JP2507292B2 - ダイナミツクメモリセル - Google Patents

ダイナミツクメモリセル

Info

Publication number
JP2507292B2
JP2507292B2 JP59193209A JP19320984A JP2507292B2 JP 2507292 B2 JP2507292 B2 JP 2507292B2 JP 59193209 A JP59193209 A JP 59193209A JP 19320984 A JP19320984 A JP 19320984A JP 2507292 B2 JP2507292 B2 JP 2507292B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impurity layer
memory cell
semiconductor impurity
capacitor
dynamic memory
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP59193209A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6171663A (ja
Inventor
秀美 石内
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
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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 Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP59193209A priority Critical patent/JP2507292B2/ja
Publication of JPS6171663A publication Critical patent/JPS6171663A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2507292B2 publication Critical patent/JP2507292B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はダイナミックメモリセルに関し、特にキャパ
シタ部の基板側電極となる不純物層に改良を加えたダイ
ナミックメモリセルに係わる。
〔発明の技術的背景〕
周知の如く、MOS技術によるいわゆる1トランジスタ
メモリセルが知られている。更に、メモリセルに含まれ
るキャパシタに関しては、キャパシタの一方の電極とな
る電極例えば不純物層を半導体基板表面に形成し、その
基板表面の不純物濃度を制御してより高性能のメモリセ
ルを実現する技術がすでに提案されている(例えば特公
昭53-67388参照)。
従来、ダイナミックセルとしては、第2図に示すもの
が知られている。図中の1は、例えばP型のシリコン基
板である。この基板1の表面には、N+型のソース領域
2、ドレイン領域3及びソース領域2に接したN-型層4
が夫々設けられている。前記N-型層4はリン又は砒素を
イオン注入あるいは拡散により形成される。前記ソー
ス,ドレイン領域2,3のチャネル領域上にはゲート酸化
膜を介してトランスファ・ゲート電極6が設けられてい
る。前記N-型層4上には、ゲート酸化膜5を介して多結
晶シリコンからなる電位0Vのキャパシタ電極7が設けら
れている。これら電極6,7等を含む基板全面には層間絶
縁膜8が設けられ、該層間絶縁膜8のドレイン領域3に
対応する部分にコンタクトホール9が開口されている。
このコンタクトホール9には、ビット線としてのAl配線
11が設けられている。こうした構造のダイナミックメモ
リセルにおいて、キャパシタ電極7とN-型層4からキャ
パシタ部が構成され、かつトランスファ・ゲート電極6
とソース,ドレイン領域2,3とからトランジスタが構成
され、キャパシタのしきい値をトランスファ・ゲート電
極6のしきい値より小さくしてキャパシタ部の容量の増
大を図ったことを特徴とする。
また、同様な公知例として、特公昭55-46597,特公昭5
7-113281,特公昭56-124260が知られている。これらは、
いずれもキャパシタ部に不純物を導入してセルキャパシ
タのしきい値を負(デプリーション型)としたものであ
る。
更に、学術文献として、例えばIEEE J.of Solid Stat
e circuit vol.SC-17(1978)pp.951又はIEDM Tech.Di
g.(1982)pp.616にも同様の問題が論じられている。即
ち、これらはセルキャパシタのポリシリコン電極を0Vと
し、いわゆるHi-Cセルを採用したとき、セルキャパシタ
ンスの減少分をある値以下にするための条件を論じたも
のである。以上の文献あるいは公知例は、いずれもセル
キャパシタの容量に注目したものである。
〔背景技術の問題点〕
しかしながら、従来技術によれば、N-型層4の濃度に
起因してソフトエラーが生ずるという問題があった。以
下、これについて詳述する。
まず、セルのキャパシタを0Vにする場合、N-型層4の
電位を正にしたときのキャパシタ部のバンドダイヤグラ
ムを第3図に示す。同図において、N-型層4には電子15
が蓄積されており、ダイナミックメモリはこの電子の量
の大小で情報を記憶する。また、N-型層4とゲートの電
位差が大きいときは、ゲート酸化膜5とN-型層4の界面
にホール16の反転層が生ずる。ここで、ホールの反転層
が生ずる条件は、N-型層4の電位をVn、キャパシタ電極
7の電位をVg、単位電荷をq、N-型層4の表面不純物濃
度をNs、シリコンの誘電率をε、ビルトインポテンシャ
ルをφf、ゲート酸化膜5の単位面積当りの静電容量を
C、前記N-型層4とキャパシタ電極7とのフラットバン
ド電位差をVFBとするとき、次式(1)が成立する。
式(1)は公知である。しかるに、最近、ホールの反転
層が存在するとき、ダイナミックメモリのソフトエラー
が増大することが、明らかになった。これは、ダイナミ
ックメモリにとって重大な問題点である。
即ち、第3図に示すようなホールの反転層が生じた状
態でα線がセルに入射すると、α線によって生じた電子
はN-型層4に集まるが、このときホールの反転層が存在
するためにN-型層4の電位と基板表面電位の差は一定値
のままN-型層4の電位が上昇する。従って、このとき充
放電されるのはN-型層4の基板1間のキャパシタンス
で、これはゲート酸化膜5のキャパシタンスに比べ非常
に小さいため、少量の電子によりN-型層4の電位が低下
する。これは、セルの記憶の破壊を意味し、ソフトエラ
ーが生じる。なお、仮に上記ホールの反転層がなけれ
ば、α線によって生じた電子はゲート酸化膜5のキャパ
