JPH05211310A - 半導体メモリ - Google Patents

半導体メモリ

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JPH05211310A
JPH05211310A JP3338657A JP33865791A JPH05211310A JP H05211310 A JPH05211310 A JP H05211310A JP 3338657 A JP3338657 A JP 3338657A JP 33865791 A JP33865791 A JP 33865791A JP H05211310 A JPH05211310 A JP H05211310A
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cell
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Abstract

(57)【要約】 【目的】積層キャパシタの電極とトランジスタの電極と
の間の電気的な接続を取ることが容易でビット線容量の
低減が可能な半導体メモリの構造を与える。 【構成】素子分離領域の一部となる溝を、絶縁体10
4、その側壁の2つの導電体膜105a,105b、溝
の残りの部分を埋める絶縁体106で埋める。この構造
において2本の導電体膜105a,105bをサブアレ
イ内ビット線として使い、それを選択ゲートを通してセ
ンス増幅器につながるビット線に接続する。ビット線
(119)はセルキャパシタ(115,116,11
7)の上に配置される。サブアレイ内ビット線につなが
るメモリセルはサブアレイを構成し、複数のサブアレイ
がビット線に接続される。この構造のため、極端に深い
コンタクト孔がいらない、ビット線全体の容量の低減が
可能である、などの特徴を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体メモリに関し、特
に高集積半導体メモリへの応用に適した半導体メモリセ
ルとビット線の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】1つのトランジスタと1つのキャパシタ
から構成される半導体メモリセル(以下1Tセルと記
す)は、構成要素が少なく、小形化が容易であるため、
高集積半導体メモリに広く使われている。この1Tセル
では、キャパシタ(以下セルキャパシタと呼ぶ)の値を
S 、ビット線の容量をCB とした時、出力電圧がCS
/(CS +CB )に比例する。そのため1Tセルを高集
積化し、且つその出力電圧を十分大きい値に保つために
は、セルキャパシタを小面積で大きい容量にするととも
に、ビット線の容量を小さくすることが必要である。
【0003】従来そのようなセルキャパシタの1つとし
て、トランジスタ上部に積層した所謂積層キャパシタを
使用した1Tセル(積層セルと呼ぶ)が提案されてい
る。例えば、1988年国際電子素子会議(インタナシ
ョナル・エレクトロン・デバイシズ・ミーティング(I
nternational Electron Dev
ices Meeting))においてティ、エマ
(T.Ema)らによって発表された論文、「3ディメ
ンジョナル スタックド キャパシタ セル フォア1
6メガ アンド 64メガ ディラムズ」(3−dim
ensional stacked capacito
r cell for 16M and 64M DR
AMs)(同会議予稿集592ページ)で提案されてい
る積層セルがそれである。
【0004】この積層セルについて図11を参照して説
明する。ただし、上述の論文では3枚のフィンを有する
積層セルについて述べられているが、図11では簡単の
ため2枚のフィンを示してある。さらにフィン15a,
15bを有する電荷蓄積電極15と対向電極17とのあ
いだにある容量絶縁膜も図示の便宜上省略してある。
【0005】この積層セルでは、積層キャパシタの電極
表面面積を大きくすることにより、セル占有面積を大き
くすることなく、セルキャパシタ値を大きくできる。そ
のため、このメモリセルは高集積半導体メモリに適した
特徴を持っている。
【0006】ところが、このメモリセルは積層キャパシ
タの電極とトランジスタの電極の電気的な接続を取るこ
とが難しいという問題も持っていた。このメモリセルで
は、トランジスタと積層キャパシタの電極の間に形成さ
れたワード線11とビット線19を避けて両者の間に電
気的な接続を取ることが必要である。通常このような接
続を取るためには、積層キャパシタの電極からトランジ
スタの電極へ通じる孔(コンタクト孔C02)を形成
し、それを導体で埋める。ところが、メモリセルが小形
になると、ワード線とビット線を避けてコンタクト孔を
