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JPH0536930A - Semiconductor storage device - Google Patents

Semiconductor storage device

Info

Publication number
JPH0536930A
JPH0536930A JP3186665A JP18666591A JPH0536930A JP H0536930 A JPH0536930 A JP H0536930A JP 3186665 A JP3186665 A JP 3186665A JP 18666591 A JP18666591 A JP 18666591A JP H0536930 A JPH0536930 A JP H0536930A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
columnar semiconductor
storage node
insulating film
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3186665A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeyoshi Watanabe
重佳 渡辺
Hiroshi Takatou
宏 高東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP3186665A priority Critical patent/JPH0536930A/en
Publication of JPH0536930A publication Critical patent/JPH0536930A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Dram (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a memory cell structure which can realize reduction in size to the same degree as SGT and sufficient cell storage capacity with the present process technology. CONSTITUTION:A groove is formed on the surface of a silicon substrate and a switching transistor defining two side surfaces facing with each other as the source and drain is formed on the upper part of a column-wise semiconductor layer 1 separated with the groove. A capacitor is formed with a storage node electrode 5 which is in contact with a side surface as a storage node contact 9 of these two side surfaces and is formed via an insulating film around the other side surface to surround the entire part of a column type semiconductor layer 1 and a plate electrode 6 which is formed via the capacitor insulating film 7 to surround this storage node electrode 5, a bit line contact 10 is formed at the side surface facing the side surface of the column type semiconductor layer forming the storage node contact 9, and moreover a word line 2 is formed on top of the column type semiconductor layer.

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、半導体記憶装置に係
り、特にダイナミック型RAM(DRAM)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a dynamic RAM (DRAM).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体記憶装置は高集積化、大容
量化の一途を辿っており、特に1個のMOSFETと1
個のMOSキャパシタから構成されるMOSダイナミッ
クRAM(DRAM)においては、そのメモリセルの微
細化への研究が進んでいる。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor memory devices have been highly integrated and have a large capacity.
In a MOS dynamic RAM (DRAM) composed of individual MOS capacitors, research into miniaturization of the memory cell is progressing.

【0003】このようなメモリセルの微細化に伴い、情
報(電荷)を蓄積するキャパシタの面積は減少し、この
結果メモリ内容が誤って読み出されたり、あるいはα線
等によりメモリ内容が破壊されるソフトエラ−などが問
題になっている。
With the miniaturization of such memory cells, the area of the capacitor for storing information (charge) is reduced, and as a result, the memory contents are erroneously read out or destroyed by α rays or the like. There is a problem with software errors.

【0004】このような問題を解決し、高集積化、大容
量化をはかるための方法として、占有面積を増大するこ
となく、実質的にキャパシタの占有面積を拡大し、キャ
パシタ容量を増やし、蓄積電荷量を増大させるためにい
ろいろな方法が提案されている。
As a method for solving such a problem and achieving high integration and large capacity, the area occupied by the capacitor is substantially expanded, the capacity of the capacitor is increased, and the storage is increased without increasing the area occupied. Various methods have been proposed to increase the charge amount.

【0005】その1つに、図7に示すように、半導体基
板に溝を形成することによって形成される柱状半導体層
100の外周にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成
し、柱状半導体層の上面と溝底部にそれぞれソース・ド
レイン拡散層101s,101dを形成したMOSトラ
ンジスタ(Surroundingu Gate Tr
ansistor以下SGTと指称す)をスイッチング
トランジスタとして用い、この柱状半導体層と溝に埋め
込まれたプレート電極102間に形成されるキャパシタ
を形成した縦型のSGTセルが提案されている。ここで
ビット線は柱状半導体層の上面にダイレクトコンタクト
を形成することによって形成される。
As one of them, as shown in FIG. 7, a gate electrode is formed on the outer periphery of a columnar semiconductor layer 100 formed by forming a groove in a semiconductor substrate via a gate insulating film, and the columnar semiconductor layer is formed. A MOS transistor (Surrounding Gate Gate Tr) in which source / drain diffusion layers 101s and 101d are formed on the upper surface and the groove bottom, respectively.
A vertical SGT cell is proposed in which a capacitor is formed between the columnar semiconductor layer and the plate electrode 102 embedded in the groove by using an anistor (hereinafter referred to as SGT) as a switching transistor. Here, the bit line is formed by forming a direct contact on the upper surface of the columnar semiconductor layer.

【0006】このSGTセルはオープンビットライン方
式でレイアウトすることにより、フォールデッドビット
ライン方式を用いた従来の平面構造のMOSトランジス
タに比べセルサイズを大幅に小形化することができる。
By laying out this SGT cell by the open bit line system, the cell size can be greatly reduced as compared with the conventional planar structure MOS transistor using the folded bit line system.