シタンスを充電する必要があり、電位の低下は小さい。
第4図に、上記現象の実測値と上記のモデルに基づく
計算値によるソフトエラー率の特性図を示す。同図によ
り、両者の一致はよく上記のモデルが良いことを示して
いる。また、酸化膜厚を減していくと、セル容量の増大
に伴いソフトエラー率は下がっていくが、ホールの反転
層が生ずる時点でソフトエラー率が増加に転ずることが
明らかである。なお、第4図では、N-型層4の表面濃度
Nsは約2×1018cm-3で一定であり、かつVg=0V,Vn-=5V
としている。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ソフトエ
ラーを抑制し得るダイナミックメモリセルを提供するこ
とを目的とする。
[発明の概要] 本願第1の発明は、N型の半導体不純物層とこの半導
体不純物層に対して絶縁膜を介して設けられたキャパシ
タ電極から構成されるキャパシタ部を具備し、このキャ
パシタ部に蓄積された電荷量の大小によって情報を記憶
するダイナミックメモリセルにおいて、上記半導体不純
物層と上記キャパシタ電極間の印加電圧と上記半導体不
純物層中の表面不純物濃度Nsとの関係が下記式(2)を
満足することを特徴とするダイナミックメモリセルであ
る。
但し、上記式において、VnはN型の半導体不純物層の
電位、Vgはキャパシタ電極の電位、qは単位電荷、Nsは
上記半導体不純物層の表面不純物濃度、εは上記半導体
不純物層における半導体の誘電率、φfはビルトインポ
テンシャル、Cは上記絶縁膜の単位面積当りの静電容
量、VFBは上記半導体不純物層とキャパシタ電極とのフ
ラットバンド電位差を示す。
本願第2の発明は、N型の半導体不純物層とこの半導
体不純物層に対して絶縁膜を介して設けられたキャパシ
タ電極から構成されるキャパシタ部を具備し、このキャ
パシタ部に蓄積された電荷量の大小によって情報を記憶
するダイナミックメモリセルにおいて、キャパシタ部に
電荷を蓄積する際に、上記半導体不純物層中の電位が上
記キャパシタ電極の電位に対して正となる電位をキャパ
シタ電極に印加しても、上記N型の半導体不純物層と上
記絶縁膜との界面にホールの反転層が形成されないよう
に上記半導体不純物層中の不純物濃度を設定することを
特徴とするダイナミックメモリセルである。
本願第3の発明は、P型の半導体不純物層とこの半導
体不純物層に対して絶縁膜を介して設けられたキャパシ
タ電極から構成されるキャパシタ部を具備し、このキャ
パシタ部に蓄積された電荷量の大小によって情報を記憶
するダイナミックメモリセルにおいて、キャパシタ部に
電荷を蓄積する際に、上記半導体不純物層中の電位が上
記キャパシタ電極の電位に対して負となる電位をキャパ
シタ電極に印加しても、上記P型の半導体不純物層と上
記絶縁膜との界面に電子の反転層が形成されないように
上記半導体不純物層中の不純物濃度を設定することを特
徴とするダイナミックメモリセルである。
[発明の実施例] 以下、本発明の一実施例を説明する。なお、本発明に
係るダイナミックメモリセルは、既述した第2図のもの
とN-型層を除いて同じ構造を有しているため、要点のみ
を説明する。
即ち、このダイナミックメモリセルのキャパシタ部の
ゲート酸化膜5の厚みは、100〜300Åである。また、こ
の範囲で前述した式(2)を満足するN-型層4には不純
物として砒素をドープし、その不純物濃度Nsは、例えば
〜1019cm-3である。更に、キャパシタ電極7としては、
厚さ3000Åでリンをドープした多結晶シリコンを使っ
た。
しかして、本発明によれば、キャパシタ部の一部を構
成するN-型層4の不純物濃度Nsを〜1019cm-3と前述した
式(2)を満足するように構成するため、ゲート酸化膜
5の厚みを減少させてもソフトエラー率の上昇を回避で
きる。事実、このことは第1図より明らかである。同図
より、例えば酸化膜厚を120Åとすると、従来のソフト
エラー率は約104であるのに対し、本発明によるそれは
約102である。
また、前述の式(2)を満たさないとソフトエラー率
が急激に劣化するため、不純物濃度としては例えば電源
電圧が40%程度変動しても(2)式を満たすようにする
方が、より好ましい。
なお、上記実施例では、絶縁膜としてゲート酸化膜を
用いたが、これに限らず、例えば窒化シリコン膜、ある
いは前記酸化膜と窒化シリコン膜との積層膜でもよい。
この際、式(2)のCとして該当する絶縁膜の単位面積
当りのキャパシタンスを代入する。
上記実施例では、キャパシタ電極の材料として多結晶
シリコンを用いたが、これに限らず、例えば金属,金属
硅化物、あるいはこれらのうち複数の積層膜を用いても
よい。また、キャパシタ電極の電位を0Vとしたが、これ
に限らず、例えば電源電圧が5Vで、キャパシタ電極の電
位が2.5Vとした場合等も式(2)は適用できる。
上記実施例では、N-型層をP型のシリコン基板表面に
設けた場合について述べたが、これに限らず、N型のシ
リコン基板表面にPウェルを形成し、このPウェル表面
にN-型層を設けてもよい。また、N型のシリコン基板を
用い、この基板表面にP-型層を用いてもよい。このP-
層を形成したダイナミックメモリセルの場合、各部の電
位をすべて逆符号にすれば素子は同様に動作する。な
お、この場合、前述のホール反転層は電子反転層と読み
かえればよく、かつ式(1),(2)の左辺の代りに左
辺をその絶対値でおきかえればよい。要約すれば、上記
実施例の場合、N-型層とキャパシタ電極とでキャパシタ
部を形成し、前記電極の電位(例えば0V)に対してN-
層の電位(例えば5V)が正の場合は、N-型層と絶縁膜の
界面にホールの反転層が形成されないようにすればよ
い。一方、P-型層を有したセルの場合、P-型層とキャパ
シタ電極とでキャパシタ部を形成し、電極の電位に対し
てP-型層の電位が負の場合は、P-型層と絶縁膜の界面に
電子の反転層が形成されないようにすればよい。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明によれば、キャパシタ部の一
部を構成する不純物層の濃度を所定の値に設定すること
により、ソフトエラーを抑制し得る素子特性の良好なダ
イナミックメモリセルを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係るダイナミックメモリセ
ルにおけるソフトエラー率の特性図、第2図は従来のダ
イナミックメモリセルの断面図、第3図はこのダイナミ
ックメモリセルのキャパシタ部のバンドダイアグラム、
第4図は同ダイナミックメモリセルにおけるソフトエラ
ー率の特性図である。 1……P型のシリコン基板、2……N+型のソース領域、
3……N+型のドレイン領域、5……ゲート酸化膜、6…
…トランスファ・ゲート電極、7……キャパシタ電極、
9……コンタクトホール、10……Al配線。

