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JPH1093047A - Semiconductor memory device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor memory device and manufacture thereof

Info

Publication number
JPH1093047A
JPH1093047A JP8245364A JP24536496A JPH1093047A JP H1093047 A JPH1093047 A JP H1093047A JP 8245364 A JP8245364 A JP 8245364A JP 24536496 A JP24536496 A JP 24536496A JP H1093047 A JPH1093047 A JP H1093047A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
insulating film
semiconductor
gate
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP8245364A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Noguchi
充宏 野口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP8245364A priority Critical patent/JPH1093047A/en
Publication of JPH1093047A publication Critical patent/JPH1093047A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a semiconductor memory device, capable of providing a high density structure by using switching elements having a punch-through preventive structure to form fine memory cells. SOLUTION: A p-type Si substrate 1 forms plate electrodes of MOS capacitors composed of the Si substrate 1, a capacitor insulating film 5 and storage electrodes 6. On the upper side walls of trenches 4 an element isolation insulation film 22 for separating the storage electrodes 6 from the substrate 1. These electrodes 6 buried in the trenches 4 each have a structure having a p-n junction at the top and gate electrode thereon. An n-type diffusion layer 9 functions as a flow input/output end of a diode 1 having a gate and is connected to bit lines 13 through bit line connection holes 11 of an interlayer insulating film 38. This reduces the distance between the storage electrode and electrode connected to the bit line, to thereby form fine memory cells and hence realize a semiconductor memory device capable of providing a high density structure.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばDRAM等
の半導体記憶装置およびその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor memory device such as a DRAM and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、DRAMでは、1つのMISFE
Tと1つのキャパシタとを組み合わせたメモリセルが使
われてきた。DRAMの高集積化に伴い、このようなメ
モリセルでは、微細化により次のような問題点が生じて
いる。以下、図43に示す基板プレート型トレンチメモ
リセルを例として、この問題点について説明する。図4
3の(a)は基板プレート型トレンチメモリセルの平面
図、図43の(b)は同図の(a)のA−A´断面図で
ある。ここで、1は半導体基板、8はゲート電極、7は
ゲート絶縁膜、9および9´は、ソース電極またはドレ
イン電極、4はトレンチ、5はキャパシタ絶縁膜、6は
キャパシタ蓄積電極、12は素子分離絶縁膜、11はビ
ット線コンタクト、13はビット線を示す。セルトラン
ジスタは、半導体基板1に形成されたソースまたはドレ
イン拡散層9または9´と、半導体基板1上にゲート絶
縁膜7を介して形成されたゲート電極8とにより構成さ
れる。また、セルキャパシタは、キャパシタ絶縁膜5を
介して蓄積電極6および基板1により構成される。トラ
ンジスタのソースまたはドレイン電極の一方9は蓄積電
極6に、他方9´はビット線13に接続される。ビット
線13を伝達してきたデータは、セルトランジスタT1
により選択されたセルの蓄積電極6に書き込まれる。ま
た、トランジスタT1をオフすることにより、書き込ま
れたデータは蓄積電極に保持される。
2. Description of the Related Art Conventionally, a DRAM has one MISFE.
Memory cells combining T and one capacitor have been used. Along with the high integration of DRAM, such memory cells have the following problems due to miniaturization. Hereinafter, this problem will be described using the substrate plate type trench memory cell shown in FIG. 43 as an example. FIG.
3 (a) is a plan view of a substrate plate type trench memory cell, and FIG. 43 (b) is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 43 (a). Here, 1 is a semiconductor substrate, 8 is a gate electrode, 7 is a gate insulating film, 9 and 9 'are source or drain electrodes, 4 is a trench, 5 is a capacitor insulating film, 6 is a capacitor storage electrode, and 12 is an element. An isolation insulating film, 11 is a bit line contact, and 13 is a bit line. The cell transistor includes a source or drain diffusion layer 9 or 9 ′ formed on the semiconductor substrate 1 and a gate electrode 8 formed on the semiconductor substrate 1 via a gate insulating film 7. Further, the cell capacitor is constituted by the storage electrode 6 and the substrate 1 via the capacitor insulating film 5. One of the source or drain electrodes 9 of the transistor is connected to the storage electrode 6, and the other 9 ′ is connected to the bit line 13. The data transmitted through the bit line 13 is transmitted to the cell transistor T1.
Is written to the storage electrode 6 of the selected cell. Further, by turning off the transistor T1, the written data is held in the storage electrode.

【0003】しかし、素子の微細化に伴い、ソース電極
9とドレイン電極9´との間の距離dが小さくなると、
ゲート電極8に電圧を印加してゲートをオフした場合に
も、パンチスルーによってソース電極9とドレイン電極
9´の間の電流をカットオフできない現象が生ずる。こ
のため、蓄積電極に書き込まれたデータの保持時間が短
くなり、誤ったデータが読み出されるという問題が生じ
てしまう。
However, as the distance d between the source electrode 9 and the drain electrode 9 'becomes smaller with the miniaturization of the element,
Even when the gate is turned off by applying a voltage to the gate electrode 8, a phenomenon occurs in which the current between the source electrode 9 and the drain electrode 9 'cannot be cut off due to punch-through. For this reason, the retention time of the data written to the storage electrode is shortened, and a problem that erroneous data is read occurs.

【0004】このような現象は、また、パターニング同
志の合わせ精度が十分でないために、トレンチ4がゲー
ト電極8側へ接近したり、プロセスが変動することによ
り、さらに増加される。すなわち、トレンチ4内の蓄積
電極6から添加不純物が基板1へ拡散して、ソースまた
はドレイン拡散層9の拡散長が長くなり、ソース拡散層
とドレイン拡散層の間の間隔dが短くなってしまい、そ
の結果として、実効的にゲート長が短くなり、パンチス
ルーを生ずるのである。
[0004] Such a phenomenon is further increased by the fact that the alignment accuracy between the patterning elements is not sufficient, and the trench 4 approaches the gate electrode 8 side or the process fluctuates. That is, the additional impurity diffuses from the storage electrode 6 in the trench 4 to the substrate 1, the diffusion length of the source or drain diffusion layer 9 increases, and the distance d between the source and drain diffusion layers decreases. As a result, the gate length is effectively shortened, and punch-through occurs.

【0005】このため、トランジスタを安定して正常に
動作させるために、ソース拡散層9と抵抗性接触してい
る蓄積電極6と、ドレイン電極9’との距離を一定以上
確保することが必要となり、このことに起因して、メモ
リーセルを微細化することが困難となっていた。
Therefore, in order to operate the transistor stably and normally, it is necessary to secure a certain distance or more between the storage electrode 6 in ohmic contact with the source diffusion layer 9 and the drain electrode 9 '. For this reason, it has been difficult to miniaturize the memory cell.

【0006】また、この問題は、ここで示したトレンチ
型キャパシタを用いたメモリーセルだけでなく、平面キ
ャパシタまたはスタック型キャパシタを用いたメモリー
セルにおいても、同様に生ずる。
This problem also occurs not only in the memory cell using the trench type capacitor shown here but also in the memory cell using the planar capacitor or the stack type capacitor.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、MI
Sトランジスタとキャパシタを用いたDRAMのメモリ
セルでは、キャパシタの蓄積電極6と抵抗性接触したソ
ースまたはドレイン電極9が、他方のソースまたはドレ
イン電極9’に接近して、パンチスルーを生ずることを
防止すために、蓄積電極6とビット線13に接続された
拡散層9との距離を確保する必要があり、このことがメ
モリーセルの微細化を妨げていた。
As described above, the conventional MI
In a DRAM memory cell using an S-transistor and a capacitor, the source or drain electrode 9 in resistive contact with the storage electrode 6 of the capacitor is prevented from approaching the other source or drain electrode 9 'and causing punch-through. To this end, it is necessary to ensure a distance between the storage electrode 6 and the diffusion layer 9 connected to the bit line 13, which has hindered miniaturization of the memory cell.

【0008】本発明は、上記の問題を解決すべくなされ
たもので、その第1の目的は、パンチスルーを防止する
構造を有するスイッチ素子を用いることにより蓄積電極
とビット線に接続された電極との間の距離を縮小して、
微細なメモリーセルを構成し、より高密度化が可能な半
導体記憶装置を提供することである。
The present invention has been made to solve the above problems, and a first object of the present invention is to provide an electrode connected to a storage electrode and a bit line by using a switching element having a structure for preventing punch-through. To reduce the distance between
It is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device which has a fine memory cell and can be made higher in density.

【0009】また、本発明の第2の目的は、複数の上記
のメモリーセルにより、ランダムアクセス可能な回路構
成を有する半導体記憶装置を提供することである。
A second object of the present invention is to provide a semiconductor memory device having a circuit configuration which can be randomly accessed by a plurality of the above memory cells.

【0010】さらに、本発明の第3の目的は、上記の半
導体記憶装置を製造するための、工程数の少ない簡単な
製造方法を提供することである。
Further, a third object of the present invention is to provide a simple manufacturing method for manufacturing the above-mentioned semiconductor memory device with a small number of steps.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、従来M
ISトランジスタを用いていたスイッチ素子の代わりに
ゲート付きダイオードを用いて、キャパシタ蓄積電極6
とドレイン電極9´との間でpn接合数もしくはショッ
トキー接合数を1つに減少させることにより、微細なメ
モリーセルを構成することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The feature of the present invention is that
A diode with a gate is used instead of the switch element using the IS transistor, and the capacitor storage electrode 6 is used.
By reducing the number of pn junctions or the number of Schottky junctions between the gate electrode and the drain electrode 9 'to one, a fine memory cell is formed.

【0012】すなわち、本発明の半導体記憶装置は、半
導体基板表面に形成された整流性を有する接合によって
分離された第1の電極領域および第2の電極領域と、こ
の接合の縁部の位置する基板表面上にゲート絶縁膜を介
して形成されたゲート電極とを有するスイッチ素子と、
蓄積電極とキャパシタ絶縁膜とプレート電極とを有する
キャパシタとを具備し、前記スイッチ素子の第1の電極
領域と前記キャパシタの蓄積電極とが接続されているこ
とを特徴とする。
That is, in the semiconductor memory device of the present invention, the first electrode region and the second electrode region separated by the rectifying junction formed on the surface of the semiconductor substrate, and the edge of the junction are located. A switch element having a gate electrode formed on a substrate surface via a gate insulating film,
The storage device includes a capacitor having a storage electrode, a capacitor insulating film, and a plate electrode, wherein a first electrode region of the switch element is connected to a storage electrode of the capacitor.

【0013】また、上記の半導体記憶装置において、前
記接合はpn接合またはショットキー接合であることも
可能である。
In the above-mentioned semiconductor memory device, the junction may be a pn junction or a Schottky junction.

【0014】また、前述の半導体記憶装置において、前
記キャパシタの蓄積電極は前記半導体基板に形成された
溝の内部に埋め込まれ、前記キャパシタ絶縁膜は前記溝
の壁面に形成され、前記プレート電極は前記半導体基板
により構成され、前記接合の基板表面上に露出する縁部
および前記ゲート電極の少なくとも一部が前記溝の上方
に形成されていることも可能である。
In the above-mentioned semiconductor memory device, the storage electrode of the capacitor is embedded in a groove formed in the semiconductor substrate, the capacitor insulating film is formed on a wall surface of the groove, and the plate electrode is It is also possible that the semiconductor device is constituted by a semiconductor substrate, and an edge portion exposed on the substrate surface of the junction and at least a part of the gate electrode are formed above the groove.

【0015】さらに、前述の半導体記憶装置において、
前記半導体基板は表面に絶縁層とこの絶縁層上に形成さ
れた半導体層とを具備し、前記スイッチ素子の接合はこ
の半導体層に形成されていることも可能である。
Further, in the above-mentioned semiconductor memory device,
The semiconductor substrate may include an insulating layer on the surface and a semiconductor layer formed on the insulating layer, and the junction of the switch element may be formed on the semiconductor layer.

【0016】また、本発明の半導体記憶装置は、半導体
基板上に形成された絶縁層上のビット線を構成する第1
の半導体層と、この第1の半導体層上に柱状に形成され
た第2の半導体層の側壁表面領域の一部にその縁部が側
壁表面に露出するように形成された整流性を有する接合
によって分離された第1の電極領域および第2の電極領
域とこの接合の縁部の位置する前記第2の半導体層の側
壁表面上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極
とを有するスイッチ素子と、蓄積電極とキャパシタ絶縁
膜とプレート電極とを有するキャパシタとを具備し、前
記スイッチ素子の第1の電極領域と前記キャパシタの蓄
積電極とは前記第2の半導体層の上面において接続さ
れ、前記スイッチ素子の第2の電極領域と前記第1の半
導体層とが接続されていることを特徴とする。
Further, according to the semiconductor memory device of the present invention, the first memory device includes a first line forming a bit line on an insulating layer formed on a semiconductor substrate.
And a rectifying junction formed in a part of a side wall surface region of a second semiconductor layer formed in a columnar shape on the first semiconductor layer so that an edge thereof is exposed on the side wall surface. Having a first electrode region and a second electrode region separated by a gate electrode and a gate electrode formed via a gate insulating film on a side wall surface of the second semiconductor layer located at an edge of the junction. An element, a storage electrode, a capacitor having a capacitor insulating film and a plate electrode, wherein a first electrode region of the switch element and a storage electrode of the capacitor are connected on an upper surface of the second semiconductor layer; A second electrode region of the switch element is connected to the first semiconductor layer.

【0017】また、本発明の半導体記憶装置は、半導体
基板表面に形成された整流性を有する接合によって分離
された第1の電極領域および第2の電極領域と、この接
合の縁部の位置する基板表面上にゲート絶縁膜を介して
形成されたゲート電極とを有するスイッチ素子と、蓄積
電極とキャパシタ絶縁膜とプレート電極とを有するキャ
パシタとを具備し、前記スイッチ素子の第1の電極領域
と前記キャパシタの蓄積電極とが接続されている半導体
記憶素子と、複数個の前記半導体記憶素子が前記スイッ
チ素子の第2の電極領域を介して接続されている導電性
配線を具備し、前記スイッチ素子の第1および第2の電
極領域の間を流れる電流は前記ゲート電極に印加する電
圧により制御されることを特徴とする。
Further, in the semiconductor memory device of the present invention, the first electrode region and the second electrode region separated by the rectifying junction formed on the surface of the semiconductor substrate, and the edges of the junction are located. A switch element having a gate electrode formed on a substrate surface with a gate insulating film interposed therebetween; and a capacitor having a storage electrode, a capacitor insulating film, and a plate electrode, and a first electrode region of the switch element. A semiconductor storage element to which a storage electrode of the capacitor is connected, and a conductive wiring to which a plurality of the semiconductor storage elements are connected via a second electrode region of the switch element; The current flowing between the first and second electrode regions is controlled by a voltage applied to the gate electrode.

【0018】また、本発明の半導体記憶装置は、3つの
電極を有する第1のスイッチ素子と、蓄積電極とプレー
ト電極を有するキャパシタとを具備し、前記第1のスイ
ッチ素子の第1の電極が前記蓄積電極に接続されている
半導体記憶素子と、複数の前記半導体記憶素子が前記ス
イッチ素子の第2の電極を介して接続された第1の導電
性配線と、この第1の導電性配線に接続された第2のス
イッチ素子と、複数の前記第1の導電性配線が前記第2
のスイッチ素子を介して接続された第2の導電性配線
と、前記第1の導電性配線の電位を検出するセンスアン
プとを具備し、前記第1のスイッチ素子の第1の電極と
第2の電極の電圧電流特性は整流性を有し、前記第1お
よび第2の電極の間の電圧が逆バイアスの時に前記第2
の電極と前記第1のスイッチ素子の第3の電極との間の
電圧を変化させることにより前記第1の電極と第2の電
極の間を流れる電流を変化させ、前記第1および第2の
電極の間の電圧が順バイアスとなる電位を前記第2の導
電性配線に印加することにより前記第2のスイッチ素子
により選択された複数個の半導体記憶素子の前記キャパ
シタの蓄積電極に同時に電荷を注入することを特徴とす
る。
Further, the semiconductor memory device of the present invention includes a first switch element having three electrodes, and a capacitor having a storage electrode and a plate electrode, wherein the first electrode of the first switch element is provided. A semiconductor storage element connected to the storage electrode; a first conductive wiring in which the plurality of semiconductor storage elements are connected via a second electrode of the switch element; and a first conductive wiring. The connected second switch element and the plurality of first conductive wires are connected to the second switch element.
A second conductive wiring connected through the switch element of the first and second elements, and a sense amplifier for detecting a potential of the first conductive wiring, wherein a first electrode of the first switch element and a second The voltage-current characteristic of the electrode has a rectifying property, and when the voltage between the first and second electrodes is reverse-biased,
The current flowing between the first electrode and the second electrode is changed by changing the voltage between the first electrode and the third electrode of the first switch element, and the first and second electrodes are changed. By applying a potential at which a voltage between the electrodes becomes a forward bias to the second conductive wiring, charges are simultaneously stored in the storage electrodes of the capacitors of the plurality of semiconductor memory elements selected by the second switch element. It is characterized by injection.

【0019】また、本発明の半導体記憶装置は、3つの
電極を有する第1のスイッチ素子と、蓄積電極とプレー
ト電極を有するキャパシタとを具備し、前記第1のスイ
ッチ素子の第1の電極が前記蓄積電極に接続されている
半導体記憶素子と、複数の前記半導体記憶素子が前記ス
イッチ素子の第2の電極を介して接続された導電性配線
と、この導電性配線の電位を検出するセンスアンプとを
具備し、前記第1のスイッチ素子の第1の電極と第2の
電極の電圧電流特性は整流性を有し、前記第1および第
2の電極の間の電圧が逆バイアスの時に前記第2の電極
と前記第1のスイッチ素子の第3の電極との間の電圧を
変化させることにより前記第1の電極と第2の電極の間
を流れる電流を変化させ、前記蓄積電極の電位がV0
上V2 +Va未満の場合を第1の状態、前記蓄積電極の
電位がV2 +Va以上V1 +Va−V2 未満の場合を第
2の状態とする時、Tを第2の状態に至るまで前記第3
の電極にV1 を印加する時間、Id1を前記第3の電極に
1 を印加した時の前記第1および第2の電極間に流れ
る電流、Id2を前記第3の電極にV2 を印加した時の前
記第1および第2の電極間に流れる電流、Cs を前記キ
ャパシタの容量、Cb を前記導電性配線の容量、Vaを
任意の電位とし、前記導電性配線に並列に接続されてい
るメモリセルの個数をnとして、V0 、V1 、V2 は T×Id1≧Cs ×(V1 +Va−V0 ) T×Id2<<Cs ×(V2 +Va−V0 ) V0 ≦V2 +Va Cs /(Cs +Cb )×(V2 +Va)≦V1 −V2 n≦Id1/Id2 を満足することを特徴とする。
Further, the semiconductor memory device of the present invention includes a first switch element having three electrodes, and a capacitor having a storage electrode and a plate electrode, wherein the first electrode of the first switch element is provided. A semiconductor storage element connected to the storage electrode, a conductive wiring in which the plurality of semiconductor storage elements are connected via a second electrode of the switch element, and a sense amplifier for detecting a potential of the conductive wiring Wherein the voltage-current characteristics of the first electrode and the second electrode of the first switch element have a rectifying property, and the voltage between the first and second electrodes is reverse-biased. By changing the voltage between the second electrode and the third electrode of the first switch element, the current flowing between the first electrode and the second electrode is changed, and the potential of the storage electrode is changed. V 2 + less than Va but greater than or equal to V 0 Where the first state, when the potential of the storage electrode is the case the second state is less than V 2 + Va or V 1 + Va-V 2, the third a T up to the second state
Time for applying the V 1 to the electrode, V 2 and I d1 current flowing between the first and second electrodes upon application of a V 1 to the third electrode, the third electrode I d2 When current is applied between the first and second electrodes, Cs is the capacitance of the capacitor, Cb is the capacitance of the conductive wiring, Va is an arbitrary potential, and is connected in parallel to the conductive wiring. V 0 , V 1 , V 2 are T × I d1 ≧ Cs × (V 1 + Va−V 0 ) T × I d2 << Cs × (V 2 + Va−V 0 ) V 0 ≦ V 2 + Va Cs / (Cs + Cb) × (V 2 + Va) ≦ V 1 −V 2 n ≦ I d1 / I d2

【0020】また、本発明による半導体記憶装置の製造
方法は、半導体基板中に蓄積電極とキャパシタ絶縁膜と
プレート電極とを具備するキャパシタを形成する工程
と、前記蓄積電極に接続するように第1の導電型を有す
る半導体層を形成する工程と、前記半導体層の表面にゲ
ート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に前
記半導体層の少なくとも一部を覆うようにゲート電極を
形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート
電極と対向する位置に第1の導電型を有する前記半導体
層との接合が形成されるように第2の導電型を有する拡
散層または導電層を形成する工程と、前記ゲート電極を
覆う絶縁膜を形成する工程と、前記第2の拡散層または
前記導電層に接続する導電性配線を形成する工程とを具
備することを特徴とする。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, a step of forming a capacitor having a storage electrode, a capacitor insulating film and a plate electrode in a semiconductor substrate, and a first step of connecting to the storage electrode are performed. Forming a semiconductor layer having the above conductivity type, forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor layer, and forming a gate electrode on the gate insulating film so as to cover at least a part of the semiconductor layer. Forming a diffusion layer or a conductive layer having a second conductivity type so that a junction with the semiconductor layer having the first conductivity type is formed at a position facing the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween. Forming, forming an insulating film covering the gate electrode, and forming a conductive wiring connected to the second diffusion layer or the conductive layer. That.

【0021】また、本発明による半導体記憶装置の製造
方法は、第1の導電型を有する半導体層の表面に第2の
導電型を有する拡散層または導電層を形成する工程と、
前記第1の導電型を有する半導体層と前記第2の導電型
を有する拡散層または前記導電層との間の接合の縁部が
位置する前記半導体層表面にゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆う絶縁膜
を形成する工程と、前記第1の導電型を有する半導体層
または前記第2の導電型を有する拡散層または前記導電
層に接続する蓄積電極を形成する工程と、前記蓄積電極
の表面にキャパシタ絶縁膜を介してプレート電極を形成
する工程とを具備することを特徴とする。
Further, the method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention includes a step of forming a diffusion layer or a conductive layer having a second conductivity type on a surface of a semiconductor layer having a first conductivity type;
A gate electrode is formed via a gate insulating film on a surface of the semiconductor layer where an edge of a junction between the semiconductor layer having the first conductivity type and the diffusion layer having the second conductivity type or the conductive layer is located. Forming, forming an insulating film covering the gate electrode, and forming a storage layer connected to the semiconductor layer having the first conductivity type or the diffusion layer having the second conductivity type or the conductive layer. And forming a plate electrode on the surface of the storage electrode via a capacitor insulating film.

