JPS62197989A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS62197989A
JPS62197989A JP61039193A JP3919386A JPS62197989A JP S62197989 A JPS62197989 A JP S62197989A JP 61039193 A JP61039193 A JP 61039193A JP 3919386 A JP3919386 A JP 3919386A JP S62197989 A JPS62197989 A JP S62197989A
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JP
Japan
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switch
voltage
electrode
memory cell
misfet
Prior art date
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JP61039193A
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English (en)
Inventor
Takeshi Kajimoto
梶本 毅
Osamu Tsuchiya
修 土屋
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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、半導体記憶装置に関するものであり、特に、
ダイナミック型ランダムアクセスメモリを備えた半導体
記憶装!!!(以下、DRAMという)に適用して有効
な技術に関するものである。
〔従来の技術〕
フォールプツトピットライン方式を採用するDRAMの
メモリセルは、スイッチ用M I S FETと情報蓄
積用容量素子との直列回路で構成されている。
情報蓄積用容量素子は、一般的に、n型の半導体領域、
誘電体膜及びプレート電極を順次重ね合せたMIS型容
量素子で構成されている。n型の半導体領域は情報蓄積
用容量素子の一方の電極を構成し、プレート電極はその
他方の電極を構成している。プレート電極は、隣接する
他のメモリセルの情報蓄積用容量素子のプレート電極と
一体に構成されている。このプレート電極には1回路の
電源電圧(例えば、5 [V] )V c c (又は
回路の接地電圧(例えば、O[V] )V s s ]
が印加される。n型の半導体領域は、スイッチ用MIS
FETを通してデータ線に接続されている。このn型の
半導体領域には、データ線からスイッチ用MIS FE
Tを通して、情報の′0″又は″1″に対応したハイレ
ベルの信号電圧又はロウレベルの信号電圧が印加される
。すなわち、メモリセルの情報蓄積用容量素子は、プレ
ート電極に印加される電圧とn型の半導体領域に印加さ
れる信号電圧との差で生じる電荷量で情報を形成するこ
とができる。
なお、DRAMについては、例えば、特開昭57−19
4567号に記載されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明者は、前述のDRAMにおける検討の結果、次の
ような問題点が生じることを見出した。
DRAMのメモリセルには、前記プレート電極が設けら
れ、さらにワード線及びデータ線が接続されている。プ
レート電極は、MIS型の情報蓄積用容量素子を形成す
るので、第1層目の導電層(例えば多結晶シリコン膜)
で構成されている。ワード線は、スイッチ用MISFE
Tのゲート電極を形成し、ソース領域及びドレイン領域
(半導体領域)形成のマスクとして使用するので、第2
層目の導電層(例えば多結晶シリコン膜)で構成されて
いる。データ線は、信号の伝達速度を速くし動作速度の
高速化を図るために、第3層目の導電層(例えばアルミ
ニウム膜)で構成されている。このように構成されるメ
モリセルは、前記配線間の絶縁膜に設けられた接続孔を
通して、データ線と電気的に接続されている。
このため、接続孔の面積及びその形成時のマスク合せ余
裕面積がメモリセルに必要なので、DRAMの集積度を
低下させる。
本発明の目的は、DRAMの集積度を向上することが可
能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、DRAMのメモリセルとデータ線
との接続孔をなくすことが可能な技術を提供することに
ある。
本発明の他の目的は、DRAMのメモリセルに接続され
る配線の占有面積を縮小することが可能な技術を提供す
ることにある。
本発明の他の目的は、DRAMのメモリセルに接続され
る配線本数又は配線層数を低減することが可能な技術を
提供することにある。
本発明の他の目的は、DRAMのメモリセルに墾続され
る配線のレイアウトの自由度を向上することが可能な技
術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
