JP3193581B2 - 1-transistor 1-capacitor dynamic random access memory - Google Patents

1-transistor 1-capacitor dynamic random access memory

Info

Publication number
JP3193581B2
JP3193581B2 JP00859795A JP859795A JP3193581B2 JP 3193581 B2 JP3193581 B2 JP 3193581B2 JP 00859795 A JP00859795 A JP 00859795A JP 859795 A JP859795 A JP 859795A JP 3193581 B2 JP3193581 B2 JP 3193581B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
oxide film
gate oxide
memory cell
capacitor
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
JP00859795A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH08204142A (en
Inventor
明夫 北
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.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry 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 Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP00859795A priority Critical patent/JP3193581B2/en
Publication of JPH08204142A publication Critical patent/JPH08204142A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3193581B2 publication Critical patent/JP3193581B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高集積、低消費電力、
高速動作をめざした1トランジスタ1キャパシタ型のダ
イナミックランダムアクセスメモリに関するものであ
る。
The present invention relates to a highly integrated, low power consumption,
The present invention relates to a one-transistor, one-capacitor type dynamic random access memory for high-speed operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイナミックランダムアクセスメモリ
(以下DRAMと記す)の高集積化にはめざましいもの
があり、近年では1チップに64メガビットを集積した
DRAMも実用化されつつある。このような高集積化
は、微細加工技術のめざましい進歩によるところが大き
く、それに加えてスケーリング則によるトランジスタの
高性能化によるところが大きかった。上記のようなDR
AMでは、メモリセル領域,周辺回路領域および入出力
回路領域の各トランジスタのゲート絶縁膜となるゲート
酸化膜はほぼ同じの厚さに形成されていた。
2. Description of the Related Art High integration of dynamic random access memories (hereinafter referred to as DRAMs) has been remarkable, and in recent years, DRAMs having 64 Mbits integrated on one chip have been put into practical use. Such high integration has been largely due to remarkable progress in microfabrication technology, and in addition to the high performance of transistors based on scaling rules. DR as above
In AM, a gate oxide film serving as a gate insulating film of each transistor in a memory cell region, a peripheral circuit region, and an input / output circuit region is formed to have substantially the same thickness.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】1ビットが一つの蓄積
用キャパシタと一つのスイッチング用トランジスタとか
ら構成されているDRAMでは、スイッチングトランジ
スタのリーク電流を厳しく抑えなければならない。これ
は、ビジーレートが一定になるようにリフレッシュ時間
が一世代ごとに二倍に長大化していることと、低消費電
力化のためにリフレッシュ時間がより長くなる傾向とか
らさらに厳しくなってきているためである。スイッチン
グトランジスタのリーク電流を抑制するには、カットオ
フ特性を改善する必要があり、そのためにゲート酸化膜
をより薄く形成する方策がとられている。さらに周辺回
路トランジスタの駆動力を高める上でもゲート酸化膜を
より薄く形成する方策がとられている。
In a DRAM where one bit is composed of one storage capacitor and one switching transistor, the leakage current of the switching transistor must be strictly suppressed. This is becoming more severe because the refresh time is doubled for each generation so that the busy rate is constant, and the refresh time tends to be longer for low power consumption. That's why. In order to suppress the leakage current of the switching transistor, it is necessary to improve the cut-off characteristics. For this purpose, measures have been taken to form a thinner gate oxide film. Further, in order to increase the driving power of the peripheral circuit transistor, a measure for forming a thinner gate oxide film has been taken.

【0004】一方、トランジスタ自身のしきい値電圧に
よるキャパシタへの書き込み時の電圧低下を防ぐため、
ワード線の電圧をしきい値電圧以上に上げる方法が従来
から採用されているが、この方法では、信頼性上ゲート
酸化膜にかけられる最大電界からゲート酸化膜の薄膜化
にも限界が生じる。最近ではそのトレードオフが成立す
る領域がなくなりつつあり、高密度高速DRAMを実現
することが困難になってきた。
On the other hand, in order to prevent a voltage drop during writing to a capacitor due to the threshold voltage of the transistor itself,
A method of increasing the voltage of a word line to a threshold voltage or higher has conventionally been adopted. However, in this method, there is a limit in reducing the thickness of the gate oxide film from the maximum electric field applied to the gate oxide film in terms of reliability. Recently, the region where the trade-off is established is disappearing, and it has become difficult to realize a high-density high-speed DRAM.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた1トランジスタ1キャパシタ型の
DRAMであり、セルトランジスタおよびキャパシタを
有するメモリセルが複数配置されたメモリセルアレイ
と、該メモリセルを駆動するための周辺トランジスタを
有する周辺回路とを備えた1トランジスタ1キャパシタ
型のダイナミックランダムアクセスメモリにおいて、前
記セルトランジスタのゲート絶縁膜は前記周辺トランジ
スタのゲート絶縁膜より厚く形成され、前記セルトラン
ジスタのゲート絶縁膜の厚さToxは、マージン係数を
α、該セルトランジスタのしきい値電圧をVt、前記キ
ャパシタに与えられるハイレベル電圧をVcc、該セルト
ランジスタのゲート絶縁膜が信頼性上許容できる最大電
界をEoxmax とすると、Tox>(αVt+Vcc)/Eoxm
ax なる関係を満足するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a one-transistor, one-capacitor type DRAM which has been made to solve the above-mentioned problems, and has a memory cell array in which a plurality of memory cells having cell transistors and capacitors are arranged. A one-transistor, one-capacitor dynamic random access memory including a peripheral circuit having a peripheral transistor for driving a memory cell, wherein a gate insulating film of the cell transistor is formed thicker than a gate insulating film of the peripheral transistor; The thickness Tox of the gate insulating film of the cell transistor is such that the margin coefficient is α, the threshold voltage of the cell transistor is Vt, the high-level voltage applied to the capacitor is Vcc, and the gate insulating film of the cell transistor has high reliability. If the maximum allowable electric field is Eoxmax, Tox (ΑVt + Vcc) / Eoxm
ax.