【0022】以上のように、本発明による半導体記憶装
置では、整流性を有する接合により分離された2つの領
域にそれぞれ接続された一方の電極に蓄積電極を、他方
の電極に導電性配線(ビット線)を接続することによ
り、蓄積電極とビット線接続孔との間の接合を1つにす
ることができる。
As described above, in the semiconductor memory device according to the present invention, the storage electrode is connected to one electrode connected to the two regions separated by the rectifying junction, and the conductive electrode (bit) is connected to the other electrode. Lines), the connection between the storage electrode and the bit line connection hole can be made one.

【0023】また、この接合が整流性を有するため、こ
の接合に逆バイアスを印加しておくことにより、2端子
間の電流をカットオフすることが可能であり、パンチス
ルーを防止することができる。
Further, since this junction has a rectifying property, by applying a reverse bias to this junction, it is possible to cut off the current between the two terminals and prevent punch-through. .

【0024】このため、蓄積電極とビット線接続孔との
間の距離を接近させることができるため、微細なメモリ
セルを実現することが可能となり高密度化を達成でき
る。
Therefore, the distance between the storage electrode and the bit line connection hole can be reduced, so that a fine memory cell can be realized, and high density can be achieved.

【0025】さらに、接合の上部にゲート電極を設置す
ることにより、ゲート電極に印加する電圧により接合に
流れる電流を制御することができるため、蓄積電極に蓄
積する電荷量を制御することができる。
Further, by arranging the gate electrode above the junction, the current flowing through the junction can be controlled by the voltage applied to the gate electrode, so that the amount of charge stored in the storage electrode can be controlled.

【0026】以上のようにして、ビット線とゲート電極
と蓄積電極との間の電圧を制御することにより、複数個
のメモリーセルを用いて、ランダムアクセス可能なメモ
リーセルを構成することが可能となる。
As described above, by controlling the voltage between the bit line, the gate electrode, and the storage electrode, it is possible to configure a memory cell that can be randomly accessed by using a plurality of memory cells. Become.

【0027】さらに、本発明の半導体記憶装置の製造方
法によれば、蓄積電極に接続された第1の拡散層と導電
性配線に接続された第2の拡散層との間の接合上にゲー
ト電極を形成することができるため、微細化が可能なメ
モリーセルを簡単に製造することができる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, the gate is formed on the junction between the first diffusion layer connected to the storage electrode and the second diffusion layer connected to the conductive wiring. Since an electrode can be formed, a memory cell that can be miniaturized can be easily manufactured.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0029】図1の(a)は本発明の第一の実施の形態
に係わる構造平面図で、図1の(b)および(c)は,
それぞれ図1の(a)のA−A´断面、およびB−B´
断面図である。図1の(a)では、構造をわかりやすく
するために、下側のメモリセルについてはゲート電極よ
り下の構造のみを示している。また、図1では、複数の
メモリセルを形成しているが、これらを、図1の配置で
形成する必要は必ずしもなく、それぞれ単独に実施する
ことができる。
FIG. 1A is a plan view of the structure according to the first embodiment of the present invention, and FIGS.
A-A 'section of FIG. 1A and BB', respectively.
It is sectional drawing. In FIG. 1A, only the structure below the gate electrode is shown for the lower memory cell in order to make the structure easier to understand. Although a plurality of memory cells are formed in FIG. 1, it is not always necessary to form them in the arrangement of FIG. 1, and they can be implemented independently.

【0030】前述の従来のメモリーセルと同様に、メモ
リセル領域は、例えばp型半導体基板1上に作成され、
基板1の内部には、トレンチ4が形成されている。素子
領域は基板1の表面に形成された例えば酸化膜等の素子
分離絶縁膜12によって区切られている。また、トレン
チ4の内部には、キャパシタ絶縁膜5を介して、例えば
ボロン等のp型の不純物を含有する多結晶シリコン層等
が埋め込まれて蓄積電極6を形成している。すなわち、
p型シリコン基板1はMOSキャパシタのプレート電極
となり、シリコン基板1、キャパシタ絶縁膜5および蓄
積電極6からMOSキャパシタが構成されている。さら
に、トレンチ4の上部側壁面には、蓄積電極6と基板1
とを分離する素子分離絶縁膜22が形成されている。
As in the conventional memory cell described above, a memory cell region is formed on, for example, a p-type semiconductor substrate 1,
A trench 4 is formed inside the substrate 1. The element region is separated by an element isolation insulating film 12 such as an oxide film formed on the surface of the substrate 1. Further, a polycrystalline silicon layer or the like containing a p-type impurity such as boron is buried in the trench 4 via a capacitor insulating film 5 to form a storage electrode 6. That is,
The p-type silicon substrate 1 serves as a plate electrode of a MOS capacitor, and the silicon capacitor 1, the capacitor insulating film 5 and the storage electrode 6 constitute a MOS capacitor. Further, the storage electrode 6 and the substrate 1 are formed on the upper side wall surface of the trench 4.
And an element isolation insulating film 22 for isolating the element.

【0031】また、前述の従来のメモリーセルでは、ゲ
ート電極8とトレンチ4の内部の蓄積電極との間の距離
を離す必要があったが、これと異なり、本実施の形態で
は基板1およびトレンチ4に埋め込まれた蓄積電極6の
上に、ゲート絶縁膜7を介してゲート電極8が形成され
ている。このゲート電極8は、セルアレイの一方向にパ
ターニングされてワード線を構成する。ゲート電極8の
下には、蓄積電極6に達するようにn型拡散層9が形成
され、p型の導電型を有する蓄積電極6との間のpn接
合がトレンチ4の内部に形成される。蓄積電極6と基板
1との間の導通を防止するために、この接合深さは、素
子分離領域22の深さより深くなければならない。この
ように、本発明では、トレンチ4に埋め込まれた蓄積電
極6が上部にpn接合を有し、さらにこのpn接合の上
方にゲート電極が形成される構造となっている。また、
このn型拡散層9は、ゲート付きダイオードの電流入出
力端子として機能し、層間絶縁膜38に形成されたビッ
ト線接続孔11を介して、ビット線13と接続されてい
る。
In the above-mentioned conventional memory cell, it is necessary to increase the distance between the gate electrode 8 and the storage electrode inside the trench 4. However, in this embodiment, the substrate 1 and the trench A gate electrode 8 is formed on the storage electrode 6 buried in 4 with a gate insulating film 7 interposed therebetween. The gate electrode 8 is patterned in one direction of the cell array to form a word line. Under the gate electrode 8, an n-type diffusion layer 9 is formed so as to reach the storage electrode 6, and a pn junction with the storage electrode 6 having a p-type conductivity is formed inside the trench 4. In order to prevent conduction between the storage electrode 6 and the substrate 1, the junction depth must be deeper than the element isolation region 22. As described above, the present invention has a structure in which the storage electrode 6 embedded in the trench 4 has a pn junction on the upper part, and a gate electrode is formed above the pn junction. Also,
The n-type diffusion layer 9 functions as a current input / output terminal of the diode with a gate, and is connected to the bit line 13 via the bit line connection hole 11 formed in the interlayer insulating film 38.

【0032】次に、図2を用いて、この実施の形態のメ
モリセルの製造工程を説明する。図2は、図1の(b)
の断面に対応する製造工程における断面図である。
Next, a manufacturing process of the memory cell according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 (b) of FIG.
13 is a cross-sectional view in a manufacturing step corresponding to the cross section of FIG.

【0033】まず、図2の(a)のような構造を得るた
めの製造工程について説明する。例えばボロン濃度が1
18から1020cm-3の高濃度p型Si基板1に、例え
ば、ボロン濃度1015cm-3のp型エピタキシャル成長
層31を形成した基板を準備する。エピタキシャル成長
層31の厚みは、例えば0.7 μmとする。
First, a manufacturing process for obtaining a structure as shown in FIG. 2A will be described. For example, if the boron concentration is 1
0 18 to the high-concentration p-type Si substrate 1 of 10 20 cm -3, for example, a substrate having a p-type epitaxial layer 31 of boron concentration 10 15 cm -3. The thickness of the epitaxial growth layer 31 is, for example, 0.7 μm.

【0034】次に、セルアレイ領域に、例えばボロンを
イオン注入した後にウェル拡散を行い、セルアレイ領域
のp型エピタキシャル成長層31のボロン濃度を1016
から1018cm-3に最適化する。さらに、Si基板1の
上面に、例えば選択酸化法により素子分離膜12を形成
する。
Next, for example, boron is ion-implanted into the cell array region and then well diffusion is carried out to reduce the boron concentration of the p-type epitaxial growth layer 31 in the cell array region to 10 16.
Optimize 10 18 cm -3 from. Further, an element isolation film 12 is formed on the upper surface of the Si substrate 1 by, for example, a selective oxidation method.

【0035】この後、リソグラフィー法と反応性イオン
エッチング技術により、例えば深さ1μmのトレンチを
形成する。さらに、例えば酸化により、トレンチの壁面
に素子分離絶縁膜22を形成する。酸化膜厚は、例えば
5nmから200nmの間とする。
Thereafter, a trench having a depth of, for example, 1 μm is formed by a lithography method and a reactive ion etching technique. Further, the element isolation insulating film 22 is formed on the wall surface of the trench by, for example, oxidation. The oxide film thickness is, for example, between 5 nm and 200 nm.

【0036】さらに、この絶縁膜22を形成した後に、
絶縁膜22の厚さを確保し、厚い酸化膜による熱応力に
起因した劣化を防ぐために、例えばシリコン酸化膜を堆
積し、このシリコン酸化膜を異方性エッチングすること
により、素子分離酸化膜22の側壁にさらに絶縁膜を形
成する工程を追加することもできる。このようにして、
トレンチの側壁に形成される絶縁膜に厚さを厚くするこ
とにより、トレンチの内部に後に形成される蓄積電極と
基板との間の短絡を確実に防止することができる。ま
た、酸化のみにより、トレンチの側面に厚い絶縁膜22
を形成した場合には、熱応力等により欠陥が発生する可
能性があるが、上記の方法によれば、欠陥を発生させな
い程度の熱酸化を行った後に、さらに堆積により側壁絶
縁膜の厚さを増加させることにより、欠陥の発生を防止
し、さらに素子分離耐圧を確保することが可能となる。
Further, after forming the insulating film 22,
In order to secure the thickness of the insulating film 22 and prevent deterioration due to thermal stress due to the thick oxide film, for example, a silicon oxide film is deposited, and the silicon oxide film is anisotropically etched to form the element isolation oxide film 22. It is also possible to add a step of forming an insulating film on the side wall of the semiconductor device. In this way,
By increasing the thickness of the insulating film formed on the side wall of the trench, a short circuit between the storage electrode formed later inside the trench and the substrate can be reliably prevented. Further, the thick insulating film 22 is formed on the side surfaces of the trench only by oxidation.
Is formed, there is a possibility that a defect may occur due to thermal stress or the like. However, according to the above method, after performing thermal oxidation to such an extent that no defect occurs, the thickness of the sidewall insulating film is further increased by deposition. Increases, it is possible to prevent the occurrence of defects and to ensure the element isolation withstand voltage.

【0037】この後、素子分離酸化膜22の底面の酸化
膜を、例えば反応性イオンエッチング技術によりSi基
板1が露出するまで取り除く。この際、反応性イオンエ
ッチングの条件を選ぶことにより、素子分離酸化膜22
の側壁部のエッチング速度を底面のエッチング速度に比
べて小さくすることができる。
Thereafter, the oxide film on the bottom surface of the element isolation oxide film 22 is removed by, for example, a reactive ion etching technique until the Si substrate 1 is exposed. At this time, by selecting the conditions of the reactive ion etching, the element isolation oxide film 22 is formed.
Can be made lower than the etching rate of the bottom surface.

【0038】さらに、例えば反応性イオンエッチング技
術によりSi基板1にトレンチ4を形成する。トレンチ
4の深さは、例えば、2から10μmの間とする。
Further, a trench 4 is formed in the Si substrate 1 by, for example, a reactive ion etching technique. The depth of the trench 4 is, for example, between 2 and 10 μm.

【0039】この後、キャパシタ容量を大きくするため
に、例えばボロンなどの不純物をトレンチ4にイオン注
入して、基板プレート電極となるトレンチ4の壁面部分
の不純物濃度を高くすることも可能である。
Thereafter, in order to increase the capacitance of the capacitor, an impurity such as boron can be ion-implanted into the trench 4 to increase the impurity concentration on the wall surface of the trench 4 serving as the substrate plate electrode.

【0040】次に、トレンチ4の内壁にキャパシタ絶縁
膜5を形成した後、蓄積電極6となる多結晶シリコン膜
を堆積する。キャパシタ絶縁膜5は、例えばシリコン酸
化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層膜(実効
膜厚10nm) を用いることができる。また多結晶シリ
コン膜には、例えばボロンをイオン注入して低抵抗化す
る。続いて、例えばケミカルドライエッチング技術によ
り表面の多結晶シリコン膜をエッチバックし、蓄積電極
6としてトレンチ4に残置する。その後、p型エピタキ
シャル層31および素子分離絶縁膜12上に露出してい
るキャパシタ絶縁膜5を例えばケミカルドライエッチン
グ技術により除去し、図2(a)の形状となる。
Next, after forming the capacitor insulating film 5 on the inner wall of the trench 4, a polycrystalline silicon film serving as the storage electrode 6 is deposited. As the capacitor insulating film 5, for example, a stacked film of silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film (effective thickness 10 nm) can be used. In addition, for example, boron is ion-implanted into the polycrystalline silicon film to reduce the resistance. Subsequently, the surface polycrystalline silicon film is etched back by, for example, a chemical dry etching technique, and is left as the storage electrode 6 in the trench 4. After that, the capacitor insulating film 5 exposed on the p-type epitaxial layer 31 and the element isolation insulating film 12 is removed by, for example, a chemical dry etching technique to obtain a shape shown in FIG.

【0041】この後、図2の(b)に示すように、シリ
コンを例えば3nmから300nmの厚さに選択成長さ
せて、シリコン層2を形成する。この工程は、全面に多
結晶シリコン膜を堆積した後、例えば固相エピタキシャ
ル成長法によってこの多結晶シリコン膜を単結晶化し、
さらに、素子分離絶縁膜12上の不要な部分のシリコン
膜を、例えばリソグラフィー法とエッチング技術により
除去する方法を用いてもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, silicon is selectively grown to a thickness of, for example, 3 nm to 300 nm to form a silicon layer 2. In this step, after depositing a polycrystalline silicon film over the entire surface, the polycrystalline silicon film is monocrystallized by, for example, a solid phase epitaxial growth method.
Further, a method of removing an unnecessary portion of the silicon film on the element isolation insulating film 12 by, for example, a lithography method and an etching technique may be used.

【0042】これ以降は、図2の(c)のように、シリ
コン層2を酸化して例えば3nmから100nmの厚さ
のゲート酸化膜7を形成し、例えば50nmから400
nmの厚さの多結晶シリコン膜等のゲート電極材料を堆
積し、例えばPOCl3 拡散を行ってこれを低抵抗化する。
さらに、例えばシリコン窒化膜等の絶縁膜36を堆積し
た後、例えばリソグラフィー法と反応性イオンエッチン
グにより加工して、ゲート電極8を形成する。さらに、
ビット線コンタクト11部のみ開口されたレジスト膜を
形成して、例えばヒ素または燐等のn型不純物を1013
から1017cm-2イオン注入する。この後レジストを除
去し、適宜熱拡散を行い、横方向にはp型の蓄積電極6
との接合がゲート電極8の下方で形成されるように、ま
た縦方向にはp型基板1との接合が絶縁膜22より深く
に形成されるように、n型不純物を拡散させて、n型拡
散層9を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, the silicon layer 2 is oxidized to form a gate oxide film 7 having a thickness of, for example, 3 nm to 100 nm.
A gate electrode material such as a polycrystalline silicon film having a thickness of nm is deposited and, for example, POCl 3 is diffused to reduce the resistance.
Further, after depositing an insulating film 36 such as a silicon nitride film, the gate electrode 8 is formed by processing the film by, for example, lithography and reactive ion etching. further,
A resist film having an opening only at the bit line contact 11 is formed, and an n-type impurity such as arsenic or phosphorus is doped with 10 13.
10 17 cm -2 ions are implanted. Thereafter, the resist is removed, thermal diffusion is performed as appropriate, and a p-type storage electrode 6 is formed in the lateral direction.
The n-type impurity is diffused so that the junction with the gate electrode 8 is formed below the gate electrode 8 and the junction with the p-type substrate 1 is formed deeper than the insulating film 22 in the vertical direction. A mold diffusion layer 9 is formed.

【0043】このn型拡散層9は、シリコン層2を形成
した後に、ビット線コンタクト11となる領域が開口さ
れたレジスト膜を形成し、例えばヒ素または燐等のn型
不純物を1013から1017cm-2イオン注入して形成す
ることもできる次に、絶縁膜37として例えばシリコン
窒化膜を堆積し、例えば異方性エッチング技術を用いて
基板1上のシリコン窒化膜を除去し、切り立ったゲート
電極8の側壁にシリコン窒化膜を残すことにより、ゲー
ト電極8の側壁絶縁膜37を形成する。この側壁絶縁膜
37膜と、絶縁膜36がゲート電極8を覆う構造とな
り、ゲート電極8とビット線13との間の電気的絶縁を
保つことが容易になる。
[0043] The n-type diffusion layer 9, after forming the silicon layer 2, the region becomes a bit line contact 11 to form an opening resist film, for example, arsenic or n-type impurities such as phosphorus 10 13 10 the following can also be formed by 17 cm -2 ion implantation, and the insulating film 37 is deposited a silicon nitride film, for example, for example, by using an anisotropic etching technique to remove the silicon nitride film on the substrate 1, steep By leaving the silicon nitride film on the side wall of the gate electrode 8, a side wall insulating film 37 of the gate electrode 8 is formed. The sidewall insulating film 37 and the insulating film 36 cover the gate electrode 8, so that it is easy to maintain electrical insulation between the gate electrode 8 and the bit line 13.

【0044】この後、ビット線13とn型拡散層9との
接続抵抗を下げるため、例えばヒ素等のn型不純物をn
型拡散層9にさらにイオン注入することも可能である。
Thereafter, in order to reduce the connection resistance between the bit line 13 and the n-type diffusion layer 9, an n-type impurity such as arsenic is doped with n-type impurity.
It is also possible to further implant ions into the mold diffusion layer 9.

【0045】次に、層間絶縁膜38を全面堆積した後、
例えばリソグラフィー法と反応性イオンエッチング技術
により、ビット線コンタクト11を形成する。その後、
例えば多結晶シリコン膜等のビット線電極材料を堆積
し、例えばリソグラフィー法と反応性イオンエッチング
技術により、ビット線13を加工し、さらに必要であれ
ば、上層の配線層を加工して、DRAMが完成する。
Next, after an interlayer insulating film 38 is entirely deposited,
For example, the bit line contact 11 is formed by a lithography method and a reactive ion etching technique. afterwards,
For example, a bit line electrode material such as a polycrystalline silicon film is deposited, and the bit line 13 is processed by, for example, lithography and reactive ion etching techniques. Complete.

【0046】上述の実施の形態では、基板として高濃度
基板1上に低濃度エピタキシャル成長層31を形成した
が、エピタキシャル成長層31を形成せずに、ボロン濃
度1015cm-3のp型基板を用いて、数MeVの加速電
圧で表面から1μmより深くボロンを濃度1018から1
20cm-3となるようにイオン注入できれば、それで代
用することも可能である。
In the above embodiment, the low-concentration epitaxial growth layer 31 is formed on the high-concentration substrate 1 as the substrate. However, the p-type substrate having a boron concentration of 10 15 cm −3 is used without forming the epitaxial growth layer 31. Then, at an accelerating voltage of several MeV, the concentration of boron is increased from 10 18 to 1
If the ion implantation can be performed so as to be 0 20 cm -3 , it can be used instead.

【0047】また、素子分離領域12を形成した後のト
レンチ形成工程は、次のようにすることもできる。例え
ば反応性イオンエッチング技術により、Si基板1中に
トレンチ4を形成する。トレンチ4の深さは、例えば、
2から10μmの間とする。ついで、例えば酸化によ
り、トレンチ4の内部壁面に、例えば厚さ1−100n
mの酸化膜24を形成した後、シリコン窒化膜35を例
えば厚さ1−100nm堆積する。さらに、レジスト膜
を塗布した後に、基板1の表面から例えば1μmの深さ
までレジスト膜を除去する。さらに、例えば反応性イオ
ンエッチング技術により、露出しているシリコン窒化膜
35を取り除いた後、酸化を行い、トレンチ上部の酸化
膜22を形成する。酸化膜厚は、例えば、5nmから2
00nmの間とする。さらに、トレンチ内に残るシリコ
ン窒化膜35を例えばドライエッチング技術で除去した
後、例えば沸化アンモニウム溶液を用いてトレンチ4の
下部の酸化膜24を除去する。
Further, the trench forming step after the formation of the element isolation region 12 can be performed as follows. For example, the trench 4 is formed in the Si substrate 1 by a reactive ion etching technique. The depth of the trench 4 is, for example,
It is between 2 and 10 μm. Then, for example, by oxidation, the inner wall surface of the trench 4 has a thickness of, for example, 1-100 n.
After forming the oxide film 24 having a thickness of m, a silicon nitride film 35 is deposited to a thickness of, for example, 1 to 100 nm. Further, after applying the resist film, the resist film is removed from the surface of the substrate 1 to a depth of, for example, 1 μm. Furthermore, after removing the exposed silicon nitride film 35 by, for example, a reactive ion etching technique, oxidation is performed to form an oxide film 22 on the trench. The oxide film thickness is, for example, 5 nm to 2
00 nm. Further, after the silicon nitride film 35 remaining in the trench is removed by, for example, a dry etching technique, the oxide film 24 below the trench 4 is removed by using, for example, an ammonium fluoride solution.

【0048】上記実施の形態の変形例として、選択酸化
法による素子分離ではなく、基板に溝を形成し、絶縁膜
を埋め込むトレンチ素子分離法を用いることもできる。
As a modification of the above embodiment, instead of the element isolation by the selective oxidation method, a trench element isolation method in which a groove is formed in a substrate and an insulating film is buried can be used.

【0049】図3の(a)は、本発明の第1の実施の形
態の変形例に係わる構造を示す平面図で、図3の
(b)、(c)は,それぞれ図3の(a)のA−A’断
面図およびB−B’断面図である。図3の(a)では、
構造をわかりやすくするために、下側のメモリセルにつ
いてはゲートより下の構造のみ示している。また、図3
では、複数のメモリセルを形成しているが、これらを、
図3の配置で形成する必要は必ずしもなく、それぞれ単
独に実施することができる。
FIG. 3A is a plan view showing a structure according to a modification of the first embodiment of the present invention, and FIGS. 3B and 3C respectively show FIGS. ) Is a cross-sectional view taken along line AA ′ and a line BB ′. In FIG. 3A,
For simplicity of the structure, only the structure below the gate is shown for the lower memory cell. FIG.
In the above, a plurality of memory cells are formed.
It is not always necessary to form them in the arrangement shown in FIG. 3, and they can be implemented independently.

