JPS6136384B2 - - Google Patents

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JPS6136384B2
JPS6136384B2 JP53092438A JP9243878A JPS6136384B2 JP S6136384 B2 JPS6136384 B2 JP S6136384B2 JP 53092438 A JP53092438 A JP 53092438A JP 9243878 A JP9243878 A JP 9243878A JP S6136384 B2 JPS6136384 B2 JP S6136384B2
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Kumaa Chataajiii Parabu
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Publication of JPS6136384B2 publication Critical patent/JPS6136384B2/ja
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    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
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    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/764Air gaps
    • HELECTRICITY
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    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/34DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the transistor being at least partially in a trench in the substrate

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体記憶装置と、その装置の構成部
品を含む個々のメモリ・セルに関し、とくに、セ
ンス線すなわち読み出し線とそれに出入りするV
溝形の異方性エツチングを用いてMOS形ランダ
ム・アクセス・メモリ(RAM)装置のRAMセル
の実装密度を向上させたMOS RAM装置用のメ
モリ・セルに関する。
MOS形RAM装置の使用はすでに普及し、かつ
増大し続けている。1970年に1kビツトのMOS形
ダイナミツクRAM装置が導入されて以来急速に
開発が進み、今や半導体記憶装置がコア式のもの
をしのぐまでに至つている。
これらの記憶装置の製造コストの大半が、チツ
プ上の回路網の製造にかかるよりもむしろ、ボン
デング、パツケージング、試験、操作といつた過
程で費やされているため、この分野の最近の開発
は、チツプ自体の動作効率を向上させる方法と
か、あるいは関連したセンス増幅回路を簡単化す
ることよりもむしろ、所定のシリコン・チツプに
収容されるメモリ・セルすなわち記憶セルの密度
を高める方法に集中した。従つて、今や4kビツ
トのRAM装置の生産が普及し、さらに16kビツト
のRAM装置も一般化しつつあり、また、いくつ
かの半導体製造会社は近い将来64kビツトと256k
ビツトのRAM装置の量産を開始するものとみら
れる。
数タイプのMOS形RAM装置が現在入手可能
で、これらの装置は3つの広いカテゴリに分類さ
れる。まず、最も一般的なタイプは1975年9月30
日にN.キタガワ氏が取得した米国特許No.3909631
に記載されている。1トランジスタ形の半導体記
憶セルである。この種のメモリ・セルは1976年5
月3日にキタガワおよびマツクアレクサンダーが
出願した米国特願No.648594と1976年6月1日にホ
ワイト、マツクアダムズ及びレツドワインの出願
した米国特願No.691735(米国特許第4081701号)
にも記載されている。上記特許及び米国出願は本
願出願人にすべて譲渡されている。1トランジス
タ・メモリ・セルについては“Electronics”誌
1973年9月13日号の116〜121頁と1976年5月13日
号の81〜86頁に詳説されている。第2のタイプの
半導体記憶セルは、ダブル・レベル・ポリシリコ
ン・ゲートを用いたMOS形RAMセルの概念であ
る。最後に、第3のタイプのMOS形RAMは、Al
F.タツシユ Jr.らが1975年3月3日に出願した
米国特願No.554889(米国特許第4060738号)や
“IEEE Journal of Solid State Circuits”,Vol.
SC―11,No.1(1976年2月)58〜63頁および
Vol.SC―11,No.5(1976年10月)575〜585頁に
記載されているような、いわゆる電荷結合形
RAMである。
これらのタイプの先行技術のMOS形RAMの
各々は動作特性が異なり、各々がそれぞれの利点
と欠点とをもつているが、いくつかの構造的な特
徴はすべての従来のMOS RAM装置に共弾通し
ている。1トランジスタ形MOS RAMセルとダ
ブル・レベル・ポリシリコンMOS RAMセルが
“IEEE Journal of Solid State Circuits”Vol.