【0006】上記1トランジスタ1キャパシタ型のDR
AMでは、セルトランジスタのゲート絶縁膜は前記周辺
トランジスタのゲート絶縁膜より厚く形成されたことか
ら、セルトランジスタのカットオフ特性とハイレベルの
書き込み補償が満足される。それとともに、周辺回路領
域の各トランジスタのゲート絶縁膜は薄く形成されるこ
とになるので、各トランジスタの駆動力は高まる。
The above-mentioned one-transistor, one-capacitor type DR
In AM, since the gate insulating film of the cell transistor is formed thicker than the gate insulating film of the peripheral transistor, cut-off characteristics of the cell transistor and high-level write compensation are satisfied. At the same time, the gate insulating film of each transistor in the peripheral circuit region is formed thin, so that the driving power of each transistor is increased.

【0007】[0007]

【実施例】第1発明の実施例を図1の構成図によって説
明する。図では、1トランジスタ/1キャパシタ型DR
AMの構成の一例を示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the first invention will be described with reference to FIG. In the figure, 1 transistor / 1 capacitor type DR
1 shows an example of the configuration of an AM.

【0008】図に示すように、DRAM1は1トランジ
スタ/1キャパシタ型のもので、メモリセル領域となる
メモリセルアレイブロック11の周辺には、このメモリ
セルアレイを駆動する回路やメモリセルアレイからの信
号を処理する回路等を含む周辺回路領域となる周辺回路
ブロック12が配置されている。さらに上記周辺回路ブ
ロック12に接続した状態に外部との信号のやりとりを
行う入出力回路領域となるI/O回路ブロック13が配
置されている。上記各ブロック11、12に用いられて
いるMOSトランジスタのゲート絶縁膜となるゲート酸
化膜厚(図示省略)は、それぞれTOXCELL、TOXPERI
とすると、(1)式のような関係に設定されている。
As shown in FIG. 1, a DRAM 1 is a one-transistor / one-capacitor type, and a circuit for driving the memory cell array and a signal from the memory cell array are processed around a memory cell array block 11 serving as a memory cell area. A peripheral circuit block 12 serving as a peripheral circuit area including circuits to be implemented is arranged. Further, an I / O circuit block 13 serving as an input / output circuit area for exchanging signals with the outside is arranged in a state connected to the peripheral circuit block 12. The gate oxide film thickness (not shown) serving as the gate insulating film of the MOS transistor used in each of the blocks 11 and 12 is T OXCELL and T OXPERI , respectively.
Then, the relationship is set as shown in Expression (1).

【0009】[0009]

【数1】TOXCELL>TOXPERI …(1)[ Equation 1] T OXCELL > T OXPERI ... (1)

【0010】次に、上述したゲート酸化膜の厚さの関係
を満足するDRAM1を実現するための製造方法につい
て、図2の製造工程図(その1)および図3の製造工程
図(その2)によって説明する。
Next, a manufacturing method for realizing the DRAM 1 that satisfies the above-described relationship of the thickness of the gate oxide film will be described with reference to FIGS. 2A and 2B and FIGS. It will be explained by.

【0011】まず図2の(1)に示すように、抵抗率1
0Ωcm程度のP型の半導体基板(例えばシリコン基
板)101を用意し、例えばLOCOS法によって、上
記半導体基板101の表面側の所定領域にフィールド酸
化膜102を形成する。なお、図には示さないが、CM
OSトランジスタを構成する場合には予めウェル領域を
形成しておく。さらにソフトエラーを防止するためにメ
モリセル領域に二重のウェルを形成した構造にしてもよ
い。続いてNチャネルトランジスタおよびPチャネルト
ランジスタの各しきい値電圧を設定値に仕上げるため
に、Vt 制御インプラを各Nチャネルトランジスタの形
成予定領域およびPチャネルトランジスタの形成予定領
域に対して行う。さらに熱酸化法によってアクティブ領
域に酸化膜151を例えば4nm程度の厚さに形成す
る。
First, as shown in FIG.
A P-type semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) 101 of about 0 Ωcm is prepared, and a field oxide film 102 is formed in a predetermined region on the front surface side of the semiconductor substrate 101 by, for example, a LOCOS method. Although not shown in the figure, CM
When configuring an OS transistor, a well region is formed in advance. Further, in order to prevent a soft error, a structure in which a double well is formed in the memory cell region may be adopted. Subsequently, in order to finish each threshold voltage of the N-channel transistor and the P-channel transistor to the set value, Vt control implantation is performed on the region where each N-channel transistor is to be formed and the region where the P-channel transistor is to be formed. Further, an oxide film 151 is formed in the active region to a thickness of, for example, about 4 nm by a thermal oxidation method.

【0012】続いて図2の(2)に示すように、レジス
ト膜を形成してそのパターニングを行い、メモリセル領
域131を覆う状態にレジストパターン152を形成す
る。このレジストパターン152をエッチングマスクに
して、メモリセル領域以外のアクティブ領域132上の
酸化膜151(2点鎖線で示す部分)を希フッ酸水溶液
によるエッチングによって除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, a resist film is formed and patterned to form a resist pattern 152 covering the memory cell region 131. Using this resist pattern 152 as an etching mask, the oxide film 151 (portion indicated by a two-dot chain line) on the active region 132 other than the memory cell region is removed by etching with a dilute hydrofluoric acid aqueous solution.