【0050】この変形例では、前述の第1の実施の形態
において選択酸化法による素子分離絶縁膜12の代わり
に、基板1に形成された溝に埋め込まれた絶縁膜41に
より素子分離を行うことが特徴である。
In this modification, the element isolation is performed by the insulating film 41 embedded in the groove formed in the substrate 1 instead of the element isolation insulating film 12 by the selective oxidation method in the first embodiment. Is the feature.

【0051】次に、本変形例の製造方法を図4を用いて
説明する。
Next, the manufacturing method of the present modification will be described with reference to FIG.

【0052】本変形例では、前記第1の実施の形態の選
択酸化法を用いた素子分離絶縁膜12の形成を行わなず
に、基板1にトレンチ4を形成する。さらに、第1の実
施の形態と同様にして、トレンチ4の側壁に素子分離絶
縁膜22を形成し、キャパシタ絶縁膜5を形成し、蓄積
電極6となる第1の多結晶シリコン膜をトレンチ内部に
埋め込む(図4(a))。
In this modification, the trench 4 is formed in the substrate 1 without forming the element isolation insulating film 12 using the selective oxidation method of the first embodiment. Further, similarly to the first embodiment, an element isolation insulating film 22 is formed on the side wall of the trench 4, a capacitor insulating film 5 is formed, and a first polycrystalline silicon film serving as the storage electrode 6 is formed inside the trench. (FIG. 4A).

【0053】この後、素子形成領域が開口されたレジス
ト膜を形成し、素子分離絶縁膜22の一部をエッチング
除去する。除去する深さは、例えば3nmから500n
mの間とする。次に、蓄積電極6´となる第2の多結晶
シリコン膜を堆積し、例えば、ボロンをイオン注入し
て、この第2の多結晶シリコン膜を低抵抗化する。
Thereafter, a resist film having an opening in an element formation region is formed, and a part of the element isolation insulating film 22 is removed by etching. The removal depth is, for example, 3 nm to 500 n.
m. Next, a second polycrystalline silicon film serving as the storage electrode 6 'is deposited, and boron is ion-implanted, for example, to lower the resistance of the second polycrystalline silicon film.

【0054】続いて、例えばケミカルドライエッチング
技術により、第2の多結晶シリコン膜をエッチバック
し、蓄積電極6´としてトレンチ4の内部に残置する。
(図4の(b))。
Subsequently, the second polycrystalline silicon film is etched back by, for example, a chemical dry etching technique, and is left inside the trench 4 as the storage electrode 6 '.
((B) of FIG. 4).

【0055】さらに、図4の(c)のように、リソグラ
フィー法およびエッチング技術を用いて、素子分離領域
の基板1および蓄積電極6、6’をエッチングして溝を
形成する。エッチングの深さは、例えば100nmから
800nmの間とする。この後、パンチスルーストッパ
として、例えば、ボロンを1012から1014cm-2程度
イオン注入することもできる。さらに、例えばシリコン
酸化膜等の絶縁膜41を堆積後、例えばエッチバックま
たは研磨法等により基板1の表面を露出し、溝の内部に
素子分離絶縁膜41を残置する。
Further, as shown in FIG. 4C, a groove is formed by etching the substrate 1 and the storage electrodes 6, 6 'in the element isolation region by using a lithography method and an etching technique. The etching depth is, for example, between 100 nm and 800 nm. Thereafter, as a punch-through stopper, for example, boron can be ion-implanted at about 10 12 to 10 14 cm −2 . Further, after depositing an insulating film 41 such as a silicon oxide film, the surface of the substrate 1 is exposed by, for example, an etch back or polishing method, and the element isolation insulating film 41 is left inside the groove.

【0056】この後、ゲート絶縁膜7を形成する工程以
降は、第1の実施の形態と同様に行う。
Thereafter, the steps after the step of forming the gate insulating film 7 are performed in the same manner as in the first embodiment.

【0057】以上述べたように、本発明の第1の実施の
形態では、従来、DRAMメモリーセルを構成していた
MISトランジスタの代わりに、ゲート付きダイオード
を制御素子として使用することに特徴がある。ここで、
このゲート付きダイオードは、ゲート電極8と、ゲート
酸化膜7と、ビット線13に接続されたn型拡散層9
と、p型の導電型を有する蓄積電極6または6´とによ
り構成される。
As described above, the first embodiment of the present invention is characterized in that a diode with a gate is used as a control element instead of the MIS transistor which has conventionally constituted a DRAM memory cell. . here,
The diode with a gate includes a gate electrode 8, a gate oxide film 7, and an n-type diffusion layer 9 connected to a bit line 13.
And a storage electrode 6 or 6 ′ having a p-type conductivity.

【0058】このような構造では、従来のMISトラン
ジスタのようなパンチスルーの問題がないため、蓄積電
極6とビット線接続孔11の間の距離を、従来に比べて
より小さくすることが可能である。
In such a structure, since there is no problem of punch-through unlike the conventional MIS transistor, the distance between the storage electrode 6 and the bit line connection hole 11 can be made smaller than in the conventional case. is there.

【0059】特に、第1の実施の形態の構造では、ゲー
ト電極8をトレンチ4の上方に形成することができるた
め、ビット線接続孔11とトレンチ4の間隔を、従来の
DRAMに比較して非常に小さくでき、より高密度化す
ることができる。
In particular, in the structure of the first embodiment, since the gate electrode 8 can be formed above the trench 4, the distance between the bit line connection hole 11 and the trench 4 is set to be smaller than that of the conventional DRAM. It can be made very small, and can have higher density.

【0060】また、従来のMISトランジスタでは、デ
ータの書込みによる蓄積電極6の電位の上昇に伴い、ト
ランジスタのしきい値電圧が上昇する、いわゆる基板バ
イアス効果により、ゲート電極8の電位を、このしきい
値電圧の上昇分だけ昇圧する必要があったが、本発明の
構造では、基板バイアス効果がないため、ゲート電極8
の電圧を昇圧する必要はない。
In the conventional MIS transistor, the threshold voltage of the transistor rises as the potential of the storage electrode 6 rises due to the writing of data, that is, the potential of the gate electrode 8 is reduced by the so-called substrate bias effect. Although it was necessary to increase the voltage by the rise of the threshold voltage, the structure of the present invention has no substrate bias effect, so that the gate electrode 8
There is no need to boost the voltage of

【0061】さらに、前述のようなパンチスルーの問題
がないため、ビット線13に接続された拡散層9の接合
深さを深くすることができ、コンタクト抵抗や拡散抵抗
を低く抑えることができる。
Further, since there is no problem of punch-through as described above, the junction depth of the diffusion layer 9 connected to the bit line 13 can be increased, and the contact resistance and the diffusion resistance can be reduced.

【0062】また、ゲート付ダイオードのダイオード接
合部(n型拡散層9と蓄積電極6との接合)が蓄積電極
6上にあり、接合による空乏層領域は基板1に接してい
ないため、アルファ線などの粒子線によって発生する電
子または正孔が基板1に流出することを防止できる。こ
のため、これらの電荷に起因するソフトエラーに対する
耐性を向上できる。
Since the diode junction (junction between the n-type diffusion layer 9 and the storage electrode 6) of the diode with a gate is on the storage electrode 6 and the depletion layer region due to the junction is not in contact with the substrate 1, the alpha ray It is possible to prevent electrons or holes generated by the particle beam from flowing out to the substrate 1. For this reason, resistance against soft errors caused by these charges can be improved.

【0063】次に、本発明の第1の実施の形態による構
造を例として、このゲート付きダイオードとコンデンサ
を接続したメモリセルの電気的動作について説明する。
この動作は、前述の第1の実施の形態による構造のみな
らず、他の実施の形態による構造にも、同様に適用する
ことができる。
Next, the electrical operation of the memory cell in which the diode with the gate and the capacitor are connected will be described by taking the structure according to the first embodiment of the present invention as an example.
This operation can be applied not only to the structure according to the above-described first embodiment but also to the structure according to another embodiment.

【0064】まず、ゲート付きダイオードの動作につい
て図5を用いて説明する。ここでは、例としてp型拡散
層51とn型拡散層9の間のpn接合上にゲート酸化膜
7を介してゲート電極8が形成されている場合を示す
が、ショットキー接合上にゲート電極が形成されている
場合も同様に動作する。
First, the operation of the diode with a gate will be described with reference to FIG. Here, as an example, a case is shown in which a gate electrode 8 is formed on a pn junction between a p-type diffusion layer 51 and an n-type diffusion layer 9 with a gate oxide film 7 interposed therebetween. Is formed in the same manner.

【0065】この素子では、図5の(a)に示すよう
に、pn接合に逆バイアスとなる電圧を印加しておき、
さらにn 型拡散層9を空乏化させる方向にゲート電圧を
加えることにより、図5の(b)に示すようにn 型拡散
層9に流れる電流を制御することができる。
In this device, a reverse bias voltage is applied to the pn junction as shown in FIG.
Further, by applying a gate voltage in a direction to deplete the n-type diffusion layer 9, the current flowing through the n-type diffusion layer 9 can be controlled as shown in FIG.

【0066】この電流は、ゲート電界の印加によりpn
接合における逆方向耐圧が低下すること(以降、接合降
伏(junction breakdown) と呼ぶ)、ゲート電界の印加
によりn型拡散層9の表面が空乏化して表面トンネリン
グが現れること(以降、空乏降伏(deep-depletion-bre
akdown) と呼ぶ)、ゲート電極8に覆れていないn型拡
散層9中に存在する結晶欠陥にゲート電界の印加による
空乏層が達すると発生電流が増大すること(以降、ゲー
ト端発生電流(gate edge generation)と呼ぶ)等の物
理的要因が挙げられる。特に、図5の(a)の接合降伏
(junction breakdown)および空乏降伏(deep-depleti
on breakdown)電流については、舛岡富士夫、「第32
回半導体講習会予稿」に述べられている。
This current is changed to pn by application of a gate electric field.
A reduction in the reverse breakdown voltage at the junction (hereinafter referred to as junction breakdown), and a depletion of the surface of the n-type diffusion layer 9 due to the application of the gate electric field to cause surface tunneling (hereinafter referred to as "depletion breakdown") -depletion-bre
akdown), the generated current increases when the depletion layer due to the application of the gate electric field reaches a crystal defect existing in the n-type diffusion layer 9 which is not covered by the gate electrode 8 (hereinafter, the gate edge generated current ( gate edge generation). In particular, the junction breakdown and the depletion breakdown (deep-depleti) shown in FIG.
on breakdown) Regarding the current,
Proceedings of the Semiconductor Seminar ".

【0067】また、図5の(a)に示すように、ゲート
エッジの拡散層に欠陥を導入しておくことにより、n型
拡散層9が空乏化する電圧がゲート電極に印加される
と、欠陥からの発生電流が増加するため、ゲート電圧の
印加によりn型拡散層9に流れる電流を制御することが
できる。例えば、ゲート電極のパターニングを行った
後、例えばシリコン(Si),ヒ素(As),燐
(P),ゲルマニウム(Ge)等の元素を、濃度1013
から1020cm-3、加速電圧5から200keVでイオン注
入し、ゲート電極に覆われていない領域をアモルファス
化する。さらに、熱処理により再結晶化をすることによ
って、図5の(a)に示すようにゲート電極のエッジ部
分に積層欠陥を形成することができる。
Further, as shown in FIG. 5A, by introducing a defect into the diffusion layer at the gate edge, when a voltage causing the n-type diffusion layer 9 to be depleted is applied to the gate electrode, Since the current generated from the defect increases, it is possible to control the current flowing through the n-type diffusion layer 9 by applying the gate voltage. For example, after patterning the gate electrode, an element such as, for example, silicon (Si), arsenic (As), phosphorus (P), germanium (Ge), and the like, having a concentration of 10 13
From 10 20 cm -3, ion-implanted with 200keV from an acceleration voltage 5, a region which is not covered with the gate electrode to amorphous. Further, by performing recrystallization by heat treatment, stacking faults can be formed at the edge of the gate electrode as shown in FIG.

【0068】これら要因は、勿論、1つだけで実行され
ても良いし、複数組み合わされて実行されても良いし、
ここで述べられている他の要因を用いても構わない。
Of course, these factors may be executed by only one, may be executed by combining a plurality of them,
Other factors described herein may be used.

【0069】次に、メモリセルの動作について説明す
る。ここで、ゲート付きダイオードのオン電流を与える
電圧としてV1 を、オフ電流を与える電圧としてV2
よびV0 を定義する。
Next, the operation of the memory cell will be described. Here, V 1 is defined as a voltage for providing an on current of the diode with a gate, and V 2 and V 0 are defined as voltages for providing an off current.

【0070】また、図5の(a)に示すp型層51にコ
ンデンサを接続し、n型層9にビット線(以下BLと省
略)を接続し、ゲートにワード線(以下WLと省略)を接
続することによって、図5の(c)に示すような1つの
メモリセルを実現できる。なお、コンデンサの他方の端
子はプレート電極と接続されている。
A capacitor is connected to the p-type layer 51 shown in FIG. 5A, a bit line (hereinafter abbreviated as BL) is connected to the n-type layer 9, and a word line (hereinafter abbreviated as WL) is connected to the gate. Are connected, one memory cell as shown in FIG. 5C can be realized. The other terminal of the capacitor is connected to the plate electrode.

【0071】以下、本発明によるDRAMの回路構成を
説明するが、図6の(a)に示すようにメモリセルの表
記を簡略化する。本発明による回路構成の特徴は、図6
の(b)に示すように、セルのn型層の電位をV0 とす
る一斉消去線52と、V1 +VaおよびV2 +Vaの2
つの電位の間で動作する通常のDRAMのセンスアンプ
系53とを用いることであり、これにより、BL13と
WL8の格子の交点にマトリックス状にメモリセルを配
置することを可能にし、高密度な半導体記憶装置を実現
することができる。
Hereinafter, the circuit configuration of the DRAM according to the present invention will be described, but the notation of the memory cell is simplified as shown in FIG. The feature of the circuit configuration according to the present invention is shown in FIG.
(B), the simultaneous erase line 52 with the potential of the n-type layer of the cell at V 0 and two of V 1 + Va and V 2 + Va
And a sense amplifier system 53 of a normal DRAM operating between two potentials. This makes it possible to arrange memory cells in a matrix at the intersection of the lattices of BL13 and WL8, A storage device can be realized.

【0072】さらに、図6(b)では、一斉消去線52
とBL13の間にトランジスタT52が設置され、
“0”書き制御線54によりこのトランジスタT52の
ゲート電圧を制御して、電位V0 を選択されたBL13
のみに伝達する。なお、このMISFET(T52)
は、図7に示すようにバイポーラトランジスタ55に置
き換えることも可能である。
Further, in FIG. 6B, the simultaneous erase line 52
And a transistor T52 is provided between BL13 and BL13,
"0" by writing control line 54 controls the gate voltage of the transistor T52, the selected potential V 0 BL13
Only communicate to. This MISFET (T52)
Can be replaced with a bipolar transistor 55 as shown in FIG.

【0073】次に、図8乃至図9を用いて、このメモリ
セルの動作を説明する。セルのp型層の電位は、V0
らV1 までの間の電圧で駆動されるとする。ここで、
“0”データを記憶するセルの蓄積電極51の電位は、
0 からV2 +Vaまでの範囲内とし、“1”データを
記憶するセルの蓄積電極51の電位は、V2 +Vaから
1 +Vaまでの範囲内とする。さらに、WLの電位とし
てVWL0 をV1 +VaーV2 より大きい電位と定義す
る。
Next, the operation of this memory cell will be described with reference to FIGS. It is assumed that the potential of the p-type layer of the cell is driven by a voltage between V 0 and V 1 . here,
The potential of the storage electrode 51 of the cell storing “0” data is
Set within a range from V 0 to V 2 + Va, the potential of the storage electrode 51 of the cell storing "1" data, in the range from V 2 + Va to V 1 + Va. Further, V WL0 is defined as a potential greater than V 1 + Va−V 2 as the potential of WL.

【0074】メモリセル動作は、次の3つの動作に大き
く分類される。
The memory cell operation is roughly classified into the following three operations.

【0075】1)“0”書き(一斉消去) セルのp型層の電位は、V0 からV1 までの間の電圧で
駆動されるように設定されているため、図8の(a)に
示すように、BLにV0 を印加することにより、ゲート
付きダイオードの接合は順バイアスとなり、ゲート電圧
によらず、すべてのセルの蓄積電極51の電位が、定常
状態では、V0 となる。
1) Writing "0" (Simultaneous Erasing) Since the potential of the p-type layer of the cell is set so as to be driven by a voltage between V 0 and V 1 , FIG. As shown in (2), by applying V 0 to BL, the junction of the gated diode becomes forward biased, and the potential of the storage electrodes 51 of all cells becomes V 0 in a steady state regardless of the gate voltage. .

【0076】2)“1”書き 先ず、BLにV1 +Vaを印加した状態を“1”、V2
+Vaを印加した状態を“0”、WLにVaを印加した
状態を“1”、V1 +VaーV2 以上の電圧を印加した
状態を“0”とする。
2) Writing "1" First, the state in which V 1 + Va is applied to BL is “1”, V 2
The state where + Va is applied is “0”, the state where Va is applied to WL is “1”, and the state where a voltage of V 1 + Va−V 2 or more is applied is “0”.

【0077】1)の一斉消去によって“0”を書き込ま
れたセルに対し、図8の(b)に示すように、WLにV
a、BLにV1 +Vaの電圧を印加することにより、選
択されたセルに“1”、すなわちV1 +Vaの電圧を書
き込むことができる。この時、他のセルの“0”が
“1”になる誤書き込みが問題となるが、例えば図8の
(c)、(d)、(e)に示すように、それぞれWLには
Va+V1 −V2 以上の電位(VWL0 )を、BLにはV
2 +Vaを印加することにより、WLにVaかつBLに
1 +Vaを印加した交点のセル以外では、必ず(BL
の電圧)ー(WLの電圧)≦V2 とすることができる。こ
のため、条件1のパルス幅を満たす限り、セルの蓄積電
極51の電位をV0 からV2 +Vaの間の電位に保つこ
とができ、セルの情報は“0”のまま保持される。
1) For the cell in which "0" has been written by the simultaneous erasure, as shown in FIG.
a, by applying a voltage of V 1 + Va to BL, it can be written "1" to a selected cell, i.e., a voltage of V 1 + Va. In this case, although erroneous writing becomes "0" to "1" of the other cells is an issue, for example, in FIG. 8 (c), (d) , (e), the the WL respectively Va + V 1 -V 2 or more of the potential (V WL0), the BL V
By applying 2 + Va, (BL) is always applied to cells other than the cell at the intersection where Va is applied to WL and V 1 + Va is applied to BL.
(Voltage of WL) − (voltage of WL) ≦ V 2 . Therefore, as long as the pulse width of the condition 1 is satisfied, the potential of the storage electrode 51 of the cell can be kept at a potential between V 0 and V 2 + Va, and the information of the cell is kept at “0”.

【0078】3)読み出し 図9の(a)および(b)に示すように、BLに例えば
プリチャージ電圧としてV1 +Vaを印加しておき、WL
にVaを印加することにより、選択されたセルのゲート
付きダイオードをオンさせて、蓄積電極の電位を読み出
す。
3) Reading As shown in FIGS. 9A and 9B, for example, V 1 + Va is applied to BL as a precharge voltage, and WL is applied.
To turn on the gated diode of the selected cell to read the potential of the storage electrode.

【0079】この時、メモリセルの“0”にあたるセル
の蓄積電極の電位は、V0 からV2+Vaであり、
“1”にあたるセルの蓄積電極の電位は、V2 +Vaか
らV1 +Vaとなっているため、読み出しは、V2 +V
aのセル電位をダミーレベルとしたセンスアンプを用い
れば検出できる。もちろん、センスアンプとしては、電
圧検出型のセンスアンプではなく、電流検出型のセンス
アンプでもよい。
At this time, the potential of the storage electrode of the memory cell corresponding to “0” is from V 0 to V 2 + Va.
Since the potential of the storage electrode of the cell corresponding to “1” changes from V 2 + Va to V 1 + Va, reading is performed by V 2 + V
The detection can be performed by using a sense amplifier in which the cell potential of a is set to a dummy level. Of course, the sense amplifier may be a current detection type sense amplifier instead of a voltage detection type sense amplifier.

【0080】ここで、図9には、ビット線のプリチャー
ジ電圧としてV1 +Vaを示したが、必ずしもV1 +V
aである必要はなく、選択セルのゲート付きダイオード
がオンになる電圧を与えられれば、書き込み時の電位V
1 +Vaより低くても構わない。
Here, FIG. 9 shows V 1 + Va as the bit line precharge voltage, but it is not necessarily V 1 + V
a is not necessary, and if a voltage for turning on the gated diode of the selected cell is given, the potential V at the time of writing is given.
It may be lower than 1 + Va.

【0081】また、図9の(c)に示すように、非選択
セルのWLには、書き込みの時と同様に、Va+V1
2 以上の電位を印加することにより、ゲート付きダイ
オードをオフさせて、データを保持することができる。
As shown in FIG. 9C, the WL of the non-selected cell is set to Va + V 1 − in the same manner as in the writing.
By applying V 2 or more potential, by turning off the gated diode, data can be held.

【0082】さらに、図10乃至図12に、“0”書
き、“1”書き、“読み出し”時の動作を説明するセル
の構成図およびタイミングチャートを示す。それぞれ、
図中(a)はメモリーセルとワード線およびビット線の
接続構成を、図中(b)はタイミングチャートを示して
いる。
FIGS. 10 to 12 show a cell configuration diagram and a timing chart for explaining operations at the time of writing "0", writing "1", and "reading". Respectively,
(A) in the figure shows the connection configuration between the memory cell and the word lines and bit lines, and (b) in the figure shows a timing chart.

【0083】ここで、図10乃至図12の(a)に示す
ように、4つのメモリセルは並列に接続され、この接続
線は、1つの選択ゲートT4またはT5を介して、共通
ビット線に接続されている。また、ハッチングを施した
セルが、書き込みまたは読み出しを行う対象となるセル
である。
Here, as shown in FIGS. 10 to 12A, four memory cells are connected in parallel, and this connection line is connected to a common bit line via one selection gate T4 or T5. It is connected. The hatched cells are cells to be written or read.

