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JPS5827670B2 - semiconductor storage device - Google Patents
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JPS5827670B2 - semiconductor storage device - Google Patents

semiconductor storage device

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JPS5827670B2
JPS5827670B2 JP54039680A JP3968079A JPS5827670B2 JP S5827670 B2 JPS5827670 B2 JP S5827670B2 JP 54039680 A JP54039680 A JP 54039680A JP 3968079 A JP3968079 A JP 3968079A JP S5827670 B2 JPS5827670 B2 JP S5827670B2
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JP
Japan
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oxide film
silicon oxide
mesa
semiconductor
film
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栄機 谷川
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Pioneer Electronic Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/33DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor extending under the transistor

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体記憶装置に関し特に1ビットメモリセル
当り1トランジスタで構成されたいわゆる1トランジス
タメモリセル構造に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a so-called one-transistor memory cell structure configured with one transistor per one bit memory cell.

高集積化大容量の半導体メモリとして、1ビット当りの
構成素子数が少ない1トランジスタメモリセルを用いた
RAM(ランダムアクセスメモリ)装置が用いられてい
る。
A RAM (random access memory) device using a one-transistor memory cell with a small number of constituent elements per bit is used as a highly integrated, large-capacity semiconductor memory.

当該メモリセルは情報蓄積部としての容量素子とこの容
量素子への書込み若しくは読出しを制御するゲートトラ
ンジスタとより構成されるが、これら素子はいわゆる平
面構造にて製造されるために、面積効率は良好でなく、
従って一定のチップ面積上にて集積化可能なメモリ容量
は限られたものとなる。
The memory cell is composed of a capacitive element as an information storage section and a gate transistor that controls writing to or reading from the capacitive element, but since these elements are manufactured in a so-called planar structure, the area efficiency is good. Not, but
Therefore, the memory capacity that can be integrated on a fixed chip area is limited.

更には、情報蓄積容量部の容量を増大して蓄積時間を犬
とする必要があるが、誘電体層を薄くして容量の増大を
図ることはピンホール等の発生が容易となり信頼性に欠
ける欠点があり、また容量面積を犬とすることは集積度
の低下をもたらすことになる。
Furthermore, it is necessary to increase the capacitance of the information storage capacitor section to reduce the storage time, but increasing the capacitance by making the dielectric layer thinner tends to cause pinholes and other problems, resulting in a lack of reliability. There are drawbacks, and increasing the capacity area leads to a reduction in the degree of integration.

従って、本発明の目的は集積度を向上させると共に、情
報蓄積部の容量を増大させることが可能な1トランジス
タメモリセル構造を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a one-transistor memory cell structure capable of improving the degree of integration and increasing the capacity of an information storage section.

以下は本発明を図面を参照しつつ詳述する。The present invention will be explained in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明の1実施例装置を製造するための製造工
程順の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the order of manufacturing steps for manufacturing a device according to an embodiment of the present invention.

P型の半導体基板1を準備しAに示すようにこの基板の
一生面に選択的にN型の低抵抗の不純物領域2を拡散し
て設ける。
A P-type semiconductor substrate 1 is prepared, and an N-type low-resistance impurity region 2 is selectively diffused over the entire surface of the substrate as shown in A.

この拡散領域2はメモリ回路のビット線として用いられ
る。
This diffusion region 2 is used as a bit line of a memory circuit.

次にBに示す如く、基板1の一生面上にN型の半導体層
を例えばエピタキシャル成長法によって形成し、この上
面において先に設けたビット線としての不純物領域2と
対向する所定部分でシリコン酸化膜4及びシリコン窒化
膜5をこの順に選択的に被着形成する。
Next, as shown in B, an N-type semiconductor layer is formed on the upper surface of the substrate 1 by, for example, epitaxial growth, and a silicon oxide film is formed on the upper surface at a predetermined portion facing the impurity region 2 as a bit line provided earlier. 4 and silicon nitride film 5 are selectively deposited in this order.

この場合のエピタキシャル層3の厚さは1〜1.5μ、
シリコン酸化膜4は約500人、シリコン窒化膜は約1
500人とするのが好ましい。
The thickness of the epitaxial layer 3 in this case is 1 to 1.5μ,
About 500 people for silicon oxide film 4, about 1 person for silicon nitride film
It is preferable to set the number to 500 people.