【0013】次いで、既知のレジスト除去技術によって
上記レジストパターン152を除去する。その後図2の
(3)に示すように、熱酸化法によって、ゲート酸化膜
103,104を同時に形成する。このとき、メモリセ
ル領域131以外のゲート酸化膜104が6nmとなる
ようにする。その場合、メモリセル領域131には予め
酸化膜151〔(2)参照〕が形成されていたため、ゲ
ート酸化膜103の膜厚はゲート酸化膜104よりも厚
い8nm程度の膜厚になる。なお、シリコンの熱酸化で
は、反応律速と拡散律速とが競合するので、二度の酸化
による総膜厚は単純な算術加算とはならない。
Next, the resist pattern 152 is removed by a known resist removal technique. Thereafter, as shown in FIG. 2C, gate oxide films 103 and 104 are simultaneously formed by a thermal oxidation method. At this time, the thickness of the gate oxide film 104 other than the memory cell region 131 is set to 6 nm. In this case, since the oxide film 151 (see (2)) has been formed in the memory cell region 131 in advance, the thickness of the gate oxide film 103 is about 8 nm, which is thicker than the gate oxide film 104. In thermal oxidation of silicon, the reaction rate control and the diffusion rate control compete with each other, so that the total film thickness due to the two oxidations is not a simple arithmetic addition.

【0014】続いて図2の(4)に示すように、CVD
法によって、上記構造の上に多結晶シリコン膜を堆積す
る。そしてリソグラフィーおよびエッチングによって、
多結晶シリコン膜をパターニングして、ゲート電極10
5およびゲート電極106を形成する。その後イオン注
入法によって、ソース・ドレイン拡散層107およびソ
ース・ドレイン拡散層108を形成する。
Subsequently, as shown in FIG.
A polycrystalline silicon film is deposited on the above structure by a method. And by lithography and etching
The polycrystalline silicon film is patterned to form a gate electrode 10
5 and the gate electrode 106 are formed. Thereafter, source / drain diffusion layers 107 and source / drain diffusion layers 108 are formed by ion implantation.

【0015】次いで上記構造の上にメモリセルのキャパ
シタを形成していく。図3の(1)に示すように、先ず
CVD法によって、例えば酸化シリコンを堆積して層間
絶縁膜109を形成し、その後リソグラフィーおよびエ
ッチングによって、上記層間絶縁膜109の所定位置
〔ソース・ドレイン領域107a(107)上〕にコン
タクトホール110を開口する。そしてCVD法によっ
て、多結晶シリコン膜を形成した後、リソグラフィーお
よびエッチングによって上記多結晶シリコン膜をパター
ニングし、キャパシタの下層電極111を形成する。さ
らにCVD法によって、窒化シリコン膜および多結晶シ
リコン膜を順に形成する。その後、リソグラフィーおよ
びエッチングによってこの多結晶シリコン膜および窒化
シリコン膜をパターニングし、上記窒化シリコン膜でキ
ャパシタの誘電体薄膜112を形成するとともに上記多
結晶シリコン膜でキャパシタの上層電極113を形成す
る。
Next, a memory cell capacitor is formed on the above structure. As shown in FIG. 3A, first, for example, silicon oxide is deposited by a CVD method to form an interlayer insulating film 109, and then a predetermined position of the interlayer insulating film 109 [source / drain region] is formed by lithography and etching. 107a (107)], a contact hole 110 is opened. Then, after forming a polycrystalline silicon film by the CVD method, the polycrystalline silicon film is patterned by lithography and etching to form a lower electrode 111 of the capacitor. Further, a silicon nitride film and a polycrystalline silicon film are sequentially formed by a CVD method. Thereafter, the polycrystalline silicon film and the silicon nitride film are patterned by lithography and etching to form a capacitor dielectric thin film 112 with the silicon nitride film and an upper electrode 113 of the capacitor with the polycrystalline silicon film.

【0016】次いでCVD法によって、キャパシタとビ
ット線とを分離する層間絶縁膜114を形成し、リソグ
ラフィーおよびエッチングによって、上記層間絶縁膜1
14の所定位置〔ソース・ドレイン領域107b(10
7)上〕にコンタクトホール115を開口する。さら
に、導電材として例えばタングステンポリサイド膜を形
成した後、リソグラフィーおよびエッチングによってパ
ターニングを行い、ビット線116を形成する。
Next, an interlayer insulating film 114 for separating the capacitor and the bit line is formed by a CVD method, and the above-mentioned interlayer insulating film 1 is formed by lithography and etching.
14 at a predetermined position [source / drain region 107b (10
7) Open contact hole 115 above. Further, after forming, for example, a tungsten polycide film as a conductive material, patterning is performed by lithography and etching to form a bit line 116.

【0017】続いてさらに上記構造上に金属配線層を形
成していく。図3の(2)に示すように、CVD法によ
って酸化シリコンを堆積して層間絶縁膜117を形成
し、リソグラフィーおよびエッチングによってコンタク
トホール118を上記層間絶縁膜117の所定位置(ソ
ース・ドレイン領域108上)に開口する。その後タン
グステンポリサイドのような導電材料をプラグ119と
して埋め込む。そしてスパッタリングによってアルミニ
ウム合金を堆積して金属層を形成する。そしてリソグラ
フィーおよびエッチングによって金属層をパターニング
し、配線層120を形成する。最後にパッシベーション
膜121を形成した後、図には示さないボンディング用
のパッド部を開口してウエハプロセスを終了する。
Subsequently, a metal wiring layer is further formed on the above structure. As shown in FIG. 3B, silicon oxide is deposited by a CVD method to form an interlayer insulating film 117, and a contact hole 118 is formed in a predetermined position (source / drain region 108) of the interlayer insulating film 117 by lithography and etching. Open on top). Thereafter, a conductive material such as tungsten polycide is buried as the plug 119. Then, an aluminum alloy is deposited by sputtering to form a metal layer. Then, the wiring layer 120 is formed by patterning the metal layer by lithography and etching. Finally, after the passivation film 121 is formed, a bonding pad portion (not shown) is opened to complete the wafer process.