形成できる部分が細くかつ深くなるため、この導体の埋
め込みが困難になるのである。
【0007】上述の電気的接続の問題を克服する方法と
して、ビット線を素子分離領域としての溝に埋め込んだ
メモリセルが提案されている。例えば、1990年VL
SI技術シンポジウム(1990シンポジウム・オン・
VLSI・テクノロジー(1990 Symplsiu
m on VLSI technology))におい
てワイ、コオヤマ(Y.Kohyama)らによって発
表された論文、「ベリード・ビット・ライン・セル・フ
ォ・64メガビット・ディラムズ」(Buried b
it−line cell for 64Mb DRA
Ms)(同シンポジウム予稿集517ページ)で提案さ
れているメモリセルがそれである。
【0008】すなわち、素子分離用の溝を埋めるビット
線とメモリセルのトランジスタのソース・ドレイン電極
の一方との接続は溝の側面とビット線との間の絶縁膜に
設けられた開口部で行なわれ、メモリセルのトランジス
タのソース・ドレイン電極の他方の接続は図11に示し
た従来例と同様の手段で行なわれる。
【0009】従って、このメモリセルのビット線構造を
前述の積層セルに採用すれば、積層キャパシタの電極と
トランジスタの電極(ソース・ドレイン領域の他方)を
接続するためのコンタクト孔は、ワード線だけを避けて
形成すればよく、その形成が飛躍的に容易になる。
【0010】ところがこのメモリセル構造では、ビット
線が素子分離領域に埋め込んであるため、ビット線はそ
の3方を絶縁体を介して半導体基板に囲まれることにな
る。そのためこのメモリセル構造では、ビット線に寄生
する容量が大きく、単位長さあたりのその値が大きいと
いう問題があった。
【0011】さらにこのメモリセル構造では、素子分離
領域形成後の製造プロセスの関係から、ビット線にポリ
シリコンのような比抵抗の大きい材料を使う。そのた
め、ビット線を極端に細長くすると、その抵抗が大きく
なるという問題があり、そのことから、このメモリセル
ではビット線を長くして、1本のビット線あたりに接続
するメモリセル数を大きくできなかった。このことはメ
モリの高集積化にとって重大な問題である。何故なら
ば、高集積化にともないメモリセル数を増やすと、それ
とともにビット線やそれに付随するセンス増幅器の数も
増やす必要が生じ、それらの占める面積が重大になるか
らである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
積層セルは積層セルの電極とトランジスタの電極の電気
的な接続を取ることが難しいという問題も持っていた。
また、ビット線を埋め込んだセルでは、ビット線容量や
抵抗が大きく、それを長くできないという問題があっ
た。
【0013】本発明の目的は、積層セルの電極とトラン
ジスタの電極の電気的な接続を取ることが容易で、かつ
ビット線容量の低減とビット線を長くできないという制
限の緩和が可能な積層セルとビット線の構造を与えるこ
とにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体メモリ
は、半導体基板の表面部に選択的に形成された不純物拡
散層からなる一対のソース・ドレイン領域および前記一
対のソース・ドレイン領域で挟まれた前記半導体基板領
域上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極から
なるMISトランジスタならびに前記一対のソース・ド
レイン領域の一方に接続された電荷蓄積電極を有する積
層キャパシタからなる複数のメモリセルと、所定の前記
メモリセルのゲート電極を行方向に連結してなる複数の
ワード線と、前記半導体基板に前記行方向と交わる列方
向に設けられた素子分離用の溝の側面に絶縁膜を介して
設けられた導電膜からなり相異なる前記ワード線に接続
された前記メモリセルの一対のソース・ドレイン領域の
他方に接続されたサブアレイ内ビット線と、前記サブア
レイ内ビット線および前記積層キャパシタ上に層間絶縁
膜を介して設けられたビット線と、前記サブアレイ内ビ
ット線と前記ビット線との間に挿入された選択ゲート
と、前記選択ゲートの開閉を制御するサブアレイ選択線
とを有するサブアレイを複数個有しているというもので
ある。
【0015】
【実施例】図1は本発明の一実施例の半導体メモリのメ
モリセルアレイを示すブロック図、図2は図1における
サブアレイを示す回路図、図3(a)は前述のサブアレ
イのデバイス構造を示す半導体チップの平面図、図3
(b)は図3(a)のX−X線断面図、図4は図3
(a)のY−Y線断面図である。ただし、図3(a)に
おいて便宜上斜線を使用したが、切断面を意味するもの
ではない。
【0016】図1,図2においてW0 〜W63はワード
