JPS61179571A - Memory cell and array thereof - Google Patents

Memory cell and array thereof

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Publication number
JPS61179571A
JPS61179571A JP60213626A JP21362685A JPS61179571A JP S61179571 A JPS61179571 A JP S61179571A JP 60213626 A JP60213626 A JP 60213626A JP 21362685 A JP21362685 A JP 21362685A JP S61179571 A JPS61179571 A JP S61179571A
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JP
Japan
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region
substrate
trench
memory cell
capacitor
Prior art date
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Pending
Application number
JP60213626A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ウイリアム エフ.リチヤードソン
サツトウインダー エス.マルヒ
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Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
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Filing date
Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野1 本発明は半導体デバイスに関するものであり、とくにダ
イナミックランダムアクセスメモリ、すなわちダイナミ
ックRAM(以下dRAMという)に係わるものである
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field 1] The present invention relates to semiconductor devices, and particularly to dynamic random access memory, that is, dynamic RAM (hereinafter referred to as dRAM).

[従来の技術] 大規模モノリシックdRAMの開発は多くの問題を提起
しているが、そのうちでももつとも重要なものの1つは
、チップ1個に集積するメモリセルの数を増大させるた
めに個々のセルの寸法を縮小してもソフトエラーの発生
率が増大しないようにするには、どうすればよいかとい
うことである。
[Prior Art] The development of large-scale monolithic dRAMs poses a number of problems, one of the most important of which is that in order to increase the number of memory cells that can be integrated on a single chip, The problem is how to prevent the incidence of soft errors from increasing even if the dimensions of the software are reduced.

大規模dRAMはシリコンを主たる構成材料として用い
ており、各メモリセルはソースがキャパシタと、ドレイ
ンがビットラインと、ゲートがワードラインとそれぞれ
接続された1個のMO8電界効果トランジスタを有する
のが普通である。このようなメモリセルは上記キャパシ
タに電荷を加えたときに髪ま論理1となり、加えないと
きには論理0となるように動作する。この場合のセルキ
ャパシタは、薄い酸化物層により上層としての電極層か
ら分離されかつ空乏層により基板と分離された反転層に
より形成するのが、従来の方式であった。
Large-scale dRAM uses silicon as the primary construction material, and each memory cell typically has a single MO8 field effect transistor with its source connected to a capacitor, its drain connected to a bit line, and its gate connected to a word line. It is. Such a memory cell operates so that when a charge is added to the capacitor, the logic becomes a logic 1, and when no charge is added, the logic becomes a logic 0. Conventionally, the cell capacitor in this case is formed by an inversion layer separated from the upper electrode layer by a thin oxide layer and separated from the substrate by a depletion layer.

しかしながら回路動作を安定に保持するためには、該キ
ャパシタの容量はこれを充分なS/N比を与えるような
大きな値とすることが必要となり、そのためには基板内
における当該キャパシタの占有面積を大きくしなければ
ならない。さらに、このようなMOSキャパシタはアル
ファ粒子により基板中に生成される電荷や(5HcVの
アルファ粒子で200ヘムトクーロン([C)以上の有
害電子を生成することが可能である)、基板から侵入す
るノイズや、当該キャパシタの全域にわたるPN接合リ
ーク、および当該セル中のMOS  FETのサブスレ
ショルドリーク(スレショルド電圧以下でのリーク)等
の影響を受はヤコすい。dRAM1個にだくわえられる
電荷は通常250fCであり、従って電源電圧が5Vの
場合、前記キャパシタの容量はこれを50f[とするこ
とが必要で、電荷蓄積用の二酸化物層の厚さが150人
の場合は、約20平方ミクロンのキャパシタ領域が必要
であった。従来の2次元構造dRAMを用いたメモリセ
ルにおいては、これがセルの寸法上の最小限度を規定す
るものであった。
However, in order to maintain stable circuit operation, it is necessary to set the capacitance of the capacitor to a large value that provides a sufficient S/N ratio. It has to be bigger. Furthermore, such MOS capacitors are susceptible to charges generated in the substrate by alpha particles (5HcV alpha particles can generate more than 200 hemtocoulombs ([C) of harmful electrons), and noise intruding from the substrate. It is easily affected by PN junction leakage over the entire area of the capacitor, subthreshold leakage (leakage below the threshold voltage) of the MOS FET in the cell, etc. The charge stored in one dRAM is normally 250 fC, so if the power supply voltage is 5 V, the capacitance of the capacitor needs to be 50 f[, and the thickness of the dioxide layer for charge storage is 150 fC]. In this case, approximately 20 microns square of capacitor area was required. In a memory cell using a conventional two-dimensional structure dRAM, this defines the minimum size of the cell.

こうした問題に対するひとつの試みがジョリイらの「八
[lynamic R11+HCe1l  in Re
crystallizeclPolysilicon 
J  (41EEE Elec、 Dev、 Lett
、 8゜1983)であり、これはアクセストランジス
タや電荷蓄積キャパシタその他、セルの基本素子をすべ
てシリコン基板上の酸化物層に被着したビーム再結晶化
ポリシリコン層内に形成しようというものである。ごの
場合、ビットラインは再結晶化ポリシリコン層中に含ま
れ、トランジスタをオンとすることにより電荷蓄積領域
に電荷が流入することとなる。電荷蓄積領域としては上
面、下面および三方を熱成長酸化物で囲まれた高不純物
濃度の再結晶化ポリシリコンを用いる。かくて得られる
電荷蓄積能力は、当該領域上下の電極が薄い酸化物層に
より再結晶化ポリシリコン中の電荷蓄積gA域と分離さ
れているため、同等の蓄積面積とした通常のキャパシタ
の能力の約2倍となる。しかもこの電荷蓄積領域は、下
層の酸化物によって該領域周辺の回路から基板中に注入
される電荷や、アルファ粒子その仙ソフトエラーの原因
となる放射線等により基板中に入り込む電荷から隔離さ
れることとなる。ざらにまた、ビットラインの下方に厚
い酸化物層が存在し、かつ側壁酸化物のアイソレーショ
ンが完全であるため、ビットラインの容量が減少すると
いうこともある。しかしながら、たとえ容量を通常のも
のの2倍としたとしても、セルのキャパシタによる占有
面積を充分小さなものとすることは不可能である。
One attempt to address these problems is Joly et al.'s
crystallizeclPolysilicon
J (41EEE Elec, Dev, Lett
, 8°1983), which attempted to form all of the basic elements of the cell, including the access transistor and charge storage capacitor, in a beam-recrystallized polysilicon layer deposited on an oxide layer on a silicon substrate. . In this case, the bit line is contained in a recrystallized polysilicon layer, and turning on the transistor causes charge to flow into the charge storage region. Highly doped recrystallized polysilicon surrounded by thermally grown oxide on the top, bottom and three sides is used as the charge storage region. The charge storage capacity obtained in this way is comparable to that of a normal capacitor with an equivalent storage area, because the electrodes above and below the region are separated from the charge storage gA region in the recrystallized polysilicon by a thin oxide layer. Approximately twice as much. Moreover, this charge storage region is isolated by the underlying oxide from charges injected into the substrate from circuitry around the region, and from charges penetrating into the substrate due to alpha particles and other radiation that cause soft errors. becomes. Furthermore, the capacitance of the bit line may be reduced due to the presence of a thick oxide layer below the bit line and complete sidewall oxide isolation. However, even if the capacity is twice the normal capacity, it is impossible to make the area occupied by the cell capacitor sufficiently small.

dRAMを小型化するもうひとつの試みは、キャパシタ
の極板を基板内部にまで延在させることである。このよ
うなキャパシタはコルゲーテッド(波型)キャパシタと
呼ばれ、H,スナミらの「A Corrugated 
Capacitor Ce1l (CCC) forH
egabit Dynamic 803 Hemori
esJ  (IEEE IEDHTe、c、h、 Di
gest 806.1982)や、同じ<H,スナミら
の「八Corrugated Capacitor C
e1l (CCC) forHeaabit  D’y
na1c  HO3HemoriesJ   (41E
EE  Elec。
Another attempt to miniaturize dRAM is to extend the capacitor plates into the interior of the substrate. Such a capacitor is called a corrugated capacitor, and is described in “A Corrugated Capacitor” by H. Sunami et al.
Capacitor Ce1l (CCC) for H
egabit Dynamic 803 Hemori
esJ (IEEE IEDHTe, c, h, Di
gest 806.1982) and ``8 Corrugated Capacitor C'' by Sunami et al.
e1l (CCC) forHeaabit D'y
na1c HO3HemoriesJ (41E
EE Elec.

