JPH02297962A - ダイナミックランダムアクセスメモリ - Google Patents

ダイナミックランダムアクセスメモリ

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JPH02297962A
JPH02297962A JP1118439A JP11843989A JPH02297962A JP H02297962 A JPH02297962 A JP H02297962A JP 1118439 A JP1118439 A JP 1118439A JP 11843989 A JP11843989 A JP 11843989A JP H02297962 A JPH02297962 A JP H02297962A
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JP
Japan
Prior art keywords
film
transistor
layer
memory cell
capacitor
Prior art date
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Pending
Application number
JP1118439A
Other languages
English (en)
Inventor
Kohei Suzuki
康平 鈴木
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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  • Dram (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はダイナミックランダムアクセスメモリ、特にM
OSダイナミックランダムアクセスメモリ(以下、MO
8DRAMと称す)に関するものである。
〈従来の技術〉 MO5DRAMは3年で4倍の集積度の向上がみられ、
年々素子の微拙化が進んでいるが、このように@側化さ
れたメモリセルの高信頼性を確保するために、2つのア
クセストランジスタと1つのキャパシタによって2ビツ
トの情報を記憶するメモリセルが発明され、本出願人に
よって出願されている(特願昭63−330970及び
特願平1−68880)。
先ず、上記特願昭63−330970及び特願平1−6
8880として出願されたM OS D RAMについ
て、説明する。
第5図は回路構成図、第6図は入力儒号波形図、第7図
及び第8図は読み出し時のピッI・線電位波形図である
第5図に於いて、10は上記メモリセル(2ビツト分)
、11はメモリキャパシタ、12は第1アクセストラン
ジスタ、13は第2アクセストランジスタ、14.15
は蓄積ノード、16.17はセンスアンプである。
以下で、第5図の回路動作の説明を行なう。
ここでは、ワード線WLL l及びビット線BLL1、
BLLIで選択されるメモリセ/し10の、(1)読み
出し、(2)再書き込み、(3)プリチャージ及び(4
)書き込み動作について考える。
fx)  読み出し動作 第6図の時刻toにおいて、NEQ、PEQが図の様に
変化すると、第5図のビ・ノド線イコライズ回路のトラ
ンジスタは全てオフし、ビ・ント線のプリチャージが終
了して、いずれも電圧が1/2Vccとなる。
続いて、BLLI、BLLIにつながるメモリセ/l/
10が選択されるとCUT2のトランジをオフし、時刻
口にワード線WLL11に立ち上げる。
すると、蓄積容量11に蓄えられていた情報がビット線
BLLI、BLR1,5BL1゜5BL2.及びBLL
I、BLRI、5BLI。
5BL2に電荷転送される。
さらに時刻t2においてCUTI、REQを立ち下げる
と、メモリセル側のビット線とセンスアンプが切り離さ
れ、5BLIと5BL2及び5BLIと5BL2も切9
離される。これで、メモリセル10の同じ情報tセンス
アンプ16と17が、別々に持ったことになる。
そこで時刻t3にUP、DOWNを第6図の様に変化さ
せた後、時刻t4でSASによるセンスアンプ動作を始
め、時刻【5でCUTI。
CUT2t−立ち上げてセンスアンプとメモリセル側の
ビット線を接緯して1、SASによるプルアップ全行う
最後に、時刻【6でC3EL’e立ち上げ、増幅された
メモリセルの情報をデータ線に転送し、読み出し動作を
完了する。
尚、時刻t3におけるピッt4,5SBL1゜5BLI
