JP2001244428A - 強誘電体メモリセル及びそれを用いたFeRAM素子 - Google Patents

強誘電体メモリセル及びそれを用いたFeRAM素子

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JP2001244428A
JP2001244428A JP2000402456A JP2000402456A JP2001244428A JP 2001244428 A JP2001244428 A JP 2001244428A JP 2000402456 A JP2000402456 A JP 2000402456A JP 2000402456 A JP2000402456 A JP 2000402456A JP 2001244428 A JP2001244428 A JP 2001244428A
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transistor
gate
memory cell
bit line
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JP2000402456A
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Keiretsu Kyo
應 烈 姜
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SK Hynix Inc
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Hynix Semiconductor Inc
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B53/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/22Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Dram (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビットラインと活性領域とが分離された構造
より集積度をさらに向上させることのできる、空乏形ト
ランジスタからなるビットライン構造を有する強誘電体
メモリセル及びそれを用いたFeRAM素子を提供す
る。 【解決手段】 FeRAM素子に用いられる強誘電体メ
モリセルにおいて、空乏形トランジスタのゲートを含む
第1活性領域10と、エンハンスメント形トランジスタ
のゲートを含んで、前記第1活性領域と接する第2活性
領域20と、前記空乏形トランジスタのゲート及び前記
エンハンスメント形トランジスタのゲートが接続されて
いるワードライン66と、データを貯蔵し、前記エンハ
ンスメント形トランジスタのドレインに接続された強誘
電体キャパシタとを含んでなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、半導体メモリ素子
に関し、特に、ビットラインを空乏形トランジスタで構
成した強誘電体メモリセル及びそれらを高集積化したF
eRAM素子に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜蒸着技術が発展することによって、
強誘電体薄膜を使用する不揮発性メモリセルに対する研
究が増大している。このような不揮発性メモリセルは、
高速の分極/反転、及び強誘電体キャパシタ薄膜の残余
分極を使用して記録できる高速不揮発性メモリセルであ
る。
【0003】したがって、SBT(strontium
bithmuth tantalate)とPZT
(lead zirconate titanate)
とのような強誘電体特性を有するキャパシタ薄膜を有す
るFeRAMは、従来のシリコンオキサイド膜やシリコ
ン窒化膜の代りに用いられるが、これは、FeRAMが
低電圧で高速に行われるためである。また、DRAM
(dynamic random access me
mory)のように待機時間の間、情報の損失を防止す
るために周期的にリフレッシュする必要がないためであ
る。
【0004】強誘電体物質は、100乃至1000の誘
電定数を有し、常温で残余分極特性を安定化させるため
に、キャパシタ薄膜のような不揮発性メモリ素子に適用
される。不揮発性メモリ素子で、強誘電体キャパシタ薄
膜を使用する場合、情報データは、電界の印加による双
極子の分極化により貯蔵される。電界が除去されても、
残余分極は依然として残ることによって、情報データの
中一つ、すなわち0や1に貯蔵することができる。
【0005】一般に、FeRAM素子は、2つの方法に
より製造される。すなわち、ワードラインをポリシリコ
ン膜で形成し、ビットラインを金属で形成する第1方法
と、ワードラインとビットラインとを全部ポリシリコン
膜で形成する第2方法が利用される。
【0006】前記第1方法は、比較的集積度の低い素子
を製造する時利用されるが、ストレージノード(sto
rage node)とドレインとを接続するための金
属配線と、金属ビットライン間の設計規則(desig
n rule)がセル面積を減少させる一つの要因とし
て作用する。
【0007】前記第2方法は、ビットラインをポリシリ
コンで形成することによって、ドレインとストレージノ
ードを接続する金属配線との設計規則における制限が小
さくなるが、ポリシリコンをもう一度形成しなくてはな
らないために、全体工程数が増加してコスト上昇の要因
となる。
【0008】また、従来のFeRAM素子のセル構造で
は、活性領域(active area)とビットライ
ンとが分離されているために、各セル毎にビットライン
に信号を伝達するためには、ビットラインコンタクトを
形成しなければならない。したがって、コンタクト自体
の大きさと、コンタクトと活性領域、コンタクトとワー