Dev、 Lett、 90.1983 >や、さらに
は1.イト−らのr An Experimental
 IMb DRA)4 With On−ChipVo
ltage Lim1ter j  (1984[EE
E l5SCCDigestof Tech、 Pap
er 282)等にその記載がある。このコルゲーテッ
ドキャパシタはシリコン基板の内部に2.5ミクロンの
深さまで延びており、これを製作するにはCVD二酸二
酸化シリコンスマスクいて、通常のCCj!4による反
応性スパッタエッチ法によってトレンチ(trench
)を形成した後、ウェットエッチを施すことによりドラ
イエッチに起因する傷や汚れを除く。かくてトレンチを
形成した後、二酸化シリコン/窒化シリコン/二酸化シ
リコンの3層からなる電荷蓄積層をトレンチ壁部に形成
し、しかる後トレンチをLPGVDポリシリコンにより
充填して終りとする。このようなコルゲーテッドキャパ
シタは、容量を60fFとする3層7ミクロンのセルの
場合、通常のセルとくらべてその容量は7倍以上である
との由である。
Dev, Lett, 90.1983 > and even 1. Ito et al.'s An Experimental
IMb DRA) 4 With On-ChipVo
ltage Limter j (1984[EE
El5SCC Digest of Tech, Pap
er 282) and others. This corrugated capacitor extends to a depth of 2.5 microns inside the silicon substrate, and is fabricated using a CVD dioxide silicon dioxide mask using a conventional CCj! A trench is formed by a reactive sputter etching method according to No. 4.
), wet etching is performed to remove scratches and dirt caused by dry etching. After forming the trench, a charge storage layer consisting of a silicon dioxide/silicon nitride/silicon dioxide triple layer is formed on the trench walls, and the trench is then filled with LPGVD polysilicon. This is because such a corrugated capacitor, in the case of a three-layer, 7-micron cell with a capacitance of 60 fF, has a capacitance more than seven times that of a normal cell.

セルキャパシタの占有面積を低減させるための第3の試
みは、上述のようにトレンチを形成する方法と類似のも
のであって、たとえばE、アライによる「5ubn+1
cron 803 VLSI ProcessTech
nolooiesJ  (IEEE IEDHTech
、 Digest 19゜1983)やに、ミネギシら
による[A SubmicronCHO3Hegabi
t Dynamic RAM Technology 
UsingDoped Face Trench Ca
pacitor Ce1lJ  (IEEEIEDHT
ech、 Digest 319.1983 )や、■
、モリエらによるr DeDletion Trenc
h CapacitorTechnolon  for
 Hevabit  Level  HO3dRAHJ
(41EEE Elec、 Dew、 Lett、 4
11.1983)等にその記載があるが、これらはいず
れもキャパシタの極板を基板に平行とする代りに、基板
のトレンチ壁部に形成することとした以外は、通常のセ
ルと同様の構成としてメモリセルについて述べたもので
ある。このようなトレンチ(溝掘り)キャパシタは単に
深いトレンチを用いるだけで基板の単位面積あたりの容
量を大きくとることができるもので、上記3論文によれ
ば次のようにして製作される。
A third attempt to reduce the area occupied by a cell capacitor is similar to the method of forming trenches as described above.
cron 803 VLSI ProcessTech
nolooiesJ (IEEE IEDHTech
, Digest 19° 1983) [A Submicron CHO3 Hegabi et al.
t Dynamic RAM Technology
UsingDoped Face Trench Ca
pacitor Ce1lJ (IEEEIEDHT
ech, Digest 319.1983) and ■
, r DeDletion Trench by Morie et al.
h Capacitor Technology for
Hevabit Level HO3dRAHJ
(41EEE Elec, Dew, Lett, 4
11.1983), etc., but all of these have the same structure as a normal cell except that the capacitor plate is formed on the trench wall of the substrate instead of being parallel to the substrate. This is a description of memory cells. Such a trench capacitor can have a large capacitance per unit area of the substrate simply by using a deep trench, and according to the three papers mentioned above, it is manufactured as follows.

すなわち、まず結晶方位(100) 、p型、抵抗率4
−5オームcraのシリコン基板に幅0.4−1.0ミ
クロンのトレンチを形成したものを電子ビーム直接描画
法により作成する。ついで約14ミリTorrの圧力下
でCBrF3による反応性イオンエツチング(RIE)
によって深さ1−3ミクロンのトレンチを侵刻した後、
硝酸、酢酸、フッ化水素酸の混合液中でエッチ処理を施
すことにより、トレンチ表面からRIE処理に起因する
傷を取り除く。次にP H/ S i H/ 02ガス
システムを用いたCVDによりPSG (燐シリケート
ガラス)を蒸着してトレンチ表面層中に燐を拡散させ、
フッ化水素酸によりPSGをエッチ除去する。つづいて
トレンチ表面上に150−500人の5i02を乾燥酸
素中で成長させるか、またはCVDによりSi3N4を
厚さ500人に蒸着し、最後にLPGVDポリシリコン
によりトレンチを埋める。このようにトレンチ側壁の単
位面積あたりの容量は通常のキャパシタの単位面積あた
りの容量に匹敵するものであり、従ってトレンチ深さを
大きくしたキャパシタは、基板の単位面積あたりの電荷
蓄積面積を増大させることにより、セルの基板面積を低
減させることが可能である。
That is, first, crystal orientation (100), p type, resistivity 4
A trench having a width of 0.4 to 1.0 microns is formed on a -5 ohm CRA silicon substrate by electron beam direct writing. Then reactive ion etching (RIE) with CBrF3 under a pressure of about 14 mTorr.
After engraving a 1-3 micron deep trench by
By performing an etching process in a mixed solution of nitric acid, acetic acid, and hydrofluoric acid, scratches caused by the RIE process are removed from the trench surface. Next, PSG (phosphorus silicate glass) is deposited by CVD using a P H/S i H/02 gas system to diffuse phosphorus into the trench surface layer.
Etch away the PSG with hydrofluoric acid. Subsequently, 150-500 layers of 5i02 are grown in dry oxygen on the trench surface, or Si3N4 is deposited by CVD to a thickness of 500 layers, and finally the trench is filled with LPGVD polysilicon. In this way, the capacitance per unit area of the trench sidewall is comparable to the capacitance per unit area of a normal capacitor, and therefore a capacitor with a large trench depth increases the charge storage area per unit area of the substrate. By this, it is possible to reduce the substrate area of the cell.

他方、トレンチを用いてアイソレーションを行なうこと
も周知の技法であって、その研究も広く行なわれており
、たとえばR,ラングによるrDecp Trench
 l5olated CHO3Devices j  
(IEEEIEDCHTech、 Di(lest 2
37.1982)や、K、チャムらによる[A 5tu
dy of the Trench Inversio
nProblem in the Trench CH
O3Technology J  (4IEEE El
ec、 Dev、 Lett、303.1983 )や
、A、Aヤサ力らによるr U−Groove l5o
lation Techniquefor l1iah
 5peed  Bipolar  VLSI’s  
J  (IEEE  IEDtHTech、 Dlge
st 62.1982 >や、H,ゴトーらによる[A
n l5O1atiOn TeChnOlooy fo
r HighPerformance Bipolar
 Memories−−10P−111(IEEE I
ED814Tech、 Dioest 58.1982
>や、T。
On the other hand, it is also a well-known technique to perform isolation using trenches, and its research has been widely conducted. For example, R. Lang's rDecp Trench
l5olated CHO3Devices j
(IEEEIEDCHTech, Di(rest 2
37.1982) and [A 5tu by K. Cham et al.
dy of the trench inversio
nProblem in the Trench CH
O3 Technology J (4IEEE El
ec, Dev, Lett, 303.1983) and R U-Groove l5o by A, A Yasari et al.
lation Technique for l1iah
5peed Bipolar VLSI's
J (IEEE IEDtHTech, Dlge
st 62.1982 > and [A
n l5O1atiOn TeChnOlooy fo
r High Performance Bipolar
Memories--10P-111 (IEEE I
ED814Tech, Dioest 58.1982
> Ya, T.

