JPS5856266B2 - MOS memory - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はMOSメモリ・セルに関するものであり、特に
蓄積容量を大きくしたNチャンネルシリコンゲートMO
8RAMセルに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a MOS memory cell, and in particular to an N-channel silicon gate MO with increased storage capacity.
8 RAM cells.
単一トランジスタ型の半導体メモリセルはNチャネルシ
リコソゲ−1MO8RAM装置に広く用いられ、それは
エヌ、キタガワに1975年9月30日付で公布された
米国特許A 3,909,631と、シーケークオ(C
−KKuo)による1976年1月19日米国出願の出
願番号第648,594号、キタガワとマクアレクサン
ダ(McAl exander )により1976年5
月3日米国出願された出願番号第682,687号、ホ
ワイト(White)とマクアダ弘ス(McAdams
)とレッドワイン(Redwine)により1976年
6月1日米国出願の出願番号第691.735号に述べ
られている。Single-transistor type semiconductor memory cells are widely used in N-channel silico-1 MO8 RAM devices and are disclosed in U.S. Pat.
No. 648,594, filed January 19, 1976 by Kitagawa and McAl
U.S. Application No. 682,687, filed May 3, White and McAdams.
) and Redwine, U.S. Application No. 691.735, filed June 1, 1976.
尚これらの発明はすべてテキサスイソスツルメント社に
権利譲渡されている。The rights to all of these inventions have been assigned to Texas Iso Instruments.
またエレクトロニクス誌(米国)の1973年9月13
日発行の116頁から121頁と1976年2月19日
発行の116頁から121頁と1976年5月13日発
行の81頁から86頁にも述べられている。Also, Electronics Magazine (USA) September 13, 1973
It is also stated on pages 116 to 121 of the Japanese issue, pages 116 to 121 of the February 19, 1976 issue, and pages 81 to 86 of the May 13, 1976 issue.
この型で最も広く製造された装置は4096ビツト即ち
212ビツトを含み、「4KRAMJと業界で言わnて
いるが、極く最近では16384ビツトの16KRAM
が製造されつつある。The most widely manufactured devices of this type contain 4096 bits or 212 bits and are referred to in the industry as 4KRAMJs, but most recently have been called 16KRAMJs with 16384 bits.
is being manufactured.
半導体装置の製造原価は、シリコンの小チツプ内の実際
の回路をつくる費用よりもむしろ、ボンディング、パッ
ケージングミ検査、中間取扱等にその費用の大部分が費
やされているのが現状である。Currently, most of the manufacturing costs of semiconductor devices are spent on bonding, packaging inspection, intermediate handling, etc., rather than the cost of creating the actual circuitry inside the small silicon chip. .
したがって所定の大きさのチップ、例えば30,000
平方ミル(0,762m4)のチップ、内に含むことが
できる回路はどんなものでも概ね同じ原価になるだろう
。Therefore, for a given size chip, e.g. 30,000
Any circuit that can be contained within a square mil (0,762 m4) chip will cost about the same.
もし適当な歩留まりが得られるならば、1チツプに16
にビット即ち16384(2”)個のメモリセルをつく
る方が4にビットの装置に比較してはるかにビット当り
の原価を安くすることができる。If a suitable yield can be obtained, 16
The cost per bit can be much lower by manufacturing 16,384 (2") bits of memory cells than by creating a 4-bit device.
しかし1チツプの大きさが増すにつれ歩留まりが減るの
で、−辺約180ミル(4,572mvt)以上の大き
さでは歩留まりの減少の方がより大きな問題となる。However, as the size of a chip increases, the yield decreases, so for sizes larger than approximately 180 mils (4,572 mvt) on the minus side, the decrease in yield becomes a greater problem.
したがってRAMの各ビット即ちセルの占める面積を減
らすことが望ましい。Therefore, it is desirable to reduce the area occupied by each bit or cell of the RAM.
MO8集積回路の単一トランジスタ型セルはシリコン酸
化膜誘電体を有する蓄積コンデンサ型を採用するが、そ
れはジャックニスキルビイ(JackS、K11by)
の発明でテキサスインスツルメント社に権利譲渡された
米国特許A3,350,760(1967年11月7日
発行)に述べられている。The single-transistor type cell of the MO8 integrated circuit employs a storage capacitor type with a silicon oxide dielectric, which was developed by Jack Niskillby (JackS, K11by).
The invention is described in U.S. Pat. No. 3,350,760 (issued November 7, 1967), assigned to Texas Instruments Corporation.
これらはいわゆるゲート型、即ち電圧依存性があり、ゲ
ートの下にイオン打込み領域を有することができ、それ
はゼラルド・ディー・ロガーズ(Gerald D、
Rogers)による1975年12月29日米国出願
の出願番号第645,171号又はシーダー・クオ(C
−KKuo)による1976年9月13日米国出願の出
願番号第722,841号(両方ともテキサスインスツ
ルメント社に権利譲渡されている)に述べられている。These are so-called gate-type, i.e. voltage-dependent, and can have an ion implantation region under the gate, as described by Gerald D.
No. 645,171, filed December 29, 1975 by Cedar Kuo (C.
No. 722,841, filed September 13, 1976, by (Kuo), both assigned to Texas Instruments Corporation.
単一トランジスタ型セルの蓄積コンデンサの大きさはリ
フレッシュサイクル間の時間が長いように、またセルを
アクセスしたときにピッ)Mに良好な信号が発生するよ
うに大きくなければならない。The size of the storage capacitor for a single transistor cell must be large so that the time between refresh cycles is long and a good signal is generated at the pins when the cell is accessed.
128X128又は256X256のような大きいアレ
イではビット線が長くて静電容量が大きく、ビット線の
静電容量に対する蓄積静電容量の比が減るので、信号振
幅を減らす傾向にある。Larger arrays such as 128x128 or 256x256 have longer bit lines and higher capacitance, which tends to reduce signal amplitude because the ratio of storage capacitance to bit line capacitance is reduced.
また大きいアレイではセル面積が小さくなるので静電容
量が小さくなる。Also, in larger arrays, the cell area is smaller, so the capacitance is smaller.
酸化膜誘電体の厚さを減らすことにより静電容量を増す
ことができるが、歩留まりが悪くなる。Capacitance can be increased by reducing the thickness of the oxide dielectric, but yield is reduced.
