JPH10242414A - Dynamic semiconductor storage device - Google Patents

Dynamic semiconductor storage device

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Publication number
JPH10242414A
JPH10242414A JP9046116A JP4611697A JPH10242414A JP H10242414 A JPH10242414 A JP H10242414A JP 9046116 A JP9046116 A JP 9046116A JP 4611697 A JP4611697 A JP 4611697A JP H10242414 A JPH10242414 A JP H10242414A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
channel
memory device
semiconductor memory
peripheral circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9046116A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Nakai
聡 中井
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH10242414A publication Critical patent/JPH10242414A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To properly suppress high concentration of a substrate and to improve a retention characteristic without increasing a manufacture process by including not only the transistors of a memory cell but also transistors used in a peripheral circuit and using p-type polysilicon as gate electrodes. SOLUTION: Since a polysilicon film 32 constituting the gate electrodes of the respective transistors is formed by covering a silicon oxide film 30 and the polysilicon film 32 becoming the gate electrode in a subsequent stage is set to be the p-type polysilicon film, BF2 ions are driven. Then, a silicon oxide film 34 is formed by covering the p-type polysilicon film 32. Then, a patterning processing for forming the gate electrode 32 of the nMOS transistor of the memory cell, the gate electrode 32b of the nMOS transistor of the peripheral circuit and the gate electrode 32c of the pMOS transistor is executed. The respective source/drain areas of the nMOS transistors of the memory cell and the nMOS transistors of the peripheral circuit are formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、情報の記憶にダイ
ナミック型のメモリセルを使用する半導体記憶装置(D
RAM)に係り、特に、DRAMに用いられる絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタすなわちMIS(金属・絶縁
物・半導体)トランジスタ、一般にはMOS(金属・酸
化物・半導体)トランジスタ、のゲート電極の構成に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device (D) using dynamic memory cells for storing information.
More particularly, the present invention relates to a configuration of a gate electrode of an insulated gate field effect transistor used for a DRAM, that is, a MIS (metal-insulator-semiconductor) transistor, generally a MOS (metal-oxide-semiconductor) transistor.

【0002】とどまるところを知らないDRAMの高集
積化に伴い、その内蔵デバイスであるMIS(MOS)
トランジスタは、ますます微細化されていくことが要求
されている。その一方で、セル面積の縮小に伴うトラン
ジスタの微細化に起因して、トランジスタの所望のしき
い値電圧を得るためには、セルが形成されている基板の
濃度を高くする必要が生じている。しかし、この基板濃
度をあまり高くし過ぎると、後述するようにリテンショ
ン特性が低下する(つまりデータ保持時間が規格値を満
足できない)といった問題が生じる。そこで、かかる問
題を招くことなく基板濃度の高濃度化を抑制する技術が
要望されている。
2. Description of the Related Art Along with the high integration of DRAMs, which are unavoidable, MIS (MOS) as a built-in device has been increasing.
Transistors are required to be increasingly miniaturized. On the other hand, due to the miniaturization of the transistor accompanying the reduction in the cell area, it is necessary to increase the concentration of the substrate on which the cell is formed in order to obtain a desired threshold voltage of the transistor. . However, if the substrate concentration is too high, there arises a problem that the retention characteristics deteriorate (that is, the data retention time cannot satisfy the standard value) as described later. Therefore, there is a demand for a technique for suppressing the increase in the substrate concentration without causing such a problem.

【0003】[0003]

【従来の技術】先ず、基板濃度が高濃度化していく技術
背景について説明する。よく知られているMOSトラン
ジスタのスケーリング則では、電源電圧、チャネル長及
びゲート酸化膜厚を1/K倍、基板濃度をK倍とするこ
とにより、MOSトランジスタの内部電界は一定に保た
れる。
2. Description of the Related Art First, a description will be given of a technical background in which the substrate concentration is increased. According to a well-known scaling rule of a MOS transistor, the internal electric field of the MOS transistor is kept constant by setting the power supply voltage, the channel length and the gate oxide film thickness to 1 / K times and the substrate concentration to K times.

【0004】しかし、DRAMのセルトランジスタ(一
般にはnMOSトランジスタ)の場合は、該トランジス
タがオフしている時のリーク電流を抑制する必要から、
しきい値電圧をほぼ一定に保たなければならないという
制約がある。このしきい値電圧(Vthとする)は、当業
者にはよく知られているように、以下の式で表される。
However, in the case of a DRAM cell transistor (generally, an nMOS transistor), it is necessary to suppress a leak current when the transistor is off.
There is a restriction that the threshold voltage must be kept almost constant. This threshold voltage (referred to as Vth) is expressed by the following equation, as is well known to those skilled in the art.

【0005】Vth=Vfb+φsi+γ(φsi+Vsb)1/2 ここに、Vfbはゲート電極材料とゲート電極下の基板材
料との仕事関数差で決まるフラットバンド電圧、φsiは
表面ポテンシャル、γは基板効果係数、Vsbは基板バイ
アス電圧を表しており、以下のように表される。 Vfb=−0.56−φf φf =(kT/q)ln(Nb /ni ) φsi=2φf γ=(2εo ・εsi・qNb )1/2 /Cox ここに、Nb は基板濃度、ni は真性キャリヤ濃度、k
はボルツマン定数、Tは絶対温度、qは素電荷、εo は
真空の誘電率、εsiは基板の誘電率、Coxはゲート酸化
膜の容量(但し、単位面積当たりの容量)を表してい
る。
Vth = Vfb + φsi + γ (φsi + Vsb) 1/2 where Vfb is a flat band voltage determined by a work function difference between a gate electrode material and a substrate material under the gate electrode, φsi is a surface potential, γ is a substrate effect coefficient, and Vsb Represents a substrate bias voltage, and is represented as follows. Vfb = −0.56-φf φf = (kT / q) ln (Nb / ni) φsi = 2φf γ = (2εo · εsi · qNb) 1/2 / Cox where Nb is the substrate concentration and ni is the intrinsic carrier. Concentration, k
Is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, q is the elementary charge, εo is the dielectric constant of vacuum, εsi is the dielectric constant of the substrate, and Cox is the capacitance of the gate oxide film (however, the capacitance per unit area).

【0006】なお、これらの関係式は、十分に高濃度化
(例えば1026-3以上)したn型ポリシリコンをゲー
ト電極として用い、また界面電荷が十分小さい時を想定
したものである。また、S(サブスレッショルド)係数
は、以下の式で表される。 S≒2.3(kT/q)(1+Cd /Cox) ここに、Cd は空乏層容量(但し、単位面積当たりの容
量)を表している。この空乏層容量Cd とゲート酸化膜
の容量Coxはそれぞれ以下のように表される。
[0006] Note that these relations is to use a sufficiently high concentration (e.g., 10 26 m -3 or higher) n-type polysilicon as a gate electrode, also interface charge is assumed when sufficiently small. The S (sub-threshold) coefficient is represented by the following equation. S ≒ 2.3 (kT / q) (1 + Cd / Cox) Here, Cd represents a depletion layer capacitance (however, a capacitance per unit area). The capacitance Cd of the depletion layer and the capacitance Cox of the gate oxide film are expressed as follows.

【0007】Cd =εo ・εsi/Xd Cox=εo ・εox/tox 但し、Xd ={2εo ・εsi(φsi+Vsb)/qNb } ここに、toxはゲート酸化膜の厚さ、Xd は空乏層の厚
さを表している。ここで例えば、セルトランジスタの常
温でのオフ時のリーク電流が、Vgs(ソースに対するゲ
ート電圧)=Vth(しきい値電圧)の時に流れる電流よ
りも、10桁小さいことを設計基準として設定する。
Cd = εo · εsi / Xd Cox = εo · εox / tox where Xd = {2εo · εsi (φsi + Vsb) / qNb} where tox is the thickness of the gate oxide film and Xd is the thickness of the depletion layer. Is represented. Here, for example, it is set as a design standard that the leakage current when the cell transistor is turned off at room temperature is 10 digits smaller than the current flowing when Vgs (gate voltage with respect to source) = Vth (threshold voltage).