【0018】次にゲート酸化膜の別の製造方法を図4の
製造工程図によって説明する。図4の(1)は、半導体
基板101上の所定位置にフィールド酸化膜102を形
成する。その後ゲート酸化膜152を形成し、周辺回路
領域132のトランジスタのゲート電極106をパター
ニングした後の構造を示している。
Next, another method of manufacturing a gate oxide film will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG. In FIG. 4A, a field oxide film 102 is formed at a predetermined position on a semiconductor substrate 101. Thereafter, a structure after forming a gate oxide film 152 and patterning the gate electrode 106 of the transistor in the peripheral circuit region 132 is shown.

【0019】続いて少なくとも上記ゲート電極106の
下方のゲート酸化膜152は残して、メモリセル領域1
31上のゲート酸化膜152を除去する。次いで図4の
(2)に示すように、熱酸化法によって、新たにゲート
酸化膜103を形成する。このとき、ゲート電極106
の下面側におけるゲート酸化膜152は成長しないの
で、その膜厚は変化しない。またこの熱酸化では、周辺
回路領域132のアクティブ領域上も酸化され、ゲート
電極106が多結晶シリコンからなる場合にはその表面
も酸化される。そして上記ゲート酸化膜103上にメモ
リセル領域131のゲート電極105をパターニングす
る。このようにして膜厚が異なる二種類のゲート酸化膜
152,103を形成することができる。
Subsequently, at least the gate oxide film 152 below the gate electrode 106 is left, and the memory cell region 1 is left.
The gate oxide film 152 on 31 is removed. Next, as shown in FIG. 4B, a new gate oxide film 103 is formed by a thermal oxidation method. At this time, the gate electrode 106
Since the gate oxide film 152 does not grow on the lower surface side of the substrate, its film thickness does not change. In this thermal oxidation, the active region of the peripheral circuit region 132 is also oxidized, and when the gate electrode 106 is made of polycrystalline silicon, its surface is also oxidized. Then, the gate electrode 105 in the memory cell region 131 is patterned on the gate oxide film 103. In this manner, two types of gate oxide films 152 and 103 having different film thicknesses can be formed.

【0020】次に上記図1によって説明した構成のDR
AM1の動作を説明する。DRAM1のメモリセル領域
のトランジスタ(以下メモリセルトランジスタと記す)
に要求される重要な仕様として、データの保持状態にお
けるカットオフリークとハイレベルの書き込み補償があ
る。このうちカットオフリークの仕様については許容リ
ーク電流の計算によって導かれる。データ破壊を防ぐた
めには、次のリフレッシュまでの間にセルの電荷消失が
ある割合以下でなければならない。ここでメモリセルの
キャパシタ容量をCs 、ハイレベルの書き込み電圧をV
cc、セルプレート電圧を1/2Vcc、許容電荷消失率を
η、リフレッシュ間隔をTREF とすると、許容リーク電
流ILMAX’は(2)式のように表せる。
Next, the DR having the configuration described with reference to FIG.
The operation of AM1 will be described. Transistor in memory cell area of DRAM 1 (hereinafter referred to as memory cell transistor)
The important specifications required of the device include cut-off leak and high-level write compensation in a data retention state. Among them, the specification of the cut-off leak is derived by calculation of the allowable leak current. In order to prevent data destruction, the charge loss of the cell must be less than a certain ratio until the next refresh. Here, the capacitor capacity of the memory cell is Cs, and the high-level write voltage is Vs
Assuming that cc, the cell plate voltage is 1/2 Vcc, the allowable charge disappearance rate is η, and the refresh interval is T REF , the allowable leak current I LMAX ′ can be expressed by equation (2).

【0021】[0021]

【数2】 ILMAX’=〔(1/2Vcc・Cs )/TREF 〕η …(2)## EQU2 ## I LMAX '= [(1 / 2Vcc · Cs) / T REF ] η (2)

【0022】256Mビットクラスを想定して、具体的
な数値を代入してみる。Cs =25fF、Vcc=1.5
V、η=20%、ローパワーモードを考慮して通常の8
倍を設定してTREF =1024msとする。この許容リ
ークILMAX’にはキャパシタや接合リークなどのリーク
成分も含まれるので、トランジスタ自体の許容リークI
LMAXはマージンをとり全体の1/10とすると0.37
fAとなる。この値を最大動作温度、例えば80℃で満
足しなければならない。ここでトランジスタのリークモ
ードとして、特に留意しなければならないのはパンチス
ルーである。もう一つの仕様であるハイレベルの書き込
み補償からくる制限は、トランジスタのゲート酸化膜の
耐圧である。ハイレベルの書き込み補償のためには、ゲ
ートに接続されているワード線をVccよりもブートスト
ラップして高電圧をかける方法が従来から広く用いられ
てきている。ハイレベルの書き込み補償の条件は(3)
式のようになる。
Assuming a 256 Mbit class, a specific numerical value will be substituted. Cs = 25fF, Vcc = 1.5
V, η = 20%, 8 in consideration of low power mode
A double is set and T REF = 1024 ms. Since the allowable leak I LMAX ′ includes a leak component such as a capacitor and a junction leak, the allowable leak I of the transistor itself is included.
LMAX is 0.37 assuming margin and 1/10 of the whole
fA. This value must be satisfied at the maximum operating temperature, for example 80 ° C. Here, punch-through should be particularly noted as the leak mode of the transistor. Another limitation that comes from high-level write compensation, which is another specification, is the withstand voltage of the gate oxide film of the transistor. For high-level write compensation, a method of bootstrapping a word line connected to a gate higher than Vcc and applying a high voltage has been widely used. The condition for high-level write compensation is (3)
It looks like an expression.

