JPS63252467A - 半導体メモリ装置 - Google Patents

半導体メモリ装置

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JPS63252467A
JPS63252467A JP62088268A JP8826887A JPS63252467A JP S63252467 A JPS63252467 A JP S63252467A JP 62088268 A JP62088268 A JP 62088268A JP 8826887 A JP8826887 A JP 8826887A JP S63252467 A JPS63252467 A JP S63252467A
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JP
Japan
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trench
memory cell
layer
cell array
substrate
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JP62088268A
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English (en)
Inventor
Toshiyuki Shimizu
俊行 清水
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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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

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  • Element Separation (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

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に関し、特にダイナミックR
AMのノイズ耐性を向上させる構造に関する。
〔従来の技術〕
半導体基板、特にシリコン半導体基板上に形成される集
積回路は、高密度、大容量化の一途を辿り、特に半導体
記憶装置の様な集積回路では、1Mビット又はそれ以上
へと集積度が増大してきている。
現在、ダイナミックRAM (DRAM)の様な半導体
記憶装置においては、メモリセルが1個のMO9T−ラ
ンジスタと1個のコンデンサから構成される方式が大容
量化に適しており、主流になっており、その情報の蓄積
方式としては、情報である電荷を基板側の反転層に蓄積
する方式が主流である。
チップ当り1メガビット以上の記憶容量を持つDRAM
を実現するためには、1素子当りの面積を小さくするこ
とが必須となる。特に、素子面積の大部分を占めるコン
デンサの面積を減少させる手段として、シリコン基板に
溝を掘り、この溝の内壁および底面を利用してコンデン
サを形成する方法が提案されてきた0例えば、r198
2インターナショナル エレクトロン デバイス ミー
ティング テクニカル ダイジェスト(INTERNA
TIONALELECTRON DEVICE MEE
TING TECHNICAL DIGEST)JpP
、806−1108参照。
しかし、基板側に情報電荷を蓄積し、かつ溝を用いる方
式のメモリセルでは、メモリセルの縮小に伴い容量溝の
間隔も小さくなるため、半導体基板表面のn+拡散領域
に蓄えられた電荷がパンチスルーのため隣りのセルにリ
ークし、隣接溝間の電気的干渉が起きてしまう欠点があ
る。また、深い溝が形成されることからα線などの電離
放射線が半導体基板に照射された場合、発生するキャリ
アがセルに集まり易いため記憶された情報の担い手であ
る電荷が消失し易いという、いわゆるソフトエラー率が
大きいという欠点があった。
この問題を解決する手段として、特開昭60−1907
04は、溝内の電極に電荷を蓄積する方式が提案されて
いる。この方式では、第4図(b)に示す様に、ボロン
濃度が高い領域2の上にボロン濃度の低い層3を薄く成
長したシリコン基板1(以下PONP+エビ基板と略す
)を用い、この基板の表面にボロン濃度が高い領域2の
深く道連する容量溝6を形成し、この溝内に容量絶縁膜
7を形成し、溝内に埋め込まれた電極とでメモリセル用
の溝容量9を形成するものである。この溝内に埋め込ま
れた電極は、nチャネルMOSトランジスタのソースま
たはドレインとなるn+拡散層に接続される。このタイ
プのセルを用いれば、セル間隔を接近させても相互の干
渉が起こらず、また、α線などの電離放射線が基板に照
射され、基板内部に電荷が発生してもこの電荷は当該構
造のセルには入りにくいため、α線による誤動作も防ぐ
ことが出来、高密度、高集積DRAMのセル構造として
