JP2856256B2 - 半導体記憶装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置及びその製造方法

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【発明の詳細な説明】 [概要] 半導体記憶装置、特にプレートパルス法を適用するの
に適したDRAM及びその製造方法に関し、 プレートパルス法を適用しても情報が破壊されること
がなく、しかも消費電力が少なくてすむ半導体装置を提
供することを目的とし、 情報を記憶する蓄積容量の一端に転送トランジスタの
ソース又はドレインと電気的に接続する導電パターン
と、前記導電パターンと異なる導電体層よりなり、前記
転送トランジスタのドレイン又はソースと電気的に接続
するビット線と、前記導電パターン及び前記ビット線を
覆う絶縁膜と、前記絶縁膜に形成された開口を介して前
記導電パターンと電気的に接続する蓄積電極と、前記蓄
積電極表面に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜表面
に形成された対向電極とを備えるように構成する。
また、上記の半導体記憶装置において、前記導電パタ
ーンを、ワード線間の領域において前記ソース又はドレ
インに接続されているように構成する。
また、半導体基板上に、ソース及びドレインを含む転
送トランジスタを形成する工程と、全面に、第1の導電
体層を形成し、前記第1の導電体層をパターニングする
ことにより、前記ソース又は前記ドレインと電気的に接
続するビット線を選択的に形成する工程と、全面に、第
2の導電体層を形成し、前記第2の導電体層をパターニ
ングすることにより、前記ドレイン又は前記ソースと電
気的に接続する導電パターンを選択的に形成する工程
と、前記導電パターン及び前記ビット線を覆う絶縁膜を
形成する工程と、前記絶縁膜に開口を形成し、前記開口
を介して前記導電パターンと電気的に接続する蓄積電極
を形成する工程と、電気蓄積電極表面に誘電体膜を形成
する工程と、前記蓄積電極表面に対向電極を形成する工
程とにより半導体記憶装置の製造方法を構成する。
また、上記の半導体記憶装置の製造方法において、前
記第1の導電体層と前記第2の導電体層を、異なる導電
体材料からなるように構成する。
[産業上の利用分野] 本発明は半導体記憶装置、特にプレートパルス法を適
用するのに適したDRAM及びその製造方法に関する。
[従来の技術] 従来のDRAMの構成を第3図を用いて説明する。
このDRAMのメモリセルMは、第3図(a)の回路図に
示すように、情報を記憶する蓄積容量Cの一端に転送ト
ランジスタQが接続された1トランジスタ1キャパシタ
型である。メモリセルMの転送トランジスタQのソース
は水平方向に走るビット線BLにより共通接続され、メモ
リセルMの転送トランジスタQのゲートは垂直方向に走
るワード線WLにより共通接続されている。蓄積容量Cの
他端である対向電極(セルプレート)は、全てのメモリ
セルMに共通接続されている。
従来のDRAMの構造を第3図(b)(c)の平面図及び
断面図により説明する。
先ず、DRAMの平面構造を第3図(b)を用いて説明す
る。半導体基板10上を水平方向にビット線BLが走り、垂
直方向にワード線WLが走っている。ビット線BL間に、2
本のワード線WLにまたがった蓄積容量Cの一端である蓄
積電極24が配置されている。フォールデットビット線形
式のために、異なるワード線WLに対する蓄積電極24が上
下に並んで配置されている。1点鎖線で囲んだ領域が活
性領域ACである。
次に、DRAMの断面構造を第3図(c)を用いて説明す
る。p型半導体基板10上をフィールド酸化膜12により分
離された活性領域ACにn型不純物領域であるソース領域
14、ドレイン領域16を形成する。第1多結晶シリコン層
であるワード線WLは、チャネル上にゲート酸化膜18を介
して形成される。第2多結晶シリコン層であるビット線
BLは第1多結晶シリコン層と絶縁膜20を介して形成され
る。このビット線BLはソース領域14にコンタクトしてい
る。ビット線BL上に絶縁膜22を介して第3図(b)に示
す平面形状の蓄積電極24が形成される。この蓄積電極24
上には蓄積容量Cを形成する薄い絶縁膜26が形成されて
いる。対向電極28は全面に形成され、各メモリセルMの
蓄積容量Cに対して共通になっている。
このようなDRAMにおいて信号電位に対する消費電力を
小さくするための駆動方法としてプレートパルス法が知
られている。プレートパルス法はセルプレートである対
向電極28の電位を変化させることにより、信号電位に対
する消費電力を小さくするものである。このプレートパ
ルス法を第4図、第5図を用いて説明する。
第4図(a)乃至(d)はワード線WLにより選択され