〔問題点を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち1代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
DRAMにおいて、セルのスイッチ用MISFETを、
第1の方向に複数配置し、かつ夫々の隣接するソース領
域とドレイン領域とを共有するように直列に接続する。
また、この直列接続された夫々のスイッチ用M I S
 FETのゲート電極に接続し、かつ第1の方向に延在
するようにワード線を構成する。さらに、直列接続され
た両端部のスイッチ用M I S FETの半導体領域
を固定電圧に接続することにより、前記夫々のスイッチ
用MISFETの半導体領域を一方の電極とし、前記第
1の方向と交差する第2の方向に延在するデータ線を他
方の電極とする情報蓄積用容量素子を構成する。
〔作用〕
上記した手段によれば、スイッチ用MISFETのゲー
ト電極をワード線と一体に構成し、データ線で情報蓄積
用容量素子の他方の電極を構成し、さらに、半導体領域
で固定電圧用配線を構成することができるので、メモリ
セルと配線とを接続する接続孔をなくu、DRAMの集
積度を向上することができる。
〔実施例!〕
以下、本発明の構成について、実施例を用いて説明する
本実施例■は、異なるメモリセルアレイに延在する一対
の相補データ線を1つのセンスアンプに接続したオープ
ンビットライン(1交点)方式のDRAMに本発明を適
用した実施例である。
本発明の実施例■であるDRAMのメモリセルアレイを
第1図(等価回路図)で示す。
なお、実施例の全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、そのくり返しの説明は省略する。
DRAMのメモリセルアレイMAには、第1回で示すよ
うに、メモリセルMのスイッチ用(メモリセル選択用)
MISFETQa=Qkが列方向(第1の方向)に複数
配置されている。MISFETQa−Qkは、隣接する
M I S FETが夫々のソース領域とドレイン領域
とを共有するように直列に接続されている。この直列接
続されたMISF E T Q a ” Q kのうち
、端部のM I S FETQa及びQkのソース領域
(又はドレイン領域)は、固定電圧Vccに接続されて
いる。固定電圧VcCは、メモリセルMに情報ttO″
°、“l l)を書込み又は読出すために、かつ華れ゛
らの動作でMiSFET Q a ” Q kがソーメ
°iドレイン領域間バンチスルー等により不要に導通し
ないように1例えば、回路の電[(動作)電圧5[v]
で形成する。
MISFETQa”Qkの夫々のゲート電極は、列方向
に延在するワードl1AWLと電気的に接続されている
。ワードfiWLには、M I S F E T Q 
a〜Qkを、導通状態(選択状態)にするハイレベルの
信号電圧W1.I、又は非導通状態(非選択状態)にす
るロウレベルの信号電圧WLが印加される。信号電圧W
8としては、固定電圧VccがMtSFETQa=Qk
のしきい値電圧vLhで減少しないように、固定電圧V
ccにしきい値電圧vt、hとそのマージン(プロセス
による変動幅)を加えた電圧、例えば8[v]を使用す
る。この信号電圧W、4は。
例えば1周知のブートストラップ容量を利用したワード
線ブートストラップ回路(ブース1へ回路。
図示していない)で形成できる。信号電圧WLとしては
例えば回路の接地電位Vs 5(=0 [V] )を使
用する。
メモリセルMの情報蓄積用容量素子Ca”Cjは、MI
SFETQa”Qkのソース領域又はドレイン領域(直
列接続したM I S FETの隣接する2つのMIS
FETの接続点)に一方の電極が接続され、データ線D
Lに他方の電極が接続されている。データ線DLは、列
方向と交差する行方向(第2の方向)に延在するように
構成されている。
1つのセンスアンプSAの両側に延在するデータ線DL
、DLが一対とされ対応するセンスアンプSAに接続さ
れており、夫々のデータ線DL及びDLは異なるメモリ
セルアレイM A o 、 M A r内を夫々延在し
ている。このデータ線DLのレイアウトは、所謂オープ
ンビットライン(1交点)方式のDRAMを構成してい
る。
データ線DL(DL)には、情報°”0″′又は” 1
 ”を書込むハイレベルの信号電圧DM若しくはロウレ
ベルの信号電圧DL、又は、その情報を保持しかつ読出
すための信号電圧DMが印加される。信号電圧り、4は
、情報蓄積用容量素子Cに蓄積される電荷量がOになる
ように、実質的に固定電圧VcCと同一電位の5[v]
とされる。信号電圧DLは、情報蓄積用容量素子Cに所
定の電荷量が蓄積されるように、回路の接地電位(Vs
s)0[V]とされる。信号電圧DMは、信号電圧り、
4と信号電圧DLとの中間電圧(+2.5 [V] )
が印加される。
一本のワード線(例えばWLO)に対応されたーフのメ
モリセル列は1列方向に直列接続されかつワード線WL
oに接続されたM I S F E T Q a〜Qk