SC―11,No.5(1976年10月)の583頁の第10A
図と第10B図にそれぞれ図示されている。同誌
575頁の第1A図には電荷結合形MOS RAMが図
示されている。これらの図に示されているとお
り、セルは普通p形シリコン材料の基体上につく
られており、装置の表面近くのN+拡散材料のビ
ツト(もしくはセンス)線を利用し、二酸化シリ
コンの層によつて転移ゲートから分離されてい
る。すべてのセルは小形の幾何形状のコンデンサ
(容量)によつて形成された蓄積領域と、装置の
表面近くに相互に隣り合う小形の幾何形状トラン
ジスタによつて形成された転移領域を持ち、転移
領域がN+イオンを拡散したセンス線と蓄積領域
との間に横方向に配置されるようにつくられてい
る。トランジスタは、このようにしてセンス線と
蓄積領域を結合し、これらの両者の間を選択的に
絶縁分離する。2進数字の“1”はトランスフ
ア・ゲートすなわち転移ゲートにパルスを送るこ
とによつてRAMセルに書込みができ、それによ
つて、トランジスタを導通させ、電荷をコンデン
サに集めることができるようにする。2進数字
“0”は同じく電荷がコンデンサに流れ込まない
ようにすることによつてセルに書き込みができ
る。するとトランジスタはオフ状態になつて情報
を蓄積する。電荷の有無は転移ゲートを選択的に
タイミング動作させることに関連してセンス線に
よつて検出することができる。これらの先行技術
のRAMセルの機械的な構造にはいくつかの固有
の欠点がある。
第1に、従来のRAM装置におけるN+ビツト線
の拡散は、製造プロセスの後半段階として行なわ
れるのでこの層のドープ・レベルは制限される。
それは、この段階において高レベルの不純物を注
入するために要する加熱が、電荷結合形MOS
RAMセルの表面におけるダブル・インプラント
部すなわち二重注入部の場合のように、装置の表
面にすでに注入されている不純物のレベルを妨害
するからである。しかしながら、センス線のシー
ト・ライン抵抗の減少は、センス線と結びつき、
得られるデータ速度の制約となるRC時定数を小
さくすることになるから、センス線のシート・ラ
イイン抵抗を下げるためにセンス線層内の不純物
レベルをできるだけ高くすることが望ましい。
第2に、従来のRAM装置のセンス線は装置の
表面近くにあり、二酸化シリコンの薄層だけでト
ランスフア・ゲートから分離されているから、そ
のゲートのタイミング動作は、装置に誤動作が生
じないように外部増幅回路によつてろ波されなけ
ればならないゲートとセンス線間の容量結合のた
めに、センス線に沿つて小電圧を印加する。
蓄積領域は論理的に転移領域を介してセンス線
に接続されていなければならないから、これらの
領域は、普通チツプの表面に互に隣りあわせに作
られており、その結果が密度の固有損失となり、
その密度はこれら3領域の物理的な幅の和によつ
て制約される。
加えて、電荷結合形RAMの概念を用いること
により製作が複雑になる。つまり、この構造は、
“IEEE Journal of Solid State Circuits”Vol・
SC―11.No.5(1976年10月)に掲載の論文の575
頁第1図に示されているように、装置の表面にP
形とN形の不純物のダブル・インプラントを用い
ている。その図についての議論に述べられている
ように、蓄積領域は浅いN形イオンのインプラン
ト部と比較的深いP形イオンのインプラント部を
含み、トランスフア領域すなわち転移領域にはイ
ンプラント部がない。セルの読出/書込動作を破
壊するような転移領域の電位障壁を回避するため
に2つの領域の境界にあるP形インプラント部の
縁部がN形不純物イオン・インプラント部と合致
するかもしくはその内側にあることが決定的に重
要である。これらの領域が正確に整合しそこなう
と、不良の装置ができてしまう。したがつて、整
合公差すなわちアライメント公差は従来の電荷結
合形RAMの製造プロセスの信頼性の決定的な限
界となる。
簡単に言えば、本発明によるRAM装置用メモ
リ・セルの1つ1つは、センス線としてシリコン
のドープ領域を利用しており、この領域は逆導電
形のシリコン基板に深く埋め込まれている。この
作業は製造プロセスの第1工程として行なわれ、
したがつて、センス領域に高レベルの不純物を使
用することができる。この装置の転移領域は埋め
込まれたセンス線領域に延びる異方性エツチング
でつくられたV溝により形成され、この溝にデポ
ジツト(被着)された多結晶シリコン層はトラン
スフア・ゲートすなわち装置の語線すなわちワー
ド線を形成する。蓄積領域は装置の表面に多結晶
シリコンのデポジツト層によつて形成されるが、
この表面はセルの電荷容量を増すN形とP形のイ
オン不純物のダブル・インプラント部によつて修
正されている。蓄積領域はV溝の壁に沿つて形成
された転移領域によつてセンス線と論理的に接続
される。センス領域は蓄積ゲートから離れた装置
表面の下側に配置されているから、タイミング送
りは事実上なくなり、したがつて、外部のセンス
増幅回路の設計はきわめて簡単化される。セルの
密度は、センス線がセル表面で転移領域と蓄積領
