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JP4451095B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
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Description

本発明は、SOI基板を用いた半導体記憶装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device using an SOI substrate.

従来のDRAMセルとしては、情報を記憶するキャパシタと情報を読み取るトランジスタから構成されたものが主に用いられている。また、そのメモリ動作は、キャパシタに電荷が溜まっているときを”1”、溜まっていないときを”0”と識別することで機能している。   As a conventional DRAM cell, a cell composed of a capacitor for storing information and a transistor for reading information is mainly used. The memory operation functions by distinguishing “1” when the electric charge is accumulated in the capacitor and “0” when the electric charge is not accumulated in the capacitor.

このようなDRAMセルでは、メモリセルを微細化し高密度化するためには、トランジスタ及びキャパシタの微細化が必要である。しかし、単にトランジスタ及びキャパシタを微細化しただけでは、蓄積される電荷量が減少してしまい、DRAM動作に必要とされる電荷量を確保できなくなる。このため、蓄積できる電荷量を減少させることなくキャパシタの寸法を微細化することが求められている。このような状況の下で、近年、三次元構造や高誘電率膜の採用によって、蓄積できる電荷量を減らさずにキャパシタ寸法をある程度まで微細化できるようになってきているが、その複雑なプロセス工程のために製造コストが高くなるという問題がある。   In such a DRAM cell, it is necessary to miniaturize transistors and capacitors in order to miniaturize and increase the density of memory cells. However, if the transistors and capacitors are simply miniaturized, the amount of stored charge decreases, and the amount of charge required for DRAM operation cannot be secured. For this reason, it is required to miniaturize the capacitor without reducing the amount of charge that can be accumulated. Under these circumstances, the use of a three-dimensional structure and a high dielectric constant film has made it possible to miniaturize capacitor dimensions to some extent without reducing the amount of charge that can be stored. There is a problem that the manufacturing cost is increased due to the process.

そこで、キャパシタを用いることなくトランジスタのみでDRAM機能を実現しようとする提案が、例えば特開2002−260381号公報(特許文献1)、特開2002−343886号公報(特許文献2)や、IEEE electron letters vol.23 NO.2, February 2002(非特許文献1)に記載されている。これらの提案では、SOI基板上に作製したトランジスタのボディ領域に多数のキャリアが蓄積している時と蓄積していない時とを、夫々“1”、“0”と識別することによりDRAM機能を実現している。また、キャリアの蓄積のためにインパクトイオン化電流を用いている。更に、特許文献1及び2には、GIDL電流(Gate Induced Drain Leakage)を用いてデータを書き込むことも記載されている。   Therefore, proposals for realizing a DRAM function with only a transistor without using a capacitor include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-260381 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-343886 (Patent Document 2), and IEEE electron. letters vol.23 NO.2, February 2002 (Non-Patent Document 1). In these proposals, the DRAM function is identified by identifying when a large number of carriers are accumulated and when not accumulated in the body region of a transistor fabricated on an SOI substrate as “1” and “0”, respectively. Realized. Also, impact ionization current is used for carrier accumulation. Further, Patent Documents 1 and 2 also describe that data is written using a GIDL current (Gate Induced Drain Leakage).

図15は、従来の半導体記憶装置(DRAM)の構造を示す断面図である。従来のDRAMでは、シリコン基板101上に埋込酸化膜102が形成され、更にその上にP型シリコン層103が形成されてSOI基板110が構成されている。そして、メモリセル毎に、P型シリコン層103とゲート電極104(ワード線)との間に、ゲート絶縁膜105が形成されている。また、ゲート電極104の側方にはサイドウォール絶縁膜106が形成されている。そして、P型シリコン層103には、メモリセル毎に、埋込酸化膜102まで達するN+ソース拡散層107及びN+ドレイン拡散層108が形成され、ゲート絶縁膜105の下でN+ソース拡散層107及びN+ドレイン拡散層108に挟まれた領域がボディ領域109となっている。N+ドレイン拡散層108は、コンタクトプラグ(図示せず)等を介してビット線に接続されており、N+ソース拡散層107には、コンタクトプラグ(図示せず)等を介して接地電位が供給される。 FIG. 15 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor memory device (DRAM). In a conventional DRAM, a buried oxide film 102 is formed on a silicon substrate 101, and a P-type silicon layer 103 is further formed thereon to constitute an SOI substrate 110. For each memory cell, a gate insulating film 105 is formed between the P-type silicon layer 103 and the gate electrode 104 (word line). A sidewall insulating film 106 is formed on the side of the gate electrode 104. Then, the P-type silicon layer 103, for each memory cell, N + source diffusion layer 107 and N + drain diffusion layer 108 reaching the buried oxide film 102 is formed, N + source diffusion under the gate insulating film 105 A region sandwiched between the layer 107 and the N + drain diffusion layer 108 is a body region 109. The N + drain diffusion layer 108 is connected to the bit line via a contact plug (not shown) or the like, and the N + source diffusion layer 107 has a ground potential via the contact plug (not shown) or the like. Supplied.

しかしながら、書き込み動作にインパクトイオン化電流を用いる場合には、書き込み時に高電圧を用いて大きなドレイン電流を流す必要があり消費電力が大きくなってしまうという問題がある。   However, when an impact ionization current is used for a write operation, there is a problem that a large drain current needs to flow using a high voltage at the time of writing, resulting in an increase in power consumption.

特開2002−260381号公報JP 2002-260381 A 特開2002−343886号公報JP 2002-343886 A アイ・イー・イー・イー・エレクトロン・レターズ(IEEE electron letters )、2002年2月、第30巻、第2号IEEE electron letters, February 2002, Volume 30, Issue 2

本発明は、GIDL電流を用いたデータの書き込みを高い効率で行うことができる半導体記憶装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of writing data using a GIDL current with high efficiency.

本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has come up with various aspects of the invention described below.

