JPS6240868B2 - - Google Patents

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JPS6240868B2
JPS6240868B2 JP58236850A JP23685083A JPS6240868B2 JP S6240868 B2 JPS6240868 B2 JP S6240868B2 JP 58236850 A JP58236850 A JP 58236850A JP 23685083 A JP23685083 A JP 23685083A JP S6240868 B2 JPS6240868 B2 JP S6240868B2
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JP
Japan
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capacitor
type
conductivity type
trench
groove
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Application number
JP58236850A
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Japanese (ja)
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JPS60128657A (en
Inventor
Yukimasa Uchida
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Priority to EP84115474A priority patent/EP0169938B1/en
Priority to DE8484115474T priority patent/DE3477532D1/en
Publication of JPS60128657A publication Critical patent/JPS60128657A/en
Publication of JPS6240868B2 publication Critical patent/JPS6240868B2/ja
Priority to US07/857,727 priority patent/US5428236A/en
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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
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体記憶装置に関し、特に記憶部
としての溝型キヤパシタの構造を改良した半導体
記憶装置に係わる。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 ダイナミツクメモリをはじめとする半導体記憶
装置は、その記憶容量が微細加工技術の進歩に伴
つて約3年で4倍の速度で増大している。記憶容
量の大容量化に伴つてメモリセル面積は急速に縮
小されつづけているが、メモリセルの記憶キヤパ
シタ値はソフトエラーの防止上及びセンスアンプ
のセンスのためのS/N比の確保のために数十
fFの大きな値に維持する必要がある。 ところで、従来より単位面積当りのキヤパシタ
値を大きくするために、記憶キヤパシタを構成す
るMOS構造の絶縁膜を薄膜化したり、絶縁膜材
料を酸化シリコン膜から窒化シリコン膜に変えた
りしている。しかしながら、これらの記憶キヤパ
シタは半導体基板の表面を利用してMOS構造を
形成するので、セル面積の微細化に伴つて、大き
キヤパシタ値を得ることは自ずと限界があつた。 このようなことから、最近、H.Sunamiらは、
“A Corrugated Capacitor Cell(CCC) for
Megabit Dynamic MOS Memories”、
International Electric Device Meeting
Technical Digest、講演番号26.9、pp、806〜
808Dec、1982で第1図に示す構造の溝型キヤパ
シタを有するMOSメモリを発表した。即ち、第
1図中の1は例えばp型シリコン基板であり、こ
の基板1の表面から内部に亙つて深い(例えば3
〜5μm程度)溝部2が設けられている。この溝
部2内から開口部周辺に亙つて第1層多結晶シリ
コンからなるキヤパシタ電極3がキヤパシタ絶縁
膜4を介して設けられている。このキヤパシタ絶
縁膜4はSiO2/Si3N4/SiO2の3層膜からなる。
こうした基板1、溝部2、キヤパシタ絶縁膜4及
びキヤパシタ電極3によつて溝型キヤパシタ
構成されている。また、前記溝型キヤパシタ
隣接するシリコン基板1の表面には互いに電気的
に分離されたn+型のソース、ドレイン領域6,
7が設けられている。これらソース、ドレイン領
域6,7間を少なくとも含む基板1部分上には、
ゲート酸化膜8を介して第2層多結晶シリコンか
らなるゲート電極9が設けられている。こうした
ソース、ドレイン領域6,7、ゲート酸化膜8及
びゲート電極9によつて転送トランジスタ10
構成されている。更に、前記ソース領域6は前記
溝型キヤパシタの絶縁膜4に接しており、かつ
前記ドレイン領域7は図示しないビツト線と接続
されている。なお、図中の9′は隣接するメモリ
セルのゲート電極である。 しかしながら、前述した第1図図示のMOSメ
