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JP3411346B2 - Semiconductor memory device and method of manufacturing the same - Google Patents
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JP3411346B2 - Semiconductor memory device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor memory device and method of manufacturing the same

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JP3411346B2
JP3411346B2 JP25924293A JP25924293A JP3411346B2 JP 3411346 B2 JP3411346 B2 JP 3411346B2 JP 25924293 A JP25924293 A JP 25924293A JP 25924293 A JP25924293 A JP 25924293A JP 3411346 B2 JP3411346 B2 JP 3411346B2
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epitaxial layer
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプレーナ構造と称される
半導体メモリ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device called a planar structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般のMOS型半導体集積回路装置は、
フィールド酸化膜によって素子分離を行ない、ソース領
域とドレイン領域はゲート電極をマスクにしてセルフア
ライン法により不純物が基板に導入されて形成されてい
る。ソース領域とドレイン領域のコンタクトはトランジ
スタ1個について1個又は2個が必要であるため、コン
タクトマージンや配線ピッチによって高集積化が妨げら
れる欠点がある。
2. Description of the Related Art A general MOS type semiconductor integrated circuit device is
Element isolation is performed by a field oxide film, and a source region and a drain region are formed by introducing impurities into a substrate by a self-alignment method using a gate electrode as a mask. Since one or two contacts are required for the source region and the drain region for each transistor, there is a drawback that high integration is hindered by the contact margin and the wiring pitch.

【0003】そこで、その問題を解決するために、プレ
ーナ構造と称される半導体集積回路装置が提案されてい
る(特開昭61−288464号公報,特開昭63−9
6953号公報などを参照)。プレーナ構造では、複数
のMOSトランジスタのソース領域のための連続した拡
散領域と、複数のMOSトランジスタのドレイン領域の
ための連続した拡散領域とが互いに平行に基板に形成さ
れ、基板上には絶縁膜を介して両拡散領域に交差するワ
ードラインが形成される。ワードラインはゲート電極を
兼ねており、ワードラインの下の基板上にはゲート酸化
膜が形成され、ソース領域とドレイン領域に挾まれた基
板表面がチャネル領域になり、そのチャネル領域を含ん
でソース領域、ドレイン領域、ゲート酸化膜及びゲート
電極によりメモリートランジスタが構成される。
In order to solve the problem, a semiconductor integrated circuit device called a planar structure has been proposed (Japanese Patent Laid-Open Nos. 61-288464 and 63-9).
6953, etc.). In the planar structure, continuous diffusion regions for source regions of a plurality of MOS transistors and continuous diffusion regions for drain regions of a plurality of MOS transistors are formed on a substrate in parallel with each other, and an insulating film is formed on the substrate. A word line that intersects both diffusion regions is formed via the. The word line also serves as a gate electrode, a gate oxide film is formed on the substrate below the word line, and the substrate surface sandwiched between the source region and the drain region becomes the channel region, and the source region including the channel region is formed. The region, the drain region, the gate oxide film and the gate electrode form a memory transistor.

【0004】プレーナ構造では、素子分離用にフィール
ド酸化膜を設ける必要がなく、また、ソース領域とドレ
イン領域が複数個のトランジスタで共有されるので、そ
のコンタクトも数個または数十個のトランジスタに1個
の割りですみ、高集積化を図る上で好都合である。
In the planar structure, it is not necessary to provide a field oxide film for element isolation, and since the source region and the drain region are shared by a plurality of transistors, the contact thereof can be several or tens of transistors. Only one is required, which is convenient for high integration.

【0005】各メモリートランジスタは、ROMコード
を決めるためにイオン注入によってしきい値電圧が設定
されている。例えば、メモリートランジスタがNチャネ
ル型である場合、メモリートランジスタのチャネル領域
にボロンを注入してしきい値電圧を高めるか、注入しな
いでしきい値電圧を低いままとしている。あるメモリー
トランジスタのワードラインが選択されて電圧が印加さ
れたとき、そのメモリートランジスタのしきい値電圧が
低いものであればビットライン(ドレイン領域)からソ
ース領域へ電流が流れ、もし、しきい値電圧が高いもの
であれば電流が流れないので、ビットラインに接続され
たセンス回路によってROMの内容が読み出される。
The threshold voltage of each memory transistor is set by ion implantation to determine the ROM code. For example, when the memory transistor is an N-channel type, boron is injected into the channel region of the memory transistor to increase the threshold voltage, or it is not injected and the threshold voltage is kept low. When a word line of a memory transistor is selected and a voltage is applied, if the threshold voltage of the memory transistor is low, a current flows from the bit line (drain region) to the source region. If the voltage is high, no current flows, so the contents of the ROM are read by the sense circuit connected to the bit line.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】プレーナ構造におい
て、さらに微細化を図ろうとした場合、ソース領域とド
レイン領域の拡散層によるショートチャネル効果によっ
て微細化が制約される。周辺トランジスタのような通常
のMOSトランジスタでは拡散層をLDD構造とするこ
とによりショートチャネル効果の問題を回避できるが、
プレーナ構造ではその構造上LDD構造を採用すること
は困難である。
When further miniaturization is attempted in the planar structure, the miniaturization is restricted by the short channel effect due to the diffusion layers of the source region and the drain region. In a normal MOS transistor such as a peripheral transistor, the problem of the short channel effect can be avoided by making the diffusion layer an LDD structure.
In the planar structure, it is difficult to adopt the LDD structure due to its structure.