【0008】ここでは、基板バイアス電圧(Vsb)とし
て−1V印加した場合を考える。この設計基準を満たす
解を計算機で求めると、ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)
の厚さtoxと基板濃度Nb の関係として、図8に示すよ
うな関係を得ることができる。ところで、技術トレンド
では、DRAMの世代毎にゲート酸化膜が薄膜化してい
くことが知られている。このゲート酸化膜の薄膜化は、
トランジスタの微細化に伴う短チャネル効果を抑制する
ために是非とも必要である。しかしそれでも、短チャネ
ル効果を完全に抑制することはできず、ある程度のしき
い値電圧Vthの低下とS係数の劣化を伴うことになる。
これを補償するためには、実際には、図8に示す基板濃
度よりも高い基板濃度が必要となる。
Here, it is assumed that -1 V is applied as a substrate bias voltage (Vsb). A solution that satisfies this design criterion can be found by computer to find that the gate oxide film (gate insulating film)
8 can be obtained as the relationship between the thickness tox and the substrate concentration Nb. By the way, it is known from the technical trend that the gate oxide film becomes thinner for each DRAM generation. This thinning of the gate oxide film
It is absolutely necessary to suppress the short channel effect accompanying miniaturization of transistors. However, even in this case, the short channel effect cannot be completely suppressed, and the threshold voltage Vth is reduced to some extent and the S coefficient is deteriorated.
To compensate for this, a substrate concentration higher than the substrate concentration shown in FIG. 8 is actually required.

【0009】しかしその一方で、短チャネル効果を完全
には抑制せずに、むしろ、多少は短チャネル効果が起き
る領域を積極的に利用したい動機がある。すなわち、図
9に一例として示されるように、基板バイアス電圧Vsb
の変化(図示の例では、−3Vから−1Vへの変化)に
対するしきい値電圧Vthの変化は、チャネル長Lが長い
領域よりもチャネル長Lが短い領域(つまり短チャネル
効果が起きる領域)の方が、小さい(図示の例ではΔV
1からΔV2と小さくなっている)。つまり、短チャネ
ル効果が起きれば、しきい値電圧の基板バイアス依存性
が小さくなるというメリットがあるからである。
However, on the other hand, there is a motivation to not completely suppress the short-channel effect, but rather use the region where the short-channel effect occurs to some extent. That is, as shown in FIG. 9 as an example, the substrate bias voltage Vsb
(In the illustrated example, a change from −3 V to −1 V) in the threshold voltage Vth is caused by a region where the channel length L is shorter than a region where the channel length L is longer (that is, a region where the short channel effect occurs). Is smaller (ΔV in the illustrated example).
1 to ΔV2). That is, if the short channel effect occurs, there is an advantage that the dependence of the threshold voltage on the substrate bias is reduced.

【0010】このような事情により、図8に示すように
ゲート酸化膜の厚さtoxが10nm以下になると、基板
濃度Nb が1023-3以上となり、極めて高濃度となっ
てくる。もちろん、設計基準の設定の相違により、同じ
ゲート酸化膜の厚さでも、もっと高い基板濃度を用いる
選択もあるし、或いはもっと低い基板濃度を用いる選択
もあることは当然である。
Under these circumstances, when the thickness tox of the gate oxide film becomes 10 nm or less as shown in FIG. 8, the substrate concentration Nb becomes 10 23 m -3 or more, and the concentration becomes extremely high. Of course, depending on the setting of the design standard, it is natural that there is a choice to use a higher substrate concentration or a lower substrate concentration even for the same gate oxide film thickness.

【0011】ここでは、一応のワーストケースとして、
ゲート酸化膜の厚さが10nm以下の場合に高基板濃度
となることを問題にする。基板濃度を必要以上に高くし
た場合の問題点としては、例えばリテンションタイムの
低下がある。かかる問題点については、例えば、IED
M95,p915(T. Hamamoto, S. Sugiura, and S.
Sawada)に言及されている。リテンションタイムの低下
があると、前述した技術トレンド(DRAMの世代毎に
ゲート酸化膜が薄膜化すること)に追従することができ
ない。そこで、DRAMの世代が進行しても、基板濃度
の高濃度化を抑制する技術が必要となる。
Here, as a temporary worst case,
When the thickness of the gate oxide film is 10 nm or less, the problem is that the substrate concentration becomes high. A problem when the substrate concentration is unnecessarily high is, for example, a decrease in retention time. Regarding such a problem, for example, IED
M95, p915 (T. Hamamoto, S. Sugiura, and S.
Sawada). If the retention time is reduced, it is not possible to follow the above-mentioned technical trend (the gate oxide film becomes thinner for each DRAM generation). Therefore, even if the generation of the DRAM advances, a technique for suppressing the increase in the substrate concentration is required.

【0012】従来、基板濃度の高濃度化を抑制する一つ
の技術として、メモリセルの選択を行うためのワード線
の電位を非選択時に負の電位に固定化する、いわゆるマ
イナス・リセット法が知られている。しかし、この方法
は、回路的に複雑であり、またそのための制御も大変で
あるため、もっと簡便な方法があればそれに越したこと
はない。
Conventionally, as one technique for suppressing an increase in substrate concentration, a so-called minus reset method is known in which the potential of a word line for selecting a memory cell is fixed to a negative potential when not selected. Have been. However, this method is complicated in circuit and the control for it is also difficult, so if there is a simpler method, there is no better way.

【0013】次に考えられるのは、従来の技術ではメモ
リセルのMOSトランジスタをnチャネル型で形成し、
このnチャネルMOSトランジスタ(以下、単に「nM
OSトランジスタ」という。)をn型ゲートで構成して
いたが、このn型ゲートに代えてp型ゲートを適用する
というものである。セルトランジスタにp型ゲートのn
MOSトランジスタを用いた技術は、本件出願人が既に
提案している(特願平7−181178号参照)。
It is conceivable that the MOS transistor of the memory cell is formed as an n-channel type in the conventional technology.
This n-channel MOS transistor (hereinafter simply referred to as “nM
OS transistor ". ) Is configured with an n-type gate, but a p-type gate is applied instead of the n-type gate. Cell transistor has p-type gate n
The technology using MOS transistors has already been proposed by the present applicant (see Japanese Patent Application No. 7-181178).

【0014】この先行技術では、メモリセルの動作を制
御するための周辺回路(ロウデコーダ、コラムデコー
ダ、コラムゲート等)に用いられているnMOSトラン
ジスタ及びpチャネルMOSトランジスタ(同様に、単
に「pMOSトランジスタ」という。)については、従
来通りn型ゲートを採用しているが、セルトランジスタ
については、しきい値電圧の基板バイアス依存性を抑制
するために、p型ゲートを採用している。つまり、セル
トランジスタにp型ゲートを適用することで基板濃度の
高濃度化を抑制し、それによってしきい値電圧の基板バ
イアス依存性を抑えている。
In this prior art, an nMOS transistor and a p-channel MOS transistor (also simply referred to as a “pMOS transistor”) used in a peripheral circuit (row decoder, column decoder, column gate, etc.) for controlling the operation of a memory cell. )), An n-type gate is employed as before, but a p-type gate is employed for the cell transistor in order to suppress the substrate bias dependence of the threshold voltage. That is, by applying a p-type gate to the cell transistor, the increase in the substrate concentration is suppressed, and the dependence of the threshold voltage on the substrate bias is suppressed.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、本件
出願人による先行技術(特願平7−181178号)で
は、あくまで、しきい値電圧の基板バイアス依存性を抑
えるための一つの手法として、セルトランジスタのみに
p型ゲートを採用したものが記載されている。しかしな
がら、図9を参照して説明したように、しきい値電圧の
基板バイアス依存性は、短チャネル効果が起きる領域を
積極的に利用することで、相応に小さくすることができ
る。従って、単にしきい値電圧の基板バイアス依存性の
抑制という理由からだけで、セルトランジスタにp型ゲ
ートを採用しなければならないという程の強い動機はな
い。
As described above, the prior art filed by the present applicant (Japanese Patent Application No. 7-181178) is merely one method for suppressing the dependence of the threshold voltage on the substrate bias. It describes that a p-type gate is used only for the cell transistor. However, as described with reference to FIG. 9, the dependence of the threshold voltage on the substrate bias can be appropriately reduced by actively using the region where the short channel effect occurs. Therefore, there is no strong motivation to adopt a p-type gate for the cell transistor merely because of the suppression of the dependence of the threshold voltage on the substrate bias.