及びそのソース領域又はドレイン領域(又はその接続点
)に接続された情報蓄積用容量素子Ca ” Cjから
なる。メモリセル列は、行方向に複数配置されて、メモ
リセルアレイMAを構成している。
DRAMのL [bitlを構成するメモリセルMは、
第1図に符号Mを符して一点鎖線で囲んで示すように構
成されている。すなわち、メモリセルMは1列方向に隣
接する他のメモリセルMと共有するMI 5FET(Q
e、Qf)と、このMISFET(Qa、Qf)で共有
される半導体領域つまりそのソース領域又はドレイン領
域を一方の電極とする情報蓄積用容量素子(Ce)で構
成されている。
あるいは、メモリセルMは、一つのMISFETと容量
素子(QaとCa、QbとCb、−、Qhとch)で構
成されていると見ることもできる。
この場合、MISFETQkは、後述するMISFET
Qa−Qhによって形成される固定電位用配線における
電圧降下を極めて小さくするために、″固定電位用配線
と電源電圧Vccとの間に設けられたスイッチ素子と見
ることができる。
このようにメモリセルMを構成するために直列に接続さ
れたMISFETQa=Qkは、ワード線の選択時(ハ
イレベル時)に導通し、ソース領域、ドレイン領域及び
チャネル形成領域は固定電圧VeCとされる。これによ
り、固定電位Vccを、各メモリセルの蓄積ノードつま
り容量素子の一方の電極に印加するための配線を構成す
るようになっている。このとき、ワード線のハイレベル
によってMISFETQkが導通し、その両端から固定
電位が給供される。これと、ワード線のハイレベルがブ
ーストされていることにより、固定電位線全体で略同−
電位を得ることができる。
次に、このように構成されるメモリセルMにおいて、情
報の書込動作、情報の保持動作及び情報の読出動作につ
いて説明する。
情報の書込動作、保持動作及び読出動作のタイミングチ
ャートを第2図で示す、第2図は、第11図に示す隣接
する2つのメモリセルMの情報蓄積用容量素子Ce及び
Cdの動作におけるタイミングチャートである。横軸は
情報の書込動作時間、保持動作時間及び読出動作時間を
示す。縦軸はメモリセルMに接続される配線(固定電圧
用配線、ワード線WL及びデータ線DL)に印加される
電圧値を示す、また、実線、点線及び一点鎖線は、夫々
データ線DLの電位、メモリセルの情報蓄積ノード(特
に隣接するメモリセルのノードd及びe)の電位及びワ
ード線の電位を示す。
最初に書込み動作について説明する。
まず、選択されたワード線WL、に信号電圧WM (V
Cc、+a : α=MI 5FETのしきい値電圧と
そのマージンを加えた値)を印加し、ワード線WLoに
接続されている直列接続されたMISFETQa−Qk
を導通状態にする。これによって、しきい値電圧又は半
導体領域の抵抗による電圧降下無しに、M I S F
 E T Q a ” Q kは固定電圧用配線として
使用される。この結果、明細書の末尾に掲載した第1表
に示すように1選択ワード線WLoに対応する全セルの
情報ノード、例えば情報蓄積用容量素子Cd及びCeの
一方のff112N(ノードd及びe)を固定電位Vc
cにすることができる。
次に、情報蓄積用容量素子Cdに情報rr O++を書
込み、情報蓄積用容量素子Ceに情報゛′1″′を書込
むために、第1表に示すように、データ線DLdに信号
電圧り、4、データ線DLeに信号電圧DLを夫々印加
する。これによって、情報蓄積用容量素子Cdには、固
定電圧Vccと信号電圧り、4との電位差(O[V] 
)に対応した情報II O++が書込まれ、情報蓄積用
容量素子Ceには、固定電圧VcCと信号電圧DLとの
差(5[V])に対応した情報″′1゛′が書込まれる
選択ワードml W L oに接続された他のメモリセ
ルの動作は次のようである。センスアンプSAを動作さ
せ、メモリセルの情報をデータ線DLに読出す。つまり
、情報蓄積ノードのVccmt位によって容量素子がデ
ータ線に与えた電位をセンスアンプSAで検出し、増幅
する。センスアンプSΔによって増幅された信号は、再
度、同一のメモリセルに書込まれる。つまり、メモリセ
ルの記憶情報のリフレッシュが行なわれる。これと同時
に、フローティング状態ではなく電位V c cに固定
された各メモリセルの情報蓄積ノードとデータvADL
との間の容量が、ロウレベルからハイレベルとされた選
択ワード線WLoとデータ線DLとの結合容量によって
、変動するのを防止できる。
非選択ワード線WL+ 、WL2 、・・・に接続され
たメモリセルの動作は次のようである。非選択ワード線
WL r 、 WL2 、・・・には、信号電圧WLが
印加されており、これらに対応する直列接続されたMI
SFETQa=Qkは非導通状態となる。
これにより、メモリセルの情報蓄積ノード(容量素子と
MISFETとの接続点)はフローティング状態となる
。この結果、情報蓄積ノードの電位は、容量素子に書込
まれた電荷を保持しながら(電荷の有無に応じて)デー
タ線DL、DLの電位の変化に応じて変動する。なお、
センスアンプSAの動作により、データ線DLには、デ