線、DW0 ,DW1 はダミーワード線、SB0 ,NSB
0 (SB0 の論理否定。以下同様)、…,SB31はセル
アレイ内ビット線、B0 ,NB0 ,…B31はビット線、
0,0 ,M1,0 ,…はメモリセル、DM0,0 ,…はダミ
ーセル、S0 〜S63は選択ゲートとなるトランジスタ、
SW,SW1 ,…,SW16はサブアレイ選択線、SAR
Y1〜SARY16はそれぞれサブアレイ選択線SW1
〜SW16が選ばれた時のみ活性化するサブアレイ、SA
0 〜SA31はセンス増幅器をそれぞれ示す。
【0017】サブアレイにはワード線が64本(W0
63)、ダミーワード線が2本(DW0 ,DW1 )あ
り、それらがSB0 ,NSB0 のように対になった2本
のサブアレイ内ビット線と、それぞれメモリセルもしく
はダミーセルで交差する。そうしてそれぞれのサブアレ
イ内ビット線は、32個のメモリセル、1つのダミーセ
ルそして選択ゲートSWの一方の通電電極に接続され
る。ビット線は、同様にB0 ,NB0 のように対になっ
ておりそれぞれが、16個のサブアレイSARY1〜S
ARY16の選択ゲートSWの他方の通電電極とセンス
増幅期に接続される。なお、16個のサブアレイのワー
ド線は図示しないワード線駆動回路に接続される。
【0018】図3(a),図3(b),図4において、
101はp型シリコン基板、104は素子分離領域の溝
表面に形成された絶縁膜、105a,105bはセルア
レイ内ビット線として使われる低抵抗ポリシリコン膜、
106は溝の残りの部分を埋める絶縁体、108は溝以
外の素子分離領域に形成された絶縁体、110はMOS
トランジスタのゲート絶縁膜、111はMOSトランジ
スタのゲート電極とワード線を兼ねる低抵抗ポリシリコ
ン膜、112−1,112−2はMOSトランジスタの
ソース・ドレイン領域を形成するn型不純物拡散層、1
09はビット線とMOSトランジスタのソース・ドレイ
ン領域を接続する低抵抗ポリシリコン膜、113は導電
体層間を絶縁する層間絶縁膜、114はコンタクト孔と
そこに埋め込まれた導電体、115はキャパシタの電荷
蓄積電極の低抵抗ポリシリコン膜、116は容量絶縁
膜、117はキャパシタのもう一方の電極(対向電極)
となる低抵抗ポリシリコン膜、118は導電体層間を絶
縁する層間絶縁膜、119はビット線として使われるシ
リサイド膜である。
【0019】図3,図4の積層セルでは、低抵抗ポリシ
リコン膜111とその両側に形成されたソース・ドレイ
ン領域112−1,112−2によってスイッチング用
のMOSトランジスタが構成される。このMOSトラン
ジスタの一方のソース・ドレイン領域は低抵抗ポリシリ
コン膜109を通してサブアレイ内ビット線105aま
たは105bに接続され、他方のソース・ドレイン領域
はコンタクト孔114を通して115,116,117
で構成される積層セルキャパシタに接続される。低抵抗
ポリシリコン膜111はワード線も兼ねているとから、
この構造により1Tセルが構成される。
【0020】すなわちこの実施例は、p型シリコン基板
101の表面部に選択的に形成されたn型不純物拡散層
からなる一対のソース・ドレイン領域112−1,11
2−2および一対のソース・ドレイン領域112−1,
112−2で挟まれたp型シリコン基板領域上にゲート
絶縁膜110を介して設けられたゲート電極(111)
からなるMISトランジスタならびに一対のソース・ド
レイン領域の一方112−1に接続された電荷蓄積電極
115を有する積層キャパシタからなる複数のメモリセ
ルと、所定のメモリセルのゲート電極を行方向に連結し
てなる複数のワード線(111)と、p型シリコン基板
101に行方向と交わる列方向に設けられた素子分離用
の溝の側面に絶縁膜104を介して設けられた導電膜
(低抵抗ポリシリコン膜105a,105b)からなり
相異なるワード線(111)に接続されたメモリセルの
一対のソース・ドレイン領域の他方112−2に接続さ
れたサブアレイ内ビット線SB0 ,…と、サブアレイ内
ビット線SB0 ,…および積層キャパシタ上に層間絶縁
膜118を介して設けられたビット線B0 ,…と、サブ
アレイ内ビット線SB0 ,…とビット線B0 ,…との間
に挿入された選択ゲートS0 ,…と、選択ゲートS0
…の開閉を制御するサブアレイ選択線SWとを有するサ
ブアレイSARY1〜SARY16を有しているという
ものである。次に、この実施例の製造方法について説明
する。
【0021】まず、図5(a),(b)に示すように、
p型シリコン基板101の一主面上に溝102(幅広部
102aを有している)を形成した後、その底の部分に
反転防止用のp型領域103aを形成する。
【0022】次に、図6に示すように、絶縁膜104,
低抵抗ポリシリコン膜105をそれぞれ形成したのち、