【0016】また、この先行技術では、セルトランジス
タはp型ゲートとし、周辺回路のトランジスタは従来通
りn型ゲートを使うことに限定されている。従って、ト
ランジスタのゲート電極を形成する際に、p型ゲートを
作製するための工程とn型ゲートを作製するための工程
(いわゆるゲートの作り分け)を必要とする。これは、
メモリとしての全体の製造工程が複雑化するといった問
題をひき起こし、また大幅なコストアップにもつながる
ため、好ましくない。
In this prior art, the cell transistor is limited to a p-type gate, and the transistors of the peripheral circuit are limited to using an n-type gate as in the prior art. Therefore, when forming a gate electrode of a transistor, a step for manufacturing a p-type gate and a step for manufacturing an n-type gate (so-called gate formation) are required. this is,
It is not preferable because it causes a problem that the whole manufacturing process as a memory becomes complicated and also leads to a significant increase in cost.

【0017】本発明は、上述した従来技術における課題
に鑑み創作されたもので、全体の製造工程の増加を殆ど
招くことなく、所望のしきい値電圧の実現のために必要
とされる基板濃度の高濃度化を適正に抑制し、ひいては
リテンション特性の向上を図ることができるダイナミッ
ク型半導体記憶装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and has substantially no increase in the number of overall manufacturing steps, and has a substrate concentration required for achieving a desired threshold voltage. It is an object of the present invention to provide a dynamic semiconductor memory device capable of appropriately suppressing the increase in the density of the semiconductor device and eventually improving the retention characteristics.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の課題
を解決するため、本発明に係るダイナミック型半導体記
憶装置においては、メモリセルのトランジスタのみなら
ず、周辺回路に用いられているトランジスタも含めて、
全てp型ポリシリコンをゲート電極として用いている。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, a dynamic semiconductor memory device according to the present invention includes not only transistors of memory cells but also transistors used in peripheral circuits. hand,
All use p-type polysilicon as the gate electrode.

【0019】しかし、これに伴って、周辺回路のトラン
ジスタのしきい値電圧を所望の値とするためには、従来
技術で用いられているn型ゲートの場合と同様のウエル
プロファイルを用いることができなくなる。従って、所
望のしきい値電圧を得るためには、しきい値電圧調整用
のイオン注入(イオン打ち込みエネルギー及びドーズ
量)の最適化を図らねばならない。これに関連して、場
合によっては、周辺回路のnMOSトランジスタのチャ
ネル領域をいわゆる「埋め込みチャネル」の形態で形成
し、またpMOSトランジスタのチャネル領域を通常の
表面チャネルの形態で形成するといったように、従来と
は逆の設定を行うこともあり得る。
However, in order to make the threshold voltage of the transistor of the peripheral circuit a desired value, it is necessary to use the same well profile as that of the n-type gate used in the prior art. become unable. Therefore, in order to obtain a desired threshold voltage, it is necessary to optimize ion implantation (ion implantation energy and dose) for adjusting the threshold voltage. In this connection, in some cases, the channel region of the nMOS transistor of the peripheral circuit is formed in the form of a so-called “buried channel”, and the channel region of the pMOS transistor is formed in the form of a normal surface channel. The setting opposite to the conventional setting may be performed.

【0020】このように本発明によれば、用いられてい
る全てのMOSトランジスタのゲート電極を単一の導電
型(p型)としているので、従来例に見られたような
「ゲートの作り分け」といった工程が不要となる。すな
わち、前述の先行技術(特願平7−181178号)で
は、セルトランジスタのゲート電極はp型ポリシリコン
であるのに対し、周辺回路のトランジスタのゲート電極
はn型ポリシリコンであるので、それぞれのゲート電極
は別工程で作製する必要がある。また、セルトランジス
タ及び周辺回路のpMOSトランジスタのゲート電極を
p型ポリシリコンで構成し、周辺回路のnMOSトラン
ジスタのゲート電極をn型ポリシリコンで構成すること
も考えられるが、この場合も別工程の製造プロセスが必
要である。つまり、本発明では、少なくとも、ゲート電
極を形成する工程については簡素化することができる。
As described above, according to the present invention, the gate electrodes of all the MOS transistors used are of a single conductivity type (p-type). Is unnecessary. That is, in the above-mentioned prior art (Japanese Patent Application No. 7-181178), the gate electrode of the cell transistor is p-type polysilicon, while the gate electrode of the transistor of the peripheral circuit is n-type polysilicon. Need to be manufactured in a separate step. It is also conceivable that the gate electrodes of the cell transistor and the pMOS transistor of the peripheral circuit are made of p-type polysilicon, and the gate electrode of the nMOS transistor of the peripheral circuit is made of n-type polysilicon. A manufacturing process is required. That is, in the present invention, at least the step of forming the gate electrode can be simplified.

【0021】メモリセルのnMOSトランジスタだけで
なく、周辺回路のnMOSトランジスタ及びpMOSト
ランジスタも、ゲート電極をp型ポリシリコンで構成す
ると有利な点が更にある。すなわち、一般に、電子は正
孔よりも移動度が大きいため、nMOSトランジスタの
方がpMOSトランジスタより駆動力に優れる。n型ゲ
ートを用いる場合、nMOSトランジスタは表面チャネ
ル型、pMOSトランジスタは埋め込みチャネル型とな
るが、一般に埋め込みチャネル型は表面チャネル型に比
べてしきい値電圧の絶対値を低く設定することができな
い。このことは、今後、低電圧化が進んでいくと、埋め
込みチャネル型は表面チャネル型より駆動力が劣ること
になる。以上の2点より、n型ゲートを用いる場合、p
MOSトランジスタはnMOSトランジスタより駆動力
がずっと劣ることになり、今後の低電圧化の下では、両
者のアンバランスが著しくなる。そこで、p型ゲートを
採用すると、上記2つの効果がある程度相殺され、バラ
ンスの良い方向となる。
Not only the nMOS transistor of the memory cell but also the nMOS transistor and the pMOS transistor of the peripheral circuit have a further advantage that the gate electrode is made of p-type polysilicon. That is, since electrons generally have higher mobility than holes, the nMOS transistor has better driving power than the pMOS transistor. When an n-type gate is used, the nMOS transistor is a surface channel type and the pMOS transistor is a buried channel type. However, in general, the absolute value of the threshold voltage cannot be set lower in the buried channel type than in the surface channel type. This means that as the voltage is reduced in the future, the buried channel type will have a lower driving force than the surface channel type. From the above two points, when an n-type gate is used, p
The MOS transistor has much lower driving power than the nMOS transistor, and the imbalance between the two will be remarkable under a future low voltage. Therefore, when a p-type gate is adopted, the above two effects are offset to some extent, and the direction becomes well balanced.