ヤマグチらによる[tligh−Speed Latc
hup−FreeO,5−μm−Channel  C
HO3Using  Self−AlignedTiS
i2and Deep Trench l5olati
on TechnoloaiesJ(IEEE IED
I Tech、 Digest 522.1983 )
や、S。
[tight-Speed Latc] by Yamaguchi et al.
hup-FreeO, 5-μm-Channel C
HO3Using Self-Aligned TiS
i2and Deep Trench l5olati
on TechnologiesJ (IEEE IED
I Tech, Digest 522.1983)
Ya, S.

コーヤマらによる「Directions in CH
O3TechnoloayJ  (IEEE IEDt
HTech、 Digest 151゜1983)や、
K、チャムらによる [Characterization and Mod
elling of theTrench 5urfa
ce Problem for the Trench
Isolated  CQO3TechnologyJ
   (IEEE  IEDtHTech。
“Directions in CH” by Koyama et al.
O3TechnoloayJ (IEEE IEDt
HTech, Digest 151゜1983) and
[Characterization and Mod
elling of the trench 5urfa
ce Problem for the Trench
Isolated CQO3TechnologyJ
(IEEE IEDtHTech.

Dioest 23.1983 )等にその記載がある
。これらに記載されたアイソレーション用トレンチは、
トレンチ形成コルゲーテッドキャパシタの作成につきさ
きに述べたと同様の方法で形成される。すなわら、パタ
ーン形成(典型的には酸化物のマスクを用イテ行なう)
や、CBrF 5CC14、CI  H、CCj!O,
、等によるRIE処理や、侵刻処理や、側壁部の熱酸化
(LPCVDによる窒化物層形成をともなう)や、さら
にはポリシリコンによる埋込み等の処理手順を用いるも
のである。
Dioest 23.1983) etc. have a description thereof. The isolation trenches described in these
Trenched corrugated capacitors are formed in a manner similar to that described above. i.e. patterning (typically done using an oxide mask)
Ya, CBrF 5CC14, CI H, CCj! O,
, etc., etching, thermal oxidation of sidewalls (accompanied by nitride layer formation by LPCVD), and even embedding with polysilicon.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながらトレンチキャパシタを用いることは、dR
AMセルを小型化する上での問題を完全に解決するに至
るものではなく、縦形配置のFETや略略縦形配置とし
たトレンチキャパシタなど、いずれの場合においても、
セルが基板を占有する面積は依然として大きいのが現状
である。
[Problems to be solved by the invention] However, using a trench capacitor reduces the dR
This does not completely solve the problem of miniaturizing AM cells, and in any case, such as a vertically arranged FET or a substantially vertically arranged trench capacitor,
At present, the area occupied by the cell on the substrate is still large.

[問題点を解決しようとするための手段]本発明はセル
キャパシタを形成した基板に設けたトレンチの側壁にセ
ルトランジスタを形成し、該トレンチの上方でワードラ
インおよびビットラインがたがいに交差するようにした
1トランジスタ型dRAMセルの構造、およびこのよう
なセルからなるアレイを提供するもので、これによりト
ランジスタをキャパシタの上面に積層させて基板上のセ
ル面積を最小限とすることにより、個々のセルの集積密
度を高めるようにしたものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention forms a cell transistor on the side wall of a trench provided in a substrate in which a cell capacitor is formed, and a word line and a bit line intersect with each other above the trench. The present invention provides a one-transistor dRAM cell structure and an array of such cells, which stack the transistors on top of the capacitors to minimize the cell area on the substrate, thereby increasing the This is to increase the density of cell integration.

本発明の一実施態様において、キャパシタの一方の極板
とトランジスタのチャンネル領域とは上記トレンチのバ
ルク側壁中に形成され、また該キャパシタの他方の極板
と該トランジスタのゲート領域とは該トレンチを充填す
るポリシリコンにより形成され、かつトレンチの内側の
酸化物層により分離される。なお信号電荷は上記ポリシ
リコンにより形成された方のキャパシタ極板に蓄積され
る。
In one embodiment of the invention, one plate of the capacitor and the channel region of the transistor are formed in the bulk sidewall of the trench, and the other plate of the capacitor and the gate region of the transistor are formed in the trench. Formed by filling polysilicon and separated by an oxide layer inside the trench. Note that the signal charge is accumulated in the capacitor plate formed of the polysilicon.

し実施例] 第1A図は本発明の実施例としてビットラインおよびワ
ードラインに接続した1トランジスタ1キヤパシタセル
を示すもので、その動作態様は下記の通りである。すな
わち、キャパシタ12は1ビットの情報を表わす電荷を
蓄える(たとえば電荷が蓄積されてない状態は論理Oを
表わし、キャパシタの極板間電位5ボルトに対応する電
荷量が蓄積された状態は論理1を表わすものとする)。
Embodiment] FIG. 1A shows a one-transistor, one-capacitor cell connected to a bit line and a word line as an embodiment of the present invention, and its operation mode is as follows. That is, the capacitor 12 stores a charge representing one bit of information (for example, a state in which no charge is stored represents a logic O, and a state in which a charge corresponding to a potential of 5 volts between the plates of the capacitor is stored represents a logic 1). ).

この1ビツトの情報は、ゲート16に接続されたワード
ライン14に電圧を印加するごとにアクセスされ(読出
し、あるいは新しいビットの書込みを行なう〉、これに
よりトランジスタ18をオンとする。このトランジスタ
18がオンとなることにより、キャパシタ12はビット
ライン20と導通して、読出しまたは書込みが行なわれ
る。その際、漏洩電流その他の原因によるキャパシタ1
2の蓄積電荷の消滅分を補償すべく定期的に電荷のリフ
レッシュを行なう必要があり、これがすなわらダイナミ
ックRAM (dRAM)なる名称の由来である。
This one bit of information is accessed (read or write a new bit) each time a voltage is applied to word line 14 connected to gate 16, thereby turning on transistor 18. By turning on, the capacitor 12 conducts with the bit line 20 to perform reading or writing.
In order to compensate for the disappearance of the accumulated charge in the second example, it is necessary to periodically refresh the charge, and this is the origin of the name dynamic RAM (dRAM).

第1B図はワードライン14およびビットライン2oか
らなるdRAMアレイにおける各ラインの交点に、上記
実施例のメモリセル30を配設したアレイの一部を示す
平面図であり、ビットライン20はワードライン14の
下方を通るように形成されている。これらメモリセル3
oは基板中でこれらラインの下方にまで延在して、メモ
リ密度を最大とするようにしである。いま図示のように
最小図形寸法をf、最小層間合せ許容寸法(@小刷り合
せ誤差許容量)をRとすると、各セルの面積は(2(f
+R))となる。従ってたとえば最小図形寸法が1.0
ミクロン、最小層間合せ許容寸法が0.25ミクロンで
ある場合は、各セルの面積は約6.25平方ミクロンと
なる。
FIG. 1B is a plan view showing a part of the dRAM array consisting of a word line 14 and a bit line 2o, in which the memory cells 30 of the above embodiment are arranged at the intersection of each line, and the bit line 20 is a word line. It is formed to pass below 14. These memory cells 3
o extends below these lines in the substrate to maximize memory density. As shown in the figure, if the minimum figure size is f and the minimum layer spacing allowable size (@small print alignment error allowance) is R, then the area of each cell is (2(f
+R)). Therefore, for example, the minimum figure size is 1.0
If the minimum interlayer tolerance is 0.25 microns, the area of each cell will be approximately 6.25 square microns.

第2図は本発明の実施例たる上記メモリセル30の断面
図である。このメモリセル30はP型エピ層34を有す
るP+型シリコン基根32に形成されており、N+型埋
込層からなるビットライン2oと、ビットライン絶縁用
の酸化物層42と、N+ポリシリコンによるワードライ
ン14と前記トランジスタ18のチャンネル44と、該
トランジスタ18のゲート酸化物層46と、このトラン
ジスタ18のソース領域を形成するN+拡散領域48と
、上記P+型基板32を前記キャパシタ12の一方ずな
わち接地側極板とした場合の他方の極板を形成するN+
ポリシリコン領域50と、このキャパシタ12の両極板
間に絶縁層を形成する酸化物/窒化物/酸化物スタック
52とを有する。この第2図におけるメモリセル3oの
断面は第1B図の矢印線2−2に対応しており、従って
トレンチ形成キャパシタ12およびトランジスタ18の
断面構造はこの第1B図より明らかであろう。
FIG. 2 is a sectional view of the memory cell 30 according to an embodiment of the present invention. This memory cell 30 is formed on a P+ type silicon base 32 having a P type epitaxial layer 34, and includes a bit line 2o consisting of an N+ type buried layer, an oxide layer 42 for bit line insulation, and an N+ polysilicon layer 2o. the word line 14 and the channel 44 of the transistor 18; the gate oxide layer 46 of the transistor 18; the N+ diffusion region 48 forming the source region of the transistor 18; In other words, N+ forms the other electrode plate when it is used as the ground side electrode plate.
It includes a polysilicon region 50 and an oxide/nitride/oxide stack 52 forming an insulating layer between the plates of the capacitor 12. The cross-section of memory cell 3o in FIG. 2 corresponds to the arrow line 2--2 in FIG. 1B, and therefore the cross-sectional structure of trench-formed capacitor 12 and transistor 18 will be clear from FIG. 1B.