【0084】また、図10乃至図12の(b)におい
て、Vs1およびVs2は、選択ゲートT4およびT5のゲ
ート電圧を示し、VonおよびVoff は、このT4および
T5が導通または遮断されるゲート電圧である。さら
に、VWLsel およびVWLunsel は、それぞれ選択セル、
非選択セルのゲート電圧を、VBLは共通ビット線の電位
を、VBLsel およびVBLunsel は、それぞれ選択セルが
接続された前記ビット線以外のビット線電位及びビット
線電位を示している。
In FIGS. 10 to 12B, V s1 and V s2 denote the gate voltages of the selection gates T4 and T5, and V on and V off denote the conduction or interruption of these T4 and T5. Gate voltage. Further, VWL sel and VWL unsel are the selected cell,
The gate voltage of the non-selected cell, the potential of VBL common bit line, VBL sel and VBL unsel shows the bit line potential and the bit line potential than the bit lines, each selected cell is connected.

【0085】まず、“0”書き込み時のメモリーセルの
動作について説明する。図10は、選択ゲートT4を介
して共通ビット線に接続される4つのメモリーセルを選
択し、これらのメモリーセルに“0”を書き込み、他の
セルには書き込みを行わない場合を示している。選択セ
ルが接続されている選択ゲートT4のゲート電圧Vs1
onとしてT4をオンさせ、非選択セルが接続されてい
るT5のゲート電圧Vs2をVoff とした後に、共通ビッ
ト線の電位VBLをV0 とする。前述のように、“0”書
き込みでは、セルのゲート電圧によらず、選択ゲートT
4に接続されたすべてのセルに、“0”が書き込まれ
る。
First, the operation of the memory cell when "0" is written will be described. FIG. 10 shows a case where four memory cells connected to a common bit line are selected via a selection gate T4, "0" is written in these memory cells, and no writing is performed in other cells. . After setting the gate voltage V s1 of the selection gate T4 to which the selected cell is connected to V on to turn on T4 and setting the gate voltage V s2 of T5 to which the unselected cell is connected to V off , the potential of the common bit line is changed. the VBL and V 0. As described above, in the “0” write, the selection gate T
"0" is written to all the cells connected to "4".

【0086】また、図11は、ある選択されたメモリー
セルに“1”を書き込む動作を説明するタイムチャート
である。選択セルのゲート電圧VWLsel をVWLO からV
aに、ビット線の電位VBLsel をV1 +Vaに設定し、
非選択セルのゲート電圧VWLunsel はVWLO に保持し、
選択されたセルの接続されていないビット線の電位VBL
unsel はV2 +Vaにする。また、この時、選択ゲート
T4のゲート電圧をVonにして、ビット線の電位を選択
セルに印加する。このように選択セル、非選択セルのW
LおよびBLの電位を設定することにより、前述の図8
で説明したように、選択セルのみ“1”を書き込み、そ
れ以外のセルでは“0”を保持することが可能となる。
FIG. 11 is a time chart for explaining the operation of writing "1" to a selected memory cell. V gate voltage VWL sel of the selected cell from V WLO
in a, it sets the potential VBL sel of the bit line to V 1 + Va,
The gate voltage VWL unsel of the unselected cell is kept at V WLO ,
The potential VBL of the bit line not connected to the selected cell
unsel is set to V 2 + Va. At this time, the gate voltage of the selection gate T4 is set to Von , and the potential of the bit line is applied to the selected cell. Thus, W of the selected cell and the non-selected cell
By setting the potentials of L and BL, FIG.
As described above, "1" can be written in only the selected cell, and "0" can be held in other cells.

【0087】さらに、図12は、読みだし時のタイミン
グチャートを示している。ビット線の電位を例えばV1
+Vaのプリチャージ電位に設定し、選択セルとセンス
アンプの間の選択ゲートT4をオン状態にする。さら
に、選択セルのゲート電圧VWLsel をVWLO からVaに
し、非選択セルのゲート電圧VWLunsel はVWLO に保持
することにより、選択セルの蓄積された電荷がビット線
を伝達してセンスアンプに到達し、例えばあるダミー電
位と比較することにより“1”または“0”を判定し、
さらに信号が増幅されて読み出される。
FIG. 12 is a timing chart at the time of reading. The potential of the bit line is set to, for example, V 1
The precharge potential is set to + Va, and the select gate T4 between the selected cell and the sense amplifier is turned on. Furthermore, the Va gate voltage VWL sel of the selected cell from V WLO, the gate voltage VWL unsel unselected cell by holding the V WLO, the sense amplifier charges accumulated in the selected cell to transmit a bit line And reaches “1” or “0” by comparing with a certain dummy potential, for example.
The signal is further amplified and read.

【0088】このようなタイミングで電位を与えること
により、任意のメモリセルのデータを、他のメモリセル
のデータを破壊することなく読み出すことが可能とな
る。
By applying a potential at such a timing, data of an arbitrary memory cell can be read without destroying data of another memory cell.

【0089】さらに、以上述べたように、複数(n)個
のメモリーセルを構成して、任意の選択セルに対して
“1”または“0”データを、他にセルのデータを破壊
することなく、書き込み読みだすために、V1 、V2
0 は次のような条件を満たす電圧として設定する必要
がある。
Further, as described above, by constructing a plurality (n) of memory cells, destroying "1" or "0" data for an arbitrary selected cell and destroying data of other cells. Instead, to write and read, V 1 , V 2 ,
V 0 needs to be set as a voltage satisfying the following conditions.

【0090】 T×Id1≧Cs ×(V1 +Va−V0 ) (1) T×Id2<<Cs ×(V2 +Va−V0 ) (2) V0 ≦V2 +Va (3) Cs /(Cs +Cb )×(V2 +Va)≦V1 −V2 (4) n≦Id1/Id2 (5) ただし、Tは、“1”書き込み時にゲート電極にV1
印加するパルス時間(“1”書き込み時間)、Id1はド
レイン9の電圧を0Vとしてゲート電極にV1 を印加し
た時のpn接合間に流れる電流、Id2はゲート電極にV
2 を印加した時のpn接合間に流れる電流、Cs は1セ
ルあたりの容量、Cb はビット線の容量、Vaは任意の
電位、nは同時に動作する1本のビット線に接続される
メモリーセルの数である。
T × I d1 ≧ Cs × (V 1 + Va−V 0 ) (1) T × I d2 << Cs × (V 2 + Va−V 0 ) (2) V 0 ≦ V 2 + Va (3) Cs / (Cs + Cb) × (V 2 + Va) ≦ V 1 −V 2 (4) n ≦ I d1 / I d2 (5) where T is a pulse time for applying V 1 to the gate electrode at the time of writing “1”. (“1” write time), I d1 is a current flowing between the pn junctions when V 1 is applied to the gate electrode with the voltage of the drain 9 set to 0 V, and I d2 is V
Current flowing between the pn junctions when 2 is applied, Cs is the capacity per cell, Cb is the bit line capacity, Va is any potential, and n is the memory cell connected to one bit line operating simultaneously. Is the number of

【0091】式(1)は、蓄積電極に十分に“1”デー
タを書き込むために、“1”書き込み時間とpn接合に
流れる電流の関係を示す。式(2)は、選択セルに
“1”を書き込む間に、非選択セルからのリーク電流に
より非選択セルのデータが破壊されないための条件を示
す。式(3)は、センスアンプの“0”および“1”判
定のダミー電位と一斉消去電位の関係を示す。式(4)
は、選択セルからの“1”読みだし時に、非選択セルの
データを破壊しないために条件を示す。さらに、式
(5)は、1つのビット線に接続することができるメモ
リーセルの数の限界を示す。
Equation (1) shows the relationship between the “1” write time and the current flowing through the pn junction in order to sufficiently write “1” data to the storage electrode. Equation (2) shows a condition for preventing data of the non-selected cell from being destroyed by a leak current from the non-selected cell while writing “1” to the selected cell. Equation (3) shows the relationship between the dummy potential for determining “0” and “1” of the sense amplifier and the simultaneous erase potential. Equation (4)
Indicates a condition so as not to destroy data of a non-selected cell when "1" is read from the selected cell. Furthermore, equation (5) shows the limit on the number of memory cells that can be connected to one bit line.

【0092】以上のような電圧電流等の条件と、前述の
電位関係および電位印加のタイミングにより、本発明の
DRAM動作が保証される。
The operation of the DRAM of the present invention is ensured by the above-described conditions such as the voltage and current, and the above-described potential relationship and potential application timing.

【0093】また、図8乃至図12に示した,メモリセ
ルnの書き込みおよび読み出し動作は、前述のメモリー
セル構造に限らず、以下の特性を有する少なくとも3つ
の端子を持つ素子を用いることにより構成することがで
きる。すなわち、第2の電極(n型拡散層9)と第3の
電極(p型蓄積電極51)の電圧電流特性に整流性を有
し、第2の電極と第3の電極の間の電圧が第1の電圧範
囲(順バイアス)では、第1の電極(ゲート電極8)の
電位によらずに第2の電極と第3の電極との間に電流が
流れ、第2の電圧範囲では、第1の電極と第2の電極と
の間の電圧を変化させることにより、第2の電極と第3
の電極との間を流れる電流を変化させることができるも
のである。
The writing and reading operations of the memory cell n shown in FIGS. 8 to 12 are not limited to the above-described memory cell structure, but are performed by using an element having at least three terminals having the following characteristics. can do. That is, the voltage-current characteristics of the second electrode (n-type diffusion layer 9) and the third electrode (p-type storage electrode 51) have rectifying properties, and the voltage between the second electrode and the third electrode is reduced. In the first voltage range (forward bias), a current flows between the second electrode and the third electrode irrespective of the potential of the first electrode (gate electrode 8), and in the second voltage range, By changing the voltage between the first electrode and the second electrode, the third electrode and the third
The current flowing between the electrodes can be changed.

【0094】例えば、前述のメモリーセルのpn接合の
導電型を逆にした図13の(a)の構造を用いることが
可能である。この時、素子の各電極間の電位関係は、図
13の(b)のようにゲートとドレインで逆転するが、
図13の(a)および(b)のように電圧電流の定義を
変えれば今までの議論が成立する事は明らかである。
For example, it is possible to use the structure of FIG. 13A in which the conductivity type of the pn junction of the memory cell is reversed. At this time, the potential relationship between the electrodes of the element is reversed between the gate and the drain as shown in FIG.
If the definitions of the voltage and the current are changed as shown in FIGS. 13A and 13B, it is clear that the discussion thus far holds.

【0095】また、例えば、図14に示すように第2の
電極17を、Ta、Ti、Hf、Co、Pt、Pdの金
属、あるいはそのシリサイドからなる金属、第3の電極
1を半導体で形成したゲート付きショットキーダイオー
ドを用いることもできる。図14はショットキー接合を
用いたゲート制御ダイオードの動作原理を説明するため
の図で、図14の(a)はゲート付きショットキーダイ
オードの構造を示す断面図で、この図に示すように、こ
の素子は図13の(a)に示すゲート付きダイオードの
拡散層9を金属もしくはシリサイド17に置き換えた素
子である。
For example, as shown in FIG. 14, the second electrode 17 is made of a metal of Ta, Ti, Hf, Co, Pt, Pd or a metal made of silicide thereof, and the third electrode 1 is made of a semiconductor. Alternatively, a Schottky diode with a gate can be used. FIG. 14 is a diagram for explaining the operation principle of a gate control diode using a Schottky junction. FIG. 14A is a cross-sectional view showing the structure of a gated Schottky diode. As shown in FIG. This device is a device in which the diffusion layer 9 of the diode with a gate shown in FIG.

【0096】この素子では、ゲート電極8に正の電圧を
印加することにより、半導体基板1のゲート絶縁膜7に
接した領域に伝導電子を集積し、この領域を半導体基板
1の深い領域に比べてより高濃度のn型層とすることが
できる。このため、ゲート絶縁膜7に接した領域におい
てショットキー接合により半導体基板1側に形成された
空乏層の幅を薄くすることができる。図14の(b)お
よび(c)は、図14の(a)におけるA−A´断面に
沿ったエネルギーバンド構造である。この図に示すよう
に、ゲート電極8に正の電圧を印加した場合(図14の
(b))には、電圧を印加しない場合(図14の
(b))に比べて、ショットキー接合により形成された
空乏層の断面A−A´方向の幅が薄くなる。この空乏層
の厚さが十分に薄くなると、金属層17から半導体基板
1へトンネル電流が流れるため、ショットキー接合を流
れる電流が増大する。このようにして、ショットキー接
合を介して金属層17から半導体基板1への電流をゲー
ト電極8に印加する電圧によって制御することができ
る。
In this device, by applying a positive voltage to the gate electrode 8, conduction electrons are accumulated in a region of the semiconductor substrate 1 in contact with the gate insulating film 7, and this region is compared with a deep region of the semiconductor substrate 1. Thus, a higher concentration n-type layer can be obtained. Therefore, the width of the depletion layer formed on the semiconductor substrate 1 side by the Schottky junction in the region in contact with the gate insulating film 7 can be reduced. (B) and (c) of FIG. 14 show the energy band structure along the AA ′ section in (a) of FIG. As shown in this figure, when a positive voltage is applied to the gate electrode 8 (FIG. 14 (b)), compared with the case where no voltage is applied (FIG. 14 (b)), the Schottky junction is used. The width of the formed depletion layer in the section AA ′ direction becomes thin. If the thickness of the depletion layer is sufficiently small, a tunnel current flows from the metal layer 17 to the semiconductor substrate 1, and the current flowing through the Schottky junction increases. In this manner, the current from the metal layer 17 to the semiconductor substrate 1 via the Schottky junction can be controlled by the voltage applied to the gate electrode 8.

【0097】また、´95IEDM. Technical Digest p
p.645-648 J.H.Choiらが示したSOIデバイ
スで、表面電子チャネルと埋め込み酸化膜界面側の正孔
チャネルとの間でのトンネル現象を用いたデバイスを用
いることも可能である。
Also, '95 IEDM. Technical Digest p
p.645-648 J.P. H. It is also possible to use a device using a tunnel phenomenon between the surface electron channel and the hole channel on the buried oxide film interface side in the SOI device shown by Choi et al.

【0098】次に、第2の実施の形態として、ゲート付
きダイオードを絶縁層上に形成するメモリーセルを、図
15を用いて説明する。図15の(a)は、本発明の第
2の実施の形態に係わる構造平面図で、図15の(b)
および(c)は、それぞれ図15の(a)のA−A’お
よびB−B’断面図である。図15の(a)では、構造
をわかりやすくするために、下側のメモリセルについて
はゲートより下の構造のみ示している。また、図1で
は、複数のメモリセルを形成しているが、これらを、図
15の配置で形成する必要は必ずしもなく、それぞれ単
独に実施することができる。なお、図1、2と同一部分
には、同一符号をつけて詳しい説明は省略する。
Next, as a second embodiment, a memory cell in which a diode with a gate is formed on an insulating layer will be described with reference to FIG. FIG. 15A is a structural plan view according to the second embodiment of the present invention, and FIG.
15A and 15C are cross-sectional views taken along lines AA ′ and BB ′ of FIG. In FIG. 15A, only the structure below the gate is shown for the lower memory cell in order to make the structure easy to understand. Although a plurality of memory cells are formed in FIG. 1, it is not always necessary to form them in the arrangement of FIG. 15, and they can be implemented independently. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

【0099】本実施の形態によるメモリーセルは、第1
の実施の形態と同様に、ゲート付きダイオードと蓄積キ
ャパシタにより構成されるが、このゲート付きダイオー
ドが絶縁層62上の半導体層に形成され、素子分離絶縁
膜22が不要となることが第1の実施の形態と異なって
いる。
The memory cell according to the present embodiment has the first
As in the first embodiment, a gated diode and a storage capacitor are provided. However, the first thing is that the gated diode is formed in the semiconductor layer on the insulating layer 62 and the element isolation insulating film 22 becomes unnecessary. This is different from the embodiment.

【0100】本構造では、まず、第1の実施の形態のシ
リコン基板1の代りに、例えばシリコン等の半導体層
と、絶縁層62と、例えばシリコン等の半導体基板61
との少なくとも3層の構造からなる基板(SOI基板)
を用いる。ここで半導体層の厚さは、例えば、30nm
から500nmとし、絶縁層62の厚さは50nmから
1000nmの間とする。このようなSOI基板は、例
えばシリコン等の半導体基板2枚を絶縁膜62を挟んで
張合せ、一方をエッチングまたは機械的研磨により所望
の厚さにして形成したり、シリコン基板中に酸素イオン
を注入する方法(いわゆるSIMOX)により形成する
ことができる。
In this structure, first, instead of the silicon substrate 1 of the first embodiment, for example, a semiconductor layer made of silicon or the like, an insulating layer 62, and a semiconductor substrate 61 made of silicon or the like are used.
(SOI substrate) composed of at least three layers
Is used. Here, the thickness of the semiconductor layer is, for example, 30 nm.
To 500 nm, and the thickness of the insulating layer 62 is between 50 nm to 1000 nm. Such an SOI substrate is formed, for example, by bonding two semiconductor substrates made of silicon or the like with the insulating film 62 interposed therebetween, and forming one of the substrates to a desired thickness by etching or mechanical polishing, or forming oxygen ions in the silicon substrate. It can be formed by an implantation method (so-called SIMOX).

【0101】また、ここで用いる素子分離12の形成方
法は、選択酸化法、トレンチ分離、メサ分離、フィール
ドシールドゲートによる分離等を用いることができる。
As the method of forming the element isolation 12 used here, a selective oxidation method, trench isolation, mesa isolation, isolation using a field shield gate, or the like can be used.

【0102】製造工程は、素子分離絶縁膜22の形成工
程が省略されたことを除けば、第1の実施の形態と同じ
なので省略する。
The manufacturing process is the same as that of the first embodiment except that the process of forming the element isolation insulating film 22 is omitted, and therefore the description is omitted.

【0103】上記の第2の実施の形態では、第1の実施
の形態の特長の他に、以下の特長がある。
The second embodiment has the following features in addition to the features of the first embodiment.

【0104】まず、前述の第1の実施の形態では、n型
拡散層9と素子分離絶縁膜22により、蓄積電極6と基
板1とを分離しているため、蓄積電極6と基板1との短
絡を防止するためには、n型拡散層9と蓄積電極6との
接合をトレンチ4の内部に形成する必要があった。しか
し、本実施の形態では、n型拡散層9の下に絶縁層62
が在り、基板61が直接n型拡散層9に接していない。
このように蓄積電極6と基板61の間は絶縁層62によ
り分離されているため、拡散層9と蓄積電極6との接合
はトレンチ4の内部にかならずしも形成される必要はな
い。
First, in the above-described first embodiment, the storage electrode 6 and the substrate 1 are separated by the n-type diffusion layer 9 and the element isolation insulating film 22. In order to prevent a short circuit, it is necessary to form a junction between the n-type diffusion layer 9 and the storage electrode 6 inside the trench 4. However, in the present embodiment, the insulating layer 62 is provided below the n-type diffusion layer 9.
And the substrate 61 is not directly in contact with the n-type diffusion layer 9.
Thus, since the storage electrode 6 and the substrate 61 are separated by the insulating layer 62, the junction between the diffusion layer 9 and the storage electrode 6 does not always need to be formed inside the trench 4.

【0105】例えば図16に示すように、拡散層9と蓄
積電極6に接続されたp型拡散層との間の接合が、トレ
ンチ4の上ではなく、トレンチ4のパターンよりもビッ
ト線接続孔11側に形成することができる。
For example, as shown in FIG. 16, the junction between the diffusion layer 9 and the p-type diffusion layer connected to the storage electrode 6 is not on the trench 4 but on the bit line connection hole rather than on the trench 4 pattern. 11 side.

【0106】このため、n型拡散層9をゲート電極8に
自己整合的に形成する場合には、ゲート電極8とトレン
チ4とのパターニングの合せ余裕を緩くすることが可能
となり、また、n型拡散層をゲート電極よりも先に形成
する場合には、このn型拡散層9とトレンチ4との合せ
余裕を緩くすることができる。
Therefore, when the n-type diffusion layer 9 is formed on the gate electrode 8 in a self-alignment manner, the margin for patterning between the gate electrode 8 and the trench 4 can be relaxed. When the diffusion layer is formed earlier than the gate electrode, the margin of alignment between the n-type diffusion layer 9 and the trench 4 can be reduced.

【0107】また、本実施の形態ではSOI基板を用い
ているので、ビット線13に接続された拡散層9の容量
を低減できることにより、ビット線13の容量を低減で
きる。このようにして、信号感度を向上させることによ
り、いわゆるソフトエラーに対する耐性を向上すること
ができる。
Further, in this embodiment, since the SOI substrate is used, the capacity of the diffusion layer 9 connected to the bit line 13 can be reduced, so that the capacity of the bit line 13 can be reduced. In this way, by improving the signal sensitivity, it is possible to improve the resistance against so-called soft errors.

【0108】また、MOSトランジスタとキャパシタに
より構成される従来のDRAMのメモリーセルをSOI
上に形成した場合には、MOSトランジスタのチャネル
領域下の基板がフローティングとなり、電位が固定され
ないため、ビット線の電位が上昇した場合に、接合のカ
ップリングにより基板の電位も上昇し、パンチスルーを
生じる可能性があったが、本実施の形態では、ゲート付
ダイオードのすべての端子が、BL、WL、電荷保持用
コンデンサに接続されているため、従来のような基板浮
遊効果によるパンチスルー等の弊害は生じない。
A conventional DRAM memory cell comprising a MOS transistor and a capacitor is
When formed on the upper side, the substrate below the channel region of the MOS transistor becomes floating and the potential is not fixed. Therefore, when the potential of the bit line rises, the potential of the substrate also rises due to coupling of the junction, and the punch-through occurs. However, in this embodiment, since all the terminals of the gated diode are connected to the BL, WL, and the charge holding capacitor, punch-through due to the substrate floating effect as in the related art can be achieved. No adverse effect is caused.

【0109】次に、第3の実施の形態として、蓄積容量
を増大させるメモリーセルの構造について説明する。図
17の(a)は、本発明の第3の実施の形態に係わる構
造平面図で、図17(b)、(c)は、それぞれ図17
の(a)のA−A’およびB−B’断面図である。図1
7の(a)では、構造をわかりやすくするために、下側
のメモリセルについてはゲートより下の構造のみ示して
いる。また、この実施の形態では、複数のメモリセルを
形成しているが、これらは、図17の配置で形成する必
要は必ずしもなく、それぞれ単独に実施することができ
る。なお、図1、2と同一部分には、同一符号をつけて
詳しい説明は省略する。
Next, the structure of a memory cell for increasing the storage capacity will be described as a third embodiment. FIG. 17A is a structural plan view according to the third embodiment of the present invention, and FIGS. 17B and 17C are FIGS.
10A is a cross-sectional view taken along line AA ′ and line BB ′ of FIG. FIG.
In FIG. 7A, only the structure below the gate is shown for the lower memory cell in order to make the structure easier to understand. Further, in this embodiment, a plurality of memory cells are formed. However, these need not necessarily be formed in the arrangement shown in FIG. 17 and can be implemented independently. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

【0110】本実施の形態は、第2の実施の形態と同様
に、ゲート付きダイオードとキャパシタによりメモリー
セルが構成され、このゲート付きダイオードがSOI基
板上に形成されるが、蓄積電極6とプレート電極の形成
方法が第2の実施の形態と異なっている。本実施の形態
では、蓄積電極6の容量を向上する為に、円筒型のいわ
ゆるクラウン(王冠)型の蓄積電極6を用いる。
In this embodiment, as in the second embodiment, a memory cell is formed by a diode with a gate and a capacitor, and the diode with a gate is formed on an SOI substrate. The method for forming the electrodes is different from that of the second embodiment. In the present embodiment, a cylindrical so-called crown-type storage electrode 6 is used in order to improve the capacity of the storage electrode 6.

