JPS5918671A - Semiconductor memory device - Google Patents
Semiconductor memory deviceInfo
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- JPS5918671A JPS5918671A JP57127870A JP12787082A JPS5918671A JP S5918671 A JPS5918671 A JP S5918671A JP 57127870 A JP57127870 A JP 57127870A JP 12787082 A JP12787082 A JP 12787082A JP S5918671 A JPS5918671 A JP S5918671A
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、1個のMOSトランジスタと1個のMOSキ
ャパシタにより1ビツトのメモリセルを構成する半導体
記憶装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a semiconductor memory device in which a 1-bit memory cell is configured by one MOS transistor and one MOS capacitor.
〔発明の技術的背景とその問題点3
1個のMOS)ランジスタと1個のMOSキャパシタに
より1ビツトのメモリセルを構成するダイナミックRA
Mの場合、記憶データは電荷の形でMOSキャパシタに
蓄えられる。それ故、メモリセルのMOSキャパシタに
蓄えられる電荷量の多少がダイナミックRAMの性能を
大きく左右する。MOSキャパシタの電荷ff1QはM
OSキャパシタの容量を01書込み電圧を■としたきき
、
Q=CV
であるから、書込み電圧Vの低圧化に比例してQは小さ
くなる。これを補うには、容量Cを大にするしかない。[Technical background of the invention and its problems 3: Dynamic RA in which a 1-bit memory cell is configured by a transistor (one MOS) and one MOS capacitor
In the case of M, the stored data is stored in the MOS capacitor in the form of charge. Therefore, the amount of charge stored in the MOS capacitor of the memory cell greatly influences the performance of the dynamic RAM. The charge ff1Q of the MOS capacitor is M
Assuming that the capacitance of the OS capacitor is 01 and the write voltage is (■), Q=CV, so as the write voltage V is lowered, Q becomes smaller. The only way to compensate for this is to increase the capacitance C.
MOSキャパシタの容量を大きくする手段としては、面
積を大にすること、絶縁膜厚を小にすること、誘電率の
大きい絶縁膜を選ぶこと、が考えられる。しかし、MO
Sキャパシタの面積を増加することは同じデサインルー
ルのもとではダイナミックRAMのチップサイズ増加に
つながり、製品の歩留り低下、コ゛スト増大をもたらす
。また絶縁膜厚を極端に薄くすることは耐圧低下など信
頼性」−問題となる。誘電率の大きい絶縁膜としては、
5i02に代り得るものとして比誘電率がこれの2倍近
い5isN4が従来より検討されているが、製造工程が
複雑になったり、リーク電流が大きい等の理由で実用性
がない。佃の絶縁膜についても、現在のBiプロセスに
適合する好ましい材料が見当らない。Possible means for increasing the capacitance of a MOS capacitor include increasing the area, decreasing the thickness of the insulating film, and selecting an insulating film with a high dielectric constant. However, M.O.
Increasing the area of the S capacitor leads to an increase in the chip size of the dynamic RAM under the same design rule, resulting in a decrease in product yield and an increase in cost. Furthermore, making the insulating film extremely thin causes reliability problems such as a drop in breakdown voltage. As an insulating film with a high dielectric constant,
5isN4, which has a dielectric constant nearly twice that of 5i02, has been considered as a substitute for 5i02, but it is not practical due to the complicated manufacturing process and large leakage current. Regarding Tsukuda's insulating film, no suitable material compatible with the current Bi process has been found.