そして当該シリコン窒化膜5をエツチングマスクとして
エピタキシャル層3を選択エツチングしてCに示す構造
を得る。
Then, the epitaxial layer 3 is selectively etched using the silicon nitride film 5 as an etching mask to obtain the structure shown in C.

この状態においてDに示すようにエツチングにより薄く
なったエピタキシャル層3の部分を酸化膜6に変換して
メサ状領域3aを得べく、窒化膜5を耐酸化マスクとし
てエピタキシャル層を酸化し、この酸化膜6がメサ状領
域3aの上面と略等しくなるようにするもので、いわゆ
るLOCO8技術を用いている。
In this state, as shown in D, in order to convert the portion of the epitaxial layer 3 thinned by etching into an oxide film 6 to obtain a mesa-shaped region 3a, the epitaxial layer is oxidized using the nitride film 5 as an oxidation-resistant mask. The film 6 is made to be approximately equal to the upper surface of the mesa-shaped region 3a, and so-called LOCO8 technology is used.

そして最上層の窒化膜5を除去した後、所定条件にて例
えばホウ素をイオン化していわゆるイオン注入技術によ
りメサ状領域3a内にP型のドープ領域7を形成し、こ
のドープ領域7によりメサ状領域が上層後8と下層部9
とに互いに分離されるようにしてEに示す構造とする。
After removing the uppermost nitride film 5, a P-type doped region 7 is formed in the mesa-shaped region 3a by ionizing, for example, boron under predetermined conditions and using a so-called ion implantation technique. Area is upper layer 8 and lower layer 9
The structure shown in E is such that the two are separated from each other.

しかる後にFに示す如く全面に例えばアルミニウム10
を蒸着し、このアルミニウム膜10をエツチングマスク
として酸化膜6をGに示すようにエツチングする。
After that, as shown in F, for example, aluminum 10 is coated on the entire surface.
The aluminum film 10 is used as an etching mask to etch the oxide film 6 as shown in G.

この場合、Eにおける酸化工程により生じた酸化膜4の
オーバーハング部の直下にアルミニウム膜がないことを
利用してエツチングを行うものである。
In this case, etching is performed by taking advantage of the fact that there is no aluminum film directly under the overhang portion of the oxide film 4 caused by the oxidation step in E.

そして酸化膜4及びアルミ膜10を除去し、メサ状領域
の全表面にゲート膜としてのシリコン酸化膜11を周知
の方法により形成する。
Then, the oxide film 4 and the aluminum film 10 are removed, and a silicon oxide film 11 as a gate film is formed on the entire surface of the mesa-shaped region by a well-known method.

メサ状領域の上面のシリコン酸化膜11a上に、Hに示
す如くシリコン窒化膜12を選択的に被着し、更にその
上に例えばポリシリコン13を選択的に形成する。
A silicon nitride film 12 is selectively deposited on the silicon oxide film 11a on the upper surface of the mesa-shaped region as shown in H, and further, for example, polysilicon 13 is selectively formed thereon.

そしてこのポリシリコン13を囲むように絶縁膜14を
設け、最後に第2図に示す如く全面にアルミニウム等の
配線層15を被着しパターニング処理を施して本発明の
メモリセル構造を得ることができる。
Then, an insulating film 14 is provided to surround this polysilicon 13, and finally, as shown in FIG. 2, a wiring layer 15 of aluminum or the like is deposited on the entire surface and patterned to obtain the memory cell structure of the present invention. can.

この場合、アルミニウム層15が制御電極となると共に
メモリのワード線ともなる。
In this case, the aluminum layer 15 serves as the control electrode and also serves as the word line of the memory.

か\る構成において、P型にドープされた分離領域7の
ゲート膜11と接する部分がチャンネル領域として動作
し、ゾの分離領域7により分断されたメサ状領域の上層
部8と、その上面のシリコン酸化膜11aと、その上の
シリコン窒化膜12と、更にその上面のポリシリコン1
3とによって情報蓄積容量部が構成されることになる。
In such a configuration, the part of the P-type doped isolation region 7 in contact with the gate film 11 operates as a channel region, and the upper part 8 of the mesa-shaped region separated by the isolation region 7 and its upper surface The silicon oxide film 11a, the silicon nitride film 12 thereon, and the polysilicon 1 on the top surface thereof
3 constitutes an information storage capacity section.