単一トランジスタセルを用いるダイナミックRAMでは
蓄積コンデンサの信頼性が重要である。Storage capacitor reliability is important in dynamic RAMs that use single transistor cells.
というのはコンデンサはチップの全酸化薄膜面積の主要
部分を構成するからである。This is because the capacitor constitutes a major portion of the total oxide area of the chip.
一般的に、装置の信頼性と歩留まりは共に薄膜が占める
チップ面積と逆の関係にある。Generally, both device reliability and yield are inversely related to the chip area occupied by the thin film.
コンデンサ誘電体領域はトランジスタのゲート領域より
も重要である。The capacitor dielectric area is more important than the transistor gate area.
なぜならばそれはより大きくて高い電界歪下にあるから
である。This is because it is under larger and higher electric field distortion.
NチャネルMOSダイナミックRAM装置に関する寿命
試験データによれば、信頼性に関する欠陥のうち80〜
90%は蓄積コンデンサの酸化膜欠陥のせいである。According to lifetime test data on N-channel MOS dynamic RAM devices, 80 to 80% of reliability defects
90% is due to oxide defects in the storage capacitor.
コンデンサの面積を増すことにより、所定の蓄積電荷に
おける蓄積コンデンサ誘電体内の電界強度が減少し、信
頼性が増す。Increasing the area of the capacitor reduces the electric field strength within the storage capacitor dielectric for a given stored charge, increasing reliability.
或いは、電界強度を減らすことに(より、酸化膜をより
薄くしてそれにより単位面積描りの静電容量を増し、全
体としては酸化薄膜面積が減少するようにしてもよい。Alternatively, the electric field strength may be reduced (by making the oxide film thinner, thereby increasing the capacitance per unit area and reducing the overall oxide film area).
本発明の目的は、絶縁ゲート型トランジスタと蓄積容量
素子とを含む複数のメモリセルを有するMOSメモリに
おいて、改良された蓄積容量素子を有すると共に集積度
の高いMOSメモリを提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a MOS memory having a plurality of memory cells including an insulated gate transistor and a storage capacitor, which has an improved storage capacitor and is highly integrated.
本発明の一実施例によれば、2層の多結晶シリコン間の
層間静電容量を用いるNチャネルシリコンゲートMOS
メモリセル用の改良された蓄積コデンサが提供される。According to one embodiment of the present invention, an N-channel silicon gate MOS using interlayer capacitance between two layers of polycrystalline silicon
An improved storage capacitor for a memory cell is provided.
第」層は1つの行のすべてのセルについての蓄積コンデ
ンサの中間電極を供給し、この電極の下に好ましくはこ
の領域を反転させるのに必要な電圧を低くする役目をす
るイオン打込み領域を設ける。The 'th' layer provides the intermediate electrode of the storage capacitor for all cells of a row, and below this electrode is preferably provided an ion implantation region which serves to lower the voltage required to invert this region. .
この第1層は低い電圧のバイアス電圧源又は接地電位に
接続する。This first layer is connected to a low voltage bias voltage source or ground potential.
第2層の多結晶シリコンはアクセス装置として働らくM
OSトランジスタのゲートとなり、またゲートから ア
ドレス線として用いられる上部に設けられた金属ストリ
ップへ接続をなす。The second layer of polycrystalline silicon acts as an access device.
It becomes the gate of the OS transistor and also makes a connection from the gate to a metal strip on top that is used as an address line.
本発明によれば第1層と第2層のポリシリコンは薄い誘
電体により互いに分離しているので、第2層のポリシリ
コンはコンデンサ構造の上部電極でもある。According to the invention, the first and second layers of polysilicon are separated from each other by a thin dielectric, so that the second layer of polysilicon is also the top electrode of the capacitor structure.
第2層のポリシリコンはトランジスタとコンデンサ間の
N十領域でMOSトランジスタのドレーンと接触する。The second layer of polysilicon contacts the drain of the MOS transistor in the N0 region between the transistor and the capacitor.
打込み領域は第1層のポリシリコンの端を越えてMOS
トランジスタの方へ延長し、低インピーダンス路を確保
する。The implant area extends beyond the edge of the first layer of polysilicon to the MOS
Extend towards the transistor to ensure a low impedance path.
さらに本発明においては、蓄積容量素子の容量。Furthermore, in the present invention, the capacitance of the storage capacitor element.
をその占有面積に比して増大せしめるため蓄積容量素子
を多層構造にすると共に、それを形成する各電極を凹形
形状とする。In order to increase the storage capacitance element relative to its occupied area, the storage capacitor element has a multilayer structure, and each electrode forming the element has a concave shape.
本発明の特色と考えられる新規な主要点は特許請求の範
囲の項に記載しである。The principal features of novelty which are considered to be characteristic of the invention are set forth in the claims.
しかし発明それ自身と発明の他の特徴及び利点は図面と
共に以下の特定の実施例についての詳細な説明により明
らかにする。However, the invention itself, as well as other features and advantages of the invention, will become clearer from the following detailed description of specific embodiments taken in conjunction with the drawings.
本発明によるMOS RAMセルを構成する蓄積容量素
子はその占有面積に比して容量を増加させるため第6a
図、第6b図に示されるように凹形状の多層構造となっ
ている。The storage capacitance element constituting the MOS RAM cell according to the present invention has the sixth a.
As shown in Fig. 6b, it has a concave multilayer structure.
しかしながら理解を容易にするため、蓄積容量素子を平
面状に形成したものについて第1図乃至第4図を参照し
て説明する。However, for ease of understanding, a planar storage capacitor element will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
これら図面に示されるものは、蓄積容量素子の形状を除
いては実質的に第5図乃至第6b図の示される本発明の
実施例と同様である。What is shown in these figures is substantially similar to the embodiment of the invention shown in FIGS. 5-6b, except for the shape of the storage capacitor element.
第1図にはMOSメモリを構成するMOS RAMセル
の物理的な割付けが示されている。FIG. 1 shows the physical allocation of MOS RAM cells making up a MOS memory.
セルはトランスファ装置又はアクセス装置として働ら<
N −チャネルMO8)ランジスタ10と蓄積コンデン
サ11とを含み、その回路は第2図の電気回路図で示さ
れている。The cell acts as a transfer device or an access device.