モリは文献中にも一部記載してあるように一つの
溝型キヤパシタと他の溝型キヤパシタとの間で生
じるパンチスルー現象による情報の干渉により、
メモリセル間の溝型キヤパシタの距離を短くでき
ず、高密度のメモリセルを実現できないとう欠点
があつた。即ち、一般にメモリセルを構成する転
送トランジスタのドレインの接合容量は、ビツト
線容量を減らすために減少させることが要求され
ている。このため、p型シリコン基板の濃度を下
げる必要があるが、これによつてMOS構造のキ
ヤパシタ付近の基板に空乏層が伸び、パンチスル
ー現象が生じ易くなる。こうしたパンチスルー現
象は、一般にシリコン基板表面近傍からの不純物
イオン注入で防止できる。しかしながら、第1図
図示のようなシリコン基板1に深い溝部2を形成
して作られる溝型キヤパシタでは、シリコン基
板1の深い部分にまで不純物のイオン注入を行な
うことが困難であるため、隣接する溝型キヤパシ
タの底部付近同志でパンチスルー現象が生じ、そ
れを防止できないという重大な欠点があつた。従
つて、従来の構造ではメモリセル間の溝型キヤパ
シタ間に長い距離をあける必要が生じ高密度のメ
モリセルを実現するのは極めて困難であつた。 また、第1図の構造では、シリコン基板1の深
い所で溝型キヤパシタにより空乏層が伸び、α
線の入射により生じた電荷をフアネリング現象で
集め易い為、ソフトエラーに対して弱いという欠
点があつた。 〔発明の目的〕 本発明は、単位面積当りのキヤパシタ値が大き
い溝型キヤパシタを備え、かつ該溝型キヤパシタ
間の距離を著しく短縮でき、更に耐ソフトエラー
性に優れた半導体記憶装置を提供しようとするも
のである。 〔発明の概要〕 本発明は、第1導電型の半導体層が表面に形成
された該半導体層より高濃度の第1導電型の半導
体基板と、この半導体層の表面から前記半導体基
板中に達して設けられた溝部と、この溝部内面の
半導体層及び半導体基板に亙つて設けられた第2
導電型の不純物拡散領域と、前記溝部内から少な
くとも開口部周辺に亙つてキヤパシタ用絶縁膜を
介して設けられた電極とからなり、前記電極を第
1のキヤパシタ電極とし、前記不純物拡散領域を
第2のキヤパシタ電極とした構造の溝型キヤパシ
タを具備したことを特徴とするものである。こう
した構造において、第1導電型の高濃度の半導体
基板により、溝型キヤパシタの深い部分での空乏
層の伸びを抑制して隣接する溝型キヤパシタ間の
パンチスルー現象を防止して高密度のメモリセル
を可能とし、かつ第1導電型の高濃度の半導体基
板の同様の作用により耐ソフトエラー性を向上
し、更に第1導電型の半導体基板及び半導体層と
第2導電型の不純物拡散領域との間の接合容量に
より単位面積当りのキヤパシタ値を増大した半導
体記憶装置を得ることができる。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を第2図及び第3図を参
照して詳細に説明する。 第2図はダイナミツクMOSメモリの一部を示
す平面図、第3図は第2図の−に沿う断面図
である。図中の21は、表面上に例えば2×
1015/cm3のアクセプタ不純物(ボロン等)を含む
厚さ2μmのp型シリコン層22が例えばエピタ
キシヤル成長法により形成された例えば5×
1017/cm3のボロンを含む高濃度のp+型シリコン基
板である。このシリコン層22にはフイールド酸
化膜23が設けられており、かつシリコン層22
には該フイールド酸化膜23で分離された複数の
島状の活性領域(メモリセル領域)24a〜24
cが形成されている。これら活性領域24a,2
4bの一部及び活性領域24cの両端部には夫々
溝型キヤパシタ25a25dが設けられてお
り、かつ溝型キヤパシタ25a25bは互いに
隣接して配置されている。溝型キヤパシタ25a
は第3図に示す如く前記p型シリコン層22の表
面からシリコン基板21中に亙つて設けられた例
えば深さ3μmの溝部26aを備えている。この
溝部26aの内面のシリコン層22及びシリコン
基板21には、第2導電型の不純物拡散領域とし
てのn型拡散領域27aが形成されている。この
n型拡散領域27aは深さが0.2μmで、濃度が
例えば2×1018/cm3のものである。このn型拡散
領域27aの前記溝型キヤパシタ25bと反対側
の側部表面(p型シリコン層22表面部分)には
延出部28aが形成されている。前記溝部26a
内から少なくとも該溝部26aの開口部周辺に亙
つて第1層多結晶シリコンからなる電極29がキ
ヤパシタ用絶縁膜として例えば厚さ200Åの酸化
シリコン膜30aを介して設けられている。こう
した溝型キヤパシタ25aにおいて、前記電極2
9は第1のキヤパシタ電極として、前記n型拡散
領域27aは第2のキヤパシタ電極として機能す
る。なお、電極29は各溝型キヤパシタ25a
25dの共通電極となつている。一方、前記溝型
キヤパシタ25bは溝部26b、n型拡散領域2
7b、電極29及び酸化シリコン膜30bとから
構成されている。また、前記溝型キヤパシタ25
c,25dは詳細に示していないが、前記溝型キ
ヤパシタ25a25bと同様な構造になつてい
る。 ここで溝型キヤパシタの製造方法について第4
図a,bを参照して簡単に説明する。まず、p+
型シリコン基板21上にp型シリコン層22をエ
ピタキシヤル成長法により形成し、更に該シリコ
ン層22に選択的にフイールド酸化膜23を形成
すると共に、島状の活性領域24a,24b(2
4cは図示せず)を形成した後、活性領域24
a,24bの表面に厚さ約1000Åの酸化膜31を
形成する。つづいて、フオトレジストを塗布し、
写真蝕刻法により酸化膜31の溝部形成予定部上