本願発明に係る第1の半導体記憶装置は、絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された第1導電型のシリコン層と、前記絶縁膜上に形成され、それらの間に前記シリコン層を挟む第2導電型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、前記シリコン層上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する半導体記憶装置を対象とする。そして、前記ドレイン拡散層は、平面視で前記ゲート電極と重なり合い、不純物濃度が1×1019cm-3以上の第1の不純物拡散層と、前記第1の不純物拡散層の下に形成され、前記シリコン層に接し、その不純物濃度が前記第1の不純物拡散層のそれよりも低い第2の不純物拡散層と、を有している。更に、前記シリコン層の厚さは、データを書き込むための電圧が前記ゲート電極に印加された時に前記シリコン層が部分空乏化する厚さである。また、前記ドレイン拡散層は、更に、前記第1の不純物拡散層の下に形成され、前記シリコン層との間で前記第2の不純物拡散層を挟む第3の不純物拡散層を有し、前記第3の不純物拡散層の不純物濃度は、前記第2の不純物拡散層のそれよりも高い。 A first semiconductor memory device according to the present invention is formed on an insulating film, a first conductivity type silicon layer formed on the insulating film, and the silicon layer sandwiched between them. The present invention is directed to a semiconductor memory device having a second conductivity type source diffusion layer and drain diffusion layer, a gate insulating film formed on the silicon layer, and a gate electrode formed on the gate insulating film. The drain diffusion layer overlaps with the gate electrode in plan view, and is formed under the first impurity diffusion layer having an impurity concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more and the first impurity diffusion layer, A second impurity diffusion layer in contact with the silicon layer and having an impurity concentration lower than that of the first impurity diffusion layer. Further, the thickness of the silicon layer is a thickness at which the silicon layer is partially depleted when a voltage for writing data is applied to the gate electrode. The drain diffusion layer further includes a third impurity diffusion layer formed under the first impurity diffusion layer and sandwiching the second impurity diffusion layer with the silicon layer, The impurity concentration of the third impurity diffusion layer is higher than that of the second impurity diffusion layer.

本願発明に係る第2の半導体記憶装置には、凹部が形成された絶縁膜と、前記凹部上に形成された第1導電型のシリコン層と、前記絶縁膜上において前記凹部の外側に形成され、それらの間に前記シリコン層を挟む第2導電型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、前記シリコン層上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、が設けられている。そして、前記ドレイン拡散層は、平面視で前記ゲート電極と重なり合っており、前記ドレイン拡散層の不純物濃度は、1×10 19 cm -3 以上であり、前記シリコン層の厚さは、データを書き込むための電圧が前記ゲート電極に印加された時に前記シリコン層が部分空乏化する厚さである。 In the second semiconductor memory device according to the present invention, an insulating film having a recess, a first conductivity type silicon layer formed on the recess, and formed outside the recess on the insulating film. A source diffusion layer and a drain diffusion layer of a second conductivity type sandwiching the silicon layer between them, a gate insulating film formed on the silicon layer, a gate electrode formed on the gate insulating film, Is provided. The drain diffusion layer overlaps the gate electrode in plan view, the impurity concentration of the drain diffusion layer is 1 × 10 19 cm −3 or more, and the thickness of the silicon layer is for writing data Therefore, the silicon layer is partially depleted when a voltage is applied to the gate electrode.

第1の半導体記憶装置では、ドレイン拡散層が第1及び第2の不純物拡散層から構成され、第1の不純物拡散層の不純物濃度が適切に規定されているため、GIDL電流が十分に流れ、高速な書き込みが可能となる。また、第2の不純物拡散層の存在により、シリコン層との間のpn接合にかかる電界が緩和されるため、接合リーク電流の増加を回避することができる。   In the first semiconductor memory device, since the drain diffusion layer is composed of the first and second impurity diffusion layers and the impurity concentration of the first impurity diffusion layer is appropriately defined, a sufficient GIDL current flows, High speed writing becomes possible. Further, since the electric field applied to the pn junction with the silicon layer is relaxed due to the presence of the second impurity diffusion layer, an increase in junction leakage current can be avoided.

また、ドレイン拡散層とゲート電極との間で導電型が相違している場合には、効果的にGIDL電流を流すことができる。このような効果は、Mo、Ni、Al又はCo等の金属からゲート電極が形成されている場合や、ボロンが導入されたCoSi又はNiSi等のシリサイドからゲート電極が形成されている場合にも得られる。 Further, when the conductivity type between the drain diffusion layer and the gate electrode are different it can be effectively and a score flow the GIDL current. Such an effect is also obtained when the gate electrode is formed from a metal such as Mo, Ni, Al, or Co, or when the gate electrode is formed from a silicide such as CoSi or NiSi into which boron is introduced. It is done.

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施形態)
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。第1の実施形態では、SOI基板を用いたNチャネルMOSトランジスタのゲート電極としてN型半導体を用いている。図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置(DRAM)の構造を示すレイアウト図であり、図2は、図1中のI−I線に沿った断面図である。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, an N-type semiconductor is used as the gate electrode of an N-channel MOS transistor using an SOI substrate. FIG. 1 is a layout diagram showing a structure of a semiconductor memory device (DRAM) according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II in FIG.

第1の実施形態では、例えば複数本のワード線WLと複数本のビット線BLとが互いに直交して配置されている。そして、ワード線WLとビット線BLとの交点毎に、その周囲にわたってメモリセル(DRAMセル)が形成されている。ワード線WLはN+ポリシリコン層から構成されており、各メモリセルにおいてゲート電極4として機能する。なお、ビット線BLは、簡潔化のため図2では省略している。 In the first embodiment, for example, a plurality of word lines WL and a plurality of bit lines BL are arranged orthogonal to each other. A memory cell (DRAM cell) is formed around each intersection of the word line WL and the bit line BL. The word line WL is composed of an N + polysilicon layer and functions as the gate electrode 4 in each memory cell. Note that the bit line BL is omitted in FIG. 2 for simplicity.

また、シリコン基板1上に埋込酸化膜2が形成され、更にその上にP型シリコン層3が形成されてSOI基板10が構成されている。そして、メモリセル毎に、P型シリコン層3とゲート電極4(ワード線WL)との間に、ゲート絶縁膜5が形成されている。また、ゲート電極4(ワード線WL)の側方にはサイドウォール絶縁膜6が形成されている。そして、P型シリコン層3には、メモリセル毎に、埋込酸化膜2まで達するN型のソース拡散層7及びドレイン拡散層8が形成され、ゲート絶縁膜5の下でソース拡散層7及びドレイン拡散層8に挟まれた領域がボディ領域9となっている。ソース拡散層7は、例えば、埋込酸化膜2上に形成されたN型低濃度不純物拡散層7aと、その上に形成されたN型高濃度不純物拡散層7bとから構成され、ドレイン拡散層8は、例えば、埋込酸化膜2上に形成されたN型低濃度不純物拡散層8aと、その上に形成されたN型高濃度不純物拡散層8bとから構成されている。これらの拡散層のうち、本実施形態では、高濃度不純物拡散層7b及び8bのみが、平面視でゲート電極4と重なり合っている。高濃度不純物拡散層8bの不純物濃度は1.00×1019cm-3以上であり、1.00×1020cm-3以上であることが好ましい。 Also, the buried oxide film 2 is formed on the silicon substrate 1, and the P-type silicon layer 3 is further formed thereon to constitute the SOI substrate 10. A gate insulating film 5 is formed between the P-type silicon layer 3 and the gate electrode 4 (word line WL) for each memory cell. A sidewall insulating film 6 is formed on the side of the gate electrode 4 (word line WL). In the P-type silicon layer 3, an N-type source diffusion layer 7 and a drain diffusion layer 8 reaching the buried oxide film 2 are formed for each memory cell, and the source diffusion layer 7 and the drain diffusion layer 8 are formed under the gate insulating film 5. A region sandwiched between the drain diffusion layers 8 is a body region 9. The source diffusion layer 7 is composed of, for example, an N-type low-concentration impurity diffusion layer 7a formed on the buried oxide film 2 and an N-type high-concentration impurity diffusion layer 7b formed thereon, and is a drain diffusion layer. 8 includes, for example, an N-type low-concentration impurity diffusion layer 8a formed on the buried oxide film 2 and an N-type high-concentration impurity diffusion layer 8b formed thereon. Of these diffusion layers, in the present embodiment, only the high-concentration impurity diffusion layers 7b and 8b overlap the gate electrode 4 in plan view. The impurity concentration of the high concentration impurity diffusion layer 8b is 1.00 × 10 19 cm −3 or more, and preferably 1.00 × 10 20 cm −3 or more.