上述のような構成のメモリセル30において、キャパシ
タ12はその一方の極板がN+lJ域48゜50により
、他方の極板が基板32およびエビ層34によりそれぞ
れ形成されている。ただしこの場合、エビ層34の不純
物濃度はP+型の基板32よりもはるかに低いものとす
ることにより、拡散領vi48とエビ層34のN” /
P接合の容量およびN+型ポリシリコン領域50/スタ
ック52/P型エビ層34の容量がいずれもN+ポリシ
リコン領1450/スタック52/P+基板32の容量
よりもはるかに小さく、無視しろる程度であるようにす
る。また次に説明するように、エビ層34の極板面積は
基板32の極板面積よりも小さく、この理由によっても
エビ層34自体の容量はさして重要なファクタとはなら
ない。なお形成するトレンチの断面を1×1ミクロンと
し深さを5ミクロンとする場合は、この1ミクロン分の
深さをエビ層34およびビットライン20層により得る
ものとし、このとき前記キャパシタ12の極板面積は約
17平方ミクロンとなる。また図示のP+基板32は第
1B図に示すアレイのメモリセル30すべてに共通の接
地層である。
In the memory cell 30 configured as described above, one plate of the capacitor 12 is formed by the N+lJ region 48° 50, and the other plate is formed by the substrate 32 and the shrimp layer 34. However, in this case, by making the impurity concentration of the shrimp layer 34 much lower than that of the P+ type substrate 32, the N''/
The capacitance of the P junction and the capacitance of the N+ type polysilicon region 50/stack 52/P+ type layer 34 are both much smaller than the capacitance of the N+ polysilicon region 1450/stack 52/P+ substrate 32 and can be ignored. Make it so. Further, as will be explained next, the plate area of the shrimp layer 34 is smaller than that of the substrate 32, and for this reason as well, the capacity of the shrimp layer 34 itself is not a very important factor. In addition, when the cross section of the trench to be formed is 1×1 micron and the depth is 5 microns, this 1 micron depth shall be obtained by the shrimp layer 34 and the bit line 20 layer, and in this case, the pole of the capacitor 12 The plate area will be approximately 17 square microns. The illustrated P+ substrate 32 is also a ground layer common to all memory cells 30 in the array shown in FIG. 1B.

各メモリセル3oのトランジスタ18はポリシリコンゲ
ートを有するバルクシリコン構成となっており、チャン
ネル44は111層34の一部であり、ソース領域48
(キャパシタ12の一方の極板の一部でもある)および
ドレイン領域20(ビットライン2oでもある)はPエ
ピ層34中のN+拡散物質であり、ゲート酸化物層46
は111層34のトレンチ面上に成長しており、またゲ
ートはポリシリコンのワードライン14饗の−部である
。絶縁酸化物層42はかなりの厚みであるが、それでも
ゲートとしてのワードライン14は、トランジスタ18
のソースおよびドレイン領域とオーバーラツプする構造
となっている。
The transistor 18 of each memory cell 3o has a bulk silicon configuration with a polysilicon gate, the channel 44 is part of the 111 layer 34, and the source region 48
(which is also part of one plate of capacitor 12) and drain region 20 (which is also bit line 2o) are N+ diffused in P epi layer 34 and gate oxide layer 46.
is grown on the trench face of the 111 layer 34, and the gate is at the bottom of the polysilicon word line 14. Although the insulating oxide layer 42 is of considerable thickness, the word line 14 as a gate still
The structure overlaps the source and drain regions of the transistor.

つぎに上記構成のメモリセル30の制作方法の実施例に
つき説明するが、この説明を通して該メモリセル30の
寸法上および材料上の特徴についし明らかにする。第3
八図ないし第3G図はこの制作手順を示すものである。
Next, an embodiment of a method for manufacturing the memory cell 30 having the above structure will be described, and through this description, the dimensional and material characteristics of the memory cell 30 will be clarified. Third
Figures 8 to 3G show this production procedure.

1  結晶方位を(100)とする抵抗率1X10−2
オ一ムcm以下のP+シリコン基板32に、キャリア濃
度が2×1016個/ cm ”でかつ、すべての熱処
理完了後における厚みが最終的に2.0ミクロンとなる
ような厚みの111層34を成長さける。フィールド酸
化物層36およびP型チャンネルストップ38を通常の
方法により形成した後、応力緩和用の酸化物層を成長さ
せてこの酸化物層にLPGVD窒化物を蒸着する。つい
で活性領域(ビットライン2oおよびセルアレイの周辺
部)のパターン化およびプラズマエツチングにより、こ
の活性領域外の窒化物および酸化物を除去し、窒化物層
をマスクとしてボロンの注入を行なうことにより、キャ
リア濃度が1×1017個/傭3のチャンネルストップ
38を深さ400人まで形成した後、前記フィールド酸
化物層36を8000人の厚さに成長させる。ついで窒
化物層を除去した後、フォトリソグラフィ法により前記
活性領域のうちビットライン2oを形成する部分を画定
して、キャリア濃度が1×1020個/car ”とな
るようにヒ素の注入を行なって、これらビットライン2
0を深さ2000人にまで形成する。しかる後にフォト
レジストを除去して、酸化物による保護膜を形成して得
た構造を第3A図および第3B図に示す。ここに第3A
図はビットライン20に沿う断面図であり、また第3B
図はビットライン20と直交する面における断面図であ
る。なお、ビットライン20の線幅は第1B図につき述
べたように約1.5ミクロンとする。
1 Resistivity 1X10-2 when crystal orientation is (100)
A 111 layer 34 having a carrier concentration of 2×10 16 cells/cm ” and a thickness such that the final thickness after all heat treatments is 2.0 μm is formed on a P+ silicon substrate 32 of 1 ohm cm or less. After the field oxide layer 36 and P-type channel stop 38 are formed by conventional methods, a stress relief oxide layer is grown and LPGVD nitride is deposited on the oxide layer.The active region ( The nitride and oxide outside the active region are removed by patterning and plasma etching (the bit line 2o and the periphery of the cell array), and boron is implanted using the nitride layer as a mask, resulting in a carrier concentration of 1×. After forming channel stops 38 of 1017/3 to a depth of 400, the field oxide layer 36 is grown to a thickness of 8000.Then, after removing the nitride layer, the active A portion of the region where the bit lines 2o are to be formed is defined, and arsenic is implanted so that the carrier concentration becomes 1×1020 pieces/car.
0 to a depth of 2000 people. Thereafter, the photoresist was removed and a protective film of oxide was formed, and the resulting structure is shown in FIGS. 3A and 3B. 3rd A here
The figure is a cross-sectional view along the bit line 20, and the third B
The figure is a cross-sectional view taken in a plane perpendicular to the bit line 20. Note that the line width of the bit line 20 is approximately 1.5 microns as described with reference to FIG. 1B.