【0007】ドレイン領域とソース領域が基板に形成さ
れた拡散層により形成されているため、抵抗値が高く、
またドレイン領域とソース領域の底面と側壁に接合が形
成されるため寄生容量が発生し、これらの高抵抗と寄生
容量によって動作速度が遅くなることが考えられる。本
発明はプレーナ構造のメモリ装置の動作速度をさらに速
めることを目的とするものである。
Since the drain region and the source region are formed by the diffusion layer formed on the substrate, the resistance value is high,
Further, it is conceivable that a junction is formed on the bottom surface and the side wall of the drain region and the source region to generate a parasitic capacitance, and the high resistance and the parasitic capacitance slow the operation speed. The present invention aims to further increase the operation speed of a memory device having a planar structure.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、広い面積の不
純物拡散層にてなるソース領域上にシリコンエピタキシ
ャル層とその上のドレイン用不純物拡散層からなる二層
構造の第1の帯状層が複数本互いに平行に形成されてお
り、そのシリコンエピタキシャル層の側面上にはゲート
酸化膜が形成され、両不純物拡散層は絶縁膜で被われて
おり、ゲート酸化膜と前記絶縁膜を介して第1の帯状層
と交差する方向に帯状に延びて複数本が互いに平行に形
成された導電層でゲート電極を兼ねる第2の帯状層のワ
ードラインが形成され、第1の帯状層とワードラインと
の交差部分がメモリ素子となり、各メモリ素子は記憶す
べき情報に応じて少なくともシリコンエピタキシャル層
が第1の帯状層の延びる方向の溝によって分割されてい
るか分割されていないかのいずれかの状態をとり、各交
差部分のシリコンエピタキシャル層の側面にチャネルが
形成される半導体メモリ装置である。
According to the present invention, a first band-shaped layer having a two-layer structure composed of a silicon epitaxial layer and a drain impurity diffusion layer thereon is formed on a source region made of an impurity diffusion layer having a large area. A plurality of gate electrodes are formed in parallel with each other, a gate oxide film is formed on the side surface of the silicon epitaxial layer, and both impurity diffusion layers are covered with an insulating film. A word line of a second strip-shaped layer that also serves as a gate electrode is formed by a conductive layer that extends in a strip shape in a direction intersecting with one strip-shaped layer and is formed in parallel to each other, and the first strip-shaped layer and the word line are formed. Is a memory element, and in each memory element, at least the silicon epitaxial layer is divided or divided by the groove in the extending direction of the first strip-shaped layer according to the information to be stored. It has one of the states of the squid, a semiconductor memory device in which a channel is formed in the side surface of the silicon epitaxial layer of each intersection.

【0009】本発明はまた、広い面積の不純物拡散層に
てなるソース領域上にシリコンエピタキシャル層とその
上のドレイン用不純物拡散層からなる二層構造の第1の
帯状層が複数本互いに平行に形成されており、シリコン
エピタキシャル層の側面上にはゲート酸化膜が形成さ
れ、両不純物拡散層は絶縁膜で被われており、ゲート酸
化膜と前記絶縁膜を介して第1の帯状層と交差する方向
に帯状に延びて複数本が互いに平行に形成された導電層
でゲート電極を兼ねる第2の帯状層のワードラインが形
成され、第1の帯状層とワードラインとの交差部分がメ
モリ素子となり、各メモリ素子は記憶すべき情報に応じ
て少なくともシリコンエピタキシャル層が第1の帯状層
の延びる方向の1もしくは2以上の溝によって分割され
ているか、又は分割されていないかのいずれかの状態を
とり、各交差部分のシリコンエピタキシャル層の側面に
チャネルが形成される多値の半導体メモリ装置である。
Further, according to the present invention, a plurality of first strip-shaped layers having a two-layer structure, which are composed of a silicon epitaxial layer and an impurity diffusion layer for drain thereabove, are provided in parallel on a source region formed of an impurity diffusion layer having a large area. A gate oxide film is formed on the side surface of the silicon epitaxial layer, both impurity diffusion layers are covered with an insulating film, and the gate oxide film intersects the first strip layer through the insulating film. The word line of the second strip-shaped layer also serving as the gate electrode is formed by the conductive layers formed in parallel with each other and extending in the strip-shaped direction, and the intersection between the first strip-shaped layer and the word line is formed in the memory element. In each memory element, at least the silicon epitaxial layer is divided by one or two or more grooves in the extending direction of the first strip-shaped layer according to the information to be stored. It is take one of the following states or not, a semiconductor memory device of multi-level channel on the side surface of the silicon epitaxial layer is formed on each intersection.