また、P型シリコン層3の厚さは、後述の動作によっても完全空乏化せず部分空乏化となる程度である。例えば、埋込酸化膜2の厚さは150nm程度であり、P型シリコン層3の厚さは70nm程度である。また、例えば、ゲート長は0.2μm程度であり、ゲート絶縁膜5の厚さは5.8nm程度である。N+ドレイン拡散層8は、コンタクトプラグ(図示せず)等を介してビット線BLに接続されており、N+ソース拡散層7には、コンタクトプラグ(図示せず)等を介して一定電位、例えば接地電位が供給される。 Further, the thickness of the P-type silicon layer 3 is such that it will be partially depleted without being completely depleted by an operation described later. For example, the thickness of the buried oxide film 2 is about 150 nm, and the thickness of the P-type silicon layer 3 is about 70 nm. For example, the gate length is about 0.2 μm, and the thickness of the gate insulating film 5 is about 5.8 nm. The N + drain diffusion layer 8 is connected to the bit line BL via a contact plug (not shown) or the like, and the N + source diffusion layer 7 has a constant potential via a contact plug (not shown) or the like. For example, a ground potential is supplied.

このように構成された第1の実施形態において、データ“1”を書き込む場合には、書き込もうとするメモリセルに対して、ゲート電極4を負にバイアスし、ドレイン拡散層8を正にバイアスする。例えば、ゲート電極4(ワード線WL)に−2.4Vを印加し、ビット線BLからドレイン拡散層8に0.2Vを印加する。この結果、ゲート電極4とドレイン拡散層8との重なり領域(平面視で、ゲート電極4と高濃度不純物拡散層8bとが重なり合う領域)でエネルギバンドの曲がりが大きくなり、荷電子帯の電子が伝導帯にトンネルすることによりGIDL電流が発生する。そして、GIDL電流の発生に伴って、余剰ホール(正孔)が発生し、この余剰ホールがボディ領域9の中性領域11に蓄積し、しきい値電圧が低下する。   In the first embodiment configured as described above, when data “1” is written, the gate electrode 4 is negatively biased and the drain diffusion layer 8 is positively biased with respect to the memory cell to be written. . For example, −2.4 V is applied to the gate electrode 4 (word line WL), and 0.2 V is applied from the bit line BL to the drain diffusion layer 8. As a result, the bending of the energy band increases in the overlapping region between the gate electrode 4 and the drain diffusion layer 8 (the region where the gate electrode 4 and the high-concentration impurity diffusion layer 8b overlap in plan view), and the electrons in the valence band are A GIDL current is generated by tunneling to the conduction band. With the generation of the GIDL current, surplus holes (holes) are generated, and the surplus holes accumulate in the neutral region 11 of the body region 9 and the threshold voltage decreases.

一方、データ“0”を書き込む場合には、書き込もうとするメモリセルに対して、ドレイン拡散層8を負にバイアスして、ドレイン拡散層8とボディ領域9とのpn接合を順方向にバイアスすることにより、蓄積していたホールをドレイン拡散層8に放出する。例えば、ゲート電極4(ワード線WL)に0.8Vを印加し、ビット線BLからドレイン拡散層8に−1.5Vを印加する。この結果、中性領域11中のホールが消失し、しきい値電圧が上昇する。   On the other hand, when data “0” is written, the drain diffusion layer 8 is negatively biased with respect to the memory cell to be written, and the pn junction between the drain diffusion layer 8 and the body region 9 is forward biased. As a result, the accumulated holes are discharged to the drain diffusion layer 8. For example, 0.8 V is applied to the gate electrode 4 (word line WL), and −1.5 V is applied from the bit line BL to the drain diffusion layer 8. As a result, holes in the neutral region 11 disappear and the threshold voltage rises.

そして、書き込まれたデータを読み出す場合には、書き込もうとするメモリセルに対して、例えば、ゲート電極4(ワード線WL)に0.8Vを印加し、ビット線BLからドレイン拡散層8に0.2Vを印加する。この結果、NチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧に応じたドレイン電流が流れ、そのメモリセルに記憶されていたデータを判別できる。   When reading the written data, for example, 0.8 V is applied to the gate electrode 4 (word line WL) to the memory cell to be written, and 0.V is applied from the bit line BL to the drain diffusion layer 8. Apply 2V. As a result, a drain current corresponding to the threshold voltage of the N-channel MOS transistor flows, and the data stored in the memory cell can be determined.

また、本実施形態では、ドレイン拡散層8を構成する高濃度不純物拡散層8bが平面視でゲート電極4と重なり合っているだけでなく、高濃度不純物拡散層8bの不純物濃度を1.00×1019cm-3以上、好ましくは1.00×1020cm-3以上としているため、効果的にGIDL電流が流れる。 In the present embodiment, the high-concentration impurity diffusion layer 8b constituting the drain diffusion layer 8 not only overlaps the gate electrode 4 in plan view, but also the impurity concentration of the high-concentration impurity diffusion layer 8b is 1.00 × 10. Since it is 19 cm −3 or more, preferably 1.00 × 10 20 cm −3 or more, a GIDL current flows effectively.