【0007】理想的に考えると、フォールデッドビット
ライン方式を用い、従来の平面構造のMOSFETでは
セルサイズは8F2 (Fは平面でのデザインルール)に
なるのに対してSGTセルでは4F2 と約半分に低減す
ることができる。
Ideally, the folded bit line method is used, and the cell size is 8F 2 (F is a design rule in the plane) in the conventional planar MOSFET, whereas it is 4F 2 in the SGT cell. It can be reduced to about half.

【0008】しかしながらSGTセルでは、前記シリコ
ン柱の4側面しかキャパシタとして使用することができ
ない。このためキャパシタ部分の有効面積はわずか4F
d(dは溝の深さ)しかなく、十分に大きなセル蓄積容
量を実現しようとすると溝を相当深く掘らなければなら
ない。しかし、溝を掘る場合アスペクト比d/Fを10
以上にするのはプロセス技術的に困難であり、十分なセ
ル容量を得ることができないという問題があった。
However, in the SGT cell, only four side surfaces of the silicon pillar can be used as a capacitor. Therefore, the effective area of the capacitor is only 4F.
There is only d (d is the depth of the groove), and in order to realize a sufficiently large cell storage capacity, the groove must be dug considerably deep. However, when digging a groove, the aspect ratio d / F is set to 10
The above process is difficult in terms of process technology, and there is a problem that a sufficient cell capacity cannot be obtained.

【0009】またビット線とMOSトランジスタの接続
部であるビット線コンタクトを平面部に形成しているた
め、セルサイズは6F2 (ビット線の走る方向3F×ワ
ード線の走る方向)以下に小形化できないという問題が
あった。
Further, since the bit line contact, which is the connecting portion between the bit line and the MOS transistor, is formed on the flat surface portion, the cell size is reduced to 6F 2 (bit line running direction 3F × word line running direction) or less. There was a problem that I could not.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このように、オープン
ビットライン方式でレイアウトした従来のSGTセルは
理想的にはセルサイズを4F2 に小形化できる反面、現
状のプロセス技術では十分なセル容量を得ることができ
ないという問題があった。
As described above, while the conventional SGT cell laid out by the open bit line system can ideally reduce the cell size to 4F 2 , it has a sufficient cell capacity in the current process technology. There was a problem that I could not get it.

【0011】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、SGTと同程度の小型化が可能で現状のプロセス技
術を用いて十分なセル蓄積容量を実現することのできる
メモリセル構造を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a memory cell structure that can be made as small as an SGT and that can realize a sufficient cell storage capacity by using the current process technology. The purpose is to do.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の第1で
は、半導体基板表面に溝を形成し、この溝によって分離
された柱状半導体層の上部にこの相対向する2側面をソ
ース・ドレイン領域とするスイッチングトランジスタを
形成し、これら2側面の内の一側面をストレージノード
コンタクトとしてこれにコンタクトするとともにこの柱
状半導体層全体を囲むように他の側面の周りに絶縁膜を
介して形成されたストレージノード電極と、さらにこの
ストレージノード電極を囲むようにキャパシタ絶縁膜を
介して形成されたプレート電極とからなるキャパシタを
形成し、前記ストレージノードコンタクトを構成する柱
状半導体層の側面に対向する側面にビット線コンタクト
を形成し、さらに柱状半導体層の頂面にワード線を形成
したことを特徴とする。
In view of the above, according to the first aspect of the present invention, a groove is formed on the surface of a semiconductor substrate, and the two side surfaces facing each other are formed on the upper surface of the columnar semiconductor layer separated by the groove. A switching transistor is formed, and one of these two side surfaces is used as a storage node contact, and the storage transistor is formed around the other side surface via an insulating film so as to surround the entire columnar semiconductor layer. A capacitor is formed by a node electrode and a plate electrode formed so as to surround the storage node electrode via a capacitor insulating film, and a bit is formed on a side surface of the columnar semiconductor layer forming the storage node contact. A line contact is formed, and a word line is formed on the top surface of the columnar semiconductor layer. That.

【0013】また、本発明の第2では、シリコン基板表
面に溝を形成し、この溝によって分離された縦横比1:
1の柱状半導体層を、ビット線の走る方向に沿って絶縁
膜を形成することによってさらに分離し、この分離によ
ってできる柱状半導体層の少なくとも表面を下方から第
1導電型を有する第1の高濃度層、上方から第1の導電
型を有する第2の高濃度層を形成することにより第2の
導電型を有する柱状半導体層を3つに分割し、第1およ
び第2の高濃度層の間に位置する柱状半導体層の3側面
に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、この領
域をチャネルとし第1および第2の高濃度層をソースド
レインとするMOSFETを形成し、下方側に位置する
第1の高濃度層の3側面にキャパシタを形成すると共
に、上方側に位置する第2の高濃度層の3側面および柱
状半導体層の頂面にコンタクトするようにビット線を形
成している。
In the second aspect of the present invention, a groove is formed on the surface of the silicon substrate, and the aspect ratio of the grooves separated by the groove is 1 :.
The columnar semiconductor layer of No. 1 is further separated by forming an insulating film along the running direction of the bit line, and at least the surface of the columnar semiconductor layer formed by this separation has a first high concentration having a first conductivity type from below. Layer, a columnar semiconductor layer having the second conductivity type is divided into three by forming a second high concentration layer having the first conductivity type from above, and between the first and second high concentration layers. A gate electrode is formed on the three side surfaces of the columnar semiconductor layer located on the side of the gate insulating film via a gate insulating film, and a MOSFET having the region as a channel and the first and second high-concentration layers as the source and drain is formed on the lower side. Capacitors are formed on the three side surfaces of the first high-concentration layer located, and bit lines are formed so as to contact the three side surfaces of the second high-concentration layer located on the upper side and the top surface of the columnar semiconductor layer. There is.

