JPH0376583B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、半導体集積回路メモリに係わり、特
に平面面積を増大することなく大容量を実現し、
大規模化に好適な半導体集積回路メモリに関す
る。 半導体集積回路メモリの１つとして、MOSダ
イナミツクメモリは、1970年代初頭に1Kbのダイ
ナミツクランダムアクセスメモリ（以下dRAM
と略す）が発売されてから、３年に４倍の大規模
化が達成されてきた。しかるに、このメモリチツ
プを入れるパツケージは、主に16ピンDIP（デユ
アルインパツケージ）が用いられてきており、チ
ツプを入れるキヤビテイサイズも制限されている
ことから、メモリチツプも４倍の大規模化に伴な
つてもたかだか1.4倍にしか増大していない。従
つて、１記憶容量たる１ビツト分のメモリセル面
積も大規模化に伴なつて、大きく減少しており、
４倍の大規模化に伴なつて約1/3に微小化してい
る。キヤパシタの容量Ｃは、Ｃ＝εA／ｔ（ここで
ε：絶縁膜の誘電率、Ａ：キヤパシタ面積、ｔ：
絶縁膜厚）で表わされるので、面積Ａが1/3にな
ればεとｔが同じである限りＣも又1/3になる。
記憶容量としての信号量Ｓは電荷量Ｑに比例して
おり、このＱはＣと電圧Ｖとの積であることか
ら、Ａが小さくなれば比例してＱも小さくなり、
信号Ｓはそれに伴なつて小さくなる。 雑音をＮとすれば、Ｓ／Ｎ比はＳの減小に伴な
つて小さくなり、回路動作上大きな問題となる。
従つて、通常はＡの減少分をｔの減少分で補なつ
てきており、4Kb、16Kb、64Kbと大規模化され
るに伴ない、典型的なSiO₂膜厚として100nｍ、
75nｍ、50nｍと薄くなつてきた。 さらに最近、パツケージ等に含まれる重金属
（Ｕ、Th等）から放射されるα粒子によつてSi基
板内に約200fCの電荷が発生して、これが雑音と
なることが確認され、信号量としてのＱも、ほぼ
200fC以下にすることが動作上困難となつてき
た。 従つて、絶縁膜をさらに加速して薄くすること
が実行されており、今度は、絶縁膜の絶縁破壊が
問題となつてきた。SiO₂の絶縁耐圧電界は最大
10⁷V／cmであり、従つて10nｍのSiO₂は10V印加
によつてほとんど永久破壊を起すか劣化する。ま
た長期信頼性を考慮すると、最大破壊電圧よりな
るべく小さな電圧で用いることが肝要となる。 本発明はこれらのメモリセルの微小化に伴なう
α粒子による擾乱、Ｓ／Ｎ比の悪化、絶縁耐圧の
問題の深刻化に対処するため、メモリセルを微小
化してもなお絶縁膜厚を減少することなく、キヤ
パシタ面積Ａを保つかあるいは増大する方法を提
供するものである。 すなはち、本発明は、半導体基板と、該半導体
基板上に設けられた複数のワード線と、該ワード
線と交叉して設けられた複数のビツト線と、該ワ
ード線とビツト線との交点に設けられた複数のメ
モリセルと、上記ビツト線に読みだされた情報を
増幅する回路とを有する大規模半導体メモリにお
いて、 上記メモリセルは情報を蓄積するための容量
と、該容量への情報の読み書きを制御するスイツ
チトランジスタとを有し、 上記容量は第１の側壁と、第２の側壁と、容量
絶縁膜と、プレート電極とを有し、上記第１の側
壁と第２の側壁とは上記半導体基板に対して実質
的に垂直に設けられ、上記第１の側壁は上記第２
の側壁を囲むように設けられ、かつ、上記第１の
側壁と第２の側壁とは上記容量絶縁膜を介して上
記プレート電極と対向することにより容量を形成
し、 上記スイツチトランジスタの第１の電極は上記
ワード線に電気的に接続され、上記スイツチトラ
ンジスタの第２の電極は上記ビツト線に電気的に
接続され、上記スイツチトランジスタの第３の電
極は上記容量に電気的に接続されていることを特
徴とする大規模半導体メモリであり、更に、上記
第１電極は多結晶Si、シリサイド、リフラクトリ
ー金属の中から選択された単層又は重ね膜からな
る大規模半導体メモリであり、更に、上記ビツト
線は、上記ワード線上に、絶縁膜を介して設けら
れてなる大規模半導体メモリであり、更に、上記