なお、ドレイン−ボディ間のpn接合に強い電界がかかると、接合リーク電流が増大してデータの保持時間(リテンション時間)が短くなってしまう。しかし、本実施形態では、高濃度不純物拡散層8bと埋込酸化膜2との間に低濃度不純物拡散層7bがP型シリコン層3と接するようにして存在しているため、ドレイン−ボディ間のpn接合に強い電界がかかることが避けられる。従って、このようなリーク電流の増加に伴うデータ保持時間の短縮を回避することができる。   When a strong electric field is applied to the drain-body pn junction, the junction leakage current increases and the data retention time (retention time) is shortened. However, in the present embodiment, the low concentration impurity diffusion layer 7b exists between the high concentration impurity diffusion layer 8b and the buried oxide film 2 so as to be in contact with the P-type silicon layer 3. It can be avoided that a strong electric field is applied to the pn junction. Accordingly, it is possible to avoid a reduction in data retention time due to such an increase in leakage current.

また、インパクトイオン化電流を用いた場合と比較すると、消費電力を低減することができる。図3に示すように、インパクトイオン化によって生じるホール電流は、N+ドレイン拡散層8に流れる電流に対してかなり小さい。これに対して、GIDL電流はN+ドレイン拡散層8に流れる電流とほぼ同等の大きさである。即ち、インパクトイオン化電流を用いた書き込みでは、余分なドレイン電流を流す必要があるのに対し、GIDL電流を用いた書き込み込みでは、そのような余分なドレイン電流をほとんど流す必要がない。この結果、インパクトイオン化電流を用いた場合と比較すると、GIDL電流を書き込みに用いた本実施形態では低消費電力で書き込み動作を行うことができるのである。 In addition, power consumption can be reduced as compared with the case of using impact ionization current. As shown in FIG. 3, the hole current generated by impact ionization is considerably smaller than the current flowing through the N + drain diffusion layer 8. On the other hand, the GIDL current is almost equal to the current flowing through the N + drain diffusion layer 8. That is, in writing using an impact ionization current, it is necessary to pass an extra drain current, whereas in writing using a GIDL current, it is almost unnecessary to pass such an extra drain current. As a result, in comparison with the case where the impact ionization current is used, in the present embodiment in which the GIDL current is used for writing, the writing operation can be performed with low power consumption.

これは、次のような理由による。インパクトイオン化電流を用いた書き込みの場合には、大きなドレイン電流を流すことによって、インパクトイオン化を生じさせて、ホールを発生させる。従って、発生するホール量よりも何桁も大きい無駄なドレイン電流を流す必要がある。これに対し、GIDL電流を用いた書き込みでは、書き込みに必要なホールはバンド間トンネルによって発生しているため、発生させたホールとほぼ同等の電子はドレインに流れるのみである。従って、無駄な電力の消費はほとんどない。   This is due to the following reason. In the case of writing using an impact ionization current, a large drain current is passed to cause impact ionization and generate holes. Therefore, it is necessary to flow a useless drain current that is many orders of magnitude larger than the amount of holes generated. On the other hand, in writing using a GIDL current, holes necessary for writing are generated by band-to-band tunneling, and therefore, electrons substantially equivalent to the generated holes only flow to the drain. Therefore, there is almost no wasteful power consumption.

また、前述のように、GIDL電流を発生させるためには、ゲート電極4に負バイアス、ドレイン拡散層8に正バイアスを印加する。GIDL電流の量はゲート−ドレイン間の電位差によって決まるため、ゲートの負バイアスを強くすることにより、GIDL電流が増大し、書き込み速度が速くなる。また、ゲートの負バイアスを強くすることにより、ゲート−ボディ間の容量結合によってボディ領域9も強く負バイアスされることになる。この結果、ソース−ボディ間のpn接合障壁が高くなり、ボディ領域9に蓄積可能なホールの量が増大される。更に、ドレイン−ボディ間及びソース−ボディ間に逆バイアスが強く印加されることになるため、pn接合空乏層領域からのホールの生成量が増大し、そのホールの移動が書き込み電流として寄与するため、書き込み速度が速くなる。   Further, as described above, in order to generate the GIDL current, a negative bias is applied to the gate electrode 4 and a positive bias is applied to the drain diffusion layer 8. Since the amount of GIDL current is determined by the potential difference between the gate and the drain, increasing the negative bias of the gate increases the GIDL current and increases the writing speed. Further, by increasing the negative bias of the gate, the body region 9 is also strongly negatively biased by the gate-body capacitive coupling. As a result, the source-body pn junction barrier is increased, and the amount of holes that can be accumulated in the body region 9 is increased. Further, since a reverse bias is strongly applied between the drain and body and between the source and body, the amount of holes generated from the pn junction depletion layer region increases, and the movement of the holes contributes as a write current. , Writing speed will be faster.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、第1の実施形態における低濃度不純物拡散層7a及び8aの一部が高濃度不純物拡散層に置き換えられている。図4は、本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の構造を示す断面図であり、図2と同様に、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, part of the low-concentration impurity diffusion layers 7a and 8a in the first embodiment is replaced with a high-concentration impurity diffusion layer. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, and corresponds to a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1, similarly to FIG.

本実施形態では、図4に示すように、高濃度不純物拡散層7b及び8bと埋込酸化膜2との間に、低濃度不純物拡散層7a及び8aだけでなく、夫々、高濃度不純物拡散層7c、8cが形成されている。低濃度不純物拡散層7a及び8aは、サイドウォール絶縁膜6の下方及びその近傍に形成されており、高濃度不純物拡散層7c及び8cは、夫々低濃度不純物拡散層7a、8aよりもゲート電極4から離間した位置に形成されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, not only the low concentration impurity diffusion layers 7a and 8a, but also the high concentration impurity diffusion layers are interposed between the high concentration impurity diffusion layers 7b and 8b and the buried oxide film 2, respectively. 7c and 8c are formed. The low-concentration impurity diffusion layers 7a and 8a are formed below and in the vicinity of the sidewall insulating film 6, and the high-concentration impurity diffusion layers 7c and 8c are higher than the low-concentration impurity diffusion layers 7a and 8a, respectively. It is formed in the position away from.

このように構成された第2の実施形態では、第1の実施形態と比較すると、ソース拡散層7及びドレイン拡散層8の不純物濃度がより高くなっているので、コンタクト抵抗等の寄生抵抗がより低減される。   In the second embodiment configured as described above, since the impurity concentration of the source diffusion layer 7 and the drain diffusion layer 8 is higher than that of the first embodiment, parasitic resistance such as contact resistance is further increased. Reduced.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、実質的に、第1の実施形態における低濃度不純物拡散層7a及び8aが埋込酸化膜で置き換えられている。図5は、本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の構造を示す断面図であり、図2と同様に、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the low-concentration impurity diffusion layers 7a and 8a in the first embodiment are substantially replaced with buried oxide films. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, and corresponds to a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1, as in FIG.