極めて有望であると考えられる。
一方、特開昭60−069511に提案されているよう
に、溝の側壁をボロン拡散により濃度を高くし、かつP
ONP+エビ基板(1)を用いた、溝容量をコンデンサ
として用いるDRAMセルも、DRAMセルと同様に高
密度、高集積DRAMのセルとして極めて有望であると
考えられる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、その方式ではPONP+エビ基板を用いるの
が特徴であるが、DRAMとして周辺回路とメモリセル
アレイ部を同一チップ上に形成した場合、メモリセルが
ノイズの影響を受は易いと言う欠点がある。即ち、DR
AMは主にメモリセルアレイ部と周辺回路部に分けられ
るが、周辺回路部ではMOSFETが常にON、OFF
を繰り返しているため、大量の基板電流が発生する。こ
の基板電流がメモリセル部に達するとトランスファゲー
トMO8FETの閾値電圧を変動させ、容量部に蓄積さ
れた電荷が流失してしまうなどの、誤動作の原因となる
ため、周辺回路部で発生した基板電流は極力少なくする
か、もしくは発生した基板電流はメモリセル部に到達し
ないようにする必要がある。
このP ONP+エビ基板を用いた場合、Pエピ層(例
えばボロン濃度I X 1016C11−’)と21層
(ボロン濃度I X I Q 19CIO−3)の境界
では約0.17りeVのバリアがあり、常温でシリコン
基板中を運動しているキャリアのエネルギーは0.02
6eVと小さいなめ、Pエビ層のキャリアの大部分はこ
のバリアを越えることが出来ない、従って、MOSFE
Tの動作によって、発生した基板電流はPエビ層とP+
層界面において、Pエビ層へ反射されるため、基板電流
はより広い範囲に拡散しやすくなる。
上述した従来のPONP+エビ基板を用いたDRAMに
おいては、第4図(a)、(b)に示す様に、メモリセ
ルアレイ部21と周辺回路20との間が素子分離5i0
24によってのみしか電気的に分離されていないので、
周辺回路部20に於て発生した基板電流が、素子分離5
i024の下のPエビ層3を通って、メモリセルアレイ
部21に到達してしまい、メモリセルの動作を不安定に
してしまう欠点があった。
本発明の目的は、このような従来の欠点を改善し、基板
電流を阻止してメモリセルの動作を安定化した半導体メ
モリ装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の構成は、第1導電性の不純物層の上に、この第
1導電性不純物層よりも低い濃度の第1導電性不純物エ
ピタキシャル層を有する半導体基板を用いて形成される
ダイナミック型MO3の半導体メモリ装置に於て、少な
くとも高い濃度の前記不純物層に達する程度に深く掘ら
れた分離溝が、メモリセルアレイ部領域と周辺回路部領
域との間でこのメモリセルアレイ部領域を囲むように配
置され、この分離溝は前記半導体基板から電気的に絶縁
され、かつその分離溝内に絶縁物または導電性物質が充
填されて形成されていることを特徴とする。
〔実施例〕
次に、図面により本発明の詳細な説明する。
第1図(a)、(b)は本発明の一実施例の平面図およ
びその断面図である。本実施例は、図に示すように、周
辺回路部20とメモリセルアレイ部21との間に、P+
層3にまで達する深さのノイズ防止用分離溝5を設け、
メモリセルアレイ部21をこの分離用溝5で囲む構造と
するものである。すなわち、本実施例は、ノイズ防止用
分離溝5を設けることにより、耐α線性が高く、隣接溝
間干渉に強いDRAMの動作を、更に安定化させること
が出来る構造となっている。
このようなメモリ素子構造は、次のような製造工程で製
作される。
第2図(a)〜(f)は第1図の実施例のメモリ素子構
造を製作工程順に説明する断面図である。ここでは、半
導体基板1にPONP+エビ基板を用いたnチャネル型
セルを取上げるが、pチャネル型は単にn型をp型に置
き換えればよい。また、ノイズ防止用分離溝内にはポリ
シリコンを埋込んでいる。
まず、第2図(a)に示すように、1×1019C11
’程度のボロン濃度を有するP゛層層上上厚さ2〜10
μmで1×1016c!11−3程度のボロン濃度を有
するPエビ層3を成長したシリコン基板1の表面に、周
知のLOGO3工程により素子及び分離用溝を形成する
以外の領域に、素子分離5i024を形成する。
次に、第2図(b)に示すように、フォトリソグラフィ
技術と反応性イオンエツチングを用いて、所望の領域の
シリコン基板1の表面に分離用溝5を形成する。この分
離用溝5はP+層2に達する程度の深さが必要である。
もし、メモリセルに溝容量セルをもちいる場合、この分
離用溝5はセルに用いる容量溝6と同時に形成してもよ
い。
次に、第2図(c)に示す様に、分離用溝5内に容量絶
縁膜7を形成する。この容量絶縁膜7はシリコン基板1
を熱酸化して得られる5i02を用いてもよいし、5i
02とSi3N4の2層構造を取ってもよく、この容量
絶縁膜7は溝容量部に用いる容量絶縁膜と同時に形成し
てもよい。次に、この容量絶縁膜7上にポリシリコン8
