとき前記センストランジスタがデプリーション閾値電
圧を有することを特徴とする請求項59に記載のDRA
Mセル。 - 【請求項63】 前記垂直側壁が、少なくとも0.5
μmの高さを有することを特徴とする請求項54乃至5
6、及び59のいずれかに記載のDRAMセル。 - 【請求項64】 マルチポート自己増幅型DRAMセ
ルであって、 前記RAMセルに対して個々にデータを書込むために用
いられかつ接合分離ソース領域を有するように半導体基
層内に形成された少なくとも1つのMOSライトトラン
ジスタと、 前記半導体基層内に形成された少なくとも1つのMOS
リードトランジスタと、 前記リードトランジスタの1つに直列に接続された少な
くとも1つのMOSセンストランジスタと、 記憶状態を表す電荷を蓄えるための静電容量体であっ
て、前記ライトトランジスタのそれぞれの接合部分離ソ
ース領域に対して埋設接触開口を介して接続された第1
の電極と、薄い充電用絶縁層を介して前記第1の電極の
上面及び垂直側壁を覆う第2の電極とを有し、かつ前記
第1の電極が前記センストランジスタのセンスゲートの
全てを構成する、前記静電容量体と、 前記ライトトランジスタの各々のゲートを個別のライト
ワードラインに接続し、前記リードトランジスタの各々
のゲートを個別のリードワードラインに接続し、前記ラ
イトトランジスタの各々のドレイン及び前記リードトラ
ンジスタの各々のドレインを個別のビットラインに接続
し、基層を固定された基層電位に接続し、前記第2の電
極を固定された電極電位に接続し、前記センストランジ
スタの各々のソース領域を共通の固定された接地電位に
接続するような電気的制御手段と、 前記リードトランジスタのいずれかが導通したときに前
記センストランジスタの少なくとも2つの導通状態のい
ずれかを検出するべく前記ビットラインを介して前記リ
ードトランジスタの各々のドレインに付随する検出手段
とを有し、 前記導通状態がそれぞれ前記静電容量体の特定の充電状
態に対応することを特徴とするマルチポート自己増幅型
DRAMセル。 - 【請求項65】 前記垂直側壁の全面積が前記上面の
全面積よりも大きいことにより、前記半導体基層に於て
前記セルが占める面積を実質的に増大させることなく前
記静電容量体の静電容量を増大させたことを特徴とする
請求項64に記載のDRAMセル。 - 【請求項66】 各々の前記セルのアドレスを、前記
リードトランジスタのいずれかから同時に読出すことが
でき、かつ前記セルのいずれかの列の前記セルを、別の
列の前記セルに書込むのと同時に読出すことができるこ
とを特徴とする請求項64に記載のDRAMセル。 - 【請求項67】 前記リードトランジスタうちの一つ
及び前記ライトトランジスタうちの一つが、前記静電容
量体に記憶された前記記憶状態を周期的に読出しかつリ
フレッシュするために用いられることを特徴とする請求
項64に記載のDRAMセル。 - 【請求項68】 周期的にリフレッシュを行うための
前記リード及びライトトランジスタが単一かつ共通のビ
ットラインを用いることを特徴とする請求項67に記載
のDRAMセル。 - 【請求項69】 前記静電容量体に2つ以上の荷電状
態が実現可能であることにより、各セルが1ビットより
大きい記憶容量を有することを特徴とする請求項64に
記載のDRAMセル。 - 【請求項70】 前記センストランジスタの2つ以上
の導通状態を適切に識別し得るように前記リードトラン
ジスタのそれぞれのビットラインのそれぞれについてセ
ンス増幅手段が設けられていることを特徴とする請求項
69に記載のDRAMセル。 - 【請求項71】 前記接合分離ゲートが過剰な電荷を
有していないときに前記センストランジスタがデプリー
ション閾値電圧を有することを特徴とする請求項64に
記載のDRAMセル。
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