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】N型の半導体不純物層とこの半導体不純物
    層に対して絶縁膜を介して設けられたキャパシタ電極か
    ら構成されるキャパシタ部を具備し、このキャパシタ部
    に蓄積された電荷量の大小によって情報を記憶するダイ
    ナミックメモリセルにおいて、 上記半導体不純物層と上記キャパシタ電極間の印加電圧
    と上記半導体不純物層中の表面不純物濃度Nsとの関係が
    下記式を満足することを特徴とするダイナミックメモリ
    セル。 但し、上記式において、VnはN型の半導体不純物層の電
    位、Vgはキャパシタ電極の電位、qは単位電荷、Nsは上
    記半導体不純物層の表面不純物濃度、εは上記半導体不
    純物層における半導体の誘電率、φfはビルトインポテ
    ンシャル、Cは上記絶縁膜の単位面積当りの静電容量、
    VFBは上記半導体不純物層とキャパシタ電極とのフラッ
    トバンド電位差を示す。
  2. 【請求項2】N型の半導体不純物層とこの半導体不純物
    層に対して絶縁膜を介して設けられたキャパシタ電極か
    ら構成されるキャパシタ部を具備し、このキャパシタ部
    に蓄積された電荷量の大小によって情報を記憶するダイ
    ナミックメモリセルにおいて、 キャパシタ部に電荷を蓄積する際に、上記半導体不純物
    層中の電位が上記キャパシタ電極の電位に対して正とな
    る電位をキャパシタ電極に印加しても、上記N型の半導
    体不純物層と上記絶縁膜との界面にホールの反転層が形
    成されないように上記半導体不純物層中の不純物濃度を
    設定することを特徴とするダイナミックメモリセル。
  3. 【請求項3】電源電圧の40%増減の電圧で動作させて
    も、第2のキャリアの濃度が第1のキャリアのそれより
    も小さいことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の
    ダイナミックメモリセル。
  4. 【請求項4】キャパシタ電極が不純物をドープした多結
    晶シリコンからなることを特徴とする特許請求の範囲第
    2項記載のダイナミックメモリセル。
  5. 【請求項5】絶縁膜がシリコン酸化膜,窒化膜,もしく
    はこれらの積層構造であることを特徴とする特許請求の
    範囲第2項記載のダイナミックメモリセル。
  6. 【請求項6】P型の半導体不純物層とこの半導体不純物
    層に対して絶縁膜を介して設けられたキャパシタ電極か
    ら構成されるキャパシタ部を具備し、このキャパシタ部
    に蓄積された電荷量の大小によって情報を記憶するダイ
    ナミックメモリセルにおいて、 キャパシタ部に電荷を蓄積する際に、上記半導体不純物
    層中の電位が上記キャパシタ電極の電位に対して負とな
    る電位をキャパシタ電極に印加しても、上記P型の半導
    体不純物層と上記絶縁膜との界面に電子の反転層が形成
    されないように上記半導体不純物層中の不純物濃度を設
    定することを特徴とするダイナミックメモリセル。
  7. 【請求項7】電源電圧の40%増減の電圧で動作させて
    も、第2のキャリアの濃度が第1のキャリアのそれより
    も小さいことを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の
    ダイナミックメモリセル。
  8. 【請求項8】キャパシタ電極が不純物をドープした多結
    晶シリコンからなることを特徴とする特許請求の範囲第
    6項記載のダイナミックメモリセル。
  9. 【請求項9】絶縁膜がシリコン酸化膜,窒化膜,もしく
    はこれらの積層構造であることを特徴とする特許請求の
    範囲第6項記載のダイナミックメモリセル。
JP59193209A 1984-09-14 1984-09-14 ダイナミツクメモリセル Expired - Lifetime JP2507292B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59193209A JP2507292B2 (ja) 1984-09-14 1984-09-14 ダイナミツクメモリセル