【0010】好ましい態様では、ドレイン用不純物拡散
層の表面には高融点金属層又は高融点金属シリサイド層
が形成されている。他の好ましい態様では、ワードライ
ンは高融点金属層、高融点金属シリサイド層又はポリシ
リコン上に高融点金属シリサイドを積層したポリサイド
構造の導電層である。
In a preferred embodiment, a refractory metal layer or refractory metal silicide layer is formed on the surface of the drain impurity diffusion layer. In another preferred embodiment, the word line is a refractory metal layer, a refractory metal silicide layer, or a conductive layer having a polycide structure in which refractory metal silicide is laminated on polysilicon.

【0011】本発明の製造方法は、以下の工程(A)か
ら(G)を含んで半導体メモリ装置を製造する。(A)
シリコン基板表面の広い面積に第1導電型不純物を導入
してソース領域を形成する工程、(B)ソース領域が表
面にあるシリコン基板上に第2導電型シリコンエピタキ
シャル層を形成する工程、(C)第2導電型シリコンエ
ピタキシャル層上に第1導電型シリコンエピタキシャル
層を堆積し、又は第2導電型シリコンエピタキシャル層
の表面に第1導電型不純物を導入してその表面領域を第
1導電型層にする工程、(D)第2導電型シリコンエピ
タキシャル層とその上層の第1導電型層を互いに平行な
複数の帯状で、かつ後で形成されるこの帯状パターンに
交差するワードラインとの交差部分のうち記憶すべき情
報に応じて必要な交差部分にはこの帯状パターンの延び
る方向の溝を必要な数だけ有する形状にパターン化する
工程、(E)第2導電型シリコンエピタキシャル層の側
面上にゲート酸化膜、他の露出面上にも酸化膜を形成す
る熱酸化工程、(F)ゲート酸化膜及び他の酸化膜上か
ら低抵抗化された多結晶シリコン膜又はさらにその上に
高融点金属膜もしくは高融点金属シリサイド膜を有する
導電膜を形成する工程、(G)この導電膜を前記帯状パ
ターンと交差する互いに平行な帯状にパターン化してワ
ードラインとする工程。
The manufacturing method of the present invention manufactures a semiconductor memory device including the following steps (A) to (G). (A)
A step of forming a source region by introducing a first conductivity type impurity into a large area of a silicon substrate surface, (B) a step of forming a second conductivity type silicon epitaxial layer on a silicon substrate having a source region on the surface, (C) ) A first conductivity type silicon epitaxial layer is deposited on the second conductivity type silicon epitaxial layer, or a first conductivity type impurity is introduced into the surface of the second conductivity type silicon epitaxial layer to form a surface region of the first conductivity type silicon epitaxial layer. And (D) crossing portions of the second-conductivity-type silicon epitaxial layer and the first-conductivity-type layer thereabove in a plurality of strips parallel to each other and crossing the strip-shaped pattern formed later. A step of patterning a shape having a required number of grooves in the extending direction of the strip-shaped pattern at intersections required according to the information to be stored, (E) second A thermal oxidation step of forming a gate oxide film on the side surface of the electro-type silicon epitaxial layer and an oxide film on the other exposed surface, and (F) Polycrystalline silicon having a low resistance from the gate oxide film and the other oxide film. A step of forming a film or a conductive film having a refractory metal film or a refractory metal silicide film thereon, (G) patterning the conductive film into mutually parallel strips intersecting the strip pattern to form word lines Process.

【0012】本発明の製造方法の好ましい態様では、前
記工程(C)において、第2導電型シリコンエピタキシ
ャル層上の第1導電型層上に、さらに高融点金属膜又は
高融点金属シリサイド膜を形成する。
In a preferred aspect of the manufacturing method of the present invention, in the step (C), a refractory metal film or a refractory metal silicide film is further formed on the first conductivity type layer on the second conductivity type silicon epitaxial layer. To do.

【0013】[0013]

【実施例】図1は一実施例を表わすメモリ部分の概略平
面図、図2は図1中のメモリ素子6a〜6dの断面図を
表している。図1でシリコン基板上に図で縦方向に帯状
に延びる互いに平行なビットライン2と、ビットライン
2と交差する方向に帯状に延びる互いに平行な複数のワ
ードライン4とを有し、ビットライン2とワードライン
4の交差部分がそれぞれメモリ素子6a〜6dとなって
いる。メモリ素子6bはビットライン2の延びる方向の
溝によって2つの領域に分割され、メモリ素子6cはビ
ットライン2の延びる方向の溝によって3つの領域に分
割され、メモリ素子6dはビットライン2の延びる方向
の溝によって4つの領域に分割されている。メモリ素子
6aはそのような溝によって分割されていない。
1 is a schematic plan view of a memory portion showing an embodiment, and FIG. 2 is a sectional view of memory elements 6a to 6d in FIG. In FIG. 1, there are provided bit lines 2 on a silicon substrate, which are parallel to each other and extend in the vertical direction in the form of strips, and a plurality of parallel word lines 4 which extend in the form of strips in the direction intersecting the bit lines 2. And the intersections of the word lines 4 are memory elements 6a to 6d, respectively. The memory element 6b is divided into two regions by the groove in the extending direction of the bit line 2, the memory element 6c is divided into three regions by the groove in the extending direction of the bit line 2, and the memory element 6d is formed in the extending direction of the bit line 2. The groove is divided into four regions. The memory element 6a is not divided by such a groove.