【0023】[0023]

【数3】VWL>Vcc+α・Vt …(3)## EQU3 ## V WL > Vcc + α · Vt (3)

【0024】ここで、VWLはワード線の書き込み時の電
圧、αはワード線遅延などを考慮したマージン係数で回
路設計にもよるが、例えば1.1〜1.5程度の範囲の
所定値に設定する。また、Vt はバックバイアスが−V
cc+Vbbのときのしきい値電圧である。これはハイレベ
ルの書き込み時にはトランジスタのソースがVccとなっ
ているためである。Vbbは基板バイアスである。ゲート
酸化膜にかけられる最大電界をEoxmax 、ゲート酸化膜
厚をToxとすると上記(3)式は近似して(4)式のよ
うになる。
Here, V WL is the voltage at the time of writing to the word line, α is a margin coefficient in consideration of the word line delay, etc., depending on the circuit design. For example, a predetermined value in the range of about 1.1 to 1.5 Set to. Vt has a back bias of -V
This is the threshold voltage when cc + Vbb. This is because the source of the transistor is at Vcc during high level writing. Vbb is a substrate bias. If the maximum electric field applied to the gate oxide film is Eoxmax and the gate oxide film thickness is Tox, the above equation (3) is approximated as equation (4).

【0025】[0025]

【数4】 Vt <(Eoxmax ・Tox−Vcc)/α …(4)Vt <(Eoxmax · Tox−Vcc) / α (4)

【0026】さらに(4)式を変形すると(5)式のよ
うになる。
When equation (4) is further transformed, equation (5) is obtained.

【0027】[0027]

【数5】 Tox>(αVt +Vcc)/Eoxmax …(5)Tox> (αVt + Vcc) / Eoxmax (5)

【0028】トランジスタのリーク電流を前述のように
厳しく抑えるためには、しきい値電圧を高く設定しなけ
ればならない、一方、ハイレベルの書き込み補償のため
にはしきい値電圧は低く設定しなければならない。特
に、ゲート酸化膜厚が薄くなってきているので、ゲート
酸化膜にかけられる最大電圧からの制限が厳しい。
The threshold voltage must be set high in order to suppress the leakage current of the transistor as described above. On the other hand, the threshold voltage must be set low for high-level write compensation. Must. In particular, since the thickness of the gate oxide film is becoming thinner, the limit from the maximum voltage applied to the gate oxide film is severe.

【0029】図5は上記関係を示したグラフであり、縦
軸にトランジスタのしきい値電圧、横軸にゲート酸化膜
厚をとってある。ゲート酸化膜にかけられるイントリン
シックな許容最大電界は、10MV/cm以上である
が、ゲート酸化膜の不完全性などに起因する実用的な長
期信頼性上の許容最大電界Eoxmax は3MV/cm以上
5MV/cm以下程度である。図においては、Eoxmax
=4.5MV/cmとしてある。図中の実線はリーク電
流の制限からくるしきい値電圧の下限を示している。ゲ
ート酸化膜を薄膜化していくと、カットオフ特性が改善
されてより低いしきい値電圧でリーク電流の仕様を達成
できる。一方、図中の点線で示したハイレベルの書き込
み補償からくるしきい値電圧の上限はゲート酸化膜厚に
比例している。両者のトレードオフが成り立つ範囲は、
図中の斜線で示す領域となる。この例では、ゲート酸化
膜厚の薄膜化は6.5nm程度までで、それ以下ではハ
イレベルの書き込み補償ができなくなる。そこで、メモ
リセルトランジスタのゲート酸化膜厚を8nm程度にし
て、周辺回路ブロックのトランジスタのゲート酸化膜厚
をそれよりも薄い6nm程度に設定する。
FIG. 5 is a graph showing the above relationship, in which the vertical axis shows the threshold voltage of the transistor and the horizontal axis shows the gate oxide film thickness. The intrinsic allowable maximum electric field applied to the gate oxide film is 10 MV / cm or more, but the allowable maximum electric field Eoxmax for practical long-term reliability due to imperfections of the gate oxide film is 3 MV / cm or more and 5 MV. / Cm or less. In the figure, Eoxmax
= 4.5 MV / cm. The solid line in the figure indicates the lower limit of the threshold voltage due to the limitation of the leak current. As the gate oxide film is made thinner, cutoff characteristics are improved, and the specification of leakage current can be achieved with a lower threshold voltage. On the other hand, the upper limit of the threshold voltage resulting from the high-level write compensation indicated by the dotted line in the figure is proportional to the gate oxide film thickness. The range where both trade-offs hold is
This is a region indicated by oblique lines in the figure. In this example, the thickness of the gate oxide film is reduced to about 6.5 nm, below which high-level write compensation cannot be performed. Therefore, the gate oxide film thickness of the memory cell transistor is set to about 8 nm, and the gate oxide film thickness of the transistor of the peripheral circuit block is set to about 6 nm, which is smaller than that.

【0030】このように、メモリセルトランジスタのゲ
ート酸化膜厚を周辺回路ブロックのゲート酸化膜厚より
も厚く設定することにより、メモリセルトランジスタの
カットオフとハイレベルの書き込み補償を満足するとと
もに、周辺回路部の各トランジスタの駆動力を高めるこ
とができる。したがって、高密度でかつ高速動作が可能
なDRAMデバイスを実現できる。
As described above, by setting the gate oxide film thickness of the memory cell transistor to be larger than the gate oxide film thickness of the peripheral circuit block, the cutoff of the memory cell transistor and the high level write compensation can be satisfied, The driving force of each transistor in the circuit portion can be increased. Therefore, a DRAM device that can operate at high density and high speed can be realized.