ドラインとのオーバラップマージン(overlap
margin)を考慮して、一定領域の空間の確保が必
要である。例えば、コンタクト大きさが、1.0μmで
あり、コンタクトと活性領域、コンタクトとワードライ
ンとのオーバラップマージンが0.5μmである時、セ
ル毎に2μmの空間が必要である。したがって、従来の
ように活性領域とビットラインとが分離された構造で
は、集積度向上には限界がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
従来の強誘電体メモリセル及びそれを用いたFeRAM
素子における問題点に鑑みてなされたものであって、ビ
ットラインと活性領域とが分離された構造より集積度を
さらに向上させることのできる、空乏形トランジスタか
らなるビットライン構造を有する強誘電体メモリセル及
びそれを用いたFeRAM素子を提供することにその目
的がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するためになされた本発明による強誘電体メモリセル
は、FeRAM素子(Ferroelectric R
andom Access Memory)に用いられ
る強誘電体メモリセルにおいて、空乏形トランジスタ
(depletion mode transisto
r)のゲートを含む第1活性領域と、エンハンスメント
形トランジスタ(enhancementmode t
ransistor)のゲートを含んで、前記第1活性
領域と接する第2活性領域と、前記空乏形トランジスタ
のゲート及び前記エンハンスメント形トランジスタのゲ
ートが接続されているワードラインと、データを貯蔵
し、前記エンハンスメント形トランジスタのドレインに
接続された強誘電体キャパシタとを含んでなることを特
徴とする。
【0011】また、上記のような目的を達成するために
なされた本発明によるFeRAM素子は、多数の強誘電
体メモリセルからなるFeRAM素子において、空乏形
トランジスタ(depletion mode tra
nsistor)のゲートを含む第1活性領域と、エン
ハンスメント形トランジスタ(enhancement
mode transistor)のゲートを含ん
で、前記第1活性領域と接する第2活性領域と、前記空
乏形トランジスタのゲート及び前記エンハンスメント形
トランジスタのゲートが接続されているワードライン
と、データを貯蔵するために前記エンハンスメント形ト
ランジスタのドレインに接続された強誘電体キャパシタ
とを含んでなることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、本発明にかかるキャパシタ
を含む半導体メモリ素子製造方法の実施の形態の具体例
を図面を参照しながら説明する。
【0013】図1は、本発明の実施例によるFeRAM
素子のレイアウトを示す概略図であり、強誘電体キャパ
シタ、強誘電体キャパシタのデータを選択するエンハン
スメント形(enhancement mode)トラ
ンジスタ、エンハンスメント形トランジスタを選択する
ワードライン、及びワードラインを介してエンハンスメ
ント形トランジスタから伝達されたデータを感知増幅器
に伝達するビットライン62を備える強誘電体メモリ素
子が、隣接するセルと接続され、その上部に空乏形トラ
ンジスタのゲート(D0、D1...)が形成されてビ
ットライン62を構成する第1活性領域10、第1活性
領域10と接し、その上部にエンハンスメント形トラン
ジスタ(N0、N1....)のゲートが形成される第
2活性領域20、空乏形トランジスタのゲート(D0、
D1...)及びエンハンスメント形トランジスタのゲ
ート(N0、N1...)と接続されるワードライン6
6、エンハンスメント形トランジスタ(N0、N
1...)のドレインと接続される強誘電体キャパシタ
からなることを示す。強誘電体キャパシタのセルプレー
ト62は、ビットライン52と平行する。
【0014】図面符号54、58、60、56は、各々
エンハンスメント形トランジスタ(N0、N1...)
のドレインコンタクト(drain contac
t)、ストレージノードコンタクト(storage
node contact)、ストレージノード及び局
部配線を示す。局部配線56は、エンハンスメント形ト
ランジスタ(N0、N1...)のドレインコンタクト
54と強誘電体キャパシタとを接続する。
【0015】以下、図1のようになされたFeRAM素
子の全般的な動作を、図2を参照しながら説明する。ま
ず、図2で、素子が待機状態(stand−by mo
de)である場合、全てのワードラインは、ローを保持
する。以後ビットラインプリチャージ(bit lin
e precharge)期間の間は続けてロー状態を
保持して途中にワードラインWL1をハイに選択し、残
りのワードラインは、ロー状態を保持する。この場合、
同時にプレートラインPLを選択してハイ状態を保持す
る。
【0016】この場合、ワードラインWL1がハイ状態
を保持するため、空乏形トランジスタD1、エンハンス
メント形トランジスタN1、全てがターンオン状態とな
って選択されたキャパシタのデータをビットラインを介
して感知増幅器に伝達し得る状態となる。それに対し、
残りのワードラインがターンオフされるため、ビットラ
インにデータを載せて伝送し得ない状態となる。以後プ
レートラインをロー状態にしてワードラインを断絶させ
る一般的な動作を行うこととなる。
【0017】本発明の実施例では、16セルアレイ(c
ell array)のFeRAM素子を示したが、こ
れに限定されるのではなく、例えば、32、64または
128などのセルアレイも可能である。この場合には、
金属コンタクトをビットラインの抵抗を減少させるため
に、毎16ビット、あるいは、32ビットごとに形成し
て、ビットラインに伝達されたデータをビットラインコ
ンタクト、及び金属コンタクトを介して伝達する。上述
したように、本発明にかかるFeRAM素子の動作は、
従来の一般的なFeRAM、あるいはDRAM素子の動