すなわち、シリコン酸化膜11aを20〜50人の薄い
厚さとすることによりキャリヤのトンネル遷移を可能と
して、キャリヤの捕獲中心であるいわゆる電荷のトラッ
プが主として異種誘電体層であるシリコン酸化膜11a
とシリコン窒化膜12との境界面に存在する如きいわゆ
る周知のMNO8構造としたものである。
That is, by making the silicon oxide film 11a as thin as 20 to 50 nm thick, tunnel transition of carriers is made possible, and the so-called charge trap, which is the center of carrier capture, is mainly made of a different dielectric layer.
The so-called well-known MNO8 structure exists at the interface between the silicon nitride film 12 and the silicon nitride film 12.

かXる構造において、ポリシリコン層13を例えば基準
密使v8sに接続して容量部の1電極とすれば第2図の
等価回路は第4図に示す如く。
In the above structure, if the polysilicon layer 13 is connected to, for example, the reference messenger v8s and used as one electrode of the capacitive part, the equivalent circuit of FIG. 2 will be as shown in FIG. 4.

ゲート用トランジスタT1及びコンデンサC1より成る
トランジスタメモリセルが得られることになる。
A transistor memory cell consisting of a gate transistor T1 and a capacitor C1 is obtained.

従って、ワード線に書込み又は読出し用の制御信号を選
択的に印加することによって分離領域7のチャンネルに
反転層が形成され、ゲートトランジスタT1がオンとな
る。
Therefore, by selectively applying a write or read control signal to the word line, an inversion layer is formed in the channel of the isolation region 7, and the gate transistor T1 is turned on.

その結果蓄積容量部C1にビット線に応じた情報がこの
トランジスタT1 を介して書込まれまた容量部C1に
書込まれている情報がトランジスタを介してビット線に
読み出される。
As a result, information corresponding to the bit line is written into the storage capacitor C1 via this transistor T1, and information written in the capacitor C1 is read out to the bit line via the transistor.

特に容量部C1がシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との
積層構造であって、主としてその界面に電荷トラップが
多く発生するものであるから、単一の誘電体層構造に比
容量が犬となる利点がある。
In particular, since the capacitor C1 has a laminated structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film, and many charge traps occur mainly at the interface, there is an advantage that the specific capacitance is small compared to a single dielectric layer structure. There is.

第3図は本発明の他の実施例構造の断面図であり、第2
図と同等部分は同一符号により示されている。
FIG. 3 is a sectional view of another embodiment structure of the present invention.
Parts equivalent to those in the figures are designated by the same reference numerals.

本例においては、誘電体層の構造としてシリコン酸化膜
11a1シリコン窒化膜12及びシリコン酸化膜14a
がこの順に積層された3層の絶縁膜を用いたものである
In this example, the structure of the dielectric layer is a silicon oxide film 11a, a silicon nitride film 12, and a silicon oxide film 14a.
This uses three insulating films stacked in this order.

この場合も、下層のシリコン酸化膜11aとシリコン窒
化膜12との間、更には上層のシリコン酸化膜14aと
シリコン窒化膜12との間にそれぞれトラップが多く形
成されること\なって容量の増大が可能となる。
In this case as well, many traps are formed between the lower silicon oxide film 11a and the silicon nitride film 12, and furthermore between the upper silicon oxide film 14a and the silicon nitride film 12, resulting in an increase in capacitance. becomes possible.

尚、上記においては半導体の導電型を特定して示したが
これに限定されることなく逆導電型を用いてもよく、ま
た他の製造方法により上記構造を得てもよい。
In the above description, the conductivity type of the semiconductor is specified, but the semiconductor is not limited to this, and a reverse conductivity type may be used, and the above structure may be obtained by other manufacturing methods.