本実施形態では、図5に示すように、ソース拡散層が高濃度不純物拡散層7bから構成され、ドレイン拡散層が高濃度不純物拡散層8bから構成されている。即ち、低濃度不純物拡散層7a及び8a等が形成されていない。また、P型シリコン層3の厚さは、第1及び第2の実施形態のものと同程度である。更に、埋込酸化膜2については、P型シリコン層3の下方では、その厚さが第1の実施形態と同様であるが、高濃度不純物拡散層7b及び8bの下方では、その厚さが第1の実施形態よりも厚くなっており、埋込酸化膜2が高濃度不純物拡散層7b及び8bと直接接している。   In this embodiment, as shown in FIG. 5, the source diffusion layer is composed of a high concentration impurity diffusion layer 7b, and the drain diffusion layer is composed of a high concentration impurity diffusion layer 8b. That is, the low-concentration impurity diffusion layers 7a and 8a are not formed. Further, the thickness of the P-type silicon layer 3 is approximately the same as that of the first and second embodiments. Furthermore, the thickness of the buried oxide film 2 is the same as that of the first embodiment below the P-type silicon layer 3, but the thickness is below the high-concentration impurity diffusion layers 7b and 8b. It is thicker than in the first embodiment, and the buried oxide film 2 is in direct contact with the high concentration impurity diffusion layers 7b and 8b.

このように構成された第3の実施形態では、第1及び第2の実施形態と比較すると、pn接合の接合長が短くなるため、接合リーク電流が減少してリテンション時間が長くなる。   In the third embodiment configured as described above, the junction length of the pn junction is shortened as compared with the first and second embodiments, so that the junction leakage current is reduced and the retention time is increased.

但し、P型シリコン層3を薄くすることのみによって高濃度不純物拡散層7b及び8bと埋込酸化膜2とが直接接するようにしたのでは、完全空乏化トランジスタになる虞がある。完全空乏化トランジスタになると、ホール(電荷)が蓄積されなくなってしまう。   However, if the high-concentration impurity diffusion layers 7b and 8b are in direct contact with the buried oxide film 2 only by making the P-type silicon layer 3 thin, there is a possibility that a fully depleted transistor is obtained. When it becomes a fully depleted transistor, holes (charges) are not accumulated.

ここで、第3の実施形態に係る半導体記憶装置を製造する方法について説明する。図6(a)乃至(d)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。   Here, a method for manufacturing the semiconductor memory device according to the third embodiment will be described. 6A to 6D are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention in the order of steps.

この方法では、図6(a)に示すように、シリコン基板1、埋込酸化膜2及びP型シリコン層3からなるSOI基板を用意し、その上に、ゲート絶縁膜5及びゲート電極4を形成する。このとき、P型シリコン層3の厚さは、第1及び第2の実施形態のものと同程度とする。   In this method, as shown in FIG. 6A, an SOI substrate including a silicon substrate 1, a buried oxide film 2, and a P-type silicon layer 3 is prepared, and a gate insulating film 5 and a gate electrode 4 are formed thereon. Form. At this time, the thickness of the P-type silicon layer 3 is approximately the same as that of the first and second embodiments.

次に、図6(b)に示すように、ゲート電極4をマスクとして用い、自己整合的に酸素イオンを埋込酸化膜2とP型シリコン層3との界面近傍に注入する。   Next, as shown in FIG. 6B, oxygen ions are implanted near the interface between the buried oxide film 2 and the P-type silicon layer 3 in a self-aligning manner using the gate electrode 4 as a mask.

次いで、アニールを施すことにより、P型シリコン層3の酸素イオンが注入された領域近傍において酸化反応を生じさせる。この結果、図6(c)に示すように、埋込酸化膜2の平面視でゲート電極4から外れた部分が厚くなり、その分だけP型シリコン層3が薄くなる。   Next, annealing is performed to cause an oxidation reaction in the vicinity of the region of the P-type silicon layer 3 where oxygen ions are implanted. As a result, as shown in FIG. 6C, the portion of the buried oxide film 2 removed from the gate electrode 4 in plan view becomes thicker, and the P-type silicon layer 3 becomes thinner by that amount.

その後、ゲート電極4をマスクとして用い、自己整合的にN型不純物をP型シリコン層3中に注入し、この不純物を活性化させることにより、高濃度不純物拡散層7b及び8bを形成する。   Thereafter, using the gate electrode 4 as a mask, an N-type impurity is implanted into the P-type silicon layer 3 in a self-aligned manner, and this impurity is activated to form high-concentration impurity diffusion layers 7b and 8b.

そして、層間絶縁膜及び配線等の形成を行って半導体記憶装置を完成させる。   Then, an interlayer insulating film, wiring, and the like are formed to complete the semiconductor memory device.

(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。第4の実施形態では、SOI基板を用いたNチャネルMOSトランジスタのゲート電極としてP型半導体を用いている。図7は、本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置(DRAM)の構造を示す断面図であり、図2と同様に、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。ここでは、主に第1の実施形態との相違点について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, a P-type semiconductor is used as the gate electrode of an N-channel MOS transistor using an SOI substrate. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor memory device (DRAM) according to the fourth embodiment of the present invention, and corresponds to a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1, as in FIG. To do. Here, differences from the first embodiment will be mainly described.

第4の実施形態では、図7に示すように、ワード線WLがP+ポリシリコン層から構成されており、各メモリセルにおいてゲート電極14として機能する。 In the fourth embodiment, as shown in FIG. 7, the word line WL is composed of a P + polysilicon layer and functions as the gate electrode 14 in each memory cell.

一般に、GIDL電流は、ゲートとドレインとの電位差が大きいほど大量に流れる。第4の実施形態では、ゲートとドレインとの導電型を相違させているため、第1の実施形態と同様の書き込み電圧を用いた場合には、図8に示すように、GIDL電流がより大量に流れるため、より高速な書き込みが可能となる。逆に、第1の実施形態と同程度の書き込み速度を達成しようとする場合には、より低い書き込み電圧を用いることになるため、消費電力を低減することができる。   In general, the larger the potential difference between the gate and the drain, the larger the GIDL current flows. In the fourth embodiment, since the conductivity types of the gate and the drain are different, when a write voltage similar to that of the first embodiment is used, a larger amount of GIDL current is obtained as shown in FIG. Therefore, faster writing is possible. On the other hand, when a writing speed comparable to that of the first embodiment is to be achieved, a lower writing voltage is used, so that power consumption can be reduced.