N-channel MO8) includes a transistor 10 and a storage capacitor 11, the circuit of which is shown in the electrical diagram of FIG.
センス線12はN十拡散領域によりできており、これは
1つの行中の数多くのセルと接続するY線のうちの1本
である。Sense line 12 is made up of N1 diffusion regions and is one of the Y lines that connect to a number of cells in a row.
例えば、1行中に128個又は256個のセルがあり、
各セルはセンス線12に接続するトランジスタ10とコ
ンデンサ11とを有する。For example, if there are 128 or 256 cells in one row,
Each cell has a transistor 10 and a capacitor 11 connected to a sense line 12.
1976年6月1日出願のホワイトとキタガワによる米
国特許出願第691,734号、又はキタガワとマクア
レクサンダによる1976年5月3日出願の米国特許出
願第682,687号、又はホトイトとマクアダムスと
レッドワインによる1976年6月1日出願の米国特許
出願第691,735号(すべてテキサスインスツルメ
ント社に権利議渡された)に示されている型の読取り増
幅器を設ける場合は各行線節ちセンス線の中心に設けら
れるであろう。U.S. Patent Application No. 691,734 to White and Kitagawa filed June 1, 1976, or U.S. Patent Application No. 682,687 to Kitagawa and McAlexander, filed May 3, 1976, or Hotoito and McAdams and If a read amplifier of the type shown in Redwine, U.S. patent application Ser. It will be placed in the center of the sense line.
金属ストリップ13は第1図で水平方向(X方向)に延
びるアドレス線即ち列選択線をなし、この線は1列中の
すべてのトランジスタ、例えば16KRAMでは128
個、のすべてのゲートに接続する。The metal strip 13 forms an address line or column selection line extending in the horizontal direction (X direction) in FIG.
pcs, connect to all gates.
第1図のセルが占める面積は約1/2平方ミル(0,0
00322平方ミリ)にすぎない。The area occupied by the cell in Figure 1 is approximately 1/2 square mil (0,0
00,322 square millimeters).
第1図の他の第3a図と第3b図に最も良く示すように
、各MOSトランジスタ10はソース(又はドレーン)
を形成するN十拡散領域14を含み。As best shown in FIGS. 3a and 3b, each MOS transistor 10 has a source (or drain)
including an N+ diffusion region 14 forming a.
N十領域14はセンス線12の一部であり、センス線1
2は第1図で上下方向(Y方向)に延びる長い連続的な
拡散N+モウト領域である。The N0 region 14 is a part of the sense line 12, and the sense line 1
2 is a long continuous diffused N+ moat region extending in the vertical direction (Y direction) in FIG.
更にトランジスタ10は後述するように第2層の多結晶
シリコンによりつくられるゲート15を含む。Transistor 10 further includes a gate 15 made of a second layer of polycrystalline silicon, as described below.
モウト内の他方のN十領域はゲート15とコンデンサ1
1間のMOSトランジスタのドレーン(又はソース)1
6となり、またコンデンサの上部との接続をなす。The other N0 area in the moat is gate 15 and capacitor 1.
The drain (or source) of the MOS transistor between 1 and 1
6 and also connects to the top of the capacitor.
シリコン酸化薄膜層18はMOSトランジスタ10のゲ
ート絶縁膜として働らき、別の酸化薄膜19はコンデン
サ11の下部誘電体をなす。The silicon oxide thin film layer 18 serves as a gate insulating film for the MOS transistor 10, and another thin oxide film 19 forms the lower dielectric of the capacitor 11.
酸化膜層18と19は異なる製造工程で形成されるので
異なる厚さを有する。Oxide layers 18 and 19 are formed in different manufacturing processes and therefore have different thicknesses.
コンデンサ11の中間電極は電源電圧vxに接続した長
いストリップ20である第1層の多結晶シリコンにより
できている。The intermediate electrode of the capacitor 11 is made of a first layer of polycrystalline silicon, a long strip 20 connected to the supply voltage vx.
後述するように、vXはVddのような高い電圧で良い
が、もつと低い電圧の方か好ましく、好ましい実施例で
はVxはVss又は接地電位である。As will be described later, vX may be a high voltage such as Vdd, but a lower voltage is preferred, and in a preferred embodiment Vx is Vss or ground potential.
シリコン酸化膜層24により第1層のポリシリコン20
と第2層のポリシリコン20と第2層のポリシリコン2
1が分離さへ第2層のポリシリコン21は本発明による
多層コンデンサ11の上部電極である。The first layer of polysilicon 20 is formed by the silicon oxide film layer 24.
and second layer polysilicon 20 and second layer polysilicon 2
The second layer of polysilicon 21 from which 1 is separated is the upper electrode of the multilayer capacitor 11 according to the invention.
厚いシリコン酸化膜層22がチップ全体及びポリシリコ
ン層とトランジスタをおおう。A thick silicon oxide layer 22 covers the entire chip and the polysilicon layer and transistors.
第3b図に見られるように、列アドレス線を形成する金
属ストリップ13が層22の上にあり、下に延長して接
触領域23で第2層のポリシリコンのゲート15と接触
する。As seen in FIG. 3b, metal strips 13 forming column address lines are overlying layer 22 and extend downward to contact the gates 15 of the second layer of polysilicon at contact areas 23.
本発明の重要な特徴はコンデンサ11が第1層のポリシ
リコン層20と第2層のポリシリコン層21間の静電容
量を利用することである。An important feature of the invention is that capacitor 11 utilizes the capacitance between the first polysilicon layer 20 and the second polysilicon layer 21.
したがって本発明によればコンデンサは3つの要素を含
む、即ち第1層のポリシリコン20の下でシリコン内に
形成された丁部電極の機能をもつ反転領域1γと基板3
0間の接合容量11aと、反転領域1γと行の一端でV
Xに接続して領域11を反転させる第1層のポリシリコ
ン線20間のMO8容量11bと、層間容量11cとで
ある。According to the invention, therefore, the capacitor comprises three elements: an inversion region 1γ formed in the silicon below the first layer of polysilicon 20 and functioning as a tip electrode;
Junction capacitance 11a between 0 and inversion region 1γ and V at one end of the row
They are an MO8 capacitor 11b between the first layer polysilicon lines 20 connected to X and inverting the region 11, and an interlayer capacitor 11c.