ータ線DLとは逆相の信号(相補信号)が与えられる。
なお、書込みを行うセルに結合されたセンスアンプは動
作させてもさせなくてもよい。また、各センスアンプS
Aの基準電位(参照電圧)は、選択されたメモリセルの
あるアレイMA、と反対のアレイMAIにおいて、周知
の種々の方法によって形成し、これをデータ線DLに与
えればよい。
書込みのためのデー々は、各データ線DL、DLの他端
に結合された書込回路(図示せず)によって各データ線
DL、DLに与えればよい。
次に、情報の保持動作について説明する。
選択されたワード@WLoを非選択とし、つます信号電
圧WLを印加し、MI 5FETQa=Qkを非導通状
態にする。この結果、ワード線WI−8に接続されたメ
モリセルの情報蓄積ノード、他のメモリセル同様、フロ
ーティング状態とされる。
ワード線WLoがハイレベルからロウレベルに変化する
とき、センスアンプSAが動作しているので、ワード線
の電位変化が各メモリセルの記憶内容に影響することが
避けられる。この後、センスアンプSAを非動作状態と
する。そして、この状態で第2図及び第1表に示すよう
に、データ線DLd及びDLeを含む全データ線に信号
電圧DMを印加する。信号電位り、は電圧り。とDLと
の中間電位であるので1次のようにして簡単に得られる
。センスアンプSAの非動作により各データ線はフロー
ティング状態とされる。各相補データ線には、その前の
動作期間における書込又は読出し動作によって、電圧D
1.I及びDLが与えられている。そこで1図示しない
スイッチ素子(MISFET)により相補データ線DL
とDLとを短絡することにより、電圧り、が得られる。
これにより、消費電力を低減できる。なお、このような
動作を可能にするため、センスアンプSAは、周知のC
(相補型)MO8構成とされる。また、センスアンプS
Aの動作の参照電圧(1/ 2 V c c )も、同
様にして得ることができる。これによって、情報蓄積用
容量素子Cdの一方の電極(ノードd)は。
蓄積された電荷量(f!1荷は無い)に対応して1/2
Vccat位が形成され、結果的に情報″0″″が保持
される。情報蓄積用容量素子Ceの一方の電極(ノード
e)は、蓄積された電荷量(電圧V c cに対応した
電荷)に対応した3 / 2 V c c ffi位が
形成され、結果的に情報″゛1″が保持される。他のワ
ード線WL+ 、WL2 、・・・に対応したメモリセ
ルについても、同様に、そのノードの電位は、保持する
電荷量に応じて1 / 2 V c c又は3/2vc
c電位とされる。
次に、読出し動作について説明する。メモリセルMに蓄
積された情報を読出すために、データ線DLd及びDL
eを含む全データ線の電位を信号電圧り、に保持した状
態において、ワード線WL。を選択し、それに信号電圧
W、4を印加する。このワード線WL、の選択で、これ
に対応したMIS F E T Q a ” Q kが
導通状態にされ、情報蓄積用容量素子Cd及びCeの夫
々の一方の電極(ノードd及びe)が固定電圧Vccに
なる。このとき、第2図及び第1表に示すように、デー
タ線DLdには、情報蓄積用容量素子Cdの一方の1!
極(ノードd)に保持されていた1 / 2 V c 
c電圧が、ノードdが固定電圧V c cに昇圧される
ときのカップリングで微小電圧ΔVが加わる(D、+Δ
V)方向に変化する(上昇する)。また、データ線DL
eには、情報蓄積用容量素子Ceの一方の電極(ノード
e)に保持されていた3/2Vccの電圧が、ノードe
が固定電圧Vccに降圧されるときのカップリングで微
小電圧ΔVが差し引かれる(DH−ΔV)方向に変化す
る(下降する)。
そして、前記データ線DLdの電圧(DM+ΔV)は、
センスアンプSAで基準電圧(1/2VcC電圧)と比
較され、電圧Vccまで増幅されて、情報′″0″が読
出される。また、前記データ線DLeの電圧(D、−Δ
V)は、センスアンプSAで基準電圧(1/ 2 V 
c c電圧)と比較され、電圧VsSまで増幅されて、
情報” i ”が読出される。
読出動作においては、全データ線に予めプリチャージ電
圧1 / 2 V c cが与えられる。これは。
前述のように、相補データ線の短絡によって得られる。
データ線DLにメモリセルの内容が読出されるのに対し
、データ線DLは1 / 2 V c cを保つことに
よって、センスアンプSAに基準電圧が供給される。
読出し動作において、全センスアンプSAは動作状態と
される。この結果、選択ワード線W L 。
に対応した各メモリセルの内容が各センスアンプに読出
される。他のワード線に対応するメモリセルの内容は、
書込み動作の時と同様にして、保持される。なお、セン
スアンプSAの活性化は、ワード線電位上昇後とされる
。センスアンプSAの動作により、ワード線WLoに対
応するメモリセルはリフレッシュされる。また、データ
線信号電圧の微小な変化(±ΔV)をセンスアンプSA
に検出し、データ線DLの電位の確定を待たずに増幅し
ているので、高速化できる。
上述のように、1又は2 [bitlづつの書込み/読
出しと異なり、複数bitの連続した書込み/読出し動