なお、このような効果は、ゲートとドレインとの電位差が大きくなるように、Mo、Ni、Al、Co等の金属材料からゲート電極14を形成した場合にも得られる。更に、ボロンが導入されたCoSi、NiSi等のシリサイド材料からゲート電極14を形成した場合にも同様の効果が得られる。   Such an effect can also be obtained when the gate electrode 14 is formed from a metal material such as Mo, Ni, Al, or Co so that the potential difference between the gate and the drain is increased. Further, when the gate electrode 14 is formed from a silicide material such as CoSi or NiSi into which boron is introduced, the same effect can be obtained.

その他、1つの半導体装置内にロジック回路又は他の不揮発性メモリ等と混載形成することで、キャパシタの形成が不要で製造工程を簡略化することが可能な半導体記憶装置を提供することもできる。   In addition, it is possible to provide a semiconductor memory device in which a capacitor is not required to be formed and a manufacturing process can be simplified by being mixedly formed with a logic circuit or another nonvolatile memory in one semiconductor device.

次に、本願発明者が実際に行ったシミュレーションの結果について説明する。このシミュレーションでは、図9に示すように、埋込酸化膜2の厚さを0.2μm、P型シリコン層3の厚さを0.1μm、ゲート絶縁膜5の厚さを5.8nm、ゲート長を0.2μm、重なり領域の長さ(オーバーラップ)を10nmとした。   Next, the result of the simulation actually performed by the inventor will be described. In this simulation, as shown in FIG. 9, the thickness of the buried oxide film 2 is 0.2 μm, the thickness of the P-type silicon layer 3 is 0.1 μm, the thickness of the gate insulating film 5 is 5.8 nm, and the gate The length was 0.2 μm, and the length of the overlapping region (overlap) was 10 nm.

そして、高濃度不純物拡散層7b及び8b中の不純物濃度を変化させてGIDL電流の値をシミュレーションした。ここでは、データの書き込み時に、ゲート電極4に−1.5Vを印加し、ドレイン拡散層に1.0Vを印加することとした。   Then, the value of the GIDL current was simulated by changing the impurity concentration in the high concentration impurity diffusion layers 7b and 8b. Here, at the time of data writing, −1.5 V is applied to the gate electrode 4 and 1.0 V is applied to the drain diffusion layer.

このシミュレーションの結果、図10に示すように、高濃度不純物拡散層7b及び8b中の不純物濃度(オーバーラップ領域の拡散層濃度)が高いほどGIDL電流が高くなった。特に、不純物濃度が1.00×1019cm-3以上のときに、十分なGIDL電流を得ることができた。GIDL電流は1.0×10-7A/μm以上になると高速なメモリ書き込みが可能となるため、不純物濃度が1.00×1019cm-3以上であればよく、GIDL電流が実質的に飽和する1.00×1020cm-3以上であることが好ましい。 As a result of this simulation, as shown in FIG. 10, the GIDL current increased as the impurity concentration in the high-concentration impurity diffusion layers 7b and 8b (diffusion layer concentration in the overlap region) increased. In particular, a sufficient GIDL current could be obtained when the impurity concentration was 1.00 × 10 19 cm −3 or more. When the GIDL current is 1.0 × 10 −7 A / μm or more, high-speed memory writing is possible. Therefore, the impurity concentration may be 1.00 × 10 19 cm −3 or more, and the GIDL current is substantially reduced. It is preferably 1.00 × 10 20 cm −3 or more which is saturated.

また、第1乃至第3の実施形態について、リテンション時間の測定(シミュレーション)を行った。図11は、データ“0”を書き込み、保持するときの各電圧の変化を示すタイミングチャートである。   In addition, the retention time was measured (simulated) for the first to third embodiments. FIG. 11 is a timing chart showing changes in voltages when data “0” is written and held.

データ“0”を保持している状態では、ボディ電圧が負になるため、ソース−ボディ間及びドレイン−ボディ間のpn接合が逆バイアスされる。そして、この逆バイアスにより、ホールがボディ領域に徐々に注入され、次第にデータ“0”が消失する。従って、データの保持を開始してからの経過時間に対するボディ電圧の変化をプロットすれば、データ“0”を保持することが可能な時間が算出される。このシミュレーションでは、ボディ電圧が−0.2Vに達するまでの経過時間をデータの保持が可能な時間(リテンション時間)とした。   In the state where the data “0” is held, the body voltage becomes negative, so that the source-body and drain-body pn junctions are reverse-biased. Then, by this reverse bias, holes are gradually injected into the body region, and data “0” is gradually lost. Therefore, if the change of the body voltage with respect to the elapsed time from the start of the data retention is plotted, the time during which the data “0” can be retained is calculated. In this simulation, the elapsed time until the body voltage reaches −0.2 V is defined as a time during which data can be retained (retention time).

第1の実施形態の構造において高濃度不純物拡散層7b及び8bの不純物濃度を1×1020cm-3、低濃度不純物拡散層7a及び8aの不純物濃度を6×1018cm-3とした場合、図12に示すように、リテンション時間は0.42秒間だった。これに対し、ドレイン拡散層の不純物濃度を1×1020cm-3とした従来の構造のものでは、リテンション時間が0.15秒間であった。即ち、第1の実施形態によれば、リテンション時間を約2.8倍延ばすことができた。 In the structure of the first embodiment, the impurity concentration of the high-concentration impurity diffusion layers 7b and 8b is 1 × 10 20 cm −3 , and the impurity concentration of the low-concentration impurity diffusion layers 7a and 8a is 6 × 10 18 cm −3. As shown in FIG. 12, the retention time was 0.42 seconds. On the other hand, in the conventional structure in which the impurity concentration of the drain diffusion layer is 1 × 10 20 cm −3 , the retention time is 0.15 seconds. That is, according to the first embodiment, the retention time can be extended by about 2.8 times.

第2の実施形態の構造において高濃度不純物拡散層7b及び8bの不純物濃度を1×1020cm-3、低濃度不純物拡散層7a及び8aの不純物濃度を6×1018cm-3とした場合には、図13に示すように、リテンション時間は0.37秒間だった。 In the structure of the second embodiment, when the impurity concentration of the high-concentration impurity diffusion layers 7b and 8b is 1 × 10 20 cm −3 and the impurity concentration of the low-concentration impurity diffusion layers 7a and 8a is 6 × 10 18 cm −3. As shown in FIG. 13, the retention time was 0.37 seconds.

