KR950006470B1 - Semiconductor memory device - Google Patents

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문정환
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Abstract

The semiconductor memory device is manufactured by using a charge coupled device. The manufacturing method has the steps of forming p-type substrate(32) on the semiconductor substrate(31), forming photodiode(33), thin film(36) and VCCD region(34) on the p-type substrate, forming trench(35) of oxide film, and forming a word line(37) straight across the diode, the region and the trench. The device has functions of read, write and save as a digital logic circuit does.

Description

반도체 메모리소자Semiconductor memory device

제1도는 종래 CCD영상소자의 구조단면도.1 is a structural cross-sectional view of a conventional CCD image device.

제2도는 종래 스택 커패시터의 구조단면도.2 is a structural cross-sectional view of a conventional stack capacitor.

제3도는 종래 트랜치 커패시터의 구조단면도.3 is a structural cross-sectional view of a conventional trench capacitor.

제4도는 본 발명에 따른 메모리소자의 구조단면도.4 is a structural cross-sectional view of a memory device according to the present invention.

제5도는 제4도의 일실시예도.5 is one embodiment of FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

31 : 기판 32 : p형 기판31 substrate 32 p-type substrate

33 : 포토다이오드 34 : VCCD영역33: photodiode 34: VCCD area

35 : 산화막 36 : p+채널 스톱층35: oxide film 36: p + channel stop layer

37 : 워드라인37: wordline

본 발명은 메모리소자에 관한 것으로, 특히 CCD를 이용한 메모리소자에 관한 것이다.The present invention relates to a memory device, and more particularly to a memory device using a CCD.

제1도는 종래 CCD영상소자의 구조단면도로서 n형 기판(1)위에 p형 웰(2)을 형성하고 이 p형 웰(2)위에 소정간격을 두고 n형 포토다이오드(3)와 n형 VCCD영역(4)을 각각 형성하고 상기 n형 포토다이오드(3)와 n형 VCCD영역(4) 트랜스퍼 게이트(5a)를 포함하는 게이트전극(5)을 형성하고 상기 n형 VCCD영역(4)과 포토다이오드(3) 사이의 p형 층은 채널스톱층(6)을 형성하고, 포토다이오드(3) 표면부위에 p형 얇은 정선(7)을 형성한 것이다.FIG. 1 is a structural cross-sectional view of a conventional CCD imaging device, in which a p-type well 2 is formed on an n-type substrate 1, and an n-type photodiode 3 and an n-type VCCD are formed at predetermined intervals on the p-type well 2. Forming a region 4 and forming a gate electrode 5 including the n-type photodiode 3 and the n-type VCCD region 4 transfer gate 5a, and forming the n-type VCCD region 4 and the photo. The p-type layer between the diodes 3 forms the channel stop layer 6 and the p-type thin line 7 is formed on the surface of the photodiode 3.

이와같은 CCD영상소자의 동작설명은 다음과 같다.The operation of the CCD imaging device is as follows.

상기 n형 포토다이오드(3)에 빛에너지가 입사되면 포토다이오드(3)는 이 빛에너지를 전기적 신호인 영상신호 전하로 변환한다.When light energy is incident on the n-type photodiode 3, the photodiode 3 converts the light energy into an image signal charge which is an electrical signal.

그리고 이와같이 입사된 빛에너지에 의해 생성된 영상신호 전하는 트랜지스터 게이트(5a)에 인가되는 고전압에 의해 VCCD영역(4)으로 이동된다.The image signal charge generated by the incident light energy is transferred to the VCCD region 4 by the high voltage applied to the transistor gate 5a.

VCCD영역(4)으로 이동된 영상신호 전하는 클럭신호에 의해 HCCD영역(도면에는 도시되지 않음) 이동되고 HCCD영역에서는 출력단으로 이동되어 센싱엠프에 의해 외부로 출력된다.The video signal charge moved to the VCCD area 4 is moved to the HCCD area (not shown) by the clock signal, and is moved to the output terminal in the HCCD area and output to the outside by the sensing amplifier.

여기서 포토다이오드(3)위에 p+형 층(7)은 초기 바이러스를 인가하기 위한 것이다. 또한 트랜스퍼 게이트(5a) 및 게이트 전극(5)은 모두 실리콘으로 되어 있으나 편의상 트랜스퍼 게이트(5a)와 게이트 전극(5)으로 구분하였다.Here, the p + type layer 7 on the photodiode 3 is for applying an initial virus. In addition, although the transfer gate 5a and the gate electrode 5 are all made of silicon, it was divided into the transfer gate 5a and the gate electrode 5 for convenience.