にレジストパターン(図示せず)を形成をした
後、該レジストパターンをマスクとして反応性イ
オンエツチングにより、酸化膜31をエツチング
し、さらにp型シリコン層22表面からp+型シ
リコン基板21中に亙つて選択的にエツチングし
て例えば深さ3μmの溝部26a,26bを形成
する(第4図a図示)。この後、レジストパター
ンを剥離した。 次いで、写真蝕刻法により転送トランジスタの
ソース領域の一部に対応する前記酸化膜31を選
択的に除去した後、全面にリンドープ酸化シリコ
ン膜(又は砒素ドープ酸化シリコン膜、リンや砒
素をドープした多結晶シリコン膜)32をCVD
法により堆積した後、該リンドープ酸化シリコン
膜32を拡散源にしてリンをp型シリコン層21
からp型シリコン基板21に亙つてに熱拡散して
夫々n型拡散領域27a,27b及び延出部28
a,28bを形成する(第4図b図示)。 この後、図示しないが、リンドープ酸化シリコ
ン膜を除去し、酸化膜も除去し、更に、再度熱酸
化処理を施して溝部内面を含む露出したシリコン
層表面に酸化シリコン膜を形成し、ひきつづき全
面に第1層多結晶シリコン膜を堆積し、これをパ
ターニングして溝部内から少なくともその開口部
周辺に亙つて電極を形成し、この電極をマスクと
して前記酸化シリコン膜を選択的にエツチングし
キヤパシタ用の酸化シリコン膜を形成する。 また、前記各溝型キヤパシタ25a25d
隣接した各活性領域24a〜24cには転送トラ
ンジスタ33a33dが形成されている。転送
トランジスタ33aは、前記溝型キヤパシタ25
aに隣接する活性領域24aの表面に互いに電気
的に分離して設けられたn+型のソース、ドレイ
ン領域34a,35aと、これらソース、ドレイ
ン領域34a,35a間を少なくとも含む活性領
域24a部分上にゲート酸化膜36aを介して設
けられたゲート電極37aとから構成されてい
る。前記n+型ソース領域34aは前記溝型キヤ
パシタ25aを構成するn型拡散領域27aの延
出部28aと接続されている。一方、前記転送ト
ランジスタ33bは、n+型のソース、ドレイン
領域34b,35b、ゲート酸化膜36b及びゲ
ート電極37bとから構成されており、かつソー
ス領域34bは前記溝型キヤパシタ25bを構成
するn型拡散領域27bの延出部28bに接続さ
れている。また、前記転送トランジスタ33c
33dは、前記各転送トランジスタ33a33
bと同様、ソース、ドレイン領域、ゲート酸化膜
(いずれも図示せず)及びゲート電極37c,3
7dから構成されている。なお、前記転送トラン
ジスタ33a33bのゲート電極37a,37
bは前記溝型キヤパシタ25c25dの電極2
9上に酸化膜(図示せず)を介して横切り、かつ
前記転送トランジスタ33c33dのゲート電
極37c,37dは前記溝型キヤパシタ25a
25bの電極29上を酸化膜38a,38bを介
して横切つている。更に、前記各溝型キヤパシタ
25a25d及び前記各転送トランジスタ33
a〜33dを含むシリコン層22上には層間絶縁
膜39が被覆されており、かつ該層間絶縁膜39
上には例えばAlからなるビツト線40,40′が
前記各ゲート電極37a〜37dと直交する方向
に設けられている。一方のビツト線40は、前記
転送トランジスタ33a33bのドレイン領域
35a,35bにコンタクトホール41a,41
bを介して夫々接続されている。他方のビツト線
40′は、前記転送トランジスタ33c33d
の共通のドレイン領域(図示せず)にコンタクト
ホール41cを介して接続されている。これらビ
ツト線40,40′を含む層間絶縁膜39上には
保護絶縁膜42が被覆されている。 しかして、本発明の半導体記憶装置によれば、
溝型キヤパシタ(例えば25a25b)の夫々
の記憶ノードを構成するn型拡散領域27a,2
7bの深い部分には約5×1017/cm3の不純物濃度
をもつ高濃度のp+型シリコン基板21が存在す
るため、溝型キヤパシタ25a25bの深い部
分での空乏層の伸びを前記p型シリコン基板21
の存在により著しく抑制できる。事実、記憶ノー
ドの電位がp型シリコン基板21及びp型シリコ
ン層22に対して5Vの電位差の時、n型拡散領
域27a,27bの該当する一方から伸びる空乏
層幅は約0.13μmであつた。また、p型シリコン
層22中のn型拡散領域27a,27bからの空
乏層の伸びは、フイルード酸化膜23したにアク
セプタ不純物イオンを注入拡散することにより
5Vの電位差でも約0.2μmとすることができた。
その結果、溝型キヤパシタ25a25b間の距
離(A)を0.6μmまで近付けても両者間のパンチス
ルー現象を防止できる。なお、第1図図示の溝型
キヤパシタの構造では、溝型キヤパシタ間の距
離を約2μmで既にパンチスルー現象が生じた。
これは距離にして3倍以上の改善である。しか
も、本発明ではビツト線の接合容量は全く増加し
ない。従つて、溝型キヤパシタ間のパンチスルー
現象を防止することにより、高密度のメモリセル
を実現できる。 また、溝型キヤパシタ(例えば25a)が形成
される深い部分のp+型シリコン基板21は高濃
度であるため、その箇所でのキヤリアのライフタ
イムは短くなり、α線の入射により生じたキヤリ
アが溝型キヤパシタ25aのn型拡散領域27a
にフアネリング現象によつて集まるのを阻止で
き、耐ソフトエラー性に優れた半導体記憶装置を
実現できる。 更に、本発明ではp+型シリコン基板21及び
p型シリコン層22とn型拡散領域27aとの間
のpn接合容量が酸化シリコン膜30aを介在し
たn型拡散領域27aと電極29との間の静電容
量に重畳されるため、単位面積当りのキヤパシタ
値が高い溝型キヤパシタ25aを実現でき、ひい