第１の側壁は上記半導体基板に設けられた溝の側
壁であり、上記第２の側壁は上記溝の中に設けら
れた柱状部の側壁である大規模半導体メモリであ
り、更に、上記容量は更に第３の側壁を有し、上
記第１の側壁は上記第３の側壁を囲むように設け
られ、上記第３の側壁は上記半導体基板に対して
実質的に垂直に設けられ、かつ、上記第３の側壁
は上記容量絶縁膜を介して上記プレート電極と対
向することにより容量を形成する大規模半導体メ
モリであり、更に、上記第３の側壁は上記溝の中
に設けられた柱状部の側壁である大規模半導体メ
モリである。 第１図は、絶縁ゲート電界効果トランジスタ
（以下MOSトランジスタ）を用いた１トランジス
タ型ダイナミツクメモリセルの構成図を示すもの
であり、電荷を貯えるキヤパシタ１とスイツチ用
MOSトランジスタ２で構成され、スイツチトラ
ンジスタのドレインはビツト線３に接続されてお
り、ゲートはワード線４に接続されている。 キヤパシタ１に貯えた信号電荷をスイツチトラ
ンジスタ２によつて読み出すことによつて動作が
行われる。実際のＮビツトのメモリを構成するに
は、メモリアレーを構成するが、大別して以下に
述べる２つの方法がある。第２図には信号を差動
でとり出すセンスアツプ５に対し、両側にビツト
線３１と３２を配列するいわゆる“開放ビツト
線”構成を示す。これは一本のワード線４１に対
して一方のビツト線３１のみが電気的に交叉して
いるものであり、ビツト線３１と３２の信号の差
をセンスアンプ５で検出するものである。 第３図は他方の“折り返しビツトライン”構成
を示すものであり、センスアンプ５に接続されて
いる二本のビツト線３１，３２が、平行に配列さ
れており、一本のワード線４１が二本のビツト線
３１，３２と交叉している。 後述する本発明の実施例は、主に折り返しビツ
トライの構成の場合を示すが、同様に開放ビツト
ライン構成にも適用可能である。 第２図、第３図に示すように、ビツト線３２の
寄生容量６の値をC_Dとし、メモリセルのキヤパ
シタ１２の値をC_Sとすれば、このメモリアレーの
主要な性能指標の一つがC_S／C_Dとなる。このメ
モリアレーのＳ／Ｎ比はC_S／C_Dと一対一対応し
ており、メモリセルのキヤパシタの値を大きくす
ると同時に、ビツトラインの寄生容量C_Dを小さ
くすることも同様にＳ／Ｎ比を向上することにな
る。 第４図に折り返しビツトライン方式のメモリセ
ルの平面の１例を示す。通常100nｍ以上の厚い
フイールド酸化膜に囲まれた活性領域７の一部が
キヤパシタを形成するため、プレート８で覆われ
ている。スイツチトランジスタを形成する部分
と、Si基板上のドレインへビツト線電極接続を行
うコンタクト孔９の部分はプレートが選択的に除
去されており（領域80）、この部分にワード線４
１，４２が被着されて、スイツチトランジスタ２
を形成している。理解を助けるために、第５図に
は、第４図のAAで示した部分の断面図を示す。 以後説明の便のため、トランジスタはｎチヤネ
ル型を用いた例を示す。ｐチヤネル型にするに
は、一般にSi基板と拡散層の導電型をｎチヤネル
の場合と逆にすればよい。 ｐ型10Ω−cm程度のSi基板１０上に、通常は
100〜1000nｍ厚程度のフイールドSiO₂膜１１を、
Si₃N₄を耐酸化マスクとして用いるいわゆる
LOCOS法等で選択的に被着する。この後10〜
100nｍ圧のゲート酸化膜１２を熱酸化法などに
よつてSi基板１０上に被着する。この後リンや
A_Sを添加した多結晶Siに代表されるプレート８
を選択的に被着し、この多結晶Siのプレート８を
酸化し、第１層間酸化膜１３を形成する。しかる
後に、多結晶SiやMoシリサイドやあるいはリフ
ラクトリー金属（MoやＷ）に代表されるワード
線４を被着し、リンやA_Sなどをイオン打込みす
ると、プレート８とワード線４の被着されていな
い活性領域にn⁺の拡散層１５が形成されてスイ
ツチ用MOSトランジスタ２のソースとドレイン
になる。この後リンを含んだいわゆるCVD法に
よるPSG14を500〜1000nｍ被着し、Al電極で代