【0022】また、メモリセルのトランジスタにp型ゲ
ートを採用しているので、上述した先行技術(特願平7
−181178号参照)にも記載されているように、基
板濃度の高濃度化を抑制することができ、これによって
しきい値電圧の基板バイアス依存性を抑えることが可能
となる。そして、基板濃度の高濃度化抑制は、リテンシ
ョン特性の悪化を阻止することに大いに寄与する。
Further, since a p-type gate is used for a transistor of a memory cell, the above-mentioned prior art (Japanese Patent Application No.
As described in US Pat. No. 181178), it is possible to suppress the increase in the substrate concentration, thereby suppressing the dependence of the threshold voltage on the substrate bias. The suppression of the increase in the substrate concentration greatly contributes to preventing the retention characteristics from deteriorating.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の実施形態について説明する。図1には本発明の一
実施形態に係るダイナミック型半導体記憶装置における
要部(トランジスタ)の断面構成が模式的に示される。
図1において、12は各素子(すなわち、メモリセルの
nMOSトランジスタQa、周辺回路のnMOSトラン
ジスタQb及びpMOSトランジスタQc)を分離のた
めのフィールド絶縁膜を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 schematically shows a cross-sectional configuration of a main part (transistor) in a dynamic semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 12 denotes a field insulating film for separating each element (that is, the nMOS transistor Qa of the memory cell, the nMOS transistor Qb and the pMOS transistor Qc of the peripheral circuit).

【0024】メモリセルのnMOSトランジスタQa
は、ゲート絶縁膜30aと、このゲート絶縁膜30aを
間に挟んでチャネル領域上に形成されたp型ゲート電極
32aと、基板内でチャネル領域を挟んで両側に形成さ
れたn型ソース領域38a及びn型ドレイン領域40a
とを備えて構成されている。また、周辺回路のnMOS
トランジスタQbは、ゲート絶縁膜30bと、基板表面
に形成されたn型チャネル領域(埋め込みチャネル)2
6と、ゲート絶縁膜30bを間に挟んでn型チャネル領
域26上に形成されたp型ゲート電極32bと、基板内
でn型チャネル領域26を挟んで両側に形成されたn型
ソース領域38b及びn型ドレイン領域40bとを備え
て構成されている。
The nMOS transistor Qa of the memory cell
A gate insulating film 30a, a p-type gate electrode 32a formed on a channel region with the gate insulating film 30a interposed therebetween, and n-type source regions 38a formed on both sides of the substrate with the channel region interposed therebetween. And n-type drain region 40a
It is comprised including. Also, the nMOS of the peripheral circuit
The transistor Qb includes a gate insulating film 30b and an n-type channel region (buried channel) 2 formed on the substrate surface.
6, a p-type gate electrode 32b formed on the n-type channel region 26 with the gate insulating film 30b interposed therebetween, and an n-type source region 38b formed on both sides of the n-type channel region 26 in the substrate. And an n-type drain region 40b.

【0025】同様に、周辺回路のpMOSトランジスタ
Qcは、ゲート絶縁膜30cと、このゲート絶縁膜30
cを間に挟んでチャネル領域上に形成されたp型ゲート
電極32cと、基板内でチャネル領域を挟んで両側に形
成されたp型ソース領域38c及びp型ドレイン領域4
0cとを備えて構成されている。図2には本実施形態に
係るダイナミック型半導体記憶装置の全体構成が概略的
に示される。
Similarly, the pMOS transistor Qc of the peripheral circuit includes a gate insulating film 30c and the gate insulating film 30c.
and a p-type gate electrode 32c formed on the channel region with c in between, and a p-type source region 38c and a p-type drain region 4 formed on both sides of the substrate with the channel region in between.
0c. FIG. 2 schematically shows the entire configuration of the dynamic semiconductor memory device according to the present embodiment.

【0026】図中、1は複数のワード線と複数のビット
線がマトリクス状に配列されたメモリセルアレイを示
し、各ワード線WLiと各ビット線BLjの交差部に
は、電荷蓄積用のキャパシタC及び電荷転送用のnMO
SトランジスタQを有するダイナミック型メモリセルM
Cが設けられている。また、2は外部からのアドレス信
号ADDに含まれるロウアドレス信号RADのバッファ
リングを行うロウアドレスバッファ、3は同じくアドレ
ス信号ADDに含まれるコラムアドレス信号CADのバ
ッファリングを行うコラムアドレスバッファ、4はロウ
アドレスバッファ2からのロウアドレス信号RADをデ
コードし、複数のワード線のいずれかを選択するための
ロウデコーダ、5はコラムアドレスバッファ3からのコ
ラムアドレス信号CADをデコードし、複数のビット線
対のいずれか1対を選択するためのコラムデコーダ、6
は選択されたワード線及びビット線につながるメモリセ
ルから読み出されたデータをセンスし増幅するためのセ
ンスアンプ(S/A)回路、7はコラムデコーダ5によ
って選択されたビット線対(例えばBL1,BLX1 )を
対応するデータ線対(DL1,DLX1 )に接続するため
のコラムゲート回路を示す。このコラムゲート回路7で
は、図示のように、コラムデコーダ5からのコラム信号
に応答する1対のnMOSトランジスタ(Q1,QX1
が、対応する1対のビット線に対して設けられている。
また,各データ線DL1,DLX1 〜DLn,DLXn (デ
ータバスDB)は、データ入出力(I/O)バッファ8
を介してデータ入出力端DIN/DOUT に接続されてい
る。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a memory cell array in which a plurality of word lines and a plurality of bit lines are arranged in a matrix, and an intersection of each word line WLi and each bit line BLj has a capacitor C for charge storage. And nMO for charge transfer
Dynamic memory cell M having S transistor Q
C is provided. Reference numeral 2 denotes a row address buffer for buffering a row address signal RAD included in an external address signal ADD. Reference numeral 3 denotes a column address buffer for buffering a column address signal CAD also included in the address signal ADD. A row decoder for decoding a row address signal RAD from the row address buffer 2 and selecting one of a plurality of word lines, a decoder 5 decodes a column address signal CAD from the column address buffer 3 and a plurality of bit line pairs Column decoder for selecting any one pair of
Is a sense amplifier (S / A) circuit for sensing and amplifying data read from a memory cell connected to the selected word line and bit line, and 7 is a bit line pair (for example, BL) selected by the column decoder 5. 1 , BLX 1 ) to a corresponding data line pair (DL 1 , DLX 1 ). In the column gate circuit 7, as shown, a pair of nMOS transistors (Q 1 , QX 1 ) responding to a column signal from the column decoder 5
Are provided for a corresponding pair of bit lines.
Each data line DL 1 , DLX 1 to DLn, DLXn (data bus DB) is connected to a data input / output (I / O) buffer 8.
Is connected to the data input / output terminals D IN / D OUT via the.

【0027】図2の構成において、メモリセルMCを構
成する電荷転送用のnMOSトランジスタQは、図1に
示したメモリセルのnMOSトランジスタQaに相当す
る。また、コラムゲート回路7におけるnMOSトラン
ジスタQ1(又はQX1 )は、図1に示した周辺回路のn
MOSトランジスタQbに相当する。なお、図2の構成
では、図1に示した周辺回路のpMOSトランジスタQ
cに相当するトランジスタは、図示を省略してある。
In the configuration of FIG. 2, the charge transfer nMOS transistor Q forming the memory cell MC corresponds to the nMOS transistor Qa of the memory cell shown in FIG. The nMOS transistor Q 1 (or QX 1 ) in the column gate circuit 7 is the nMOS transistor Q 1 (or QX 1 ) of the peripheral circuit shown in FIG.
It corresponds to MOS transistor Qb. In the configuration of FIG. 2, the pMOS transistor Q of the peripheral circuit shown in FIG.
The transistor corresponding to c is not shown.

【0028】図1に示したように、本実施形態の構成に
よれば、メモリセルのnMOSトランジスタQaのみな
らず、周辺回路に用いられているnMOSトランジスタ
Qb及びpMOSトランジスタQcも含めて、全てのM
OSトランジスタのゲート電極をp型のみとしているの
で、従来形に見られたような「ゲートの作り分け」とい
った工程が不要となり、少なくとも、ゲート電極を形成
する工程について簡素化を図ることができる。
As shown in FIG. 1, according to the configuration of the present embodiment, not only the nMOS transistor Qa of the memory cell but also all the nMOS transistors Qb and pMOS transistors Qc used in the peripheral circuits are included. M
Since only the p-type gate electrode of the OS transistor is used, the step of “separate gate formation” as in the conventional type is not required, and at least the step of forming the gate electrode can be simplified.