【0111】図18を用いて、この実施の形態のメモリ
セルの製造工程を説明する。図18は図17の(b)の
断面に対応する製造工程断面図である。
The manufacturing process of the memory cell of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a manufacturing process sectional view corresponding to the section of FIG.

【0112】まず、図18の(a)に示すように、例え
ば、ボロン濃度1015cm-3のp形Si基板71を用意
し、セルアレイ領域に例えばボロンをイオン注入して拡
散工程を行って、pウェルを形成し、セルアレイ領域の
濃度を最適化する。さらに、Si基板上面に、例えば選
択酸化法を用いて、素子分離膜12を形成する。
First, as shown in FIG. 18A, for example, a p-type Si substrate 71 having a boron concentration of 10 15 cm −3 is prepared, and for example, boron is ion-implanted into the cell array region to perform a diffusion step. , A p-well is formed, and the concentration of the cell array region is optimized. Further, an element isolation film 12 is formed on the upper surface of the Si substrate by using, for example, a selective oxidation method.

【0113】次に、例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜7
2を、例えば30nmから500nmの厚さ堆積する。
続いて、例えばリソグラフィー法と反応性イオンエッチ
ング技術等の異方性エッチング技術を用いて絶縁膜72
をエッチングして、蓄積電極のための接続孔11´を開
口する。次に、例えば多結晶シリコン膜73等を堆積
し、研磨等により絶縁膜72上の多結晶シリコン膜73
を除去し、接続孔11´の内部に埋め込む。
Next, an insulating film 7 such as a silicon oxide film
2 is deposited to a thickness of, for example, 30 nm to 500 nm.
Subsequently, the insulating film 72 is formed using an anisotropic etching technique such as a lithography method and a reactive ion etching technique.
Is etched to open a connection hole 11 'for the storage electrode. Next, for example, a polycrystalline silicon film 73 or the like is deposited, and the polycrystalline silicon film 73 on the insulating film 72 is polished or the like.
Is removed and embedded in the connection hole 11 ′.

【0114】この後、さらに絶縁膜を堆積し、例えばリ
ソグラフィ法と反応性イオンエッチングにより、絶縁膜
をエッチングして多結晶シリコン膜73を露出するよう
に開口部を形成する。次に、例えば多結晶シリコン膜7
6を堆積し、例えば反応性イオンエッチング等の異方性
エッチング技術により、多結晶シリコン膜76をエッチ
ングして、開口部の側壁に多結晶シリコン膜76を残存
させる。このようにして図18の(b)に示すように、
多結晶シリコン膜73と多結晶シリコン膜76によりク
ラウン型の蓄積電極6を形成する。このクラウンの高さ
は、例えば0.2μm から2.0μm の間とする。ここ
で、多結晶シリコン層76を積層した後に、例えば、ボ
ロンを1013cm-2から1018cm-2程度イオン注入し、多
結晶シリコン層73と76との界面のミキシングを行い
接続抵抗を低減することも可能である。
Thereafter, an insulating film is further deposited, and an opening is formed so as to expose the polycrystalline silicon film 73 by etching the insulating film by, for example, lithography and reactive ion etching. Next, for example, the polycrystalline silicon film 7
6 is deposited, and the polysilicon film 76 is etched by an anisotropic etching technique such as reactive ion etching to leave the polysilicon film 76 on the side wall of the opening. In this way, as shown in FIG.
The crown type storage electrode 6 is formed by the polycrystalline silicon film 73 and the polycrystalline silicon film 76. The height of the crown is, for example, between 0.2 μm and 2.0 μm. Here, after laminating the polycrystalline silicon layer 76, for example, boron is ion-implanted by about 10 13 cm −2 to 10 18 cm −2 to mix the interface between the polycrystalline silicon layers 73 and 76 to reduce the connection resistance. It is also possible to reduce it.

【0115】この後、絶縁膜を除去し、蓄積電極6の上
面および側面に、キャパシタ絶縁膜5を形成した後、プ
レート電極10となる多結晶シリコン膜10を堆積す
る。キャパシタ絶縁膜5は、例えばシリコン酸化膜/シ
リコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層膜(実効膜厚10n
m) とする。多結晶シリコン膜10には、例えば、ボロ
ン等を拡散して低抵抗化する。
Thereafter, the insulating film is removed, a capacitor insulating film 5 is formed on the upper surface and side surfaces of the storage electrode 6, and then a polycrystalline silicon film 10 serving as the plate electrode 10 is deposited. The capacitor insulating film 5 is, for example, a laminated film of silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film (effective film thickness 10 n).
m). For example, boron or the like is diffused into the polycrystalline silicon film 10 to reduce the resistance.

【0116】次に、ウェハを反転し、シリコン基板71
を研磨またはエッチング技術により素子分離絶縁膜12
が露出するまで、シリコン基板71側からエッチング
し、図18の(c)に示すように、素子領域となるシリ
コン薄膜層16を形成する。この時、素子分離絶縁膜1
2に対するエッチング速度をSi基板71に対するエッ
チング速度よりも小さくなるようにエッチング条件を設
定することにより、素子分離絶縁膜12の表面が露出し
た時点で制御性よくエッチングを止めることができるた
め、薄いシリコン薄膜層16を形成することができる。
Next, the wafer is inverted and the silicon substrate 71
By the polishing or etching technique.
Etching is performed from the side of the silicon substrate 71 until is exposed, and a silicon thin film layer 16 to be an element region is formed as shown in FIG. At this time, the element isolation insulating film 1
By setting the etching conditions such that the etching rate for the silicon substrate 2 is lower than the etching rate for the Si substrate 71, the etching can be stopped with good controllability when the surface of the element isolation insulating film 12 is exposed. The thin film layer 16 can be formed.

【0117】この後は、第1の実施の形態と同様にし
て、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、n型拡散層、ビッ
ト線13等を形成してDRAMが完成する。
Thereafter, the gate oxide film 7, the gate electrode 8, the n-type diffusion layer, the bit line 13 and the like are formed in the same manner as in the first embodiment to complete the DRAM.

【0118】ここでは、クラウン型の蓄積電極6を示し
たが、図19に示すような、いわゆる単純箱形、または
図20に示すフィン型等の形状を有する蓄積電極6を用
いることもできる。この他、スタック型キャパシタ蓄積
電極を形成することができる形状であれば、どのような
形状の蓄積電極を用いることも可能である。
Although the crown-shaped storage electrode 6 is shown here, a storage box 6 having a so-called simple box shape as shown in FIG. 19 or a fin shape as shown in FIG. 20 can also be used. In addition, any shape of storage electrode can be used as long as the storage electrode can form a stacked capacitor storage electrode.

【0119】このように、本実施の形態では、前述の第
1および第2の実施の形態の特長に加えて、さらに、次
のような特長がある。すなわち、蓄積電極6の形状を、
クラウン型やフィン型など、基板表面から下に進むにつ
れ幅が大きくなる形状とすることにより、単純トレンチ
形状よりも大きな表面積を持つキャパシタ電極を形成す
ることができ、蓄積電荷を増大させることが可能とな
る。
As described above, the present embodiment has the following features in addition to the features of the above-described first and second embodiments. That is, the shape of the storage electrode 6 is
By adopting a shape such as a crown type or a fin type, the width of which increases from the substrate surface to the bottom, a capacitor electrode with a larger surface area than the simple trench shape can be formed, and the accumulated charge can be increased Becomes

【0120】次に第4の実施の形態として、SOI基板
上に平面構造のキャパシタを有するメモリーセルについ
て説明する。図21の(a)は、本発明の第4の実施の
形態に係わる構造平面図で、図21(b)、(c)は,
それぞれ図21の(a)のA−A´およびB−B´断面
図である。図21の(a)では、構造をわかりやすくす
るために、左側のメモリセルについてはゲートより下の
構造のみ示している。ここでは、複数のメモリセルを形
成しているが、これらは、図21の配置で形成する必要
は必ずしもなく、それぞれ単独に実施することができ
る。なお、図1、2と同一部分には、同一符号をつけて
詳しい説明は省略する。
Next, as a fourth embodiment, a memory cell having a planar capacitor on an SOI substrate will be described. FIG. 21A is a structural plan view according to the fourth embodiment of the present invention, and FIGS.
FIG. 22 is a cross-sectional view taken along line AA ′ and line BB ′ of FIG. In FIG. 21A, only the structure below the gate is shown for the left memory cell to make the structure easy to understand. Here, a plurality of memory cells are formed. However, these need not necessarily be formed in the arrangement shown in FIG. 21 and can be implemented independently. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

【0121】本実施の形態は、第2の実施の形態と同様
に、ゲート付きダイオードとキャパシタによりメモリー
セルが構成され、このゲート付きダイオードがSOI基
板上に形成されるが、蓄積電極6とプレート電極の形成
方法が第2の実施の形態と異なっている。本実施の形態
では、第2の実施の形態のトレンチキャパシタの代わり
に、SOI基板の例えばシリコン等の半導体基板層83
の上にMISキャパシタを形成している。
In this embodiment, similarly to the second embodiment, a memory cell is constituted by a diode with a gate and a capacitor, and the diode with a gate is formed on an SOI substrate. The method for forming the electrodes is different from that of the second embodiment. In the present embodiment, instead of the trench capacitor of the second embodiment, a semiconductor substrate layer 83 of, for example, silicon of an SOI substrate is used.
Is formed on the MIS capacitor.

【0122】本実施の形態では、例えば第2の実施の形
態と同様に形成されたSOI基板の半導体基板層83上
に、例えば選択酸化法により素子分離絶縁膜12を形成
する。次に、蓄積電極6として例えば半導体基板層83
にp型拡散層を形成し、この上面にキャパシタ絶縁膜5
を形成した後、例えば多結晶シリコン膜15を堆積す
る。キャパシタ絶縁膜5は、例えばシリコン酸化膜/シ
リコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層膜(実効膜厚10n
m) とする。また、多結晶シリコン膜15に例えばボロ
ン等を添加してその抵抗を低減し、さらにパターニング
してプレート電極15を形成する。この後、第1の実施
の形態と同様にして、ゲート電極8等を形成する。
In this embodiment, the element isolation insulating film 12 is formed on the semiconductor substrate layer 83 of the SOI substrate formed in the same manner as in the second embodiment, for example, by selective oxidation. Next, for example, the semiconductor substrate layer 83 is used as the storage electrode 6.
A p-type diffusion layer is formed on the
Is formed, for example, a polycrystalline silicon film 15 is deposited. The capacitor insulating film 5 is, for example, a stacked film of silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film (effective film thickness 10n).
m). Further, for example, boron or the like is added to the polycrystalline silicon film 15 to reduce its resistance, and further, the plate electrode 15 is formed by patterning. Thereafter, the gate electrode 8 and the like are formed in the same manner as in the first embodiment.

【0123】なお、ゲート電極8をこのMISキャパシ
タよりも先に、または同時に形成することも可能であ
る。
It is also possible to form gate electrode 8 before or simultaneously with this MIS capacitor.

【0124】上記第4の実施の形態では、第1および第
2の実施の形態の特長に加えて、以下の特長がある。す
なわち、本実施の形態では、トレンチ4を形成しないた
め、製造工程が容易であり、例えばトレンチ4の深さ等
の工程のばらつきによる影響を受けにくい。このよう
に、常に一定の容量を有するキャパシタを形成できるた
め、DRAMの安定動作を保証することができる。
The fourth embodiment has the following features in addition to the features of the first and second embodiments. That is, in the present embodiment, since the trench 4 is not formed, the manufacturing process is easy, and the process is less affected by process variations such as the depth of the trench 4. As described above, since a capacitor having a constant capacitance can always be formed, a stable operation of the DRAM can be guaranteed.

【0125】また、第2の実施の形態では、蓄積用キャ
パシタがSOI基板の絶縁層82を貫通して形成された
トレンチ4の内部に形成されるため、トレンチ4の深さ
および絶縁層82の厚さに影響されてキャパシタ容量が
変化してしまう。しかし、本実施の形態では、キャパシ
タは絶縁層82上に形成されるため、トレンチ4の深さ
または絶縁層82の厚さに依らず安定した容量を有する
キャパシタを形成することができる。
In the second embodiment, since the storage capacitor is formed inside trench 4 formed through insulating layer 82 of the SOI substrate, the depth of trench 4 and the depth of insulating layer 82 are reduced. The capacitance changes depending on the thickness. However, in this embodiment, since the capacitor is formed on the insulating layer 82, a capacitor having a stable capacitance can be formed regardless of the depth of the trench 4 or the thickness of the insulating layer 82.

【0126】次に、第5の実施の形態として、SOI上
にスタック型キャパシタを有するメモリーセルについ
て、図22を用いて説明する。
Next, as a fifth embodiment, a memory cell having a stacked capacitor on an SOI will be described with reference to FIG.

【0127】図22の(a)は、本発明の第4の実施の
形態に係わる構造平面図で、図22の(b)、(c)
は,それぞれ図22の(a)のA−A’およびB−B’
断面図である。図22の(a)では、構造をわかりやす
くするために、左側のメモリセルについてはゲートより
下の構造のみ示している。この実施の形態では、複数の
メモリセルを形成しているが、これらは、図22の配置
で形成する必要は必ずしもなく、それぞれ単独に実施す
ることができる。なお、図1、2と同一部分には、同一
符号をつけて詳しい説明は省略する。
FIG. 22A is a structural plan view according to the fourth embodiment of the present invention, and FIGS. 22B and 22C.
Are respectively AA ′ and BB ′ in FIG.
It is sectional drawing. In FIG. 22A, only the structure below the gate is shown for the left memory cell to make the structure easy to understand. In this embodiment, a plurality of memory cells are formed, but these need not necessarily be formed in the arrangement shown in FIG. 22 and can be implemented independently. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

【0128】本実施の形態は、第4の実施の形態と同様
に、ゲート付きダイオードとキャパシタによりメモリー
セルが構成され、ゲート付きダイオードがSOI基板上
に形成されるが、蓄積電極6とプレート電極15の形成
方法が第4の実施の形態と異なっている。本構造では、
蓄積電極の容量を向上する為に、第4の実施の形態の平
面型MISキャパシタの代わりに、スタック型MISキ
ャパシタを形成している。すなわち、キャパシタは蓄積
電極6とキャパシタ絶縁膜5とプレート電極15とによ
り構成されている。
In this embodiment, as in the fourth embodiment, a memory cell is formed by a diode with a gate and a capacitor, and the diode with a gate is formed on an SOI substrate. 15 is different from the fourth embodiment. In this structure,
In order to improve the capacity of the storage electrode, a stacked MIS capacitor is formed instead of the planar MIS capacitor of the fourth embodiment. That is, the capacitor includes the storage electrode 6, the capacitor insulating film 5, and the plate electrode 15.

【0129】本実施の形態では、例えば第4の実施の形
態と同様に形成されたSOI基板の例えばシリコン等の
半導体基板層93の上に、例えば選択酸化膜法により素
子分離絶縁膜12を形成する。その後、半導体基板層9
3を酸化して、例えば3nmから100nmの厚さのゲ
ート酸化膜7を形成し、例えば50nmから400nm
の厚さの多結晶シリコン膜を堆積し、例えばPOCl3 拡散
を行い、この抵抗を低減する。さらに、例えばシリコン
窒化膜94を堆積した後、例えばリソグラフィー法と反
応性イオンエッチング等の異方性エッチング技術を用い
てエッチングを行い、ゲート電極8を形成する。さら
に、少なくともビット線コンタクト11と接続される拡
散層領域が開口されたレジスト膜を形成し、例えばヒ
素、燐等を1013乃至1017cm-2イオン注入すること
により、n型拡散層9を形成する。
In the present embodiment, for example, an element isolation insulating film 12 is formed on a semiconductor substrate layer 93 of, for example, silicon or the like of an SOI substrate formed in the same manner as in the fourth embodiment by, for example, a selective oxide film method. I do. Then, the semiconductor substrate layer 9
3 is oxidized to form a gate oxide film 7 having a thickness of, for example, 3 nm to 100 nm, for example, 50 nm to 400 nm.
Then, a polycrystalline silicon film having a thickness of 3 nm is deposited, for example, by diffusion of POCl 3 to reduce the resistance. Further, after depositing, for example, a silicon nitride film 94, etching is performed using an anisotropic etching technique such as lithography and reactive ion etching to form the gate electrode 8. Further, a resist film having an opening in at least a diffusion layer region connected to the bit line contact 11 is formed, and arsenic, phosphorus, or the like is ion-implanted at 10 13 to 10 17 cm −2 to form the n-type diffusion layer 9. Form.

【0130】このn型拡散層9は、半導体基板層93ま
たは素子分離絶縁膜12を形成した後に、ビット線コン
タクト11に接続される拡散層領域が開口されたレジス
ト膜を形成し、例えばヒ素または燐等を1013乃至10
17cm-2イオン注入することにより、形成することも可
能である。この場合には、後のゲート電極8を形成する
工程において、n型拡散層9と、蓄積電極6に接続され
るp型領域93との接合の上にゲート電極が形成される
必要がある。
After forming the semiconductor substrate layer 93 or the element isolation insulating film 12, the n-type diffusion layer 9 forms a resist film in which a diffusion layer region connected to the bit line contact 11 is opened. 10 13 to 10
It can also be formed by ion implantation at 17 cm −2 . In this case, a gate electrode needs to be formed on a junction between n-type diffusion layer 9 and p-type region 93 connected to storage electrode 6 in a step of forming gate electrode 8 later.

【0131】次に、例えばシリコン窒化膜等の絶縁膜を
堆積し、異方性エッチングにより、絶縁膜を除去し、切
り立ったゲート電極8の側壁にこの絶縁膜を残すことに
より、ゲート電極8のの側壁絶縁膜95を形成する。こ
のように、絶縁膜95および94がゲート電極8を覆う
構造となるため、ビット線13と電気的絶縁を保つこと
が容易になる。
Next, an insulating film such as a silicon nitride film is deposited, the insulating film is removed by anisotropic etching, and the insulating film is left on the side wall of the gate electrode 8 which has been cut. Is formed. As described above, since the insulating films 95 and 94 have a structure covering the gate electrode 8, it is easy to maintain electrical insulation from the bit line 13.

【0132】この後、例えば層間絶縁膜96を形成した
後、蓄積電極6と半導体基板層93との接続孔を形成
し、例えば多結晶シリコン膜を、例えば100ー400
nmの厚さに堆積し、リソグラフィー法および反応性イ
オンエッチング等の異方性エッチング技術を用いて加工
し、蓄積電極6を形成する。この時、例えばボロン等を
1013乃至1017cm-2イオン注入することにより、抵
抗を低減することもできる。この後、蓄積電極6の上面
および側面にキャパシタ絶縁膜5を形成し、さらに例え
ば多結晶シリコン膜を堆積する。キャパシタ絶縁膜5
は、例えばシリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン
酸化膜の積層膜(実効膜厚10nm) とする。また、多結晶
シリコン膜15に、例えばヒ素または燐等を拡散して低
抵抗化した後に、例えばリソグラフィー法およびエッチ
ング技術を用いて加工し、プレート電極15を形成す
る。
Thereafter, for example, after forming an interlayer insulating film 96, a connection hole between the storage electrode 6 and the semiconductor substrate layer 93 is formed, and for example, a polycrystalline silicon film is formed, for example, from 100 to 400.
The storage electrode 6 is formed by depositing a film having a thickness of nm and processing it using an anisotropic etching technique such as lithography and reactive ion etching. At this time, the resistance can also be reduced by, for example, implanting boron or the like at 10 13 to 10 17 cm −2 . Thereafter, the capacitor insulating film 5 is formed on the upper and side surfaces of the storage electrode 6, and further, for example, a polycrystalline silicon film is deposited. Capacitor insulating film 5
Is a laminated film of silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film (effective thickness: 10 nm), for example. After lowering the resistance of the polycrystalline silicon film 15 by, for example, arsenic or phosphorus, the plate electrode 15 is formed by processing using, for example, a lithography method and an etching technique.

【0133】次に、層間絶縁膜97を堆積した後、例え
ばリソグラフィー法と反応性イオンエッチング等の異方
性エッチング技術を用いて、層間絶縁膜97を開口し、
ビット線接続孔11を形成する。その後、例えば多結晶
シリコン膜等のビット線材料を堆積し、例えばリソグラ
フィー法と反応性イオンエッチング等の異方性エッチン
グ技術を用いて、この多結晶シリコン膜を加工してビッ
ト線13を形成する。この後は、通常の方法により、必
要であればさらに上層の配線層を加工して、DRAMが
完成する。
Next, after depositing the interlayer insulating film 97, the interlayer insulating film 97 is opened by using an anisotropic etching technique such as lithography and reactive ion etching.
A bit line connection hole 11 is formed. Thereafter, a bit line material such as a polycrystalline silicon film is deposited, and the polycrystalline silicon film is processed to form a bit line 13 using, for example, a lithography method and an anisotropic etching technique such as reactive ion etching. . Thereafter, if necessary, the upper wiring layer is processed by a usual method to complete the DRAM.

【0134】本実施の形態では、第4の実施の形態の効
果に加えてさらに、素子分離領域12およびゲート電極
8上にも蓄積電極6を形成するため、蓄積電極6の表面
積を拡張することができるため、蓄積電荷を増大し、D
RAMの安定した動作を保証することができる。
In the present embodiment, in addition to the effects of the fourth embodiment, since the storage electrode 6 is also formed on the element isolation region 12 and the gate electrode 8, the surface area of the storage electrode 6 is increased. , The accumulated charge increases, and D
A stable operation of the RAM can be guaranteed.

【0135】また、図22では、蓄積電極6が単純な箱
型である場合を示したが、例えば第3の実施の形態に示
したクラウン型やフィン型などの形状を有する蓄積電極
6を用いることも可能である。
FIG. 22 shows a case where the storage electrode 6 is a simple box type. However, for example, the storage electrode 6 having a shape such as a crown type or a fin type shown in the third embodiment is used. It is also possible.