てはメモリセルを高密度化できる。事実、前記
pn接合容量は前記静電容量値の約3割に達する
ことがわかつた。 なお、上記実施例ではキヤパシタ用絶縁膜とし
て、酸化シリコン膜を用いたが、これに限定され
ない。例えば、酸化シリコン膜で窒化シリコン膜
をサンドイツチ状に挟んだ複合膜、窒化シリコン
膜、あるいは酸化シリコンと酸化タンタルの二層
膜等を用いてもよい。 上記実施例では、半導体基板としてp+型シリ
コン基板を、半導体層としてp型シリコン層を用
いたが、n+型シリコン基板、n型シリコン層を
用いてもよい。この場合、第2導電型の不純物拡
散領域はp型に、転送トランジスタはpチヤンネ
ルMOSトランジスタよりなる。 上記実施例では、ダイナミツクMOSメモリを
例にして説明したが、スタテイツクMOSメモリ
にも同様に適用できる。この場合、例えばフリツ
プフロツプ型のセルの双安定ノードに前述した溝
型キヤパシタを設ければよい。 〔発明の効果〕 以上詳述した如く、本発明によれば単位面積当
りのキヤパシタ値が大きい溝型キヤパシタを備
え、かつ該溝型キヤパシタ間の距離を、パンチス
ルー現象を生じることなく著しく短縮してメモリ
セルの高密度化を可能とし、更に耐ソフトエラー
性を向上でき、ひいては高密度、高信頼性の半導
体記憶装置を提供できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device in which the structure of a groove-type capacitor as a memory portion is improved. [Technical background of the invention and its problems] The storage capacity of semiconductor memory devices such as dynamic memories is increasing at a rate of four times every three years due to advances in microfabrication technology. The memory cell area continues to be rapidly reduced as storage capacity increases, but the storage capacitor value of the memory cell is being adjusted to prevent soft errors and to ensure the S/N ratio for sense amplifier sensing. dozens of
It is necessary to maintain a large value of fF. By the way, conventionally, in order to increase the capacitor value per unit area, the insulating film of the MOS structure constituting the storage capacitor has been made thinner, or the insulating film material has been changed from silicon oxide film to silicon nitride film. However, since these storage capacitors form a MOS structure using the surface of a semiconductor substrate, there is a natural limit to obtaining a large capacitor value as the cell area becomes smaller. For this reason, recently H. Sunami et al.
“A Corrugated Capacitor Cell (CCC) for
Megabit Dynamic MOS Memories”,
International Electric Device Meeting
Technical Digest, lecture number 26.9, pp, 806~
On 808 Dec, 1982, we announced a MOS memory with a groove-type capacitor having the structure shown in Figure 1. That is, 1 in FIG. 1 is, for example, a p-type silicon substrate, and a deep (for example, 3
~5 μm) groove portion 2 is provided. A capacitor electrode 3 made of a first layer of polycrystalline silicon is provided from the inside of the trench 2 to the periphery of the opening with a capacitor insulating film 4 interposed therebetween. This capacitor insulating film 4 consists of a three-layer film of SiO 2 /Si 3 N 4 /SiO 2 .