表されるビツト線３の拡散層１５部への接続を行
う処にコンタクト孔９を形成して、ビツト線３を
選択的に被着する。 このメモリセルにおいては、記憶容量となるキ
ヤパシタ１の領域１６は第４図の斜線で示される
部分であり、メモリセル自体が小さくなければま
た領域１６の部分も小さくなり、ゲート酸化膜１
２を薄くしない限り、前に説明した通りキヤパシ
タ容量C_Sが小さくなりメモリ動作上大きな問題と
なる。 本説明では、プレート８とワード線４（すなわ
ちスイツチトランジスタ２のゲート）下の絶縁膜
は同じSiO₂膜１２としたが、キヤパシタC_Sの値
を大きくすることを主目的とし、プレート８下の
絶縁膜はSiO₂とSi₃N₄のどちらか一方あるいは両
方を用いて１層〜３層構造の絶縁膜が用いられる
こともある。 本発明は従来のこの構造の欠点を補ない、平面
面積を拡大することなくC_Sを増大することを目的
としている。 以下実施例を用いて詳細に説明する。まず第６
図に示すように、ｐ型10Ω−cmのSi基板１０上に
前述したLOCOS法によつて500〜1000nｍ厚のフ
イールドSiO₂膜１１を選択的に形成する。この
フイールドSiO₂膜は第７図に示すようにSi基板
表面に全体的にSiO₂膜を形成してから不必要な
部分をホツトエツチング法等で除去しても同様に
形成することができる。本発明の説明では
LOCOS法を用いることとする。 この後、第８図に示すように、ＦやClのガス例
えばCF₄、SF₆、CCl₄等を主成分、あるいはこれ
らにＨの入つたガスを主成分とした平行平板型プ
ラズマエツチングで、Si基板１０の所定の部分に
エツチ溝１７を形成する。このプラズマエツチン
グのマスクは、通常のホトレジストそのもので
は、ホトレジスト自体もエツチングされて消失す
る場合があるので、予め、第６図に示した構造に
Si基板１０上にSiO₂、Si₃N₄、CVDSiO₂の順に膜
を被着し、まず最上層のCVDSiO₂をホトレジス
トマスクにエツチングした後、その下層の
Si₃N₄、SiO₂をエツチングし、これらをマスクと
してSi基板１０をエツチングすればよい。この
Si₃N₄膜は、マスクとしてのCVDSiO₂を最終的に
除去する際に、フイールドSiO₂膜１１がエツチ
ングされるのを防ぐものである。従つてこの目的
に合致するものなら、他の膜でよい。少なくと
も、これらのCVDSiO₂／Si₃N₄／SiO₂の三層膜は
マスク材でありいずれは除去されてSi基板上には
残存しない。従つてこの目的に添う場合には、マ
スク材を限定しない。あるいは、すでに微細なビ
ームを形成できるなら、マスク材がなくとも所望
のエツチング溝１７を得ることもできる。 エツチング溝１７の深さは、原理的にはほとん
ど制限がないが、溝の幅をW_Mとすれば、深さD_M
は0.5W_M〜5W_M程度が現実的である。 この後、キヤパシタの絶縁膜を形成する。この
絶縁膜は、電気的に耐圧が高く、安定なものであ
れば、原理的にはその材料を選ばないが、従来か
ら用いられているものは、熱酸化SiO₂、熱窒化
Si₃N₄、CVDSi₃N₄、CVDや反応性スパツタによ
るTa₂O₅、Nb₂O₅、GrO₂等がある。これらの膜
を単層あるいは多層としてキヤパシタ絶縁膜とす
ることができる。本実施例では、SiO₂とSi₃N₄の
重ね膜を用いた場合を説明する。 ドライエツチング（プラズマエツチングやスパ
ツタエツチング等）でSi基板１０に形成した溝
は、溶液エツチングの場合と異なつて多かれ少な
かれSi基板１０に電気的、結晶的な損傷や汚染を
与えている。従つてドライエツチングした後、10
〜500nｍ程度、上記の損傷、汚染が実効的に問
題とならない程度まで溶液エツチングすればよ
い。溶液としては、NH₄OH＋H₂O₂系やHF＋
HNO₃系の水溶液がこの目的によく合致してい
る。 第９図に示すように、この溶液エツチングでSi
基板１０とその溝１７の表面を除去したのち、キ
ヤパシタSiO₂膜１８を５〜20nｍよく知られた
900〜1200℃、酸化雰囲気での熱酸化によつて形