作が可能である。例えば、一本の選択ワード線に対応し
た全メモリセルの内容を読出し。
対応する数のシフトレジスタ(図示せず)で受け。
これのシフト動作で順次出力すればよい。さらに、ワー
ド線の選択をカウンタ等により順次行えば、全マットに
ついて連続して読出しを行うことができる。この場合、
スタートアドレスを指定してやればよい。書込みについ
ても、同様に連続して行うこともできる。本実施例は、
その集積度の高い点と合せて、連続した複数biシの読
出しが行なわれる画像処理用のRAM(ビデオRAM)
に適している。
次に、このように構成されるメモリセルMの具体的な構
造について説明する。
本発明の実施例IであるDRAMのメモリセルアレイを
第3図(要部平面図)で示し、第3図の■−■線で切っ
た断面を第4図で示す、なお、第3図及び後述する第5
図乃至第7図では、本実施例の構成をわかり易くするた
めに、各導電層間に設けられるフィールド絶縁膜以外の
絶縁膜は図示しない。
第3図及び第4図において、1は単結晶シリコンからな
るp−型の半導体基板(又はウェル領域)である。
この半導体基板1の主面には、フィールド絶縁膜2、p
型のチャネルストッパ領域3及びp4型の分離用半導体
領域5が設けられている。このフィールド絶縁膜2.チ
ャネルストッパ領域3及び分離用半導体領域5は、主と
して、メモリセルM間を電気的に分離するように構成さ
れ−ている。
フィールド絶縁膜2は、第5図(所定の製造工程におけ
る要部平面図)で示すように、MISFETQ(Qa=
Qk)の夫々のゲート幅を規定するように半導体基板1
の主面上に構成されている。
すなわち、フィールド絶縁膜2は、行方向に隣接する直
列接続されたM I S F E TQ間に構成されて
いる。また、フィールド絶縁膜2は、行方向に隣接する
情報蓄積用容量素子C(Ca=Ck)間には殆んど構成
されないようになっている。これは、フィールド絶縁@
2が半導体基板1の選択的な熱酸化技術で形成されるた
め、フィールド絶縁膜2がそのマスク寸法よりも大きな
寸法で形成されるからである。すなわち、フィールド絶
縁W42は、マスク寸法の寸法変換量が大きいため、情
報蓄積用容量素子Cの実効的な面積を縮小し、情報とな
る電荷蓄積量を低下するためである。
チャネルストッパ領域3は、フィールド絶縁膜2の下部
の半導体基板lの主面部に構成されている。
分離用半導体領域5は、第6図(所定の製造工程におけ
る要部平面図)で示すように、行方向に隣接する情報蓄
積用容量素子C間の半導体基板1の主面部に構成されて
いる。分離用半導体領域5は、フィールド絶R膜2に比
べてマスク寸法の寸法変換量が小さいので、情報蓄積用
容量素子Cの面積を縮小することがなく、情報となる電
荷蓄積量を充分に確保できる。
DRAMのメモリセルMは、前述のフィールド絶I#膜
2及び分離用半導体領域5で囲まれた領域の半導体基板
1の主面に構成されている。
すなわち、情報蓄積用容量素子Cは、一方の電極として
使用されるn0型の半導体領域4、誘電体膜6及び他方
の電極として使用されるプレート電極7で構成されてい
る。プレート電極7は、第7図(所定の製造工程におけ
る要部平面図)で示すように1行方向に隣接する複数の
他のプレート電極7と接続し、行方向に延在するデータ
、II(D L)7Aと一体に構成されている。10は
プレート電極7及びデータ線7Aを覆う絶縁膜であり、
後述するワード線9Aと電気的に分離するように構成さ
れている。
MISFETQは、チャネル形成領域として使用される
半導体基板1.ゲート絶縁膜8、ゲート電極9及びソー
ス領域及びドレイン領域として使用される一対の半導体
領域4で構成されている。
ゲート電極9には、第3図で示すように、列方向に隣接
する複数の他のメモリセルMのゲート電極9と接続し、
列方向に延在するワード線(WL)9Aと一体に構成さ
れている。
半導体領域4は、第6図で示すように、情報蓄積用容量
素子C形成領域の半導体基板1の主面部に構成されてい
る。半導体領域4は、情報蓄積用容量索子Cの一方のW
L極を構成するとともに1MI S FETQのソース
領域又はドレイン領域、或は固定電圧用配線を構成する
ようになっている。
直列接続されたMISFETQの端部のソース領域又は
ドレイン領域として使用される半導体領域4には、固定
電圧Vccが印加されるようになっている。
誘電体It!a6は1例えば、半導体基板1の主面を酸
化して形成した酸化シリコン膜で構成する。また、誘電
体膜6は、酸化シリコン暎とそれに比べて誘電率が高い
窒化シリコン膜とを重ね合せて構成してもよい。
プレートff1t17及びデータ線7Aは、多結晶シリ
コン膜、高融焦合R(Mo、Ti、Ta、W)膜、高融
点金属シリサイド(MoSi2.TiSi2.TaSi
2゜WSi2)膜の単層又はそれらの複合膜で構成する
ゲート絶縁膜8は、例えば、熱酸化技術で形成した酸化
シリコン膜で構成する。
ゲート電極9及びワード線9Aは、前記プレート電極7
及びデータM7Aと同様に、多結晶シリコン膜、高融点
金属膜、高融点金属シリサイド膜の単層又はそれらの複