【0014】メモリ素子6a〜6dのさらに詳しい構造
を図2により説明する。P型シリコン基板10の表面に
砒素やリンなどのN型不純物が導入されてN型拡散層に
てなるソース領域12が形成されている。ソース領域1
2はメモリ素子のソースとなる拡散領域であり、複数個
のメモリ素子に共通に広い面積にわたってパターン化さ
れないで形成されている。
A more detailed structure of the memory devices 6a to 6d will be described with reference to FIG. A source region 12 formed of an N-type diffusion layer is formed by introducing an N-type impurity such as arsenic or phosphorus into the surface of the P-type silicon substrate 10. Source area 1
Reference numeral 2 denotes a diffusion region serving as a source of the memory element, which is formed over a wide area in common with a plurality of memory elements without being patterned.

【0015】ソース領域12上には図2では紙面垂直方
向、図1では縦方向に帯状に延びるP型シリコンエピタ
キシャル層14が形成され、エピタキシャル層14上に
はエピタキシャル成長されたN型シリコン層16が形成
され、N型シリコン層16はビットライン2を構成して
いる。エピタキシャル層14の側面上にはゲート酸化膜
18が形成され、ソース領域12とN型シリコン層16
はゲート酸化膜18よりも厚い酸化膜20で被われてい
る。ゲート酸化膜18と酸化膜20上に形成されたワー
ドライン4はビットライン2と交差する方向に互いに平
行な帯状パターンとして形成されており、例えば不純物
導入により低抵抗化されたポリシリコン膜がパターン化
されたものである。図では省略されているが、ワードラ
イン4及びビットライン2を被うように層間絶縁膜が形
成されて、その層間絶縁膜の必要な部分にはコンタクト
ホールがあけられ、その層間絶縁膜上から形成されるメ
タル配線と下部の部分とが接続される。
A P-type silicon epitaxial layer 14 is formed on the source region 12 in the direction perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 2 and in the vertical direction in FIG. 1, and a P-type silicon epitaxial layer 14 is formed on the epitaxial layer 14. The N-type silicon layer 16 thus formed constitutes the bit line 2. A gate oxide film 18 is formed on the side surface of the epitaxial layer 14, and the source region 12 and the N-type silicon layer 16 are formed.
Is covered with an oxide film 20 thicker than the gate oxide film 18. The word lines 4 formed on the gate oxide film 18 and the oxide film 20 are formed as strip-shaped patterns that are parallel to each other in the direction intersecting the bit lines 2. For example, a polysilicon film whose resistance is reduced by introducing impurities is patterned. It has been transformed into Although not shown in the figure, an interlayer insulating film is formed so as to cover the word line 4 and the bit line 2, and a contact hole is opened in a necessary portion of the interlayer insulating film. The formed metal wiring is connected to the lower portion.

【0016】メモリ素子6aではビットライン2のN型
シリコン層16とその下のエピタキシャル層14は1つ
の矩形パターンとして形成されている。メモリ素子6b
ではN型シリコン層16とその下のエピタキシャル層1
4はビットラインの長さ方向に延びる溝24によって2
つの領域に分割されている。同様にしてN型シリコン層
16とその下のエピタキシャル層14は、メモリ素子6
cでは3つの領域に、メモリ素子6dでは4つの領域に
それぞれ分割されている。
In the memory device 6a, the N-type silicon layer 16 of the bit line 2 and the epitaxial layer 14 thereunder are formed as one rectangular pattern. Memory element 6b
Then, the N-type silicon layer 16 and the epitaxial layer 1 thereunder
4 is formed by the groove 24 extending in the length direction of the bit line.
It is divided into two areas. Similarly, the N-type silicon layer 16 and the epitaxial layer 14 below the N-type silicon layer 16 serve as the memory element 6
The area c is divided into three areas, and the memory element 6d is divided into four areas.

【0017】この実施例において、ワードライン4とビ
ットライン2によりあるメモリ素子が選択されて読み出
されるとすると、そのメモリ素子のエピタキシャル層1
4の両方の側面にチャネルが形成されて矢印で示される
ような電流iが流れる。1つのチャネルに流れるオン電
流をiとすると、読み出されたメモリ素子が6aのとき
はオン電流2iが流れ、読み出されたメモリ素子が6b
のときは2つの領域に分割されたエピタキシャル層14
の各側面にチャネルが形成されるので、オン電流4iが
流れる。同様にしてメモリ素子6cではオン電流6i、
メモリ素子6dではオン電流8iが流れる。ビットライ
ン2につながるセンスアンプではこれらのオン電流の違
いを識別する。
In this embodiment, if a memory element is selected and read by the word line 4 and the bit line 2, the epitaxial layer 1 of the memory element is selected.
Channels are formed on both sides of 4 and a current i flows as indicated by an arrow. If the on-current flowing through one channel is i, the on-current 2i flows when the read memory element is 6a, and the read memory element is 6b.
Then the epitaxial layer 14 divided into two regions
Since a channel is formed on each side surface of, the on-current 4i flows. Similarly, in the memory element 6c, the on-current 6i,
An on-current 8i flows through the memory element 6d. The sense amplifier connected to the bit line 2 discriminates between these ON current differences.