2、 断面1ミクロンのトレンチを形成すべく、厚さ1
ミクロンのプラズマエンハンスドCVDII?化物層6
4を蒸着しパターン化する。このパターン化酸化物層6
4をマスクとして用いてHClによるRIE処理を行な
うことにより、トレンチを深さ1.25ミクキロンにま
で°侵刻する。かくて形成されたトレンチの壁面からR
IE処理による傷および汚れを酸によるウェットエッチ
により除去した後、保護酸化物層65をトレンチの壁面
および底部に熱成長させ、ざらにトレンチの側壁処理に
LPGVDによる窒化物66の蒸着を用いることにより
、側壁上の酸化物層を保護して、引き続く処理工程にお
tプる拡散の進行を抑えるようにする。上記酸化物層6
5の厚みはたとえば約200人とし、また窒化物層66
の厚みはたとえば1000人とする。かくて得られる構
造を第3C図に示す。なおこの第3C図は以下の第3D
図ないし第3G図も同様であるが、いずれもビットライ
ン2oに沿う断面を示す図である。
2. To form a trench with a cross section of 1 micron,
Micron plasma enhanced CVDII? Chemical layer 6
4 is deposited and patterned. This patterned oxide layer 6
The trench is etched to a depth of 1.25 μm by performing RIE treatment with HCl using No. 4 as a mask. R from the wall of the trench thus formed
After removing scratches and dirt from the IE process by wet etching with acid, a protective oxide layer 65 is thermally grown on the walls and bottom of the trench, and nitride 66 is deposited by LPGVD to roughly treat the sidewalls of the trench. , to protect the oxide layer on the sidewalls to limit diffusion during subsequent processing steps. The oxide layer 6
The thickness of the nitride layer 66 is approximately 200, for example.
The thickness of the network is, for example, 1000 people. The structure thus obtained is shown in Figure 3C. Note that this Figure 3C is the following Figure 3D.
The same applies to FIGS. 3A to 3G, but all of them are views showing a cross section along the bit line 2o.

3  つぎに再度HCIを用いたRIE処理を行なって
、上記トレンチをざらに据り下げる。この場合、前記酸
化物層64も若干浸食されるが、この層は当初の蒸着厚
みを充分大きくとっであるため、格別問題は生じない。
3. Next, the RIE process using HCI is performed again to roughly lower the trench. In this case, the oxide layer 64 is also slightly eroded, but this layer does not cause any particular problem because the initial deposition thickness of this layer is sufficiently large.

かくてトレンチの深さが最終的に約5.0ミクロンとな
った時点で、前述のようにして該トレンチを清浄化し、
酸化物を熱成長させて厚さ100人のキャパシタ12の
絶縁層スタック52を形成した後、LPGVD法により
厚さ75人の窒化物を被着形成する。ついでこの窒化物
層の熱酸化を行なって誘電特性を完全なものとして、初
期の酸化物/窒化物/R化物層からなるスタック52を
得る。かくて形成されたトレンチには、第3D図に示す
ようにN+不純物注入ポリシリコン(領域50)を充填
する。
When the trench is now approximately 5.0 microns deep, the trench is cleaned as described above;
After the oxide is thermally grown to form the insulating layer stack 52 of the capacitor 12 100 thick, a 75 thick nitride is deposited by LPGVD. The nitride layer is then thermally oxidized to complete the dielectric properties, resulting in an initial oxide/nitride/Ride layer stack 52. The trench thus formed is filled with N+ doped polysilicon (region 50) as shown in FIG. 3D.

4、 ポリシリコン領域50に対して、たとえばフォト
レジスト上でスピンコーティングを行なうことによりこ
れを平坦化した後、その表面およびトレンチ内部の30
00人まで完全にプラズマエッチ処理を施す。この場合
トレンチ内部のプラズマエッチは、絶縁スタック52の
上端から下方、かつ基板32の上方まで行なう。なお後
述するように、ポリシリコン領11!50がスタック5
2の上端のやや下方でかつ基板32の上方に延在してい
る場合には、該ポリシリコン領1450の上端位置はさ
して厳密にしなくともよい。第3E図参照。
4. Planarize the polysilicon region 50 by, for example, spin coating on photoresist, and then planarize the polysilicon region 50 on its surface and inside the trench 30.
00 people will be completely plasma etched. In this case, the plasma etch inside the trench is performed from the top of the insulating stack 52 down and over the substrate 32. As will be described later, the polysilicon region 11!50 is the stack 5.
In the case where the polysilicon region 1450 extends slightly below the upper end of the polysilicon region 1450 and above the substrate 32, the upper end position of the polysilicon region 1450 does not have to be particularly strict. See Figure 3E.

5  スタック52の露出部を除去する(この場合、窒
化物層66は該スタック52よりもはるかに厚いため、
スタック52の露出部を除去するに当って窒化物層66
が大幅に除去されることはない)。ついで燐の気相拡散
により、厚みが少なくとも2000人の拡散領域48を
形成する(第3F図)。なお第3F図では拡散領域48
が2個所に形成されているように見えるが、これら領域
はトレンチを取り囲む単一の環状領域の一部であって、
前記トランジスタ18のソースを形成するものである。
5. Remove exposed portions of stack 52 (in this case, nitride layer 66 is much thicker than stack 52;
In removing exposed portions of stack 52, nitride layer 66 is removed.
are not significantly removed). Vapor phase diffusion of phosphorus then forms a diffusion region 48 having a thickness of at least 2,000 people (FIG. 3F). In addition, in FIG. 3F, the diffusion region 48
appear to be formed in two places, but these regions are part of a single annular region surrounding the trench,
It forms the source of the transistor 18.

ただし現時点では、このトランジスタ18のゲート酸化
物層はまだ形成されていない。
However, at this time, the gate oxide layer of this transistor 18 has not yet been formed.

6、   LPCVDによりN+型ポリシリコンの蒸着
を行なった後平坦化し、その平面およびトレンチ内の酸
化物層65および酸化物層66の直下まで完全にプラズ
マエッチを行なう。このN+ポリシリコン層は、ポリシ
リコン領域50の一部となってその厚みを大きくするも
ので、図面(第3G図)ではポリシリコン領域50と同
じ符号で示しである。なおこの場合にも、ポリシリコン
領域50が拡散領域48と充分にオーバーラツプしてそ
れらの間の電気的接触状態が良好で、かつ酸化物層66
および窒化物層65が全面的に露出してトランジスタ1
8のゲートがそのチャンネル領域を確実に覆っている場
合には、ポリシリコン領域50の上端位置はさして厳密
なものとしなくともよいが、これについても後述する。
6. Deposit N+ type polysilicon by LPCVD, planarize it, and perform plasma etching completely to the plane and directly below the oxide layer 65 and oxide layer 66 in the trench. This N+ polysilicon layer becomes a part of the polysilicon region 50 and increases its thickness, and is indicated by the same reference numeral as the polysilicon region 50 in the drawing (FIG. 3G). In this case as well, the polysilicon region 50 sufficiently overlaps the diffusion region 48 to provide good electrical contact therebetween, and the oxide layer 66
The nitride layer 65 is completely exposed and the transistor 1
If the gate 8 reliably covers the channel region, the position of the upper end of the polysilicon region 50 does not have to be very strict, but this will also be described later.

7、  ポリシリコン領域50および拡散領域48の露
出部に熱酸化物層56を厚さ約1000人に成長させる
。この場合、酸化物層65はその下縁部でバーズビーク
を発生するが、それ以外の個所では窒化物層66により
成長が妨げられる。
7. Grow a thermal oxide layer 56 on the exposed portions of polysilicon region 50 and diffusion region 48 to a thickness of approximately 1000 nm. In this case, the oxide layer 65 generates a bird's beak at its lower edge, but growth is inhibited by the nitride layer 66 at other locations.

この熱酸化物層56はトランジスタ18のソース/ゲー
ト間寄生容量を低減すべく形成するもので、場合によっ
てはこれを省略してもよい。次に窒化物層66をエッチ
した後、酸化物層65(および該層よりもはるかに厚い
熱酸化物層56の一部)にウェットエッチを施してこれ
を除去することにより、チャンネル44および拡散領域
48の一部を露出させる。この露出したチャンネル44
にゲート酸化物層46を厚さ250人に成長させ、(こ
れにより熱酸化物層56の厚さが増大する)ついでN+
のポリシリコン層14の蒸着およびパターン化を行なっ
て前記ワードライン14を形成し、第2図につき記載し
た断面構造のセルを得る。
This thermal oxide layer 56 is formed to reduce the source/gate parasitic capacitance of the transistor 18, and may be omitted depending on the case. Next, after etching the nitride layer 66, a wet etch is performed to remove the oxide layer 65 (and a portion of the much thicker thermal oxide layer 56), thereby removing the channels 44 and the diffusion. A portion of region 48 is exposed. This exposed channel 44
gate oxide layer 46 to a thickness of 250 nm (which increases the thickness of thermal oxide layer 56) and then N+
Deposition and patterning of a polysilicon layer 14 to form the word line 14 results in a cell having the cross-sectional structure described in connection with FIG.