たメモリセルMにおける状態を示すものである。対向電
極28の電位が0Vの状態でビット線BLの電位に応じた情報
にして、蓄積容量Cが電荷を蓄積する。ビット線BLの電
位がHレベル(5V)であるかLレベル(0V)であるかに
応じた電荷が蓄積容量Cに蓄積される。すると、第4図
(a)の蓄積電極24の電位VH1は5Vとなり、第4図
(c)の蓄積電極24の電位VL1は0Vとなる。蓄積容量C
に電荷を蓄積すると、第4図(b)及び(d)に示すよ
うに対向電極28を5Vに上げる。すると、第4図(b)の
場合は転送トランジスタQがオフしているので、蓄積電
極24の電位VH2は10Vとなり、第4図(d)の場合は転送
トランジスタQがオンしているので、蓄積電極24の電位
VH2は0Vとなる。したがって、HレベルとLレベルの信
号電位の差ΔVは通常の2倍の10Vとなる。
このように蓄積容量Cに蓄積された電荷量は変わらな
いが、信号電位の差ΔVは2倍になる。したがって、プ
レートパルス法によれば、消費電力が同じであれば信号
電位の差ΔVは2倍になり、信号電位の差ΔVを同じに
すれば半分の消費電力ですむ。
一般にDRAMの微細化がすすむと、蓄積電極24の面積が
減少して蓄積容量Cが減少する。このため蓄積容量Cを
定める絶縁膜26はできるだけ薄くしたいが、絶縁膜26を
極度に薄くすると伝導機構が変化してリーク電流が急激
に増加する。このため、絶縁膜26をある程度厚くしてお
いて、信号電位を大きくする方が有利である。このよう
な観点から同じ蓄積電荷量でも信号電位の差ΔVを大き
くすることができるプレートパルス法は極めて有効であ
るといえる。
[発明が解決しようとす課題] しかしながら、従来のDRAMではプレートパルス法によ
り電位を変化させる対向電極28が、ワード線WLにより選
択されていないメモリセルMとも共通であるため、選択
されていないメモリセルMの蓄積容量Cに蓄積された電
荷が消失して情報が破壊されるという問題があった。こ
の点を第5図を用いて説明する。
対向電極28を5Vに上げると第5図(a)に示すように
なり、蓄積容量Cに電荷が蓄積されたままで、蓄積電極
24の電位は0Vとなる。ところが、情報を書込むため第5
図(b)に示すように対向電極28を再び0Vにすると、蓄
積電極24の電位が−5Vになろうとするために転送トラン
ジスタQがオンし、蓄積容量Cに蓄積された電荷が転送
トランジスタQを介してビット線BLに放電して情報が破
壊されてしまう。
このように従来のDRAMではプレートパルス法により電
位を変化させると、選択されていないメモリセルMの情
報が破壊されてしまうという問題があった。これは対向
電極28が選択されないメモリセルMに対しても共通であ
るために生ずる問題である。また、プレートパルス印加
に伴う充放電電流を小さくするという観点からも、ワー
ド線WLにより接続されたメモリセルM群毎に対向電極28
が分離している方が望ましいが、第3図(b)(c)か
ら明らかなように従来のDRAMの平面構造及び断面構造で
は、対向電極28を分離することが困難であった。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、プレー
トパルス法を適用しても情報が破壊されることがなく、
しかも消費電力が少なくてすむ半導体記憶装置を提供す
ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記目的は、転送トランジスタのソース又はドレイン
と電気的に接続する導電パターンと、前記導電パターン
と異なる導電体層よりなり、前記転送トランジスタのド
レイン又はソースと電気的に接続するビット線と、前記
導電パターン及び前記ビット線を覆う絶縁膜と、前記絶
縁膜に形成された開口を介して前記導電パターンと電気
的に接続する蓄積電極と、前記蓄積電極表面に形成され
た誘電体膜と、前記誘電体膜表面に形成された対向電極
とを備えることを特徴とする半導体記憶装置によって達
成される。
また、上記の半導体記憶装置において、前記導電パタ
ーンは、ワード線間の領域において前記ソース又はドレ
インに接続されるようにしてもよい。
また、上記目的は、半導体基板上に、ソース及びドレ
インを含む転送トランジスタを形成する工程と、全面
に、第1の導電体層を形成し、前記第1の導電体層をパ
ターニングすることにより、前記ソース又は前記ドレイ
ンと電気的に接続するビット線を選択的に形成する工程
と、全面に、第2の導電体層を形成し、前記第2の導電
体層をパターニングすることにより、前記ドレイン又は
前記ソースと電気的に接続する導電パターンを選択的に
形成する工程と、前記導電パターン及び前記ビット線を
覆う絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に開口を形成