【0136】次に本発明の第6の実施の形態について、
図23乃至図32を用いて説明する。図23の(a)
は、本発明の第6の実施の形態に係わる半導体装置の構
造を示す平面図で、図23の(b)は図23の(a)の
A−A’断面図である。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS. (A) of FIG.
FIG. 23 is a plan view showing a structure of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 23B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【0137】図23では、複数のメモリセルを形成して
いるが、これらは、図の配置で形成する必要は必ずしも
なく、それぞれ単独に実施することができる。なお、図
1、2と同一部分には、同一符号をつけて詳しい説明は
省略する。
In FIG. 23, a plurality of memory cells are formed. However, these need not necessarily be formed in the arrangement shown in the figure, and can be implemented independently. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

【0138】本実施の形態によるメモリーセルは、第1
の実施の形態と同様に、ゲート付きダイオードと蓄積キ
ャパシタにより構成されるが、このゲート付きダイオー
ドがトレンチの内部に埋め込まれ縦方向に形成されてい
る点が第1の実施の形態と異なっている。
The memory cell according to the present embodiment has the first
Similarly to the first embodiment, the second embodiment is configured by a diode with a gate and a storage capacitor, but is different from the first embodiment in that the diode with a gate is buried inside the trench and formed vertically. .

【0139】すなわち、図23に示すように、例えばp
型半導体基板1に形成されたトレンチ4の内部にキャパ
シタ絶縁膜5を介して蓄積電極6が形成されている。こ
の蓄積電極6は蓄積電極6上に形成された埋め込み電極
116を介してp型の半導体層116´に接続される。
p型半導体層116´はn型拡散層9と接合を形成す
る。このpn接合に接して、ゲート絶縁膜7を介してゲ
ート電極8が形成されている。n型拡散層9はビット線
接続孔11を介してビット線13に接続される。このよ
うに、本実施の形態では、蓄積電極6および116に接
続されたp型半導体層116´とn型拡散層9との接合
が、トレンチ4の内部に縦方向に形成されている。ま
た、この接合の側面に接してゲート電極8がトレンチ4
に埋め込まれるように形成される。
That is, as shown in FIG.
A storage electrode 6 is formed inside a trench 4 formed in the mold semiconductor substrate 1 via a capacitor insulating film 5. The storage electrode 6 is connected to a p-type semiconductor layer 116 ′ via an embedded electrode 116 formed on the storage electrode 6.
The p-type semiconductor layer 116 'forms a junction with the n-type diffusion layer 9. A gate electrode 8 is formed in contact with the pn junction via a gate insulating film 7. N-type diffusion layer 9 is connected to bit line 13 through bit line connection hole 11. As described above, in the present embodiment, the junction between the p-type semiconductor layer 116 ′ connected to the storage electrodes 6 and 116 and the n-type diffusion layer 9 is formed in the trench 4 in the vertical direction. Further, the gate electrode 8 is in contact with the side surface of the
It is formed so as to be embedded in.

【0140】次に、この実施の形態によるメモリセルの
製造方法を説明する。図24乃至図32は、本実施の形
態によるメモリセルの製造方法を説明する工程断面図で
あり、図中(a)は平面図、(b)は(a)におけるA
−A´断面図である。
Next, a method of manufacturing a memory cell according to this embodiment will be described. 24 to 32 are process cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the memory cell according to the present embodiment, in which (a) is a plan view and (b) is A in FIG.
It is -A 'sectional drawing.

【0141】まず、例えばボロン濃度が1015から10
20cm-3のp形半導体基板1に、例えば深さ0.1〜2
μmの深さの絶縁膜111からなるトレンチ分離を形成
する(図24)。絶縁膜111としては、例えば、シリ
コン酸化膜またはシリコン窒化膜、およびそれらの複合
膜を使用することが望ましい。
First, for example, when the boron concentration is 10 15 to 10
On a p-type semiconductor substrate 1 of 20 cm -3 , for example, a depth of 0.1 to 2
A trench isolation made of the insulating film 111 having a depth of μm is formed (FIG. 24). As the insulating film 111, for example, it is desirable to use a silicon oxide film or a silicon nitride film, or a composite film thereof.

【0142】次に、トレンチ形成のためのマスク材とな
る絶縁膜113、114、115を堆積後、リソグラフ
ィー法と反応性イオンエッチング技術によりトレンチ4
を形成する(図25)。トレンチ4の深さは例えば1μ
mから20μmの間とする。絶縁膜113、114、1
15としては、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン
窒化膜、およびそれらの複合膜が望ましい。
Next, after insulating films 113, 114, and 115 serving as mask materials for trench formation are deposited, trenches 4 are formed by lithography and reactive ion etching.
Is formed (FIG. 25). The depth of the trench 4 is, for example, 1 μm.
m to 20 μm. Insulating films 113, 114, 1
For example, 15 is preferably a silicon oxide film or a silicon nitride film, or a composite film thereof.

【0143】この後、トレンチ4の壁面に形成されるキ
ャパシタの容量を大きくするために、例えばイオン注入
によりボロン等の不純物をトレンチ4の側壁面および底
面に添加することも可能である。次に、トレンチ4の壁
面にキャパシタ絶縁膜5を形成した後、蓄積電極6とな
る例えば多結晶シリコン膜を堆積する。キャパシタ絶縁
膜5は、例えばシリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリ
コン酸化膜の積層膜(実効膜厚1 〜20nm) とする。多
結晶シリコン膜には、例えば、Asをイオン注入するこ
とにより低抵抗化することも可能である。また、多結晶
シリコン膜を堆積する時に同時に例えばP,As,B等
を添加することも可能である。続いて、例えばケミカル
ドライエッチング技術により多結晶シリコン膜6および
キャパシタ膜5をエッチバックして、マスク材115を
露出した後、このマスク材115を除去する。さらに、
多結晶シリコン膜6をエッチバックし、図26の示すよ
うにトレンチ4の内部にこの多結晶シリコン膜を残置し
て、蓄積電極6を形成する。
Thereafter, in order to increase the capacitance of the capacitor formed on the wall surface of the trench 4, an impurity such as boron can be added to the side wall surface and the bottom surface of the trench 4 by, for example, ion implantation. Next, after a capacitor insulating film 5 is formed on the wall surface of the trench 4, for example, a polycrystalline silicon film serving as a storage electrode 6 is deposited. The capacitor insulating film 5 is, for example, a laminated film of silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film (effective thickness: 1 to 20 nm). For example, the resistance of the polycrystalline silicon film can be reduced by ion implantation of As. Also, for example, P, As, B, etc. can be added simultaneously with the deposition of the polycrystalline silicon film. Subsequently, the polycrystalline silicon film 6 and the capacitor film 5 are etched back by, for example, a chemical dry etching technique to expose the mask material 115, and then the mask material 115 is removed. further,
The polycrystalline silicon film 6 is etched back, and as shown in FIG. 26, the polycrystalline silicon film is left inside the trench 4 to form the storage electrode 6.

【0144】さらに、トレンチ4の内部およびマスク材
114上に、例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜12を堆
積し、例えば異方性エッチング技術によりこの絶縁膜1
2をエッチングして、トレンチ4の底面および絶縁膜1
14上の絶縁膜12を除去し、トレンチ4の側壁にのみ
絶縁膜12を残存させる。絶縁膜12の膜厚は、例えば
5nmから200nmの間とする。さらに、レジスト膜
45を塗布した後に、全面露光法により、トレンチ4の
内部のレジスト膜45を、基板1の表面から例えば0.1
〜1μmの深さまで除去する(図27)。
Further, an insulating film 12 such as a silicon oxide film is deposited inside the trench 4 and on the mask material 114, and the insulating film 1 is formed by, for example, an anisotropic etching technique.
2 is etched to form the bottom surface of the trench 4 and the insulating film 1
The insulating film 12 on 14 is removed, and the insulating film 12 is left only on the side wall of the trench 4. The thickness of the insulating film 12 is, for example, between 5 nm and 200 nm. Further, after the resist film 45 is applied, the resist film 45 inside the trench 4 is removed from the surface of the substrate 1 by, for example, 0.1
It is removed to a depth of 11 μm (FIG. 27).

【0145】この後、例えば沸化アンモニウム溶液等に
より、トレンチ4の上部側面の絶縁膜12およびキャパ
シタ絶縁膜5を除去して、半導体基板1を露出する。そ
の後、トレンチ4の内部のレジスト膜45を除去して、
蓄積電極6を露出する(図28)。
Thereafter, the insulating film 12 and the capacitor insulating film 5 on the upper side surface of the trench 4 are removed by using, for example, an ammonium fluoride solution, and the semiconductor substrate 1 is exposed. After that, the resist film 45 inside the trench 4 is removed,
The storage electrode 6 is exposed (FIG. 28).

【0146】この後、選択成長法を用いて、トレンチ4
の内部において露出された蓄積電極6から半導体層11
6を、またトレンチ4の上部側面に露出された半導体基
板1から半導体層116´を成長させる。この時、蓄積
電極6から成長した蓄積電極116と半導体基板1から
成長した蓄積電極116´とが接続されるように成長さ
せる(図29)。
Thereafter, the trench 4 is formed by using the selective growth method.
From the storage electrode 6 exposed inside the semiconductor layer 11
6 and a semiconductor layer 116 ′ is grown from the semiconductor substrate 1 exposed on the upper side surface of the trench 4. At this time, the growth is performed so that the storage electrode 116 grown from the storage electrode 6 and the storage electrode 116 'grown from the semiconductor substrate 1 are connected (FIG. 29).

【0147】この時、例えば、レジスト膜45を除去し
た後に、多結晶シリコン膜を堆積し、エッチバック法に
より多結晶シリコン膜の上面がトレンチ4の側面に形成
されている絶縁膜12の上面より低くなるようにエッチ
ングして、トレンチ4の内部にのみ多結晶シリコン膜を
残存させることにより、蓄積電極116を形成すること
も可能である。この場合には、蓄積電極116を形成し
た後に、半導体層の選択成長を行う。
At this time, for example, after removing the resist film 45, a polycrystalline silicon film is deposited, and the upper surface of the polycrystalline silicon film is removed from the upper surface of the insulating film 12 formed on the side surface of the trench 4 by an etch-back method. It is also possible to form the storage electrode 116 by etching such that the polycrystalline silicon film is left only inside the trench 4 by performing etching so as to be lower. In this case, after forming the storage electrode 116, the semiconductor layer is selectively grown.

【0148】次に、絶縁膜117を堆積し、エッチバッ
ク法により絶縁膜117をエッチングして、蓄積電極1
16と蓄積電極116´の一部とが覆われるように絶縁
膜117を残存させる。この時、絶縁膜12と絶縁膜1
17の材料が同じ場合には、図30に示すように、絶縁
膜12の一部がエッチングされる。さらに、マスク材1
13および114を除去する。
Next, an insulating film 117 is deposited, and the insulating film 117 is etched by an etch-back method.
The insulating film 117 is left so that the insulating film 117 and a part of the storage electrode 116 'are covered. At this time, the insulating film 12 and the insulating film 1
In the case where the materials of 17 are the same, a part of the insulating film 12 is etched as shown in FIG. Furthermore, mask material 1
13 and 114 are removed.

【0149】この後、例えばヒ素または燐等を1013
ら1017cm-2イオン注入することにより、n形拡散層
9を形成し、このn型拡散層9とp型蓄積電極116´
との間に、pn接合を形成する。この時、図31に示す
ように、基板1と蓄積電極6が導通することを防止する
ために、pn接合は、絶縁膜12の上面より低い位置に
形成される必要がある。すなわち、n型拡散層9は絶縁
膜12の上面より深くまで拡散される必要がある。ま
た、後の工程で蓄積電極116´の側面にゲート絶縁膜
を介して形成されるゲート電極と共に、このpn接合が
ゲート付きダイオードを構成するために、pn接合は蓄
積電極116´の内部に形成する必要がある。すなわ
ち、n型拡散層9は蓄積電極116´と蓄積電極116
との界面より深くまで拡散されてはならない。
Thereafter, an n-type diffusion layer 9 is formed by ion implantation of, for example, arsenic or phosphorus at 10 13 to 10 17 cm −2 , and the n-type diffusion layer 9 and the p-type storage electrode 116 ′ are formed.
To form a pn junction. At this time, as shown in FIG. 31, the pn junction needs to be formed at a position lower than the upper surface of the insulating film 12 in order to prevent conduction between the substrate 1 and the storage electrode 6. That is, the n-type diffusion layer 9 needs to be diffused deeper than the upper surface of the insulating film 12. In addition, since this pn junction forms a diode with a gate together with a gate electrode formed on the side surface of the storage electrode 116 ′ via a gate insulating film in a later step, the pn junction is formed inside the storage electrode 116 ′. There is a need to. That is, the n-type diffusion layer 9 includes the storage electrode 116 ′ and the storage electrode 116.
Must not be diffused deeper than the interface with.

【0150】この後、絶縁膜117を除去する。Then, the insulating film 117 is removed.

【0151】これ以降は、図32に示すように、露出し
ている半導体基板1と半導体層116および116´を
酸化して、例えば3nmから100nmの厚さのゲート
酸化膜7を形成し、例えば50nmから400nmの厚
さの多結晶シリコン膜を堆積し、例えばPOCl3 拡散
を行ってこれを低抵抗化する。さらに、例えばシリコン
窒化膜等の絶縁膜36を堆積した後、リソグラフィー法
と反応性イオンエッチング技術を用いて絶縁膜36およ
び多結晶シリコン膜を加工して、ゲート電極8を形成す
る。さらに、ビット線接続孔領域が開口されたレジスト
膜を形成し、例えばヒ素または燐を1013から1017
-2イオン注入することにより、n形拡散層9の不純物
濃度を増加することも可能である。
Thereafter, as shown in FIG. 32, the exposed semiconductor substrate 1 and the semiconductor layers 116 and 116 'are oxidized to form a gate oxide film 7 having a thickness of, for example, 3 nm to 100 nm. A polycrystalline silicon film having a thickness of 50 nm to 400 nm is deposited and, for example, POCl 3 is diffused to reduce the resistance. Further, after depositing an insulating film 36 such as a silicon nitride film, the insulating film 36 and the polycrystalline silicon film are processed by using a lithography method and a reactive ion etching technique to form the gate electrode 8. Further, the bit line contact hole region to form an opening resist film, for example, arsenic or phosphorus 10 13 10 17 c
By implanting m -2 ions, the impurity concentration of the n-type diffusion layer 9 can be increased.

【0152】次に、例えばシリコン窒等の絶縁膜37を
堆積し、異方性エッチングにより絶縁膜37をエッチン
グしてゲート絶縁膜7を露出し、ゲート電極8の側壁に
絶縁膜37を残存させて、ゲート電極8の側壁絶縁膜3
7を形成する。この側壁絶縁膜37と絶縁膜36とがゲ
ート電極8を覆う構造となるため、後に形成されるビッ
ト線13とゲート電極8との短絡を容易に防止すること
ができる。この後、ビット線13とn型拡散層9との接
続抵抗を低減するために、例えばイオン注入法によりヒ
素等の不純物を拡散層9にさらに添加することも可能で
ある。
Next, an insulating film 37 of, for example, silicon nitride is deposited, and the insulating film 37 is etched by anisotropic etching to expose the gate insulating film 7 and leave the insulating film 37 on the side wall of the gate electrode 8. The side wall insulating film 3 of the gate electrode 8
7 is formed. Since the side wall insulating film 37 and the insulating film 36 have a structure covering the gate electrode 8, a short circuit between the bit line 13 formed later and the gate electrode 8 can be easily prevented. Thereafter, in order to reduce the connection resistance between the bit line 13 and the n-type diffusion layer 9, an impurity such as arsenic can be further added to the diffusion layer 9 by, for example, an ion implantation method.

【0153】次に、層間絶縁膜38を堆積した後、例え
ばリソグラフィー法と反応性イオンエッチング技術によ
り、ビット線接続孔11を形成する。その後、例えば多
結晶シリコン膜等のビット線材料を堆積し、例えばリソ
グラフィー法と反応性イオンエッチング技術により、ビ
ット線13を加工し、図23に示されたようなメモリー
セルが完成する。
Next, after depositing the interlayer insulating film 38, the bit line connection hole 11 is formed by, for example, lithography and reactive ion etching. Thereafter, a bit line material such as a polycrystalline silicon film is deposited, and the bit line 13 is processed by, for example, a lithography method and a reactive ion etching technique, thereby completing a memory cell as shown in FIG.

【0154】さらに必要であれば、通常の集積回路の製
造方法により上層の配線層を形成して、半導体記憶装置
が完成する。
If necessary, an upper wiring layer is formed by a normal integrated circuit manufacturing method to complete a semiconductor memory device.

【0155】上記第6の実施の形態では、前述の第1の
実施の形態の特長に加えてさらに以下の特長を有する。
The sixth embodiment has the following features in addition to the features of the first embodiment.

【0156】すなわち、ゲート付ダイオードのダイオー
ド接合部の深さは、接合を形成するイオン注入のマスク
材となる絶縁膜117のエッチバックの深さと、イオン
注入の深さおよび熱拡散工程とにより制御され、また、
トレンチ4の内部に形成されるゲート電極8の埋め込み
深さは、蓄積電極116の埋め込み深さを調整すること
により制御される。このため、本実施の形態によるゲー
ト付きダイオードは、リソグラフィー技術の平面的な寸
法精度に依存しない構造である。したがって、メモリー
セルの平面積を縮小した場合にも十分な接合面積を確保
することが可能であるため、メモリーセルを微細化し、
半導体記憶装置を高集積化することができる。
That is, the depth of the diode junction of the diode with a gate is controlled by the depth of the etch back of the insulating film 117 serving as a mask material for ion implantation for forming the junction, the depth of the ion implantation, and the thermal diffusion step. And also
The burying depth of the gate electrode 8 formed inside the trench 4 is controlled by adjusting the burying depth of the storage electrode 116. For this reason, the gated diode according to the present embodiment has a structure that does not depend on the planar dimensional accuracy of the lithography technique. Therefore, even if the plane area of the memory cell is reduced, it is possible to secure a sufficient bonding area, so that the memory cell is miniaturized,
The semiconductor memory device can be highly integrated.

【0157】また、十分な接合面積を有する構造によ
り、複数のメモリーセル間における接合電流のバラツキ
を低減し、このバラツキに起因した半導体記憶装置の誤
動作を防止することができる。
Further, with a structure having a sufficient junction area, it is possible to reduce the variation of the junction current among a plurality of memory cells, and to prevent the malfunction of the semiconductor memory device due to the variation.

【0158】また、前述の第1の実施の形態では、ゲー
ト電極を形成する前にn型拡散層9を形成する場合に、
n型拡散層のためのリソグラフィー工程が必要となり、
工程数が増加する。また、ゲート電極のパターンとn型
拡散層のパターンの間の合わせ精度が必要となり、メモ
リーセルの微細化に対して障害となる可能性があった。
しかし、本実施の形態によれば、平面方向ではなく、深
さ方向に接合を形成するため、n型拡散層を形成するた
めのリソグラフィー工程が不要となり、上記の問題が生
じない。
In the first embodiment, when forming the n-type diffusion layer 9 before forming the gate electrode,
A lithography process for an n-type diffusion layer is required,
The number of steps increases. In addition, alignment accuracy between the pattern of the gate electrode and the pattern of the n-type diffusion layer is required, which may hinder miniaturization of the memory cell.
However, according to the present embodiment, since the junction is formed not in the plane direction but in the depth direction, the lithography step for forming the n-type diffusion layer becomes unnecessary, and the above problem does not occur.

【0159】さらに、ゲート電極8を形成した以降の工
程は、ソースまたはドレイン拡散層を形成するためのイ
オン注入工程を除いて、平面トランジスタを形成する工
程と同一であるため、例えばメモリーセルを駆動する周
辺回路等に使用される平面トランジスタを同時に形成す
ることができ、工程の簡略化を図ることが可能である。
Further, the steps after the formation of the gate electrode 8 are the same as the steps for forming the planar transistor except for the ion implantation step for forming the source or drain diffusion layer. A planar transistor used for a peripheral circuit or the like can be formed at the same time, and the process can be simplified.

【0160】次に、本発明の第7の実施の形態として、
前述の第5の実施の形態において水平方向に隣接して形
成されていたビット線接続孔とゲート電極と蓄積電極接
続孔を、縦方向に構成し、平面積を微細化することがで
きるメモリーセル構造を、図33および図34を用いて
説明する。図33は、本実施の形態に係わるメモリーセ
ル構造の平面図、図34の(a)、(b)は,それぞれ
図32のA−A’およびB−B’断面図である。本実施
の形態では、複数のメモリセルを形成しているが、これ
らは、図の配置で形成する必要は必ずしもなく、それぞ
れ単独に実施することができる。なお、図1、2と同一
部分には、同一符号をつけて詳しい説明は省略する。
Next, as a seventh embodiment of the present invention,
A memory cell in which the bit line connection hole, the gate electrode, and the storage electrode connection hole formed adjacent to each other in the horizontal direction in the above-described fifth embodiment are configured in the vertical direction, and the plane area can be reduced. The structure will be described with reference to FIGS. FIG. 33 is a plan view of the memory cell structure according to the present embodiment, and FIGS. 34A and 34B are cross-sectional views taken along the lines AA ′ and BB ′ of FIG. 32, respectively. In this embodiment mode, a plurality of memory cells are formed. However, it is not always necessary to form them in the arrangement shown in the drawing, and they can be implemented independently. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

【0161】本実施の形態によるメモリーセルは、前述
の第5の実施の形態と同様に、ゲート付きダイオードと
キャパシタとにより構成される。キャパシタは蓄積電極
6とキャパシタ絶縁膜5とプレート電極10とにより構
成され、ゲート付きダイオートの一方の電極はキャパシ
タの蓄積電極6に、他の電極はビット線に接続される。
本実施の形態では、図34に示すように、前述の第5の
実施の形態と異なり、絶縁膜92上にビット線13が形
成され、このビット線13上に柱状にp型半導体層12
1が形成されている。p型半導体層121の片側の側面
には、ビット線13に接続されたn拡散層9が形成さ
れ、このn拡散層9とp型半導体層121との間の接
合に接するように柱の側面にゲート絶縁膜7を介してゲ
ート電極8が形成されている。この接合とゲート電極8
とによりゲート付きダイオードが構成される。さらに、
柱状の半導体層121上に、その上面で接続されるよう
に、蓄積電極6が形成され、蓄積電極6とキャパシタ絶
縁膜5とプレート電極10とによりキャパシタが構成さ
れる。
The memory cell according to the present embodiment is composed of a diode with a gate and a capacitor, similarly to the fifth embodiment. The capacitor includes a storage electrode 6, a capacitor insulating film 5, and a plate electrode 10. One electrode of the gate electrode is connected to the storage electrode 6 of the capacitor, and the other electrode is connected to the bit line.
In the present embodiment, as shown in FIG. 34, unlike the fifth embodiment, the bit line 13 is formed on the insulating film 92, and the p-type semiconductor layer 12 is formed on the bit line 13 in a columnar shape.
1 is formed. An n + diffusion layer 9 connected to the bit line 13 is formed on one side surface of the p-type semiconductor layer 121, and a pillar is formed so as to be in contact with the junction between the n + diffusion layer 9 and the p-type semiconductor layer 121. The gate electrode 8 is formed on the side surface of the substrate with a gate insulating film 7 interposed therebetween. This junction and the gate electrode 8
Thus, a diode with a gate is formed. further,
The storage electrode 6 is formed on the columnar semiconductor layer 121 so as to be connected on the upper surface, and the storage electrode 6, the capacitor insulating film 5, and the plate electrode 10 form a capacitor.