成する。この後650〜850℃においてCVD法によ
つてキヤパシタSi₃N₄膜１９を５〜20nｍ厚に被
着する。これらの膜厚は所望の単位面積当り容量
と耐圧を勘案して設定するので、上記膜厚範囲を
逸脱する場合もある。このCVDSi₃N₄19は、一般
にその内部応力が１×10¹⁰dyu／cm²に達し、強大
なるが故に、Si基板１０に直接被着すると、欠陥
が生じて特性を損ねる。従つて、一般にはSi₃N₄
下にSiO₂を敷くことが行なわれる。Si基板１０
を直接窒化してSi₃N₄膜を形成する場合はこの限
りでなく、緻密で電気的耐圧の高い膜を得ること
ができるが、10nｍより厚い膜を得るには、１時
間を越える反応時間を必要とする。また膜厚増加
率も10nｍを越えると急速に低下することから、
厚い膜を得るには適当ではない。またこれらの
Si₃N₄膜１９はその表面を２〜5nｍ酸化して耐圧
を向上することができる。 この後第１０図に示すように、多結晶Siで代表
されるプレート８を全面に被着する。CVD法で
被着した多結晶Siはよく溝１７の内側までまわり
こんで堆積するので、溝１７の側壁部の多結晶Si
も上面とほゞ同じ膜厚となる。その後この多結晶
SiにPOCl₃ガス等を用いてリンを熱拡散する。エ
ツチ溝１７の幅がW_Mであるから、多結晶Si8の厚
さをT_S1とすると、W_M＞2T_S1の場合には、第１
０図に示すような溝（溝幅2T_S2）が残存する。
この溝はその上面に被着される絶縁膜や、ワード
線４の加工や被着状態に悪影響を及ぼすので、埋
めた方がよい。本発明では、第１０図に示すよう
に、同じ多結晶Siを厚さT_S2で全面に被着して、
その後全面をよく知られたCF₄やSF₆ガスを用い
るプラズマエツチングでT_S2厚分だけ除去する
と、第１０図に示すように多結晶Si82が丁度溝に
埋め込まれた形で残存し、上面が平坦となる。１
回の多結晶Si8の堆積のみで溝が埋まる場合には、
２回目の堆積は必要がないが、プレート８は配線
部としても用いるので、適当な厚さとしては100
〜500nｍ程度である。これまで埋まらない場合
は上記の説明のように多結晶Siの２度堆積法を用
いる。 多結晶Si8の上にそのまま２度目の多結晶Siを
被着して全面をエツチングすると、両者の境目が
融合しているので、エツチングの終点が定力でな
くなる。そこで第１層の多結晶Si8の表面を５〜
30nｍ熱酸化して両者の間にSiO₂層をはさむ。こ
うすると、２層目の多結晶Siが全面にエツチされ
た状態で１層目の多結晶Si8上のSiO₂膜が露出さ
れ、一般に多結晶Siのプラズマエツチングは
SiO₂のエツチング速度より多結晶Siが10倍以上
大きいので、多少オーバエツチングを行つても第
１層の多結晶Si8はSiO₂に保護されており、エツ
チングされることはない。 その後、ホトエツチング法によつて、プレート
８を形成し第１１図に示すように、これを酸化し
て100〜400nｍ厚の第１層間酸化膜１３を得る。
この時Si₃N₄膜１９はほとんど酸化されない。こ
の後第１層間酸化膜１３をマスクとしてSi₃N₄膜
１９とSiO₂膜１８をエツチングで除去し、800〜
1150℃の乾燥酸素に１〜５％のHClを含んだ酸化
によつて10〜50nｍ厚のゲート酸化膜１２を得
る。その後、第１２図に示すように所定の部分
に、多結晶Si、シリサイド（Mo₂Si、Ta₂O₅）等
の単層あるいはこれらの重ね膜、さらにはＷや
Mo等のリフラクトリー金属などのゲート（ワー
ド線４）を選択的に被着する。 その後第１３図に示すように、A_Sやリンを60
〜120KeVに加速してイオン打込みすると、プレ
ート８とゲート４の被着されていない部分にn⁺
のソース・ドレイン層１５が形成される。さらに
リンを４〜10モル％含んだCVDSiO₂膜で代表さ
れる第２層間絶縁膜１４を300〜1000nｍ厚に被
着し、900〜1000℃で熱処理して緻密化する。そ
の後、基板のn⁺層１５や、ゲート４、プレート
８に達する電極接続孔９を形成し、Alで代表さ
れる電極３０を選択的に被着する（図ではビツト