The substrate 1, the groove portion 2, the capacitor insulating film 4, and the capacitor electrode 3 constitute a groove-type capacitor 5 . Further, on the surface of the silicon substrate 1 adjacent to the trench capacitor 5 , n + type source and drain regions 6, which are electrically isolated from each other, are provided.
7 is provided. On a portion of the substrate 1 including at least between these source and drain regions 6 and 7,
A gate electrode 9 made of a second layer of polycrystalline silicon is provided with a gate oxide film 8 interposed therebetween. The source and drain regions 6 and 7, the gate oxide film 8, and the gate electrode 9 constitute a transfer transistor 10 . Furthermore, the source region 6 is in contact with the insulating film 4 of the trench capacitor 5 , and the drain region 7 is connected to a bit line (not shown). Note that 9' in the figure is the gate electrode of an adjacent memory cell. However, as described in some literature, the MOS memory shown in FIG.
The disadvantage was that the distance between the trench capacitors between memory cells could not be shortened, making it impossible to realize high-density memory cells. That is, it is generally required that the junction capacitance of the drain of a transfer transistor constituting a memory cell be reduced in order to reduce the bit line capacitance. For this reason, it is necessary to lower the concentration of the p-type silicon substrate, but this causes a depletion layer to extend in the substrate near the capacitor of the MOS structure, making it easier for punch-through phenomenon to occur. Such punch-through phenomenon can generally be prevented by implanting impurity ions from near the surface of the silicon substrate. However, in the trench capacitor 5 made by forming a deep trench 2 in a silicon substrate 1 as shown in FIG. 1, it is difficult to implant impurity ions deep into the silicon substrate 1. A serious drawback was that a punch-through phenomenon occurred near the bottom of the groove-type capacitor, and this phenomenon could not be prevented. Therefore, in the conventional structure, it was necessary to leave a long distance between the trench capacitors between memory cells, making it extremely difficult to realize a high density memory cell. In addition, in the structure shown in FIG. 1, the depletion layer is extended by the trench capacitor 5 deep in the silicon substrate 1, and α
It has the disadvantage of being vulnerable to soft errors because the charge generated by the incidence of the line is likely to be collected by the funneling phenomenon. [Objective of the Invention] It is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device that is equipped with groove-type capacitors having a large capacitance value per unit area, can significantly shorten the distance between the groove-type capacitors, and has excellent soft error resistance. That is. [Summary of the Invention] The present invention provides a semiconductor substrate of a first conductivity type having a higher concentration than the semiconductor layer formed on the surface thereof, and a semiconductor substrate having a semiconductor layer of a first conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate. a second groove provided over the semiconductor layer and the semiconductor substrate on the inner surface of the groove;
It consists of a conductive type impurity diffusion region and an electrode provided from inside the trench to at least around the opening via a capacitor insulating film, the electrode being a first capacitor electrode, and the impurity diffusion region being a first capacitor electrode. This device is characterized by having a groove-type capacitor having a structure of two capacitor electrodes. In such a structure, a semiconductor substrate with a high concentration of the first conductivity type suppresses the extension of the depletion layer in the deep part of the trench capacitor and prevents the punch-through phenomenon between adjacent trench capacitors, resulting in a high-density memory. cell, and the soft error resistance is improved by the same effect of the high-concentration semiconductor substrate of the first conductivity type, and furthermore, the semiconductor substrate and semiconductor layer of the first conductivity type and the impurity diffusion region of the second conductivity type are It is possible to obtain a semiconductor memory device with an increased capacitor value per unit area due to the junction capacitance between the two. [Embodiments of the Invention] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a plan view showing a part of the dynamic MOS memory, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line - in FIG. 21 in the figure is, for example, 2× on the surface.
A 2 μm thick p-type silicon layer 22 containing 10 15 /cm 3 of acceptor impurity (such as boron) is formed by, for example, an epitaxial growth method.
It is a highly concentrated p + type silicon substrate containing 10 17 /cm 3 of boron. A field oxide film 23 is provided on this silicon layer 22, and a field oxide film 23 is provided on this silicon layer 22.