静電容量の合計値は同じ寸法の従来のセルの約2倍であ
る。The total capacitance is approximately twice that of a conventional cell of the same size.
蓄積容量11はリフレッシュサイクル間の期間を長くシ
、マたセルがセンス線に大きい「レベル」を書込むこと
ができるようにできるだけ大きい値をとらなければなら
ない。The storage capacitor 11 must be as large as possible to allow a long period between refresh cycles and allow the cell to write a large "level" to the sense line.
即ち典型的にこのレベルは数百ミリボルトにすぎず、行
当り128個又は256個のセルを有する大きいアレイ
をつくる場合にはもつと小さい。Thus, typically this level is only a few hundred millivolts, which is even smaller when making large arrays with 128 or 256 cells per row.
センス線に書込む電圧は蓄積コンデンサ11のビット線
に対する静電容量の比に概ね比例する。The voltage written to the sense line is approximately proportional to the ratio of the capacitance of storage capacitor 11 to the bit line.
容量11bは酸化膜の厚さに反比例し、面積に直接比例
するが、共に歩留まりとバーの寸法基準にとって夫々有
害であり、特に128X128ビツト又は256X25
6ビツト又はそれ以上のビット数のアレイをつくるとき
に有害である。Capacitance 11b is inversely proportional to oxide thickness and directly proportional to area, both of which are detrimental to yield and bar size standards, respectively, especially for 128x128 bits or 256x25
This is harmful when creating arrays of 6 bits or more.
酸化膜層19の厚さはシーダー・クオによる1976年
9月13日出願された米国特許出願第722.841号
(テキサスインスツルメント社に棉冴u議渡されている
)に記載の如くもつと薄くすることができる、その出願
明細書によれば線20にかける電圧はVddより低く、
即ち5〜7ボルトであり、したがって酸化膜層19に加
わる電界歪が低くなり、所定の面積と厚さに対して歩留
まりをより良くすることが可能となる。The thickness of the oxide layer 19 is as described in U.S. patent application Ser. According to the application, the voltage applied to line 20 is less than Vdd;
That is, it is 5 to 7 volts, and therefore the electric field strain applied to the oxide film layer 19 is low, making it possible to improve the yield for a given area and thickness.
この目的のために、領域1γにはリン打込みを行なうの
で、非常に低い電圧で反転する、即ちそのしきい値が減
少する。For this purpose, the region 1γ is implanted with phosphorus so that it is inverted at very low voltages, ie its threshold value is reduced.
最初の材料と打込みを適当に選ぶことにより、第1層の
ポリシリコン20に加える電圧を実際にrOJレベル即
ち接地電位にすることができる。By choosing the initial materials and implants appropriately, the voltage applied to the first layer of polysilicon 20 can actually be brought to the rOJ level or ground potential.
これらの利点に加えて本発明により静電容量を更に増加
させることができる。In addition to these advantages, the present invention allows for further increases in capacitance.
次に第1図−第3図のセルの製造方法を第4a図−第4
b図を参照して説明する。Next, the manufacturing method of the cells shown in Figs. 1 to 3 will be explained in Figs. 4a to 4.
This will be explained with reference to figure b.
最初の材料は単結晶シリコンスライスであり、直径約3
インチ(76,2mm)で厚さ20ミル(0,508m
m)でホウ素をドーピングして約6〜8Ω−動抵抗率に
した半導体シリコンである。The first material is a single crystal silicon slice, approximately 3 in diameter.
inches (76,2 mm) and 20 mils (0,508 m) thick.
m) is a semiconductor silicon doped with boron to give a dynamic resistivity of about 6 to 8 Ω.
第4a図にはシリコンスライスの極めて小さいバー30
のみを示し、わかりやすく図示するために縦横の寸法比
は実物とは異なる。FIG. 4a shows a very small bar 30 of silicon slices.
In order to make the illustration easier to understand, the vertical and horizontal dimension ratios are different from those of the actual product.
第4a図−第4e図に示されたバー30の小部分は1個
のセルを含み、この部分の幅は1ミル(25,4ミクロ
ン)以下である。The small portion of bar 30 shown in FIGS. 4a-4e includes one cell and is less than 1 mil (25.4 microns) wide.
16に即チ16.384個のセルとセンスアンプとデコ
ード回路と入出力バッファボンデングパッド等により占
める面積は好ましくは30,000ミル平方(0,76
2關平方)以fであろう。The area occupied by 16.384 cells, sense amplifiers, decoding circuits, input/output buffer bonding pads, etc. is preferably 30,000 mils square (0.76
2 關square) would be f.
256X256ビツト即ち65,536ビツトのアレイ
は約60,000平方ミル(1,524m4)以下のバ
ーの上につくるべきである。A 256 x 256 bit or 65,536 bit array should be built on a bar no larger than about 60,000 square mils (1,524 square meters).
この場合セル当りの面積は1ミル(25,4ミクロン)
平方よりもずっと小さくすべきであり、約1/2ミル(
12,7ミクロン)平方であることが好ましい。In this case, the area per cell is 1 mil (25.4 microns)
It should be much smaller than a square, about 1/2 mil (
12.7 microns) square.
実寸では、第4a図−第4e図の各種の層と領域は幅の
寸法に比べて非常に薄くなろう。In actual size, the various layers and regions of Figures 4a-4e would be very thin compared to the width dimension.
最初ンこシリコンスライスを酸化雰囲気中で約1000
℃で約100OAの厚さのシリコン酸化薄膜31をつく
るのに充分な時間炉に入れて酸化する。First, the silicon slices were heated for about 1,000 mL in an oxidizing atmosphere.
℃ for a time sufficient to form a silicon oxide thin film 31 with a thickness of about 100 OA.
KMER即ちコダック金属エッチレジストのようなホト
レジスト被覆32を酸化膜に加える。A photoresist coating 32, such as KMER or Kodak metal etch resist, is applied to the oxide film.
層32に反転コンデンサ領域11の所望のパターンを定
めるために用意したマスクを通して紫外線を照射する。The layer 32 is exposed to ultraviolet light through a mask provided to define the desired pattern of inversion capacitor regions 11 .
