JPS6041463B2 - ダイナミツク記憶装置 - Google Patents

ダイナミツク記憶装置

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JPS6041463B2
JPS6041463B2 JP51138341A JP13834176A JPS6041463B2 JP S6041463 B2 JPS6041463 B2 JP S6041463B2 JP 51138341 A JP51138341 A JP 51138341A JP 13834176 A JP13834176 A JP 13834176A JP S6041463 B2 JPS6041463 B2 JP S6041463B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体メモリ、特にコンデンサを情報の蓄積手
段として利用したダイナミック記憶装置に関する。
金属−絶縁物一半導体電界効果トランジスタ(MISF
ET)メモリ、いわゆるM○S(Metal一○Kid
e−Semiconducのr)FETで代表されるM
OSメモリは、コンデンサや浮遊容量のダイナミック記
憶作用を利用し易いので、高集積化、低価格化などの観
点から数多く使用されている。
MOS〆モリの中で最近最も脚光を浴びてきているのが
、1ビット当り1対のMOSFETとコンデンサを使用
した、いわゆるITrs/cellメモリ(以下1素子
メモリと称す)である。1素子メモリは記憶情報の読み
出しレベルが低いという欠点があるが、1ビット当たり
の構成素子数が少ないので、読み出し回路を高感度にす
るに従って、本質的に1ビット当たりの占有面積を小さ
くできるという利点を持つている。本発明者らは、1素
子メモリの読み出しレベルの改善に勤めている間、メモ
リセル配列の端部に配置されたメモリセルの情報保持期
間が中央のそれに比べて1/2〜1/10の割合で短く
なっていることを発見した。
情報保持期間が短いと、記憶情報の再書き込みすなわち
リフレツシュのサイクルを上げなければならず、メモリ
・システム全体に大きな使用制限が加わることになる。
本発明の主な目的は、コンデンサや浮遊容量の情報一時
保持作用を.利用したダイナミック記憶装置の情報保持
時間を長くすることである。
本発明の他の目的は簡単な構成で情報保持時間を長くす
ることができるダイナミック記憶装置を提供することで
ある。
本発明の−実施例によれば、メモリ・セルが規則的に数
列配列されたメモリ・セル・アレイ或はメモリ・セル・
マットの端部のすぐ近くに沿って、細長くて薄い酸化物
領域が配置される。
薄い酸化物領域は、上記の他にメモリ・セル・マットや
書き込み回路、読み出し回路およびアドレス選択回路な
どの周辺回路都内でMISFETやコンデンサなどの回
路素子が形成されるべきところに数多く配置され、その
他の配線領域部などでは寄生回路素子などが働かないよ
う、酸化物層は厚くされる。上託した細長くて薄い酸化
物領域は、メモリ・セル・マット端部における記憶用コ
ンデンサの薄い酸化物領域のすぐ近くに配置され、この
コンデンサに蓄えられた電荷の漏洩を禾然に妨げるよう
に働き、情報保持時間の向上に寄与する。
本発明および本発明の更に他の目的は図面を参照した以
下の説明から一層明らかとなるであるつoコンデンサや
浮遊容量などの電荷保持作用を利用した記憶装置におい
ては、コンデンサに蓄えられた電荷が種々の経路で漏洩
することは免れず、従って情報も一時的にしか保持され
得ないことから、この種の記憶装置はダイナミック記憶
装置と名づけられている。
1素子メモリ・セルにおける電荷漏洩の要因としては、
スイッチングMISFETTのソース・ドレィン接合に
おける漏洩、寄生回路素子が活性化されたために起きる
漏洩およびコンデンサ自体における漏洩が考えられる。
本発明者は前述したメモ1′・マット端部におけるメモ
リ・セルの情報保持時間減少の現象を上述の要因を踏ま
えて解析していった結果、その最も大きな原因はコンデ