及び5BL2,5BL2の変化を以下に詳述する。
本メモリセルは、一つの蓄積容量に2ビツトの情報を蓄
えるため、メモリセルが情報を保持している時の蓄積ノ
ード14,15の電圧の状Bは、以下の第1表の通94
種類ある。表中のデータとは、データ線D1.D2に出
力される情報を表わしておυ、HがVcc、 LがGN
D電圧に対応する。
第1表 このうち、D1=H,D2=Hの情報を読み出す時の状
態を示したのが第7図、D1=I(。
D2=Lの情報を読み出す時の状態を示したのが第8図
である。DI=L、D2=Lの場合は、第7図で5BL
Iと5BL1.及び5BL2と5BL2を入れ換えれば
、又、D1=L、D2=Hの場合は、第8図にてSBL
 1と5BLI及び5BL2と5BL2’i入れ換えれ
ば等価なので、前の2つについてだけ説明する。
まず、D1=H,D2=Hの情報を読み出す場合、第7
図のようにワー下線が立ち上がる時刻t1では、各々相
補なるビット線対には、ΔVの電位差が生じる。時刻t
3では、UP及びDOWNの信号により、て、5BLI
、5EL2は1/3ΔVだけ電位が上げられ、一方5B
LI。
5BL2は1/3ΔVだけ電位が下げられる。
しかし、5BLIと5BL1.及び5BL2と5BL2
の電圧は、逆転することなく、時刻t4以降のセンス動
作の後、Dl、D2ともVccレベルが出力される。
他方、D1=H,D2=Lの情報音読み出す場合、第8
図のようにワード線が立ち上がる時刻t1では、各4相
補なるビット線対には、1/3Δ■の電位差しか生じな
い。そこで、時刻t3に、UP及びDOWNの信号によ
って、5BL1.5BL2は1/3ΔVだけ電位が上げ
られ、一方、5BL1.5BL2は1/3Δ■だけ電位
が下げられると、5BL2と5BL2の電位は、逆転し
てしまう。従って、時刻t4以降のセンス動作の後、D
lにはVcc、D2にはGNDレベルが出力される。
尚、1/3ΔVの値は、ビット線の寄生容量をCB、メ
モリセルの蓄積容量を特徴とする特許であり、CB/C
S比が2以上の時、これは、1ビツトにC8全用いてい
る従来方式の場合の値、 より大きく、実用的なCB/C5比が10前後であるこ
とを考えるとビット線の読み出し電圧、すなわち読み出
しのマージンは、本方式の方が優れていることが分かる
(2)  再書き込み動作 第6図の時刻t7で、CS ELt−立ち下げ、データ
線全切り離し、さらに時刻L8で、CUTl 、 CU
T 2’を立チ下げ、センスアンプも切り離す。
こうしてメモリセル側のビット線をフローティングにし
てから、時刻t9でBLS2’e立ち下げ、メモリセル
10が繋がっていない側のビット線BLL2.BLR2
及びBL L 2. BLR2e2分割する。
その後、時刻tloにメモリセルlOが繋がっている側
のWEQLt−立ち上げて、BLL 2をBLLIとB
LRlに、また、BLL2t−BLLIとBLRIに接
続する。
この結果、下の第2表のごとく電位が変化して、選択さ
れているメモリセ/l/10の蓄積ノード14.15に
ワード線を立ち上げる前と同じ電圧が書き込まれ、蓄積
容量11には、その電圧に相当する電荷が蓄えられる。
こうして、時刻t11にワード線WLLIが立ち下がっ
て、再書き込みを終了する。
(3)プリチャージ動作 続くプリチャージでは、時刻t、12に、UP。
DOWN、BLS2.WEQL、NEQ、PEQをサイ
クルの最初の状態に戻して、メモリセル側のビット線の
電圧を電荷分割で全て1/2Vccとし、SAS、SA
Sも1/2Vc(に戻して、センスアンプを止める。
最後に、時刻t18で、CUTl、C1JT2゜REQ
t−立ち上げてプリチャージ動作を完了する。
(4)書き込み動作 読み出し時は、第6図の時刻t6で、C5EL金立ち上
げるまではデータ線がフローティングになっている。一
方、書き込み時は、このデータ線が、書き込み7” −
夕OH(Vcc )かL (GND)に固定されておシ
、時刻t6の後、ビット線の読み出しデータは、この書
き込みデータに置き換えられる。
時刻t7以降は、(2)の再書き込み時と同じ動作によ
って、新しい情報がメモリセルに書き込まれる。
第9図は他の例を示す。第5図と異なる点として、書き
込み用回路のWEQR4−ゲートとするトランジスタは
必要がない。また、センスアンプのSAS、SAS’e
各々のセンスアンプ用に2種類用意しく5ASI、5A
S2,5AS1.5AS2 )、センスアンプ17の動
作を16より遅らせることで、読み出し用回路のキャパ