【0162】このように、本実施の形態は、前述の第5
の実施の形態と比較して、ゲート付きダイオードのゲー
ト絶縁膜7が半導体の主平面上に形成されずに、柱状の
p型半導体層121の側面に形成されること、また、ビ
ット線13上に積層してゲート付き接合が形成されてい
ること、さらに、このゲート付きダイオードの上方に蓄
積電極接続孔が形成されること等が、異なっている。ま
た、、前述の第5の実施の形態と同様に、本実施の形態
では、セルキャパシタの容量を向上するために、スタッ
ク型MISキャパシタ構造のメモリーセルを用いてい
る。
As described above, the present embodiment is the same as the fifth embodiment.
As compared with the embodiment, the gate insulating film 7 of the gated diode is not formed on the main plane of the semiconductor but is formed on the side surface of the columnar p-type semiconductor layer 121. Are different in that a junction with a gate is formed by laminating them, and that a storage electrode connection hole is formed above the diode with a gate. Further, as in the fifth embodiment, in this embodiment, a memory cell having a stacked MIS capacitor structure is used in order to improve the capacity of the cell capacitor.

【0163】以下、図34乃至42を用いて、本発明の
第7の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明す
る。図中、(a)は平面図、(b)は同図(a)のA−
A´断面に対応する断面図を示している。
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, (a) is a plan view, (b) is A- of FIG.
A sectional view corresponding to the A ′ section is shown.

【0164】まず、第5の実施の形態と同様に、半導体
基板1と絶縁層92と半導体層120とにより構成され
たSOI基板を用いる。半導体層120の厚さは、例え
ば0.1〜3μmの間とし、例えば燐またはヒ素等のn
型不純物を1018から1020cm-3含有したn型領域
13上に、例えばボロン等のp型不純物を1015から1
19cm-3含有したp型領域121が形成されている。
このn型領域13は、例えばp型不純物が添加された
p型半導体層に、例えば100KeV〜10MeVに加
速したPまたはAs等のn型不純物をイオン注入するこ
とによって形成しても良いし、n型領域13にp型半
導体をエピタキシャル成長することによって形成しても
よい。n型領域13の厚さとしては、例えば、0.0
5〜0.5μmの厚さとする。
First, as in the fifth embodiment, an SOI substrate including the semiconductor substrate 1, the insulating layer 92, and the semiconductor layer 120 is used. The thickness of the semiconductor layer 120 is, for example, between 0.1 and 3 μm, and is, for example, n such as phosphorus or arsenic.
Type impurity from 10 18 to 10 20 cm -3 on the n + -type region 13 containing, for example, a p-type impurity such as boron from 10 15 1
A p-type region 121 containing 0 19 cm −3 is formed.
The n + -type region 13 may be formed by, for example, ion-implanting an n-type impurity such as P or As accelerated to 100 KeV to 10 MeV into a p-type semiconductor layer to which a p-type impurity is added, It may be formed by epitaxially growing a p-type semiconductor in n + -type region 13. The thickness of the n + type region 13 is, for example, 0.0
The thickness is 5 to 0.5 μm.

【0165】次に、この半導体層120をワード線方向
に沿ってパターニングして、図35に示すようにエッチ
ングして、溝を形成する。エッチングは、n型領域1
3に達するまで行い、絶縁層92には達しないようにす
る。
Next, the semiconductor layer 120 is patterned along the word line direction and etched to form a groove as shown in FIG. Etching is performed on the n + type region 1
3 until the insulating layer 92 is reached.

【0166】次に、例えば、PSGまたはAsSGから
なる絶縁膜122を堆積し、エッチバックを行い、その
表面の高さがp型領域121の途中となるように溝の内
部に残存させる。さらに、図36に示すように、溝の内
部に残存する絶縁膜122の一部を覆うように、レジス
ト膜123を、ワード線方向にパターニングする。
Next, an insulating film 122 made of, for example, PSG or AsSG is deposited, etched back, and left inside the groove so that the height of the surface is in the middle of the p-type region 121. Further, as shown in FIG. 36, the resist film 123 is patterned in the word line direction so as to cover a part of the insulating film 122 remaining inside the groove.

【0167】続けて、絶縁膜122をエッチングするこ
とにより、図37に示すように、p型半導体領域121
の片側の側面にのみ絶縁膜122を残存させる。つい
で、例えば、温度900〜1100℃の窒素雰囲気中で
5〜120秒の熱処理を行うことにより、絶縁膜122
に含まれる燐またはヒ素をP型半導体領域121に拡散
させ、半導体領域121の片側にn型領域9を形成す
る。
Subsequently, the insulating film 122 is etched to form the p-type semiconductor region 121 as shown in FIG.
The insulating film 122 is left only on one side surface of. Next, for example, a heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 900 to 1100 ° C. for 5 to 120 seconds, so that the insulating film 122 is formed.
Is diffused into the P-type semiconductor region 121 to form the n + -type region 9 on one side of the semiconductor region 121.

【0168】次に、絶縁膜122を例えば、フッ化アン
モニウム溶液によってエッチングして取り除く。さら
に、図38に示すように、ビット線のパターニングを行
い、絶縁膜92が露出されるまでn型半導体領域13を
エッチングして、ビット線13を形成する。ビット線の
パターンとしては、メモリーセルの面積を縮小するため
に、図37に示すように、ワード線と垂直方向に形成す
ることが望ましい。さらに、絶縁膜124を溝の内部に
埋め込むことにより、埋め込み素子分離124を形成す
る。図39の(a)は、図37のA−A´断面図、図3
9の(b)は図37のB−B´断面図である。この図に
示すように、この絶縁膜124の表面高さが、n型拡
散層領域9の最高位よりも低くなるように、絶縁膜12
4に埋め込み深さを調整する。さらに、後にこの絶縁膜
124上に形成されるゲート電極8とビット線13との
容量性結合を小さくするために、絶縁膜124をビット
線13の高さよりも高く形成することが望ましい。
Next, the insulating film 122 is removed by etching with, for example, an ammonium fluoride solution. Further, as shown in FIG. 38, the bit line 13 is formed by patterning the bit line and etching the n-type semiconductor region 13 until the insulating film 92 is exposed. As shown in FIG. 37, the bit line pattern is preferably formed in a direction perpendicular to the word line in order to reduce the area of the memory cell. Further, an embedded element isolation 124 is formed by embedding the insulating film 124 inside the groove. FIG. 39A is a sectional view taken along line AA ′ of FIG.
FIG. 9B is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG. As shown in this figure, the insulating film 12 is formed such that the surface height of the insulating film 124 is lower than the highest position of the n + type diffusion layer region 9.
Adjust the embedding depth to 4. Further, it is desirable that the insulating film 124 be formed higher than the bit line 13 in order to reduce the capacitive coupling between the gate electrode 8 formed on the insulating film 124 and the bit line 13 later.

【0169】その後、例えば3nmから100nmの厚
さに、例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜7を
堆積または酸化によって形成し、ゲート電極材料とし
て、例えば50nmから400nmの厚さの多結晶シリ
コン膜8を堆積し、例えばPOCl3 拡散を行うことに
より、これを低抵抗化する。さらに、この多結晶シリコ
ン膜8上に、例えばシリコン窒化膜等の絶縁膜36を堆
積する。図40の(a)および(b)は、それぞれ図3
9の(a)および(b)に対応する断面図である。
Thereafter, a gate insulating film 7 made of, for example, a silicon oxide film is formed by deposition or oxidation to a thickness of, for example, 3 nm to 100 nm, and a polycrystalline silicon film 8 having a thickness of, for example, 50 nm to 400 nm is formed as a gate electrode material. Is deposited, and POCl 3 is diffused, for example, to reduce the resistance. Further, an insulating film 36 such as a silicon nitride film is deposited on the polycrystalline silicon film 8. (A) and (b) of FIG.
9 is a cross-sectional view corresponding to FIGS. 9A and 9B. FIG.

【0170】次に、例えばリソグラフィー法を用いて、
図41に示すように、ワード線のパターニングを行い、
例えば反応性イオンエッチング技術により、絶縁膜36
および多結晶シリコン膜の加工を行い、ゲート電極8を
形成する。さらに、例えばシリコン窒化膜等の絶縁膜3
7を堆積し、例えば異方性エッチング技術により絶縁膜
37をエッチング除去してゲート絶縁膜7を露出し、ゲ
ート電極8の側壁にこの絶縁膜37を残すことにより、
ゲートの側壁絶縁膜を形成する。図42の(a)は、図
41のA−A´断面図、図42の(b)は図40のB−
B´断面図である。。このようにして、絶縁膜36およ
び37がゲート電極8を取り囲む形になり、後に形成さ
れる蓄積電極6とゲート電極8との間の電気的絶縁を保
つことが容易になる。
Next, for example, using a lithography method,
As shown in FIG. 41, patterning of the word line is performed,
For example, the insulating film 36 is formed by a reactive ion etching technique.
Then, the gate electrode 8 is formed by processing the polycrystalline silicon film. Further, an insulating film 3 such as a silicon nitride film
7, the insulating film 37 is removed by etching, for example, by an anisotropic etching technique to expose the gate insulating film 7 and leave the insulating film 37 on the side wall of the gate electrode 8.
A gate sidewall insulating film is formed. 42A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 41, and FIG.
It is B 'sectional drawing. . In this manner, the insulating films 36 and 37 surround the gate electrode 8, and it becomes easy to maintain electrical insulation between the storage electrode 6 and the gate electrode 8, which are formed later.

【0171】さらに、絶縁膜125を堆積し、例えばリ
ソグラフィー法とエッチング技術を用いて、蓄積電極接
続孔を柱状の半導体層121の上面部に形成する。この
後、例えばBやBF2 を1012乃至1017cm-2程度イ
オン注入することによりp拡散層領域126を形成
し、蓄積電極とp型半導体層121の間の抵抗を低減す
ることも可能である。
Further, an insulating film 125 is deposited, and a storage electrode connection hole is formed on the upper surface of the columnar semiconductor layer 121 by using, for example, a lithography method and an etching technique. Thereafter, the p + diffusion layer region 126 is formed by ion implantation of, for example, B or BF 2 at about 10 12 to 10 17 cm −2 , and the resistance between the storage electrode and the p-type semiconductor layer 121 may be reduced. It is possible.

【0172】次に、例えば多結晶シリコン膜を、例えば
100ー400nmの厚さに堆積し、リソグラフィー法
とエッチング技術を用いて、多結晶シリコン膜を加工
し、蓄積電極6を形成する。ここで、例えばBかBF2
を1012から1017cm-2程度イオン注入することによ
り、蓄積電極6を低抵抗化することも可能である。さら
に、蓄積電極6上に、例えばシリコン酸化膜/シリコン
窒化膜/シリコン酸化膜の積層膜(実効膜厚10nm) から
なるキャパシタ絶縁膜5を形成した後、例えば多結晶シ
リコン膜15を堆積する。この後、例えばヒ素または燐
またはボロン等を拡散することにより、多結晶シリコン
膜15の抵抗を低減し、例えばリソグラフィー法とエッ
チング技術により多結晶シリコン膜15を加工して、メ
モリーセルが完成する(図34)。
Next, for example, a polycrystalline silicon film is deposited to a thickness of, for example, 100 to 400 nm, and the polycrystalline silicon film is processed by using a lithography method and an etching technique to form the storage electrode 6. Here, for example, B or BF 2
By implanting ions of about 10 12 to 10 17 cm -2 , the resistance of the storage electrode 6 can be reduced. Further, on the storage electrode 6, a capacitor insulating film 5 composed of, for example, a stacked film of silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film (effective thickness 10 nm) is formed, and then, for example, a polycrystalline silicon film 15 is deposited. Thereafter, the resistance of the polycrystalline silicon film 15 is reduced by, for example, diffusing arsenic, phosphorus, boron, or the like, and the polycrystalline silicon film 15 is processed by, for example, a lithography method and an etching technique to complete a memory cell ( (FIG. 34).

【0173】以上のように、本発明による第7の実施の
形態では、前述の第5の実施の形態の特長に加えて、さ
らに以下の特長がある。
As described above, the seventh embodiment of the present invention has the following features in addition to the features of the above-described fifth embodiment.

【0174】第1に、ゲート付きpn接合の下方にビッ
ト線コンタクトを、ゲート付きpn接合の上方に蓄積電
極接続孔を形成しているため、第5の実施の形態による
構造に比べて平面積を大幅に縮小することができる。
First, since the bit line contact is formed below the pn junction with a gate and the storage electrode connection hole is formed above the pn junction with a gate, the area is smaller than that of the structure according to the fifth embodiment. Can be greatly reduced.

【0175】また、pn接合の位置は、n型拡散層9を
形成するために溝の内部に残存されるBPSG膜122
の埋め込み深さに依存し、リソグラフィー法のパターニ
ングには影響されない。このため、ビット線接続孔また
は蓄積電極接続孔のパターニングは、pn接合との間の
合わせ精度を考慮する必要がなく、リソグラフィー技術
に対する負担が軽減される。
The position of the pn junction is determined by the BPSG film 122 remaining inside the groove for forming the n-type diffusion layer 9.
And is not affected by lithography patterning. Therefore, the patterning of the bit line connection hole or the storage electrode connection hole does not need to consider the alignment accuracy with the pn junction, and the burden on the lithography technique is reduced.

【0176】さらに、ビット線13と蓄積電極6とは、
ゲート付きダイオードを挟んで対向していて、また、こ
れらの間の距離は柱状の半導体層121を高くすること
により増加することができるため、ビット線13と蓄積
電極6との間の短絡を容易に防止することができる。
Further, the bit line 13 and the storage electrode 6
The diodes are opposed to each other with the gated diode interposed therebetween, and the distance between them can be increased by increasing the height of the columnar semiconductor layer 121. Therefore, a short circuit between the bit line 13 and the storage electrode 6 can be easily performed. Can be prevented.

【0177】なお、本発明は上述した各実施の形態に限
定されるものではない。
The present invention is not limited to the above embodiments.

【0178】上記第1の実施の形態の変形例において、
半導体基板1に素子分離領域を形成するための溝をエッ
チングにより形成したが、選択酸化法により素子分離領
域を選択的に酸化し、酸化マスク材を除去した後に、例
えばNH4F等を用いてこの酸化膜を除去することにより、
溝を形成することもできる。
In a modification of the first embodiment,
A groove for forming an element isolation region is formed in the semiconductor substrate 1 by etching. After selectively oxidizing the element isolation region by a selective oxidation method and removing an oxidation mask material, the oxidation is performed using, for example, NH4F or the like. By removing the film,
Grooves can also be formed.

【0179】また、上記第1乃至第7の実施の形態にお
いて、使用される種々の絶縁膜は以下のような種々の方
法により形成することが可能である。例えば、熱酸化に
より酸化膜を形成する、シリコン等に例えば30keV 程
度の低加速エネルギーで酸素を注入する、例えば酸化
膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜を堆積する、または、こ
れらの組み合わせにより絶縁膜を形成することも可能で
ある。
In the first to seventh embodiments, various insulating films used can be formed by the following various methods. For example, an oxide film is formed by thermal oxidation, oxygen is implanted into silicon or the like at a low acceleration energy of, for example, about 30 keV, an insulating film such as an oxide film, a silicon nitride film is deposited, or a combination thereof is used. It is also possible to form

【0180】また、例えば素子分離絶縁膜等は、シリコ
ンをシリコン酸化膜やシリコン窒化膜に変換する方法以
外の方法、例えばシリコンを堆積して酸素イオンを注入
する方法や、シリコンを堆積して酸化する方法を用いる
こともできる。
For example, a method other than a method of converting silicon to a silicon oxide film or a silicon nitride film, such as a method of depositing silicon and implanting oxygen ions, or a method of depositing silicon and oxidizing Can be used.

【0181】また、絶縁膜として、タンタル酸化膜、チ
タン酸ストロンチウムやチタン酸バリウム、チタン酸ジ
ルコニウム鉛などの強誘電体膜、常誘電体膜の単層膜ま
たはそれらの複合膜を用いることもできる。
As the insulating film, a tantalum oxide film, a ferroelectric film such as strontium titanate, barium titanate, or lead zirconium titanate, a monolayer film of a paraelectric film, or a composite film thereof can be used. .

【0182】さらに、上記第1乃至第7の実施の形態に
おいて、素子分離絶縁膜12を形成するために選択酸化
法を用いた場合を主に示したが、さらに微細な素子分離
領域を形成するために改良された選択酸化法、第1の実
施の形態の変形例で述べたトレンチ分離法、または絶縁
膜の代わりに電位を印加した導電膜を用いるフィールド
シールド分離法等の他の素子分離方法、またはこれらの
組み合わせを用いることが可能である。
Further, in the first to seventh embodiments, the case where the selective oxidation method is used to form the element isolation insulating film 12 is mainly shown, but a finer element isolation region is formed. Other element isolation methods such as a selective oxidation method improved for the above purpose, a trench isolation method described in the modification of the first embodiment, and a field shield isolation method using a conductive film to which a potential is applied instead of an insulating film , Or a combination thereof.

【0183】また、上記第1乃至第7の実施の形態にお
いて、p型Si基板1またはSOI基板上に半導体素子
を形成する場合を示したが、代わりに例えばn型Si基
板、GaAs基板、InP基板等の半導体基板およびこ
れらと絶縁層の積層構造を有する基板等を用いることが
可能である。
In the first to seventh embodiments, the case where a semiconductor element is formed on the p-type Si substrate 1 or the SOI substrate has been described. Instead, for example, an n-type Si substrate, a GaAs substrate, an InP It is possible to use a semiconductor substrate such as a substrate and a substrate having a stacked structure of these and an insulating layer.

【0184】また、上記第1乃至第7の実施の形態で
は、プレート電極15、蓄積電極6として、ボロンをイ
オン注入したp型多結晶シリコン膜を用いたが、例えば
ボロンをBSG(ボロンを含有した酸化膜)等からの固
相拡散により添加することもできる。また、多結晶シリ
コン膜を堆積する時に同時にボロンを添加することもで
きる。また、堆積された多結晶シリコン膜ではなく、エ
ピタキシャル成長法、または選択成長法等により形成さ
れたシリコン膜を用いて、これにボロンをイオン注入し
たり、成長時にボロンを添加することが可能である。さ
らに添加される不純物はボロン限らず、p型の導電性を
有する不純物あればよい。
Further, in the first to seventh embodiments, the p-type polycrystalline silicon film into which boron is ion-implanted is used as the plate electrode 15 and the storage electrode 6, but, for example, BSG (boron containing boron) is used. It can also be added by solid phase diffusion from a (oxidized film). Further, boron can be added simultaneously with the deposition of the polycrystalline silicon film. Further, instead of the deposited polycrystalline silicon film, a silicon film formed by an epitaxial growth method, a selective growth method, or the like can be used, and boron ions can be implanted into the silicon film or boron can be added during growth. . Further, the impurity to be added is not limited to boron, and may be any impurity having p-type conductivity.

【0185】また、プレート電極15、蓄積電極6とし
て使用する多結晶シリコン膜にヒ素、燐、アンチモン等
のn型の導電性を有する不純物を添加してn型多結晶シ
リコン膜とすることもできる。この時は、図9に示した
ように、ビット線13に接続された拡散層をp型とし、
基板をn型とし、さらに各端子に印加する電圧の極性を
反転させる必要がある。
Also, an n-type polycrystalline silicon film can be formed by adding an n-type conductive impurity such as arsenic, phosphorus, and antimony to the polycrystalline silicon film used as the plate electrode 15 and the storage electrode 6. . At this time, as shown in FIG. 9, the diffusion layer connected to the bit line 13 is made p-type,
It is necessary to use an n-type substrate and to reverse the polarity of the voltage applied to each terminal.

【0186】さらに、プレート電極15、蓄積電極6や
n型拡散層9およびゲート電極8は、多結晶シリコン以
外の単結晶シリコン、ポーラスシリコン、アモルファス
シリコン、SiGe混晶、SiC混晶、GaAs、W、
Ta、Ti、Hf、Co、Pt、Pdの金属あるいはそ
のシリサイドを用いることもできる。また、これらの積
層構造にすることも可能である。
Further, the plate electrode 15, the storage electrode 6, the n-type diffusion layer 9, and the gate electrode 8 are made of single-crystal silicon other than polycrystalline silicon, porous silicon, amorphous silicon, SiGe mixed crystal, SiC mixed crystal, GaAs, W ,
Metals of Ta, Ti, Hf, Co, Pt, Pd or silicides thereof can also be used. Further, it is also possible to adopt a laminated structure of these.

【0187】また、前述のように、第1乃至第7の実施
の形態としては、ビット線に接続された第2の電極にn
型半導体を、蓄積電極6に接続された第3の電極にp型
半導体を用いたが、第2の電極にp型半導体を、第3の
電極にn型半導体を用いることも可能である。
As described above, in the first to seventh embodiments, the second electrode connected to the bit line has n
Although the p-type semiconductor is used for the third electrode connected to the storage electrode 6, the p-type semiconductor may be used for the second electrode and the n-type semiconductor may be used for the third electrode.

【0188】さらに、第2の電極(n型拡散層9)と第
3の電極(p型蓄積電極51)の電圧電流特性に整流性
を有し、第2の電極と第3の電極の間の電圧が第1の電
圧範囲(順バイアス)では、第1の電極(ゲート電極
8)の電位に寄らずに第2の電極と第3の電極との間に
電流が流れ、第2の電圧範囲では、第1の電極と第2の
電極との間の電圧を変化させることにより、第2の電極
と第3の電極との間を流れる電流を変化させることがで
きる3つの端子を有する半導体素子であれば、ゲート付
きダイオード意外の半導体素子を用いて本発明を実施の
形態することが可能である。
Further, the voltage-current characteristics of the second electrode (n-type diffusion layer 9) and the third electrode (p-type storage electrode 51) have a rectifying property, and the voltage between the second electrode and the third electrode is high. Is in the first voltage range (forward bias), a current flows between the second electrode and the third electrode without depending on the potential of the first electrode (gate electrode 8), and the second voltage In the range, a semiconductor having three terminals capable of changing a current flowing between the second electrode and the third electrode by changing a voltage between the first electrode and the second electrode. As long as the device is a device, the present invention can be implemented using a semiconductor device other than a diode with a gate.