【0029】また、メモリセルのnMOSトランジスタ
Qaにp型ゲートを採用しているので、本件出願人が提
案した先行技術(特願平7−181178号参照)にも
記載されているように、基板濃度の高濃度化を適正に抑
制して、しきい値電圧の基板バイアス依存性を抑えるこ
とができる。そして、基板濃度の高濃度化抑制は、リテ
ンション特性の悪化を阻止することに寄与する。
Further, since a p-type gate is employed for the nMOS transistor Qa of the memory cell, as described in the prior art proposed by the present applicant (see Japanese Patent Application No. 7-181178), It is possible to appropriately suppress the increase in the concentration and suppress the dependence of the threshold voltage on the substrate bias. The suppression of the increase in the substrate concentration contributes to preventing the retention characteristics from deteriorating.

【0030】[0030]

【実施例】以下、図1に示す実施形態における各トラン
ジスタ(メモリセルのnMOSトランジスタQa、周辺
回路のnMOSトランジスタQb及びpMOSトランジ
スタQc)の製造工程について、図3〜図7を参照しな
がら詳細に説明する。先ず、図3を参照すると、ステッ
プ(A)では、p型の半導体、例えばシリコン(Si)
の基板10上に各トランジスタ素子を分離するためのフ
ィールド絶縁膜(図示の例では、シリコン酸化膜;Si
2 )12を形成する。これは、半導体基板10上で各
トランジスタが形成される領域(活性領域)に、例えば
シリコン窒化膜(図示せず)を形成し、活性領域以外の
領域(非活性領域)を選択酸化することにより、実現さ
れる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The manufacturing process of each transistor (the nMOS transistor Qa of the memory cell, the nMOS transistor Qb of the peripheral circuit and the pMOS transistor Qc) in the embodiment shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIGS. explain. First, referring to FIG. 3, in step (A), a p-type semiconductor, for example, silicon (Si)
Field insulating film (in the illustrated example, a silicon oxide film; Si
O 2 ) 12 is formed. This is achieved by forming, for example, a silicon nitride film (not shown) in a region (active region) where each transistor is formed on the semiconductor substrate 10 and selectively oxidizing a region (inactive region) other than the active region. Is realized.

【0031】次のステップ(B)では、半導体基板10
内に、メモリセルのnMOSトランジスタ及び周辺回路
のnMOSトランジスタを形成するためのp型ウエル1
6を形成する。これは、周辺回路のpMOSトランジス
タが形成される活性領域上にレジスト14を形成した
後、基板全体に対してボロン(B)のイオン打ち込みを
行うことにより、実現される。p型ウエル16を形成し
た後、レジスト14を除去する。
In the next step (B), the semiconductor substrate 10
A p-type well 1 for forming an nMOS transistor of a memory cell and an nMOS transistor of a peripheral circuit.
6 is formed. This is realized by forming a resist 14 on an active region where a pMOS transistor of a peripheral circuit is formed, and then ion-implanting boron (B) into the entire substrate. After forming the p-type well 16, the resist 14 is removed.

【0032】次のステップ(C)では、同様にして、半
導体基板10内に、周辺回路のpMOSトランジスタを
形成するためのn型ウエル20を形成する。これは、メ
モリセルのnMOSトランジスタ及び周辺回路のnMO
Sトランジスタが形成される活性領域上にレジスト18
を形成した後、基板全体に対してリン(P)のイオン打
ち込みを行うことにより、実現される。なお、本実施例
ではリン(P)を用いたが、これに代えて砒素(As)
を用いてもよい。同様にして、n型ウエル20を形成し
た後、レジスト18を除去する。
In the next step (C), an n-type well 20 for forming a pMOS transistor of a peripheral circuit is similarly formed in the semiconductor substrate 10. This corresponds to the nMOS transistor of the memory cell and the nMO of the peripheral circuit.
A resist 18 is formed on the active region where the S transistor is formed.
Is formed, ion implantation of phosphorus (P) is performed on the entire substrate. Although phosphorus (P) was used in this embodiment, arsenic (As) was used instead.
May be used. Similarly, after forming the n-type well 20, the resist 18 is removed.

【0033】なお、ステップ(B)とステップ(C)と
は、順序を逆にしてもよいことはもちろんである。ま
た、ウエルを形成する工程とフィールド酸化膜を形成す
る工程とを逆の順序にしてもよいことももちろんであ
る。次に、図4を参照すると、ステップ(D)では、基
板全体に対して熱酸化によりシリコン酸化膜(Si
2 )22を形成する。本実施例では、このシリコン酸
化膜22の厚さを12nmとした。
It is needless to say that the order of step (B) and step (C) may be reversed. In addition, it is needless to say that the well forming step and the field oxide film forming step may be reversed. Next, referring to FIG. 4, in a step (D), a silicon oxide film (Si
O 2 ) 22 are formed. In this embodiment, the thickness of the silicon oxide film 22 is 12 nm.

【0034】次のステップ(E)では、周辺回路のnM
OSトランジスタ及びpMOSトランジスタの各しきい
値電圧を調整するために、チャネル・ドープ処理を行
う。これは、メモリセルのnMOSトランジスタが形成
される活性領域上にレジスト24を形成した後、基板全
体に対してリン(P)のイオン打ち込みを行うことによ
り、実現される。このイオン打ち込みは、エネルギーが
20keVで、ドーズ量が2.5×1016-2の条件下
で行った。
In the next step (E), the nM
In order to adjust each threshold voltage of the OS transistor and the pMOS transistor, a channel doping process is performed. This is realized by forming a resist 24 on an active region where an nMOS transistor of a memory cell is formed, and then implanting phosphorus (P) ions into the entire substrate. This ion implantation was performed under the conditions of an energy of 20 keV and a dose of 2.5 × 10 16 m −2 .

【0035】このステップ(E)では、ドーパントとし
てn型の材料(リン)を用いているので、周辺回路のn
MOSトランジスタのチャネル領域は、図示のように、
ウエル16の導電型(p型)とは反対導電型(n型)の
領域となり、埋め込みチャネル26が形成される。これ
に対し、周辺回路のpMOSトランジスタのチャネル領
域は、ウエル20の導電型(n型)と同じ導電型の領域
となり、通常の表面チャネルが形成される。なお、本実
施例ではリン(P)を用いたが、これに代えて砒素(A
s)を用いてもよい。チャネル・ドープ処理を行った
後、レジスト24を除去する。
In this step (E), since an n-type material (phosphorus) is used as a dopant, n
As shown, the channel region of the MOS transistor
It becomes a region of the conductivity type (n type) opposite to the conductivity type (p type) of the well 16, and the buried channel 26 is formed. On the other hand, the channel region of the pMOS transistor in the peripheral circuit has the same conductivity type as the conductivity type (n-type) of the well 20, and a normal surface channel is formed. Although phosphorus (P) was used in this embodiment, arsenic (A) was used instead.
s) may be used. After the channel doping process, the resist 24 is removed.

【0036】次のステップ(F)では、同様にして、メ
モリセルのnMOSトランジスタのしきい値電圧を調整
するために、チャネル・ドープ処理を行う。これは、周
辺回路のnMOSトランジスタ及びpMOSトランジス
タが形成される活性領域上にレジスト28を形成した
後、基板全体に対してボロン(B)のイオン打ち込みを
行うことにより、実現される。このイオン打ち込みは、
エネルギーが20keVで、ドーズ量が3×1016-2
の条件下で行った。
In the next step (F), channel doping is similarly performed to adjust the threshold voltage of the nMOS transistor of the memory cell. This is realized by forming a resist 28 on the active region where the nMOS transistor and the pMOS transistor of the peripheral circuit are formed, and then ion-implanting boron (B) into the entire substrate. This ion implantation
Energy is 20 keV and dose is 3 × 10 16 m -2
Was performed under the following conditions.

