JP2503689B2 - Semiconductor memory device - Google Patents

Semiconductor memory device

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体記憶装置に関し、特に、任意の記憶情
報のランダムな入出力が可能な半導体記憶装置の高集積
化構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a highly integrated structure of a semiconductor memory device capable of random input / output of stored information.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、半導体記憶装置は、コンピュータなどの情報機
器の目覚ましい普及によって、その需要が急速に拡大し
ている。また、機能的には、大規模な記憶容量を有し、
かつ高速動作が可能なものが要求されている。これに伴
って、半導体記憶装置の高集積化、高速応答性あるいは
高信頼性に関する技術開発が進められている。
In recent years, the demand for semiconductor memory devices has rapidly expanded due to the remarkable spread of information devices such as computers. Also, functionally, it has a large storage capacity,
What is required is a device that can operate at high speed. Along with this, technological developments relating to high integration, high-speed response or high reliability of semiconductor memory devices are being advanced.

半導体記憶装置のうち、記憶情報のランダムな入出力
が可能なものにDRAM(Dynamic Random Access Memory)
がある。
Among semiconductor memory devices, DRAM (Dynamic Random Access Memory) is used for those that can input and output memory information at random.
There is.

一般にDRAMは、多数の記憶情報を蓄積する記憶領域で
あるメモリセルアレイと、外部との入出力に必要な周辺
回路とから構成されている。第5図は一般的なDRAMの構
成を示すブロック系統図である。第5図において、DRAM
50は、記憶情報のデータ信号を蓄積するためのメモリセ
ルアレイ51と、単位記憶回路を構成するメモリセルを選
択するアドレス信号を外部から受けるためのロウアンド
カラムアドレスバッファ52と、上記アドレス信号を解読
することによってメモリセルを指定するためのロウデコ
ーダ53およびカラムデコーダ54と、指定されたメモリセ
ルに蓄積された信号を増幅して読み出すセンスリフレッ
シュアンプ55と、データ入出力のためのデータインバッ
ファ56およびデータアウトバッファ57と、クロック信号
を発生するクロックジェネレータ58とを有する。また、
第5図において、A0〜A9はアドレス入力端子である。
Generally, a DRAM is composed of a memory cell array, which is a storage area for storing a large amount of storage information, and peripheral circuits necessary for input / output with the outside. FIG. 5 is a block system diagram showing the configuration of a general DRAM. In FIG. 5, DRAM
Reference numeral 50 denotes a memory cell array 51 for accumulating a data signal of storage information, a row-and-column address buffer 52 for externally receiving an address signal for selecting a memory cell forming a unit storage circuit, and decoding the address signal. Row decoder 53 and column decoder 54 for designating a memory cell, a sense refresh amplifier 55 for amplifying and reading a signal accumulated in the designated memory cell, and a data-in buffer 56 for data input / output. And a data out buffer 57 and a clock generator 58 for generating a clock signal. Also,
In FIG. 5, A0 to A9 are address input terminals.

半導体チップ上で大きな面積を占めるメモリセルアレ
イ51は、単位記憶情報を蓄積するためのメモリセルがマ
トリクス状に複数個配列されて形成されている。第6図
は、メモリセルアレイ51を構成するメモリセルの4ビッ
ト分の等価回路を示す回路図である。図示されたメモリ
セルは、1個のMOS(Metal Oxide Semiconductor)トラ
ンジスタとこれに接続された1個の容量素子とから構成
されるいわゆる1トランジスタ1キャパシタ形のメモリ
セルである。このタイプのメモリセルは構造が簡単なた
め、メモリセルアレイの集積度を向上させることが容易
であり、大容量のDRAMに広く用いられている。
A memory cell array 51 occupying a large area on a semiconductor chip is formed by arranging a plurality of memory cells for accumulating unit storage information in a matrix. FIG. 6 is a circuit diagram showing an equivalent circuit for 4 bits of the memory cells that form the memory cell array 51. The illustrated memory cell is a so-called one-transistor / one-capacitor type memory cell including one MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor and one capacitive element connected thereto. Since this type of memory cell has a simple structure, it is easy to improve the degree of integration of the memory cell array, and is widely used for large capacity DRAM.