域とに隣り合うのではなくむしろこれらの下側に
置かれること、および転移領域が装置表面に沿つ
て横方向に形成されるのではなくむしろV溝の縁
部に沿つて装置表面内に部分的に形成されること
によつて大幅に向上する。そのため蓄積領域とセ
ル領域の面積比は最も小形の従来型MOS RAM
セルの2倍に向上することが確かめられた。他に
もV溝のエツチングによつて得られる利点があ
る。このV溝は蓄積領域と転移領域の境界にイン
プラント部を自己整合(セルフ・アライン)させ
るため、この実施例にもとづくRAMセルの製造
をきわめて簡単にする。最後に、このRAMセル
の動作特性は従来方法によるRAMセルのそれと
同一であるから、電圧レベルないし回路素子を変
更する必要がない。
次に、添付図面を参照して本発明の実施例を説
明する。第1図は本発明の第1実施例による複数
個のMOS RAMセルを持つランダム・アクセ
ス・メモリ装置の透視横断面図である。ランダ
ム・アクセス・メモリ装置は一部分だけ示されて
おり、その装置は個々のMOS RAMセルのマト
リツクスによつて画定されていると解すべきであ
る。第1図に示されるように矢印Xの方向に延び
るセルはセルの行(行セル)を形成し、N+シリ
コンの拡散領域によつて画定された共通の埋め込
みビツト線すなわちセンス線11を共有してい
る。この拡散領域はその1端が装置の表面まで延
び、装置の表面の領域12で終端している。この
領域12はセンス増幅器と、X方向に沿つて作ら
れ、共通のセンス線11により接続されたセルに
確実に電気的にアクセスできるようにするための
ボンド領域とを含んでいる。Y方向に延びるセル
は、第1図に矢印で示されるように共通のV溝1
6のなかに設けられ、共通の蓄積ゲート20と転
移ゲート22を共有するセル・マトリツクスの列
を形成する。蓄積ゲート20は装置表面のV溝1
6に隣接してデポジツトされた多結晶シリコンの
第1層によつて形成され、トランスフア・ゲート
22はV溝16内にデポジツトされた多結晶シリ
コンの第2層によつて形成されている。この装置
は後でくわしく説明するが、共通センス線11に
沿う容量を減らすために低濃度にドープされても
よいPチヤンネル・シリコン基板10の層上に作
られている。共通センス線11はN+ドナー不純
物の層を基板材料10中に拡散することにより形
成される。この層のドープ量は、後に説明すると
おり、共通センス線11の面抵抗を減らすために
非常に高く、およそ1020/cm3程度までにする。P
チヤンネルのエピタキシヤル層13は共通センス
線11の上に位置し、層13は周知の方法によつ
て基板10の上に成長させる。エピタキシヤル層
13の表面はP形イオン14とN形イオン15の
ダブル・インプラント部によつて修正されてい
る。P形イオンのインプラント領域は比較的深い
インプラント部であり(3000〜10000Å)、N形イ
オンのインプラント領域は比較的浅い(500〜
1500Å)。個々のセル列は、エピタキシヤル層1
3を通してY方向と共通センス線11内へと延び
る異方性エツチングのV溝16によつて形成され
る。比較的薄い二酸化シリコンの絶縁表面層17
が装置の表面に沿つてデポジツトされている。二
酸化シリコン層17は個々のセルの領域内では厚
さが一様であるばかりでなく、ランダム・アクセ
ス・メモリ装置を構成するセル列を分離するフイ
ールド 酸化物領域18をなす枠形の厚みのある
部分を含む。この厚くされたフイールド酸化物領
域18の下には、チヤンネル・ストツパ層を形成
するP+形ドープ層19がある。セル用の蓄積ゲ
ートを形成する多結晶シリコンの第1層20は、
装置表面の相次ぐV溝16とV溝16の間の絶縁
層17上にデポジツトされている。酸化シリコン
の第2の絶縁層21は、第1の多結晶シリコン層
20と、装置のV溝16内にデポジツトされた多
結晶シリコンの第2層22を分離する。この第2
層22は厚くされたフイールド酸化物部分18の
縁部まで延びて終端しているがセル列を接続しな
い。
このランダム・アクセス・メモリ装置の個々の
セルの構造とその製造方法は第2A図ないし第2
E図に製造プロセスの段階別に横断面図で示され
ている。第2A図はMOS RAMセルがPチヤン
ネルシリコンの基板層10に作られている場合を
図示しているが、Nチヤンネル・シリコンを、そ
れに応じて各層のチヤンネルの配向を変えて用い
てもよいと解すべきである。基板層10はそのプ
レーナ上面に沿つてMOS、RAMセルのセンス領
域を形成するN+イオン層11を拡散する。セン
ス領域11のドナー濃度レベルは比較的高く、お
そらく1020/cm3程度の不純物濃度になる。これに
対して基板層10のほうは低濃度にドープしてあ
る。センス線領域11と基板材料10との間の接
合は固有容量を持つたダイオードを形成する。セ
ンス領域11を通して電気信号をできるだけ迅速
に、できるだけ劣化を少なくして伝播する必要が
あり、また、この伝播能力はその接合に関連した
RC時定数によつて制限されるから、センス領域
11の抵抗と、PN接合に関連した容量の両方を
低減することが望ましい。これは基板材料10の