【0018】この実施例では1つのメモリ素子に4種類
のデータを書き込むことができ、通常のメモリ素子の2
ビット分の記憶を行なうことができる。従来のメモリ素
子と同様に1つのメモリ素子で1ビットの記憶を行なう
ものとすれば、メモリ素子は6aと6bの2種類を設け
るだけですむ。そのような態様も本発明に含まれてい
る。
In this embodiment, four kinds of data can be written in one memory element, and two kinds of data can be written in a normal memory element.
It is possible to store bits. Assuming that one memory element stores 1 bit as in the conventional memory element, only two types of memory elements, 6a and 6b, need be provided. Such embodiments are also included in the present invention.

【0019】図3は他の実施例をメモリ素子6aを例と
して示したものである。図2のメモリ素子6aと比較す
ると、図2ではワードライン4が低抵抗化されたポリシ
リコン膜一層で形成されているのに対し、図3ではワー
ドラインが低抵抗化されたポリシリコン膜4aとその上
に形成されたタングステン膜30とからなる二層構造で
ある点で異なっている。タングステン膜30はモリブデ
ンなど他の高融点金属膜であってもよく、タングステン
シリサイドやモリブデンシリサイドなどの高融点金属シ
リサイド膜とすることによってワードラインをポリサイ
ド構造としたものであってもよい。またワードラインを
高融点金属膜や高融点金属シリサイド膜一層としてもよ
い。このように、ワードラインを高融点金属膜やポリサ
イド構造などにすることによって低抵抗化することがで
き、高速動作に適するようになる。
FIG. 3 shows another embodiment using the memory element 6a as an example. Compared to the memory device 6a of FIG. 2, the word line 4 is formed of a single layer of low resistance polysilicon film in FIG. 2, whereas the word line 4 of FIG. 3 is formed of low resistance polysilicon film 4a. And a tungsten film 30 formed on top of this, which is a two-layer structure. The tungsten film 30 may be another refractory metal film such as molybdenum, or the word line may have a polycide structure by using a refractory metal silicide film such as tungsten silicide or molybdenum silicide. Further, the word line may be a single layer of high melting point metal film or high melting point metal silicide film. As described above, by forming the word line with a refractory metal film or a polycide structure, it is possible to reduce the resistance and it becomes suitable for high speed operation.

【0020】ビットライン2は図2ではN型シリコンエ
ピタキシャル層としているが、ビットライン2はエピタ
キシャル層14の表面にN型不純物をイオン注入などに
より導入したN型拡散層であってもよい。ビットライン
2はその表面にさらにタングステンやモリブデンなどの
高融点金属膜を積層したり、高融点金属シリサイド膜を
積層したものであってもよい。そのように、高融点金属
膜や高融点金属シリサイド膜を積層すれば、ビットライ
ン2の抵抗が減少して高速動作に好都合になる。
Although the bit line 2 is an N type silicon epitaxial layer in FIG. 2, the bit line 2 may be an N type diffusion layer in which N type impurities are introduced into the surface of the epitaxial layer 14 by ion implantation or the like. The bit line 2 may be formed by further laminating a refractory metal film such as tungsten or molybdenum or a refractory metal silicide film on the surface thereof. By stacking the refractory metal film and the refractory metal silicide film in this way, the resistance of the bit line 2 is reduced, which is convenient for high-speed operation.

【0021】次に、図4により図2の実施例の製造方法
について説明する。 (A)P型シリコン基板2に砒素やリンなどのN型不純
物を30〜100KeVで1014〜1016/cm2程度
イオン注入し、メモリ素子のソース領域となるN型拡散
層12を形成する。32はイオン注入の前にシリコン基
板表面に形成されたシリコン酸化膜である。
Next, the manufacturing method of the embodiment shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. (A) N-type impurities such as arsenic and phosphorus are ion-implanted into the P-type silicon substrate 2 at 30 to 100 KeV to about 10 14 to 10 16 / cm 2 to form an N type diffusion layer 12 to be a source region of a memory element. . Reference numeral 32 is a silicon oxide film formed on the surface of the silicon substrate before the ion implantation.

【0022】(B)シリコン酸化膜32を除去した後、
P型不純物を低濃度に含むシリコンエピタキシャル層3
4を堆積し、その上にN型不純物を高濃度に含むシリコ
ンエピタキシャル層36を堆積する。シリコンエピタキ
シャル層36を堆積するのに代えて、エピタキシャル層
34の表面にN型不純物を注入してもよい。エピタキシ
ャル層34は後にパターン化されてチャネル領域が形成
される層となり、N型シリコン層36はドレイン領域を
含むビットラインとなる。N型シリコン層36上にさら
に高融点金属膜や高融点金属シリサイド膜を堆積しても
よい。N型シリコン層36上に例えばチタンシリサイド
膜を形成する場合を例にすると、N型シリコン層36上
にチタン膜を堆積し、窒素中でアニールした後、未反応
のチタン膜を選択的に除去すればよい。
(B) After removing the silicon oxide film 32,
Silicon epitaxial layer 3 containing a low concentration of P-type impurities
4 is deposited, and a silicon epitaxial layer 36 containing a high concentration of N-type impurities is deposited thereon. Instead of depositing the silicon epitaxial layer 36, N-type impurities may be implanted into the surface of the epitaxial layer 34. The epitaxial layer 34 becomes a layer which will be patterned later to form a channel region, and the N-type silicon layer 36 becomes a bit line including a drain region. A refractory metal film or a refractory metal silicide film may be further deposited on the N-type silicon layer 36. Taking a case where a titanium silicide film is formed on the N-type silicon layer 36 as an example, a titanium film is deposited on the N-type silicon layer 36 and annealed in nitrogen, and then the unreacted titanium film is selectively removed. do it.