【0031】次に第2発明の実施例を図6の構成図によ
って説明する。図に示すように、1トランジスタ/1キ
ャパシタ型のDRAM2のメモリセルアレイブロック
(メモリセル領域)21の周辺には、このメモリセルア
レイを駆動する回路やメモリセルアレイからの信号を処
理する回路等を含む周辺回路ブロック(周辺回路領域)
22が配置されている。さらに外部との信号のやりとり
を行うI/O回路ブロック(入出力回路領域)23が上
記周辺回路に接続した状態に配置されている。さらに外
部電源を降圧する電圧変換回路24が電源とI/O回路
ブロック23との間に設けられている。
Next, an embodiment of the second invention will be described with reference to the block diagram of FIG. As shown in the figure, the periphery of a memory cell array block (memory cell area) 21 of a 1-transistor / 1-capacitor type DRAM 2 includes a circuit for driving the memory cell array, a circuit for processing signals from the memory cell array, and the like. Circuit block (peripheral circuit area)
22 are arranged. Further, an I / O circuit block (input / output circuit area) 23 for exchanging signals with the outside is arranged so as to be connected to the peripheral circuits. Further, a voltage conversion circuit 24 for stepping down an external power supply is provided between the power supply and the I / O circuit block 23.

【0032】上記電圧変換回路24は、微細なトランジ
スタで構成された内部回路を低電圧で動作させ、低消費
電力化とホットキャリア等による信頼性の低下を防ぐと
同時に、外部のデバイスとは従来の入出力電圧によるイ
ンターフェースをとる。そのために、例えば外部電源電
圧が3.3Vであるとき、2.5Vに降圧して内部回路
に電源を供給する。この電圧変換回路24を内蔵するこ
とにより、メモリチップへの電源は単一ですむ。また内
部の周辺回路のトランジスタは低電圧においても高速動
作が可能なようにできるだけ薄いゲート酸化膜を用い
る。一方、I/O回路のトランジスタでは、高い外部電
圧においても十分な信頼性が得られるように、周辺回路
ブロックのトランジスタのゲート酸化膜よりも厚いゲー
ト酸化膜を用いる。したがって、メモリセル領域、周辺
回路領域に用いられているMOSトランジスタのゲート
酸化膜厚をそれぞれTOXCELL、TOXPERIとすると、前記
(1)式のような関係になる。
The voltage conversion circuit 24 operates an internal circuit composed of fine transistors at a low voltage to prevent a reduction in power consumption and a reduction in reliability due to hot carriers and the like. Interface with input and output voltages. Therefore, for example, when the external power supply voltage is 3.3 V, the voltage is reduced to 2.5 V to supply power to the internal circuit. By incorporating this voltage conversion circuit 24, a single power supply to the memory chip is required. Further, as a transistor of an internal peripheral circuit, a gate oxide film as thin as possible is used so that high-speed operation can be performed even at a low voltage. On the other hand, in the transistor of the I / O circuit, a gate oxide film thicker than the gate oxide film of the transistor in the peripheral circuit block is used so that sufficient reliability can be obtained even at a high external voltage. Therefore, when the gate oxide film thicknesses of the MOS transistors used in the memory cell region and the peripheral circuit region are T OXCELL and T OXPERI , respectively, the relationship is as shown in the above equation (1).

【0033】前記(1)式を満足するようにトランジス
タのゲート酸化膜の厚さを変えてDRAMを製造する方
法は、上記図2,図3によって説明したのと同様のプロ
セスである。そのため、ここではその説明は省略する。
A method of manufacturing a DRAM by changing the thickness of a gate oxide film of a transistor so as to satisfy the above equation (1) is a process similar to that described with reference to FIGS. Therefore, the description is omitted here.

【0034】次ぎに上記DRAM2の動作の説明を行
う。上記第1発明の実施例と同様にして、DRAM2の
メモリセルトランジスタに要求されるカットオフリーク
の仕様について、許容リーク電流は、上記説明した
(2)式のようになる。そして256Mビットクラスを
想定した場合のトランジスタ自体の許容リーク電流I
LMAXは、一例としてILMAX=0.37fAとなる。上記
値を最大動作温度、例えば80℃で満足しなければなら
ない。
Next, the operation of the DRAM 2 will be described. In the same manner as in the embodiment of the first aspect of the invention, the allowable leak current of the specification of the cut-off leak required for the memory cell transistor of the DRAM 2 is expressed by the above-described equation (2). The allowable leakage current I of the transistor itself assuming a 256 Mbit class
LMAX is, for example, I LMAX = 0.37 fA. The above values must be satisfied at the maximum operating temperature, for example 80 ° C.

【0035】もう一つの仕様であるハイレベルの書き込
み補償からくる制限は、トランジスタのゲート酸化膜の
耐圧である。ハイレベルの書き込み補償のためには、ゲ
ートに接続されているワード線をVccよりもブートスト
ラップして高電圧をかける方法が従来から広く用いられ
てきている。ハイレベル書き込み補償の条件は上記説明
した(3)式のようになり、それを変形すると上記
(5)式のようになる。
Another limitation resulting from high-level write compensation, which is another specification, is the withstand voltage of the gate oxide film of the transistor. For high-level write compensation, a method of bootstrapping a word line connected to a gate higher than Vcc and applying a high voltage has been widely used. The condition of the high-level write compensation is as shown in the above-described equation (3), and when it is modified, it becomes as in the above-mentioned equation (5).