DRAMの高集積化に伴ってメモリサイズが縮小された場
合、キャパシタ用の面積もそれに伴って縮小する。しか
しながら、記憶装置としてのDRAMの安定動作,信頼性上
の観点から、高集積化されても1ビットのメモリセルに
蓄える電荷量はほぼ一定に維持されなければならず、そ
のためにはキャパシタの実効面積を何らかの方法で増や
す必要がある。従って、キャパシタの構造を三次元化す
ることにより、キャパシタの実効面積を増やすことが試
みられるようになった。例えば、第3図,第4図は、三
次元構造のキャパシタを持つメモリセルの断面図であ
る。キャパシタの下部電極の基板に垂直な部分の両面を
キャパシタ面積として活用できるため、実効的なキャパ
シタ面積を増大できる構造となっている。
When the memory size is reduced due to higher integration of DRAM, the area for capacitors is also reduced accordingly. However, from the viewpoints of stable operation and reliability of DRAM as a memory device, the amount of electric charge stored in a 1-bit memory cell must be maintained at a substantially constant level even if it is highly integrated. The area needs to be increased in some way. Therefore, it has been attempted to increase the effective area of the capacitor by making the structure of the capacitor three-dimensional. For example, FIGS. 3 and 4 are sectional views of a memory cell having a capacitor having a three-dimensional structure. Since both sides of the portion of the lower electrode of the capacitor perpendicular to the substrate can be utilized as the capacitor area, the effective capacitor area can be increased.

第3図,第4図,第6図において、1は半導体基板、
2は素子分離領域、3はゲート酸化膜、4a,4bはゲート
電極、5は欠番、5a,6bはn-拡散層、7は欠番、8は酸
化膜、9a,9bはn+拡散層、10は窒化層、11〜14は欠番、1
5,17は導電膜、16は誘電膜、18は絶縁膜、19は導電層、
20はビット線である導電膜、21はMOSトランジスタ、22
はキャパシタ、23は角部である。
In FIGS. 3, 4, and 6, 1 is a semiconductor substrate,
2 is an element isolation region, 3 is a gate oxide film, 4a and 4b are gate electrodes, 5 is a missing number, 5a and 6b are n - diffusion layers, 7 is a missing number, 8 is an oxide film, 9a and 9b are n + diffusion layers, 10 is a nitride layer, 11-14 are missing numbers, 1
5, 17 is a conductive film, 16 is a dielectric film, 18 is an insulating film, 19 is a conductive layer,
20 is a conductive film which is a bit line, 21 is a MOS transistor, 22
Is a capacitor, and 23 is a corner.

第3図,第4図,第6図に示すように、メモリセルは
1個のアクセストランジスタ21と、1つのキャパシタ22
とから構成されている。メモリセルは、半導体基板1の
表面に形成された素子分離領域2によって、その周囲が
囲まれ、隣接するメモリセルと絶縁分離されている。ア
クセストランジスタ21は、半導体基板1表面に形成され
た不純物領域6a,9aおよび6b,9bと、この不純物領域6a,9
aと6b,9bとの間に位置し、薄いゲート酸化膜3を介して
形成されたゲート電極4aとから構成されている。キャパ
シタ22は、多結晶シリコン等の導電材料から成る下部電
極15と上部電極17との間に窒化膜と酸化膜との積層膜を
形成し、あるいはタンタル酸化膜等の誘電材料から成る
誘電体層16を積層して形成しており、下部電極15はアク
セストランジスタ21のソースあるいはドレイン領域6bお
よび9bに接続されている。ビット線20は、絶縁膜18から
成る層間膜上にあり、アクセストランジスタ21のソース
あるいはドレイン領域6a,9aと直接あるいは導電層19を
介して接続されている。
As shown in FIGS. 3, 4, and 6, the memory cell includes one access transistor 21 and one capacitor 22.
It consists of and. The memory cell is surrounded by the element isolation region 2 formed on the surface of the semiconductor substrate 1 and is insulated and isolated from the adjacent memory cell. The access transistor 21 includes impurity regions 6a, 9a and 6b, 9b formed on the surface of the semiconductor substrate 1 and the impurity regions 6a, 9a.
It is located between a and 6b, 9b, and is composed of a gate electrode 4a formed via a thin gate oxide film 3. The capacitor 22 forms a laminated film of a nitride film and an oxide film between a lower electrode 15 and an upper electrode 17 made of a conductive material such as polycrystalline silicon, or a dielectric layer made of a dielectric material such as a tantalum oxide film. 16 are laminated and the lower electrode 15 is connected to the source or drain regions 6b and 9b of the access transistor 21. The bit line 20 is on the interlayer film made of the insulating film 18, and is connected to the source or drain regions 6a and 9a of the access transistor 21 directly or via the conductive layer 19.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

