JPS61140171A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS61140171A
JPS61140171A JP59263305A JP26330584A JPS61140171A JP S61140171 A JPS61140171 A JP S61140171A JP 59263305 A JP59263305 A JP 59263305A JP 26330584 A JP26330584 A JP 26330584A JP S61140171 A JPS61140171 A JP S61140171A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
capacitor
memory
polycrystalline silicon
layer
insulating film
Prior art date
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Pending
Application number
JP59263305A
Other languages
English (en)
Inventor
Yukito Owaki
大脇 幸人
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS61140171A publication Critical patent/JPS61140171A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、キャパシタに電荷の形で情報記憶を行なう半
導体記憶装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、半導体記憶装置の高集積化は目覚ましいものがあ
る。特に、一個のMOSキャパシタと一個のMoSトラ
ンジスタによりメモリセルを構成するMOSダイナミッ
クRAM (dRAM)は最も^集積化されたものとし
て知られている。このメモリセルは記憶データを電荷の
形でMOSキャパシタに蓄える。このdRAMを更に高
集積化するに当たって最も大きな問題は、メモリセル寸
法の縮小に伴って情報電荷量が小さくなり信頼性が低下
することである。
Mo8−F−ヤバシタの面積を増大することなく、その
容量を増大する手段として、キャパシタ絶縁膜厚を小さ
くすること、1!電率の大きいキャパシタ絶縁膜を用い
ること、等が考えられる。しかし、キャパシタ絶縁膜を
薄くすることは耐圧低下をもたらすため限界がある。誘
電率の大きい絶縁膜として5iOzに代わり3i3N+
を用いること等が考えられるが、これは製造工程が複雑
になり、またリーク電流が増大する等、実用上未だ問題
がある。MOSキャパシタの占有面積を増大することな
くその容量を増大する方法として、MOSキャパシタ領
域内に溝を掘ってキャパシタ面積を稼ぐことが有力な方
法として注目されている。しかしこの方法も、狭い領域
内に微少な深い溝を掘らなければならず、十分な信頼性
を保ちながら容量増大を図るには限界がある。
一方、従来のメモリセル構成では情報保持特性について
も問題がある。従来のdRAMでは一般に、MOSキャ
パシタの上部キャパシタ電極を全メモリセルに共通のい
わゆるセルプレートとして固定電位(例えばVs s 
)とし、半導体基板側の拡散層を情報蓄積ノードとして
いる。この様な構成では、半導体基板の空乏層での電子
正孔対の発生により情報電荷は経時的に減少し、これが
情報保持時間を規定している。またメモリセルの微細化
に伴って、パッケージからのα線により情報が破壊され
るいわゆるソフトエラーが大きな問題となってきている
(発明の目的) 本発明は、キャパシタ面積を増大させることなく実効的
に蓄積電荷量を大きくして高性能化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。
〔発明の概要〕
本発明においては、一個のメモリキャパシタとその両端
にそれぞれ一端を接続した第1.第2の二個のMOSト
ランジスタによりメモリセルを構成する。二個のMoS
トランジスタの各他端はそれぞれ対をなすビット線に接
続され、またゲートは共通にワード線に接続される。
〔発明の効果〕
本発明によれば、メモリセル面積の増大は殆どない。メ
モリセル面積の大部分を占めるのはキャパシタ面積であ