【0036】そしてメモリセルトランジスタのリーク電
流の制限からくるしきい値電圧の下限とハイレベルの書
き込み補償からくるしきい値電圧の上限はトレードオフ
の関係にある。そのため、ゲート酸化膜厚の薄膜化の下
限は、上記第1発明の実施例で説明したのと同一条件で
あれば、6.5nm程度で、それ以下ではハイレベルの
書き込み補償ができなくなる。そこで例えば、メモリセ
ルトランジスタのゲート酸化膜厚を8nm程度にし、周
辺回路ブロックのトランジスタのゲート酸化膜厚をそれ
よりも薄い6nm程度にする。
There is a trade-off between the lower limit of the threshold voltage resulting from the limitation of the leak current of the memory cell transistor and the upper limit of the threshold voltage resulting from the high-level write compensation. Therefore, the lower limit of the reduction in the thickness of the gate oxide film is about 6.5 nm under the same conditions as described in the first embodiment of the present invention, below which high-level write compensation cannot be performed. Therefore, for example, the gate oxide film thickness of the memory cell transistor is set to about 8 nm, and the gate oxide film thickness of the transistor of the peripheral circuit block is set to about 6 nm, which is thinner.

【0037】このように、メモリセルアレイブロック2
1のトランジスタのゲート酸化膜厚を周辺回路ブロック
22のトランジスタのゲート酸化膜厚よりも厚く設定す
るとにより、メモリセルトランジスタのカットオフとハ
イレベルの書き込み補償を満足する。それとともに、周
辺回路ブロック22のトランジスタの駆動力が高められ
る。
As described above, the memory cell array block 2
By setting the gate oxide film thickness of one transistor to be larger than the gate oxide film thickness of the transistors of the peripheral circuit block 22, the cutoff of the memory cell transistor and the high level write compensation are satisfied. At the same time, the driving power of the transistors of the peripheral circuit block 22 is increased.

【0038】以上の説明では、256MbDRAMレベ
ルのパラメータ設定を用いたが、他の世代のDRAMデ
バイスにおいても適用が可能である。またメモリセルの
形式としては、製造方法で説明したスタックト型以外の
ものであっても差し支えはない。
In the above description, the parameter setting at the 256 Mb DRAM level is used, but the present invention can be applied to other generations of DRAM devices. The form of the memory cell may be other than the stacked type described in the manufacturing method.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
DRAM装置のメモリセル領域におけるトランジスタの
ゲート絶縁膜を、周辺回路領域におけるトランジスタの
ゲート絶縁膜よりも厚く形成したので、メモリセルトラ
ンジスタのカットオフリークと、ハイレベルの書き込み
補償を満足するとともに、周辺回路領域のトランジスタ
の駆動力を高めることができる。したがって、高密度で
かつ高速動作可能なDRAMデバイスを実現できる。
As described above, according to the present invention,
Since the gate insulating film of the transistor in the memory cell region of the DRAM device is formed thicker than the gate insulating film of the transistor in the peripheral circuit region, cut-off leakage of the memory cell transistor and high-level write compensation can be satisfied, and the peripheral circuit can be satisfied. The driving force of the transistor in the region can be increased. Therefore, a DRAM device that can operate at high density and at high speed can be realized.

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

【図1】第1発明の実施例に関するDRAMの構成図で
ある。
FIG. 1 is a configuration diagram of a DRAM according to an embodiment of the first invention.

【図2】第1発明のDRAMの製造工程図(その1)で
ある。
FIG. 2 is a diagram (part 1) illustrating a process of manufacturing the DRAM of the first invention;

【図3】第1発明のDRAMの製造工程図(その2)で
ある。
FIG. 3 is a diagram (part 2) illustrating a process of manufacturing the DRAM of the first invention;

【図4】ゲート酸化膜の別の製造工程図である。FIG. 4 is another manufacturing process diagram of the gate oxide film.

【図5】しきい値電圧とゲート酸化膜厚との関係図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a threshold voltage and a gate oxide film thickness.

【図6】第2発明の実施例に関するDRAMの構成図で
ある。
FIG. 6 is a configuration diagram of a DRAM according to an embodiment of the second invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2 DRAM 11,21 メモリセルアレイブロック 12,22 周辺回路ブロック 13,23 I/O回路ブロック 24 電圧変換回路 103,104,152 ゲート酸化膜 131 メモリセル領域 1, 2 DRAM 11, 21 Memory cell array block 12, 22 Peripheral circuit block 13, 23 I / O circuit block 24 Voltage conversion circuit 103, 104, 152 Gate oxide film 131 Memory cell area

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−83251(JP,A) 特開 平2−237153(JP,A) 特開 平4−165670(JP,A) 特開 昭54−58386(JP,A) 特開 平2−21653(JP,A) 特開 平5−6665(JP,A) 特開 平5−259289(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/108 H01L 21/8234 H01L 21/8242 H01L 27/088 H01L 29/78 Continuation of the front page (56) References JP-A-55-83251 (JP, A) JP-A-2-237153 (JP, A) JP-A-4-165670 (JP, A) JP-A-54-58386 (JP) JP-A-2-21653 (JP, A) JP-A-5-6665 (JP, A) JP-A-5-259289 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) H01L 27/108 H01L 21/8234 H01L 21/8242 H01L 27/088 H01L 29/78