作と同様である。すなわち、セルにデータを書き込んだ
り読み出す方法は、全部同一であり、但し、ビットライ
ンで活性領域を構成するために、空乏形トランジスタを
使用したのである。
【0018】空乏形トランジスタとエンハンスメント形
トランジスタとを形成する方法においては、空乏形トラ
ンジスタ、及びエンハンスメント形トランジスタ領域の
各々を別途に露出させた状態でイオン注入を実施する方
法と、空乏形トランジスタ領域、及びエンハンスメント
形トランジスタ領域の全部を露出させた状態で空乏形ト
ランジスタ形成のためのイオン注入を実施して、空乏形
トランジスタを形成した後、エンハンスメント形トラン
ジスタ領域のみを露出させた状態で補償(compen
sation)のためのイオン注入を実施してエンハン
スメント形トランジスタを形成することができる。
【0019】従来の技術と比較すれば、本発明にかかる
FeRAM素子では、空乏形トランジスタを含む第1活
性領域がビットラインとして用いられるので、各メモリ
セル毎にビットラインコンタクトを形成する必要がな
い。したがって、ビットラインコンタクトを形成するた
めの空間が必要なくなり、高集積化された素子の具現が
可能である。また、ビットラインがセルプレートライン
と平行するので、ワードライン方向でセルプレートドラ
イブ(cell plate drive)が占めた空
間を除去してワードライン遅延(word line
delay)を減少させることができる。
【0020】尚、本発明は、本実施例に限られるもので
はない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変
更実施することが可能である。
【0021】
【発明の効果】上述したようになされる本発明は、活性
領域をビットラインに使用することにより、各セルごと
にビットラインコンタクトを形成する必要がなくなるの
で、設計規則に応じた最小限の幅のみ要求されて、高集
積化された素子を具現することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるFeRAM素子のレイア
ウトを示す概略図である。
【図2】本発明の実施例によるFeRAM素子の回路図
である。
【符号の説明】
10 第1活性領域 20 第2活性領域 52 ビットライン 54 ドレインコンタクト 56 局部配線 58 ストレージノードコンタクト 60 ストレージノード 62 セルプレート 66 ワードライン

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 FeRAM素子(Ferroelect
    ric Random Access Memory)
    に用いられる強誘電体メモリセルにおいて、 空乏形トランジスタ(depletion mode
    transistor)のゲートを含む第1活性領域
    と、 エンハンスメント形トランジスタ(enhanceme
    nt mode transistor)のゲートを含
    んで、前記第1活性領域と接する第2活性領域と、 前記空乏形トランジスタのゲート及び前記エンハンスメ
    ント形トランジスタのゲートが接続されているワードラ
    インと、 データを貯蔵し、前記エンハンスメント形トランジスタ
    のドレインに接続された強誘電体キャパシタとを含んで
    なることを特徴とする強誘電体メモリセル。
  2. 【請求項2】 前記強誘電体メモリセルの前記第1活性
    領域は、隣接した他のメモリセルの第1活性領域と接続
    されてビットラインを形成することを特徴とする請求項
    1に記載の強誘電体メモリセル。
  3. 【請求項3】 前記ビットラインは、前記強誘電体キャ
    パシタのセルプレート(cell plate)と平行
    であることを特徴とする請求項2に記載の強誘電体メモ
    リセル。
  4. 【請求項4】 前記第1活性領域と前記第2活性領域と
    は、n形であることを特徴とする請求項1に記載の強誘
    電体メモリセル。
  5. 【請求項5】 多数の強誘電体メモリセルからなるFe
    RAM素子において、 空乏形トランジスタ(depletion mode
    transistor)のゲートを含む第1活性領域
    と、 エンハンスメント形トランジスタ(enhanceme
    nt mode transistor)のゲートを含
    んで、前記第1活性領域と接する第2活性領域と、 前記空乏形トランジスタのゲート及び前記エンハンスメ
    ント形トランジスタのゲートが接続されているワードラ
    インと、 データを貯蔵するために前記エンハンスメント形トラン
    ジスタのドレインに接続された強誘電体キャパシタとを
    含んでなることを特徴とするFeRAM素子。
  6. 【請求項6】 前記各強誘電体メモリセルの各々の第1
    活性領域が互いに接続されてビットラインを形成するこ
    とを特徴とする請求項5に記載のFeRAM素子。
  7. 【請求項7】 前記ビットラインは、前記強誘電体キャ
    パシタのセルプレートと平行であることを特徴とする請
    求項5に記載のFeRAM素子。
  8. 【請求項8】 前記第1活性領域と前記第2活性領域と
    はn形であることを特徴とする請求項5に記載のFeR
    AM素子。
  9. 【請求項9】 前記ビットラインに印加された情報を感
    知及び増幅して、増幅された信号を発生させる感知増幅
    器をさらに含んでなることを特徴とする請求項5に記載
    のFeRAM素子。
JP2000402456A 1999-12-28 2000-12-28 強誘電体メモリセル及びそれを用いたFeRAM素子 Pending JP2001244428A (ja)

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