合膜で構成する。
このように1本実施例のDRAMは、直列接続されたM
 I S F E T Q a ” Q kと、この夫
々のゲート電極9に接続するワード線(WL)9Aと、
端部のMISFETQa又はQkのソース領域又はドレ
イン領域として使用される半導体領域4に接続された固
定電圧Vccと、前記夫々のM I S FETQa”
Qkのソース領域又はドレイン領域に一方の電極が接続
され、データ線(DL)7Aに他方の電極が接続された
情報蓄積用容量索子Ca〜Cjとで構成される。これに
より、M I S F E TQ a = Q kのゲ
ートff1t!i9とワード線9Aを一体に構成し、プ
レート電極!極7とデータa7Aを一体に構成し、しか
も、MISFETQa=Qkのソース領域及びドレイン
領域して使用される半導体領域4で固定電圧用配線を構
成することができる。
このため、メモリセルMと配a(データ線7Aや固定電
圧用配線)とを接続する接続孔がいらない構成にするこ
とができる。したがって、メモリセルM内に接続孔の面
積及びその製造工程におけるマスク合せ余裕面積を設け
る必要がなくなるので、メモリセルMの面積を縮小し、
DRAMの高集積4ヒを図ることができる。
また、MI 5FETQa=Qkのソース領域又はドレ
イン領域として使用される半導体領域4とチャネル形成
領域とで固定電圧用配線を兼用することにより、固定電
圧用配線の面積を縮小することができるので、DRAM
の集積度を向上することができる。
また、M I S F E T Q a = Q kの
ソース領域又はドレイン領域として使用される半導体領
域4とチャネル形成領域とで固定電圧用配線を構成する
ことにより、半導体基板1上にデータ線7Aとワード線
9Aとの2本又は2層の配線を延在させるだけなので、
配線レイアウトの自由度を高めることができる。
また、MI 5FETQa=Qkのソース領域又はドレ
イン領域として使用される半導体領域4とチャネル形成
領域とで固定電圧用配線を構成することにより、半導体
基板1上にデータ線7AとワードA!R9Aとの2本又
は2層の配線を延在させるだけなので、それら以外の他
の配線を構成することが容易に行える6例えば、3層目
の配線として。
データM7A又はワード線9Aと電気的に接続されかつ
それよりも比抵抗値が小さい導mM (例えばアルミニ
ウムりを構成し、データfi7A又はワード線9Aの実
質的な抵抗値を低減することができる。すなわち、情報
の書込動作速度及び読出動作速度を速め、DRAMの高
速化を図ることができる。
また、MISFETQのソース領域又はドレイン領域と
して使用される半導体領域4とその上部に誘電体116
及びプレート電極7を順次重ね合せて情報蓄積用容量素
子Cを構成することにより、情報蓄積用容量素子Cの面
積を縮小することができるので、DRAMの集積度を向
上することができる。
また、情報蓄積用容量素子Cを半導体領域4゜誘電体膜
6及びプレート電極7で構成することにより、半導体領
域4と半導体基板1とで構成されるpn接合部に障壁が
存在するので、データ線7Aが変動しても情報となる電
荷を確実に保持することができる。すなわち、情報蓄積
用容量素子Cの電極に電源電圧(例えば、5 [V] 
)Vc c以上の電圧を使用しないで、情報の書込動作
、保持動作及び読出動作を行うことができる。このこと
は、メモリセルアレイMAが電源電圧Vce系(例えば
、動作電圧が0〜5[v]の範囲)の半導体素子で構成
できるとともに、センスアンプ、デコーダ等の周辺回路
も電源電圧Vce系の半導体素子で構成し、それらが直
結できることを意味する。
したがって、情報の書込動作、保持動作及び読出動作に
際して、電源電圧Vcc以上の高電圧発生回路等を構成
する必要がない。
〔実施例■〕
本実施例■は、隣接する一対の相補データ線が同一のメ
モリセルアレイを延在し、夫々のデータ線が1つのセン
スアンプに接続されたフォールプツトビットライン(2
交点)方式のDRAMに本発明を適用した他の実施例で
ある。
本発明の実施例■であるDRAMのメモリセルアレイを
第8図(等価回路図)で示す。
本実施例のDRAMは、列方向に隣接する一対のデータ
線DL、DLが同一のメモリセルアレイMAを行方向に
延在し、夫々のデータ線DL、DLが1つのセンスアン
プSAに接続される構成になっている。
一対のデータ線DL、DLに夫々接続されたメモリセル
Mの情報蓄積用容量素子Cには、常時、反転情報が書込
まれるように構成されている。すなわち、一方の情報蓄
積用容量素子Cに情報II 011(ノードdには1 
/ 2 V’ c cが保持される)が書込まれると、
他方の情報蓄積用容量素子Cに情報″1″(ノードeに
は3 / 2 V c cが保持される)が書込まれる
。これによって、センスアンプSAに基準電圧を容易に
与えることができる。
このように同一メモリセルアレイを延在し1列方向に隣
接する一対のデータ線DLを1つのセンスアンプSAに
接続するフォールデッドピッ1〜ライン方式をDRAM
に採用することにより、一対のデータ線DLに夫々が接