ホトレジスト32を現像して第4a図に見えるような窓
領域33をつくる。The photoresist 32 is developed to create window areas 33 as seen in Figure 4a.
リンを約5X 1012−5X 1013の濃度で10
0KeVで打込み、各セルにリンのドーピング領域34
をつくる。10 at a concentration of approximately 5X 1012-5X 1013
Implanted at 0 KeV, each cell has a phosphorous doping region 34.
Create.
この領域は後でコンデンサの半導体領域11となる。This region will later become the semiconductor region 11 of the capacitor.
酸化膜層31はシリコン表面を保護し打込み領域からの
拡散を阻止するから適所に残す。Oxide layer 31 is left in place to protect the silicon surface and prevent diffusion from the implant area.
それからrfプラズマ放電装置中でシランとアンモニア
の雰囲気にスライスを露出することにより約1000人
の窒化シリコンS l 3 N4の層を酸化膜に加え、
それから別のホトレジスト被覆36を加えてモウト領域
となる部分を定めるようにパターン化する。Then add a layer of approximately 1000 silicon nitride Sl3N4 to the oxide film by exposing the slice to an atmosphere of silane and ammonia in an RF plasma discharge device;
Another photoresist coating 36 is then applied and patterned to define what will become the moat area.
この様子を第4b図に示す。This situation is shown in FIG. 4b.
次にスライスをプラズマエツチング技術のような選択エ
ツチングを用いて窒化シリコンを除去するがホトレジス
ト被覆36シリコン酸化膜31は残すように処理する。The slices are then processed using selective etching, such as a plasma etching technique, to remove the silicon nitride but leave the photoresist coating 36 and the silicon oxide film 31.
次にスライスをイオン打込み工程にかけて、約100K
eVのビームにより約4×1012原子/dの添加量で
ホウ素を打込んでホトレジスト被覆36と窒化膜35に
よりマスクされてない領域に浅いP十領域3γをつくる
。Next, the slice is subjected to an ion implantation process at approximately 100K.
Boron is implanted at a dosage of approximately 4.times.10@12 atoms/d using an eV beam to form a shallow P.sub.1 region 3.gamma. in a region not masked by the photoresist coating 36 and the nitride film 35.
次にスライスをジーアールモハンラオによる出願中の米
国出願第648,595号に述べられているように10
00℃の窒素アニーリングにかける。The slices were then sliced for 10 minutes as described in co-pending US Application No. 648,595 by G.R.
Subjected to nitrogen annealing at 00°C.
それからスライスを蒸気又は酸素中で900℃で長時間
酸化処理にかけて、第4C図に見られるように厚いフィ
ールド酸化膜領域38をつくり、フィールド酸化の成長
しない部分に「モウト」が形成される。The slice is then subjected to an extended oxidation treatment at 900 DEG C. in steam or oxygen to create a thick field oxide region 38, as seen in FIG. 4C, and a "mout" is formed where no field oxide grows.
すなわち窒化膜層35でマスクされた部分は前記酸化を
阻止するが、露出された領域ではシリコン表面が約50
0OAの深さ迄退却して、約10,000人の厚みの層
38が形成する。That is, the portion masked by the nitride film layer 35 prevents the oxidation, but in the exposed region the silicon surface is approximately 50%
Retreating to a depth of 0OA, a layer 38 approximately 10,000 people thick forms.
元のP十領域31は消費されるが、ホウ素が酸化面の前
方に拡散してフィールド酸化膜領域38の下金部にP十
領域39をつくる。The original P+ region 31 is consumed, but boron diffuses to the front of the oxidized surface to create a P+ region 39 in the bottom metal portion of the field oxide region 38.
これらの領域39はチャネルストップとして働らき、寄
生トランジスタができるのを防止する。These regions 39 act as channel stops and prevent the formation of parasitic transistors.
次に窒化膜層35の残りの部分を熱いリン酸エツチング
剤で除去し、酸化膜31をフッ化水素エツチング剤で除
去する。The remaining portions of nitride layer 35 are then removed with a hot phosphoric acid etchant and oxide layer 31 is removed with a hydrogen fluoride etchant.
スライスをマスクなしで熱的に酸化し全露出面に酸化薄
膜を形成し、約500人から800人の厚さに薄い誘電
体酸化膜層19をつくる。The slice is thermally oxidized without a mask to form a thin oxide film on all exposed surfaces, creating a thin dielectric oxide layer 19 approximately 500 to 800 nm thick.
反応器中でシランの分解工程を用いて多結晶シリコンを
約0.5ミクロンの厚さに全スライス上に析出させる。Polycrystalline silicon is deposited over the entire slice to a thickness of about 0.5 microns using a silane decomposition process in a reactor.
このポ」ノシリコン層をリン拡散又は打込みにかけてそ
の抵抗を低くし、それから第1層の多結晶シリコンスト
リップ20を定める。This polysilicon layer is phosphorus-diffused or implanted to lower its resistance and then a first layer of polysilicon strip 20 is defined.
ホトレジストマスキングを用いて第4c図に示すように
パターン化する。Pattern using photoresist masking as shown in Figure 4c.
この操作で用いるマスクは第1図の第1層のポリシリコ
ン線を定めるようにつくる。A mask used in this operation is made to define the polysilicon line of the first layer shown in FIG.
第3a図の蓄積サルのMOSトランジスタのドレーン領
域16との接続をなすのは前記領域11の最右端部40
であってポリシリコンの右端ではない。The rightmost end 40 of the region 11 is connected to the drain region 16 of the MOS transistor of the storage monkey in FIG. 3a.
, not the right edge of the polysilicon.
打込み領域11内の領域40がポリ層20の右端を越え
て伸びていることは重要である。It is important that region 40 within implant area 11 extends beyond the right edge of poly layer 20.
それから第4層のポリシリコンを熱的に酸化して層間誘
電体層24をつくる。The fourth layer of polysilicon is then thermally oxidized to form an interlevel dielectric layer 24.
この目的のために、スライスを1時間約900℃で酸素
にさらし約80OAから1500人の厚さの酸化膜をつ
くる。For this purpose, the slices are exposed to oxygen at about 900° C. for 1 hour to create an oxide film with a thickness of about 80 Å to 1500 Å.