ンサ自体における漏洩であるらしいと突き留めた。メモ
リ・マット中央部におけるメモリ・セル列ではすぐ隣り
に他のメモリ・セル列が配列されているが、メモリ・マ
ット端部においては他のメモリ・セル列がすぐ隣りに配
置されることは勿論有り得ず。また他の回路集団もいま
いま相当の距離を置いて配置される。従って、メモリ・
マット端部におけるコンデンサ部の薄い酸化物領域或い
は厚い酸化膜中に設けられた凹部は中央部のそれと比較
して他の薄い酸化物領域(厚い酸化膜中の凹部)と大き
く隔てて置かれる。このように薄い酸化物領域の間隔が
大きい場合すなわち薄い酸化膜の間に位置する厚い酸化
膜の幅が大きい場合、薄い酸化膜と厚い酸化膜との境界
部で半導体基板表面に大きな応力が働くと考えられる。
特に、基板表面を選択的に熱的に酸化して厚い酸化膜を
形成した場合、その応力は一層大きくなると考えられる
。このような応力が基板表面に働くと結晶欠陥が生じ、
結晶欠陥によって金、銀、銅、鉛等の重金属がトラップ
されることが考えられる。このような結晶欠陥は結晶欠
陥に起因するトラップ効果で、近くに位置するPN接合
や電界を与えることによって誘起されるチャンネル部に
おける漏洩電流が増加するものと考えられ、特に後者の
誘起チャンネルに対する影響は一層大きいと考えられる
。すなわち、従来のダイナミック記憶装置においては、
メモリ・セル・マットの外側に幅広く延在する厚い酸化
膜によって、この部分の近傍で結晶欠陥がより多く発生
し、この結晶欠陥によって発生された好しくない少数キ
ャリアがメモリ・セル・マットの端部に配置された記憶
用コンデンサに流入するものと考えられる。
半導体の表面現象についてはいまだに解明されていない
ところが多く、上述した問題の原因を克明に断定してい
くことはできないが、メモリ・マット端部における情報
保持時間の減少は、薄い熱酸化膜と比較的幅の広い厚い
熱酸化膜の境界における基板の表面効果に起因している
ものと考えられる。
このような考えに立って、本発明者らはメモ1′・セル
・アレイ或はメモリ・セル・マットMCA,〜MCA4
の端部近くに沿って、第1図の斜線に示すような厚い酸
化膜中にあげられた凹部(薄い酸化物層列)THIN1
〜8を配置した。
メモリ・セル・マットMCA,の左端部については、比
較のため、0点から−y方向に薄い酸化物層列THIN
Iを配置してるが、十y方向については対策を施してい
ない。このメモリ・セル・マットMCA.の左端部にお
けるメモリ・セル列の情報保持時間tsを測定したとこ
ろ、第2図に示すように、何ら対策を施していないとこ
ろのメモリ・セルの情報保持時間tsは40〜50(m
sec)であるのに対し、薄い酸化物膜列THINIを
近くに配置したメモリ・セルの情報保持時間tsは80
〜100(msec)と約2倍に改善されたことが判っ
た。以下、このような改善策を更に具体的に説明するが
、それに先立って1素子メモリの概要を第3図の回路図
を参照して説明する。第3図において、1ビットのメモ
リ・セルは1個のMISFETMとコンデンサCSによ
って構成されている。
コンデンサCsは情報を保持する働きがあり、MISF
ETMは情報を書き込んだり読み出したりするときおよ
びリフレツシュするときに導適状態となり、コンデンサ
Csとデータ・ラインDLとを選択的に接続する。プリ
アンプは選択されたメモリ・セルに蓄えられた情報を読
み出すためのものであり、反対側のデータラインに接続
されたダミーセルの読み出しレベルと比較することによ
って、メモリ・セルに記憶された情報が論理“1”であ
るか“0”であるかを判別する。
メイン・アンプはプリアンプの出力を増幅してデータの
読み出しを高速化するために用いられる。
M,,地はデータ線DL3,DL′4・・・・・・をY
方向のアドレス信号a8〜a,3の内容に従って選択す
るものである。PC,は反対側のデ−タ線DL,DL2
の浮遊容量をセルの選択に先立って充電させるために用
いられ、MISFETM3,M4は反対側のデータ線D
L,OLと対称性を持たせるため、MISFETM,.