り、一個のMoSトランジスタを付加しても面積増大へ
の影響は非常に小さいからである。
そして本発明のメモリセル構成を用いれば、実効的な情
報電荷量を従来よりはるかに大きくすることができる。
即ち本発明のメモリセルでは、情報書き込みに際して、
二個のMoSトランジスタを同時にオンにして、対をな
すビット線BL。
Bしのうち8しをVcc、BLをVssとして”1”を
書き込み、またBLをVss、BLをVccとして“O
Itを書き込むことができる。そうすると、“1″書込
み時と゛0″書込み時の情報電荷量の差(電荷変位量)
は、メモリキャパシタの容量をCとして、 2XC(Vcc−Vss ) となる。この電荷変位量は、従来の1トランジスタ/1
キヤパシタのメモリセルでキャパシタ電極を固定電位と
して情報記憶を行なう場合に比べて、キャパシタ容量を
同じとした時、2倍である。つまり従来のメモリセル方
式と比較して、実効的には2倍の情報電荷量を蓄積した
と等価になる。従って本発明によれば、高集積化した信
頼性の高いdRAMが実現する。
本発明によれば、実効的な情報電荷量の増大による信頼
性向上の他に、質的な意味でも信頼性向上が図られる。
従来のメモリセルでは、キャパシタの一端が固定電位で
あるため、情報蓄積ノードへのキャリア注入により情報
破壊が生じる。これに対して本発明では、メモリキャパ
シタの両端がフローティングの状態で情報電荷を保持す
る。このため、半導体基板でのキャリア発生によってメ
モリキャパシタの一端に電位変動が生じても、他端がこ
の変動に応じて電位変動するので、情報電荷が消失する
ことはない。従ってソフトエラーなどに対して本質的に
強いClRAMが得られる。
なお本発明のメモリセル構成において、二つのMOSト
ランジスタの内一方を省略して、メモリキャパシタの一
端を直接ビット線に接続するようにしても、上述した書
込みを行なうことにより実効的な情報電荷量の増大は可
能である。しかしこれでは十分な電荷保持特性が得られ
ない。何故なら、ビット線の容量は通常メモリキャパシ
タのそれに比べてはるかに大きく、従ってキャパシタの
一端を固定電位とする従来のものと同じように半導体基
板での電荷発生等により情報破壊が生じるからである。
従って本発明においてメモリキャパシタの両端にMOS
トランジスタを設けるのは、このような情報破壊を防止
する上で重要な意味をもっている。
〔発明の実施例〕
以下本発明の詳細な説明する。
第1図は一実施例の1メモリセル部分の回路構成を示す
。CMがメモリキャパシタであ、す1.その両端に第1
.第2のMoSトランジスタQ1゜Q2のドレインが接
続され、Q!、Q2のソースは対をなすヒツトIjlB
L、BLに接続されている。
Qs 、Q2のゲートは共通にワード線WLに接続され
ている。このようなメモリセルが半導体基板上にマトリ
クス状に集積形成されてdRAMが構成される。
第1図のメモリセルの情報書込みは、ワード線WLによ
り第1.第2のMOSトランジスタQt。
Q2を同時にオンにし、一方のビット線BLにVcc、
他方のビット線BLにVssを与えて“1″書込みが行
われ、また一方のピッ]へ線8Lに■88.他方のビッ
ト線BLにVccを与えて“0”書込みが行われる。情
報読出しは、ワード線WLにより第1.第2のMOSト
ランジスタQl 、Q2を同時にオンにし、例えばビッ
ト線BLを基準電位Vssとしてビット線8Lの電位を
読み取ることにより行われる。
第2図は第1図のメモリセルの具体的な構造例である。
(a)が平面図、(b)はそのA−A”断面図を示して
いる。この構造はnチャネル、二層多結晶シリコンプロ
セスにより作られる。11はp−型Si基板であり、ま
ずLOCO8法等によるフィールド絶縁膜12を形成し
て素子分離が行われる。第2図(a)の破線で囲まれた
領域外がフィールド絶縁膜12で覆われている。このよ
うに素子分離が行われた基板11に、キャパシタの基板
側電極となるn型層13が形成され、この上にキャパシ
タ絶縁膜14を介して第1層多結晶シリコン膜によるキ
ャパシタ1穫15が配設されてメモリキャパシタCMが
構成されている。キャパシタ電極15は、第2のMOS
トランジスタQ2のドレインに接続するため基板11に
形成されたn+型層16にダイレクトコンタクトさせて
いる。メモリキャパシタCMの両側に、ゲート絶縁膜1
71.172を介して第2層多結晶シリコン膜によるゲ