【0014】[0014]

【作用】上記第1の構造によれば、トレンチの上方部を
MOSFETとして用いているが、この回りは絶縁膜を
介してストレージノード電極が形成されており、柱状半
導体層の周り全体にわたってキャパシタを形成している
ため、セル面積を4F2 に維持したまま、キャパシタを
柱状半導体層の外側の4側面に形成することができる。
According to the first structure described above, the upper portion of the trench is used as a MOSFET, but the storage node electrode is formed around this portion through the insulating film, and the capacitor is formed all around the columnar semiconductor layer. Since it is formed, the capacitor can be formed on the outer four side surfaces of the columnar semiconductor layer while maintaining the cell area at 4F 2 .

【0015】プレート電極が理想的にはゼロ近傍まで薄
くできるとすると、キャパシタ部分の有効面積はSGT
の倍の8Fdに増大することができる。
Assuming that the plate electrode can ideally be thinned to near zero, the effective area of the capacitor portion is SGT.
Can be increased to 8 Fd.

【0016】したがって、溝を深くすることなく十分な
キャパシタ容量を得ることができることになり、現状の
プロセス技術で十分なせる蓄積容量を実現することが可
能となる。
Therefore, it is possible to obtain a sufficient capacitance of the capacitor without making the groove deep, and it is possible to realize a sufficient storage capacitance with the current process technology.

【0017】上記第2の構造によれば、縦横比1:1の
柱状半導体層にSGTセルの2倍の2個のメモリセルを
形成することができ、しかもビット線コンタクトはSG
Tセルと異なり主として柱状半導体層の側面部に形成さ
れているため、メモリセル面積を律速することがない。
このため、セルサイズをSGTセルの約半分の2F2
で小形化することができる。
According to the second structure, it is possible to form two memory cells, which is twice the size of the SGT cell, in the columnar semiconductor layer having an aspect ratio of 1: 1 and the bit line contact is SG.
Unlike the T cell, since it is mainly formed on the side surface of the columnar semiconductor layer, the rate of the memory cell area is not limited.
Therefore, the cell size can be reduced to about 2F 2 which is about half the size of the SGT cell.

【0018】望ましくは、基板表面に絶縁膜を形成しこ
の上層にセルを形成するいわゆるSOI構造を用いるこ
とによって、基板と完全に分離するようにする。
Preferably, a so-called SOI structure in which an insulating film is formed on the surface of the substrate and cells are formed on the insulating film is used to completely separate the insulating film from the substrate.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0020】実施例1 本発明の半導体記憶装置の第1の実施例として、図1
(a) 、図1(b) および図1(c) にSGT構造のDRAM
を示す平面図、そのA−A断面図およびB−B断面図を
示す。
Example 1 As a first example of the semiconductor memory device of the present invention, FIG.
(a), FIG. 1 (b) and FIG. 1 (c) show the SGT structure DRAM.
The top view which shows, the AA sectional drawing and its BB sectional drawing are shown.

【0021】このDRAMは、p型のシリコン基板表面
を縦横に走る溝を配設し、この溝により分離される複数
の柱状半導体層をマトリックス状に配列し、各柱状半導
体層1の上部にこの相対向する2側面をn型拡散層から
なるソース・ドレイン領域1s,1dとするスイッチン
グトランジスタとしてのMOSFET、さらにこれら2
側面の内の一側面をストレージノードコンタクト9とし
てコンタクトするとともにこの柱状半導体層1全体を囲
むように他の側面の周りに酸化シリコン膜4を介して形
成されたストレージノード電極5と、さらにこのストレ
ージノード電極を囲むようにキャパシタ絶縁膜7を介し
て形成されたプレート電極6とからなるキャパシタを形
成し、前記ストレージノードコンタクト9を構成する柱
状半導体層1の側面に対向する側面にビット線コンタク
ト10を形成し、さらに柱状半導体層の頂面にワード線
2を形成したことを特徴とする。
In this DRAM, grooves running in the vertical and horizontal directions on the surface of a p-type silicon substrate are arranged, and a plurality of columnar semiconductor layers separated by the grooves are arranged in a matrix. MOSFETs as switching transistors having two side surfaces facing each other as source / drain regions 1s and 1d made of n-type diffusion layers, and these 2
A storage node electrode 5 is formed by contacting one of the side faces as a storage node contact 9 and surrounding the other side face via a silicon oxide film 4 so as to surround the entire columnar semiconductor layer 1, and further the storage node electrode 5. A capacitor composed of a plate electrode 6 formed via a capacitor insulating film 7 so as to surround the node electrode is formed, and a bit line contact 10 is formed on a side surface of the columnar semiconductor layer 1 forming the storage node contact 9 opposite to a side surface thereof. And the word line 2 is formed on the top surface of the columnar semiconductor layer.

