JPH0529577A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH0529577A
JPH0529577A JP3204914A JP20491491A JPH0529577A JP H0529577 A JPH0529577 A JP H0529577A JP 3204914 A JP3204914 A JP 3204914A JP 20491491 A JP20491491 A JP 20491491A JP H0529577 A JPH0529577 A JP H0529577A
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JP
Japan
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capacitor
capacitors
transistor
parallel
storage node
Prior art date
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Pending
Application number
JP3204914A
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English (en)
Inventor
Tatsu Shimizu
竜 清水
Kenji Fukase
健二 深瀬
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 メモリセルの高集積化に伴ってキャパシタの
占有面積が減少しても、情報記憶に十分な電荷容量を得
ることができる半導体記憶装置を提供する。 【構成】 メモリセルは、1ビット分の情報を読み書き
する1個のトランジスタとこのトランジスタの上部に互
いに並列接続されて積み重ねられた3層のキャパシタと
を備える。キャパシタの並列増設による容量増加によっ
て、情報記憶に必要な電荷容量を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体記憶装置に関し、
特にダイナミック型メモリセルにおけるキャパシタの構
成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体記憶装置の一つとして、多数のダ
イナミック型メモリセルからなるダイナミック型ランダ
ムアクセスメモリ(DRAM)が開発されている。この
DRAMにおけるメモリセル構造としては、半導体基板
上に形成したトランジスタに隣接して平坦なキャパシタ
を形成するプレーナ型構造が開発初期には採用されてい
た。ところが、半導体記憶装置の高密度化に伴った微細
化によりキャパシタの容量が減少し、ソフトエラー等の
ノイズに対して十分な電荷容量を確保することが困難で
あるという問題があった。この問題を解決するために、
各トランジスタの上部にキャパシタを積み重ねた構成を
なす、スタック型メモリセル構造が考案され、DRAM
の生産に寄与している。
【0003】図4は、このようなスタック型メモリセル
構造をなす従来の半導体記憶装置の断面図である。図に
おいて、41はSi半導体基板を示す。素子形成領域の半
導体基板41上にはセレクトトランジスタのゲート電極42
が形成され、セレクトトランジスタのソース・ドレイン
領域にはビット線43が接続されている。セレクトトラン
ジスタの上部には、下部電極であるストレージノード44
及び上部電極であるセルプレート45から構成されるキャ
パシタが積み重ねられている。この構造では、トランジ
スタの上部にキャパシタを積み重ねることにより、キャ
パシタの容量を増加させるようにしている。
【0004】ところが、近年では半導体記憶装置の高密
度化が更に進行し、キャパシタのために占有できる面積
が更に減少しているので、キャパシタの容量の減少を抑
制するための更なる改良が望まれている。現在、試みら
れている改良は2つの基本概念に基づいてなされてい
る。まず、第1の概念は、トランジスタに接続されるキ
ャパシタの下部電極(ストレージノード)の形状を3次
元的に入り組ませた形状としてキャパシタの表面積を大
きくしようとする考えである。第2の概念は、トランジ
スタの活性領域とビット線との配線を接続領域以外にず
らせて、この配線の上部に比較的自由なレイアウトにて
キャパシタを形成しようとする考えである。第2の概念
に基づくメモリセル構造は、シールデッドビット線構造
と呼ばれている。
【0005】以下、このような基本概念に基づいて提案
されているメモリセル構造の従来例について、具体的に
説明する。
【0006】1988年IDEM予稿集のpp.592-595「3−
Dimensional Stacked Capacitor Cell for 16M and 64M
DRAMs」(以下、第1従来例という)では、3次元的に
入り組んだフィン構造のキャパシタをシールデッドビッ
ト線上に形成し、キャパシタの表面積の増大を図ってい
る。
【0007】また、1989年VLSIシンポジウム予稿集
のpp.69-70「Novel Stacked Capacitor Cell for 64Mb
DRAM」(以下、第2従来例という)では、スタック型の
キャパシタの側壁面積を増大させるために、円筒形のキ
ャパシタ構造が示されている。なお、この第2従来例で
はシールデッドビット線構造を採用していない。
【0008】また、1989年IDEM予稿集のpp.31-34
「A Spread Stacked Capacitor (SSC)Cell for 64MBIT
DRAMs 」(以下、第3従来例という)では、シールデッ
ドビット線構造の利点を活かして、隣のキャパシタのス
トレージノード接続点ぎりぎりまで横方向にストレージ
ノードを延ばしている。従って、この第3従来例では、
隣合ったストレージノードはそれぞれ互いに縦方向で段