MOSトランジスタ用のゲート酸化膜18をこの時に形
成するのが好ましく、前記米国出願第722.841号
によればゲート酸化膜は層19よす厚く、したがって、
コンデンサ11はより大きい値になる。Preferably, the gate oxide 18 for the MOS transistor is formed at this time, and according to the aforementioned US Pat. No. 722.841, the gate oxide is thicker than the layer 19;
Capacitor 11 will have a larger value.
次に第4d図を参照すると、スライスがホトレジスト層
41で被覆され、ポリシリコンとモウトとの接触領域4
3になるべき箇所の上方の領域42をふさぐようなマス
クを介して紫外線lこ露光する。Referring now to FIG. 4d, the slice is coated with a layer of photoresist 41 and the polysilicon-mout contact area 4
The area 42 above the area 42 where the area should become 3 is exposed to UV light through a mask that covers it.
それからホトレジストを現像して領域42に窓を形成し
、エツチングマスクとしてホトレジストを用いて酸化膜
をエツチング除去する。The photoresist is then developed to form a window in region 42, and the oxide film is etched away using the photoresist as an etch mask.
そこで第2層のポリシリコンが蒸着されると、それは前
記接触部43でシリコンと直接接触することになる。When a second layer of polysilicon is then deposited, it will be in direct contact with the silicon at the contact 43.
再びシランの分解工程を用いて、第2層の多結晶シリコ
ンを約0.5ミクロンの厚さで全スライス面に加える。Again using the silane decomposition process, a second layer of polycrystalline silicon is applied to the entire slice surface to a thickness of about 0.5 microns.
次にスライスを再びホトレジストで被覆して第2層のポ
リシリコンのパターン、即ちMOSトランジスタのゲー
ト15とコンデンサの上部層21、を定めるマスクを用
いて露光する。The slice is then coated again with photoresist and exposed using a mask that defines the pattern of the second layer of polysilicon, ie the gate 15 of the MOS transistor and the top layer 21 of the capacitor.
それから現像処理したホトレジストをマスクとして、シ
リコンを侵すがシリコン酸化膜は侵さないエツチング剤
を用いて不要のポリシリコン層をエツチングする。Then, using the developed photoresist as a mask, the unnecessary polysilicon layer is etched using an etching agent that attacks silicon but not the silicon oxide film.
それからスライスを短かいエツチング工程にかけて、シ
リコン表面の露出された領域にあるゲート酸化膜層の残
りを除去する。The slice is then subjected to a short etching step to remove the remainder of the gate oxide layer on the exposed areas of the silicon surface.
この部分が拡散N+領領域つくられるところとなる。This part is where the diffusion N+ region will be created.
次に従来技術を用いてスライスをリン拡散処理してN十
領域12と16をつくる。The slices are then phosphorus diffused using conventional techniques to create N+ regions 12 and 16.
露出されたポリシリコン層も茎たこの操作により高濃度
にドーピングされる。The exposed polysilicon layer is also heavily doped by the tipping operation.
結晶質シリコンへのこの拡散の深さは約5ooo人であ
る。The depth of this diffusion into crystalline silicon is approximately 500 nm.
ゲート酸化膜18の端がMOSトランジスタのチャネル
の端を画定するので位置整合の役をなす。Since the edge of the gate oxide film 18 defines the edge of the channel of the MOS transistor, it serves for positional matching.
N十拡散後、全スライスを酸化シリコンの厚い層22で
おおうが、それは低温蒸着処理を用いて行なうので領域
12と16にある不純物の拡散はそれ以上起こらない。After N0 diffusion, the entire slice is covered with a thick layer 22 of silicon oxide, which is done using a low temperature deposition process so that no further diffusion of impurities in regions 12 and 16 occurs.
ホトレジストを用いて厚い酸化膜被覆22を所定のパタ
ーンに形成し、接触領域23用の窓をつくる。A thick oxide coating 22 is formed in a predetermined pattern using photoresist to create windows for contact areas 23.
ついでアルミニウムの薄い層を全スライス上に蒸着しホ
トレジストを用いて所定のパターンに金属ストリップ1
3を残す。A thin layer of aluminum is then deposited over the entire slice and the metal strips 1 are formed in a predetermined pattern using photoresist.
Leave 3.
これで本質的な製造工程は完了するが、その後業界の公
知の手段に従がってスライスを保護膜で被覆し、刻みを
入れ、個々のチップに分割し、パッケージに装填する。This completes the essential manufacturing steps, after which the slices are overcoated, scored, divided into individual chips, and packaged according to methods known in the art.
図示したセルの配置と上述の製造工程を用いる場合は特
定の層についてのマスク合わせにおいて精密性がさほど
要求されない。When using the illustrated cell arrangement and the manufacturing process described above, less precision is required in mask alignment for a particular layer.
第1層のポリシリコン20を定めるマスクがコンデンサ
11を定めるモウトの端からいずれかの方向に(第1図
に示すように左方又は右方に)ずれたとしても問題には
ならない。It does not matter if the mask defining the first layer of polysilicon 20 is offset in either direction (to the left or right as shown in FIG. 1) from the edge of the moat defining capacitor 11.
第2層のポリシリコン21を定めるマスクにかなりの誤
差があっても第1層との整合に大きな狂いを生じること
はない。Even if there is a considerable error in the mask defining the second layer of polysilicon 21, there will be no major deviation in alignment with the first layer.
窓23の位置決めも金属ストリップ13を定めるマスク
の位置決めと同様にさして高精度を要求されるものでは
ない。The positioning of the window 23, like the positioning of the mask that defines the metal strip 13, does not require very high precision.
第1層のポリシリコン層20の右端をはるか通り越して
延長している打込みコンデンサ領域1γの部分40があ
るために、開口42即ち接触領域43を定めるマスクの
位置合わせについてもゲート15となる部分と中間ポリ
シリコン層20との間の領域の僅かの部分を露出させる
ように形成される限りは特に精密な位置決めは要求され
ない0
従来の単一トランジスタセルでは、線20に相当する電
極は通常+12ボルトの電位Vddに接続されねばなら
ない。Due to the portion 40 of the implanted capacitor region 1γ extending far past the right edge of the first layer polysilicon layer 20, the alignment of the mask that defines the opening 42 or contact region 43 also depends on the portion that will become the gate 15. No particularly precise positioning is required as long as it is formed to expose a small portion of the area between the intermediate polysilicon layer 20. In a conventional single transistor cell, the electrode corresponding to line 20 is typically +12 volts. must be connected to the potential Vdd.