【0037】このステップ(F)では、ドーパントとし
てp型の材料(ボロン)を用いているので、メモリセル
のnMOSトランジスタのチャネル領域は、ウエル16
の導電型(p型)と同じ導電型の領域となり、通常の表
面チャネルが形成される。同様にして、チャネル・ドー
プ処理を行った後、レジスト28を除去する。なお、ス
テップ(E)とステップ(F)とは、順序を逆にしても
よいことはもちろんである。
In this step (F), since a p-type material (boron) is used as a dopant, the channel region of the nMOS transistor of the memory cell is
Region of the same conductivity type (p type) as above, and a normal surface channel is formed. Similarly, after performing the channel doping process, the resist 28 is removed. Note that, of course, the order of step (E) and step (F) may be reversed.

【0038】次に、図5を参照すると、ステップ(G)
では、ステップ(D)で形成したシリコン酸化膜22を
除去する。次のステップ(H)では、基板全体に対して
熱酸化によりシリコン酸化膜(SiO2 )30を形成す
る。このシリコン酸化膜30は各トランジスタのゲート
絶縁膜を構成するもので、本実施例では、このシリコン
酸化膜30の厚さを6.5nmとした。
Next, referring to FIG. 5, step (G)
Then, the silicon oxide film 22 formed in the step (D) is removed. In the next step (H), a silicon oxide film (SiO 2 ) 30 is formed on the entire substrate by thermal oxidation. The silicon oxide film 30 constitutes a gate insulating film of each transistor. In this embodiment, the thickness of the silicon oxide film 30 is 6.5 nm.

【0039】次のステップ(I)では、上記シリコン酸
化膜30を覆う形でポリシリコン膜(poly−Si)
32を形成する。このポリシリコン膜32は各トランジ
スタのゲート電極を構成するもので、本実施例では、こ
のポリシリコン膜32の厚さを150nmとした。次
に、図6を参照すると、ステップ(J)では、後の段階
でゲート電極となるポリシリコン膜32を「p型」のポ
リシリコン膜とするための処理を行う。これは、ポリシ
リコン膜32に対して弗化ボロン(BF2 )のイオン打
ち込みを行うことにより、実現される。このイオン打ち
込みは、エネルギーが20keVで、ドーズ量が5×1
19-2の条件下で行った。なお、用いるイオンとして
はボロン(B)のみでも可能であるが、ボロン(B)は
極めて軽いために、十分に低いエネルギーで打ち込まな
いと、基板に到達してしまう。そこで、本実施例では、
他に影響を及ぼさない弗素(F)にボロン(B)を結合
させて用いた。
In the next step (I), a polysilicon film (poly-Si) is formed so as to cover the silicon oxide film 30.
32 are formed. The polysilicon film 32 constitutes a gate electrode of each transistor. In this embodiment, the thickness of the polysilicon film 32 is set to 150 nm. Next, referring to FIG. 6, in a step (J), a process for converting the polysilicon film 32 to be a gate electrode into a “p-type” polysilicon film in a later stage is performed. This is realized by ion-implanting boron fluoride (BF 2 ) into the polysilicon film 32. This ion implantation has an energy of 20 keV and a dose of 5 × 1.
The test was performed under the condition of 0 19 m -2 . Note that boron (B) alone can be used as the ion to be used. However, since boron (B) is extremely light, unless it is implanted with sufficiently low energy, it reaches the substrate. Therefore, in this embodiment,
Boron (B) was bonded to fluorine (F), which has no other effect, and used.

【0040】次のステップ(K)では、上記p型ポリシ
リコン膜32を覆う形でシリコン酸化膜(SiO2 )3
4を形成する。本実施例では、このシリコン酸化膜34
の厚さを100nmとした。次のステップ(L)では、
メモリセルのnMOSトランジスタのゲート電極32
a、周辺回路のnMOSトランジスタのゲート電極32
b及びpMOSトランジスタのゲート電極32cを形成
するためのパターニング処理を行う。これは、ゲート電
極として残しておくべきp型ポリシリコン膜の部分に対
応するシリコン酸化膜34a,34b及び34c上にマ
スク(図示せず)を形成した後、エッチング等を施すこ
とにより、実現される。
In the next step (K), a silicon oxide film (SiO 2 ) 3 covering the p-type polysilicon film 32 is formed.
4 is formed. In this embodiment, the silicon oxide film 34
Was 100 nm in thickness. In the next step (L),
Gate electrode 32 of nMOS transistor of memory cell
a, Gate electrode 32 of nMOS transistor of peripheral circuit
A patterning process for forming the gate electrodes 32c of the b and pMOS transistors is performed. This is realized by forming a mask (not shown) on silicon oxide films 34a, 34b, and 34c corresponding to portions of the p-type polysilicon film to be left as a gate electrode, and then performing etching or the like. You.

【0041】最後に、図7を参照すると、ステップ
(M)では、メモリセルのnMOSトランジスタ及び周
辺回路のnMOSトランジスタの各ソース/ドレイン領
域を形成する。これは、周辺回路のpMOSトランジス
タが形成される活性領域上にレジスト36を形成した
後、基板全体に対してリン(P)のイオン打ち込みを行
うことにより、実現される。このイオン打ち込みは、エ
ネルギーが20keVで、ドーズ量が1×1017-2
条件下で行った。
Finally, referring to FIG. 7, in step (M), source / drain regions of the nMOS transistor of the memory cell and the nMOS transistor of the peripheral circuit are formed. This is realized by forming a resist 36 on an active region where a pMOS transistor of a peripheral circuit is formed, and then ion-implanting phosphorus (P) into the entire substrate. This ion implantation was performed under the conditions of an energy of 20 keV and a dose of 1 × 10 17 m −2 .

【0042】このステップ(M)により、メモリセルの
nMOSトランジスタのn型ソース領域38a及びn型
ドレイン領域40aと、周辺回路のnMOSトランジス
タのn型ソース領域38b及びn型ドレイン領域40b
が形成される。なお、本実施例ではリン(P)を用いた
が、これに代えて砒素(As)を用いてもよい。このソ
ース/ドレイン領域を形成した後、レジスト36を除去
する。
By this step (M), the n-type source region 38a and the n-type drain region 40a of the nMOS transistor of the memory cell and the n-type source region 38b and the n-type drain region 40b of the nMOS transistor of the peripheral circuit
Is formed. Although phosphorus (P) is used in this embodiment, arsenic (As) may be used instead. After forming the source / drain regions, the resist 36 is removed.

【0043】次のステップ(N)では、同様にして、周
辺回路のpMOSトランジスタのソース/ドレイン領域
を形成する。これは、メモリセルのnMOSトランジス
タ及び周辺回路のnMOSトランジスタが形成される活
性領域上にレジスト42を形成した後、基板全体に対し
て弗化ボロン(BF2 )のイオン打ち込みを行うことに
より、実現される。このイオン打ち込みは、エネルギー
が20keVで、ドーズ量が1×1017-2の条件下で
行った。
In the next step (N), source / drain regions of pMOS transistors of the peripheral circuit are formed in the same manner. This is realized by forming a resist 42 on an active region where an nMOS transistor of a memory cell and an nMOS transistor of a peripheral circuit are formed, and then ion-implanting boron fluoride (BF 2 ) over the entire substrate. Is done. This ion implantation was performed under the conditions of an energy of 20 keV and a dose of 1 × 10 17 m −2 .