한편, 일반적인 메모리소자는 대용량화 추세에 따라 소자의 밀도가 증가하여 조집적화 됨으로 단위 셀(cell)영역은 감소하게 된다.On the other hand, in the general memory device, as the capacity of the device increases, the density of the device increases and thus, the unit cell area decreases.

따라서, 적은 셀내에서 커패시턴스를 증가시키기 위하여 좋은 유전체의 물질을 개발하고 커패시터영역을 증대시킬 수 있는 새로운 제조방법을 찾고 유전체 두께를 감소시키는 등 여러 방면에서 활발한 연구가 진행중이다.Accordingly, active research is being conducted in various fields such as developing a material of a good dielectric material to increase the capacitance in a small cell, finding a new manufacturing method that can increase the capacitor area, and reducing the thickness of the dielectric material.

제2도에는 기본적인 DRAM메모리소자의 스택 커패시터의 구조단면도로서, 반도체기판(11)상의 소정부분에 게이트 산화막(12)과 게이트(13) 및 게이트측벽 산화막(14)이 형성되고, 게이트(13)를 마스크로 이용한 불순물 이온주입에 의해 기판상에 소오스 및 드레인영역(15a)(15b)이 형성되고, 전면에 산화막(6)이 증착되고, 이어 콘택창이 형성된 상기 소오스영역(15b)위에 노드 폴리실리콘(17), 유전체(18), 플레이트 폴리실리콘(19)이 차례로 형성되어 커패시터가 형성되고, 상기 드레인영역(15a)상에 비트라인(10)이 콘택되는 구조를 갖는다.2 is a structural cross-sectional view of a stack capacitor of a basic DRAM memory device, in which a gate oxide film 12, a gate 13, and a gate side wall oxide film 14 are formed in a predetermined portion on the semiconductor substrate 11, and the gate 13 is formed. Source and drain regions 15a and 15b are formed on a substrate by impurity ion implantation using a mask as a mask, an oxide film 6 is deposited on the entire surface, and a node polysilicon is formed on the source region 15b on which a contact window is formed. 17, a dielectric 18, and a plate polysilicon 19 are formed in this order to form a capacitor, and the bit line 10 is contacted on the drain region 15a.

결국 스토리지 노드 폴리실리콘(17), 유전체(18), 플레이트 폴리실리콘(19)으로 구성된 부분이 커패시터 역할을 하게 되며 게이트(13)에 의해 커패시터에 축적된 전기적 신호가 비트라인으로 전달된다.As a result, a portion composed of the storage node polysilicon 17, the dielectric 18, and the plate polysilicon 19 serves as a capacitor, and the electrical signal accumulated in the capacitor is transferred to the bit line by the gate 13.

또한 제3도는 다른 실시예의 DRAM메모리소자의 스택 커패시터 구조단면도로서, 반도체기판(21) 소정 부분에 게이트 산화막(28), 게이트(23)가 차례로 형성되고 이 게이트(23) 및 게이트 산화막(28)을 중심으로 반도체기판(21)의 양측 표면에 소오스 및 드레인영역(22,24)이 형성되고 이 드레인영역(24)의 또다른 일측의 반도체기판(21)에 소정깊이로 트랜치(Trench)가 형성되고, 산화막(28), 노드 폴리실리콘막(25), 유전체막(25), 플레이트 폴리실리콘(27)이 차례로 형성된 것이다.3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a stack capacitor of a DRAM memory device according to another embodiment, in which a gate oxide film 28 and a gate 23 are sequentially formed on a predetermined portion of the semiconductor substrate 21, and the gate 23 and the gate oxide film 28 are formed. The source and drain regions 22 and 24 are formed on both surfaces of the semiconductor substrate 21 and the trenches are formed in the semiconductor substrate 21 on the other side of the drain region 24 with a predetermined depth. The oxide film 28, the node polysilicon film 25, the dielectric film 25, and the plate polysilicon 27 are sequentially formed.

여기서도 제2도에서 설명한 바와같이 트랜치구조에 포함된 노드 폴리실리콘막(25), 유전체막(26), 플레이트 폴리실리콘막(27)이 게이트(23)의 제어에 의해 커패시터에 축적된 전기적 신호를 비트라인을 통해 드레인영역(24)에 전달시킨다.Here, as described with reference to FIG. 2, the node polysilicon film 25, the dielectric film 26, and the plate polysilicon film 27 included in the trench structure may store electrical signals accumulated in the capacitor under the control of the gate 23. Transfer to the drain region 24 through the bit line.