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 セルトランジスタおよびキャパシタを有
するメモリセルが複数配置されたメモリセルアレイと、
該メモリセルを駆動するための周辺トランジスタを有す
る周辺回路とを備えた1トランジスタ1キャパシタ型の
ダイナミックランダムアクセスメモリにおいて、 前記セルトランジスタのゲート絶縁膜は前記周辺トラン
ジスタのゲート絶縁膜より厚く形成され、 前記セルトランジスタのゲート絶縁膜の厚さToxは、マ
ージン係数をα、該セルトランジスタのしきい値電圧を
Vt、前記キャパシタに与えられるハイレベル電圧をVc
c、該セルトランジスタのゲート絶縁膜が信頼性上許容
できる最大電界をEoxmax とすると、Tox>(αVt+
Vcc)/Eoxmax なる関係を満足することを特徴とする
1トランジスタ1キャパシタ型のダイナミックランダム
アクセスメモリ。
A memory cell array in which a plurality of memory cells each having a cell transistor and a capacitor are arranged;
A one-transistor, one-capacitor dynamic random access memory including a peripheral circuit having a peripheral transistor for driving the memory cell, wherein a gate insulating film of the cell transistor is formed thicker than a gate insulating film of the peripheral transistor; The thickness Tox of the gate insulating film of the cell transistor is such that the margin coefficient is α, the threshold voltage of the cell transistor is Vt, and the high level voltage applied to the capacitor is Vc.
c, If the maximum electric field that the gate insulating film of the cell transistor can tolerate in reliability is Eoxmax, Tox> (αVt +
Vcc) / Eoxmax A one-transistor, one-capacitor dynamic random access memory satisfying the relationship: Vcc) / Eoxmax.
【請求項2】 外部電源電圧を降圧する電圧変換回路を
内蔵することを特徴とする請求項1記載の1トランジス
タ1キャパシタ型のダイナミックランダムアクセスメモ
リ。
2. The one-transistor, one-capacitor dynamic random access memory according to claim 1, further comprising a voltage conversion circuit for lowering an external power supply voltage.
JP00859795A 1995-01-24 1995-01-24 1-transistor 1-capacitor dynamic random access memory Expired - Lifetime JP3193581B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP00859795A JP3193581B2 (en) 1995-01-24 1995-01-24 1-transistor 1-capacitor dynamic random access memory

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP00859795A JP3193581B2 (en) 1995-01-24 1995-01-24 1-transistor 1-capacitor dynamic random access memory

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000350483A Division JP3619144B2 (en) 2000-11-17 2000-11-17 1-transistor 1-capacitor dynamic random access memory

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08204142A JPH08204142A (en) 1996-08-09
JP3193581B2 true JP3193581B2 (en) 2001-07-30

Family

ID=11697385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP00859795A Expired - Lifetime JP3193581B2 (en) 1995-01-24 1995-01-24 1-transistor 1-capacitor dynamic random access memory

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3193581B2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10242434A (en) 1997-02-26 1998-09-11 Toshiba Corp Semiconductor integrated circuit device and flash eeprom
JP3967440B2 (en) 1997-12-09 2007-08-29 株式会社ルネサステクノロジ Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device
JP4931267B2 (en) * 1998-01-29 2012-05-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device
JP3214432B2 (en) 1998-02-04 2001-10-02 日本電気株式会社 Method for manufacturing solid-state imaging device
JP3474778B2 (en) 1998-06-30 2003-12-08 株式会社東芝 Semiconductor device
JP4614481B2 (en) 1999-08-30 2011-01-19 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor integrated circuit device
JP2007335677A (en) * 2006-06-15 2007-12-27 Furukawa Electric Co Ltd:The Normally-off field-effect transistor using group iii nitride semiconductor and its manufacturing method
JP4782069B2 (en) * 2007-05-09 2011-09-28 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device
JP5259749B2 (en) * 2011-01-24 2013-08-07 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor integrated circuit device
JP2011228718A (en) * 2011-05-23 2011-11-10 Renesas Electronics Corp Semiconductor integrated circuit device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08204142A (en) 1996-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5198995A (en) Trench-capacitor-one-transistor storage cell and array for dynamic random access memories
US7323380B2 (en) Single transistor vertical memory gain cell
US7034351B2 (en) Memory cell and method for forming the same
US6804142B2 (en) 6F2 3-transistor DRAM gain cell
JP4316884B2 (en) DRAM cell having capacitor structure partially manufactured in cavity and method of manufacturing the same
US7091543B2 (en) Embedded dual-port DRAM process
JP2001044297A (en) Semiconductor device
US20080017904A1 (en) Semiconductor device
US5243209A (en) Semiconductor memory device including junction field effect transistor and capacitor and method of manufacturing the same
JPH0828477B2 (en) Semiconductor memory device having triple structure
JPH029165A (en) Semiconductor memory
JP3193581B2 (en) 1-transistor 1-capacitor dynamic random access memory
JPH04282865A (en) Thin film transistor, manufacture thereof and semiconductor storage device
US5949705A (en) DRAM cell, DRAM and method for fabricating the same
JPS60189964A (en) Semiconductor memory
US4388121A (en) Reduced field implant for dynamic memory cell array
US5234853A (en) Method of producing a high voltage MOS transistor
US6638817B2 (en) Method for fabricating dram cell array not requiring a device isolation layer between cells
JPS5948555B2 (en) One device memory cell
JPH11238810A (en) Forming method of gate oxide films with different thickness
US5140392A (en) High voltage mos transistor and production method thereof, and semiconductor device having high voltage mos transistor and production method thereof
JP3619144B2 (en) 1-transistor 1-capacitor dynamic random access memory
Itoh et al. High-density one-device dynamic MOS memory cells
JPH0691216B2 (en) Semiconductor memory device
JPH0529571A (en) Semiconductor storage device and manufacture thereof

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080525

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090525

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090525

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100525

Year of fee payment: 9

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100525

Year of fee payment: 9

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110525

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110525

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120525

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120525

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130525

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140525

Year of fee payment: 13

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term