【0022】この柱状半導体層の側面に形成されたビッ
ト線コンタクト10を隣接する2セルにわたって接続す
るコンタクトパッド8に接続するように最上層にビット
線3が形成される。
A bit line 3 is formed in the uppermost layer so that the bit line contact 10 formed on the side surface of the columnar semiconductor layer is connected to the contact pad 8 connecting over two adjacent cells.

【0023】ここでストレージノード電極5およびプレ
ート電極6は多結晶シリコン膜からなり、キャパシタ絶
縁膜7は酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との2層膜で
構成されている。
Here, the storage node electrode 5 and the plate electrode 6 are made of a polycrystalline silicon film, and the capacitor insulating film 7 is made of a two-layer film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

【0024】また、MOSFETを構成するゲート電極
であるワード線およびビット線3とMOSFETのソー
ス・ドレイン領域である1dとの接続を行うためのコン
タクトパッド8も多結晶シリコンで構成されている。
The contact pads 8 for connecting the word lines and bit lines 3 which are the gate electrodes constituting the MOSFET and the source / drain regions 1d of the MOSFET are also made of polycrystalline silicon.

【0025】さらに、プレート電極6は、図1(a) に示
すように分離溝に沿って連続的に配設されて、共通電極
となる。
Further, as shown in FIG. 1 (a), the plate electrodes 6 are continuously arranged along the separation groove to serve as a common electrode.

【0026】また、素子分離溝の上部には、各柱状半導
体層1の頂面上にゲート絶縁膜4gを介して多結晶シリ
コン膜からなるゲート電極2が形成されると共に、各柱
状半導体層1の相対向する2側面にソ−スまたはドレイ
ンとなるn型層1s,1dが形成されており、MOSト
ランジスタを構成している。
In addition, a gate electrode 2 made of a polycrystalline silicon film is formed on the top surface of each columnar semiconductor layer 1 above the element isolation trench via a gate insulating film 4g, and each columnar semiconductor layer 1 is formed. N-type layers 1s and 1d serving as a source or a drain are formed on the two side surfaces facing each other, forming a MOS transistor.

【0027】そして、各柱状半導体層1の周り全体に絶
縁膜4を介して、ストレージノード電極5が形成され、
この側面全体をキャパシタとして用いている。
A storage node electrode 5 is formed around each columnar semiconductor layer 1 with an insulating film 4 interposed therebetween.
The entire side surface is used as a capacitor.

【0028】さらにゲート電極であるワード線2は、ビ
ット線3に垂直な方向に走行している。
Further, the word line 2 as a gate electrode runs in a direction perpendicular to the bit line 3.

【0029】そして、ワード線の上層はCVD法によっ
て形成された酸化シリコン膜からなる絶縁膜11により
平坦化され、コンタクトパッド8を介してMOSトラン
ジスタのソ−スまたはドレイン1dに接続するように、
多結晶シリコン膜等によるビット線3が配設されてい
る。
Then, the upper layer of the word line is flattened by the insulating film 11 made of a silicon oxide film formed by the CVD method, and is connected to the source or drain 1d of the MOS transistor through the contact pad 8.
A bit line 3 made of a polycrystalline silicon film or the like is provided.

【0030】この構造によれば、ビット線コンタクトを
キャパシタの上部に形成するようにし、しかもビット線
はビット線の走行方向に隣接した2セルで共有するよう
にしているため、図7に示した従来のSGTセル構造で
問題となっていたビット線とスイッチング用トランジス
タの接続部分はメモリセル面積の増加に何等寄与するこ
とがなく、ビット線方向のセルの長さはゲート長F+溝
の幅F=2Fまで小形化することができる。
According to this structure, the bit line contact is formed above the capacitor, and the bit line is shared by the two cells adjacent in the running direction of the bit line. The connection portion between the bit line and the switching transistor, which has been a problem in the conventional SGT cell structure, does not contribute to the increase of the memory cell area, and the cell length in the bit line direction is the gate length F + the groove width F. The size can be reduced to 2F.