を気相成長し、分離用溝5を完全に埋め込んだ後、この
ポリシリコン8をエッチバックし、第2図(d)に示す
様に分離用溝5内または容量溝6内にのみポリシリコン
を残す。
次に、メモリセル用溝容量9を形成する。第2図(e)
のように、基板上にn+拡散JIIO、ポリシリコン1
1を形成する。このポリシリコン11が容量溝6内のポ
リシリコン8とn+拡散層10とを接続している。次に
、分離用溝5内のポリシリコンを酸化し絶縁5i021
2を形成し、分離用溝5上部に配される配線から分離用
溝5を絶縁する。
次に、ワード線13を配線し、通常のプロセスによりn
+拡散層14となるトランスファーゲートMO3FET
および周辺回路部のMOSFETを形成する。次に、眉
間膜15を堆積したのち、ビット線16を配線すること
により、第2図(f)に示す如<DRAMが完成する。
本実施例では、ノイズ防止用分離溝5の中のボリシリコ
ン8の電位はフローチングとなっているが、ポリシリコ
ン8の電位をシリコン基板または接地電位またはその他
の電位に固定してもよい。
〔実施例2〕 第3図(a)〜(d)は本発明の他の実施例のメモリ素
子構造を製作工程順に説明する断面図である。ここでは
、半導体基板1にPONP+エビ基板を用いたnチャネ
ル型セルを取り上げ、分離用溝内にはSiO□を埋め込
む例を取上げる。
まず、第3図(a)に示すように、1×1019(2)
−3程度のボロン濃度を有するP“層2上に厚さ2〜1
0μmでl X I Q 16cm−3程度のボロン濃
度を有するPエビ層3を成長したシリコン基板1表面に
、フォトエツチング技術と反応性イオンエツチングによ
り所望の領域のシリコン基板1に分離用溝5を形成する
。このシリコン基板1に設けられる分離用溝5は21層
2に達する程度の深さが必要である。
次に、素子を形成する以外の領域に、LOCO8工程に
より素子分離5i024を形成する。このとき、第3図
(b)に示す様に、分離用溝5の中にも5i024が形
成される。
次に、メモリセル用溝容量9を形成する。第3図(C)
のように、基板1上にn+拡散層10、ポリシリコン1
1が形成される。このポリシリコン11が容量溝6内の
ポリシリコン8とn+拡散層10を接続している0次に
ワード線13を配線し、通常のプロセスによりn+拡散
層14となるトランスファーゲートMO3FETおよび
周辺回路のMOSFETを形成する0次に、層間膜15
を堆積したのち、ビット線16を配線することにより、
第3図(d)の如<DRAMが完成する。
また、本実施例の工程は、PONP+エビ基板を用い、
かつ溝の側壁をボロン拡散により濃度を高くした構造の
DRAMにも全く同様に適用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明においては、ダイナミックR
AMの周辺回路部に於て発生した基板電流が、メモリセ
ルアレイ部と周辺回路部との間に入っている分離用溝に
止められ、かつP+層によっても止められるなめ、メモ
リセル動作の基板電流による擾乱が防止でき、安定した
DRAM動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は本発明の一実施例のDRAMの
平面図およびその部分断面図、第2図(a)〜(f>お
よび第3図(a)〜(d)は本実施例を2つの製造工程
順に示したDRAMの断面図、第4図(a)、(b)は
従来のDRAMの一例の平面図およびその部分断面図で
ある。 1・・・シリコン基板、2・・・P+層、3・・・Pエ
ビ層、4・・・素子分tlfisioz、5・・・分離
用溝、6・・・容量溝、7・・・容量絶縁膜、8・・・
ポリシリコン、9・・・メモリセル用溝容量、10・・
・n+拡散層、11・・・ポリシリコン、12・・・絶
縁5i02.13・・・ワード線、14・・・n+拡散
層、15・・・層間膜、16・・・ビット線、20・・
・周辺回路部、21・・・メモリセルアレイ部。 48.、−1 、:1 一ノ で ・“・6

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  第1導電性の不純物層の上に、この第1導電性不純物
    層よりも低い濃度の第1導電性不純物エピタキシャル層
    を有する半導体基板を用いて形成されるダイナミック型
    MOSの半導体メモリ装置に於て、少なくとも高い濃度
    の前記不純物層に達する程度に深く掘られた分離溝が、
    メモリセルアレイ部領域と周辺回路部領域との間でこの
    メモリセルアレイ部領域を囲むように配置され、この分
    離溝は前記半導体基板から電気的に絶縁され、かつその
    分離溝内に絶縁物または導電性物質が充填されて形成さ
    れていることを特徴とする半導体メモリ装置。
JP62088268A 1987-04-09 1987-04-09 半導体メモリ装置 Pending JPS63252467A (ja)

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