JPS62131563A - 半導体メモリ装置 - Google Patents

半導体メモリ装置

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JPS62131563A
JPS62131563A JP60271865A JP27186585A JPS62131563A JP S62131563 A JPS62131563 A JP S62131563A JP 60271865 A JP60271865 A JP 60271865A JP 27186585 A JP27186585 A JP 27186585A JP S62131563 A JPS62131563 A JP S62131563A
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JP
Japan
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trench
capacitor
memory cell
electrode
insulating film
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JP60271865A
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Norio Koike
典雄 小池
Sumio Terakawa
澄雄 寺川
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electronics Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/37DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor being at least partially in a trench in the substrate
    • H10B12/377DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor being at least partially in a trench in the substrate having a storage electrode extension located over the transistor

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体メモリ装置、詳しくは、ダイナミックラ
ンダム・アクセス・メモリ(以下、DRAMと略す)の
構成要素に関するものである。
従来の技術 近年、半導体メモリ装置の高密度化が進み、特にDRA
Mの高集積化、大容量化は著しい。このようなりRAM
の発展はそのチップサイズの半分以上の面積を占めるメ
モリセルの高密度化技術の発展に負う所が大きい。メモ
リセルの高密度化は、立体構造の提案によって、一段と
促進され、この種の代表的例が第2図の要部断面図で示
されるトレンチ構造のMOS型DRAM用メモリセルで
ある。第2図において、1はビットラインを形成するド
レイン、2は信号読み出し用トランス7アゲートを構成
するMOS )ランジスタのゲート酸化膜、3けワード
幼を構成する例1りげポリシリコンで形成されたゲート
電極、4はメモリセルのソース拡散部、6はメモリセル
のキャパシタを構成する絶縁膜、6はセルプレー)Th
形成するポリシリコンを用いたプレート電極、7はセル
間分離用厚膜、8は基板、10は層間絶縁膜である。こ
れはいわゆるトレンチ構造といわれるメモリセル構造の
1例である。この構造は、トレンチを基板8の深さ方向
に形成するため、トレンチ深さの制御により蓄積用容量
もメモリセルとして必要とされる値(tsofV以上必
要と一般にいわれている。)を充分確保できる。また、
この構造においては、トレンチを単に信号蓄積キャパシ
タとしてだけでなく素子分離にも利用しており、セル間
分離用厚膜7を厚くとることによりセル間リーク電流全
充分低くとることができる。
また、立体化構造セルの別の一例として、スタックド構
造があり、これは第3図に示す様な構成である。(例え
ば、1985,6,3.日経エレクトロニクス、P2O
9〜231)第3図において、1はビットラインを形成
するドレイン、2は信号読み出し用トランスファゲート
となるMOSトランジスタのゲート酸化膜、3はワード
線を構成する、例えばポリシリコンで形成されたゲート
電極、4はメモリセルのソース拡散部、6はメモリセル
のキャパシタを構成する絶縁膜、6はセルプレート全形
成するポリシリコンを用いたプレート電極、7はセル間