次に本発明によるdRAMの第2の実施例(第4C図に
メモリセル130で示す)、および本発明ににる製作方
法の第2の実施例につき、以下第4八図ないし第4D図
を参照して説明する。これら第4A図−第4D図は第2
図および第3A図−第3G図とも同種の断面図である。
Next, a second embodiment of the dRAM according to the present invention (shown as a memory cell 130 in FIG. 4C) and a second embodiment of the manufacturing method according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 48 to 4D. Refer to and explain. These Figures 4A-4D are
Both the figure and FIGS. 3A to 3G are sectional views of the same type.

1、 結晶方位を(100)とするP+基板132に厚
さ1000人の熱酸化物層135を成長させた後、厚さ
1ミクロンのプラズマエンハンスドCVDll9化物層
137を蒸着する。つぎにこの酸化物層137のパター
ン化を行なって断面1平方ミクロンのトレンチを形成し
た後、該層をマスクとして用いてHClによるRIE処
理を行ない、これらトレンチを深さ5ミクロンに食刻す
る。
1. After growing a thermal oxide layer 135 with a thickness of 1000 nm on a P+ substrate 132 with a crystal orientation of (100), a plasma enhanced CVD II9 oxide layer 137 with a thickness of 1 micron is deposited. This oxide layer 137 is then patterned to form trenches of 1 square micron in cross section, and then, using this layer as a mask, an RIE process with HCl is performed to etch the trenches to a depth of 5 microns.

ついでトレンチ側壁を清浄化して、該側壁およびトレン
チ底面にキャパシタの酸化物層152を熱成長させ、し
かる後4ミクロンのヒ素注入のポリシリコン領域150
をスパッタ法により被着する(第4A図)。
The trench sidewalls are then cleaned and a capacitor oxide layer 152 is thermally grown on the sidewalls and the trench bottom, followed by a 4 micron arsenic implanted polysilicon region 150.
is deposited by sputtering (FIG. 4A).

2、 上記各酸化物層のウェットエッチ処理を行なう。2. Perform wet etching on each of the above oxide layers.

これによりキャパシタ酸化物層152の露出部が除去さ
れて、ポリシリコン領域150のうち酸化物層137上
の部分がリフトオフ(取り外)される。つづいて厚さ2
000人の1−2オ一ムcrtrシリコンエピ層144
の蒸着および該層に対するイオン注入を行なうことによ
り、N+ビットライン2oおよび前記トランジスタ18
のドレインとなるべき層120と、トランジスタ18の
ソースとなるべき領域148とを形成する(第4B図)
。この場合、領域148はポリシリコン領域150の上
面に形成されるため、各種の欠陥をもつものであろうこ
とが当然予想されるが、トランジスタ18のチャンネル
領域となるのが上記エビ層144の無注入部分であるた
め、そのような欠陥はさして問題とならない。
This removes the exposed portion of capacitor oxide layer 152 and lifts off the portion of polysilicon region 150 above oxide layer 137. Next, thickness 2
000 1-2 ohm crtr silicon epi layer 144
N+ bit line 2o and the transistor 18 by evaporating and implanting ions into the layer.
A layer 120 to become the drain of the transistor 18 and a region 148 to become the source of the transistor 18 are formed (FIG. 4B).
. In this case, since the region 148 is formed on the upper surface of the polysilicon region 150, it is naturally expected that the region 148 will have various defects. Since it is an implanted part, such defects do not pose much of a problem.

3、7ニール処理を施すことにより、注入不純物の拡散
をうながして上記領域148を若干膨出させる。ついで
ゲート酸化物層146を熱成長させて250人とした後
、N+ポリシリコンの蒸着およびパターン化を行ってワ
ードライン14を形成する。かくて得られたdRAMセ
ル130の構造を第4C図に示す。
By performing the 3 and 7 anneal treatments, the region 148 is slightly bulged by promoting diffusion of the implanted impurity. Gate oxide layer 146 is then thermally grown to 250 layers, followed by N+ polysilicon deposition and patterning to form word lines 14. The structure of the dRAM cell 130 thus obtained is shown in FIG. 4C.

次に本発明によるdRAMの第3の実施例につき説明す
る。この第3の実施例は、符号160で示され、上述の
dRAMセル130の変形例であり、上述のような本発
明による方法の第2の実施例を変形した第3の方法実施
例により製作されるものである。なお以下の記載中、上
記と同じ符号は上記実施例における対応項目を示すもの
である。
Next, a third embodiment of the dRAM according to the present invention will be described. This third embodiment, designated by the reference numeral 160, is a variant of the dRAM cell 130 described above, and is produced by a third method embodiment, which is a variation of the second embodiment of the method according to the invention, as described above. It is something that will be done. In the following description, the same reference numerals as above indicate corresponding items in the above embodiment.

1、 上記第2の実施例の工程(1)を行なった後、工
程(2)による酸化物層のエッチ処理を行なう。
1. After performing step (1) of the second embodiment, the oxide layer is etched in step (2).

2、 厚さ2000人のLPGVDポリシリコン層14
4を蒸着して、これに不純物の注入を行なうことにより
N+層120.148を形成する。
2. 2000mm thick LPGVD polysilicon layer 14
N+ layers 120 and 148 are formed by depositing 4 and implanting impurities therein.

この結果得られる構成は第4B図のものと同等であるが
、ただしこの場合は、領域120,144゜150は第
2の実施例におけるようにエビ層ではなくポリシリコン
層である。
The resulting structure is similar to that of FIG. 4B, except that in this case regions 120, 144 and 150 are polysilicon layers rather than shrimp layers as in the second embodiment.

3、 アニール処理および固相エピタキシ処理により上
記領域120.144を基板132上でエビ層に変換す
るが、これにともなって領域148.150の一部が単
結晶化することとなる。
3. The regions 120, 144 are converted into a shrimp layer on the substrate 132 by annealing and solid-phase epitaxy, and as a result, part of the regions 148, 150 becomes single crystal.

第4D図における波形の破線は、こうした部分的な単結
晶化を概念的に示すものである。ただしこのような結晶
化領域のうち、動作の特性に影響をもたらすのはもっば
ら前記領域144(トランジスタ18のチャンネル領域
)のみである。なおこの処理に用いる高温により、不純
物イオンの拡散が生じて前記領域148は第4D図に示
すように膨出する。
The broken waveform line in FIG. 4D conceptually shows such partial single crystallization. However, among such crystallized regions, it is only the region 144 (channel region of the transistor 18) that affects the operating characteristics. Note that the high temperature used in this process causes diffusion of impurity ions, causing the region 148 to bulge as shown in FIG. 4D.

かくて前記N+型層120のパターン化およびエツチン
グを行なって、前記ビットライン20を形成する。
The N+ type layer 120 is then patterned and etched to form the bit line 20.

4、 ついでゲート酸化物層146を厚さ250人に成
長させた後、N+型ポリシリコン層14の蒸着、パター
ン化およびエツチング処理を行なってワードライン14
を形成する。かくて得られるdRAMセル160の断面
f1造を第4E図に示す。
4. The gate oxide layer 146 is then grown to a thickness of 250 nm, followed by the deposition, patterning and etching of the N+ polysilicon layer 14 to form the word line 14.
form. The cross-sectional f1 structure of the dRAM cell 160 thus obtained is shown in FIG. 4E.

上述ノcl RAM t/lz 130 、1600)
動作Ltイずれも、さきに説明したセルメモリセル30
の動作と同等である。すなわち、トランジスタ18はそ
のドレイン201チヤンネル領域144、ソース148
、ゲート14がすべて縦型配置となっており、またキャ
パシタ12についても、その一方の極板をN+領[14
8/150により、他方の橋板をP+基板132により
それぞれ形成するとともに、酸化物層152及び領域1
48と基板132間の逆バイアス接合とによって誘電体
層を形成するものである。
cl RAM t/lz 130, 1600)
The operation Lt difference also depends on the cell memory cell 30 described earlier.
The behavior is equivalent to . That is, the transistor 18 has its drain 201 channel region 144, source 148
, the gates 14 are all vertically arranged, and one plate of the capacitor 12 is placed in the N+ region [14
According to 8/150, the other bridge plate is formed using the P+ substrate 132, and the oxide layer 152 and the region 1 are formed.
48 and the reverse bias junction between substrate 132 to form a dielectric layer.