ート電極181.182を形成し、イオン注入によりド
レイン、ソースとなるn+型層191.192及び20
t 、202を形成して、第1.第2のMOSトランジ
スタQ工、Q2を構成している。第1のMQSトランジ
スタQ1のドレインであるn+型層191はメモリキャ
パシタCMの基板側電極であるn型層13につながり、
第2のMoSトランジスタQ2のトレインであるn”型
1!192はn”1116とつながってキャパシタ電極
15に接続される。こうしてメモリキャパシタCMと第
1.第2のMOSトランジスタQ1.Q2が形成された
基板上にCVD絶縁1!21が堆積され、これにコンタ
クトホールを開けて、第1.第2のMOSトランジスタ
Qt 、Q2のソースとなるn+型層201.202に
それぞれ接続するA℃配線22r 、222を配設して
いる。
A℃配線221.222はそれぞれ行方向に連続的に配
設されて対をなすビット線BL、BLを構成する。なお
第1.第2のMOI−ランジスタQ1.Q2のゲート電
極181.182は列方向に連続的に配設され、チップ
周辺で共通接続されて機能的には一本のワード線として
働く。
このような構成とすれば、メモリキャパシタの容量を従
来の1トランジスタ/1キヤパシタのそれと同じとした
時、情報(41ITとO”の間の電荷変位量が2倍大き
いため、情報保持特性が優れたものとなる。また情報電
荷は第1.第2のMOSトランジスタを共にオフとして
メモリキャパシタの両端をフローティング状態として保
持されるため、ソフトエラーなどに対して強いdRAM
となる。しかもMOSトランジスタを一個付加すること
による占有面積増大はdRAMの高集積化にとって余り
問題とならない。以上により本実施例によれば、高性能
、かつ高集積化dRAMが得られる。
第3図は他の実施例のメモリセル構造を示す。
この実施例は三層多結晶シリコンプロセスにより、より
高集積化を図ったもので、(a)は平面図、(b)、(
C)はそれぞれ(a)のB−B  。
c−c”断面図である。製造工程に従って説明すると、
先ずSi゛基板31に絶縁膜32を介して第1層多結晶
シリコン膜33を堆積し、これをキャパシタ電極及び第
1のMOSトラ・ンジスタを形成する部分を残すように
パターニングする。第1層多結晶シリフン膜33は、例
えば電子ビームアニール法により少なくともMOSトラ
ンジスタのチャネル領域(活性層)となる部分を再結晶
化し、p型層331を形成する。この後熱酸化膜等のゲ
ート絶縁1I34を介して第2層多結晶シリコン膜によ
りゲート電極35を形成する。このゲート電極35は第
1.第2のMOSトランジスタQt 。
Q2に共通のものとなる。そしてゲート電極35をマス
クとして第1層多結晶シリコン1133に不純物をドー
プして、ドレイン兼第1キヤパシタ電極となるn+型層
332及びソースとなるn+型層333を形成する。こ
れにより第1のMOSトランジスタQ!が得られる。次
いで熱酸化等により第1層多結晶シリコン膜33及び第
2層多結晶シリコンゲートIfii35上にそれぞれキ
ャパシタ絶縁膜36及びゲート絶縁膜37を形成し、こ
の上に第3層多結晶シリコン膜38を堆積する。この第
3層多結晶シリコン膜38もキャパシタ電極及び第2の
MOSトランジスタ領域を残すようにパターニングし、
少なくとも第2のMOSトランジスタの活性層となる部
分を電子ビームアニールなどにより再結晶化する。そし
てこの部分をp型層381とし、ドレイン兼第2キヤパ
シタ電極となる部分及びソースとなる部分に不純物をド
ープしてそれぞれn2型層382.383を形成する。
こうしてゲート電極35と第1層多結晶シリコン113
3により第1のMoSトランジスタQ1を構成し、同じ
ゲート電極35と第3層多結晶シリコン膜38により第
2のMoSトランジスタQ2を構成し、また第1層多結
晶シリコン膜のn+型層332と第3層多結晶シリコン
膜のn“型層382の間でメモリキャパシタCMを構成
している。そして最後に、全面をCVD絶縁膜39で覆
い、これにコンタクトホールを開けて第1.第2のMO
SトランジスタQt 、Q2のソースであるn1型11
332,382にそれぞれ接続スル、対をなすビットJ
!BL、BLとしてのA℃配線401.402を配設す
る。
この実施例によれば、二つのMOSトランジスタのゲー
ト電極が共用されていることから、先の実施例に比べて
より一層高集積化が図られる。基板内拡散層を利用せず