ドープ・レベルを下げてPN接合の空間電荷領域
の幅をひろげることにより、またセンス領域11
のドープ・レベルを上げて、センス線領域11内
で導通に用いうる電子の数を増すことによつて達
成される。第2A図に示されるように、エピタキ
シヤル層13は基板材料10のプレーナ上面に沿
つて、拡散センス領域11上に成長される。比較
的薄い二酸化シリコン(Sio2)の絶縁層17がエ
ピタキシヤル層13のプレーナ上面に沿つてデポ
ジツトされ、また絶縁層17のプレーナ上面には
窒化シリコン(Si3N4)の層24がデポジツトされ
る。つぎに、第2B図に示されるように、Si3N4
層24の装置画定用領域を完全に残し、かつ装置
の表面の一部を覆うために、Si3N4層24がマス
クされ、エツチングにより部分的にとり除かれ
る。P形材料を高濃度にドープした部分19は、
エピタキシヤル層13内にインプラントされ、チ
ヤンネル・ストツパ領域として働くが、MOS形
ランダム・アクセス・メモリ装置の表面で隣接し
あうセルを電気的に絶縁分離するのに用いられ
る。装置画定用領域24はその下側にP形材料1
9がインプラントされないようにする。そのた
め、層24を取り囲むエピタキシヤル層13の表
面の真下にチヤンネル・ストツパ領域が位置す
る。比較的厚い酸化物層18が装置表面のチヤン
ネル・ストツパ領域19上全体に成長され、装置
画定用窒化シリコン層24をとりかこみ、この窒
化シリコン層はフイールド酸化物層18の成長を
阻止する。比較的厚めの酸化物層18はMOS
RAMセルの境界を画定する。この層18はMOS
RAM装置の表面上の隣接セルを絶縁分離するの
に用いられる。第2C図に示されるように、装置
画定用用窒化シリコン層24はつぎにとり除か
れ、エピタキシヤル層13の表面は、比較的深
い、第2C図に―符号で示されたP形材料14で
なる比較的深いインプラント部(3000〜10000
Å)と、同図に+符号で示されるN形材料15で
なる比較的浅いインプラント部(500〜1500Å)
によつて修正されている。比較的深いP形インプ
ラント部14は特性的には硼素イオンであり、比
較的浅いN形インプラント部15は特性的には砒
素イオンであるが、他の適当な元素を用いてもか
まわない。これらのインプラント部は、周知のイ
オン・インプラント技術、たとえば1976年11月10
日出願の、本出願人に譲渡されたAl.F.タツシユ
Jr.の米国特願No.740528の12〜13頁に記載されて
いるような技術を用いてつくられる。この比較的
厚いフイールド酸化物層18はイオン注入プロセ
ス中にその下側にN形ドープ剤とP形ドープ剤を
デポジツトしないようにする。そのため、フイー
ルド酸化物層18の境界内にセルが選択的に形成
されることになる。エピタキシヤル層13の表面
位置のP形材料14とN形材料15とのダブル・
インプラント部は後に詳しく説明するが、表面電
位を修正し、セルの蓄積領域の容量を増加させ
る。第2D図に示すように、幅Wの窓を有するマ
スク25を適当なエツチング溶液に関連して用い
て、フイールド酸化物領域18によつて限定され
た領域内にセルの表面に延びるV溝16を画定す
る。V溝16はエピタキシヤル層13を貫ぬいて
延び、拡散センス領域11内で終端している。V
溝16はG.R.モハン・ラオらが1977年1月31日
に出願し、本出願人に譲渡された米国特願No.
763780に説明されているような異方性エツチング
により形成される。P形シリコン・エピタキシヤ
ル層13の結晶面100がエツチングによつて、
<100>の平面に対して54.7゜の角度位置にある
<111>面を露出させる。エツチングは、一般に
ヒドラジンを用い、自己停止形であるが、V溝1
6の深さはマスク25の窓の幅Wによつてもつぱ
ら決まる。したがつて、窓幅Wは、エピタキシヤ
ル層13の厚さに応じてセンス領域11内にV溝
16の終端が確実にされるように選択される。第
2E図に示すように、多結晶シリコンの第1層
は、V溝16に隣接するセルの表面の、溝の外
に、フオトレジストを用いて選択的にデポジツト
され、この層20の厚さはおよそ0.5ミクロンと
なる。二酸化シリコンの第2の絶縁層21はセル
の全面に沿つて成長され、多結晶シリコンの第1
層20を覆い、V溝16の内にも存在し、その厚
さはおよそ2000Åとなる。最後に、多結晶シリコ
ンの第2層22がV溝16のなかで、酸化物層2
1の上側にデポジツトされるが、この第2層22
は、セルの表面に沿つて厚い酸化物層18によつ
て画定された領域内にフオトレジストを用いて
0.5ミクロンの厚さに選択的にデポジツトされて
いる。多結晶シリコンの第1層20はMOS
RAMセルの蓄積ゲートとして働らき、いつぽう
多結晶シリコンの第2層22はMOS RAMセル
の転移ゲートとして働らく。最後に、セルへの電
気的接続をうるため、周知のメタライズ技術によ
つてゲートとセンス領域11に電極をとりつける
ことができる。
この実施例のMOS RAMセルとMOS RAMセ
ルの類似回路との間の構造上の特徴の関係を第3
A図と第3B図に示す。第3A図のほうは本発明
による個々のMOS RAMセルの部分横断面図