【0023】(C)次に、写真製版とエッチングにより
N型シリコン層36(その上に高融点金属膜や高融点金
属シリサイド膜が形成されている場合はそれらも含む)
とその下のエピタキシャル層34をパターン化してそれ
ぞれN型シリコン層16とエピタキシャル層14とす
る。このパターン化は、互いに平行な複数の帯状で、か
つ後で形成されるワードラインとの交差部分のうち記憶
すべき情報に応じて必要な交差部分にはこの帯状パター
ンの延びる方向の溝を必要な数だけ有するように行な
う。
(C) Next, an N-type silicon layer 36 is formed by photolithography and etching (including a refractory metal film or refractory metal silicide film, if any).
And the epitaxial layer 34 thereunder are patterned to form the N-type silicon layer 16 and the epitaxial layer 14, respectively. This patterning requires a plurality of parallel stripes, and a groove in the extending direction of the stripe pattern is required at an intersection required to store information among intersections with a word line to be formed later. As many as possible.

【0024】(D)次に、熱酸化によりエピタキシャル
層14の側面にゲート酸化膜18を形成し、N型シリコ
ン層16とN型拡散層12の表面をそれよりも厚いシリ
コン酸化膜20で被う。ゲート酸化膜18を100〜2
50Åとすれば、シリコン酸化膜20は不純物拡散によ
る増即酸化により500〜1000Å程度の厚さに形成
される。
(D) Next, a gate oxide film 18 is formed on the side surface of the epitaxial layer 14 by thermal oxidation, and the surfaces of the N-type silicon layer 16 and the N-type diffusion layer 12 are covered with a silicon oxide film 20 thicker than that. U 100 to 2 for the gate oxide film 18
If it is 50 Å, the silicon oxide film 20 is formed to a thickness of about 500 to 1000 Å by accelerated oxidation by diffusion of impurities.

【0025】(E)酸化膜18,20上にゲート電極を
含むワードラインとなる不純物を含んだポリシリコン膜
38を堆積する。ポリシリコン膜38は高融点金属膜、
高融点金属シリサイド膜又はポリシリコン膜上に高融点
金属シリサイド膜を積層したポリサイド膜構造としても
よい。
(E) On the oxide films 18 and 20, a polysilicon film 38 containing an impurity which becomes a word line including a gate electrode is deposited. The polysilicon film 38 is a refractory metal film,
A polycide film structure in which a refractory metal silicide film is laminated on a refractory metal silicide film or a polysilicon film may be used.

【0026】その後、写真製版とエッチングによりパタ
ーン化を施し、ビットラインと直交する方向に延びる互
いに平行なワードライン4にパターン化する。さらに、
その後、通常の工程により層間絶縁膜を堆積し、コンタ
クトホールをあけ、メタル膜を堆積し、パターン化して
配線を形成する。最後にパッシベーション膜を形成す
る。
After that, patterning is performed by photolithography and etching to form parallel word lines 4 extending in the direction orthogonal to the bit lines. further,
Then, an interlayer insulating film is deposited by a normal process, a contact hole is opened, a metal film is deposited, and patterned to form a wiring. Finally, a passivation film is formed.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明ではメモリ素子のエピタキシャル
層の側面がチャネル領域となるため、メモリト素子のチ
ャネル長がエピタキシャル層の膜厚により決定され、微
細化の妨げにならなくなる。また1つのゲート電極に対
してチャネルが両側にできるため、通常の2倍のオン電
流を得ることができる。メモリ素子が縦形構造であるた
め、従来例として説明したプレーナ構造に比べるとドレ
イン側の領域が不要となり、高集積化できる。ソースが
大面積のため低抵抗化される。容量については、チャネ
ル長がエピタキシャル層の膜厚により決まるため微細化
してもゲート酸化膜を薄くする必要がないので、MOS
容量の増加を防ぐことができる。さらに、大面積のソー
ス領域を形成することにより、メモリ拡散層(ソース領
域)の周囲長さが減少し、接合容量を減らすことができ
る。このような低抵抗化と低容量化によっても動作速度
を速めることができる。チャネルドープをエピタキシャ
ル層の濃度で調整することができるため、イオン注入法
に比べて欠陥が少なくなり、ドーパントの濃度プロファ
イルがよくなるので、安定したしきい値電圧を得ること
ができる。データ書込みのための高エネルギー注入が不
要であるため、工程が簡便になり、素子へのダメージが
少なくなる。本発明でメモリ素子を分割することによっ
て多値メモリとすれば、より高集積化を図ることができ
る。
According to the present invention, since the side surface of the epitaxial layer of the memory element serves as the channel region, the channel length of the memorized element is determined by the film thickness of the epitaxial layer and does not hinder miniaturization. Moreover, since channels can be formed on both sides with respect to one gate electrode, it is possible to obtain an ON current that is twice as high as a normal ON current. Since the memory element has a vertical structure, a region on the drain side is unnecessary as compared with the planar structure described as the conventional example, and high integration can be achieved. Since the source has a large area, the resistance is reduced. Regarding capacitance, since the channel length is determined by the film thickness of the epitaxial layer, it is not necessary to thin the gate oxide film even if it is miniaturized.
It is possible to prevent an increase in capacity. Further, by forming a large-area source region, the peripheral length of the memory diffusion layer (source region) can be reduced and the junction capacitance can be reduced. The operation speed can be increased by reducing the resistance and the capacitance. Since the channel doping can be adjusted by the concentration of the epitaxial layer, defects are reduced as compared with the ion implantation method, and the concentration profile of the dopant is improved, so that a stable threshold voltage can be obtained. Since high energy injection for writing data is unnecessary, the process is simplified and damage to the device is reduced. If a multi-valued memory is formed by dividing the memory element in the present invention, higher integration can be achieved.