【0031】また、この構造によればキャパシタとして
用いることのできる1側面の長さを理想的にはSGTセ
ル構造の2倍の2Fにすることができるため、同じ蓄積
容量を得るためには溝の深さは約半分でよいことにな
り、現状プロセスで十分に作成可能である。
Further, according to this structure, the length of one side surface that can be used as a capacitor can be ideally set to 2F which is twice as large as that of the SGT cell structure. The depth should be about half, which is sufficient for the current process.

【0032】次に、このDRAMの製造工程について説
明する。
Next, the manufacturing process of this DRAM will be described.

【0033】先ず、比抵抗5Ωcm程度のp型シリコン基
板1表面に、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との2層
膜からなるトレンチマスクを介して異方性エッチングに
より縦横に溝を形成することによって、柱状半導体層1
を形成し、さらに熱酸化法によりこの周りに膜厚80nm
の酸化シリコン膜4を形成し、さらにフォトリソ法によ
りこの酸化シリコン膜4にストレージノードコンタクト
9を形成する。
First, by vertically and horizontally forming grooves on the surface of the p-type silicon substrate 1 having a specific resistance of about 5 Ωcm by anisotropic etching through a trench mask consisting of a two-layer film of a silicon nitride film and a silicon oxide film. Columnar semiconductor layer 1
Is formed, and a film thickness of 80 nm is formed around it by thermal oxidation.
The silicon oxide film 4 is formed, and the storage node contact 9 is formed on the silicon oxide film 4 by the photolithography method.

【0034】この後トレンチマスクを除去し、CVD法
により、膜厚50nm程度の多結晶シリコンを堆積し、
ヒ素またはリンのイオン注入またはリン拡散等により、
ドーピングを行い、ストレージノード電極5を形成す
る。このときトレンチ側壁の基板と接する領域ではn型
拡散層が形成される。
After that, the trench mask is removed, and polycrystalline silicon with a film thickness of about 50 nm is deposited by the CVD method.
By ion implantation or phosphorus diffusion of arsenic or phosphorus,
Doping is performed to form the storage node electrode 5. At this time, an n-type diffusion layer is formed in the region of the side wall of the trench which is in contact with the substrate.

【0035】そして、窒化シリコン膜/酸化シリコン膜
の2層膜からなるキャパシタ絶縁膜7と、多結晶シリコ
ン膜を埋め込み、プレート電極6をパタ−ニングする。
Then, the capacitor insulating film 7 consisting of a two-layer film of a silicon nitride film / a silicon oxide film and a polycrystalline silicon film are embedded, and the plate electrode 6 is patterned.

【0036】こうして、溝を利用したMOSキャパシタ
が形成され、続いて、通常の方法でMOSトランジスタ
を形成する。
Thus, the MOS capacitor utilizing the groove is formed, and subsequently, the MOS transistor is formed by the usual method.

【0037】まず、15nm程度の熱酸化膜からなるゲー
ト絶縁膜4gを形成し、さらに、ゲート電極2となる多
結晶シリコン膜を堆積したのち、ワ−ド線方向に沿う溝
の領域にフォトレジスト・パターンを形成する。そし
て、このフォトレジスト・パターンをマスクとして、反
応性イオンエッチングにより、パターン形成してワード
線となるゲート電極2を形成する。
First, a gate insulating film 4g made of a thermal oxide film having a thickness of about 15 nm is formed, a polycrystalline silicon film to be the gate electrode 2 is further deposited, and then a photoresist is formed in the groove region along the word line direction. -Form a pattern. Then, by using this photoresist pattern as a mask, reactive ion etching is performed to form a pattern to form the gate electrode 2 to be a word line.

【0038】この後、基板表面を通常のフォトリソ法と
反応性イオンエッチング法を用いて露出させ、ヒ素のイ
オン注入を行いMOSトランジスタのソ−スまたはドレ
インとなるn型層1s,1dを形成する。
Thereafter, the surface of the substrate is exposed by the usual photolithography method and reactive ion etching method, and arsenic is ion-implanted to form n-type layers 1s and 1d to be the source or drain of the MOS transistor. .

【0039】そして、全面をCVD法により形成した酸
化シリコン膜からなる層間絶縁膜11で被覆する。
Then, the entire surface is covered with an interlayer insulating film 11 made of a silicon oxide film formed by the CVD method.

【0040】そしてさらにフォトリソ法によりビット線
コンタクト10を形成し、コンタクトパッド8を形成す
る。そして最後にビット線3を形成し、必要に応じて保
護膜を形成し図1(a) 乃至(c) に示したDRAMが完成
する。
Then, a bit line contact 10 is formed by photolithography, and a contact pad 8 is formed. Finally, the bit line 3 is formed, and a protective film is formed if necessary, so that the DRAM shown in FIGS. 1A to 1C is completed.