線３のみ示した）。これによつて、エツチ溝１７
の側壁をキヤパシタの一部としたトランジスタ型
ダイナミツクメモリセルが構成できる。 第１４図にこのメモリセルの平面図を示す。エ
ツチ溝１７の底面が上面と同じとすれば、上面か
ら見たキヤパシタ領域は、変化がないので、エツ
チ溝１７の周辺長をL_M、深さをD_Mとすれば、エ
ツチ溝を追加したことにより、キヤパシタ面積は
L_M×D_M分だけ増加する。キヤパシタ領域１６の
平面面積を3μｍ角とし、これに1μｍ角で深さ2μ
ｍの溝１７を形成したとすれば、平面面積は9μ
m²となり、エツチ溝の側壁部は１×４×２＝8μ
m²となる。すなわち、1μｍで深さ2μｍのエツチ
溝１７を追加することにより、キヤパシタ面積は
9μm²から17μm²（＝９＋８）に約倍増する。これ
によつて、センスアンプ５に入力する信号のＳ／
Ｎ比は約倍増し、メモリの安定動作の点で極めて
顕著な効果がある。 第１４図の説明では、溝１７を正方形とした
が、これを複数個とする本発明の他の実施例を第
１５図と第１６図で示す。第１５図はキヤパシタ
領域１６のヘリから一定の距離ΔLに溝１７のヘ
リがあるとし、一つの溝１７で構成した場合を示
す。キヤパシタの面積をＬ×Ｌとすれば、エツチ
溝１７の周辺長L_Mは４（Ｌ−2ΔL）となる。 第１６図は本発明の他の実施例を示すもので、
図示のように、４つの正方形の溝を形成した。エ
ツチ溝１７の間の距離をS_Mとすれば、４つのエ
ツチ溝の周辺長は８（Ｌ−2ΔL−S_M）となる。こ
れらの大小関係を直観的に理解するために、Ｌ＝
5μｍΔL＝S_M＝1μｍとすれば第１５図の溝が１つ
の場合の溝の周辺長A₁はA₁＝12μｍ、第１６図の
４つの場合の周辺長A₄はA₄＝16μｍとなる。 従つて、一般に１つの溝より複数個の溝が有利
であり、リソグラフイで加工できうる最小寸法を
Lminとすれば、エツチ溝の幅L_M、その間隙S_Mを
L_M＝S_M＝Lminとするのが最も有利である。L_Mと
S_Mのどちらか一方が他方より大きいとしたら、
どちらか一方の小さい方をLmimとすればよい。 第１７図に本発明の他の実施例を示す。本実施
例の要点は、L_Mを一定として、第１５図に示し
た場合にへこみを導入した点であり、内部に入り
込んだ側壁分だけさらに面積が増加する。 第１８図は本発明の他の実施例を示す。本発明
は幅L_Mの溝１７で囲まれた平面キヤパシタ部１
６２がある場合であり、これによつても、中に形
成された柱状部の側壁が第１５図の場合に新たに
加わりキヤパシタ面積を増加させることができ
る。 すなはち、このように構成することにより上記
キヤパシタ部は、容量としては、第１の側壁と、
第２の側壁と、容量絶縁膜と、プレート電極とを
有し、上記第１の側壁と、第２側壁とは上記半導
体基板に対して実質的に垂直に設けられ、上記第
１の側壁は上記第２の側壁を囲むように設けら
れ、かつ、上記第１の側壁と第２側壁とは上記容
量絶縁膜を介して上記プレート電極と対向するこ
とにより容量を形成することとなり、容量値を極
めて大きくすることが可能になる。 第１７図、第１８図の実施例の共通点はエツチ
溝１７の内壁に添つて内壁の折れ曲る角度が180
度を越える部分（第１７図、第１８図でθ_Lで示し
た部分）が存在することである。リソグラフイに
よつて加工されたこれらのパターンの端は、絶対
的な直線で形成されていることはほとんどなく、
半径ｒの曲率をもつことが一般的であるが、この
場合でも、180度を越える角度があることで規定
できる。いいかえれば、溝１７の内壁に凸の部分
があることで規定できる。 第１９図は本発明の他の実施例を示すものであ
り、柱状部が複数個１６３，１６４とある場合で
あり、これも又同一面積にて大きなキヤパシタ面
積をうることができる。 以上、本発明の実施例をメモリセル一単位を用
いて示したが、実際のメモリは、このセルが複数
個でアレーを形成しており、相互のセルの間の干
渉が問題となる。 第２０図〜第２２図にこの説明図を示す。第２
０図に示すように、４つの溝１７１〜１７４が交