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

【図1】一実施例のメモリ領域を示す概略平面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a memory area of an embodiment.

【図2】図1の実施例における各メモリ素子を示す断面
図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing each memory element in the embodiment of FIG.

【図3】他の実施例における1つのメモリ素子を示す断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing one memory device in another embodiment.

【図4】一実施例の製造方法を示す工程断面図である。FIG. 4 is a process cross-sectional view showing the manufacturing method of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 ビットライン 4 ワードライン 6a〜6d メモリ素子 10 シリコン基板 12 ソース領域のN型拡散層 14 P型シリコンエピタキシャル層 18 ゲート酸化膜 24 メモリ素子を分割している溝 2 bit lines 4 word lines 6a to 6d memory device 10 Silicon substrate 12 N-type diffusion layer in source region 14 P-type silicon epitaxial layer 18 Gate oxide film 24 grooves dividing the memory element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8246 H01L 27/112 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8246 H01L 27/112

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 広い面積の不純物拡散層にてなるソース
領域上にシリコンエピタキシャル層とその上のドレイン
用不純物拡散層からなる二層構造の第1の帯状層が複数
本互いに平行に形成されており、前記シリコンエピタキ
シャル層の側面上にはゲート酸化膜が形成され、前記両
不純物拡散層は絶縁膜で被われており、 前記ゲート酸化膜と前記絶縁膜を介して第1の帯状層と
交差する方向に帯状に延びて複数本が互いに平行に形成
された導電層でゲート電極を兼ねる第2の帯状層のワー
ドラインが形成され、 第1の帯状層とワードラインとの交差部分がメモリ素子
となり、各メモリ素子は記憶すべき情報に応じて少なく
ともシリコンエピタキシャル層が第1の帯状層の延びる
方向の溝によって分割されているか分割されていないか
のいずれかの状態をとり、各交差部分のシリコンエピタ
キシャル層の側面にチャネルが形成される半導体メモリ
装置。
1. A plurality of first band-shaped layers having a two-layer structure composed of a silicon epitaxial layer and an impurity diffusion layer for drain formed thereon are formed in parallel on a source region formed of an impurity diffusion layer having a large area. A gate oxide film is formed on a side surface of the silicon epitaxial layer, the impurity diffusion layers are covered with an insulating film, and the gate oxide film and the first insulating film intersect the first strip layer through the insulating film. A plurality of conductive layers extending in a striped shape in a direction parallel to each other are formed in parallel with each other to form a word line of a second strip-shaped layer that also serves as a gate electrode, and a crossing portion between the first strip-shaped layer and the word line is a memory element. In each memory element, at least the silicon epitaxial layer is divided or not divided by the groove in the extending direction of the first strip-shaped layer, depending on the information to be stored. Taking a state, the semiconductor memory device in which a channel is formed in the side surface of the silicon epitaxial layer of each intersection.
【請求項2】 広い面積の不純物拡散層にてなるソース
領域上にシリコンエピタキシャル層とその上のドレイン
用不純物拡散層からなる二層構造の第1の帯状層が複数
本互いに平行に形成されており、前記シリコンエピタキ
シャル層の側面上にはゲート酸化膜が形成され、前記両
不純物拡散層は絶縁膜で被われており、 前記ゲート酸化膜と前記絶縁膜を介して第1の帯状層と
交差する方向に帯状に延びて複数本が互いに平行に形成
された導電層でゲート電極を兼ねる第2の帯状層のワー
ドラインが形成され、 第1の帯状層とワードラインとの交差部分がメモリ素子
となり、各メモリ素子は記憶すべき情報に応じて少なく
ともシリコンエピタキシャル層が第1の帯状層の延びる
方向の1もしくは2以上の溝によって分割されている
か、又は分割されていないかのいずれかの状態をとり、
各交差部分のシリコンエピタキシャル層の側面にチャネ
ルが形成される多値の半導体メモリ装置。
2. A plurality of first band-shaped layers having a two-layer structure composed of a silicon epitaxial layer and an impurity diffusion layer for drain formed thereon are formed in parallel on a source region formed of an impurity diffusion layer having a large area. A gate oxide film is formed on a side surface of the silicon epitaxial layer, the impurity diffusion layers are covered with an insulating film, and the gate oxide film and the first insulating film intersect the first strip layer through the insulating film. A plurality of conductive layers extending in a striped shape in a direction parallel to each other are formed in parallel with each other to form a word line of a second strip-shaped layer that also serves as a gate electrode, and a crossing portion between the first strip-shaped layer and the word line is a memory element. In each memory element, at least the silicon epitaxial layer is divided by one or two or more grooves in the extending direction of the first strip-shaped layer according to the information to be stored. It takes one of the following states or not,