違いとなっている。
【0009】更に、1990年VLSIシンポジウム予稿集
のpp.13-14「A 1.28μm2 Bit-LineShielded Memory Ce
ll Technology for 64Mb DRAMs」(以下、第4従来例と
いう)では、シールデッドビット線構造と第2従来例に
類似した立体的なキャパシタの形状との組み合わせまた
はその他の技術をを採用して、 64Mb DRAMを実際に作製
している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した各従来例にお
ける問題点について説明する。
【0011】前述したように、メモリセルの高集積化に
伴って、キャパシタの占有面積は減少していくので、メ
モリ動作に必要な電荷容量を確保するためには、キャパ
シタをより立体的な構造としてその表面積を増加させる
必要がある。このときキャパシタ部分は縦方向の厚みが
増すので、従来構造ではキャパシタの上層からのビット
線の接続が困難となり、キャパシタの表面積増加を制限
する要因となる。シールデッドビット線構造を採用しな
い第2従来例では、この点に関して問題がある。
【0012】シールデッドビット線構造の採用により、
スタック型のキャパシタにおけるストレージノードの縦
方向の設計自由度が増すので、第1,3,4従来例のよ
うに複雑な形状のキャパシタを形成することにより、電
荷容量を増加させることができる。しかしながら、複雑
な形状のキャパシタを形成するためには、ストレージノ
ードの形成時に煩雑でしかも特殊なプロセス技術を必要
とするので、実際の生産ラインにおいては大きな障害と
なる。具体的には、第1従来例では、フィン構造を形成
するためにウエットエッチング工程が必要であるし、第
3従来例では、隣合ったキャパシタは夫々別のパターン
形成工程を経るので工程が煩雑である。更に、第1,3
従来例では共に、セルプレート(上部電極)の埋め込み
に特殊な技術を要する。第4従来例では、極めて正確な
位置合わせが必要なポリイミドのパターニング,レジス
トエッチバック,アッシング等において高い制御性が要
求される特殊な技術を要する。このように各従来例とも
煩雑または特殊なプロセス技術が必要であるので、実際
の大量生産ラインにおいては歩留りが低くなり実行し難
いという問題点がある。
【0013】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、1個のトランジスタに対して数個のキャパシタ
を用意し、これらを互いに電気的に並列接続して所望の
電気容量を得るように構成することにより、メモリセル
の高集積化に伴ってキャパシタの占有面積が減少して
も、情報記憶に十分な電荷容量を得ることができ、また
その製造過程において煩雑または特殊なプロセス技術が
必要ではない半導体記憶装置を提供することを目的とす
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体記憶
装置は、トランジスタ及びキャパシタを電気的に接続し
てなる複数のメモリセルを半導体基板上に備えた半導体
記憶装置において、前記各メモリセルは、1ビット分の
情報を読み書きする1個のトランジスタと、該トランジ
スタに積層形成され互いに並列接続された複数のキャパ
シタとを有することを特徴とする。
【0015】
【作用】本発明の半導体記憶装置では、1個のトランジ
スタの上部に互いに並列接続された複数のキャパシタが
積み重ねられているので、1個のトランジスタに単一の
キャパシタを備える場合に比べて、1個のトランジスタ
によって読み書きを制御される1ビット分の情報に対し
て電荷容量がより増大する。そして、メモリセルの高集
積化に伴ってキャパシタの占有面積が減少しても、キャ
パシタの並列増設による容量増加によって必要な電荷容
量を確保できる。
【0016】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて具体的に説明する。
【0017】図1は本発明に係る半導体記憶装置の構成
を示す断面図であり、図1に示す実施例では、1ビット
分の情報を読み書きする1個のメモリセルを、1個のセ
レクトトランジスタと3個の並列接続のキャパシタとに
より構成している。つまり、セレクトトランジスタの上
部に、上下に対向して配置された上部電極と下部電極と
が誘電体膜を挟み込む構造をなす3個のスタック型のキ
ャパシタが十分な絶縁性を保って積み重ねられており、
これらの3個のキャパシタは互いに並列接続されてい
る。
【0018】図1において、1はp型のSi半導体基板
を示す。素子形成領域の半導体基板1上には、nチャン
ネルのセレクトトランジスタのゲート電極2及びソース
・ドレイン領域が形成され、このソース・ドレイン領域
には、下層3aがポリSiであり上層3bがWSi2 である
ビット線3が接続されている。トランジスタ活性領域と
ビット線3とは、両者の接続領域以外の領域では重なら
ないようなレイアウト(シールデッドビット線構造)と
している。セレクトトランジスタの直上には、誘電体膜
(図示せず)を介在させて下部電極であるポリSiの第
1ストレージノード4及び上部電極である第1セルプレ
ート5から構成されるスタック型の第1キャパシタが形
成されている。シールデッドビット線構造の採用により
ストレージノード4の面積を拡張させて、第1セルプレ
ート5が第1ストレージノード4を被覆しない領域を設
けている。第1キャパシタの上部には、誘電体膜(図示
せず)を介在させて下部電極である第2ストレージノー
ド6及び上部電極である第2セルプレート7から構成さ
れるスタック型の第2キャパシタが形成されている。第
2キャパシタの第2ストレージノード6と第1キャパシ
タの第1ストレージノード4とは、第1セルプレート5
に覆われていない領域において接続されており、この接
続によって、第1キャパシタ及び第2キャパシタが並列