以上のような理由から、今後、限られたメモリセル面積
内でMOSキャパシタの17i]積を増大させる努力が
不可欠となる。この意味で、2層ポリシリコンプロセス
は、MOS トランジスタのゲートを第2層ポリシリコ
ン膜で形成し、これを第1層ポリシリコン膜からなるキ
ャノくシタ電極に一部重ねる構造であるため、メモリセ
ル面積内でのキャパシタの占める面積を大きくできる点
で有利である。しかしこの場合、MOSトランジスタの
実効チャネル長が第1層ポリシリコンと第2層ポリシリ
コンの合せ精度で決定されてしまう。このため十分な合
せ精度余裕をとらなければならず、またMos+・ラン
ジスタの実効チャネル長がばらつくためセンス感度に十
分な設計余裕をとらなければならないという問題がある
。For the above reasons, it will be essential to make efforts to increase the 17i] product of MOS capacitors within a limited memory cell area. In this sense, the two-layer polysilicon process is a structure in which the gate of the MOS transistor is formed with a second-layer polysilicon film, which is partially overlapped with the canopy electrode made of the first-layer polysilicon film, so it is This is advantageous in that the area occupied by the capacitor within the cell area can be increased. However, in this case, the effective channel length of the MOS transistor is determined by the alignment accuracy of the first layer polysilicon and the second layer polysilicon. For this reason, there is a problem in that a sufficient margin for alignment accuracy must be provided, and since the effective channel length of the Mos+ transistor varies, a sufficient design margin must be provided for sense sensitivity.
本発明は、メモリセルのレイアウト改良と多層電極配線
構造の組合せによって、従来に比べてメモリセルにおけ
るMOSキャノクシタの占有 。The present invention reduces the occupancy of MOS canocciters in memory cells compared to conventional methods by combining an improved memory cell layout and a multilayer electrode wiring structure.
面積の増大を図り、またMOS)ランジスタの失効チヤ
ネル長を0合整合で決定して、性能の大幅な向上を可能
とした半導体記憶装置を提供することを目的とする。It is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device which has an increased area and which can significantly improve performance by determining the expired channel length of a MOS transistor by zero matching.
本発明においては、まず半導体基板上に、2ビツトのメ
モリセルを点対称に配置して1組として多数組のメモリ
セルアレイを構成する。1組のメモリセルのレイアウト
を模式的に等価回路を用いて示すと第1図のとおりであ
る。2個のMO8I−ランジスタQl、Q2はゲートが
共通接続され、この共通接続点を中心としてMOSトラ
ンジスタQ、とMOSキャパシタC3からなるメモリセ
ルと、MOS)ランジスタQ、とMOSキャパシタC1
からなるメモリセルがパターンの上で点対称に配置され
る。MOS)ランジスタQl 、Q2のドレインはそれ
ぞれY方向に平行に走るビット線B(B1 、B、)に
接続され、ゲートはビット線と直交するワード線Wに接
続される。In the present invention, first, 2-bit memory cells are arranged point-symmetrically on a semiconductor substrate to form a large number of memory cell arrays. The layout of one set of memory cells is schematically shown in FIG. 1 using an equivalent circuit. The gates of the two MO8I transistors Ql and Q2 are commonly connected, and around this common connection point, a memory cell consisting of a MOS transistor Q and a MOS capacitor C3, a MOS transistor Q, and a MOS capacitor C1 are connected.
Memory cells consisting of are arranged point-symmetrically on the pattern. The drains of the MOS transistors Ql and Q2 are connected to bit lines B (B1, B,) running parallel to the Y direction, and the gates are connected to a word line W orthogonal to the bit lines.
実際のレイアウトにより近い状態で示した多数組のメモ
リセルの配列が第2図である。第2図において、破線で
囲まれた領域が素子形成領域である。本発明では、MO
Sキャパシタの一方の電極、即ち第2図の接地端側電極
は第1層電極膜により全ビットに連続的に配設する。FIG. 2 shows an arrangement of multiple sets of memory cells that is closer to the actual layout. In FIG. 2, the area surrounded by broken lines is the element formation area. In the present invention, M.O.
One electrode of the S capacitor, ie, the electrode on the ground end side in FIG. 2, is continuously provided on all bits by the first layer electrode film.