図7に示すように、低抵抗ポリシリコン膜105を異方
性エチングして、側壁にのみ低抵抗ポリシリコン膜10
5a,105bをサブアレイ内ビット線として残した
後、溝を埋めるようにPSG膜106を付着形成する。
【0023】次に図8(a),(b)に示すようにPS
G膜106を平坦化後エッチバックを行なう。この場
合、図示したように、p型シリコン基板の表面に絶縁膜
104が残るようにするのが好ましいが、p型シリコン
基板の表面を露出させたのち熱酸化を行なって表面に薄
い酸化シリコン膜を形成してもよい。
【0024】次に、図9(a),(b)に示すように、
活性領域形成予定部に窒化シリコン膜107を形成し、
選択酸化を行ないフィールド酸化膜108を形成する。
こうして溝とフィールド酸化膜108とで活性領域が区
画される。
【0025】次に、図10(a),(b)に示すよう
に、活性領域の絶縁膜を除去する。このとき、溝の幅広
部102aの活性領域寄りの部分のPSG膜106を除
去し、低抵抗ポリシリコン膜105bを露出させる。n
型不純物をドーピングした低抵抗ポリシリコン膜109
を堆積しパターニングを行なう。
【0026】次に、図3(a),(b),図4に示すよ
うに、ゲート絶縁膜110,ワード線となる低抵抗ポリ
シリコン膜111、n型不純物拡散層112−1,11
2−2、層間絶縁膜、積層キャパシタ、ビット線のシリ
サイド膜、などを通常の製造方法で形成する。
【0027】次に、この実施例の動作について、サブア
レイSARY1,ワード線W0 およびビット線NB0
0 が選択された場合を例にして、読み出し動作につい
て説明する。まず、サブアレイ選択線SW0 に選択信号
が加えられ、次にワード線W0 が“L”から“H”にな
るが、このときW0 が選択されるのに先立ち、ダミーワ
ード線DW0 には、ワード線W0 が選択されるときビッ
ト線上に加わる雑音を相殺する信号(“H”から“L”
へ変化する信号)が加えられる(この手法はダミー・リ
バーサル(dummy reversal)法として知
られている。)。ここで、サブアレイ選択線SW0 に加
えられる選択信号は、選択ゲートであるトランジスタS
0 ,S1 ,…を導通させる信号である。一方、記憶保持
時および非選択時のサブアレイ選択線にはこのトランジ
スタを遮断する信号が加えられる。そのため上記動作が
行なわれると、ワード線W0 に接続されたメモリセルM
0,0 に貯蔵されていた内容がサブアレイ内ビット線B0
に出力され、それは選択ゲートS0 ,ビット線B0 を通
ってセンス増幅器SA0 へ伝わる。その信号をセンス増
幅器SA0 で感知増幅することにより読み出し動作が行
なわれる。
【0028】本発明の半導体メモリでは、サブアレイ内
ビット線の幅を図6の工程で形成する低抵抗ポリシリコ
ン膜105の厚さで決めることができ、その厚さを溝の
深さで決めることができる。低抵抗ポリシリコン膜の厚
さは、例えばCVD法で成長する場合には、10ナノメ
ートル以下の高い精度で制御できる。溝の深さはその加
工精度(例えば50ナノメートル程度)まで小さくでき
る。そのため、本発明の半導体メモリでは、幅も厚さも
小さい、細いサブアレイ内ビット線を使用することがで
きる。このサブアレイ内ビット線は素子分離領域に埋め
込んであるため、周囲を絶縁体を挟んで半導体基板に囲
まれている。しかし、それを十分細くできるため、サブ
アレイ内ビット線に寄生する容量を低減できる。さらに
図1に示されるように、読み出し動作時には選択された
サブアレイ以外はビット線から切り離されるため、セン
ス増幅器につながるメモリセルの数は1ビット線あたり
32個と少ない。このこともビット線容量を低減する。
【0029】本発明の半導体メモリでは、サブアレイ内
ビット線にポリシリコンのような比抵抗の大きい材料を
細くして使うことになる。しかし、その長さはサブアレ
イ内ビット線に接続するメモリセルの数で決まるため、
その数を少なくすることにより、サブアレイ内ビット線
が極端に長くなることを避けられる。さらにビット線は
シリサイドなどの低抵抗材料で形成できるため、メモリ
セルとセンス増幅器間のビット線としての抵抗を許容値
以下に抑えることが可能である。
【0030】図3に示すように、このメモリセルではト
ランジスタと積層キャパシタの電極の間にはワード線し
かない。そのため、積層キャパシタの電極とトランジス
タ電極を接続するためのコンタクト孔は、ワード線のみ
を避けて形成すればよく、その形成およびそれへの導体
の埋め込みが容易である。一方、サブアレイ内ビット線
とビット線の間にはワード線と積層キャパシタがあるた
め、その間の接続のためのコンタクト孔は深いものにな
る。しかし、そのコンタクト孔はサブアレイ当り多数必
要ということはなく、それを大きくしたとしてもメモリ