그러나 제2도 및 제3도에서 나타낸 바와같은 종래의 DRAM메모리소자는 현재의 반도체소자의 축소추세에 따라 메모리셀의 크기를 줄이고 있지만 이 메모리셀의 크기의 축소가 한계가 있으며 또한 전하신호를 전달만 하므로 아나로그신호만 처리되고 디지탈신호처리는 불가능하였다.However, the conventional DRAM memory device as shown in FIGS. 2 and 3 reduces the size of the memory cell in accordance with the shrinking trend of the current semiconductor device, but the reduction of the size of the memory cell has a limitation and also transfers a charge signal. Only the analog signal was processed, and digital signal processing was impossible.

본 발명은 상기의 단점들을 해소하기 위한 것으로서 기존의 하나의 트랜지스터셀보다 면적도를 높일 수 있으며 또한 메모리셀기능을 갖는 CCD영상소자를 이용한 메모리소자를 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention aims to solve the above disadvantages, and to provide a memory device using a CCD image element having a memory cell function and having a larger area than that of a conventional transistor cell.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, CCD영상소자에서 게이트를 CCD영상소자 표면에 일직선으로 확장하여 이 게이트를 워드라인으로 하고 VCCD영역을 비트라인으로 하고 또한 포토다이오드와 VCCD영역 바깥쪽으로 격리용 트랜치 구조를 형성시킨다.In order to achieve the above object, according to the present invention, in the CCD image element, the gate is extended in a straight line on the surface of the CCD image element so that the gate is a word line, the VCCD region is a bit line, and the photodiode and the VCCD region are separated outward. Form a trench structure for

이하, 본 발명의 구성 및 동작 설명을 첨부된 제4도 및 제5도를 참조하여 상술하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.

제4도는 본 발명에 따른 메모리소자의 단면도로서 기판(31)상에 p형 웰(32)가 형성되고, 이 p형 웰(32)이 형성된 기판(31)의 표면에 소정간격을 두고 n형 불순물 이온주입으로 포토다이오드(33)와 VCCD영역(34)이 반복하여 형성되고 이 포토다이오드(33) 및 VCCD영역(34)의 바깥측으로 격리용 트랜치가 형성되고, 상기 포토다이오드(33), VCCD영역(34) 및 격리용 트랜치상에 워드라인(37)이 직선으로 형성된 것이다.4 is a cross-sectional view of a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, in which a p-type well 32 is formed on a substrate 31, and the n-type is disposed at a predetermined interval on the surface of the substrate 31 on which the p-type well 32 is formed. The photodiode 33 and the VCCD region 34 are formed repeatedly by impurity ion implantation, and isolation trenches are formed outside the photodiode 33 and the VCCD region 34. The photodiodes 33 and VCCD are formed. The word line 37 is formed in a straight line on the region 34 and the isolation trench.

여기서 격리용 트랜치는 산화막으로 채워져 산화막층(35)을 이룬다.Here, the isolation trench is filled with an oxide film to form the oxide film 35.

여기서 p+형 박막층(36)은 포토다이오드에서 발생되는 신호전하의 전위장벽을 형성하기 위한 것이다.Here, the p + type thin film layer 36 is for forming a potential barrier of signal charges generated in the photodiode.

즉, 본 발명은 한개의 커패시터와 한개의 트랜지스터로 이루어진 DRAM셀에서 포토다이오드(33)를 커패시터로 사용하고, VCCD영역(34)을 비트라인으로 사용하는 메모리소자의 구조이다.That is, the present invention is a structure of a memory device using a photodiode 33 as a capacitor and a VCCD region 34 as a bit line in a DRAM cell composed of one capacitor and one transistor.

여기서 VCCD영역(34)의 속도가 늦으면 메이탈이나 폴리등으로 삽입하여 대치시킬수 있으며 포토다이오드(33) 및 반도체기판(31)의 소정부분의 이온주입에 의한 농도조절 또한 VCCD영역(34)의 농도에 의해 문턱전압을 결정한다.Here, if the speed of the VCCD region 34 is slow, it can be inserted and replaced by metal or poly, and the concentration control by ion implantation of a predetermined portion of the photodiode 33 and the semiconductor substrate 31 is also performed. The threshold voltage is determined by.