シタはUP信号のみで、SBL、2.5BL2のみ全ブ
ーストしても良い。
上述したMO8DRAMに於いて用いられるメモリセル
の構造を第10図(a)、(b)に示す。同図(a)は
平面図であり、同図(b)は同図(allに於けるc−
c’線断面を示す断面図である。
第10図に示すように、上記メモリセルは、第1トラン
ジスタ12および第2トランジスタ13から成る2つの
アクセストランジスタと、第1トランジスタ12に隣接
するN十拡散層20を下部電極とし、第2層ポリシリコ
ン膜21を上部電極とするメモリキャパシタ11と、第
2トランジスタ13のドレインと上部電極を接続する接
続穴22とから成る。なお、WLはワード線(第1層ポ
リシリコン膜)、BL、BLはビット線(メタル膜)で
ある。
〈発明が解決しようとする課題〉 従来技術に二って形成されたメモリセルに於いては、第
10図に示すように、第2層ポリシリコン膜で形成され
るメモリキャパシタの上部電極と第2トランジヌタのド
レイン全接絣するための接続穴が必要であるため、メモ
リセルの面積を小さくすることができず、LSIの集積
度を向上させることができないという問題点があった。
く課題を解決するための手段〉 本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、第1
図に示すように、第2トランジスタに、メモリキャパシ
タの上部電極を構成する薄膜(ボ〈作 用〉 上記本発明の構成によれば、メモリキャパシタの上部電
極と第2トランジスタを接謄するための接続穴が不要と
なるため、メモリセルの面積を小さくすることができ、
LSIの集積度を向上させることができる。
〈実施例〉 以下、実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明に係るメモリセルの構造を示す図であシ
、同図(a)は平面図、同図(b)は同図(a)に於け
るA−A’線断面全示す断面図である。
図に於いて、12は第1アクセストランジスタであυ、
通常のMO5I−ランジスタで形成される。
一方、13は第2アクセストランジスタであり、メモリ
キャパシタ11の上部電極全構成する第1層ポリシリコ
ン膜30の一部を用いて構成されている。なお、WLは
ワード線(第1層ポリシリコンIEi)、BL、BLは
ビット線(メタル膜)である。
以下、製造方法を説明する。
第2図(a)〜(g)は工程断面図である。
0 工程1(第2図(a)) P型シリコン基板31上にLOCO5法によって素子分
離用フィールド5iOz膜32を形成酸する。
O工程2(第2図(b)) フォトリソグラフィ工程によって、メモリキャパシタの
下部電極となる部分に選択的にAsイオン(75A s
+、 )注入を行ないN十拡散層(下部電極)33を形
成する。なお、34はフォトレジストである。
0 工程3(第2図(C)) CVD法又は熱酸化法によってキャパシタ絶縁膜35t
−形成し、続いてCVD法によって第1層ポリシリコン
膜30を形成する。
0 工程4(第2図(d)) フォトエツチング工程によって上記第1層ポリシリコン
膜31加工し、キャパシタ上部電極及び第2トランジス
タとなる部分を形成する。
○ 工程5(第2図(e)) 熱酸化法によって活性領域及び第1層ポリシリコン膜上
にゲート酸化、嘆36を形成し、続いてCVD法によっ
て第2層ポリシリコン膜37を形成する。
O工程6(第2図(f)) フォトエツチング工程によって第2層ポリシリコン膜3
7を加工し、第1トランジスタ及ヒ第2トランジスタの
ゲート電画38及び39全  ・形成する。
O工程7(同 上) Asイオン注入を行ない、第1トランジスタ及ヒ第2 
)ランジスタのソース、ドレイン領域40及び41を形
成し、同時にメモリキャパシタ上部電極42を形成する
0 工程8(第2図(g)) 以後、通常方法によって配線を形成し、MO5DRAM
が完成する。
上記実施例はプレーナ型メモリセルで向っタカ、本発明
はトレンチ型メモリセル及びスタック型メモリセルにも
通用可能である。
トレンチ型に適用した場合の断面構造を第3図に示す。
製造方法は以下の通っである。
O工程1 上記実施例の場合と同様に、P型シリコン基板31上に
LOCO5法によって、素子分離用フィールド5iOz
膜32に形成する。
O工程2 既知の方法によって、メモリキャパシタが形成される部
分VCl−レンチ5(l形成し、側壁にAs拡散層(下
部電顕)33′を形成する。
O工程3 以後、上記実施例の場合と同様の工程を行なうことによ