MOS)ランジスタのゲート電格は第2層電極膜により
、各組において2個のMOSトランジスタにつき連続的
に配設する。このとき、後に詳細に示すよう−こゲート
電極はチャネル長方向についてM08キャパシタ電極に
重ならないようにして、実効チャネル長を自己整合的に
決定する。そして第3層電極膜により、MOSトランジ
スタのドレインにコンタクトしてY方向に走るビット線
B(Bs、B2.・・・)を配設し、第4層電極膜によ
り、メモリセル配列の点対称の中心位置でMOS)ラン
ジスタのゲート電極にコンタクトしてX方向に走るワー
ド線W(W、。The gate voltage of the MOS transistors is continuously arranged for two MOS transistors in each set by the second layer electrode film. At this time, as will be described in detail later, the effective channel length is determined in a self-aligned manner by ensuring that the gate electrode does not overlap the M08 capacitor electrode in the channel length direction. Then, the third layer electrode film is used to arrange a bit line B (Bs, B2...) that contacts the drain of the MOS transistor and runs in the Y direction, and the fourth layer electrode film is used to arrange the point-symmetrical arrangement of the memory cells. A word line W (W, .
Wt 、・・・)を配設する。Wt,...) are arranged.
図から明らかなように、メモリセル配列は、1組のメモ
リセルがそのゲート電極共通接続部を中心として点対称
に配置されるだけでなく、隣接する組の間でも点対称と
なっている。As is clear from the figure, in the memory cell arrangement, not only one set of memory cells is arranged point-symmetrically with respect to its gate electrode common connection portion, but also adjacent sets are point-symmetrically arranged.
本発明によれば、従来の2層ポリシリコンプロセスによ
るものと異なり、1組のメモリセルをケート電極の共通
接続部を中心とする点対称の配置とし、かつビット線と
して拡散層ではなく第1層電極膜を用いることによって
、1メモリセル内のM 08キャパシタ面積を十分に大
きくすること力Sできる。またビット線として拡散層を
用いf、「いためにビット線の浮遊容量が減少する。こ
れらの理由から、MOSダイナミックRAMの高性能化
が図られる、またMOS)ランジスタの笑効チャネル長
が自己整合で決定されるため、センス感度のセル毎のば
らつきが減少し、製品の歩留りが向上する。更に、ワー
ド線を第1層電極膜により構成して、そのコンタクト位
置を1組のメモリセルの点対称中心位置、即ち連続的に
配設される第2層電極膜からなる位置にとることにより
、マスク合せずれ等によりコンタクトホール位置がずれ
ても電極膜が素子形成領域に突き抜けることがなく、従
って信頼性が向上する。According to the present invention, unlike the conventional two-layer polysilicon process, a set of memory cells is arranged symmetrically with respect to the common connection part of the gate electrode, and the bit line is formed in the first layer instead of the diffusion layer. By using a layered electrode film, the area of the M08 capacitor within one memory cell can be made sufficiently large. In addition, by using a diffusion layer as a bit line, the stray capacitance of the bit line is reduced.For these reasons, the performance of MOS dynamic RAM is improved, and the effective channel length of the MOS transistor is self-aligned. This reduces cell-to-cell variation in sense sensitivity and improves product yield.Furthermore, the word line is formed from the first layer electrode film, and the contact position is set at the point of one set of memory cells. By locating the symmetrical center position, that is, the position where the second layer electrode film is continuously arranged, even if the contact hole position is shifted due to mask misalignment, the electrode film will not penetrate into the element forming area. Improved reliability.