、全ての素子を多結晶シリコン膜により構成しているこ
とから、従来のような素子分離層の形成を必要とせず、
このこともdRAMの高集積化に寄与する。また、メモ
リキャパシタ及びMoSトランジスタが全て基板上の多
結晶シリコン膜により構成されているため、基板内での
電子正孔対の発生に起因するソフトエラー等の情報破壊
4も、より確実に防止される。
本発明は上記実施例に限られるものではない。
例えば、第1層多結晶シリコン膜により第1のMOSト
ランジスタのゲート電極を形成し、そのソース、ドレイ
ン及びメモリキャパシタの第1キヤパシタ電極を基板内
の拡散層により形成し、第1のMOSトランジスタのゲ
ート電極を第2のMOSトランジスタのゲート電極とし
て共用して第2層多結晶シリコン膜により第2のMoS
トランジスタとメモリキャパシタの第2キヤパシタ電橿
を形成することもできる。その細氷発明はその主旨を逸
脱しない範囲で種々変形実施することができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例のメモリセルの回路構成を示
す図、第2図はそのメモリセル構造の例を示す図、第3
図は同じくそのメモリセル構造の池の例を示す図である
。 CM・・・メモリキャパシタ、Ql・・・第1のMOS
トランジスタ、Q2・・・第2のMOSトランジスタ、
BL、BL・・・ビット線、WL・・・ワード線、11
・・・p−型3i基板、12・・・フィールド絶縁膜、
13・・・n型層、14・・・キャパシタ絶縁膜、15
・・・キャパシタ電極(第1層多結晶シリコン!li)
、16・・・n+型層、171,172・・・ゲート絶
縁膜、181.182・・・ゲート電極(第2層多結晶
シリコン膜、ワード線)、19r 、192.20t 
。 202−n+型層、21 ・CV D絶縁膜、221゜
222・・・A℃配線(ビット線)、31・・・p型S
1基板、32・・・絶縁膜、33・・・第1層多結晶シ
リコン膜、34・・・ゲート絶縁膜、35・・・ゲート
電極(第2層多結晶シリコン膜、ワード線−)、36・
・・キャパシタ絶縁膜、37・・・ゲート絶縁膜、38
・・・第3層多結晶シリコン膜、39・・・CVD絶縁
膜、401.402・・・A℃配線(ビット線)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板に複数のメモリセルを集積形成して構
    成される半導体記憶装置において、メモリセルは、一個
    のメモリキャパシタと、その両端にそれぞれ一端が接続
    された第1、第2の二個のMOSトランジスタとからな
    り、二個のMOSトランジスタの各他端はそれぞれ対を
    なすビット線に接続され、ゲートは共通にワード線に接
    続されていることを特徴とする半導体記憶装置。
  2. (2)メモリキャパシタは、半導体基板に形成された拡
    散層を一方の電極とし、その上に絶縁膜を介して多結晶
    シリコン電極を配設したMOSキャパシタである特許請
    求の範囲第1項記載の半導体記憶装置。
  3. (3)第1のMOSトランジスタは、半導体基板上に絶
    縁膜を介して堆積された第1層多結晶シリコン膜に活性
    層を形成し、この上にゲート絶縁膜を介して第2層多結
    晶シリコン膜によるゲート電極を形成して構成され、第
    2のMOSトランジスタは、前記ゲート電極上にゲート
    絶縁膜を介して堆積された第3層多結晶シリコン膜に活
    性層を形成して構成され、メモリキャパシタは、前記第
    1層多結晶シリコン膜と第3層多結晶シリコン膜のそれ
    ぞれ第1、第2のMOSトランジスタのドレイン領域と
    なる部分を絶縁膜を介して対向させて構成した特許請求
    の範囲第1項記載の半導体記憶装置。
JP59263305A 1984-12-13 1984-12-13 半導体記憶装置 Pending JPS61140171A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5000668A (en) * 1988-04-27 1991-03-19 Diesel Kiki Co., Ltd. Distribution-type fuel injection pump
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