【0041】実施例2 なお、前記実施例1では、キャパシタを溝の深さ全体に
わたって形成したため、コンタクトパッド8が隣接セル
にわたって山型をなすように形成されており、ビット線
コンタクトの形成がやや困難であったが、実施例2とし
て、図2に示すように溝の上部を残してキャパシタを形
成するようにすれば、ビット線コンタクトの形成も容易
であるうえ、キャパシタ上にできた凹部にコンタクトパ
ッド8を埋め込むように形成することができる。
Embodiment 2 In Embodiment 1, since the capacitor is formed over the entire depth of the groove, the contact pad 8 is formed in a mountain shape over the adjacent cells, and the bit line contact is slightly formed. Although it is difficult, if the capacitor is formed by leaving the upper part of the groove as shown in FIG. 2 as the second embodiment, the bit line contact can be easily formed and the concave portion formed on the capacitor can be formed. The contact pad 8 can be formed to be embedded.

【0042】実施例3 また、実施例1ではコンタクトパッド8を介してビット
線を形成したが、実施例3として図3に示すように、直
接MOSFETのソースドレイン領域を構成するn型層
1dに接続するようにしてもよい。
Third Embodiment Although the bit line is formed through the contact pad 8 in the first embodiment, as shown in FIG. 3 as the third embodiment, the n-type layer 1d which directly constitutes the source / drain region of the MOSFET is formed. You may make it connect.

【0043】実施例4 次に本発明の半導体記憶装置の第4の実施例として、図
4(a) 、図4(b) および図4(c) にSGT構造のDRA
Mを示す平面図、そのA−A断面図およびB−B断面図
を示す。
Fourth Embodiment Next, as a fourth embodiment of the semiconductor memory device of the present invention, a DRA having an SGT structure is shown in FIGS. 4 (a), 4 (b) and 4 (c).
The top view which shows M, the AA sectional view and its BB sectional view are shown.

【0044】このDRAMは、シリコン基板表面に溝を
形成し、この溝によって分離された縦横比1:1のp型
の柱状半導体層1を、ビット線の走る方向に沿って酸化
シリコン膜14を形成することによってさらに分離し、
この分離によってできる柱状半導体層の下部および上部
にn型層19,n+ 層20を形成して、この柱状半導体
層1の3側面を覆うようにゲート絶縁膜4gを介してゲ
ート電極2を形成し、この柱状半導体層1の真ん中のp
型領域1pをチャネルとしn型層19,n+ 層20をソ
ースドレインとするMOSFETを形成し、下方側に位
置するn型層19の3側面にこのn型層19をストレー
ジノードとするキャパシタを形成すると共に、上方側に
位置するn+ 層20の3側面および柱状半導体層の頂面
にコンタクトするようにビット線3を形成したことを特
徴とするものである。
In this DRAM, a groove is formed on the surface of a silicon substrate, and a p-type columnar semiconductor layer 1 having an aspect ratio of 1: 1 separated by the groove is formed with a silicon oxide film 14 along a running direction of a bit line. Further separated by forming,
An n-type layer 19 and an n + layer 20 are formed below and above the columnar semiconductor layer formed by this separation, and a gate electrode 2 is formed so as to cover three side surfaces of the columnar semiconductor layer 1 with a gate insulating film 4g interposed therebetween. The p in the middle of the columnar semiconductor layer 1
A MOSFET having the n-type layer 19 and the n + layer 20 as a source / drain is formed with the n-type layer 1p as a channel, and a capacitor having the n-type layer 19 as a storage node is formed on three side surfaces of the n-type layer 19 located on the lower side. The bit line 3 is formed so as to be in contact with the three side surfaces of the n + layer 20 located above and the top surface of the columnar semiconductor layer.

【0045】キャパシタはn型層19をストレージノー
ドとし、この3側面に形成された酸化シリコン膜と窒化
シリコン膜との2層膜からなるキャパシタ絶縁膜7と、
多結晶シリコン膜からなるプレート電極6とで構成さ
れ、このプレート電極6は、図4(a) に示すように分離
溝に沿って連続的に配設されて、共通電極となる。
The capacitor uses the n-type layer 19 as a storage node, and has a capacitor insulating film 7 formed on the three side surfaces of the two-layer film of a silicon oxide film and a silicon nitride film,
It is composed of a plate electrode 6 made of a polycrystalline silicon film, and the plate electrode 6 is continuously arranged along the separation groove as shown in FIG. 4 (a) to become a common electrode.

【0046】さらにゲート電極であるワード線2は、ビ
ット線3に垂直な方向に走行している。
Further, the word line 2 as a gate electrode runs in a direction perpendicular to the bit line 3.

【0047】この構造によれば、セルサイズをSGTセ
ルの半分の2F2まで小形化することが可能となる。
With this structure, the cell size can be reduced to 2F 2, which is half the size of the SGT cell.