以下本発明の詳細な説明する。第3図(al〜(elは
一実施例の製造工程を示す平面図、第4図(al〜(d
)はそれぞれ第3図(at〜(dlに対応するそのA
−A’断面図であり、r、5図は第3図(elのB−B
′断面図である。製造工程に従って説明すると、まずP
型シリコン基板Iを用意し、例えばSi、N、膜マスク
を用いた周知の選択酸化法を利用してフィールド酸化膜
2を形成する(第3図(a)、第4図(a))。次に、
熱酸化により第1ゲート酸化膜3を形成し、第1層ポリ
シリ・コン膜(第1層電極膜)を堆積してこれに高濃度
にリン拡散を行った後パターニングすることにより、全
ビットに連続的にMOSキャパシタ′電極4を形成する
(第3図(b)、第4図(b))。次いで、第1ゲート
酸化膜3をキャパシタ電極4をマスクとしてエツチング
除去して改めて熱酸化により第2ゲートa化膜5を形成
し、第3層ポリシリフン膜a (ilE 21@電極膜
)を堆積してこれをパターニングすることにより、MO
8I−ランジスタのゲー)[極6(61+ 62 r
・・・)を形成し、リン拡散を行ってゲー1− W、極
6を低抵抗化すると同時にゲート電極6をこ自己整合さ
れたn+のドレイン7およびソース8を形成する(第3
図(C)、第4図(C))。そしてcvpm化膜9で全
面をおおい、これにコンタクトポールをあけて、第3層
多結晶シリコン膜(第3層電極膜)を堆積し、これにリ
ン拡散を行った後パターニングして、MOS)ランジス
タのドレイン7にコンタクトするビット線” (”s
+ ”t v・・・)を配設する(第3図(d)、
第4図(d))。その後、再度全面をCVD酸化膜11
でおりい、これにコンタクトホールをあけてp、l膜(
第1層電極膜)を蒸着しパターニングして、MOSトラ
ンジスタのケート電極6にコンタクトするワード線12
(12I 、12□ 、・・・)を配設する(第5図)
。最後に保護膜を被せて完成する。The present invention will be explained in detail below. Figure 3 (al ~ (el is a plan view showing the manufacturing process of one embodiment), Figure 4 (al ~ (d
) are respectively shown in Fig. 3 (at~(dl)).
-A' cross-sectional view;
'It is a sectional view. To explain according to the manufacturing process, first
A type silicon substrate I is prepared, and a field oxide film 2 is formed using, for example, a well-known selective oxidation method using a Si, N, or film mask (FIGS. 3(a) and 4(a)). next,
A first gate oxide film 3 is formed by thermal oxidation, a first layer polysilicon film (first layer electrode film) is deposited, phosphorus is diffused into this film at a high concentration, and patterning is performed to cover all bits. MOS capacitor' electrodes 4 are continuously formed (FIGS. 3(b) and 4(b)). Next, the first gate oxide film 3 is removed by etching using the capacitor electrode 4 as a mask, a second gate a film 5 is formed again by thermal oxidation, and a third layer polysilicon film a (ILE 21@electrode film) is deposited. By patterning this, MO
8I - transistor gate) [pole 6 (61 + 62 r
), and conducts phosphorus diffusion to lower the resistance of the gate electrode 6 and the gate electrode 6. At the same time, a self-aligned n+ drain 7 and source 8 are formed on the gate electrode 6 (the third
Figure (C), Figure 4 (C)). Then, the entire surface is covered with a CVPM film 9, contact poles are made in this, a third layer polycrystalline silicon film (third layer electrode film) is deposited, phosphorus is diffused into this film, and then patterned to form a MOS). The bit line that contacts the drain 7 of the transistor
+ ”t v...) (Fig. 3(d),
Figure 4(d)). After that, the entire surface is covered with the CVD oxide film 11 again.
Then, a contact hole is made in this and the P and L films (
A word line 12 that contacts the gate electrode 6 of the MOS transistor is formed by depositing and patterning a first layer electrode film).
(12I, 12□,...) (Figure 5)
. Finally, a protective film is applied to complete the process.
本実施例によって得られる効果は次のきおりである。The effects obtained by this embodiment are as follows.