し、前記開口を介して前記導電パターンと電気的に接続
する蓄積電極を形成する工程と、前記蓄積電極表面に誘
電体膜を形成する工程と、前記蓄積電極表面に対向電極
を形成する工程とを有することを特徴とする半導体記憶
装置の製造方法によっても達成される。
また、上記の半導体記憶装置の製造方法において、前
記第1の導電体層と前記第2の導電体層は、異なる導電
体材料からなるようにしてもよい。
[作用] 本発明によれば、転送トランジスタのソース又はドレ
インと蓄積容量の蓄積電極とを導電パターンを介して接
続したので、プレートパルス法を採用するのに好適な配
置を有する半導体記憶装置を容易に構成することができ
る。
[実施例] 本発明の一実施例による半導体記憶装置であるDRAMを
第1図に示す。第3図に示す従来のDRAMと同一の構成要
素には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施例のDRAMの平面構造を第1図(a)を用いて説
明する。なお、活性領域は図示していない。
従来のDRAMと同様に、半導体基板10上にビット線BL及
びワード線WLが水平方向及び垂直方向に走っている。蓄
積電極24をそのメモリセルMを選択するワード線WL上に
位置するように縦長に形成する。薄い絶縁膜26を介して
形成される対向電極28を、ワード線WL上に位置するよう
に縦長に形成して、ひとつのワード線WLにより選択され
るメモリセルM群毎に分離した点に特徴がある。
蓄積電極24をワード線WL上に縦長に形成したため、蓄
積電極24を直接に転送トランジスタQのドレイン領域16
にコンタクトできない。このため本実施例では電極引出
層30を設けて、転送トランジスタQのドレイン領域16と
蓄積電極24を接続するようにしている。電極引出層30は
ビット線BL間の領域に設けられる。
本実施例のDRAMの断面構造を第1図(b)を用いて説
明する。p型半導体基板10上をフィールド酸化膜12によ
り分離された活性領域にソース領域14、ドレイン領域16
が形成された転送トランジスタQが形成されている。本
実施例では、ビット線BLと蓄積電極24との間に電極引出
層30を設けている。すなわち、電極引出層30が、ビット
線BL上に絶縁膜32を介して形成され、この電極引出層30
上に蓄積電極24が絶縁膜22を介して形成されている。電
極引出層30は、転送トランジスタQのドレイン領域16と
蓄積電極24とを電気的に接続する。
蓄積電極24は各ワード線WL上に形成され、対向電極28
が薄い絶縁膜26を介してワード線WLに形成される。この
ように本実施例の蓄積電極24及び対向電極28は、従来の
ように複数のワード線WL上にまたがることなく、ひとつ
のワード線WL上に形成する構造であるため、ワード線WL
により選択されるメモリセルM群毎に対向電極28を分離
することができる。このため、ワード線WL毎に分離され
た対向電極28を独立してプレートパルス法により駆動す
ることが可能である。選択されないメモリセルMの対向
電極28の電位が変化して蓄積容量Cに記憶された情報が
破壊されるという問題を回避することができる。また、
対向電極28が分離されているためプレートパルス印加に
伴う充放電電流を小さくすることができる。
次に本実施例によるDRAMの製造方法を第2図を用いて
説明する。
先ず、半導体基板10を素子分離領域を選択的に酸化し
て約5000Å厚のフィールド酸化膜12を形成する。次に、
半導体基板10の活性領域上に約150Å厚のゲート酸化膜1
8を形成する。次に、約1500Å厚の多結晶シリコン層を
形成した後、所定形状にパターニングしてワード線WLを
形成する。続いて、不純物のAsを1×1015/cm2でイオン
注入してソース領域14及びドレイン領域16を形成する
(第2図(a))。
次に、約1000Å厚のCVD酸化膜である絶縁膜20を形成
し、ソース領域14へのコンタクトホールが形成されるよ
うにパターニングする(第2図(b))。
次に、ソース領域14にコンタクトするようにビット線
BLを形成する。ビット線BLを構成する導電層は、約500
Å厚の多結晶シリコン層と約1000Å厚のタングステンシ
リサイド層をCVD法により堆積することにより形成す
る。堆積後、Asを4×1015/cm2でイオン注入する。これ
は、多結晶シリコン層をn+型にしてソース領域14との間
に良好なコンタクトをとるためである。イオン注入後、
所定形状にパターニングしてビット線BLを形成する(第
2図(c))。
次に、CVDシリコン酸化膜である約1000Å厚の絶縁膜3
2を全面に形成した後、ドレイン領域16上の絶縁膜20、3
2にコンタクトホールを形成する(第2図(d))。
次に、約1000Å厚の多結晶シリコン層を堆積し、その
後にAsを1×1015/cm2でイオン注入する。その後、多結