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59193209A JP2507292B2 (ja) 1984-09-14 1984-09-14 ダイナミツクメモリセル

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6171663A JPS6171663A (ja) 1986-04-12
JP2507292B2 true JP2507292B2 (ja) 1996-06-12

Family

ID=16304112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59193209A Expired - Lifetime JP2507292B2 (ja) 1984-09-14 1984-09-14 ダイナミツクメモリセル

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2507292B2 (ja)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56124260A (en) * 1981-02-23 1981-09-29 Hitachi Ltd 1-transistor type memory cell

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6171663A (ja) 1986-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS602784B2 (ja) 半導体記憶装置
JPS5832789B2 (ja) 半導体メモリ
EP0145606A2 (en) Semiconductor memory device
JP3272979B2 (ja) 半導体装置
US4622570A (en) Semiconductor memory
EP0046629B1 (en) Semi-conductor memory device having an insulated gate field effect transistor as a fundamental element
JPS60189964A (ja) 半導体メモリ
JPH0150114B2 (ja)
JPS63310162A (ja) Mis型半導体記憶装置
JP2507292B2 (ja) ダイナミツクメモリセル
JP2638578B2 (ja) Mos電界効果トランジスタ
JP2003224204A (ja) キャパシタを有する半導体装置
JPS6195563A (ja) 半導体記憶装置
JPS62248248A (ja) 半導体記憶装置
JP2504527B2 (ja) 半導体記憶装置
JPH07193141A (ja) 半導体記憶装置
JPS627152A (ja) 半導体メモリ
JPS60236260A (ja) 半導体記憶装置
JP2803729B2 (ja) 半導体集積回路装置の製造方法
JPS6053470B2 (ja) 半導体メモリの製造方法
JPS5943828B2 (ja) Mos形集積回路の製造方法
JPH0258366A (ja) 半導体記憶装置
JP2941327B2 (ja) Mos型半導体装置
JPS6113389B2 (ja)
JPS63229745A (ja) ダイナミツクランダムアクセスメモリ装置

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term