互に配設する。この場合に、互いの干渉は大別し
て溝と溝の間（AA断面）、溝と拡散層の間（BB
断面）がある。 第２１図は溝１７１と溝１７２間の干渉を説明
する図であり、溝１７１と１７２はフイールド酸
化膜１１をはさんで互いに向き合つており、それ
ぞれのまわりには、空乏層２０１と２０２が形成
されている。物理の本質を損わない限り簡略化し
た空乏層近似法によると、ゲート絶縁膜１２とSi
基板１０の界面のキヤリヤ２１がない場合には、
空乏層の厚さは

【式】で与えられ る。ここでε_Sφ_F、ｑ、Naはそれぞれ、Si基板１
０の誘電率、フエルミレベルおよび素電荷量（＝
1.6×10^-19C）、およびSi基板の不純物濃度であ
る。ゲート絶縁膜１２は空乏層の厚さに比べて通
常は十分に薄いので、Vcはプレートに印加する
電圧Vaとみなしてよいので、印加電圧の1/2乗で
空乏層は伸びる。また、界面にキヤリヤが平衡状
態まで十分存在した場合の空乏層の厚さ

【式】となる。 第２１図に示すように、両方から空乏層が伸び
てくると、互いの間の電流（キヤリヤの移動）の
やりとりは指数関数的に増大する。たとえば、通
常のメモリの諸元から、N_A＝１×10¹⁵／cm³V_C＝
5Vとすると、X^dmax2.5μｍ、X^dmin＝0.8μｍ
となる。従つて、もし溝１７１と１７２の最短距
離がSminとすると、SminがX^dとX^dminを加えた
距離すなわち3.3μｍ（＝2.5＋0.8）に近づき、さ
らには小さくなるにつれて一方の溝壁に貯えられ
ていたキヤリヤは、他方の溝へ流れていき、貯え
ていた情報が失なわれることになる。キヤリヤの
ない方へ、キヤリヤが移動すると、その分だけ空
乏層が縮み、キヤリヤが失なわれた方は、空乏層
が伸びるので、拮抗を保つ。 ダイナミツクRAMは、情報が揮発性なので、
通常は20ｍｓ毎に書き替える（リフレツシユとも
いう）。従つてこの間に十分再生可能な信号量を
保つておけばよいので、以上説明したごとく、単
純に空乏層が接触するか否かを判定基準とするこ
とはできない。しかし、Smin＞X^dmax＋Xdmin
としておくことは情報の保持のために有効な手だ
てとなる。隣接の２つの溝１７１と１７２ともキ
ヤリヤのないときには、両者とも最大の空乏層幅
X^dmaxとなるが、たとえ接触したとしても、共
にキヤリヤがないので情報が破壊されることはな
い。 また第２２図に示すように、溝と溝間の干渉だ
けでなく、溝１７３と拡散層１５１間の干渉も想
定される。この場合も基本的には溝と溝間干渉と
同様である。 メモリセルは、集積密度を高める必要があるの
で、特に溝間の距離を短かくする場合には、既述
したX^dmaxの式から推察できるように、基板濃
度N_Aを上昇すればよい。Si基板１０全体の濃度
を高めるものが最も単純な方法であるが、この場
合には、メモリセル以外の周辺回路にも影響を及
ぼすので、第２３図に示すように、あらかじめ第
８図に示した溝形成前に、基板と同導電型のウエ
ル２２を溝の部分に形成すればよい。Ｂなどのｐ
側不純物をイオン打込みによつて１×10¹²〜１×
10¹⁴cm^-2の密度に添加し、その後1000〜1200℃の
熱処理によつて所定の深さに拡散すればよい。第
２３図では、溝１つに対して１つのウエル２２を
形成する場合を示したが、メモリセルを複数個含
むメモリアレー全体に１つのウエルを形成しても
同様の効果を期待できる。この場合には、スイツ
チトランジスタ２の部も高濃度となるので、これ
を避ける場合には、第２４図に示すように第８図
に示した溝１７を形成した後にSi表面から熱拡散
法等によつて表面層にのみ基板と同一導電型の高
濃度層２３を形成すればよい。イオン打込みは、
直進性があるので、溝１７の側壁に不純物を添加
するには、斜め方向からイオン打込みしたり、あ
るいは10KeV以下の加速電圧で、積極的に打込
みイオンによるスパツタリングを利用し、側壁に
も不純物を被着されることもできる。 以上述べてきた本発明の実施例は、すべて、
MOS容量の反転層をメモリセルのキヤパシタ１