地に対応して付加されている。次にメモリ・セル列とそ
の周辺の構成を、第4図の平面図および第5図、第6図
の断面図を参照して説明する。第4図において、MはM
ISFET、Cはコンデンサであり、1ビットのメモリ
・セルは例えば、MISFETM26およびコンデンサ
C26で構成される。
Wはワード・ラインであり、書き込み、読み出し或は読
み出し時に選択されたワード・ラインに接続された列の
MISFETが導適状態となる。例えば、ワード・ライ
ンW2が選択されると、MISFETM,2,M22,
M32・・・・・・が導適する。メモリ・セルの構成は
第5図の断面図を参照すればより良く理解されよう。第
5図は第4図の平面図のV−Vラインを切断線とした場
合の断面図である。同図において、1はP型のSj基板
である。2は厚いSi酸化膜で、Si基板1をSi3N
4膜などをマスクとして選択的に熱酸化することによっ
て形成され、その厚さは例えば1山mである。3は選択
酸化のマスクとして用いられたSi3N4膜の除去後に
、Si基板1を軽く熱酸化することによって形成された
薄いSi酸化膜であり、その厚さは700〜3000A
にされる。
4は多結晶Siであり、構造的にはゲート電極、コンデ
ンサ電極および配線層として用いられ、プロセスでは薄
いSi酸化膜3のエッチング・マスクおよび拡散マスク
として用いられる。
このような多結晶iの利用は、いわゆる、SiゲートM
OS集積回路と呼ばれ「 当業者においては周知となっ
ている。厚いSi酸化膜2は、MISFET、コンデン
サなどの回路素子を形成すべき部分を除いたほぼ基板全
表面に形成され、この領域はいよいよ配線領域などとし
て活用される。
5は燐などのN型不純物がドープされた領域であり、M
ISFETのソース・ドレィンン領域や配線層として用
いられる。
N型領域5は、例えば厚い酸化膜2および多結晶Si層
4をマスクとして燐を拡散することによって形成される
。この拡散は酸化雰囲気中で行なわれることが多く、こ
の場合拡散層5の基板表面には、図示してないが、薄い
熱酸化膜が形成される。なお、本実施例では第6図に示
すTH川領域における拡散領域5や配線層として利用さ
れる拡散領域は多結晶Siの成長に役立って形成され、
ソース・ドレン領域やその延長配線となる拡散領域は多
結晶Siの成長後それをマスクとして形成される。6は
燐がドープされたリン・ガラス膜(P2Q−Si02)
であり、低温で化学的気相成長法によって形成される。
リン・ガラス膜6はMISFETなどの特性を安定させ
るパッシべーションが多層配線における眉間の絶縁層と
して役立つ。7は山腹である。
8は厚い酸化膜2の端部を示しており、第4図の平面図
においては陰影の付けてある境界線に相当する。
なお、第4図において○印は多結晶畿i層4とN層7、
多結晶Sj層4と拡散層5および拡散層5と山層7を電
気的に接続するために、燐ガラス膜6に設けられたいわ
ゆるコンタクト穴であり、この穴内でそれぞれの電気的
接続が行なわれる。再び第5図に戻って、メモリ・セル
は MISFETM26とコンデンサC26によって構成さ
れる。
コンデンサC26は、薄い酸化膜3を譲蚤体として、多
結晶Sj層4とSi基板表面を両電極としたMIS容量
で構成される。誘電体3は大きな容量値を得るために薄
くされる。多結晶Sj層4にはVDoの固定電圧が印加
され、それによって基板表面にはMISFETM26の
ソース・ドレインにつながるN型のチャンネル層9が誘
起される。従って、コンデンサC礎の一方の鰭極はMI
SFETM26のソース・ドレィンに接続され、コンデ
ンサC26に対する充放電動作はMISFETM26を
通して行なわれる。N型チャンネル層9はコンデンサの
一方の電極をP型基板から電気的に分離するために用い
られるが、コンデンサC26のチャンネル層9の代わり
に、N型の拡散層を用いることもできる。この場合、多
結晶Si層4の形成に先立って、拡散層を形成しておく
必要がある。第4図において、各メモリ・セルはワード
・ラインWおよびデータ・ラインDLに沿って規則的に
配列される。
このような配列の集合は第1図に示すようなメモリ・マ