(1)従来の2層ポリシリコンプロセスでは、ビット線
としてドレイン拡6r>+そのまま用いていたため、1
メモリセル内でのF/10 Sキャパシタ面積の増大に
限界があった。またα線によるソフトエラーに対しても
、ビット線がフ11−ティング彷態になっている場合に
センス不良を生ずる問題があった。本実Fj例では、ビ
ット線として第3層ポリシリフン膜を用いることにより
、^408キャパシタの占有面積を大きくすることがで
き、またビット浮遊容量を小さくすることができる結果
、センス感度の旨い高性能ダイナミックRAMが得られ
る。(1) In the conventional two-layer polysilicon process, the drain expansion 6r>+ was used as it is as a bit line, so 1
There is a limit to the increase in the area of the F/10S capacitor within the memory cell. Furthermore, soft errors caused by alpha rays also pose a problem in that sense failure occurs when the bit line is in a floating state. In this actual Fj example, by using the third layer polysilicon film as the bit line, the area occupied by the ^408 capacitor can be increased, and bit stray capacitance can be reduced, resulting in high performance with good sense sensitivity. Dynamic RAM is obtained.
(2)本実施例によれば、MO3I−ランジスタの実効
チャネル長が自己整合で決定されるため、実効チャネル
長のばらつきによるセンス感度のセル毎のばらつきを減
少することができ、従って製品の歩留り向上が図られる
。(2) According to this embodiment, since the effective channel length of the MO3I-transistor is determined by self-alignment, it is possible to reduce cell-by-cell variations in sense sensitivity due to variations in the effective channel length, and therefore improve product yield. Improvements will be made.
(3) 本実施例では、メモリセルが従来よく用いら
れている線対称パターンではなく、2個のメモリセルを
1組としてそのMOS)ランジスタのゲート4極共通接
続部を中心とする点対称パターンでレイアウトし、MO
Sトランジスタのゲート電極とワード線のコンタクト位
置を、チャネル領域から離れた上記ゲート電極共通接続
部、つ才り点対称の中心位置にとっている。このため、
マスク合せずれ等によりコンタクトホール位置が若干ず
れたとしても拡散層領域ζこコンタクト電極が短絡する
おそれがなく、従って製品の信頼性が向上する。(3) In this embodiment, the memory cells are not arranged in a line-symmetrical pattern, which is commonly used in the past, but in a point-symmetrical pattern centered on the common connection of the four gate poles of the transistor (MOS) in which two memory cells form a set. layout and MO
The contact position between the gate electrode of the S transistor and the word line is set at the symmetrical center of the gate electrode common connection part apart from the channel region. For this reason,
Even if the contact hole position is slightly shifted due to mask misalignment or the like, there is no risk of short-circuiting of the contact electrode in the diffusion layer region ζ, thus improving the reliability of the product.
な」6実施例では、ビット線となる第3層電極膜、ワー
ド線となるM4層電極膜としてそれぞれポリシリコン膜
、Al膜を用いたが、これらに?yi (1等の高融点
金属またはそのシリサイド膜を用いてもよい。In Embodiment 6, a polysilicon film and an Al film were used as the third layer electrode film that becomes the bit line and the M4 layer electrode film that becomes the word line, respectively. yi (A high melting point metal such as No. 1 or its silicide film may also be used.
第1図は本発明における1組のメモ1」セルの配置を模
式的に等価回路で示す図、第2図(まより実際のパター
ンに近い状態でメモIJセルの自装置を模式的に示す図
、第3図(at〜(e) Gま本発明の一実施例のメモ
リセル配列を製造工程++a Sこ示す平面図、第4図
(a) 〜(d)はそれぞれ第3 図(a) 〜(d)
に対応するそのA −A’断面図、第5図(ま第3図(
elに対応するそのB−Bl断面図である。
Ql 、Qt・・・MOSトランジスタ、CI+C2・
・・MOSキャパシタ、B(Bl、B2 ・・・)・・
・ビット線、W(Wl 、B2 、・・・)・・・「フ
ード線、1・・・P型シリコン基板、2・・・フィール
ド酸イヒ膜、4・・・MOSキャパシタ電極(jf、
1層ポ13シ1)フン膜)、6(61+6t y・・
・)・・・ゲ゛−ト電極(第2層ポリシリコン膜)、7
・・・ドレイン、8・・・ソース、10 (10,、1
0,、・・・)・・・ビ゛ノド線(第3層ポリシリコン
膜)、12C121−122、−’)”’ワード@ (
Al膜)。
出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第3図
(a)
第3図
(b)
第3v!I
(C)
第3図
(d)
第3図
(e)
(d)
第4図FIG. 1 is a diagram schematically showing the arrangement of a set of memo 1" cells in the present invention using an equivalent circuit, and FIG. Figures 3(a) to 3(e) are plan views showing the manufacturing process of the memory cell array according to an embodiment of the present invention, and FIGS. ) ~(d)
Its A-A' sectional view corresponding to FIG. 5 (and FIG. 3 (
It is the B-Bl sectional view corresponding to el. Ql, Qt...MOS transistor, CI+C2・
・・MOS capacitor, B (Bl, B2 ・・)・・
・Bit line, W (Wl, B2,...)... "Hood line, 1... P-type silicon substrate, 2... Field acid film, 4... MOS capacitor electrode (jf,
1 layer po 13 shi 1) feces film), 6 (61+6t y...
