JPS62144353A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS62144353A
JPS62144353A JP60285164A JP28516485A JPS62144353A JP S62144353 A JPS62144353 A JP S62144353A JP 60285164 A JP60285164 A JP 60285164A JP 28516485 A JP28516485 A JP 28516485A JP S62144353 A JPS62144353 A JP S62144353A
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JP
Japan
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region
concentration
semiconductor substrate
conduction type
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP60285164A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuhiro Tsukamoto
塚本 克博
Masahiro Shimizu
雅裕 清水
Masahide Oishi
大石 昌秀
Hiroki Shimano
裕樹 島野
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電荷の有無を記憶情報とする半導体記憶装置に
関するものである。
〔従来の技術〕
従来のこの種の半導体記憶装置の例として、16に、6
4にダイナミックRAMのメモリセルの構成を第7図に
示す。第7図において、1はP−型の導電性をもつ半導
体基板>2および3は第1層および第2層のゲート電極
、4はゲート絶縁膜、5は層間絶縁膜、6は電荷蓄積領
域としてのN゛領域7はビット線としてのN″領域8は
素子間分離のための素子間分離絶縁膜、9は同様に素子
間分離のためのP″領域あり、第1層のゲート電極2は
電源端子T1に接続され、第2層のゲート3はワード線
接続用接続端子T2に接続されていて、各N’?ii域
6.7と半導体基板1との間にはそれぞれ空乏層10.
11が形成されている。
第7図においては配線部分および保護膜を省略した。ま
た説明を簡略化するため、領域6をN゛拡散領域とした
が、ゲート電極2に正電位を与えることにより、ゲート
絶縁膜4を介して半導体表面の領域6相当部分にN゛の
反転層を誘起させて電荷を蓄積するようにしてもよい。
このような従来構成にあって、メモリセルの電荷蓄積領
域としてのN″領域6に電子が蓄積されている状態を「
0」、蓄積されていない状態を「1」とする。そしてビ
ット線としてのN 4 bfj域7の電位は、図示を省
略したセンスアンプの働きによって、予めある中間電位
に保持されている。
ここで、ワード線の電位があがり、このワード線に接続
されているトランスファゲートとしてのゲート電極3の
電位がしきい値電圧よりも高くなると、ゲート電極3の
直下にN4反転層のチャネルが形成されて両N ” j
fi域6.7間が導通となる。
今、メモリセルの記憶情報が「0」すなわちN゛領域6
に電子が蓄積されている状態の場合、N゛領域6とビッ
ト線としてのN″領域7とが導通ずることによって、そ
れまで中間電位に保持されていたN ’ 8U域7の電
位が下がることになる。また反対にメモリセルの記憶情
報が「1」すなわちN″領域6に電子が蓄積されていな
い状態の場合、この導通によって、中間電位にあったN
″領域7の電位が上がることになる。そしてこのビット
biの電位の変化をセンスアンプにより感知・増幅して
取り出すと共に、同じ記憶情報をリフレッシュして同一
サイクル内に再度メモリセルに書き込むようにしている
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のメモリセルはこのように動作するが、電荷蓄積領
域6ならびにビット線7がN″領域るいはN4反転層で
形成されているために、α線などの放射線がメモリチッ
プ内に入射して生成される電子・正孔対の内の電子がこ
れらの電荷蓄積領域6やビット線7に収集されて、本来
の記憶情報を反転させることで、誤動作(以下「ソフト
エラー」と呼ぶ)を発生するという欠点があった。
また上記欠点を解消するために、第8図にみられる通り
、電荷蓄積領域としてのN″領域6の周囲にP型頭域1
2を形成しメモリセル容量を増加させ、α線などの放射
線で生成される電子が電荷蓄積領域6に収集されても誤
動作しないように、臨界電荷量を大きくしてソフトエラ
ーを防止する手段がある。しかしこの手段の場合、ビッ
ト線としてのN (−6i域7は電子の吸収に対して保
護されておらず、また付加的にN″領域7の周囲にP壁
領域を設けると、せいぜい2〜3μmといった狭い間隔
内にP壁領域が対向されることになって、寄生PNP 
l−ランジスタ動作を生じ、トランスファ・ゲートを安
定に動作させることが困難となる。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、微細化構造にあってもトランジ
スタ特性を損なわず、単純な構造でα線などの放射線に
よるソフトエラーを除去できる半導体記憶装置を得るこ
とにある。
〔問題点を解決するための手段〕
このような欠点を除去するために本発明は、第1導電型
の半導体基板上に電荷蓄積領域としての第2導電型の領
域とビット線としての第2導電型の領域と、第1層、第