A plurality of island-shaped active regions (memory cell regions) 24a to 24 are separated by the field oxide film 23.
c is formed. These active regions 24a, 2
Groove capacitors 25a to 25d are provided in a part of the active region 4b and at both ends of the active region 24c, respectively, and the groove capacitors 25a and 25b are arranged adjacent to each other. Groove capacitor 25a
As shown in FIG. 3, a groove 26a having a depth of, for example, 3 μm is provided extending from the surface of the p-type silicon layer 22 into the silicon substrate 21. An n-type diffusion region 27a serving as a second conductivity type impurity diffusion region is formed in the silicon layer 22 and the silicon substrate 21 on the inner surface of the groove portion 26a. This n-type diffusion region 27a has a depth of 0.2 μm and a concentration of, for example, 2×10 18 /cm 3 . An extending portion 28a is formed on the side surface of the n-type diffusion region 27a opposite to the groove capacitor 25b (the surface portion of the p-type silicon layer 22). The groove portion 26a
An electrode 29 made of first layer polycrystalline silicon is provided from the inside to at least around the opening of the groove 26a via a silicon oxide film 30a having a thickness of 200 Å, for example, as a capacitor insulating film. In such a groove-type capacitor 25a , the electrode 2
9 functions as a first capacitor electrode, and the n-type diffusion region 27a functions as a second capacitor electrode. Note that the electrode 29 is connected to each groove-type capacitor 25a to
25d serves as a common electrode. On the other hand, the groove-type capacitor 25b has a groove portion 26b, an n-type diffusion region 2
7b, an electrode 29, and a silicon oxide film 30b. Further, the groove type capacitor 25
Although not shown in detail, capacitors 25c and 25d have the same structure as the groove capacitors 25a and 25b . Here, we will discuss the fourth method for manufacturing groove-type capacitors.
This will be briefly explained with reference to Figures a and b. First, p +
A p-type silicon layer 22 is formed on a silicon substrate 21 by epitaxial growth, and a field oxide film 23 is selectively formed on the silicon layer 22, and island-shaped active regions 24a, 24b (2
4c is not shown), the active region 24 is formed.
An oxide film 31 with a thickness of about 1000 Å is formed on the surfaces of portions a and 24b. Next, apply photoresist,
After forming a resist pattern (not shown) on the portion of the oxide film 31 where the groove is to be formed by photolithography, the oxide film 31 is etched by reactive ion etching using the resist pattern as a mask, and then p-type silicon is etched. Grooves 26a and 26b having a depth of, for example, 3 .mu.m are formed by selectively etching from the surface of the layer 22 into the p.sup. + type silicon substrate 21 (as shown in FIG. 4a). After this, the resist pattern was peeled off. Next, the oxide film 31 corresponding to a part of the source region of the transfer transistor is selectively removed by photolithography, and then a phosphorus-doped silicon oxide film (or an arsenic-doped silicon oxide film, a multilayer film doped with phosphorus or arsenic) is formed on the entire surface. CVD of crystalline silicon film) 32
After deposition by a method, phosphorus is deposited on the p-type silicon layer 21 using the phosphorus-doped silicon oxide film 32 as a diffusion source.
Thermal diffusion is performed from the to the p-type silicon substrate 21 to form the n-type diffusion regions 27a, 27b and the extension portion 28, respectively.
a, 28b (as shown in FIG. 4b). After this, although not shown, the phosphorus-doped silicon oxide film is removed, the oxide film is also removed, and a thermal oxidation treatment is performed again to form a silicon oxide film on the exposed silicon layer surface including the inner surface of the groove, and then the entire surface is covered. A first layer polycrystalline silicon film is deposited and patterned to form an electrode from inside the trench to at least around the opening, and using this electrode as a mask, the silicon oxide film is selectively etched to form a capacitor. Form a silicon oxide film. Further, transfer transistors 33a to 33d are formed in each active region 24a to 24c adjacent to each of the trench capacitors 25a to 25d. The transfer transistor 33a is connected to the trench capacitor 25.
n + type source and drain regions 34a and 35a provided electrically isolated from each other on the surface of the active region 24a adjacent to a, and a portion of the active region 24a that includes at least the space between these source and drain regions 34a and 35a. and a gate electrode 37a provided through a gate oxide film 36a. The n + -type source region 34a is connected to the extension 28a of the n-type diffusion region 27a constituting the trench capacitor 25a . On the other hand, the transfer transistor 33b is composed of an n + type source, drain regions 34b, 35b, a gate oxide film 36b, and a gate electrode 37b, and the source region 34b is an n-type which constitutes the trench capacitor 25b . It is connected to the extension part 28b of the diffusion region 27b. Further, the transfer transistors 33c ,
33d is each transfer transistor 33a , 33
Similar to b, source, drain regions, gate oxide films (none of which are shown), and gate electrodes 37c, 3
It consists of 7d. Note that the gate electrodes 37a , 37 of the transfer transistors 33a, 33b
b is the electrode 2 of the groove capacitors 25c and 25d ;
The gate electrodes 37c and 37d of the transfer transistors 33c and 33d cross over the trench capacitors 25a and 9 through an oxide film (not shown).