ットMCAを構成する。メモリ・マットMCAの端部に
おけるメモリ・セル列、すなわち第4図においてはワー
ド・ラインW,,W2に連なるコンデンサCa, C3
,,C4.・・・・・・およびC,2,C22,C32
・・…・の情報保持時間は中央部すなわちその右側列に
比べて1/2〜1/10の割合で短くなっている。この
端部における情報保持時間を長くするために設けられた
が、斜線で示したTHIN領域である。THIN領域は
第6図からも明らかなようにワード・ラインW,,W2
に連なるメモリ・セル列の薄い熱酸化膜領域3のすぐ近
くに沿って配列される。このTHIN領域においては厚
い熱酸化膜2は無く、基板表面には熱酸化膜が全く形成
されないか、或は拡散時に非常に薄い熱酸化膜が形成さ
れるだけである。
すなわち、THIN領域は厚い酸化膜2中に設けられた
穴或は凹部である。なお、第6図は第4図の町−のライ
ンを切断線とした場合の断面図である。このTHIN領
域の凹部によって、コンデンサC3,の左側に位置する
厚い酸化膜2の幅は狭くなり、コンデンサC3,の左端
における基板表面10に加わる応力が軽減され、チャン
ネル層9における漏洩電流は小さくされると考えられる
。このTHINの効果は第2図の説明からも明らかであ
ろう。メモリ・マット端部におけるメモリ・セルの情報
保持時間の減少によるメモリ−システムの使用制限を取
り除くためには、或はその制限を実用上差しつっかえな
い程度に緩めるためには、THm領域の凹部とメモリ・
セル(C3,)における厚い酸化膜8の凹部との間隔を
メモリ・セル間(C3.とC33)のそれと同等或は小
さくすることが好ましい。THIN領域においては、N
型拡散領域5を形成しても良く、この拡散領域5を固定
電位V。
。に接続すれば漏洩電流を一層小さくすることができる
。その1つの理由は、この拡散領域5をVDD電位(十
電位)に固定することにより、キャリアとして動く自由
電子をコンデンサC3,でなく拡散領域5の方に引きつ
け、コンデンサC3,に自由電子が誘導されることによ
るコンデンサC丸の電位減少効果を弱めることができる
からであると考えられる。以上、コンデンサにおける漏
洩電流を中心にして述べてきたが、コンデンサの配線層
を拡散領域などで構成した場合も拡散領域における漏洩
電流が問題になることもある。
また本実施例のメモリ・セルでみられるように、MIS
FETのソース・ドレィン領域がコンデンサに接続され
ている場合でも、ソース・ドレィン接合における漏洩電
流が問題となる場合もある。このような場合、同様にし
て厚い酸化膜の凹部THINを該当部近くに配置するこ
とによって、漏洩電流を減らすことができるものと考え
られる。例えば第4図においてTHINを設けることに
よってコンデンサC22のQ部分における漏洩電流のみ
ならず、MISFET地2のソース・ドレィンのP部分
における漏洩電流も減らすことができると考えられる。
以上本発明を実施例に沿って説明したが、本発明はこれ
らに限定されるものではなく、前述した技術思想に基ず
し、て種々の変形手段を探ることができる。
例えばTHIN領域として、漏洩電流がさほど問題とな
らないようなダミーセルをメモリ・マットの端部におく
ことができる。この場合、ダミーセルにおける厚い酸化
膜の凹部によってメモリ・セルの端部基板表面に加わる
応力が軽減され漏洩電流の減少化に寄与すると考えられ
る。また本発明は第7図に示すような3素子メモリ装置
のようなダイナミック記憶装置にも適用することがべき
る。この場合、書き込み用MISFETMWのソース・
ドレィンにおける漏洩電流が問題となることがあり、こ
れは第8図に示すように記憶用MISFETMs(Cs
はNLのゲート容量や配線容量などの寄生容量でり、記
憶手段として利用される)に接続される側の肌SFET
MWのソース・ドレィン領域の近くに、厚い熱酸化膜8
の凹部THINを配置することによって改善される。本
発明は、コンデンサに蓄えられた電荷を直接取り出すこ
とによって記憶情報を読み出す1素子メモリのようなダ
イナミック記憶装置に対して最も大きな効果を発揮する