としての集積度への影響は小さい。そのため、このコン
タクトを導体で埋めることが困難になるということはな
い。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体メ
モリは、素子分離用の溝の側面に設けた導電体膜をメモ
リセルトランジスタのソース・ドレイン領域の一方に接
続したメモリセルでサブアレイを構成し、このようなサ
ブアレイを複数個選択ゲートを介してビット線に接続し
たので、コオヤマらの提案したベリード・ビット・ライ
ン・セル同様に、積層キャパシタの電極とトランジスタ
間の電気的接続の困難さを克服することができるととも
に、ビット線の一部を埋め込んだ構造にも係わらずビッ
ト線全体の容量が増大する、ビット線を長くできないと
いうような問題を抑えることができ、半導体メモリの高
集積化に寄与するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の半導体メモリのメモリセル
アレイを示すブロック図である。
【図2】図1におけるサブアレイを示す回路図である。
【図3】図2におけるサブアレイのデバイス構造を示す
半導体チップの平面図(図3(a))および断面図(図
3(b))である。
【図4】図3(a)のY−Y線断面図である。
【図5】一実施例の製造方法の説明に使用する平面図
(図5(a))および断面図(図5(b))である。
【図6】一実施例の製造方法の説明に使用する断面図で
ある。
【図7】一実施例の製造方法の説明に使用する断面図で
ある。
【図8】一実施例の製造方法の説明に使用する平面図
(図8(a))および断面図(図8(b))である。
【図9】一実施例の製造方法の説明に使用する平面図
(図9(a))および断面図(図9(b))である。
【図10】一実施例の製造方法の説明に使用する平面図
(図10(a))および断面図である。
【図11】従来の積層キャパシタセルを示す平面図(図
11(a))および断面図(図11(b))である。
【符号の説明】
1,101 p型シリコン基板 102 溝 103a,103b p型領域 104 絶縁膜 105,105a,105b 低抵抗ポリシリコン膜 106 PSG膜 107 窒化シリコン膜 109 低抵抗ポリシリコン膜 10,110 ゲート絶縁膜 11,111 低抵抗ポリシリコン膜 12,112−1,112−2 n型不純物拡散層 113 層間絶縁膜 114 コンタクト孔 15,15a,15b,115 電荷蓄積電極 116 キャパシタ絶縁膜 17,117 対向電極 118 層間絶縁膜 19 ビット線 119 シリサイド膜 20 層間絶縁膜 21 カバー絶縁膜 B0 〜B31,NB0 〜NB31 ビット線 C01,C02 コンタクト孔 DM0,0 ,DM1,0 ダミーセル M1,0 〜M62,31 メモリセル S0 〜S63 選択ゲート SA0 〜SA31 センス増幅器 SARY1〜SARY16 サブアレイ SB0 ,NSB0 〜SB31 サブアレイ内ビット線 SW,SW0 〜SW16 サブアレイ選択線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面部に選択的に形成され
    た不純物拡散層からなる一対のソース・ドレイン領域お
    よび前記一対のソース・ドレイン領域で挟まれた前記半
    導体基板領域上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲー
    ト電極からなるMISトランジスタならびに前記一対の
    ソース・ドレイン領域の一方に接続された電荷蓄積電極
    を有する積層キャパシタからなる複数のメモリセルと、
    所定の前記メモリセルのゲート電極を行方向に連結して
    なる複数のワード線と、前記半導体基板に前記行方向と
    交わる列方向に設けられた素子分離用の溝の側面に絶縁
    膜を介して設けられた導電膜からなり相異なる前記ワー
    ド線に接続された前記メモリセルの一対のソース・ドレ
    イン領域の他方に接続されたサブアレイ内ビット線と、
    前記サブアレイ内ビット線および前記積層キャパシタ上
    に層間絶縁膜を介して設けられたビット線と、前記サブ
    アレイ内ビット線と前記ビット線との間に挿入された選
    択ゲートと、前記選択ゲートの開閉を制御するサブアレ
    イ選択線とを有するサブアレイを複数個有していること
    を特徴とする半導体メモリ。
JP3338657A 1991-08-22 1991-12-20 半導体メモリ Expired - Lifetime JP2738191B2 (ja)

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