The electrode 25b is crossed over the electrode 29 via the oxide films 38a and 38b. Furthermore, each of the grooved capacitors
25a to 25d and each of the transfer transistors 33
An interlayer insulating film 39 is coated on the silicon layer 22 including a to 33d , and the interlayer insulating film 39
Bit lines 40 and 40' made of Al, for example, are provided above in a direction perpendicular to each of the gate electrodes 37a to 37d. One bit line 40 has contact holes 41a, 41 in the drain regions 35a , 35b of the transfer transistors 33a, 33b.
They are connected to each other via b. The other bit line 40' is connected to the transfer transistors 33c and 33d.
are connected to a common drain region (not shown) through a contact hole 41c. A protective insulating film 42 is coated on the interlayer insulating film 39 including these bit lines 40, 40'. According to the semiconductor memory device of the present invention,
N-type diffusion regions 27a, 2 forming respective storage nodes of groove-type capacitors (for example, 25a , 25b )
Since there is a highly concentrated p + type silicon substrate 21 with an impurity concentration of about 5×10 17 /cm 3 in the deep part of the trench capacitors 25a and 25b , the extension of the depletion layer in the deep part of the trench capacitors 25a and 25b is as follows. p-type silicon substrate 21
can be significantly suppressed by the presence of In fact, when the potential of the storage node was 5 V potential difference with respect to the p-type silicon substrate 21 and the p-type silicon layer 22, the width of the depletion layer extending from the corresponding one of the n-type diffusion regions 27a and 27b was about 0.13 μm. . Furthermore, the extension of the depletion layer from the n-type diffusion regions 27a and 27b in the p-type silicon layer 22 is achieved by implanting and diffusing acceptor impurity ions into the field oxide film 23.
Even with a potential difference of 5V, it was possible to achieve a voltage of about 0.2 μm.
As a result, even if the distance (A) between the grooved capacitors 25a and 25b is made as close as 0.6 μm, punch-through phenomenon between them can be prevented. In the structure of the grooved capacitor 5 shown in FIG. 1, the punch-through phenomenon already occurred when the distance between the grooved capacitors was about 2 μm.
This is an improvement of more than three times in terms of distance. Moreover, in the present invention, the junction capacitance of the bit line does not increase at all. Therefore, by preventing the punch-through phenomenon between the trench capacitors, high-density memory cells can be realized. In addition, since the p + type silicon substrate 21 in the deep part where the groove capacitor (for example 25a ) is formed has a high concentration, the lifetime of the carrier at that part is shortened, and the carrier generated by the incidence of α rays is N-type diffusion region 27a of groove capacitor 25a
It is possible to prevent the particles from gathering due to the funneling phenomenon, thereby realizing a semiconductor memory device with excellent soft error resistance. Furthermore, in the present invention, the pn junction capacitance between the p + type silicon substrate 21 and the p type silicon layer 22 and the n type diffusion region 27a is the same as the pn junction capacitance between the n type diffusion region 27a and the electrode 29 with the silicon oxide film 30a interposed. Since it is superimposed on the capacitance, it is possible to realize the groove-type capacitor 25a with a high capacitance value per unit area, and as a result, it is possible to increase the density of memory cells. fact, said
It was found that the pn junction capacitance reached approximately 30% of the above-mentioned capacitance value. In the above embodiment, a silicon oxide film was used as the capacitor insulating film, but the present invention is not limited to this. For example, a composite film in which a silicon nitride film is sandwiched between silicon oxide films in a sandwich pattern, a silicon nitride film, or a two-layer film of silicon oxide and tantalum oxide may be used. In the above embodiment, a p + type silicon substrate was used as the semiconductor substrate and a p type silicon layer was used as the semiconductor layer, but an n + type silicon substrate or an n type silicon layer may also be used. In this case, the second conductivity type impurity diffusion region is p-type, and the transfer transistor is a p-channel MOS transistor. Although the above embodiment has been explained using a dynamic MOS memory as an example, the present invention can be similarly applied to a static MOS memory. In this case, for example, the above-mentioned trench type capacitor may be provided at the bistable node of a flip-flop type cell. [Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, groove-type capacitors having a large capacitance value per unit area are provided, and the distance between the groove-type capacitors can be significantly shortened without causing a punch-through phenomenon. This makes it possible to increase the density of memory cells, improve soft error resistance, and provide a high-density, highly reliable semiconductor memory device.