で、第3B図のほうは同じセルの模式電気回路図
である。第3A図に示されるように、本発明によ
るMOS RAMセルの蓄積領域はエピタキシヤル
層13のなかのV溝16に隣接した表面にある。
多結晶シリコンの第1層20はコンデンサすなわ
ち蓄積キヤパシタ27の一方の極板として働ら
き、二酸化シリコン17の第1層は誘電体として
働らき、そしてエピタキシヤル層13の表面はコ
ンデンサ27の第2の極板として働らく。エピタ
キシヤル層13表面のP形材料14の深いインプ
ラント部とN形材料15の浅いインプラント部か
ら成るダブル・インプラント部は第2のコンデン
サとして有効に働らき、Al.F.Tasch Jr.が1976
年11月10日出願し、本出願人に譲渡された米国特
願No.740528に説明されているように、セルの電荷
容量を増大させる。第3A図に示されるように、
本発明によるMOS RAMセルお転移領域はV溝
16の傾斜側面に沿うエピタキシヤル層13のな
かにあり、V溝16に隣接するセル表面からセン
ス領域11まで延びている。MOSトランジスタ
26は、多結晶シリコンの第2層22をゲートと
し、二酸化シリコンの第2層21とエピタキシヤ
ル層13とにより構成されている。MOS RAM
セルの類似回路と認められる第3B図の電気回路
図に示されるように、V溝16内に形成されるト
ランジスタ26はセンス線11を蓄積コンデンサ
27に電気的に接続する。センス線11はトラン
ジスタ26のドレイン(又はソース)と電気的に
接続され、トランジスタ26のソース(又はドレ
イン)は蓄積コンデンサ27の1つの極板と電気
的に接続され、そして蓄積コンデンサ27のもう
1つの極板は、多結晶シリコンの第1層20によ
つて形成された蓄積ゲートでなり、その第2極板
は後にくわしく説明するとおり、アクセス用のト
ランジスタ26を介して情報を受け、蓄積したり
するために適当な電圧に蓄積コンデンサ27がバ
イアスされることを確実にするために基準電圧
Vddに接続されている。これらの複数のMOS
RAMセルが第1図のMOS RAM装置におけるよ
うなセル・マトリツクスとしてつくられるとき、
多結晶シリコンの第2層22はセルの列のための
語線として働らき、一方センス領域11はセルの
行のためのビツト(又はセンス)線として働ら
く。
本発明のMOS RAMセルの動作を第4図で説
明する。
第4図は読出し、書込み、蓄積の各動作に対応
する蓄積領域、転移領域およびセンス領域の表面
電位の図形である。本発明のMOS RAMセルの
動作は“IEEE Journal of Solid State
Cicuits”Vol.SC―11.No.1(1976年2月)の60〜
61頁に記載のものと類似していると解されたい。
このMOS RAMセルを動作させるために用いら
れる電圧とタイミングは従来の1トランジスタ
RAMセルの動作に用いられるものと同じであ
る。多結晶シリコン20の第1レベルは基準電圧
Vddに維持され、したがつて、その下にある蓄積
領域は第4図に示されたポテンシヤル・ウエル
(Potential well)すなわち電位の井戸28を含
み、蓄積領域と転移領域の界面には、前者ではイ
ンブラント層14と15が存在することにより、
後者ではインプラント層が存在しないことによつ
て電位障壁29が存在する。セルに2進数字
“1”を書き込むためには、センス領域11はゼ
ロ・ポテンシヤルかあるいはその近くに維持さ
れ、他方多結晶シリコン22の第2層のトランス
フア・ゲートは高電圧Vread/Writeを印加され
る。このため第4図に示されるように転移領域の
表面電位が上昇する。センス領域11内が低電圧
であると電子が転移領域を通して蓄積領域に流れ
込み、それによつて、第4図に示すように蓄積領
域内の表面電位をV1まで減少させる。もしセル
内に2進数字の“0”を書き込みたい場合は、同
じシーケンスがおこなわれる。ただしその場合セ
ンス領域11の電圧は高レベルに設定され、それ
によつて転移領域を通して蓄積領域に電荷が入る
ことは決してない点が異なる。蓄積領域の表面電
位はこのようにして第4図に示されるように高レ
ベルV0に保たれる。蓄積領域内にデータを貯蔵
するためには、多結晶シリコン22の第2層の転
移ゲートは低電圧に戻され、そのため転移領域内
の表面電位は第4図に示すように低レベル
Vstoreに降下する。このシーケンスの結果は蓄
積領域と転移領域との間の界面における電位障壁
29によつて決められるポテンシヤル・ウエルの
開閉であり、2進数“1”は、蓄積領域内のポテ
ンシヤル・ウエル28に蓄えられた電荷によつて
表わされ、2進数“0”はポテンシヤル・ウエル
の電荷の不在によつて表わされる。セルに蓄えら
れた情報を読み出すためには、多結晶シリコン2
2の第2層を再び高電圧Vread/Writeにする。
それによつて、電位障壁29を除去して蓄積領域
内の電荷が転移領域を介してセンスス領域11に
入れるようにする。もし電荷がセンス領域11に
流れ込めば、第1図の領域12に接続されたセン
ス回路は信号を増幅し、2進数“1”の存在を指