A multi-value semiconductor memory device in which a channel is formed on the side surface of the silicon epitaxial layer at each intersection.
【請求項3】 前記ドレイン用不純物拡散層の表面には
高融点金属層又は高融点金属シリサイド層が形成されて
いる請求項1又は2に記載の半導体メモリ装置。
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a refractory metal layer or a refractory metal silicide layer is formed on the surface of the drain impurity diffusion layer.
【請求項4】 前記ワードラインは高融点金属層、高融
点金属シリサイド層又はポリシリコン上に高融点金属シ
リサイドを積層したポリサイド構造の導電層である請求
項1,2又は3に記載の半導体メモリ装置。
4. The semiconductor memory according to claim 1, wherein the word line is a refractory metal layer, a refractory metal silicide layer, or a conductive layer having a polycide structure in which refractory metal silicide is laminated on polysilicon. apparatus.
【請求項5】 以下の工程(A)から(G)を含む半導
体メモリ装置の製造方法。 (A)シリコン基板表面の広い面積に第1導電型不純物
を導入してソース領域を形成する工程、 (B)前記ソース領域が表面にあるシリコン基板上に第
2導電型シリコンエピタキシャル層を形成する工程、 (C)前記第2導電型シリコンエピタキシャル層上に第
1導電型シリコンエピタキシャル層を堆積し、又は前記
第2導電型シリコンエピタキシャル層の表面に第1導電
型不純物を導入してその表面領域を第1導電型層にする
工程、 (D)前記第2導電型シリコンエピタキシャル層とその
上層の第1導電型層を互いに平行な複数の帯状で、かつ
後で形成されるこの帯状パターンに交差するワードライ
ンとの交差部分のうち記憶すべき情報に応じて必要な交
差部分にはこの帯状パターンの延びる方向の溝を必要な
数だけ有する形状にパターン化する工程、 (E)前記第2導電型シリコンエピタキシャル層の側面
上にゲート酸化膜、他の露出面上にも酸化膜を形成する
熱酸化工程、 (F)ゲート酸化膜及び他の酸化膜上から低抵抗化され
た多結晶シリコン膜又はさらにその上に高融点金属膜も
しくは高融点金属シリサイド膜を有する導電膜を形成す
る工程、 (G)この導電膜を前記帯状パターンと交差する互いに
平行な帯状にパターン化してワードラインとする工程。
5. A method of manufacturing a semiconductor memory device including the following steps (A) to (G). (A) A step of forming a source region by introducing impurities of the first conductivity type into a wide area of the surface of the silicon substrate, and (B) forming a second conductivity type silicon epitaxial layer on the silicon substrate having the source region on the surface. And (C) depositing a first conductivity type silicon epitaxial layer on the second conductivity type silicon epitaxial layer, or introducing a first conductivity type impurity into the surface of the second conductivity type silicon epitaxial layer to form a surface region thereof. As a first conductivity type layer, and (D) the second conductivity type silicon epitaxial layer and the first conductivity type layer above it in a plurality of parallel strips and intersecting this strip pattern formed later. The pattern having a required number of grooves in the extending direction of the band-shaped pattern is formed at the intersections required to store information among the intersections with the word lines. (E) thermal oxidation step of forming a gate oxide film on the side surface of the second conductivity type silicon epitaxial layer and an oxide film on the other exposed surface, (F) gate oxide film and other oxide film A step of forming a conductive film having a low resistance polycrystalline silicon film or a refractory metal film or a refractory metal silicide film on the polycrystalline silicon film from above, (G) the conductive films are parallel to each other and intersect the strip-shaped pattern The process of patterning into strips to form word lines.
【請求項6】 前記工程(C)において、前記第2導電
型シリコンエピタキシャル層上の前記第1導電型層上
に、さらに高融点金属膜又は高融点金属シリサイド膜を
形成する請求項5に記載の半導体メモリ装置の製造方
法。
6. The refractory metal film or refractory metal silicide film is further formed on the first conductivity type layer on the second conductivity type silicon epitaxial layer in the step (C). Of manufacturing a semiconductor memory device of.
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