또한, 소자크기에 무관할 경우, 포토다이오드(33)의 이온주입공정을 생략하거나 원하는 타입의 이온만 주입시켜 다양한 모드의 메모리소자를 만들 수 있다.In addition, when the device size is irrelevant, an ion implantation process of the photodiode 33 may be omitted or only a desired type of ions may be implanted to form memory devices having various modes.

제5a도에서 c까지는 본 발명에 따른 실시도로서 먼저 데이타의 저장시(storage)를 제5a도를 참조로 설명한다.5a to c are embodiments according to the present invention. First, the storage of data will be described with reference to FIG. 5a.

포토다이오드(33)영역은 n+로 도핑되었으며 바이어스가 0일때 항상 전자를 축적시키며 데이타를 읽게할 때(read)는 제5b도에 나타낸 바와같이 워드라인에 바이어스를 인가해 p+도 도핑된 채널스톱영역(37)의 전위가 낮아지고 데이타를 저장한 포토다이오드(33)영역의 전위는 높아져 포토다이오드의 전자가 도면에 도시되지 않은 트랜스퍼 게이트를 통하여 VCCD영역(34)쪽으로 이동해간다.The photodiode 33 region is doped with n + and always accumulates electrons when the bias is zero, and when reading data, a p + doped channel is applied to the word line by applying a bias as shown in FIG. The potential of the stop area 37 is lowered and the potential of the area of the photodiode 33 storing data is increased so that the electrons of the photodiode move toward the VCCD area 34 through the transfer gate not shown in the figure.

이때의 바이어스값은 포토다이오드(33)의 핀치오프(pinch-off)값이다.The bias value at this time is a pinch-off value of the photodiode 33.

또한 데이타를 쓸때(write)는 워드라인에 데이타를 읽을때와 반대극성의 전압을가하면 데이타가 있는 VCCD영역(34)의 전위가 높아지고 포토다이오드(33)영역의 전위는 낮아져 도면에 도시되지 않은 트랜스퍼 게이트를 통하여 읽을때와 반대방향으로 전자가 VCCD영역(34)쪽으로 포토다이오드(33)영역쪽으로 되어 포토다이오드(33)에 전자가 저장된다.Also, when writing data, if the voltage of opposite polarity is applied to the word line, the potential of the VCCD region 34 where the data is located becomes high, and the potential of the photodiode 33 region becomes low, so that the transfer is not shown in the figure. The electrons are stored in the photodiode 33 toward the photodiode 33 toward the VCCD region 34 in the opposite direction as when read through the gate.

이상에서 설명한 바와같은 본 발명의 반도체 메모리소자에 있어서는 일반적인 트랜지스터를 이용한 메모리소자의 공정보다 간단한 구조로 되어 있으며, 종래 트랜지스터의 면적비보다 더 높일 수 있을 뿐만 아니라, 디지탈 논리회로와 같은 읽기, 쓰기, 저장등의 메모리소자의 기능을 가능케 한다.As described above, the semiconductor memory device of the present invention has a simpler structure than a process of a memory device using a general transistor, and can not only increase the area ratio of the conventional transistor, but also read, write, and store the same as a digital logic circuit. It enables the function of the memory device.

Claims (3)

반도체기판내의 소정영역에 제1도전형 웰이 형성되고, 상기 제1도전형 웰의 에지부분에 격리용 트랜치가 형성됨과 아울러 이들 트랜치 사이에는 제2도전형 전하저장영역과 전위장벽용 박막층 그리고 제2도전형 VCCD영역이 수평으로 나란히 형성되며 기판에 워드라인이 형성되어 워드라인의 바이어스내에 의해 전하저장영역에 전하는 저장함을 특징으로 하는 반도체 메모리소자.A first conductive well is formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, and an isolation trench is formed in an edge portion of the first conductive well, and a second conductive charge storage region, a thin film layer for a potential barrier, and a first barrier are formed therebetween. 2. A semiconductor memory device comprising: a two-conducting VCCD region formed horizontally side by side and a word line formed on a substrate to store charge in the charge storage region due to the bias of the word line. 제1항에 있어서, 제2도전형 전하저장영역을 커패시터로 사용한 것을 특징으로 하는 반도체 메모리소자.The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second conductive charge storage region is used as a capacitor. 제1항에 있어서, VCCD영역을 비트라인으로 사용한 것을 특징으로 하는 반도체 메모리소자.The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the VCCD region is used as a bit line.
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