示する。反対にセンス領域11に電荷がないと、
2進数“0”の存在を示す。書込み・蓄積・読出
しの各動作は、単純にセンス線11で授受される
電圧がコンデンサ27へ出入するように、流れ込
み、第3B図のトランジスタ26を用いてオン・
オフすることの結果だということは容易に解され
よう。
したがつて第5図は、本発明の第2実施例によ
る複数個のMOS RAMセルを有するRAM装置の
透視横断面図である。第1図に示した装置の場合
と同じく、第5図でも装置の一部だけが示されて
おり、個々の独立したMOS RAMセルのマトリ
ツクスから成り、第5図の矢印が示すように、独
立したセル行がX方向に、独立したセル列がY方
向にそれぞれ延びている。第5図を第1図と比較
検討してみると、第5図の装置の構造上の特徴は
第1図のそれときわめて似通つており、共通の部
品を識別するために、第1図の参照番号にダツシ
ユを付けただけでそのまゝ第5図でも用いている
ことがわかる。但し第5図の装置では、多結晶シ
リコンの単一層22′が各セル列内に蓄積ゲート
と転移ゲートの両方を画定する。第5図に示すよ
うに、多結晶シリコン層22′は装置の表面の相
次ぐ厚くされた酸化物層18′間で装置のマトリ
ツクス用セル列を定める共通のV溝内にデポジツ
トされている。この第2実施例の個々のセルの製
造方法は第1実施例の方法と同様である。すなわ
ち、V溝16′をつくる異方性エツチングを行な
つた後、二酸化シリコン21′の絶縁層をセル表
面にデポジツトされ、つぎにこの絶縁層21′上
に亘つて多結晶シリコン層22′がデポジツトさ
れている。
第1実施例におけるように電極をデポジツトす
るためのメタライズが行なわれる。
第6A図は本発明の第2実施例のMOS RAM
セルの横断面図である。第1実施例の場合と同様
に、蓄積領域はセル表面のエピタキシヤル層1
3′のV溝16′と隣接した表面で、P形不純物1
4′とN形不純物15′のダブル・インプラント部
の位置に配置されている。この第2実施例のセル
の転移領域は、第1実施例の場合と同様に、V溝
16′の傾斜縁部に沿つて置かれ、蓄積領域が、
V溝内に形成されたトランジスタ26′によつて
拡散センス領域11′と接続されたコンデンサ2
7′によつ形成されるようにする。第6B図はこ
の第2実施例のRAMセルの模式電気回路図であ
る。第6B図に示すように、コンデンサ27′と
トランジスタ26′は両方とも、第2実施例の
MOS RAMセルの転移・蓄積両領域の上に重な
る共通多結晶シリコン層によつて形成された語線
22′に接続されている。
第2実施例のMOS RAMセルの動作は第1実
施例の動作と同様で、第7図の表面電位線図によ
つて説明される。セルに2進数“1”を書き込む
にはセンス領域11′をゼロ電位か、あるいはゼ
ロ電位近くに保持し、多結晶シリコン層22′の
語線に高電圧Vread/writeを印加する。これに
よつて転移・蓄積両領域の表面電位が第7図に示
すように上げられる。センス線領域11′が低電
圧であると電子は転移領域を介して蓄積領域に流
れ込み、蓄積領域の表面電位をV1に降下させ
る。セルに2進数“0”を書き込みたい場合は同
じシーケンスが行なわれる。但しセンス領域1
1′の電圧を高レベルにとることだけが異なり、
したがつて、電荷が転移領域を介して蓄積領域に
入ることはなく、このようにして蓄積領域の表面
電位は第7図に示すように高レベルV0に維持さ
れる。蓄積領域内にデータを貯蔵するためには、
多結晶シリコン層22′の語線を低電圧にもど
し、第7図に示すように、転移領域の表面電位が
低レベルVstoreに下がるようにする。蓄積領域
内の表面電位は、そこにあるダブル・インプラン
ト部のためにこのシーケンスの結果として自動的
に減少することはない。“IEEE Journal of
Solid Stats Circuits”Vol.SC―11.No.1(1976年
2月)に掲載の論文の60頁に説明されているよう
にダブル・インプラント部が表面電位特性を変
え、蓄積領域中にポテンシヤル・ウエルをつく
る。ダブル・インプラント部は第1実施例の
RAMセルの動作において基準電位Vddと同じ機
能を果すわけである。このようにして、第1実施
例の場合と同様に、説明したタイミング・シーケ
ンスによつて、蓄積領域と転移領域との間の界面
の電位障壁29′によつて画定されるポテンシヤ
ル・ウエル28′の開閉が生ずることになる。(第
7図)2進数“1”は蓄積領域内のポテンシヤ
ル・ウエル28′中に蓄えられた電荷によつて表
わされ、2進数“0”はポテンシヤル・ウエル中
に電荷が存在しないことによつて表わされる。セ
ル内に蓄えられた情報の読み出しは、多結晶シリ
コン層22′の語線上の電圧を上げることにより
電位障壁29′を取り除くことによつて行なわれ
る。それによつて、第1実施例のように、蓄積領
域からセンス領域11′への電荷の流れができる
ようにして、その電荷が存在しないと2進数
“0”を表わし、そのような電荷が存在すると2
進数“1”を表わす。
本発明のランダム・アクセス・メモリ装置は製
造面で先行技術のものをしのぐいくつかの利点を