分離用厚膜、8は基板、9はメモリセルのソース部を構
成する導電性電極、1゜は層間絶縁膜である。キャパシ
タは、プレート電極6と導電性電極9との間に形成され
、同電極9のワード線上の部分や側面部をキャパシタと
して利用できることによる容量の増加が得られる。また
、α線ソフトエラーは、メモリセルのンース部下のpn
接合領域に形成される空乏層をα粒子が通過することに
より生ずるが、このスタ・・ノクト構造では、メモリセ
ルのソース拡散部と基板との間のpn接合領域が、前述
のトレンチ構成メモリセルに比べて非常に小さく、その
ためα線ソフトエラーに対して極めて強い。
発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、トレンチ構造、スタックド
構造のそれぞれについて次の様な問題があった。
まず、トレンチ構造のメモリセルは、蓄積容量について
は大きな値が得られるが、基板深部にトレンチを埋込ん
でいるため、プレート電極下の基板中の空乏層が大きく
なり、α線ソフトエラー率が同一容量の平面型セルに比
べて、−桁以上も大きくなる。そのため、α線ソフトエ
ラー率を低くするにはセル面積を大きくしなければなら
ず、結局、高集積化には不利となってしまう。
これに対し、トレンチの側面及び下側にイオン打ち込み
により、いわゆるHi −Cセルとして、空乏層の伸び
を押える事もできるが、高濃度注入の結果としてリーク
電流の増大や、プロセスの複雑化などが生じ、実用上問
題がある。また、トレンチの面にそって、薄い絶縁膜を
形成する必要があるが、トレンチの面の結晶軸に対する
方位によって、絶縁膜(例えば5i02 )の酸化レー
トが異なり、一様な厚さの絶縁膜を成長させることが難
しく、絶縁耐圧のばらつきと低下が生じ、実用上問題と
なっている。
また、メモリセルのキャパシタを構成する絶縁膜の誘電
率の増大と絶縁耐圧の増大の両立のため乙 に、前記絶縁膜Si2N3と5i02との多層構造?用
いる必要があるが、トレンチ内壁を構成する基板の単結
晶シリコンは、512N5のストレスによる影響が大き
く、多結縁膜の安定形成が困難である。
これらの問題は、高集積化大量化を更に推し進める際に
は、一層重大な障害となる。
一方、スタックド構造は、メモリセルとソース拡散部と
基板とのpn接合部の領域が小さく、そのため、ソフト
エラーに強いという利点をもつ。
また素子分離幅が平面型セルに比べて大きく取れ、素子
間リークを押えることができる。I〜かl−1その構造
上メモリセル容量の増大に限界があり、素子の微細化高
集積化に伴ってメモリセル容量が不足する。
本発明はこのような問題点企解決するもので、蓄積容量
の増大全実現し、高集積化、大容量化が可能で、ンフト
エラー率、リーク電流が大幅に低減し、キャパシタを構
成する絶縁膜の形成が容易なメモリセル構造を備えた半
導体メモリ装置を提供することを目的としたものである
問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、隣接するセル間
にトレンチを形成し、前記トレンチの内壁及び周辺部に
素子分離用絶縁膜を形成し、この上に、スフ・ソフト構
造のレートとなる第2電極お・よびメモリセルのソース
部を構成する導電性電極となる第3電極を形成し、この
スタックド構造のキャパシタ部を延長し、前記延長部を
前記トレンチ内部に埋め込む。そして隣接するセルの第
3電極間の電気的分離を前記第3電極下の第2電極を用
いて行うものである。
作用 本発明によると、トレンチ構造部にスタックド構造にお
けるプレート電極を設け、キャパシタ部を実効的に大き
くすることができる。また、トレンチ構造部に配設した
多結晶シリコンによるプレート電極の表面を酸化させて
キャパシタ用誘電体膜とするので、厚みも均一性がよく
、特性の安定化が可能である。
実施例 第1図は本発明の一実施例による半導体メモリ装置のメ
モリセル部の要部断面図である。第1図において、1は
ビーlトライン全形成するドレイン、2は信号読み出し
用トランスフアゲ−1f構成するMOS )ランジスフ
のゲート酸化膜、3はワード線を構成する多結晶シリコ
ンで形成されたゲート電極、4はメモリセルのソース拡
散部、6Ifiメモリセルのキャパシタを構成する5i
02絶縁膜、6はセルプレートラ形成する多結晶シリコ
ンを用いたプレート電極、7はセル間分離用厚膜、8は
基板、9はメモリセルのソース部を形成する多結晶シリ
コンを用いた導電性電極、10は層間絶縁膜である。キ
ャパシタはプレート電極6と、メモリセルのソース部に
接触(結合)された導電性電極9との間に形成される。
この構造は、図面からもわかるように、キャパシタ用の
導電性電極9がトレンチ構造部の内部で分割され、同ト