【0044】このステップ(N)により、周辺回路のp
MOSトランジスタのp型ソース領域38c及びp型ド
レイン領域40cが形成される。なお、ステップ(M)
とステップ(N)とは、順序を逆にしてもよいことはも
ちろんである。最後のステップ(P)では、レジスト4
2を除去する。これによって、メモリセルのnMOSト
ランジスタにp型ゲートを使用し、且つ、周辺回路のn
MOSトランジスタ及びpMOSトランジスタにもそれ
ぞれp型ゲートを使用したメモリが作製されたことにな
る。
By this step (N), p of the peripheral circuit is
A p-type source region 38c and a p-type drain region 40c of the MOS transistor are formed. Step (M)
Needless to say, the order of and (N) may be reversed. In the last step (P), resist 4
Remove 2. As a result, a p-type gate is used for the nMOS transistor of the memory cell, and n
This means that a memory using a p-type gate for each of the MOS transistor and the pMOS transistor has been manufactured.

【0045】プロセス・シミュレーション及びデバイス
・シミュレーションの結果、メモリセルのnMOSトラ
ンジスタのチャネル付近の濃度は2×1023-3で、ゲ
ート長を0.18μmとした時、しきい値電圧は1.3
V(基板バイアス電圧;−1V)と、容易に十分大きな
値を得ることができた。また、周辺回路のnMOSトラ
ンジスタについては、ゲート長を0.3μmとした時、
しきい値電圧は0.4V(基板バイアス電圧;−1V)
であった。また、周辺回路のpMOSトランジスタにつ
いては、ゲート長を0.3μmとした時、しきい値電圧
は0.7V(基板バイアス電圧;1V)であった。
As a result of the process simulation and the device simulation, the concentration near the channel of the nMOS transistor of the memory cell is 2 × 10 23 m −3 , and when the gate length is 0.18 μm, the threshold voltage is 1. 3
V (substrate bias voltage; -1 V) and a sufficiently large value could be easily obtained. For the nMOS transistor of the peripheral circuit, when the gate length is 0.3 μm,
The threshold voltage is 0.4V (substrate bias voltage; -1V)
Met. The threshold voltage of the pMOS transistor of the peripheral circuit was 0.7 V (substrate bias voltage; 1 V) when the gate length was 0.3 μm.

【0046】なお、上述した実施例ではゲート絶縁膜の
厚さを6.5nmとしたが(ステップ(H)参照)、こ
のゲート絶縁膜の厚さとしては、1.5nm〜10nm
の間の範囲、好適には3nm〜7nmの範囲で選定する
のが適当である。この場合の下限値(1.5nm)は、
例えばIEDM96,p105に記載された内容から決
めたものであり、また上限値(10nm)は、本発明の
従来技術の内容から決めたものである。
Although the thickness of the gate insulating film is set to 6.5 nm in the above embodiment (see step (H)), the thickness of the gate insulating film is set to 1.5 nm to 10 nm.
Is suitably selected in the range between 3 and 7 nm. The lower limit (1.5 nm) in this case is
For example, the upper limit (10 nm) is determined from the content described in IEDM96, p105, and the upper limit (10 nm) is determined from the content of the prior art of the present invention.

【0047】また、上述した実施例では比較的低濃度の
ソース/ドレイン領域を形成した場合について説明した
が、更にこの後のステップで、当業者には周知の様々な
処理を適宜追加してもよいことはもちろんである。例え
ば、各ゲート電極(32a、32b及び32c)及びそ
の上に形成された各シリコン酸化膜(34a、34b及
び34c)の側面に、別のシリコン酸化膜(SiO2
又はシリコン窒化膜(SiN)を付着させてサイドウォ
ールスペーサを形成し、その後、各ソース/ドレイン領
域へより高濃度の不純物注入を行うことで、ライトリー
・ドープト・ドレイン(LDD)構造とすることへの発
展が考えられる。
Further, in the above-described embodiment, the case where the source / drain regions having a relatively low concentration are formed has been described. However, in the subsequent steps, various processes well known to those skilled in the art may be appropriately added. The good thing is, of course. For example, another silicon oxide film (SiO 2 ) is formed on the side surface of each gate electrode (32a, 32b and 32c) and each silicon oxide film (34a, 34b and 34c) formed thereon.
Alternatively, a sidewall spacer is formed by depositing a silicon nitride film (SiN), and then a higher concentration impurity is implanted into each source / drain region to form a lightly doped drain (LDD) structure. It is thought that the development to.

【0048】また、上述した実施例の変形例として、各
ゲート電極(32a、32b及び32c)を構成するp
型ポリシリコン層の上部に相対的に低抵抗の導電物質
(例えば、タングステン(W)とシリコン(Si)から
なるシリサイド化合物、チタン(Ti)とシリコン(S
i)からなるシリサイド化合物)を堆積させた構造を採
用することも可能である。かかる構造とすることによ
り、ゲート電極全体の抵抗が下がるので、消費電力の低
減化及び動作速度の向上を図ることができる。
As a modification of the above-described embodiment, the p-type gate electrodes (32a, 32b and 32c)
A relatively low-resistance conductive material (for example, a silicide compound composed of tungsten (W) and silicon (Si), titanium (Ti) and silicon (S)
It is also possible to adopt a structure in which a silicide compound (i)) is deposited. With such a structure, the resistance of the entire gate electrode is reduced, so that power consumption can be reduced and operation speed can be improved.

【0049】さらに、上述した実施例ではゲート絶縁膜
としてシリコン酸化膜を用いた場合について説明した
が、ゲート絶縁膜をシリコン酸化膜以外の材料で形成す
るようにしてもよい。特に、p型ゲート中のボロン
(B)がゲート絶縁膜を通して基板中に拡散することを
防止するために、シリコン窒化膜(SiN)やシリコン
酸窒化膜(SiON)等を用いるのが好ましい。この場
合、当該材料で形成されるゲート絶縁膜の厚さは、前述
したようにシリコン酸化膜に換算して1.5nm〜10
nmの間の範囲で選定され、また、シリコン酸化膜に対
する換算膜厚は、当該材料の膜厚×シリコン酸化膜の比
誘電率/当該材料の比誘電率、で表される。
Further, in the above embodiment, the case where the silicon oxide film is used as the gate insulating film has been described, but the gate insulating film may be formed of a material other than the silicon oxide film. In particular, in order to prevent boron (B) in the p-type gate from diffusing into the substrate through the gate insulating film, it is preferable to use a silicon nitride film (SiN), a silicon oxynitride film (SiON), or the like. In this case, the thickness of the gate insulating film formed of the material is 1.5 nm to 10 nm in terms of a silicon oxide film as described above.
The thickness is selected in the range between nm and the converted film thickness with respect to the silicon oxide film is represented by (film thickness of the material × relative permittivity of the silicon oxide film / relative permittivity of the material).

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、用
いられている全てのMOSトランジスタのゲート電極を
p型とすることにより、全体の製造工程の増加を殆ど招
くことなく、所望のしきい値電圧の実現のために必要と
される基板濃度の高濃度化を適正に抑制することができ
る。これによって、リテンション特性の悪化を防止する
ことが可能となる。
As described above, according to the present invention, since the gate electrodes of all the MOS transistors used are of the p-type, it is possible to achieve the desired operation without substantially increasing the entire manufacturing process. It is possible to appropriately suppress the increase in the substrate concentration required for realizing the threshold voltage. This makes it possible to prevent the retention characteristics from deteriorating.

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

【図1】本発明の一実施形態に係るダイナミック型半導
体記憶装置における要部(トランジスタ)の構成を模式
的に示した断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a main part (transistor) in a dynamic semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係るダイナミック型半導
体記憶装置の全体構成を概略的に示したブロック図であ
る。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a dynamic semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention.