として用いたものである。さらにn⁺層一プレー
ト８間のキヤパシタを用いた本発明の他の実施例
を第２５図に示す。これは、第８図に既述した溝
１７の形成後、ホトエツチング法等で選択的にキ
ヤパシタ領域１６の部分に拡散層１５と同じn⁺
導電型の領域、すなわちキヤパシタ電極層２４を
形成する。方向性のあるイオン打込み法を用いる
と、溝の側壁部に不純物を添加するにはA_SやＰ
を斜め方向に打込んだり、ありるいは10KeV以
下に加速エネルギーを下げて、積極的にイオンに
よるスパツタリングを利用して側壁部にA_SやＰ
を添加する。あるいは、通常よく用いられる
POCl₃を用いた熱拡散法やA_SやＰを含むCVDガ
ラスを選択的に被着して、これからA_SやＰを拡
散することもできる。 また本発明のフイールド部は、酸化膜１１で形
成したが、本発明はメモリセル間のアイソレーシ
ヨン部として、第２６図に示した基板に掘り込ん
だアイソレーシヨン溝２５を用いることもでき
る。これは、Si基板に、よく知られたCF₄やSF₆
ガスを主成分とするドライエツチングで、１〜
5μｍ深さの溝を堀り、これにSiO₂膜や、あるい
は多結晶Siなどの膜２６を充填してアイソレーシ
ヨンとするものである。充填膜２６を導電性のあ
る、たとえば不純物添加した多結晶Siなどにする
ときには、第２７図に示すようにSiO₂やSi₃N₄等
に代表されるアイソレーシヨン絶縁膜２７を、あ
らかじめ被着しておいてから、充填膜２６を埋め
込めばよい。CVD法で被着する多結晶Siは細い
溝でもよくまわり込み、幅1μｍ、深さ5μｍの溝
でも、0.5μｍ厚のCVD多結晶Siで埋めることが
できる。 第２８図に本発明の他の実施例を示す。これは
すでに説明した、第２１図の例のフイールド酸化
膜１１のかわりに、第２７図に示した溝によるア
イソレーシヨンの例である。第６図に示したアイ
ソレーシヨンを形成する時点で、Si基板１０にア
イソレーシヨン溝２５を形成し、SiO₂あるいは
Si₃N₄との重ね膜のアイソレーシヨン絶縁膜２７
を10〜200nｍ厚に被着し、多結晶Siの充填膜２６
を充填する。膜２６の堆積時か、あるいは堆積後
にリンやA_Sを添加して導電性を得る。この充填
膜２６を接地電位に保つか、あるいは電源電圧
Vccと同電位にしても、十分溝２５の下部に基板
と同導電型の不純物濃度の高い領域を形成してお
けば、この溝は両側から伸びる空乏層２０−１と
２０−２を分離することができる。ひいては、溝
１７１と１７２の距離を縮めることができ、メモ
リの高密度化に資することができる。第２８図
は、反転層による例を示したが、第２５図に示し
たキヤパシタ電極を用いる場合も全く同様に形成
できることは明らかである。 本発明の実施例では、ｎチヤネル型の例を用い
て説明したが、ｐチヤネル型にするには、導電型
をすべて逆にすればよい。 また本発明の実施例の説明では、折り返しビツ
トライン構成を用いたが、開放ビツトライン構成
にも同様に適用しうることは明らかである。 以上本発明を詳細な実施例によつて示したが、
たとえば3μｍ角のキヤパシタ領域１６に2μｍ□
の深さ4μｍの溝１７を形成すると、この溝がな
いときには9μm²にキヤパシタ面積となるが、溝
がある場合には41μm²（＝３×３＋２×４×４）
となり、５倍以上の改善となる。実際には溝１７
の側壁は完全に垂直でなく、また溝１７の平面形
状は完全に正方形ではなく、微細部でのリソグラ
フイの解像力低下のため、若干丸みを帯びるが、
基本的には数倍の改善が実現できる。ダイナミツ
クメモリではα線などによる擾乱は、メモリのキ
ヤパシタ容量C_Sが10％以上改善されても顕著に改
善される場合があるので、C_Sの数倍の改善は、同
じ規模のメモリの枠を越えて、更に大規模なメモ
リへ発展することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、第５図は従
来のメモリセルを説明する図、第６図から第１３
図は本発明の半導体メモリの実施例を示す断面
図、第１４図から第２０図は本発明の半導体メモ