従来のメモリセルにおいては、第3図,第4図の下部
電極15の上部電極17に対する断面形状はいくつかの角部
23を有している。そして、これらの角部23の角度を規定
していないため、角部23の角度は前工程の加工形状を保
持したままになっており、例えば第3図に示すように90
度の角度、あるいは第4図に示すような角度になってい
る。このメモリセルの例のように、ある導電膜の両面を
キャパシタとして用いる場合、その導電膜の角部は90度
および90度あるいは鈍角および鋭角となる。このような
従来の角部においては、例えば上記したような三次元構
造をもつキャパシタでは少なくとも1つ以上の鋭角を持
つ。そのため、その鋭角部に電界が集中し、また、その
部分に形成される誘電膜がその部分で薄く形成されるた
め、耐圧等の信頼性がその部分で悪くなるという問題が
あった。
In the conventional memory cell, the cross-sectional shape of the lower electrode 15 with respect to the upper electrode 17 in FIGS.
Has 23. Since the angles of the corners 23 are not defined, the angles of the corners 23 remain the same as the shape processed in the previous step. For example, as shown in FIG.
The angle is in degrees, or as shown in FIG. When both surfaces of a conductive film are used as capacitors as in this memory cell example, the corners of the conductive film are 90 degrees and 90 degrees or obtuse angles and acute angles. In such a conventional corner portion, for example, the capacitor having the three-dimensional structure as described above has at least one acute angle. Therefore, the electric field is concentrated on the acute angle portion, and the dielectric film formed on that portion is thinly formed on that portion, so that there is a problem that reliability such as breakdown voltage is deteriorated on that portion.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、耐圧等の信頼性が劣化しない
角部を有する半導体記憶装置を得ることにある。
The present invention has been made in view of such a point,
The purpose is to obtain a semiconductor memory device having a corner portion in which reliability such as breakdown voltage does not deteriorate.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

このような目的を達成するために本発明は、半導体基
板(1)と、半導体基板の表面に第1の絶縁膜(3,2)
を介して形成されたゲート電極(4a)およびゲート電極
に接続された配線層(4b)と、半導体基板のゲート電極
の両側部分に形成されたソース領域(6b,9b)およびド
レイン領域(6a,9a)と、ゲート電極およびゲート電極
に接続された配線層上にそれぞれ形成された第2の絶縁
膜(8)と、ソース領域およびドレイン領域の一方に接
続され、第2の絶縁膜上に延在して形成された下導電
層、およびこの下導電層の外側付近から半導体基板に対
して垂直方向に伸びて形成された上導電層からなる下部
電極(15)と、下部電極の表面に形成された誘電膜(1
6)と、誘電膜の表面に形成された上部電極(17)とを
有し、下部電極の上導電層の先端部がなだらかな面に形
成されているものである。
In order to achieve such an object, the present invention provides a semiconductor substrate (1) and a first insulating film (3, 2) on the surface of the semiconductor substrate.
A gate electrode (4a) and a wiring layer (4b) connected to the gate electrode, and a source region (6b, 9b) and a drain region (6a, 6a, formed on both sides of the gate electrode of the semiconductor substrate. 9a), a second insulating film (8) respectively formed on the gate electrode and the wiring layer connected to the gate electrode, and connected to one of the source region and the drain region and extending on the second insulating film. Formed on the surface of the lower electrode (15), which is composed of the lower conductive layer that is formed there, and the upper conductive layer that extends from near the outside of the lower conductive layer in the direction perpendicular to the semiconductor substrate, and on the surface of the lower electrode. Dielectric film (1
6) and the upper electrode (17) formed on the surface of the dielectric film, and the tip of the upper conductive layer of the lower electrode is formed on a smooth surface.

〔作用〕[Action]

本発明による半導体記憶装置においては、誘電膜を介
して下部電極と上部電極とが接している角部の電界強度
が減少し、キャパシタの信頼性が向上する。
In the semiconductor memory device according to the present invention, the electric field strength at the corner where the lower electrode and the upper electrode are in contact with each other via the dielectric film is reduced, and the reliability of the capacitor is improved.

〔実施例〕〔Example〕

第1図,第2図は本発明による半導体記憶装置の一実
施例を示す断面図である。第1図,第2図の半導体記憶
装置は、角部23の形状を除いて、第3図,第4図の半導
体記憶装置と同じ構造であり、第1図,第2図において
第3図,第4図と同一部分又は相当部分には同一符号が
付してある。
1 and 2 are sectional views showing an embodiment of a semiconductor memory device according to the present invention. The semiconductor memory device shown in FIGS. 1 and 2 has the same structure as the semiconductor memory device shown in FIGS. 3 and 4 except for the shape of the corner portion 23. The same or corresponding parts as those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals.