ことができる。すなわち、本発明は、複数のメモリ・セ
ルが行列状に配置されたメモリ・セル・マットを含むダ
イナミック記憶装置において、メモリ・セル・マットの
端部におけるメモリ・セルの情報保持時間を長くしてメ
モリ・セル・マットの中央部のメモリ・セルの情報保持
時間にバランスさせようとする場合に大きな効果を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるダイナミック記憶装置の配置を概
略的に説明するための平面図であり、第4図はその詳細
図である。 第5図、第6図は第4図のV−VおよびW−のラインを
切断線とした断面図である。第2図は本発明の効果を比
較するメモリ・セルの情報保持時間特性図である。第3
図は1素子メモリを説明するための回路図である。第7
図は3素子メモリ・セルの回路図であり、第8図は本発
明を3素子メモリに適用した場合の構造を示す他の実施
例である。MCA…メモリ・セル・アレイ(マット)、
PAA…ブリ・アンプ・アレイ、MAA・・・メイン・
アンプ・アレイ、TmN・・・厚い熱酸化膜中に設けら
れた凹部、DL・・・データ・ライン、W.・・ワード
.ライン、M...MISFET、C・..コンデンサ
、1・・・P型Si半導体基板、2・・・厚いSi熱酸
化膜、3・・・薄いSi熱酸化膜、4・・・多結晶Si
層、5・・・N型拡散領域、6・・・隣ガラス層、7・
・・N膜、8・・・厚い熱酸化膜2の端(緑)部、9・
・・N型誘起チャンネル、MW・・・書き込み用MIS
FET、Ms・・・記憶用MISFET、MR・・・読
み出しMISFET、R・・・読み出し線、W…書き込
み線、D,・・・データ入力線、Do…データ出力線。 瀞l図 あと図 丸4図 桁う図 柄7図 桁a図 柄S図 布ら図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板の主表面の一部の半導体部分を電極とし
    て構成された情報記憶用コンデンサと、該コンデンサに
    直列接続されたMISFETとから成るメモリ・セルを
    、前記半導体基板の主表面の所定領域内に、複数個行列
    状に配列してなるメモリ・セル・マツトを具備し、該メ
    モリ・セル・マツトは、前記行列状に配列された複数の
    メモリ・セルに対応して形成され、それらのメモリ・セ
    ルに情報信号を伝達するために配列された複数のデータ
    ・ラインと、前記複数のメモリ・セルのMISFETの
    ゲート電極にそれぞれ制御信号を伝送するために配列さ
    れた複数のワード・ラインとを含んで成り、かつ、前記
    複数のメモリ・セルの形成領域相互間を区画するように
    前記半導体基板主表面に選択的に形成された前記半導体
    基板の厚い熱酸化膜を含んで成るダイナミツク記憶装置
    において、前記メモリ・セル・マツトが形成された前記
    所定領域の外側の前記半導体基板の主表面において前記
    メモリ・セル・マツトの少なくとも1つの端部の近くに
    沿つて配置された、前記半導体基板の厚い熱酸化膜が形
    成されない領域、もしくは前記厚い熱酸化膜より膜厚の
    薄い前記半導体基板の熱酸化膜の領域を具備せしめて成
    ることを特徴とするダイナミツク記憶装置。 2 上記メモリ・セル・マツトの端部に沿つて配置され
    た上記領域は、メモリ・セル・マツトと、メモリ・セル
    ・マツトの外側周辺の前記半導体基板主表面に形成され
    る周辺回路の領域との間に設けられて成ることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のダイナミツク記憶装置
JP51138341A 1976-11-19 1976-11-19 ダイナミツク記憶装置 Expired JPS6041463B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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