第3の実施形態の構造において高濃度不純物拡散層7b及び8bの不純物濃度を1×1020cm-3とした場合には、図14に示すように、リテンション時間は2.3秒間と極めて長くなった。 In the structure of the third embodiment, when the impurity concentration of the high concentration impurity diffusion layers 7b and 8b is 1 × 10 20 cm −3 , the retention time is as extremely long as 2.3 seconds as shown in FIG. became.

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
(付記1)
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された第1導電型のシリコン層と、
前記絶縁膜上に形成され、それらの間に前記シリコン層を挟む第2導電型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、
前記シリコン層上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
を有し、
前記ドレイン拡散層は、
平面視で前記ゲート電極と重なり合い、不純物濃度が1×1019cm-3以上の第1の不純物拡散層と、
前記第1の不純物拡散層の下に形成され、前記シリコン層に接し、その不純物濃度が前記第1の不純物拡散層のそれよりも低い第2の不純物拡散層と、
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.
(Appendix 1)
An insulating film;
A first conductivity type silicon layer formed on the insulating film;
A source diffusion layer and a drain diffusion layer of a second conductivity type formed on the insulating film and sandwiching the silicon layer therebetween;
A gate insulating film formed on the silicon layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
Have
The drain diffusion layer is
A first impurity diffusion layer overlapping the gate electrode in plan view and having an impurity concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more;
A second impurity diffusion layer formed under the first impurity diffusion layer, in contact with the silicon layer and having an impurity concentration lower than that of the first impurity diffusion layer;
A semiconductor memory device comprising:

(付記2)
前記ドレイン拡散層は、更に、前記第1の不純物拡散層の下に形成され、前記シリコン層との間で前記第2の不純物拡散層を挟む第3の不純物拡散層を有し、
前記第3の不純物拡散層の不純物濃度は、前記第2の不純物拡散層のそれよりも高いことを特徴とする付記1に記載の半導体記憶装置。
(Appendix 2)
The drain diffusion layer further includes a third impurity diffusion layer that is formed under the first impurity diffusion layer and sandwiches the second impurity diffusion layer with the silicon layer,
2. The semiconductor memory device according to appendix 1, wherein an impurity concentration of the third impurity diffusion layer is higher than that of the second impurity diffusion layer.

(付記3)
凹部が形成された絶縁膜と、
前記凹部上に形成された第1導電型のシリコン層と、
前記絶縁膜上において前記凹部の外側に形成され、それらの間に前記シリコン層を挟む第2導電型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、
前記シリコン層上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
を有し、
前記ドレイン拡散層は、平面視で前記ゲート電極と重なり合っており、
前記ドレイン拡散層の不純物濃度は、1×1019cm-3以上であることを特徴とする半導体記憶装置。
(Appendix 3)
An insulating film in which a recess is formed;
A first conductivity type silicon layer formed on the recess;
A source diffusion layer and a drain diffusion layer of a second conductivity type formed on the insulating film outside the recess and sandwiching the silicon layer therebetween;
A gate insulating film formed on the silicon layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
Have
The drain diffusion layer overlaps the gate electrode in plan view;
The semiconductor memory device, wherein the drain diffusion layer has an impurity concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more.

(付記4)
前記シリコン層の厚さは、データを書き込むための電圧が前記ゲート電極に印加された時に前記シリコン層が部分空乏化する厚さであることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
(Appendix 4)
The thickness of the silicon layer is any one of appendices 1 to 3, wherein the silicon layer is partially depleted when a voltage for writing data is applied to the gate electrode. The semiconductor memory device described.

(付記5)
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されたP型のシリコン層と、
前記絶縁膜上に形成され、それらの間に前記シリコン層を挟むN型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、
前記シリコン層上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたP型半導体からなるゲート電極と、
を有し、
前記ドレイン拡散層は、平面視で前記ゲート電極と重なり合っていることを特徴とする半導体記憶装置。
(Appendix 5)
An insulating film;
A P-type silicon layer formed on the insulating film;
An N-type source diffusion layer and drain diffusion layer formed on the insulating film and sandwiching the silicon layer therebetween,
A gate insulating film formed on the silicon layer;
A gate electrode made of a P-type semiconductor formed on the gate insulating film;
Have
The semiconductor memory device, wherein the drain diffusion layer overlaps with the gate electrode in plan view.

(付記6)
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されたP型のシリコン層と、
前記絶縁膜上に形成され、それらの間に前記シリコン層を挟むN型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、
前記シリコン層上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、金属からなるゲート電極と、
を有し、
前記ドレイン拡散層は、平面視で前記ゲート電極と重なり合っていることを特徴とする半導体記憶装置。
(Appendix 6)
An insulating film;
A P-type silicon layer formed on the insulating film;
An N-type source diffusion layer and drain diffusion layer formed on the insulating film and sandwiching the silicon layer therebetween,
A gate insulating film formed on the silicon layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film and made of metal;
Have
The semiconductor memory device, wherein the drain diffusion layer overlaps with the gate electrode in plan view.

(付記7)
前記ゲート電極は、Mo、Ni、Al及びCoからなる群から選択された1種の金属からなることを特徴とする付記6に記載の半導体記憶装置。
(Appendix 7)
The semiconductor memory device according to appendix 6, wherein the gate electrode is made of one kind of metal selected from the group consisting of Mo, Ni, Al, and Co.

(付記8)
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されたP型のシリコン層と、
前記絶縁膜上に形成され、それらの間に前記シリコン層を挟むN型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、
前記シリコン層上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、ボロンが導入されたシリサイドからなるゲート電極と、
を有し、
前記ドレイン拡散層は、平面視で前記ゲート電極と重なり合っていることを特徴とする半導体記憶装置。
(Appendix 8)
An insulating film;
A P-type silicon layer formed on the insulating film;
An N-type source diffusion layer and drain diffusion layer formed on the insulating film and sandwiching the silicon layer therebetween,
A gate insulating film formed on the silicon layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film and made of silicide into which boron is introduced;
Have
The semiconductor memory device, wherein the drain diffusion layer overlaps with the gate electrode in plan view.

(付記9)
前記シリサイドは、CoSi及びNiSiからなる群から選択された1種であることを特徴とする付記8に記載の半導体記憶装置。
(Appendix 9)
9. The semiconductor memory device according to appendix 8, wherein the silicide is one selected from the group consisting of CoSi and NiSi.