2層のゲート電極とを形成した半導体記憶装置において
、第2導電型の各領域を取り囲むようにして半導体基板
の濃度よりも高濃度の第1導電型の高濃度領域を形成し
、第2層のゲート電極に対向する半導体基板表面に第2
導電型の不純物を低濃度に導入して高濃度領域の表面濃
度を実効的に低下させた低濃度領域を形成したものであ
る。
〔作用〕
本発明においては、α線などの放射線の入射によって生
じる誤動作が防止され、トランジスタは安定に動作する
〔実施例〕
本発明に係わる半導体記憶装置の一実施例を第1図に示
す。第1図において第7図、第8図と同一部分又は相当
部分には同一符号が付しである。
本実施例では、電荷蓄積領域としてのN′領域6および
ビット線としてのN″領域7を共通に取り囲むようにし
て、半導体基板1の濃度よりも高濃度のP 4 jli
域13を注入、拡散形成したものである。
本実施例の形成手段としては、P−型の半導体基板1に
P゛不純物を選択的に注入、拡散して、反転・寄生防止
のためのP″領域9を、また同時に素子間分離絶縁膜8
をそれぞれ形成した後、動作領域としてのP″領域13
を素子間絶縁膜8をマスクとしたP゛不純物の注入、拡
散により形成する。このあと、P″領域13の表面濃度
を下げるため、たとえばリンのようなN型不純物を低濃
度にイオン注入する。その後は通常の形成手順でN″領
域6.ゲート電極2.N″領域7.ゲート電極3などを
形成させるが、これによって両N゛領域6.7はP′″
領域13によって取り囲まれることになる。
また、ここでの実施例でのトランスファ・ゲートは半導
体基板1よりも高濃度のP″領域13内に形成される。
そして、通常、トランスファ・ゲートのしきい値電圧は
、装置の安定動作を考慮して、周辺トランジスタのしき
い値電圧よりも高く設定しているが、P′領域13の濃
度できまるしきい値電圧で高すぎるため、N型不純物の
低濃度イオン注入によって低濃度領域14を形成し、ト
ランスファ・ゲートのしきい値電圧を制御している。
前記したソフトエラーは、チップ内にα線などの放射線
が入射したときに生成される電子・正孔対の内の電子が
電荷蓄積領域やビット線としてのN″領域6,7に収集
されて引き起こされる。すなわち、チップ内に入射した
α線はエネルギーを失って停止するまでに、その飛程に
沿って多数の電子・正孔対を生成し、空乏層10.11
内で生成された電子・正孔対は、空乏層内部の電場によ
り直ちに分離され、電子はN″領域6.7に収集され、
正孔は半導体基板1を通って流れ落ちる。
またN″領域6,7の内部で生成された電子・正孔対は
再結合するために電子の増減には全く寄与せず、半導体
基板1の内部で生成された電子・正孔対は、拡散によっ
て空乏層10.11に達した電子のみがN +bJJ域
6,7に収集されてソフトエラーを引き起こし、他のも
のは半導体基板1内で再結合されることになる。
従って、この実施例においては、N″領域6゜7のそれ
ぞれを半導体基板1よりも高濃度のP゛領域13で取り
囲むことによって、次に示すような特徴を生じる。
■ N″領域6.7とP+領域13の界面に形成される
空乏層10.11の幅が狭くなってN″領域6.7の容
量が大きくなる。
■ N″領域6.7の一部がP″領域13内に形成され
ることにより、半導体基板1から拡散してきた電子はP
″領域13内で寿命が短くなり、N″領域6.7に達し
にくくなる。
■ 半導体基板1とP″領域13との界面に電子に対す
るポテンシャルバリアが形成されるために、半導体基板
1から拡散されてくる電子のうちのエネルギーの小さな
ものの通過を許さない。
そして■記載の点により、N″領域6.7に蓄、積され
るroj、rlJに対応する電子数の差が大きくなり、
α線などの入射によって生成される電子に対して余裕を
もたせることができる。また■および■記載の点により
、N+領域6.7に拡散して(る電子を防ぐことができ
て、ソフトエラーの発生を除去し得る。
第2図の特性曲線20でP″領域13の不純物濃度とソ
フトエラー発生率との関係を示す。同図に示すように、
P+不純物濃度を高くしていくと、ソフトエラー発生率
は顕著に減少する。例えば不純物濃度を10”/cm”
程度にすれば、ソフトエラーの発生率は、10”/c+
++’の場合に比して、約10−4に低下する。しかし
ながら、第2図の特性曲線21に示すように、トランス
ファ・ゲートの閾値電圧は著しく高くなり、次式で表わ
される書込み電荷の量Qsが小さくなって、メモリ動作
が不安定になる。このため、P“領域13の表面にN型
不純物を薄くイオン注入してP゛型のキャリア濃度を例
えば5X10”〜5X10′6/印3に実効的に下げる
ことにより、第3図の特性曲線22に示すように閾値電
圧■アを下げ、0.5〜1.5■の適正な値に調整する
ことが可能となる。このようにして、ソフトエラーの発
生率を抑制し、かつ適正な閾値電圧となるP″領域13
を形成し得る。
また本実施例で示されるように、ビット線としてのN″
領域7は、P″領域13と接しているので、接合の空乏
層容量が増加し、ビット線の浮遊容量C11が大きくな
る。センスアンプで検出される信号電圧は、 V”’ (Vll  VT)/ (1+CB/C5)で
与えられるので、C3が大きくなると信号電圧が小さく
なり、記憶装置としての動作が不安定になる。このため
、C8が大きくなるのを抑制する必要があり、ビット線
の浮遊容量を低減するため、ピント線の下の眉間絶縁膜
(図示せず)やビット線の保護膜(図示せず)を誘電率
の低い膜、例えば酸化シリコン膜やリンガラス膜にする
ことが、本実施例では特に好ましい。
なお本実施例は、ビット線としてのN″領域6.7を取
り囲むようにP″領域13を形成する例を示したが、セ