【0048】また、このMOSFETの基板は厚さF/
2弱しかないことになるため、ストレージノードとなる
n- 層を形成すると、p型基板(またはp型エピタキシ
ャル層)Sからは分離されフローティング基板型のトラ
ンジスタとなる。
The substrate of this MOSFET has a thickness F /
Since there is only 2 weak layers, when an n-layer serving as a storage node is formed, it is separated from the p-type substrate (or p-type epitaxial layer) S to form a floating substrate type transistor.

【0049】さらに、ビット線コンタクトの面積として
は、柱状半導体層の頂面のみならず3側面をも加えるこ
とができる大きくすることができる上、柱状半導体層の
高さで調節することができるため、メモリセルサイズに
関係なく、ビット線コンタクトの面積をSGTセルのF
2 よりも大きくすることができる。このビット線コンタ
クトのコンタクト抵抗はそのコンタクト面積に比例し、
抵抗値が直接メモリセル読みだし時間に効くことを考慮
すると、本発明のセル構造によればさらに高速化をはか
ることができる。
Further, the area of the bit line contact can be increased so that not only the top surface of the columnar semiconductor layer but also three side surfaces can be added, and the height of the columnar semiconductor layer can be adjusted. , Regardless of the memory cell size, the area of the bit line contact is
Can be greater than 2 . The contact resistance of this bit line contact is proportional to its contact area,
Considering that the resistance value directly affects the reading time of the memory cell, the cell structure of the present invention can further increase the speed.

【0050】なお、この例ではビット線の走る方向のセ
ルサイズがSGTセルの半分となるため、ワード線のピ
ッチはSGTセルの2倍も厳しくなる。
In this example, since the cell size in the running direction of the bit line is half that of the SGT cell, the word line pitch is twice as severe as that of the SGT cell.

【0051】そこでワード線を選択するためのロウデコ
ーダはワード線1本おきにセルアレイに対向して配置
し、しかもロウデコーダを構成するトランジスタは通常
のトランジスタではなくSGT構造のトランジスタと
し、ワード線ピッチの増大に対処するようにするとよ
い。
Therefore, row decoders for selecting word lines are arranged every other word line so as to face the cell array, and the transistors forming the row decoder are not ordinary transistors but transistors of SGT structure. It is good to deal with the increase of.

【0052】実施例5 前記実施例4では柱状半導体層の厚さ全体にわたってス
トレージノードとなるn- 型層を形成するようにした
が、実施例5として図5に示すように、浅く形成し、基
板と接続されるようにしてもよい。
Example 5 In Example 4, the n − -type layer serving as a storage node was formed over the entire thickness of the columnar semiconductor layer. However, as Example 5 shown in FIG. It may be connected to the substrate.

【0053】実施例6 また、前記実施例4および5では、柱状半導体層はp基
板またはp型エピタキシャル層上に直接形成するように
したが、絶縁膜24を介して、いわゆるSOI構造をな
すように形成しても良い。
Embodiment 6 In Embodiments 4 and 5, the columnar semiconductor layer is formed directly on the p substrate or the p type epitaxial layer, but a so-called SOI structure is formed via the insulating film 24. It may be formed in.

【0054】これにより基板電位と完全に分離すること
が可能となる。
This makes it possible to completely separate the substrate potential.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の第1
のセル構造によれば、セルサイズを大きくすることなく
蓄積容量の大きいメモリを実現することができる。ま
た、溝を深くすることなく、蓄積容量の大きいメモリを
実現することができるため現状のプロセスを用いても十
分な蓄積容量のメモリを形成することができる。さら
に、ストレージノードを側面の一部にしか形成していな
いため通常のSGTセルに比較してソフトエラーやポー
ズなどに強い構造となっている。
As described above, the first aspect of the present invention
According to the cell structure (1), a memory having a large storage capacity can be realized without increasing the cell size. Further, since a memory having a large storage capacity can be realized without making the groove deep, a memory having a sufficient storage capacity can be formed even by using the current process. Furthermore, since the storage node is formed only on a part of the side surface, it has a structure that is more resistant to soft errors, pauses, etc. as compared to a normal SGT cell.

【0056】また、本発明の第2のセル構造によれば、
Sファクタが小さい基板バイアス効果が小さい等のSG
Tセル構造のもつ電気的特性を失うこと無くセルサイズ
をSGTセルの約半分の2F2 まで小形化することがで
きる。また、ビット線コンタクトの面積を大きくとるこ
とができるため、読み出しの高速化をはかることが可能
となる。
According to the second cell structure of the present invention,
SG with a small S factor and a small substrate bias effect
The cell size can be reduced to about 2F 2 which is about half the size of the SGT cell without losing the electrical characteristics of the T cell structure. In addition, since the area of the bit line contact can be increased, the reading speed can be increased.