有する。セルフ・アラインメント・ゲート技術を
用いた従来のダイナミツクRAMセルは金属線に
よつて接続されるべき転移行ゲートを必要とす
る。そのゲートは拡散により作られたセンス線を
横切ることができないから、2個のセルに共有さ
れる多結晶シリコン接点には金属が必要である。
ここに説明したダイナミツクRAMセルは多結晶
シリコンの語線がセンス線の上を横切ることを可
能にしているから、接点用の開口を必要としな
い。このため、歩留りが高くなるばかりでなく信
頼性も大となつた。
この第2実施例のMOS RAMセルはその他に
もいくつかの利点を持つている。すなわち、転移
ゲートと蓄積ゲートの両用に唯1層の多結晶シリ
コンがあてられるので製造がより容易になり、ま
た電圧Vddがもはや必要とされないので、操作上
より便利である。第1実施例の場合と同様に、ク
ロツク・レベルと電圧レベルは1トランジスタ・
セルで用いられるレベルと同一であるから、この
RAMセルは既存の装置に組み込めるので便利で
ある。以上述べたことに加えて本発明の範囲を逸
脱することなく、さまざま構構造上の変更をおこ
なうことが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1の実施例による複数の
個別MOS RAMセルを有するランダム・アクセ
ス・メモリ装置の一部の透視横断面図、第2A図
乃至第2E図は、本発明の第1実施例の個々の
MOS RAMセルの製造プロセスを工程段階別に
示した横断面図、第3A図は、本発明の第1実施
例のMOS RAMセルの拡大した横断面、第3B
図は第3A図のセルの模式電気回路図、第4図
は、第3A図のセルの動作領域内の表面電位の図
形表示であつて、セル内の情報の読出し、書込み
及び蓄積の論理動作に対応した表面電位図、第5
図は、本発明の第2実施例による個々のMOS
RAMセルを複数個含むランダム・アクセス・メ
モリ装置の部分的な透視横断面図、第6A図は、
本発明の第2実施例のMOS RAMセルの拡大横
断面図、第6B図は第6A図のセルの電気的回路
図、第7図は、セルにおける情報の読出し、書込
み及び蓄積の論理動作に対応した第6A図のセル
の動作領域の表面電位図である。 10……シリコン基板、11……センス線(読
み出し線)、12……センス増幅器、13……エ
ピタキシヤル層、14……P形イオン・インプラ
ント部、15……N形イオン・インプラント部、
16……V溝、17……絶縁層、18……酸化物
層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 1つの導電形の半導体材料の基板と、前記基
    板内のもう1つの導電形のドープ領域と、他の導
    電形の前記ドープ領域の上に設けられ、プレーナ
    上面を与える前記1導電形の領域であつて、前記
    プレーナ上面につくられたV溝を有し、該V溝
    が、前記上部領域を通して延び、前記他導電形の
    ドープ領域内で終端してなる上部領域と、前記上
    部領域のプレーナ上面の前記V溝の両側に配置さ
    れ、前記V溝の側壁を裏打ちする絶縁材料層と、
    前記絶縁層の上に設けられ、前記V溝の側壁沿い
    に、前記上部領域のプレーナ上面の前記V溝の両
    側にのびる導電層手段と、前記上部領域内にあ
    り、前記導電層手段の、V溝の片側で上部領域の
    プレーナ上面の上におかれた前記導電層手段の一
    部の下に配置された電荷蓄積領域と、前記上部領
    域の下側の部分と共働してソース・ドレイン間通
    路を有する転移領域を画定する、前記導電層手段
    の前記V溝の片側の壁に沿つて延びる前記導電層
    手段の部分とを含み、前記電荷蓄積領域が、前記
    転移領域のソース・ドレイン間通路の一端に配置
    されており、さらに、他の導電形の前記ドープ領
    域が前記蓄積領域と前記転移領域の下側に位置す
    るセンス領域として作用し、かつ、ソース・ドレ
    イン間通路の他端に配置された半導体記憶装置用
    のメモリ・セル。 2 直交したワード線とセンス線とを有する個別
    のメモリセルのマトリツクス配列を用いたランダ
    ム アクセス メモリ装置において、少なくとも
    部分的にプレーナ上面の表面を有する1つの導電
    形の半導体材料の基板と、 前記プレーナ表面に形成された複数のキヤパシ
    タンス手段であつて、各キヤパシタンス手段が前
    記基板の前記上面に被着された導電性材料でなる
    第1の細長のパターンストリツプにより部分的に
    形成され、かつ比較的薄い絶縁層によつて、その
    第1の導電性材料パターンストリツプから絶縁さ
    れ、前記導電性材料でなる第1の細長のパターン
    ストリツプは各々が前記セルマトリツクス内の対
    応するセル列を画定する複数セルのための蓄積ゲ
    ートを形成し、前記絶縁層はゲート酸化物を画定
    し、かつさらに前記導電性材料である第1の細長
    のパターンストリツプの各々の下層の前記表面内