ンスアンプのN″領域および周辺回路のN″領域につい
ても同様に適用できる。また本実施例はダイナミック型
に適用した場合であるが、スタティック型についても同
様に適用可能なほか、NチャネルがPチャネルの場合に
も適用でき、MOSデバイス、バイポーラデバイス共に
適用できるものである。
本発明を適用して製造されたメモリセルをパッケージに
収納した例を第4図〜第6図に示す。各々の図における
パッケージ構成材料は従来から知られているものであり
、α粒子の放出率が低い材料である必要はなく、チップ
表面のα粒子防止膜も不要となる。
第4図はセラミックパッケージに収納した場合、第5図
は樹脂モールドパッケージに収納した場合、第6図はフ
リップチップ方式で収納した場合である。第4図〜第6
図において、31はメモリチップ、32はポンディング
ワイヤ、33は外部リード、34はセラミック基体、3
5は蓋、36はフレーム、37は樹脂である。ここには
図示していないが、本発明を適用することにより、SO
J。
ZIP、モジュール型のパッケージに収納した場合にも
、チップ表面のα粒子防止膜および特別なパッケージ材
料を用いる必要もなくなり、同様に製造工程の減少およ
び製造工程コストの低減をはかることが可能となる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、第1導電型の半導体基板
上に電荷蓄積領域としての第2導電型の領域とビット線
としての第2導電型の領域と、第1層および第2層のゲ
ート電極とを形成した半導体記憶装置において、第2導
電型の各領域を取り囲むようにして半導体基板の濃度よ
りも高濃度の第1導電型の高濃度領域を形成したことに
より、第2導電型の各領域の容量が大きくなり、半導体
基板から拡散してきた電子は高濃度領域で寿命が短くな
り、半導体基板と高濃度領域との界面に電子に対するポ
テンシャルバリアが形成されて半導体基板からのエネル
ギーの小さな電子の通過が防止されるので、α線などの
入射によって生成される電子に対して余裕をもち、第2
導電型の各領域に拡散してくる電子を防ぎ、α線などの
放射線の入射によって生ずる誤動作を防止する半導体記
憶装置を得ることができる効果がある。
また、第2層のゲート電橋に対向する半導体基板表面に
第2導電型の不純物を低濃度に導入し7て高濃度領域の
表面濃度を実効的に低下させた低濃度領域を形成したこ
とにより、トランスファ・ゲートの閾値電圧を適正な値
に設定することができるので、安定なメモリ動作を得る
ことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる半導体記憶装置の一実施例を示
す断面図、第2図および第3図は本装置の特性を示すグ
ラフ、第4図〜第6図は本発明を適用して製造されたメ
モリセルをパッケージに収納した例を示す構成図、第7
図および第8図は従来の半導体記憶装置を示す断面図で
ある。 1・・・・半導体基板、2.3・・・・ゲート電極、4
・・・・ゲート絶縁膜、5・・・・層間絶縁膜、6.7
・・・・N″領域8・・・・素子量分wL絶縁膜、9,
13・・・・P″領域10.11・・・・空乏層、14
・・・・低濃度領域、TI・・・・電a端子、T2・・
・・接続端子。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の半導体基板上に電荷蓄積領域として
    の第2導電型の領域とビット線としての第2導電型の領
    域と、第1層、第2層のゲート電極とを形成した半導体
    記憶装置において、前記第2導電型の各領域を取り囲む
    ようにして前記半導体基板の濃度よりも高濃度の第1導
    電型の高濃度領域を形成し、前記第2層のゲート電極に
    対向する半導体基板表面に第2導電型の不純物を低濃度
    に導入して前記高濃度領域の表面濃度を実効的に低下さ
    せた低濃度領域を形成したことを特徴とする半導体記憶
    装置。
  2. (2)高濃度領域の濃度を半導体基板の濃度よりも1桁
    以上高濃度とし低濃度領域の濃度を5×10^1^5〜
    5×10^1^6/cm^3とし、第2層のゲート電極
    を有するMOSトランジスタの閾値電圧が0.5〜1.
    5Vの範囲内になるようにしたことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の半導体記憶装置。
JP60285164A 1985-12-18 1985-12-18 半導体記憶装置 Pending JPS62144353A (ja)

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JP60285164A JPS62144353A (ja) 1985-12-18 1985-12-18 半導体記憶装置
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57210665A (en) * 1981-06-19 1982-12-24 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor memory device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57210665A (en) * 1981-06-19 1982-12-24 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor memory device

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