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

【図1】本発明の第1の実施例の半導体装置を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の半導体装置を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例の半導体装置を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例の半導体装置を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施例の半導体装置を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施例の半導体装置を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】従来のSGTセル構造の半導体装置を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a conventional semiconductor device having an SGT cell structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 柱状半導体層 2 ワード線 3 ビット線 4g ゲート絶縁膜 4 酸化シリコン膜 5 ストレージノード電極 6 プレート電極 7 キャパシタ絶縁膜 8 コンタクトパッド 9 ストレージノードコンタクト 10 ビット線コンタクト 11 絶縁膜 14 酸化シリコン膜 19 n- 型層 20 n+ 型層 24 絶縁膜 1 Columnar semiconductor layer 2 word lines 3 bit lines 4g gate insulation film 4 Silicon oxide film 5 Storage node electrode 6 plate electrode 7 Capacitor insulation film 8 contact pads 9 Storage node contact 10 bit line contact 11 Insulating film 14 Silicon oxide film 19 n-type layer 20 n + type layer 24 Insulating film

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一導電型の基板表面に縦横に溝を形成
し、この溝によって分離された柱状半導体層と、 前記柱状半導体層の上部の相対向する2側面をソース・
ドレイン領域とするMOSFETと、 前記2側面の内の一側面をストレージノードコンタクト
として前記ソースドレイン領域の一方にコンタクトする
とともにこの柱状半導体層全体を囲むように他の側面の
周りに絶縁膜を介して形成されたストレージノード電極
と、さらに前記ストレージノード電極を囲むようにキャ
パシタ絶縁膜を介して形成されたプレート電極とからな
るキャパシタと、 前記2側面のうちの残る1側面に形成されたビット線コ
ンタクトを介して形成されたビット線と、 前記柱状半導体層の頂面に形成されたワード線とを具備
したことを特徴とする半導体記憶装置。
1. A vertical and horizontal groove is formed on the surface of a substrate of one conductivity type, and a columnar semiconductor layer separated by the groove and two side surfaces of the upper portion of the columnar semiconductor layer facing each other are formed as a source.
A MOSFET serving as a drain region, one of the two side faces serving as a storage node contact for contacting one of the source drain regions, and an insulating film surrounding the other side face so as to surround the entire columnar semiconductor layer. A capacitor composed of a formed storage node electrode and a plate electrode further formed via a capacitor insulating film so as to surround the storage node electrode, and a bit line contact formed on the remaining one side surface of the two side surfaces. And a word line formed on the top surface of the columnar semiconductor layer.
【請求項2】 一導電型の基板表面に縦横に溝を形成
し、この溝によって分離された柱状半導体層と、 前記柱状半導体層の真ん中にビット線の走る方向に沿っ
て形成され、前記柱状半導体層を2つに分離する絶縁膜
と、 この分離によってできる半柱状半導体層の少なくとも下
方側表面に形成された第1導電型を有する第1の高濃度
層と上方側表面に形成された第1の導電型を有する第2
の高濃度層とをソースドレインとし、これらの間に位置
する半柱状半導体層の3側面に、ゲート絶縁膜を介して
形成されたゲート電極とからなるMOSFETと下方側
に位置する前記第1の高濃度層の3側面をストレージノ
ードとし、この表面に順次形成されたキャパシタ絶縁膜
およびプレート電極とからなるキャパシタと前記半柱状
半導体層の上方側に位置する第2の高濃度層の3側面お
よび柱状半導体層の頂面にコンタクトするように形成さ
れたビット線とを具備したことを特徴とする半導体記憶
装置。
2. A vertical and horizontal groove is formed on the surface of a substrate of one conductivity type, and a columnar semiconductor layer separated by the groove is formed in the middle of the columnar semiconductor layer along the running direction of the bit line. An insulating film separating the semiconductor layer into two, a first high-concentration layer having a first conductivity type formed on at least the lower surface of the semi-columnar semiconductor layer formed by this separation, and a first high concentration layer formed on the upper surface. Second having a conductivity type of 1
Of the semi-columnar semiconductor layer located between them as a source / drain, and a MOSFET composed of a gate electrode formed through a gate insulating film on the three side surfaces, and the first layer located on the lower side. A storage node is formed on three side surfaces of the high-concentration layer, and a capacitor including a capacitor insulating film and a plate electrode sequentially formed on the storage node and three side surfaces of a second high-concentration layer located above the semi-columnar semiconductor layer and A semiconductor memory device comprising: a bit line formed so as to contact a top surface of a columnar semiconductor layer.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003078044A (en) * 2001-06-23 2003-03-14 Fujio Masuoka Semiconductor memory and its producing method
US6891225B2 (en) 2000-09-08 2005-05-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Dynamic semiconductor memory device
JP2017135428A (en) * 2017-05-12 2017-08-03 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッドUnisantis Electronics Singapore Pte Ltd. Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

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