【図3】図1に示される各トランジスタの製造工程を示
す断面図(その1)である。
FIG. 3 is a cross-sectional view (part 1) illustrating a process for manufacturing each transistor illustrated in FIG. 1;

【図4】図1に示される各トランジスタの製造工程を示
す断面図(その2)である。
FIG. 4 is a sectional view (part 2) illustrating a process for manufacturing each transistor illustrated in FIG. 1;

【図5】図1に示される各トランジスタの製造工程を示
す断面図(その3)である。
FIG. 5 is a sectional view (3) showing a step of manufacturing each transistor shown in FIG. 1;

【図6】図1に示される各トランジスタの製造工程を示
す断面図(その4)である。
FIG. 6 is a sectional view (part 4) showing a step of manufacturing each transistor shown in FIG. 1;

【図7】図1に示される各トランジスタの製造工程を示
す断面図(その5)である。
FIG. 7 is a cross-sectional view (No. 5) showing a step of manufacturing each transistor shown in FIG. 1;

【図8】ゲート絶縁膜の厚さと基板濃度の関係を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a thickness of a gate insulating film and a substrate concentration.

【図9】チャネル長に対するしきい値電圧の基板バイア
ス依存性を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a substrate bias dependence of a threshold voltage with respect to a channel length.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Qa…メモリセルのnMOSトランジスタ Qb…周辺回路のnMOSトランジスタ Qc…周辺回路のpMOSトランジスタ 12…素子分離のためのフィールド絶縁膜(酸化膜) 26…n型チャネル領域(埋め込みチャネル) 30a,30b,30c…ゲート絶縁膜 32a,32b,32c…p型ゲート電極 38a,38b…n型ソース領域 38c…p型ソース領域 40a,40b…n型ドレイン領域 40c…p型ドレイン領域 Qa: nMOS transistor of memory cell Qb: nMOS transistor of peripheral circuit Qc: pMOS transistor of peripheral circuit 12: field insulating film (oxide film) for element isolation 26: n-type channel region (buried channel) 30a, 30b, 30c ... gate insulating films 32a, 32b, 32c ... p-type gate electrodes 38a, 38b ... n-type source regions 38c ... p-type source regions 40a, 40b ... n-type drain regions 40c ... p-type drain regions

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電荷蓄積用のキャパシタ及び電荷転送用
のnチャネルMISトランジスタを有するメモリセル
と、該メモリセルの動作を制御するためのnチャネルM
ISトランジスタ及びpチャネルMISトランジスタを
有する周辺回路とを備えたダイナミック型半導体記憶装
置において、 前記メモリセルのnチャネルMISトランジスタのゲー
ト電極がp型ポリシリコンで形成され、前記周辺回路の
nチャネルMISトランジスタ及びpチャネルMISト
ランジスタの各ゲート電極もp型ポリシリコンで形成さ
れていることを特徴とするダイナミック型半導体記憶装
置。
1. A memory cell having a charge storage capacitor and a charge transfer n-channel MIS transistor, and an n-channel transistor for controlling the operation of the memory cell.
A dynamic semiconductor memory device having a peripheral circuit having an IS transistor and a p-channel MIS transistor, wherein a gate electrode of an n-channel MIS transistor of the memory cell is formed of p-type polysilicon, and an n-channel MIS transistor of the peripheral circuit is provided. And a gate electrode of the p-channel MIS transistor is also formed of p-type polysilicon.
【請求項2】 請求項1に記載のダイナミック型半導体
記憶装置において、前記メモリセルのnチャネルMIS
トランジスタ及び前記周辺回路のnチャネルMISトラ
ンジスタ及びpチャネルMISトランジスタの各々のゲ
ート絶縁膜の厚さが、1.5nmと10nmの間の範囲
で選定されていることを特徴とするダイナミック型半導
体記憶装置。
2. The dynamic semiconductor memory device according to claim 1, wherein said memory cell has an n-channel MIS.
A dynamic semiconductor memory device, wherein the thickness of the gate insulating film of each of the transistor and the n-channel MIS transistor and the p-channel MIS transistor of the peripheral circuit is selected in a range between 1.5 nm and 10 nm. .
【請求項3】 請求項2に記載のダイナミック型半導体
記憶装置において、前記各々のトランジスタのゲート絶
縁膜の厚さが、好適には3nmと7nmの間の範囲で選
定されていることを特徴とするダイナミック型半導体記
憶装置。
3. The dynamic semiconductor memory device according to claim 2, wherein a thickness of a gate insulating film of each of said transistors is preferably selected in a range between 3 nm and 7 nm. Dynamic semiconductor memory device.
【請求項4】 請求項3に記載のダイナミック型半導体
記憶装置において、前記メモリセルのnチャネルMIS
トランジスタのチャネル領域は表面チャネルの形態で形
成され、前記周辺回路のnチャネルMISトランジスタ
のチャネル領域は埋め込みチャネルの形態で形成され、
前記周辺回路のpチャネルMISトランジスタのチャネ
ル領域は表面チャネルの形態で形成されていることを特
徴とするダイナミック型半導体記憶装置。
4. The dynamic semiconductor memory device according to claim 3, wherein said memory cell has an n-channel MIS.
The channel region of the transistor is formed in the form of a surface channel, the channel region of the n-channel MIS transistor of the peripheral circuit is formed in the form of a buried channel,
A dynamic semiconductor memory device, wherein a channel region of a p-channel MIS transistor of the peripheral circuit is formed in the form of a surface channel.
【請求項5】 請求項3に記載のダイナミック型半導体
記憶装置において、前記メモリセルのnチャネルMIS
トランジスタ及び前記周辺回路のnチャネルMISトラ
ンジスタ及びpチャネルMISトランジスタの各々のゲ
ート電極が、p型ポリシリコン層の上部に相対的に低抵
抗の導電物質を堆積させた構造を有することを特徴とす
るダイナミック型半導体記憶装置。
5. The dynamic semiconductor memory device according to claim 3, wherein an n-channel MIS of said memory cell is provided.
The gate electrode of each of the transistor and the n-channel MIS transistor and the p-channel MIS transistor of the peripheral circuit has a structure in which a relatively low-resistance conductive material is deposited on the p-type polysilicon layer. Dynamic type semiconductor memory device.
【請求項6】 請求項5に記載のダイナミック型半導体
記憶装置において、前記相対的に低抵抗の導電物質は、
タングステンとシリコンからなるシリサイド化合物であ
ることを特徴とするダイナミック型半導体記憶装置。
6. The dynamic semiconductor memory device according to claim 5, wherein said conductive material having a relatively low resistance is:
A dynamic semiconductor memory device comprising a silicide compound comprising tungsten and silicon.
【請求項7】 請求項5に記載のダイナミック型半導体
記憶装置において、前記相対的に低抵抗の導電物質は、
チタンとシリコンからなるシリサイド化合物であること
を特徴とするダイナミック型半導体記憶装置。
7. The dynamic semiconductor memory device according to claim 5, wherein said relatively low-resistance conductive material is
A dynamic semiconductor memory device comprising a silicide compound comprising titanium and silicon.
【請求項8】 請求項3に記載のダイナミック型半導体
記憶装置において、前記各々のトランジスタのゲート絶
縁膜がシリコン酸化膜で形成されていることを特徴とす
るダイナミック型半導体記憶装置。
8. The dynamic semiconductor memory device according to claim 3, wherein a gate insulating film of each of said transistors is formed of a silicon oxide film.
【請求項9】 請求項3に記載のダイナミック型半導体
記憶装置において、前記各々のトランジスタのゲート絶
縁膜がシリコン酸化膜以外の材料で形成されている場合
に、当該材料のシリコン酸化膜換算膜厚は、当該材料の
膜厚×シリコン酸化膜の比誘電率/当該材料の比誘電
率、で表されることを特徴とするダイナミック型半導体
記憶装置。
9. The dynamic semiconductor memory device according to claim 3, wherein when the gate insulating film of each of said transistors is formed of a material other than a silicon oxide film, the equivalent silicon oxide film thickness of said material is used. Is represented by (film thickness of the material × relative permittivity of the silicon oxide film / relative permittivity of the material).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005515638A (en) * 2002-01-15 2005-05-26 インフィネオン テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフト Nonvolatile two-transistor semiconductor memory cell and manufacturing method thereof
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