(付記10)
基板、酸化膜及び第1導電型のシリコン層からなるSOI基板に対し、前記シリコン層上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記酸化膜と前記シリコン層との界面に向けて酸素イオンを注入する工程と、
熱処理によって前記シリコン層の前記酸化膜側の部分を酸化することにより、前記酸化膜を厚くする工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記シリコン層に第2導電型の不純物のイオンを注入する工程と、
熱処理によって前記第2導電型の不純物を活性化させることにより、前記酸化膜まで達するソース拡散層及びドレイン拡散層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
(Appendix 10)
Forming a gate insulating film and a gate electrode on the silicon layer with respect to the SOI substrate including the substrate, the oxide film, and the first conductivity type silicon layer;
Implanting oxygen ions toward the interface between the oxide film and the silicon layer using the gate electrode as a mask;
Oxidizing the silicon layer portion of the silicon layer by heat treatment to thicken the oxide film;
Implanting ions of second conductivity type impurities into the silicon layer using the gate electrode as a mask;
Activating the second conductivity type impurity by heat treatment to form a source diffusion layer and a drain diffusion layer reaching the oxide film;
A method for manufacturing a semiconductor memory device, comprising:

本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の構造を示すレイアウト図である。1 is a layout diagram illustrating a structure of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. 図1中のI−I線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II line | wire in FIG. ゲート電圧と電流との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a gate voltage and an electric current. 本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor memory device based on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor memory device based on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the method of manufacturing the semiconductor memory device based on the 3rd Embodiment of this invention in process order. 本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor memory device based on the 4th Embodiment of this invention. ゲートの導電型と電流との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the conductivity type of a gate, and an electric current. シミュレーションの対象とした構造を示す図である。It is a figure which shows the structure made into the object of simulation. 拡散層の不純物濃度とGIDL電流との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the impurity concentration of a diffused layer, and a GIDL electric current. データ“0”を書き込み、保持するときの各電圧の変化を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing changes in voltages when data “0” is written and held. 第1の実施形態における経過時間とボディ電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed time and body voltage in 1st Embodiment. 第2の実施形態における経過時間とボディ電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed time and body voltage in 2nd Embodiment. 第3の実施形態における経過時間とボディ電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed time and body voltage in 3rd Embodiment. 従来の半導体記憶装置(DRAM)の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional semiconductor memory device (DRAM).

符号の説明Explanation of symbols

1:シリコン基板
2:埋込酸化膜
3:P型シリコン層
4、14:ゲート電極
5:ゲート絶縁膜
6:サイドウォール絶縁膜
7:ソース拡散層
7a:低濃度不純物拡散層
7b、7c:高濃度不純物拡散層
8:ドレイン拡散層
8a:低濃度不純物拡散層
8b、8c:高濃度不純物拡散層
9:ボディ領域
10:SOI基板
11:中性領域
BL:ビット線
WL:ワード線
1: silicon substrate 2: buried oxide film 3: P-type silicon layer 4, 14: gate electrode 5: gate insulating film 6: sidewall insulating film 7: source diffusion layer 7a: low-concentration impurity diffusion layer 7b, 7c: high Concentration impurity diffusion layer 8: Drain diffusion layer 8a: Low concentration impurity diffusion layer 8b, 8c: High concentration impurity diffusion layer 9: Body region 10: SOI substrate 11: Neutral region BL: Bit line WL: Word line

Claims (4)

凹部が形成された絶縁膜と、
前記凹部上に形成された第1導電型のシリコン層と、
前記絶縁膜上において前記凹部の外側に形成され、それらの間に前記シリコン層を挟む第2導電型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、
前記シリコン層上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
を有し、
前記ドレイン拡散層は、平面視で前記ゲート電極と重なり合っており、
前記ドレイン拡散層の不純物濃度は、1×1019cm-3以上であり、
前記シリコン層の厚さは、データを書き込むための電圧が前記ゲート電極に印加された時に前記シリコン層が部分空乏化する厚さであることを特徴とする半導体記憶装置。
An insulating film in which a recess is formed;
A first conductivity type silicon layer formed on the recess;
A source diffusion layer and a drain diffusion layer of a second conductivity type formed on the insulating film outside the recess and sandwiching the silicon layer therebetween;
A gate insulating film formed on the silicon layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
Have
The drain diffusion layer overlaps the gate electrode in plan view;
The impurity concentration of the drain diffusion layer is 1 × 10 19 cm −3 or more,
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the thickness of the silicon layer is such that the silicon layer is partially depleted when a voltage for writing data is applied to the gate electrode.
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された第1導電型のシリコン層と、
前記絶縁膜上に形成され、それらの間に前記シリコン層を挟む第2導電型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、
前記シリコン層上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
を有し、
前記ドレイン拡散層は、
平面視で前記ゲート電極と重なり合い、不純物濃度が1×10 19 cm -3 以上の第1の不純物拡散層と、
前記第1の不純物拡散層の下に形成され、前記シリコン層に接し、その不純物濃度が前記第1の不純物拡散層のそれよりも低い第2の不純物拡散層と、
を有し、
前記シリコン層の厚さは、データを書き込むための電圧が前記ゲート電極に印加された時に前記シリコン層が部分空乏化する厚さであり、
前記ドレイン拡散層は、更に、前記第1の不純物拡散層の下に形成され、前記シリコン層との間で前記第2の不純物拡散層を挟む第3の不純物拡散層を有し、
前記第3の不純物拡散層の不純物濃度は、前記第2の不純物拡散層のそれよりも高いことを特徴とする半導体記憶装置。
An insulating film;
A first conductivity type silicon layer formed on the insulating film;
A source diffusion layer and a drain diffusion layer of a second conductivity type formed on the insulating film and sandwiching the silicon layer therebetween;
A gate insulating film formed on the silicon layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
Have
The drain diffusion layer is
A first impurity diffusion layer overlapping the gate electrode in plan view and having an impurity concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more;
A second impurity diffusion layer formed under the first impurity diffusion layer, in contact with the silicon layer and having an impurity concentration lower than that of the first impurity diffusion layer;
Have
The thickness of the silicon layer is a thickness at which the silicon layer is partially depleted when a voltage for writing data is applied to the gate electrode.
The drain diffusion layer further includes a third impurity diffusion layer that is formed under the first impurity diffusion layer and sandwiches the second impurity diffusion layer with the silicon layer,
The impurity concentration of the third impurity diffusion layer of a semi-conductor memory device you being higher than that of said second impurity diffusion layer.
前記第1導電型がP型であり、  The first conductivity type is P-type;
前記第2導電型がN型であり、  The second conductivity type is N-type;
前記ゲート電極がP型半導体からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。  The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the gate electrode is made of a P-type semiconductor.
前記第1導電型がP型であり、  The first conductivity type is P-type;
前記第2導電型がN型であり、  The second conductivity type is N-type;
前記ゲート電極が金属からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。  The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the gate electrode is made of a metal.
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