・)...Gate electrode (second layer polysilicon film), 7
...Drain, 8...Source, 10 (10,,1
0,,...)... Binod line (third layer polysilicon film), 12C121-122, -')"'word @ (
Al film). Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 3 (a) Figure 3 (b) Figure 3v! I (C) Figure 3 (d) Figure 3 (e) (d) Figure 4
Claims (2)
シタにより1ビツトのメモリセルを構成する半導体記憶
装置において、半導体基板 3゜上に2ビツトのメモリ
セルを点対称に配置して1組として多数組のメモリセル
を配列形成してなり、MOSキャパシタの一方の電極は
□第1層電極膜により全ビットに連続的に配設し、
1組のメモリセルのMO8I−ランジスタのゲート電極
は第2層電極膜によりフィールド領域上で連続するよう
に、かつチャネル長方向でMOSキャパシタ電極に重な
らないように配設し、第3層電極膜により1組のメモ
□リセルの各MO8l−ランジスタのドレインにそれ
ぞれコンタクトして平行に走るビット線 ′を配設し
、フィールド領域上の、前記点対称の中心位置で各組の
ゲート電極にコンタクトし 1てビット線と直交す
る方向に走る第4層電極膜からなるワード線を配設した
ことを特徴とする半導体記憶装置。(1) In a semiconductor memory device in which a 1-bit memory cell is configured by one MOS transistor and one MOS capacitor, 2-bit memory cells are arranged point-symmetrically on a 3° semiconductor substrate to form a large number of sets. One electrode of the MOS capacitor is arranged continuously for all bits by means of the first layer electrode film.
The gate electrode of the MO8I-transistor of one set of memory cells is arranged so as to be continuous on the field region by the second layer electrode film and so as not to overlap the MOS capacitor electrode in the channel length direction, and the gate electrode of the MO8I transistor of one set of memory cells is arranged so as to be continuous on the field region by the second layer electrode film and so as not to overlap the MOS capacitor electrode in the channel length direction. 1 set of notes by
□A bit line ′ running in parallel is arranged in contact with the drain of each MO8l-transistor of the recell, and is contacted with each set of gate electrodes at the center position of the point symmetry on the field region. A semiconductor memory device characterized in that a word line made of a fourth layer electrode film running in orthogonal directions is provided.
り、第4層電極膜はAIJ膜である特許請求の範囲第1
項記載の半導体記憶装置。(2) The first to third layer electrode films are polysilicon films, and the fourth layer electrode film is an AIJ film.
The semiconductor storage device described in 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57127870A JPS5918671A (en) | 1982-07-22 | 1982-07-22 | Semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57127870A JPS5918671A (en) | 1982-07-22 | 1982-07-22 | Semiconductor memory device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5918671A true JPS5918671A (en) | 1984-01-31 |
Family
ID=14970679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57127870A Pending JPS5918671A (en) | 1982-07-22 | 1982-07-22 | Semiconductor memory device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5918671A (en) |
-
1982
- 1982-07-22 JP JP57127870A patent/JPS5918671A/en active Pending
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