なおセル160の製作方法の上記工程(3)を変更 4
゜し、複数のビットライン20間にチャンネルストップ
attを画定し、インブラントするため固相エピタキシ
処理を行なった後、前記N+層120のパターン形成お
よびエッチ処理を行なうこととしてもよい。この場合の
チャンネルストップ領域の形成方法は、本発明による方
法の第1の実施例におけるビットライン20間のチャン
ネルストップ38の形成方法に準する。
Note that the above step (3) of the manufacturing method of the cell 160 has been changed 4
However, the N+ layer 120 may be patterned and etched after a solid phase epitaxy process is performed to define and implant channel stops att between the plurality of bit lines 20. The method of forming the channel stop region in this case is similar to the method of forming the channel stop 38 between the bit lines 20 in the first embodiment of the method according to the invention.

以上、本発明によるdRAMの実施例およびその製作方
法の実施例につき各種説明したが、これら実施例は上記
の各寸法やトレンチの形状、不純物注入深さ、代替材料
の種類等を適宜変更したり、イオン注入法に代えてイオ
ン拡散を用い、あるいはドライエツチングに代えてウェ
ットエツチング法を用いたり、RIE法をおこなうにあ
たってHClの代りにハロゲン炭素化合物を用いたり、
前記保護用窒化物層66を省略したり、その他もろもろ
の変更を加えること等は、これまでの記載からしてただ
ちに想到しうるところであろう。
Various embodiments of the dRAM and its manufacturing method according to the present invention have been described above, but these embodiments may be modified by changing the above-mentioned dimensions, shape of the trench, depth of impurity implantation, type of substitute material, etc. as appropriate. , using ion diffusion instead of ion implantation, using wet etching instead of dry etching, using a halogen carbon compound instead of HCl in RIE,
Omitting the protective nitride layer 66 and making various other changes will be readily apparent from the foregoing description.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1A図および第1B図はそれぞれ本発明によるdRA
Mセルの等何回路を示すl1lii略図および該セルを
用いたセルアレイを示す平面図、第2図は本発明による
dRAMセルの第1の実施例を第1B図の線2−2に沿
う断面で示す断面図、第3八図ないし第3G図はこの第
1の実施例によるdRAMセルを本発明によるセル製作
方法の第1の実施例により製作する場合の一連の工程を
示す図、第4八図ないし第4E図は本発明による第2お
よび第3の実施例によるdRAMセルを本発明によるセ
ル製作方法の第2および第3の実施例により製作する場
合に一連の工程を示す図である。 12・・・キャパシタ、 14・・・ワードライン、 16・・・ゲート、 18・・・トランジスタ、 20・・・ビットライン、 30.130,160・・・メモリセル、32.132
・・・基板、 34.144・・・エビ層、 42・・・酸化物層、 44・・・チャンネル、 46.146・・・ゲート酸化物層、 48・・・拡散領域、 50.150・・・ポリシリコン領域、52.152・
・・酸化物/窒化物/酸化物スタック。
FIG. 1A and FIG. 1B each show a dRA according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a first embodiment of a dRAM cell according to the present invention taken along line 2-2 in FIG. 1B. The cross-sectional views shown in FIGS. 38 to 3G are diagrams showing a series of steps in manufacturing the dRAM cell according to the first embodiment according to the first embodiment of the cell manufacturing method according to the present invention. Figures 4 to 4E are diagrams showing a series of steps when manufacturing dRAM cells according to the second and third embodiments of the cell manufacturing method according to the present invention. 12... Capacitor, 14... Word line, 16... Gate, 18... Transistor, 20... Bit line, 30.130, 160... Memory cell, 32.132
...substrate, 34.144... shrimp layer, 42... oxide layer, 44... channel, 46.146... gate oxide layer, 48... diffusion region, 50.150...・Polysilicon area, 52.152・
...Oxide/Nitride/Oxide stack.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)基板上に設けたメモリセルアレイにおいて、(a
)この基板上に設けた複数本の互いに平行な第1の導体
ラインと、 (b)前記第1の導体ラインと交差しかつこれから絶縁
された複数本の互いに平行な第2の導体ラインと、 (c)前記第1および第2の導体ラインの交差する点に
それぞれ設けた複数のメモリセルを含み、これらメモリ
セルの各々は前記交差点の下方において前記基板中に形
成したトレンチ内に設けた電界効果トランジスタおよび
キャパシタを含み、該トランジスタのドレイン領域はこ
れを前記第1の導体ラインのうちの1本と接続し、また
そのゲート領域はこれを前記第2の導体ラインのうちの
1本と接続し、さらにそのソース領域はこれを前記キャ
パシタの極板のうち第1の極板に接続したことを特徴と
するメモリセルアレイ。 (2)(a)前記キャパシタの極板のうち第2の極板は
これを前記基板に接続してなる特許請求の範囲第1項に
記載のメモリセルアレイ。 (3)半導体基板に設けたメモリセルにおいて、(a)
この基板に設けたトレンチ内に形成したキャパシタと、 (b)前記トレンチ内に形成しかつ前記キャパシタと接
続してなるトランジスタを含むことを特徴とするメモリ
セルアレイ。 (4)基板上に設けたメモリセルアレイにおいて、(a
)この基板上に設けた複数本の互いに平行な第1の導体
ラインと、 (b)前記第1の導体ラインと交差しかつこれから絶縁
された複数本の互いに平行な第2の導体ラインと、 (c)前記第1および第2の導体ラインの交差する点に
それぞれ設けた複数のメモリセルを含み、これらメモリ
セルの各々は前記第1の導体ラインのうちの1本と前記
第2の導体ラインのうちの1本とが交差する点において
前記基板中に形成したトレンチ内に形成した電界効果ト
ランジスタおよびキャパシタを含み、該トランジスタの
ゲートはこれを前記トレンチ内に挿入した材料により形
成し、またそのソース領域、チャンネル領域およびドレ
イン領域はこれを前記基板中に形成し、該ドレイン領域
はこれを前記第1の導体ラインのうちの1本と接続し、
該ゲート領域はこれを前記第2の導体ラインのうちの1
本と接続し、さらに該ソース領域はこれを前記キャパシ
タと接続したことを特徴とするメモリセルアレイ。 (5)(a)前記基板はこれをシリコンとし、かつ(b
)前記第1の導体ラインはこれを前記基板に形成した不
純物注入領域により形成してなる特許請求の範囲第4項
に記載のメモリセルアレイ。 (6)(a)前記ソース領域、チャンネル領域およびド
レイン領域はこれを固相エピタキシャル成長法により形
成したことを特徴としてなる特許請求の範囲第5項に記
載のメモリセルアレイ。 (7)(a)前記ソース領域、チャンネル領域およびド
レイン領域はこれをエピタキシャル蒸着法により形成し
たことを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載のメモ
リセルアレイ。 (8)半導体基板に設けたメモリセルにおいて、(a)
この基板に設けた実質的に垂直のトレンチの側壁底部に
形成した電荷蓄積用キャパシタと、(b)前記トレンチ
の側壁上において前記キャパシタと前記基板の表面との
間に設けた電界効果トランジスタとを含み、該トランジ
スタのソースはこれを前記キャパシタの一方の極板と接
続し、そのドレインはこれを前記基板の実質的に表面上
に設けたビットラインと接続し、さらにそのゲートはこ
れを前記基板の実質的に表面上に設けたワードラインと
接続したことを特徴とするメモリセルアレイ。 (9)(a)前記電荷蓄積用キャパシタは(i)前記ト
レンチの側壁内に形成された第1の領域と、前記基板内
に形成されかつ該第1の領域と隣接する第2の領域との
2つの部分からなる第1の極板と、(ii)該第1の領
域において前記側壁上に形成した絶縁層と、(iii)
前記トレンチ内の絶縁層上に形成された第1の層と、前
記第2の領域近傍において前記基板内に形成されかつ該
第1の層と隣接する第3の領域との2つの部分からなる
第2の極板とからなり、これら第2および第3の領域は
その導電型を互いに逆の導電型とすることによりそれら
の間に接合部を形成し、 (b)前記トランジスタはそのソース領域、チャンネル
領域およびドレイン領域をすべて前記トレンチの側壁中
に形成し、ソース領域はこれを前記第3の領域と隣接さ
せ、またそのゲート絶縁層はこれを前記チャンネル領域
において前記側壁上に形成してなる特許請求の範囲第8
項に記載のメモリセルアレイ。 (10)(a)前記基板はこれをシリコンとし、かつ(
b)前記キャパシタに電荷がたくわえられた際には前記
接合部に逆バイアスが加えられるようにしてなる特許請
求の範囲第8項に記載のメモリセルアレイ。 (11)(a)前記第1の領域の前記第2の領域近傍に
おけるキャリア濃度はこれを該第2の領域より相隔てた
部位におけるキャリア濃度よりもはるかに低くしてなる
特許請求の範囲第9項に記載のメモリセルアレイ。 (12)(a)前記第1の層はこれを多結晶構造もしく
は無定型結晶構造としたことを特徴とする特許請求の範
囲第9項に記載のメモリセルアレイ。 (13)(a)前記第1の層は少なくとも前記第3の領
域近傍においてこれを前記第3の領域をシードとして固
相エピタキシャル成長により形成させた単結晶からなる
ものとしたことを特徴とする特許請求の範囲第9項に記
載のメモリセルアレイ。 (14)(a)前記第1の層はこれをエピタキシャル蒸
着法により形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
9項に記載のメモリセルアレイ。 (15)実質的にその表面上にワードラインとビットラ
インを設けた基板中に形成したトレンチ内に構成した1
トランジスタ/1キャパシタメモリセルにおいて、 (2)該トレンチの前記基板表面に隣接した部分の層に
該トランジスタのゲートを形成してこのゲートを前記ワ
ードラインに接続し、 (b)前記トランジスタはそのソース領域、チャンネル
領域およびドレイン領域を前記基板の表面近傍において
前記トレンチの側壁の一部に形成し、また前記ドレイン
領域は前記基板表面に隣接してこれを形成するとともに
前記ビットラインのうちの1本と接続し、 (c)前記キャパシタの第1の極板はこれを前記トレン
チ内に設けてこの第1の極板を前記層から絶縁するとと
もに前記ソース領域と接続し、(d)前記キャパシタの
第2の極板はこれを実質的に前記基板の1領域に形成し
て前記トレンチの側壁に隣接させ、この第2の極板を前
記基板を介して設置させたことを特徴とする1トランジ
スタ/1キャパシタメモリセル。 (16)半導体基板に形成したトレンチを有するメモリ
セル内に1トランジスタ/1キャパシタメモリセルを製
造するにあたつて (a)前記基板にトレンチを形成し、 (b)該トレンチの側壁上に絶縁層を形成し、(c)前
記トレンチの底部を半導体材料により充填し、 (d)該トレンチの非充填部および前記側壁に電界効果
トランジスタを形成して、前記半導体材料に隣接する前
記トレンチの上部を部分的に充填することにより前記ト
ランジスタのソース領域を形成し、前記半導体材料およ
び前記ソース領域の両者が前記キャパシタの一方の極板
を形成するようにしたことを特徴とする1トランジスタ
/1キャパシタメモリセルの製造方法。
[Claims] (1) In a memory cell array provided on a substrate, (a