それはシリコン表面に反転層を形成し、その層がVdd
よりも低い電位Vtを論理[J蓄積電圧として受容する
ためである。It forms an inversion layer on the silicon surface and that layer is Vdd
This is because a potential Vt lower than the logic [J] is accepted as the storage voltage.
しかし本発明のセルでは、蓄積コンデンサはデプレッシ
ョンモード特性を呈するように適当な型のドーパント、
例えばN−チャンネル処理のためのリン、を用いて領域
17に打込まれる。However, in the cell of the present invention, the storage capacitor is doped with a suitable type of dopant so as to exhibit depletion mode characteristics.
For example, phosphorus is implanted in region 17 for N-channel processing.
したがってVddよりもずっと低い電圧(好ましくはV
ss)を蓄積コンデンサのポリシリコンの電極20に接
続して同じ「l」レベルの蓄積電圧を受容することがで
きる。Therefore, a voltage much lower than Vdd (preferably V
ss) can be connected to the polysilicon electrode 20 of the storage capacitor to receive the same "I" level storage voltage.
更に、ニー・エフ・タラシュ(A、 F、 Ta5ch
)による1976年11月10日出願の米国特許出願第
740,528号又はタラシュらによる1976年11
月20日出願の米国特許出願第752,598号(いず
れもテキサスインスツルメント社に権利譲渡されて出願
係属中)に従ってP十領域を領域11よりも少し深い所
に打込んでもよい。Furthermore, Ni F Tarash (A, F, Ta5ch
), U.S. Patent Application No. 740,528, filed November 10, 1976, or Taras et al.
In accordance with US Patent Application No. 752,598, filed on May 20, 2006 (all pending applications and assigned to Texas Instruments Inc.), the P0 area may be implanted a little deeper than the area 11.
N打込み領域直fのP十領域はP−n接合コンデンサ1
1aの大きさを増す働らきをするので、コンデンサ11
の合計値は大きく増加する。The P region directly f in the N implantation region is a P-n junction capacitor 1.
Capacitor 11 acts to increase the size of capacitor 1a.
The total value of increases significantly.
つぎに本発明の実施例を第5図、第5a図、第6a図、
第6b図を用いて説明する。Next, embodiments of the present invention are shown in FIGS. 5, 5a, 6a,
This will be explained using FIG. 6b.
前述の如く、本発明のおいては蓄積セルの容量をその占
有面積に比して増大させるため、その形状を凹形状にし
ているが、これは第6a図、第6b図に示すように、異
方性エツチングで形成したV型凹部に沿って蓄積セルを
形成することによって得られる。As mentioned above, in the present invention, in order to increase the capacity of the storage cell in comparison with its occupied area, the shape of the storage cell is made concave, as shown in FIGS. 6a and 6b. It is obtained by forming storage cells along V-shaped recesses formed by anisotropic etching.
このことはモハンラオとジーチン・リーン(Jih−C
hin Lien) トランドル・ニス・マント(Ra
ndall S、 Mundt)とタラシュによる19
77年1月28日出願の米国特許出願736.780号
(テキサスインスツルメント社に権利譲渡)に開示され
ている。This is what Mohanrao and Ji-Ching Lean (Jih-C)
hin Lien) Trundle Nis Cloak (Ra
ndall S, Mundt) and Taras 19
It is disclosed in US patent application Ser. No. 736.780, filed January 28, 1977 (assigned to Texas Instruments Corporation).
セルはトランジスタ10とコンデンサ11とN十拡散ビ
ット線12と金属のワード線13と、第1層のポリシリ
コンのVX線20と第2層のポリシリコン層21とを含
む。The cell includes a transistor 10, a capacitor 11, an N+ diffusion bit line 12, a metal word line 13, a first layer of polysilicon VX line 20, and a second layer of polysilicon 21.
前述のように、トランジスタ10のゲート15は金属と
ポリシリコンの接触23でビット線13に接続している
。As previously discussed, the gate 15 of transistor 10 is connected to bit line 13 by a metal-to-polysilicon contact 23.
V型みぞ25は上述の最初の酸化工程に先だちパターン
化したS i02をマスクとしヒドラジンをエツチング
剤として用いてエツチングするという点を除けばすべて
の素子は第1図−第3図のそれと同じでありその点を除
いて製法も同じである。All devices were the same as those in Figures 1-3, except that the V-shaped grooves 25 were etched using patterned Si02 as a mask and hydrazine as the etchant prior to the first oxidation step described above. The manufacturing method is the same except for that point.
更に上述したようにタラシュの米国出願第740,52
8号と第752,598号に示されているようにP十打
込み領域1γを導入することができる。Further, as noted above, Talash U.S. Application No. 740,52
No. 8 and No. 752,598, a P ten implant region 1γ can be introduced.
ここでホウ素は領域17にリン打込みしたのと同じマス
クを用いて打込む。Here, boron is implanted using the same mask used for implanting phosphorus into region 17.
ホウ素はリンよりも深く浸透するので、接合の低い側に
あるP型材料は元のシリコン30よりも高濃度にドーピ
ングされ、したがって空乏層がより狭くなってP−n接
合静電容量11aがより大きくなる。Since boron penetrates deeper than phosphorus, the P-type material on the lower side of the junction is more heavily doped than the original silicon 30, thus making the depletion layer narrower and increasing the P-n junction capacitance 11a. growing.
他の特徴は漏洩が主として空間電荷領域又はP−n接合
部のデプレッション領域で熱的に発生する電子正孔対に
よって起きるので、リフレッシュ前の蓄積時間がより長
くなるということである、もしこの領域が狭ければ発生
する電子正孔対はもつと少なくなる。Another feature is that the leakage is mainly caused by thermally generated electron-hole pairs in the space charge region or the depletion region of the P-n junction, so the storage time before refresh is longer. If the distance is narrower, fewer electron-hole pairs will be generated.