レンチ内で、隣接する各キャパシタが形成されている。
この構成rより、次の様な効果がある。
蓄積容量がトレンチ内に埋め込まれた部分とそれ以外の
平面上の部分から成っており、さらにトレンチ内の部分
は、多結晶シリコンのプレート電極9がセルキャパシタ
となるために容量が極めて増大する。同じセル面積、同
じトレンチ深さの従来例トレンチ構造のものと比較して
も、セル容量は倍以上となる。たとえば、セル面積が8
μ扉の場合、トレンチ深さを3μmとることによりセル
容1i1eofFとることができ、セル面積が6μ−の
場合には、同じくトレンチ深さを3μmとして、セル容
量を11of’Fとることができ、これらの結果は、い
ずれも、1つのメモリセルに最低必要とされる容量の5
0fFを充分に満たすことができる。
また、ソース部の面積を設計上、あるいはプロセス技術
上許容できる限り小さくすることにより、メモリセルの
ソース拡散部と基板との間のpn接合領域を小さくする
ことができるため、メモリセルのリーク電流全極めて小
さくとることができる3゜また、前記pn接合領域が小
さいため、それに伴う空乏層も非常に小さくなり、これ
により、α線ソフトエラーを抜本的に低減させることが
できる。
加えてキャパシタとなる薄い絶縁膜全形成する場合、多
結晶シリコンの酸化レートは方位に依存せず一様な厚さ
の絶縁膜を成長させることができ、絶縁耐圧のばらつき
と低下を押えることができる。
さらに、メモリセルのキャパシタを構成する絶縁膜とし
てSi2N3と5i02との多層構造を用いた場合でも
、メモリセルのキャパシタを構成するプレート電極6お
よび導電性電極9全多結晶シリコンで形成すれば、Si
2N3のストレスによる影響を吸収できることになり多
層絶縁膜の安定形成に極めて有利となる。
発明の効果 以上の様に、本発明によれば、半導体メモリ装置は蓄積
容量を極めて大きくできるばかりでなく、ンフトエラー
率及びリーク電流を抜本的に低減でき、プロセス上絶縁
薄膜の形成も容易となる。従って本発明は半導体メモリ
装置の一層の高集積化。
大容量化を極めて容易に実現させるという効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による半導体メモリセル部を
示す要部断面図、第2図は従来のトレンチ構造の1例で
あるメモリセルを示す要部断面図、第3図は従来のスタ
ックド構造メモリセルを示す要部断面図である。 1・・・・・ピットラインを形成するドレイン、2・・
・・ゲート絶縁膜、3・・・・ワードラインを形成する
ゲート電極、4・・・・・・メモリセルのソース拡散部
、6・・・・・・メモリセルのキャパシタを構成する絶
縁膜、6 ・・・プレート電極、7・・・・・・分離用
厚膜、8・・・・・・基板、9・・・・・・メモリセル
のソース部を構成する導電性電極、10・・・・・・層
間絶縁膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板の表面にMOS型トランジスタおよび
    前記MOS型トランジスタに結合されたキャパシタをそ
    なえ、前記キャパシタを構成するためのプレート電極を
    、トレンチ構造部を含む前記基板表面の素子間分離用絶
    縁厚膜上に配設し、同プレート電極上に誘電体膜を介し
    て前記MOS型トランジスタのソース領域に接続された
    前記キャパシタ用電極を設けたことを特徴とする半導体
    メモリ装置。
  2. (2)プレート電極が、トレンチ構造部を含む半導体基
    板表面の素子間分離用絶縁厚膜上に、多結晶シリコンで
    形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の半導体メモリ装置。(3)MOS型キャパシタに結合
    されたキャパシタが、トレンチ構造部上で分割された前
    記キャパシタ用の電極によって、隣接的に配置されたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体メモ
    リ装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01147857A (ja) * 1987-12-03 1989-06-09 Fujitsu Ltd 半導体記憶装置及びその製造方法
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JPS59141262A (ja) * 1983-02-02 1984-08-13 Nec Corp 半導体メモリセル

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