) a plurality of mutually parallel first conductor lines provided on the substrate; (b) a plurality of mutually parallel second conductor lines intersecting with and insulated from the first conductor lines; (c) a plurality of memory cells provided at each intersection of the first and second conductor lines, each of the memory cells having an electric field provided in a trench formed in the substrate below the intersection; an effect transistor and a capacitor, the drain region of the transistor connecting it to one of the first conductor lines, and the gate region connecting it to one of the second conductor lines; The memory cell array further comprises a source region connected to a first electrode plate of the capacitor. (2) (a) The memory cell array according to claim 1, wherein a second electrode plate of the electrode plates of the capacitor is connected to the substrate. (3) In a memory cell provided on a semiconductor substrate, (a)
A memory cell array comprising: a capacitor formed in a trench provided in the substrate; and (b) a transistor formed in the trench and connected to the capacitor. (4) In the memory cell array provided on the substrate, (a
) a plurality of mutually parallel first conductor lines provided on the substrate; (b) a plurality of mutually parallel second conductor lines intersecting with and insulated from the first conductor lines; (c) a plurality of memory cells provided at each intersection of the first and second conductor lines, each of the memory cells being connected to one of the first conductor lines and the second conductor line; a field effect transistor and a capacitor formed in a trench formed in the substrate at a point of intersection with one of the lines, the gate of the transistor being formed by a material inserted into the trench; a source region, a channel region and a drain region are formed in the substrate, the drain region connecting it to one of the first conductor lines;
The gate region connects this to one of the second conductor lines.
A memory cell array characterized in that the source region is connected to the capacitor and the source region is connected to the capacitor. (5) (a) The substrate is made of silicon, and (b)
5. The memory cell array according to claim 4, wherein said first conductor line is formed by an impurity implanted region formed in said substrate. (6) The memory cell array according to claim 5, wherein (a) the source region, channel region, and drain region are formed by a solid phase epitaxial growth method. (7) The memory cell array according to claim 5, wherein (a) the source region, channel region, and drain region are formed by an epitaxial deposition method. (8) In a memory cell provided on a semiconductor substrate, (a)
(b) a charge storage capacitor formed at the bottom of a sidewall of a substantially vertical trench provided in the substrate; and (b) a field effect transistor provided on the sidewall of the trench between the capacitor and the surface of the substrate. the transistor's source connects it to one plate of the capacitor, its drain connects it to a bit line provided substantially on the surface of the substrate, and its gate connects it to a bit line provided substantially on the surface of the substrate. A memory cell array characterized in that the memory cell array is connected to word lines provided substantially on the surface of the memory cell array. (9) (a) The charge storage capacitor includes (i) a first region formed within the sidewall of the trench, and a second region formed within the substrate and adjacent to the first region. (ii) an insulating layer formed on the sidewall in the first region; (iii)
It consists of two parts: a first layer formed on the insulating layer in the trench, and a third region formed in the substrate near the second region and adjacent to the first layer. (b) said transistor comprises a source region thereof, and said second and third regions are of opposite conductivity types to form a junction therebetween; , a channel region and a drain region are all formed in the sidewalls of the trench, a source region is adjacent to the third region, and a gate insulating layer is formed on the sidewalls in the channel region. Claim No. 8
The memory cell array described in . (10) (a) The substrate is made of silicon, and (
9. The memory cell array according to claim 8, wherein: b) a reverse bias is applied to the junction when charge is stored in the capacitor. (11) (a) The carrier concentration in the vicinity of the second region of the first region is much lower than the carrier concentration in a portion separated from the second region. 9. The memory cell array according to item 9. (12) The memory cell array according to claim 9, wherein (a) the first layer has a polycrystalline structure or an amorphous crystalline structure. (13) (a) A patent characterized in that the first layer, at least in the vicinity of the third region, is made of a single crystal formed by solid phase epitaxial growth using the third region as a seed. The memory cell array according to claim 9. (14) The memory cell array according to claim 9, wherein (a) the first layer is formed by an epitaxial vapor deposition method. (15) 1 constructed in a trench formed in a substrate with word lines and bit lines substantially on the surface thereof;
In a transistor/one capacitor memory cell, (2) a gate of the transistor is formed in a layer of a portion of the trench adjacent to the substrate surface and the gate is connected to the word line; a channel region and a drain region are formed on a portion of a sidewall of the trench near the surface of the substrate, and the drain region is formed adjacent to the substrate surface and one of the bit lines. (c) a first plate of the capacitor is disposed within the trench to insulate the first plate from the layer and connect to the source region; and (d) a first plate of the capacitor is connected to the source region. 1. A transistor characterized in that a second electrode plate is formed substantially in one area of the substrate and adjacent to a side wall of the trench, and the second electrode plate is installed through the substrate. /1 capacitor memory cell. (16) In manufacturing a one-transistor/one-capacitor memory cell in a memory cell having a trench formed in a semiconductor substrate, (a) a trench is formed in the substrate, and (b) insulation is provided on the sidewall of the trench. (c) filling the bottom of the trench with a semiconductor material; and (d) forming a field effect transistor in the unfilled portion of the trench and on the sidewalls of the trench, the top of the trench adjacent to the semiconductor material. 1-transistor/1-capacitor, characterized in that the source region of the transistor is formed by partially filling the semiconductor material, and both the semiconductor material and the source region form one plate of the capacitor. A method for manufacturing memory cells.
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