リの実施例を示す平面図、第２１図および第２２
図は本発明の半導体メモリのメモリセル間の相互
関係を示す断面図、第２３図から第２８図は本発
明の半導体メモリの他の実施例を示す断面図であ
る。 １……キヤパシタ、２……スイツチ用MOSト
ランジスタ、３……ビツト線、４，４１〜４４…
…ワード線（その１部はゲート電極となる）、５
……センスアンプ、６……寄生容量、７，７１〜
７３……活性領域（フイールド酸化膜に囲まれた
領域）、８……プレート、９……コンタクト孔
（ビツト線用コンタクト孔）、１０……Si基板、１
１……フイールド酸化膜、１２……ゲート酸化
膜、１３……第１層間酸化膜、１４……第２層間
酸化膜、１５，１５１，１５２……拡散層、１６
……キヤパシタ領域、１７，１７１〜１７４……
溝、１８……キヤパシタSiO₂膜、１９……キヤ
パシタSi₃N₄膜、２０，２０１〜２０４……空乏
層、２１……キヤリヤ、２２……ウエル、２３…
…高濃度層、２４……キヤパシタ電極層、２５…
…アイソレーシヨン溝、２６……アイソレーシヨ
ン充填膜、２７……アイソレーシヨン絶縁膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板と、該半導体基板上に設けられた
   複数のワード線と、該ワード線と交叉して設けら
   れた複数のビツト線と、該ワード線とビツト線と
   の交点に設けられた複数のメモリセルと、上記ビ
   ツト線に読みだされた情報を増幅する回路とを有
   する大規模半導体メモリにおいて、 上記メモリセルは情報を蓄積するための容量
   と、該容量への情報の読み書きを制御するスイツ
   チトランジスタとを有し、 上記容量は第１の側壁と、第２の側壁と、容量
   絶縁膜と、プレート電極とを有し、上記第１の側
   壁と、第２の側壁とは上記半導体基板に対して実
   質的に垂直に設けられ、上記第１の側壁は上記第
   ２の側壁を囲むように設けられ、かつ、上記第１
   の側壁と第２の側壁とは上記容量絶縁膜を介して
   上記プレート電極と対向することにより容量を形
   成し、 上記スイツチトランジスタの第１の電極は上記
   ワード線に電気的に接続され、上記スイツチトラ
   ンジスタの第２の電極は上記ビツト線に電気的に
   接続され、上記スイツチトランジスタの第３の電
   極は上記容量に電気的に接続されていることを特
   徴とする大規模半導体メモリ。 ２ 上記第１電極は多結晶Si、シリサイド、リフ
   ラクトリー金属の中から選択された単層又は重ね
   膜からなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の大規模半導体メモリ。 ３ 上記ビツト線は、上記ワード線上に、絶縁膜
   を介して設けられてなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の大規模半導体
   メモリ。 ４ 上記第１の側壁は上記半導体基板に設けられ
   た溝の側壁であり、上記第２の側壁は上記溝の中
   に設けられた柱状部の側壁であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れかに記
   載の大規模半導体メモリ。 ５ 上記容量は更に第３の側壁を有し、上記第１
   の側壁は上記第３の側壁を囲むように設けられ上
   記第３の側壁は上記半導体基板に対して実質的に
   垂直に設けられ、かつ、上記第３の側壁は上記容
   量絶縁膜を介して上記プレート電極と対向するこ
   とにより容量を形成することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第４項の何れかに記載の大規
   模半導体メモリ。 ６ 上記第３の側壁は上記溝の中に設けられた柱
   状部の側壁であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第５項の何れかに記載の大規模半導
   体メモリ。