更には、誘電体層としてシリコン酸化膜及びシリコン窒
化膜を用いてMNO8構造としたが、少くとも2つの異
種の誘電体層であってこれらの界面に電荷のトラップを
形成する如き誘電体積層構造とすればよく例えばMAO
8(メタル、アルミナ、酸化膜、シリコン)構成にする
こともできる。
Furthermore, although a silicon oxide film and a silicon nitride film were used as the dielectric layer to form the MNO8 structure, a dielectric laminated structure consisting of at least two different types of dielectric layers and forming charge traps at the interface between them is also possible. For example, MAO
It is also possible to have a configuration of 8 (metal, alumina, oxide film, silicon).

本発明によれば、メサ状領域の上部を容量部とし、メサ
状領域の縦方向をトランジスタ部とする構成であるから
従来の平面構造に比し著しく面積が減少し、よって大容
量のメモリ装置が可能となる。
According to the present invention, since the upper part of the mesa-shaped region is a capacitor part and the vertical direction of the mesa-shaped region is a transistor part, the area is significantly reduced compared to a conventional planar structure, and thus a large-capacity memory device can be used. becomes possible.

また、容量部を異種誘電体層としてその界面にトラップ
を有する如き構成とすることによって容量の増大が可能
となって蓄積時間の延長が図れる。
In addition, by configuring the capacitor section as a different type of dielectric layer and having traps at the interface thereof, the capacitance can be increased and the storage time can be extended.

更には上記したLOCO8技術を用いることにより、装
置表面の平担化が可能となると共に、寄生容量の減少に
より高速化が期待できる。
Furthermore, by using the above-mentioned LOCO8 technology, it is possible to flatten the surface of the device, and high speed can be expected due to the reduction in parasitic capacitance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の装置を得るための製造工程順の各断面
図、第2図は本発明の1実施例を示す断面図、第3図は
本発明の他の実施例の断面図、第4図は第2図及び第3
第の装置の等価回路図である。 主要部分の符号の説明、1・・・・・・半導体基板、3
a・・・・・・メサ状領域、7・・・・・・分離領域、
13・・・・・・容量電極層、11,14・・・・・・
シリコン酸化膜、12・・・・・・シリコン窒化膜、1
5・・・・・・制御電極及びワード線。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the order of manufacturing steps for obtaining the device of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention. Figure 4 is similar to Figures 2 and 3.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the second device. Explanation of symbols of main parts, 1...Semiconductor substrate, 3
a... Mesa-shaped area, 7... Separation area,
13... Capacitive electrode layer, 11, 14...
Silicon oxide film, 12...Silicon nitride film, 1
5...Control electrode and word line.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体基板上に設けられた所定導電型の半導体メサ
状領域と、前記メサ状領域内においてこの領域を上下2
層に互いに分離するように設けられた逆導電型の半導体
分離領域と、前記メサ状領域の側面における前記分離領
域の露出面を被うように絶縁膜を介して設けられた制御
電極と、前記メサ状領域の上面に被着され少くとも2層
の異種の誘電体層であってこれらの界面に電荷のトラッ
プを形成する如き誘電体層と、前記誘電体層の上面に形
成された電極層とを含み、前記制御電極に選択的に所定
制御信号を印加して前記分離領域を介して少くとも前記
トラップに情報を書込み読出し制御するよう構成された
ことを特徴とする半導体記憶装置。 2 前記誘電体層はシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜
よりなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
半導体記憶装置。 3 前記誘電体層は第1のシリコン酸化膜、シリコン窒
化膜及び第2のシリコン酸化膜がこの順に積層されてな
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体
記憶装置。
[Scope of Claims] 1. A semiconductor mesa-shaped region of a predetermined conductivity type provided on a semiconductor substrate;
a semiconductor isolation region of opposite conductivity type provided in layers so as to be separated from each other; a control electrode provided via an insulating film so as to cover an exposed surface of the isolation region on a side surface of the mesa-shaped region; At least two dielectric layers of different types deposited on the upper surface of the mesa-shaped region and forming charge traps at the interface thereof; and an electrode layer formed on the upper surface of the dielectric layer. A semiconductor memory device comprising: a semiconductor memory device configured to selectively apply a predetermined control signal to the control electrode to control writing and reading of information into at least the trap via the isolation region. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the dielectric layer is made of a silicon oxide film and a silicon nitride film. 3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the dielectric layer is formed by laminating a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a second silicon oxide film in this order.
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