続された情報蓄積用容量素子C間のMISFETQを導
通状態にする(隣接するノード間、例えば、dと6間を
短絡する)と、一方の電極を構成する半導体領域4の電
位(ノード電位)を即座に固定電圧V c cにするこ
とができるので、情報の読出動作速度を速くすることが
できる。すなわち、DRAMの動作速度の高速化を図る
ことができる。また、雑音に対して強くすることができ
る。
なお、直列接続された端部のM I S F E T 
Q a及びQkのソース領域又はドレイン領域として使
用される半導体領域4に印加される固定電圧VcCは、
pn接合部等からのリーク電流で情報蓄積用容量素子C
の電荷蓄積量が変動しないように。
一方の電極に印加される電圧(ノード電位)を補償する
ようになっている。
〔実施例■〕
本実施例■は、前記実施例1の直列接続された複数のM
 I S FETのしきい値電圧を制御できるように構
成した本発明の他の実施例である。
本発明の実施例■であるDRAMのメモリセルアレイを
第9図(要部断面図)で示す。
本実施例のDRAMは、第9図に示すように、i型の半
導体基板の主面部に、p−型の半導体領域(例えば、ウ
ェル領域)IAが設けられており、この半導体領域IA
の主面に直列接続されたMISF E T Q a =
 Q kが設けられている。半導体領域IAは、行方向
に隣接する直列接続されたMISF E T Q a 
−= Q kが設けられた他の半導体領域IAと電気的
に分離して構成されている。つまり、一本のワード線に
対応したメモリセル列毎に、一つの独立したi型頭域に
形成される。この半導体領域IAには、図示していない
が、スイッチ素子を介して、所定の電位が印加されるよ
うに構成されている。すなわち、情報の書込動作及び読
出動作のときにMISFETQa=Qkのしきい値電圧
vthが低くなるように、例えば、0[V]程度の電圧
が印加され、保持動作のときにそのしきい値電圧Vt、
hが高くなるように、負電位1例えば、−5[V]程度
のより低い電圧が印加されるように構成されている。こ
の負電位は、公知の電圧発生回路によって得られる。
このように、直列接続されたM I S F E T 
Q a〜Qk毎に半導体領域IAを設け、この半導体領
域IAに所定の電圧が印加されるように構成したことに
より、情報の書込動作及び読出動作のときのMrSFE
TQa−Qkのしきい値電圧Vt、hを低くシ、伝達コ
ンダクタンスを小さくすることができるので、DRAM
の動作速度の高速化を図ることができる。また、情報の
保持動作のときのMISFETQa−Qkのしきい値電
圧vehを高くし、伝達コンダクタンスを大きくするこ
とがでざるので、情報蓄積用容量素子Cに蓄積された電
荷のリークを防止し、情報の保持特性を向上することが
できる。
また、情報の保持特性を向上することにより、再書込動
作(リフレッシ)の回数を低減することができるので、
情報の書込動作及び読出動作の高速化を図ることができ
る。
また、情報の書込動作及び読出動作のときに、MISF
ETQa−Qkのしきい値電圧vt、hを低くすること
により、固定電圧配線を伝達する固定電圧V c cの
減少を低減することができるので、ワード線(WL)9
Aに印加される信号電圧W1.Iレベルを低減し、ワー
ド線のブースト回路をなくすことができる。
〔実施例■〕
本実施例■は、メモリセルのスイッチ用MISFET及
びそのゲート電極に接続されるワード線を不要にした本
発明の他の実施例である。
本発明の実施例■であるDRAMのメモリセルアレイを
第10図(要部断面図)で示す。
本実施例のDRAMは、列方向に配置された悄報蓄積用
容量素子Cの一方の電極を構成する半導体領域4下部の
半導体基板1の主面部に、n゛型の半導体領域11が埋
込まれて構成されている。半導体領域11は1行方向に
隣接し列方向に延在する他の半導体領域11と電気的に
分離されており、固定電圧Vccが印加され、固定電圧
用配線を構成するようになっている。この半導体領域1
1は。
パンチスルーによって情報蓄積用容量素子Cの一方の′
に極を構成する半導体領域4に固定電圧VcCを供給す
るように構成されている。
このように1列方向に配置された情報蓄積用容量素子C
の下部に、埋込型の半導体領域11を延在させ、パンチ
スルーによって固定電圧Vccを供給することにより、
メモリセルMのスイッチ用M I S FETQ及びそ
のゲート電極に接続されるワードfiWLを不要にする
ことができるので1列方向におけるデータRIADL間
隔を縮小し、DRAMの集積度を向上することができる
また、情報蓄積用容量素子Cは、半導体領域11から固
定電圧Vccをパンチスルーによって直接供給すること
により、抵抗として見なせる複数のMISFETを介在
させずに固定電圧V c cを供給することができるの
で、情報の書込動作及び読出動作の高速化を図ることが
できる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に
基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて4種々変形し得ることは勿論である。