り、第3図に示すMO5DRAMが完成する。
次に、スタック型に適用した場合の構造全第4図に示す
。同図(a)は平面図、同図(b)は同図(a)K於け
るB−B’線線断面来示断面図である。
図に於いて、12は第1アクセスI・ランジスタであシ
、通常のMOS)ランジヌタで構成される。
38はゲート電極(ポリシリコン膜)、40(dyソー
スドレイン領域である。一方、13は第2アクセストラ
ンジスタであシ、メモ1ノキヤパシタ11の上部電極1
11を構成するポリシリコン膜30′の一部を用いて構
成されている。39はゲート電極(ポリシリコン膜)、
41はソース、ドレイン領域である。なお、112はキ
ャパシタ下部電極、WLはワード線、BL、BLはピッ
I・線である。
また、60.61はゲート電極38.39とワード線W
 Lの接緯穴でちる。
上記各実施例に於いては、第21−ヲンジスタが薄Hポ
リシリコントランジスタによって形成されているが、本
発明で使用する薄膜トランジスタの材料としては、ポリ
シリコン以外に、■アモルファスシリコン、■レーザ再
結晶化シリコン等が考えられる。
要するに、本発明は、トランジスタとキャパシタ電極を
同一材料の同一層に形成することが特徴であり、これに
よシ、従来必要であった接綽穴が不要となるものである
〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明によれば、メモリセ
ルの面積を縮小することができ、チップサイズが縮小さ
れる。したがって、コストダウンを達成することができ
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るメモリセルの構造を示す図であり
、同図(a)は平面図、同図(b)は同図(a)に於け
るA−A’’断面を示す断面図である。第2図(a)乃
至(g)は第1図のメモリセ)vの製造方法を示す工程
断面図である。第3図は本発明に係る他のメモリセルの
構造を示す断面図である。第4図は本発明に係る更に池
のメモリセルの構造を示す図であシ、同図(a)は平面
図、同図(b)は同図(a)に於けるB−B’’断面を
示す断面図である。第5図は2つのアクセストランジス
タと1つのキャパシタによって2ビツトの情報を記憶す
るDRAMの回路構成図である。第6図は第5図に示さ
れるDRAMの動作説明に供する入力信号波形図である
。第7図及び第8図はデータ読み出し時のビット線電位
波形図である。第9図は2つのアクセストランジスタ1
つのキャパシタによって2ビットの情報?記憶するD 
RA Mの他の回路構成図である。第10図は従来のメ
モリセルの構造を示す図であり、同図(a)は平面図、
同図(b)は同図(a)に於けるc−c’’断面を示す
断面図である。 符号の説明 11:メモリキャパシタ、 12:第1アクセストラン
ジスタ、 13二第2アクセストランジスタ、  30
:第1層ポリシリコン膜、30′:ポリシリコン膜。 代理人 弁理士  杉 山 毅 至(他1名)(G) (b) 箔4図 (G) (b) 第10図 手続補正書(方式) %式% 2、発明の名称 グイナミソクランダムアクセスメモリ 3、補正をする者 事件との開催  特許出願人 住 所 ラ545大阪市阿倍野区長池町22番22g−
名 称 (504)シャープ株式会社 代表者 辻   晴 雄 4、代理人 平成2年4月24日

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.2つのアクセストランジスタと1つのキャパシタに
    よって2ビットの情報を記憶するダイナミックランダム
    アクセスメモリに於いて、上記2つのアクセストランジ
    スタの内、一方が薄膜トランジスタによって形成される
    ことを特徴とするダイナミックランダムアクセスメモリ
JP1118439A 1989-05-11 1989-05-11 ダイナミックランダムアクセスメモリ Pending JPH02297962A (ja)

Priority Applications (2)

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US07/711,867 US5219779A (en) 1989-05-11 1991-06-07 Memory cell for dynamic random access memory

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