第1図の半導体記憶装置においては、キャパシタ下部
電極15の角部を落としてテーパ状にすることにより、90
度以上の角部23のみとした。また、第2図では、丸くな
まらせた角部23とした。このようにすることにより、角
部23に電界が集中することがなくなり、耐圧等の信頼性
を向上させることができる。
In the semiconductor memory device of FIG. 1, the corners of the capacitor lower electrode 15 are dropped to form a taper shape.
Only the corners 23 above the degree are used. Further, in FIG. 2, the corner 23 is rounded. By doing so, the electric field is not concentrated in the corner portion 23, and the reliability such as breakdown voltage can be improved.

本実施例では典型的な2つの例を示したが、もちろ
ん、角部をもっと多角形状にしても良いし、あるいは楕
円状にするなどしても良い。
In this embodiment, two typical examples are shown, but it goes without saying that the corners may be more polygonal or elliptical.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、下部電極の上導電層の
先端部をなだらかな面に形成したことにより、角部への
電界の集中を排除することができるので、耐圧等に関し
て信頼性の高いキャパシタ、ひいては信頼性の高い半導
体記憶装置を得ることができる効果がある。
As described above, according to the present invention, since the tip end portion of the upper conductive layer of the lower electrode is formed on the smooth surface, it is possible to eliminate the concentration of the electric field at the corner portion, so that the reliability of the breakdown voltage is high. There is an effect that a capacitor, and by extension, a highly reliable semiconductor memory device can be obtained.

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

第1図,第2図は本発明による半導体記憶装置の一実施
例におけるメモリセルを示す断面図、第3図,第4図は
従来の半導体記憶装置におけるメモリセルを示す断面
図、第5図は一般的な半導体記憶装置(DRAM)を示すブ
ロック系統図、第6図はメモリセル4ビット分の等価回
路を示す回路図である。 1……半導体基板、2……素子分離領域、3……ゲート
酸化膜、4a,4b……ゲート電極、6a,6b……n-拡散層、8
……酸化膜、9a,9b……n+拡散層、1……窒化膜、15,1
7,20……導電膜、16……誘電膜、18……絶縁膜、19……
導電層、21……MOSトランジスタ、22……キャパシタ、2
3……角部。
1 and 2 are sectional views showing a memory cell in an embodiment of a semiconductor memory device according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 are sectional views showing a memory cell in a conventional semiconductor memory device, and FIG. Is a block system diagram showing a general semiconductor memory device (DRAM), and FIG. 6 is a circuit diagram showing an equivalent circuit for 4 bits of memory cells. 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Element isolation region, 3 ... Gate oxide film, 4a, 4b ... Gate electrode, 6a, 6b ... n - diffusion layer, 8
...... Oxide film, 9a, 9b …… n + diffusion layer, 1 …… Nitride film, 15,1
7,20 ... Conductive film, 16 ... Dielectric film, 18 ... Insulating film, 19 ...
Conductive layer, 21 …… MOS transistor, 22 …… Capacitor, 2
3 ... Corner.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板と、 前記半導体基板の表面に第1の絶縁膜を介して形成され
たゲート電極およびゲート電極に接続された配線層と、 前記半導体基板の前記ゲート電極の両側部分に形成され
たソース領域およびドレイン領域と、 前記ゲート電極およびゲート電極に接続された配線層上
にそれぞれ形成された第2の絶縁膜と、 前記ソース領域およびドレイン領域の一方に接続され、
前記第2の絶縁膜上に延在して形成された下導電層、お
よびこの下導電層の外側付近から前記半導体基板に対し
て垂直方向に伸びて形成された上導電層からなる下部電
極と、 この下部電極の表面に形成された誘電膜と、 この誘電膜の表面に形成された上部電極と を有し、前記下部電極の上導電層の先端部がなだらかな
面に形成されていることを特徴とする半導体記憶装置。
1. A semiconductor substrate, a gate electrode formed on the surface of the semiconductor substrate via a first insulating film, and a wiring layer connected to the gate electrode, and on both sides of the gate electrode of the semiconductor substrate. A source region and a drain region formed, a second insulating film respectively formed on the gate electrode and a wiring layer connected to the gate electrode, and connected to one of the source region and the drain region,
A lower conductive layer formed to extend on the second insulating film, and a lower electrode formed of an upper conductive layer extending in the direction perpendicular to the semiconductor substrate from outside the lower conductive layer. A dielectric film formed on the surface of the lower electrode and an upper electrode formed on the surface of the dielectric film, and the tip of the upper conductive layer of the lower electrode is formed on a smooth surface. A semiconductor memory device characterized by:
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