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

第1図は、従来のダイナミツクMOSメモリを
示す断面図、第2図は、本発明の一実施例を示す
ダイナミツクMOSメモリの平面図、第3図は、
第2図の−線に沿う断面図、第4図a,bは
本実施例の溝型キヤパシタを形成するための工程
を示す断面図である。 21……p+型シリコン基板、22……p型シ
リコン層、23……フイールド酸化膜、24a〜
24c……活性領域(メモリセル)、25a
5d……溝型キヤパシタ、26a,26b……溝
部、27a,27b……n型拡散領域(第2導電
型の不純物拡散領域)、28a,28b……延出
部、29……第1導電型多結晶シリコンからなる
電極、30a,30b……酸化シリコン膜(キヤ
パシタ用絶縁膜)、32……リンドープ酸化シリ
コン膜、33a33d……転送トランジスタ、
34a,34b……n+型ソース領域、35a,
35b……n+型ドレイン領域、37a〜37d
……第2層多結晶シリコンからなるゲート電極、
40,40′……ビツト線。
FIG. 1 is a sectional view showing a conventional dynamic MOS memory, FIG. 2 is a plan view of a dynamic MOS memory showing an embodiment of the present invention, and FIG.
A sectional view taken along the - line in FIG. 2, and FIGS. 4a and 4b are sectional views showing steps for forming the groove-type capacitor of this embodiment. 21...p + type silicon substrate, 22... p type silicon layer, 23... field oxide film, 24a~
24c...active region (memory cell), 25a - 2
5d... Groove capacitor, 26a, 26b... Groove portion, 27a, 27b... N type diffusion region (second conductivity type impurity diffusion region), 28a, 28b... Extension portion, 29... First conductivity type Electrodes made of polycrystalline silicon, 30a, 30b...silicon oxide film (insulating film for capacitor), 32...phosphorus-doped silicon oxide film, 33a to 33d ...transfer transistor,
34a, 34b...n + type source region, 35a,
35b...n + type drain region, 37a to 37d
...Gate electrode made of second layer polycrystalline silicon,
40, 40'...Bit line.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1導電型の半導体層が表面に形成され該半
導体層より高濃度の第1導電型の半導体基板と、
この半導体層の表面から前記半導体基板中に達し
て設けられた溝部と、この溝部内面の半導体層及
び半導体基板に亙つて設けられた第2導電型の不
純物拡散領域と、前記溝部内から少なくとも開口
部周辺に亙つてキヤパシタ用絶縁膜を介して設け
られた電極とからなり、前記電極を第1のキヤパ
シタ電極とし、前記不純物拡散領域を第2のキヤ
パシタ電極とした構造の溝型キヤパシタを具備し
たことを特徴とする半導体記憶装置。 2 溝型キヤパシタの第2導電型の不純物拡散領
域が第1導電型の半導体基板より高濃度であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導
体記憶装置。 3 第1導電型の半導体層の表面に互いに電気的
に分離して設けられた第2導電型のソース、ドレ
イン領域と、これらソース、ドレイン領域間を少
なくとも含む半導体層部分上にゲート絶縁膜を介
して設けられたゲート電極とからなる転送トラン
ジスタを備え、かつ前記ソース、ドレイン領域の
一方が溝型キヤパシタの第2導電型の不純物拡散
領域に接続し、他方がビツト線と接続しているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導
体記憶装置。
[Scope of Claims] 1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, on the surface of which a semiconductor layer of a first conductivity type is formed, the concentration of which is higher than that of the semiconductor layer;
a trench provided extending from the surface of the semiconductor layer into the semiconductor substrate; a second conductivity type impurity diffusion region provided across the semiconductor layer and the semiconductor substrate on the inner surface of the trench; and at least an opening extending from within the trench. and an electrode provided around the periphery of the capacitor through a capacitor insulating film, the groove-type capacitor having a structure in which the electrode is a first capacitor electrode and the impurity diffusion region is a second capacitor electrode. A semiconductor memory device characterized by: 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the impurity diffusion region of the second conductivity type of the trench type capacitor has a higher concentration than the semiconductor substrate of the first conductivity type. 3. A gate insulating film is provided over the source and drain regions of the second conductivity type provided electrically isolated from each other on the surface of the semiconductor layer of the first conductivity type, and the portion of the semiconductor layer including at least the area between these source and drain regions. and a gate electrode provided through the transfer transistor, and one of the source and drain regions is connected to the second conductivity type impurity diffusion region of the trench capacitor, and the other is connected to the bit line. A semiconductor memory device according to claim 1, characterized in that:
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