接続されている。また、第2キャパシタの上部には、誘
電体膜(図示せず)を介在させて下部電極である第3ス
トレージノード8及び上部電極である第3セルプレート
9から構成されるスタック型の第3キャパシタが形成さ
れており、第3キャパシタの第3ストレージノード8と
第2キャパシタの第2ストレージノード6とは、第2セ
ルプレート7に覆われていない領域において接続されて
いて、この接続によって、第2キャパシタ及び第3キャ
パシタが並列接続されている。
【0019】次に、このような構成をなす本発明の半導
体記憶装置の製造手順について、その工程を示す図2,
図3を参照して説明する。
【0020】まず、p型のSi半導体基板1上に、ゲー
ト電極2を有するnチャンネルトランジスタをセレクト
トランジスタとして形成する(図2(a))。次いで、
WSi2 /ポリSiのポリサイド構造を持つビット線3
をセレクトトランジスタのソース・ドレイン領域に接続
するように結線する(図2(b))。この際、トランジ
スタ活性領域とビット線3とは、ビット線接続領域以外
では重ならないようなレイアウトにして、後段の工程で
ビット線3より上方に形成する第1キャパシタからセレ
クトトランジスタへの接続においてビット線3が邪魔に
ならないようにする。次に、全面に絶縁膜11を形成し、
第1キャパシタ接続用のコンタクトホール12を開口する
(図2(c))。
【0021】ポリSiからなる第1ストレージノード4
を成膜した後、誘電体膜を介して第1セルプレート5を
成膜してスタック型の第1キャパシタを形成する(図3
(a))。この際、第1ストレージノード4の上面全域
に第1セルプレート5を形成するのでなく、一部の領域
は第1ストレージノード4を露出させておく。ビット線
がキャパシタより上方にあるような構造ではストレージ
ノードの形状は制約されるが、本実施例ではこのような
制約を受けないので平坦部において第1ストレージノー
ド4を大きめに形成できる。
【0022】形成した第1キャパシタ上に絶縁膜21を形
成し、第1ストレージノード4が露出している領域にお
いてコンタクトホール22を開口する(図3(b))。次
に、第1キャパシタの形成時と同様に、第2ストレージ
ノード6,第2セルプレート7を成膜してスタック型の
第2キャパシタを、第1キャパシタに並列接続させて形
成する(図3(c))。以後、全く同様の工程により、
第2キャパシタ上にスタック型の第3キャパシタを形成
すれば、図1に示すようなキャパシタ3層構造の半導体
記憶装置を製造できる。
【0023】なお、上述した実施例では3層のキャパシ
タを有する構造としたが、キャパシタの積層数はこれに
限定されるわけではなく、所望の電荷容量の大小に応じ
てこの積層数は任意に選択してよい。所望の電荷容量が
得られる範囲内で、できるだけ作製し易い積層数を選択
することが望ましい。
【0024】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体記憶装置
は、1個のトランジスタに対して互いに並列接続された
複数のキャパシタを割り当ててトランジスタの上部に積
層する構成としたので、キャパシタ占有面積が大幅に縮
小されるような超高密度記憶装置においても、情報記憶
に必要な電荷容量を確保することができる。また、各キ
ャパシタを増設する工程は従来のスタック型のキャパシ
タの作製工程と同じであるので、煩雑または特殊なプロ
セス技術を必要とすることなく容易に各キャパシタを作
製できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体記憶装置の構造を示す断面
図である。
【図2】図1に示す半導体記憶装置の製造工程の中間段
階を示す断面図である。
【図3】図1に示す半導体記憶装置の製造工程の中間段
階を示す断面図である。
【図4】従来の半導体記憶装置の構造を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 Si半導体基板 2 ゲート電極 3 ビット線 4 第1ストレージノード 5 第1セルプレート 6 第2ストレージノード 7 第2セルプレート 8 第3ストレージノード 9 第3セルプレート

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 トランジスタ及びキャパシタを電気的に
    接続してなる複数のメモリセルを半導体基板上に備えた
    半導体記憶装置において、前記各メモリセルは、1ビッ
    ト分の情報を読み書きする1個のトランジスタと、該ト
    ランジスタに積層形成され互いに並列接続された複数の
    キャパシタとを有することを特徴とする半導体記憶装
    置。
JP3204914A 1991-07-19 1991-07-19 半導体記憶装置 Pending JPH0529577A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010109338A (ja) * 2008-09-30 2010-05-13 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体記憶装置
JP2012129512A (ja) * 2010-11-24 2012-07-05 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体記憶装置

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US9786670B2 (en) 2010-11-24 2017-10-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor memory device

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