【0189】例えば、図14に示すように、第2の電極
16を、Ta、Ti、Hf、Co、Pt、Pdの金属、
あるいはそのシリサイドからなる金属、第3の電極1を
半導体で形成したゲート付きショットキーダイオードを
用いることができる。
For example, as shown in FIG. 14, the second electrode 16 is made of a metal such as Ta, Ti, Hf, Co, Pt, and Pd.
Alternatively, a Schottky diode with a gate in which the third electrode 1 is formed of a semiconductor and a metal made of the silicide can be used.

【0190】また、´95IEDM. Technical Digest p
p.645-648 J.H.Choiらが示したSOI デバイス
で、表面電子チャネルと埋め込み酸化膜界面側の正孔チ
ャネルとの間でのトンネル現象を用いた素子、または他
の現象による素子を用いることも可能である。
Also, '95 IEDM. Technical Digest p
p.645-648 J.P. H. In the SOI device shown by Choi et al., An element using a tunnel phenomenon between a surface electron channel and a hole channel on the buried oxide film interface side or an element based on another phenomenon can be used.

【0191】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、様々に変形して実施することができる。
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0192】[0192]

【発明の効果】以上のように、本発明による半導体記憶
装置では、パンチスルーを防止する構造を有するスイッ
チ素子を用いることにより、蓄積電極とビット線に接続
された電極との間の距離を縮小して、微細なメモリーセ
ルを構成し、より高密度化が可能な半導体記憶装置を提
供することができる。
As described above, in the semiconductor memory device according to the present invention, the distance between the storage electrode and the electrode connected to the bit line is reduced by using the switch element having the structure for preventing punch-through. Thus, it is possible to provide a semiconductor memory device in which a fine memory cell is formed and which can achieve higher density.

【0193】また、複数の上記のメモリーセルを組み合
わせ、従来のDRAMの回路構成に1本の一斉消去線を
追加するのみで、ランダムアクセス可能な回路を構成す
ることができる。
Also, a random accessible circuit can be constructed by combining a plurality of the above memory cells and adding only one simultaneous erase line to the conventional DRAM circuit configuration.

【0194】さらに、本発明による製造方法により、上
記の半導体記憶装置を、簡単に製造することができる。
Further, the semiconductor memory device described above can be easily manufactured by the manufacturing method according to the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態による半導体記憶装
置の構造を示す平面図および断面図。
FIGS. 1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor memory device according to a first embodiment;

【図2】本発明の第1の実施の形態による半導体記憶装
置の製造方法を示す工程断面図。
FIG. 2 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態による半導体記憶装
置の構造を示す平面図および断面図。
FIGS. 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, showing a structure of the semiconductor memory device according to the first embodiment;

【図4】本発明の第1の実施の形態による半導体記憶装
置の製造方法を示す工程断面図。
FIG. 4 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明による半導体記憶装置の動作原理を説明
する図。
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation principle of the semiconductor memory device according to the present invention.

【図6】本発明による半導体記憶装置の回路構成図。FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a semiconductor memory device according to the present invention.

【図7】本発明による半導体記憶装置の回路構成図。FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a semiconductor memory device according to the present invention.

【図8】本発明による半導体記憶装置の動作原理を説明
する回路図。
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating the operation principle of a semiconductor memory device according to the present invention.

【図9】本発明による半導体記憶装置の動作原理を説明
する回路図。
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating the operation principle of a semiconductor memory device according to the present invention.

【図10】本発明による半導体記憶装置のタイミングチ
ャートを示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a timing chart of the semiconductor memory device according to the present invention.

【図11】本発明による半導体記憶装置のタイミングチ
ャートを示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a timing chart of the semiconductor memory device according to the present invention.

【図12】本発明による半導体記憶装置のタイミングチ
ャートを示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a timing chart of the semiconductor memory device according to the present invention.

【図13】本発明による半導体記憶装置の他の例を示す
断面図。
FIG. 13 is a sectional view showing another example of the semiconductor memory device according to the present invention.

【図14】本発明による半導体記憶装置の他の例を示す
断面図。
FIG. 14 is a sectional view showing another example of the semiconductor memory device according to the present invention.

【図15】本発明の第2の実施の形態による半導体記憶
装置の構造を示す平面図および断面図。
FIGS. 15A and 15B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor memory device according to a second embodiment;

【図16】本発明の第2の実施の形態による半導体記憶
装置の他の構造を示す断面図。
FIG. 16 is a sectional view showing another structure of the semiconductor memory device according to the second embodiment;

【図17】本発明の第3の実施の形態による半導体記憶
装置の構造を示す平面図および断面図。
FIGS. 17A and 17B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor memory device according to a third embodiment;

【図18】本発明の第3の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す工程断面図。
FIG. 18 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第3の実施の形態による半導体記憶
装置の他の構造を示す平面図および断面図。
FIG. 19 is a plan view and a cross-sectional view illustrating another structure of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第3の実施の形態による半導体記憶
装置の他の構造を示す平面図および断面図。
FIG. 20 is a plan view and a cross-sectional view illustrating another structure of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第4の実施の形態による半導体記憶
装置の構造を示す平面図および断面図。
FIGS. 21A and 21B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor memory device according to a fourth embodiment;

【図22】本発明の第5の実施の形態による半導体記憶
装置の構造を示す平面図および断面図。
FIGS. 22A and 22B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor memory device according to a fifth embodiment;

【図23】本発明の第6の実施の形態による半導体記憶
装置の構造を示す平面図および断面図。
FIGS. 23A and 23B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor memory device according to a sixth embodiment;

【図24】本発明の第6の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図および断面図。
FIGS. 24A and 24B are a plan view and a sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the sixth embodiment; FIGS.

【図25】本発明の第6の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図および断面図。
FIGS. 25A and 25B are a plan view and a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor storage device according to the sixth embodiment; FIGS.

【図26】本発明の第6の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図および断面図。
FIGS. 26A and 26B are a plan view and a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the sixth embodiment; FIGS.

【図27】本発明の第6の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図および断面図。
FIGS. 27A and 27B are a plan view and a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the sixth embodiment; FIGS.

【図28】本発明の第6の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図および断面図。
FIGS. 28A and 28B are a plan view and a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the sixth embodiment; FIGS.

【図29】本発明の第6の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図および断面図。
FIGS. 29A and 29B are a plan view and a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the sixth embodiment; FIGS.

【図30】本発明の第6の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図および断面図。
FIGS. 30A and 30B are a plan view and a sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the sixth embodiment; FIGS.

【図31】本発明の第6の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図および断面図。
FIG. 31 is a plan view and a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the sixth embodiment;

【図32】本発明の第6の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図および断面図。
FIGS. 32A and 32B are a plan view and a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the sixth embodiment;

【図33】本発明の第7の実施の形態による半導体記憶
装置の構造を示す平面図。
FIG. 33 is a plan view showing a structure of a semiconductor memory device according to a seventh embodiment;

【図34】本発明の第7の実施の形態による半導体記憶
装置の構造を示す断面図。
FIG. 34 is a sectional view showing the structure of the semiconductor memory device according to the seventh embodiment;

【図35】本発明の第7の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図および断面図。
FIG. 35 is a plan view and a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the seventh embodiment of the present invention.

【図36】本発明の第7の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図および断面図。
FIG. 36 is a plan view and a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor storage device according to the seventh embodiment;

【図37】本発明の第7の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図および断面図。
FIG. 37 is a plan view and a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor storage device according to the seventh embodiment of the present invention;

【図38】本発明の第7の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図。
FIG. 38 is a plan view illustrating the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the seventh embodiment of the present invention.

【図39】本発明の第7の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す断面図。
FIG. 39 is a sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor memory device according to the seventh embodiment;

【図40】本発明の第7の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す断面図。
FIG. 40 is a sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor memory device according to the seventh embodiment of the present invention.

【図41】本発明の第7の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す平面図。
FIG. 41 is a plan view showing the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the seventh embodiment of the present invention.

【図42】本発明の第7の実施の形態による半導体記憶
装置の製造方法を示す断面図。
FIG. 42 is a sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor memory device according to the seventh embodiment;

【図43】従来の半導体記憶装置の構造を示す平面図お
よび断面図。
FIG. 43 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、61、71、81、91…半導体基板、 4…トレンチ、 5…キャパシタ絶縁膜、 6、6´、73、76…蓄積電極、 7…ゲート絶縁膜、 8…ゲート電極、 9、9´、126…拡散層、 10…プレート電極、 11…ビット線接続孔、 12、22、41…素子分離絶縁膜、 13…ビット線、 16、93…半導体層、 17…金属、 31…エピタキシャル成長層、 36、37、94、95、111、113、114、1
15、117、122、124、125…絶縁膜、 38、96、97…層間絶縁膜、 45、123…レジスト膜、 51…p型拡散層、 52…一斉消去線、 53…センスアンプ、 54…“0”書き制御線、 55…バイポーラトランジスタ、 62、72、82、92…絶縁層、 116、116´、120、121…半導体層
1, 61, 71, 81, 91: semiconductor substrate, 4: trench, 5: capacitor insulating film, 6, 6 ', 73, 76 ... storage electrode, 7: gate insulating film, 8: gate electrode, 9, 9' , 126: diffusion layer, 10: plate electrode, 11: bit line connection hole, 12, 22, 41: element isolation insulating film, 13: bit line, 16, 93: semiconductor layer, 17: metal, 31: epitaxial growth layer, 36, 37, 94, 95, 111, 113, 114, 1
15, 117, 122, 124, 125 ... insulating film, 38, 96, 97 ... interlayer insulating film, 45, 123 ... resist film, 51 ... p-type diffusion layer, 52 ... simultaneous erase line, 53 ... sense amplifier, 54 ... "0" write control line, 55: bipolar transistor, 62, 72, 82, 92 ... insulating layer, 116, 116 ', 120, 121 ... semiconductor layer

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板表面に形成された整流性を有
する接合によって分離された第1の電極領域および第2
の電極領域と、この接合の縁部の位置する基板表面上に
ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有する
スイッチ素子と、蓄積電極とキャパシタ絶縁膜とプレー
ト電極とを有するキャパシタとを具備し、前記スイッチ
素子の第1の電極領域と前記キャパシタの蓄積電極とが
接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。
1. A first electrode region and a second electrode region separated by a rectifying junction formed on a surface of a semiconductor substrate.
A switch element having an electrode region and a gate electrode formed via a gate insulating film on the substrate surface located at the edge of this junction; and a capacitor having a storage electrode, a capacitor insulating film, and a plate electrode. A semiconductor memory device comprising: a first electrode region of the switch element; and a storage electrode of the capacitor.
【請求項2】 前記接合はpn接合またはショットキー
接合である請求項1記載の半導体記憶装置。
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said junction is a pn junction or a Schottky junction.
【請求項3】 前記キャパシタの蓄積電極は前記半導体
基板に形成された溝の内部に埋め込まれ、前記キャパシ
タ絶縁膜は前記溝の壁面に形成され、前記プレート電極
は前記半導体基板により構成され、前記接合の基板表面
上に露出する縁部および前記ゲート電極の少なくとも一
部が前記溝の上方に形成されている請求項1乃至2記載
の半導体記憶装置。
3. The storage electrode of the capacitor is embedded in a groove formed in the semiconductor substrate, the capacitor insulating film is formed on a wall surface of the groove, and the plate electrode is formed by the semiconductor substrate. 3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein an edge portion exposed on a substrate surface of the junction and at least a part of said gate electrode are formed above said groove.
【請求項4】 前記半導体基板は表面に絶縁層とこの絶
縁層上に形成された半導体層とを具備し、前記スイッチ
素子の接合はこの半導体層に形成されている請求項1乃
至3記載の半導体記憶装置。
4. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor substrate has an insulating layer on a surface thereof and a semiconductor layer formed on the insulating layer, and the junction of the switch element is formed on the semiconductor layer. Semiconductor storage device.
【請求項5】 半導体基板上に形成された絶縁層上のビ
ット線を構成する第1の半導体層と、この第1の半導体
層上に柱状に形成された第2の半導体層の側壁表面領域
の一部にその縁部が側壁表面に露出するように形成され
た整流性を有する接合によって分離された第1の電極領
域および第2の電極領域とこの接合の縁部の位置する前
記第2の半導体層の側壁表面上にゲート絶縁膜を介して
形成されたゲート電極とを有するスイッチ素子と、蓄積
電極とキャパシタ絶縁膜とプレート電極とを有するキャ
パシタとを具備し、前記スイッチ素子の第1の電極領域
と前記キャパシタの蓄積電極とは前記第2の半導体層の
上面において接続され、前記スイッチ素子の第2の電極
領域と前記第1の半導体層とが接続されていることを特
徴とする半導体記憶装置。
5. A first semiconductor layer forming a bit line on an insulating layer formed on a semiconductor substrate, and a side wall surface region of a second semiconductor layer formed in a column on the first semiconductor layer. A first electrode region and a second electrode region separated by a rectifying junction formed so that an edge thereof is exposed to a side wall surface at a part of the second electrode region and the second electrode region located at an edge of the junction. A switching element having a gate electrode formed on the side wall surface of the semiconductor layer with a gate insulating film interposed therebetween, and a capacitor having a storage electrode, a capacitor insulating film, and a plate electrode; And the storage electrode of the capacitor are connected on the upper surface of the second semiconductor layer, and the second electrode region of the switch element is connected to the first semiconductor layer. Semiconductor memory apparatus.
【請求項6】 半導体基板表面に形成された整流性を有
する接合によって分離された第1の電極領域および第2
の電極領域と、この接合の縁部の位置する基板表面上に
ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有する
スイッチ素子と、蓄積電極とキャパシタ絶縁膜とプレー
ト電極とを有するキャパシタとを具備し、前記スイッチ
素子の第1の電極領域と前記キャパシタの蓄積電極とが
接続されている半導体記憶素子と、複数個の前記半導体
記憶素子が前記スイッチ素子の第2の電極領域を介して
接続されている導電性配線を具備し、前記スイッチ素子
の第1および第2の電極領域の間を流れる電流は前記ゲ
ート電極に印加する電圧により制御されることを特徴と
する半導体記憶装置。
6. A first electrode region and a second electrode region separated by a rectifying junction formed on a surface of a semiconductor substrate.
A switch element having an electrode region and a gate electrode formed via a gate insulating film on the substrate surface located at the edge of this junction; and a capacitor having a storage electrode, a capacitor insulating film, and a plate electrode. A semiconductor memory element, wherein the first electrode area of the switch element is connected to a storage electrode of the capacitor, and a plurality of the semiconductor memory elements are connected via a second electrode area of the switch element And a current flowing between the first and second electrode regions of the switch element is controlled by a voltage applied to the gate electrode.
【請求項7】 3つの電極を有する第1のスイッチ素子
と、蓄積電極とプレート電極を有するキャパシタとを具
備し、前記第1のスイッチ素子の第1の電極が前記蓄積
電極に接続されている半導体記憶素子と、複数の前記半
導体記憶素子が前記スイッチ素子の第2の電極を介して
接続された第1の導電性配線と、この第1の導電性配線
に接続された第2のスイッチ素子と、複数の前記第1の
導電性配線が前記第2のスイッチ素子を介して接続され
た第2の導電性配線と、前記第1の導電性配線の電位を
検出するセンスアンプとを具備し、前記第1のスイッチ
素子の第1の電極と第2の電極の電圧電流特性は整流性
を有し、前記第1および第2の電極の間の電圧が逆バイ
アスの時に前記第2の電極と前記第1のスイッチ素子の
第3の電極との間の電圧を変化させることにより前記第
1の電極と第2の電極の間を流れる電流を変化させ、前
記第1および第2の電極の間の電圧が順バイアスとなる
電位を前記第2の導電性配線に印加することにより前記
第2のスイッチ素子により選択された複数個の半導体記
憶素子の前記キャパシタの蓄積電極に同時に電荷を注入
することを特徴とする半導体記憶装置。
7. A first switch element having three electrodes, a capacitor having a storage electrode and a plate electrode, and a first electrode of the first switch element is connected to the storage electrode. A semiconductor storage element, a first conductive wiring in which the plurality of semiconductor storage elements are connected via a second electrode of the switch element, and a second switch element connected to the first conductive wiring A second conductive wiring in which a plurality of the first conductive wirings are connected via the second switch element; and a sense amplifier for detecting a potential of the first conductive wiring. A voltage-current characteristic of a first electrode and a second electrode of the first switch element has a rectifying property, and when the voltage between the first and second electrodes is reverse-biased, the second electrode And a third electrode of the first switch element By changing a voltage, a current flowing between the first electrode and the second electrode is changed, and a potential at which a voltage between the first and second electrodes becomes a forward bias is changed to the second conductive property. A semiconductor memory device, wherein charges are simultaneously injected into storage electrodes of the capacitors of a plurality of semiconductor memory elements selected by the second switch element by applying a voltage to a wiring.
【請求項8】 3つの電極を有する第1のスイッチ素子
と、蓄積電極とプレート電極を有するキャパシタとを具
備し、前記第1のスイッチ素子の第1の電極が前記蓄積
電極に接続されている半導体記憶素子と、複数の前記半
導体記憶素子が前記スイッチ素子の第2の電極を介して
接続された導電性配線と、この導電性配線の電位を検出
するセンスアンプとを具備し、前記第1のスイッチ素子
の第1の電極と第2の電極の電圧電流特性は整流性を有
し、前記第1および第2の電極の間の電圧が逆バイアス
の時に前記第2の電極と前記第1のスイッチ素子の第3
の電極との間の電圧を変化させることにより前記第1の
電極と第2の電極の間を流れる電流を変化させ、前記蓄
積電極の電位がV0 以上V2 +Va未満の場合を第1の
状態、前記蓄積電極の電位がV2 +Va以上V1 +Va
−V2 未満の場合を第2の状態とする時、Tを第2の状
態に至るまで前記第3の電極にV1 を印加する時間、I
d1を前記第3の電極にV1 を印加した時の前記第1およ
び第2の電極間に流れる電流、Id2を前記第3の電極に
2 を印加した時の前記第1および第2の電極間に流れ
る電流、Cs を前記キャパシタの容量、Cb を前記導電
性配線の容量、Vaを任意の電位とし、前記導電性配線
に並列に接続されているメモリセルの個数をnとして、
0 、V1 、V2 は T×Id1≧Cs ×(V1 +Va−V0 ) T×Id2<<Cs ×(V2 +Va−V0 ) V0 ≦V2 +Va Cs /(Cs +Cb )×(V2 +Va)≦V1 −V2 n≦Id1/Id2 を満足することを特徴とする半導体記憶装置。
8. A first switch element having three electrodes, and a capacitor having a storage electrode and a plate electrode, wherein a first electrode of the first switch element is connected to the storage electrode. A semiconductor storage element, a conductive wiring in which the plurality of semiconductor storage elements are connected via a second electrode of the switch element, and a sense amplifier for detecting a potential of the conductive wiring; The voltage and current characteristics of the first electrode and the second electrode of the switch element have a rectifying property, and when the voltage between the first and second electrodes is reverse-biased, the second electrode and the first electrode Of the third switch element
The current flowing between the first electrode and the second electrode is changed by changing the voltage between the first and second electrodes. When the potential of the storage electrode is equal to or higher than V 0 and lower than V 2 + Va, the first voltage is applied. State, the potential of the storage electrode is V 2 + Va or more and V 1 + Va
When the case where the voltage is less than −V 2 is set to the second state, T is the time for applying V 1 to the third electrode until the second state is reached, I
current flowing d1 between the first and second electrodes upon application of a V 1 to said third electrode, said first and second at the time of applying the V 2 to the third electrode I d2 Where Cs is the capacitance of the capacitor, Cb is the capacitance of the conductive wiring, Va is an arbitrary potential, and n is the number of memory cells connected in parallel to the conductive wiring.
V 0 , V 1 , and V 2 are T × I d1 ≧ Cs × (V 1 + Va−V 0 ) T × I d2 << Cs × (V 2 + Va−V 0 ) V 0 ≦ V 2 + Va Cs / (Cs + Cb) × (V 2 + Va) ≦ V 1 −V 2 n ≦ I d1 / I d2
【請求項9】 半導体基板中に蓄積電極とキャパシタ絶
縁膜とプレート電極とを具備するキャパシタを形成する
工程と、前記蓄積電極に接続するように第1の導電型を
有する半導体層を形成する工程と、前記半導体層の表面
にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上
に前記半導体層の少なくとも一部を覆うようにゲート電
極を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲ
ート電極と対向する位置に第1の導電型を有する前記半
導体層との接合が形成されるように第2の導電型を有す
る拡散層または導電層を形成する工程と、前記ゲート電
極を覆う絶縁膜を形成する工程と、前記第2の拡散層ま
たは前記導電層に接続する導電性配線を形成する工程と
を具備することを特徴とする半導体記憶装置の製造方
法。
9. A step of forming a capacitor having a storage electrode, a capacitor insulating film, and a plate electrode in a semiconductor substrate, and a step of forming a semiconductor layer having a first conductivity type so as to be connected to the storage electrode. Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor layer; forming a gate electrode on the gate insulating film so as to cover at least a part of the semiconductor layer; Forming a diffusion layer or a conductive layer having a second conductivity type such that a junction with the semiconductor layer having the first conductivity type is formed at a position facing the gate electrode; A method for manufacturing a semiconductor memory device, comprising: forming a film; and forming a conductive wiring connected to the second diffusion layer or the conductive layer.
【請求項10】 第1の導電型を有する半導体層の表面
に第2の導電型を有する拡散層または導電層を形成する
工程と、前記第1の導電型を有する半導体層と前記第2
の導電型を有する拡散層または前記導電層との間の接合
の縁部が位置する前記半導体層表面にゲート絶縁膜を介
してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆
う絶縁膜を形成する工程と、前記第1の導電型を有する
半導体層または前記第2の導電型を有する拡散層または
前記導電層に接続する蓄積電極を形成する工程と、前記
蓄積電極の表面にキャパシタ絶縁膜を介してプレート電
極を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体
記憶装置の製造方法。
10. A step of forming a diffusion layer or a conductive layer having a second conductivity type on a surface of a semiconductor layer having a first conductivity type, and forming the semiconductor layer having the first conductivity type and the second conductivity type.
Forming a gate electrode via a gate insulating film on the surface of the semiconductor layer where the edge of the junction between the diffusion layer having the conductivity type or the conductive layer is located, and forming an insulating film covering the gate electrode Forming a semiconductor layer having the first conductivity type or a diffusion layer having the second conductivity type or a storage electrode connected to the conductive layer; and forming a capacitor insulating film on the surface of the storage electrode. Forming a plate electrode through the intermediary of the semiconductor memory device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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