晶シリコン層を所定形状にパターニングして、電極引出
層30を形成する(第2図(e))。
次に、約1000ÅのCVDシリコン酸化膜である絶縁膜22
を全面に堆積し、電極引出層30へのコンタクトホールを
形成する。引続いて、約2000Å厚の多結晶シリコン層を
全面に形成し、ワード線WL上の所定形状にパターニング
して、蓄積電極24を形成する(第2図(f))。
次に、蓄積電極24を酸化することにより、約100Åの
薄いシリコン酸化膜である絶縁膜26を表面に形成する。
その後、絶縁膜26上に多結晶シリコン層を堆積し、堆積
後にPOCl3をソースガスとする熱拡散を行う。その後、
ワード線WL上に形成された各メモリセルMの蓄積電極24
を覆うような形状にパターニングして、対向電極28を形
成することによりDRAMの主要部の製造を終了する(第2
図(g))。
本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可能であ
る。例えば、上記実施例では転送トランジスタのドレイ
ン領域を電極引出層により蓄積電極に接続するようにし
たが、蓄積容量の対向電極をワード線により共通接続さ
れたメモリセル群毎に分離して共通接続することができ
れば、いかなる構造でもよい。
[発明の効果] 以上の通り、本発明によれば、転送トランジスタのソ
ース又はドレインと蓄積容量の蓄積電極とを導電パター
ンを介して接続したので、プレートパルス法を採用する
のに好適な配置を有する半導体記憶装置を容易に構成す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による半導体記憶装置を示す
図、 第2図は同半導体記憶装置の製造方法を示す工程図、 第3図は従来のDRAMを示す図、 第4図、第5図はプレートパルス法を説明するための図
である。 図において、 M……メモリセル Q……転送トランジスタ C……蓄積容量 BL……ビット線 WL……ワード線 AC……活性領域 10……半導体基板 12……フィールド酸化膜 14……ソース領域 16……ドレイン領域 18……ゲート酸化膜 20……絶縁膜 22……絶縁膜 24……蓄積電極 26……絶縁膜 28……対向電極 30……電極引出層 32……絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/108 H01L 21/8242

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】転送トランジスタのソース又はドレインと
    電気的に接続する導電パターンと、 前記導電パターンと異なる導電体層よりなり、前記転送
    トランジスタのドレイン又はソースと電気的に接続する
    ビット線と、 前記導電パターン及び前記ビット線を覆う絶縁膜と、 前記絶縁膜に形成された開口を介して前記導電パターン
    と電気的に接続する蓄積電極と、 前記蓄積電極表面に形成された誘電体膜と、 前記誘電体膜表面に形成された対向電極と を備えることを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体記憶装置において、 前記導電パターンは、ワード線間の領域において前記ソ
    ース又はドレインに接続されている ことを特徴とする半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】半導体基板上に、ソース及びドレインを含
    む転送トランジスタを形成する工程と、 全面に、第1の導電体層を形成し、前記第1の導電体層
    をパターニングすることにより、前記ソース又は前記ド
    レインと電気的に接続するビット線を選択的に形成する
    工程と、 全面に、第2の導電体層を形成し、前記第2の導電体層
    をパターニングすることにより、前記ドレイン又は前記
    ソースと電気的に接続する導電パターンを選択的に形成
    する工程と、 前記導電パターン及び前記ビット線を覆う絶縁膜を形成
    する工程と、 前記絶縁膜に開口を形成し、前記開口を介して前記導電
    パターンと電気的に接続する蓄積電極を形成する工程
    と、 前記蓄積電極表面に誘電体膜を形成する工程と、 前記蓄積電極表面に対向電極を形成する工程と を有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項3記載の半導体記憶装置の製造方法
    において、 前記第1の導電体層と前記第2の導電体層は、異なる導
    電体材料からなることを特徴とする半導体記憶装置の製
    造方法。
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