    に蓄積領域を含む前記複数のキヤパシタンス手段
    と、 前記半導体基板の前記上面プレーナ表面に設け
    られた複数の平行なV溝であつて、各V溝は前記
    蓄積領域の対応する1つに隣接して配置され、そ
    の底部が前記半導体基板内に延びている前記V溝
    と、 前記半導体基板内に複数の転移領域を形成する
    複数のトランジスタ手段であつて、各トランジス
    タ手段が、前記導電性材料の細長のパターンスト
    リツプの1つの下層に一部があり、しかもそれか
    ら絶縁されている導電性材料でなる第2の細長の
    ストリツプによつて対応するV溝の側壁に形成さ
    れ、その第2の導電材料の細長のストリツプの
    各々は対応するV溝内にあり、比較的薄い絶縁層
    によつて前記V溝の側壁から分離されており、前
    記転移領域が各々、前記半導体基板内の対応のV
    溝の側壁に隣接して配置されたソース・ドレイン
    間通路を含み、対応する転移領域の前記通路の一
    端に対応する蓄積領域が配置されている前記複数
    のトランジスタ手段と、 前記半導体基板に対して反対の導電形の高濃度
    ドープ領域によつて形成された複数のセンス領域
    であつて、前記高濃度ドープ領域が前記第2の細
    長の導電性材料ストリツプと直交関係に前記半導
    体基板内に埋設され、隔置された細長層の形状を
    有し、前記複数のV溝の底部が前記高濃度ドープ
    領域の隔置細長層の各々と接触し、各センス領域
    が対応する前記転移領域上のソース・ドレイン間
    通路の他端に配置されている前記複数のセンス領
    域を有し、 埋込細長層の各々に含まれたセンス領域が、前
    記セルマトリツクス内にそれぞれのセル行を画定
    する複数セルに対してセンンス線を形成し、前記
    第2の細長の導電性材料ストリツプが前記セルマ
    トリクス内にそれぞれのセル列を画定する複数セ
    ルに対してワード線を形成するように構成された
    前記ランダムアクセスメモリ装置。 3 直交したワード線とセンス線とを有する個別
    のメモリセルのマトリツクス配列を用いたランダ
    ムアクセスメモリ装置において、少なくとも部分
    的にプレーナ上面の表面を有する1つの導電形の
    半導体材料の基板と、 前記プレーナ表面に形成された複数のキヤパシ
    タンス手段であつて、各キヤパシタンス手段が前
    記基板の前記上面に被着された導電性材料でなる
    細長のストリツプにより部分的に形成され、かつ
    比街較的薄い絶縁層によつて、その導電性材料ス
    トリツプから絶縁され、前記導電性材料でなる第
    1の細長のストリツプは各々が前記セルマトリツ
    クス内の対応するセル列を画定する複数セルのた
    めの蓄積ゲートを形成し、前記絶縁層はゲート酸
    化物を画定し、かつさらに前記導電性材料の細長
    ストリツプの各々の下層の前記表面内に蓄積領域
    を含む前記複数のキヤパシタンス手段と、 前記半導体基板の前記上面プレーナ表面に設け
    られた複数の平行なV溝であつて、各V溝は前記
    蓄積領域の対応する1つに隣接して配置され、そ
    の底部が前記半導体基板内に延びている前記V溝
    と、 前記半導体基板内に複数の転移領域を形成する
    複数のトランジスタ手段であつて、各トランジス
    タ手段が、前記導電材料の細長のストリツプ対応
    するV溝内にあり、かつ比較的薄い絶縁層によつ
    て前記V溝の側壁から分離されている前記導電性
    材料の細長のストリツプの1つによつて前記V溝
    の側壁に画定されており、前記転移領域が各々、
    前記半導体基板内の対応のV溝の側壁に隣接して
    配置されたソース・ドレイン間通路を含み、対応
    する転移領域の前記通路の一端に対応する蓄積領
    域が配置されている前記複数のトランジスタ手段
    と、 前記半導体基板に対して反対の導電形の高濃度
    ドープ領域によつて形成された複数のセンス領域
    であつて、前記高濃度ドープ領域が前記細長の導
    電性材料ストリツプと直交関係に前記半導体基板
    内に埋設され、隔置された細長層の形状を有し、
    前記複数のV溝の底部が前記高濃度ドープ領域の
    隔置細長層の各々と接触し、各センス領域が対応
    する前記転移領域上のソース・ドレイン間通路の
    他端に配置されている前記複数のセンス領域を有
    し、 埋込細長層の各々に含まれたセンス領域が、前
    記セルマトリクス内にそれぞれのセル行を画定す
    る複数セルに対してセンス線を形成し、前記細長
    の導電性材料ストリツプが前記セルマトリクス内
    にそれぞれのセル列を画定する複数セルに対して
    ワード線を形成するように構成された前記ランダ
    ムアクセスメモリ装置。
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