更に、好ましい電位勾配がコンデンサの外側周辺にでき
るので、縦の漏洩電流が最小になる傾向がある。Additionally, because a favorable potential gradient is created around the outside of the capacitor, vertical leakage currents tend to be minimized.
以上本発明を特定の実施例を参照して説明したが、本記
述を限定的な意味に解釈すべきではない。Although the invention has been described with reference to specific embodiments, this description should not be construed in a limiting sense.
本発明の他の実施例同様開示した実施例につき各種の変
形が本発明の記述を参照すれば当業者には明らかとなろ
う。Various modifications to the disclosed embodiments, as well as other embodiments of the invention, will become apparent to those skilled in the art upon reference to the description of the invention.
したがって、特許請求の範囲の記載はそのような変形又
は実施例が本発明の範囲に属することを意味したもので
ある。Therefore, the following claims are intended to include such modifications or embodiments as falling within the scope of the invention.
第1図は本発明を説明するための図面で蓄積セルが平面
形状につくられているランダムアクセスメモリセルGt
sつた半導体チップの11\mAの#、大平面図、第2
図は第1図のセルの電気的な概略図、第3a図と第3b
図は夫々第1図のa−a線とbb線に沿った断面図、第
4図awfは製造工程の各段階における第1図のa−a
線に沿った断面を示す図面、第5図は本発明の実施例に
よるメモリセルの平面図、第5a図は第5図のセルの電
気的な概略図、第6a図は第5図のa−a線に沿って断
面したセルの斜視図、第6b図は第5図のb−b線に沿
って断面したセルの立面図である。
参照番号の説明、10・・・・・・MOSトランジスタ
、11・・・・・・蓄積コンデンサ、12・・・・・・
センス線、13・・・・・・金属ストリップ、14・・
・・・・ソース、15・・・・・・ケ−1−116・・
・・・・ドレーン、17・・・・・・コンデンサ領域、
18・・・・・・ゲート酸化膜、19・・・・・・酸化
膜、20・・・・・・ポリシリコンの第1層、21・・
・・・・ポリシリコンの第2層、22・・・・・・厚い
シリコン酸化膜層、24・・・・・・シリコン酸化膜層
。FIG. 1 is a drawing for explaining the present invention, and is a random access memory cell Gt in which storage cells are formed in a planar shape.
11\mA # of s-type semiconductor chip, large plan view, 2nd
The figures are electrical schematic diagrams of the cells in Figure 1, Figures 3a and 3b.
The figures are cross-sectional views taken along lines aa and bb in Fig. 1, respectively, and Fig. 4 awf is a sectional view taken along line a-a in Fig. 1 at each stage of the manufacturing process.
5 is a plan view of a memory cell according to an embodiment of the present invention; FIG. 5a is an electrical schematic diagram of the cell of FIG. 5; and FIG. 6a is a cross-sectional view of the cell of FIG. FIG. 6b is a perspective view of the cell taken along the line -a, and FIG. 6b is an elevational view of the cell taken along the line bb of FIG. Explanation of reference numbers: 10...MOS transistor, 11...storage capacitor, 12...
Sense wire, 13...Metal strip, 14...
...Source, 15...K-1-116...
...Drain, 17...Capacitor area,
18...Gate oxide film, 19...Oxide film, 20...First layer of polysilicon, 21...
. . . second layer of polysilicon, 22 . . . thick silicon oxide film layer, 24 . . . silicon oxide film layer.
Claims (1)
ジスタと蓄積容量素子とを含む複数のメモリセルを有す
るMOSメモリにおいて、 (a) Y方向に延び、各行の複数のトランジスタに
接続されるY導電線と、 (b) 絶縁層にはさまれ、1つの行のすべてのメモ
リセルにおける蓄積容量素子の中間電極を供給するよう
に上記Y方向に延びる第1導電層と;(c)上記トラン
ジスタのソース、またはドレインに接触し、上記第4導
電層および上記絶縁層の一部分の上に延び各メモリセル
における蓄積容量素子の上部電極となる第2導電層と; (d)半導体表面に形成され、上記トランジスタのソー
スまたはドレインに連結し、各メモリセルにおける蓄積
容量素子の下部電極となる第3導電層と; (e)上記第2導電層上の絶縁層上を上記方向とほぼ直
角なX方向に延び、上記トランジスタのゲートに接続さ
れたX導電線と; を有し; (f) 上記下部電極、中間電極及び上部電極が半導体
表面に形成された凹部に沿って多層に形成され、上記絶
縁層と共に、多重蓄積容量素子を構成する; ことを特徴とするMOSメモリ。 2 上記凹部が半導体表面に対する異方性エツチングに
とり形成された凹部である特許請求の範囲第1項のMO
Sメモリ。[Scope of Claims] 1. A MOS memory having a plurality of memory cells arranged in rows and columns, each including an insulated gate transistor and a storage capacitor, comprising: (a) a plurality of transistors extending in the Y direction and in each row; (b) a first conductive layer sandwiched between insulating layers and extending in the Y direction so as to supply intermediate electrodes of storage capacitance elements in all memory cells in one row; (c) a second conductive layer that contacts the source or drain of the transistor, extends over the fourth conductive layer and a portion of the insulating layer, and serves as the upper electrode of the storage capacitor in each memory cell; (d) a third conductive layer formed on the semiconductor surface, connected to the source or drain of the transistor, and serving as the lower electrode of the storage capacitance element in each memory cell; (e) running over the insulating layer on the second conductive layer in the direction; an X-conducting line extending in the X direction substantially perpendicular to and connected to the gate of the transistor; 2. A MOS memory characterized in that: the MOS memory is formed in a multi-storage capacitor element, and forms a multiple storage capacitor element together with the insulating layer. 2. The MO according to claim 1, wherein the recess is a recess formed by anisotropic etching on the semiconductor surface.
S memory.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US76518177A | 1977-02-03 | 1977-02-03 |
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Family Applications (1)
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JP53010351A Expired JPS5856266B2 (en) | 1977-02-03 | 1978-02-01 | MOS memory |
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-
1978
- 1978-02-01 JP JP53010351A patent/JPS5856266B2/en not_active Expired
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JPS53121480A (en) | 1978-10-23 |
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