例えば、メモリセルの形状は種々変形できる。
f!!Jl1図は、その−例を示し、メモリセル周辺全
率をP゛型領領域5囲み、他と分離する例である。
なお、第11図において、理解を容易にするため、ワー
ドi9Aの一部を破断しである。この例と実施例■どの
差は、データ線DLである導電層7Aと、フィールド絶
縁膜2とが重なっていない点がある。フィールド絶縁膜
2と導W1層7Aとの間には、実施例Iの第6図に示す
ように、形成されたP1型領域5が存在する。また、フ
ィールド絶縁膜2とn0型領域4とが接する面積が小さ
くされている。この例によれば、容量素子の一方の電極
であるn゛型領領域4面積が、フィールド絶縁膜2の形
成時のバーズビークの延びによって減少することが少な
くなる。また、領域4の面積が、フィールド絶縁膜2に
対する導fa層7Aの位置合せのズレによって変動する
ことが無くなる。つまり、容量素子の面積は 、+型頭
域4と導電層7との重なり部分とされ、これは両者の位
置合せズレに影響されない。
また、メモリセル分離のためのp゛型領領域5代えて、
その形成領域にフィールド絶縁膜2を形成してもよい。
つまり、フィールド絶縁膜2が、メモリセルアレイ内に
おいて、一定間隔で一方向に延在する複数の略直線状の
素子分離領域として形成される。この場合、容量素子の
一方の電極4に付加される寄生容量を低減することがで
きる。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
メモリセルと配線とを接続する接続孔をなくシ。
DRAMの集積度を向上することができる。
また、前記スイッチ用MISFETのソース領域、ドレ
イン領域及びチャネル形成領域を固定電圧用配線として
使用することにより、半導体基板上の配線本数又は配L
AN数を低減することができるので、配線面積を縮小し
、DRAMの集積度を向上することができる。
また、前記スイッチ用MISFETのソース領域又はド
レイン領域で一方の電極を構成し、この電極上に誘電体
膜及び他方の電極であるプレート電極を重ね合せて情報
蓄積用容量素子を構成することにより、スイッチ用MI
SFETのソース領域又はドレイン領域の面積を縮小し
てメモリセルの面積を縮小することができるので、DR
AMの集積度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例IであるDRAMのメモリセ
ルアレイの等価回路図、 第2図は、前記DRAMの情報の書込動作、保持動作及
び読出動作のタイミングチャートを示すタイミングチャ
ート図、 第3@は、前記DRAMの具体的な構成を示すメモリセ
ルアレイの要部平面図。 第4図は、第3図のIV−IV線で切った断面図、リ 
 第5図乃至第7図は、前記DRAMの各製造工程毎の
要部平面図、 第8図は1本発明の実施例■であるDRAMのメモリセ
ルアレイの等価回路図。 第9図は、本発明の実施例■であるDRAMのメモリセ
ルアレイの要部断面図、 第10図は、本発明の実施例■であるDRAMのメモリ
セルアレイの要部断面図。 第11図は5本発明の他の実施例を示す平面図である。 図中、MA・・・メモリセルアレイ、Q a = Q 
k・・MI 5FET、Ca=Cj ・・’情報蓄積用
容量素子。 Vcc・・・固定電位、9A、WL・・・ワード線、7
A。 DL・・・データ線、SA・・センスアンプ、W、、W
L F D 1.II D LHD H・・・信号電圧
、1・・・半導体基板、4・・・半導体領域(ソース領
域又はドレイン領域)、5・・・分層用半導体領域、6
・・・誘電体膜、7・・・プレー1−電極、8・・・ゲ
ート絶縁膜、9・・・ゲート電極である。 第  5  図 第  6  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、スイッチ用MISFETと情報蓄積用容量素子との
    直列回路をメモリセルとする半導体記憶装置であって、
    前記スイッチ用MISFETを、第1の方向に複数配置
    し、かつ夫々の隣接するソース領域とドレイン領域とを
    直列に接続して構成し、該直列接続された夫々のスイッ
    チ用MISFETのゲート電極に接続し、かつ第1の方
    向に延在するワード線を構成し、該直列接続されたスイ
    ッチ用MISFETの端部のスイッチ用MISFETの
    ソース領域又はドレイン領域を固定電圧に接続し、前記
    夫々のスイッチ用MISFETのソース領域又はドレイ
    ン領域に一方の電極が接続され、前記第1の方向と交差
    する第2の方向に延在するデータ線に他方の電極が接続
    された情報蓄積用容量素子を構成したことを特徴とする
    半導体記憶装置。 2、前記スイッチ用MISFETのソース領域又はドレ
    イン領域は、固定電圧用配線を構成することを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項に記載の半導体記憶装置。 3、前記スイッチ用MISFETのソース領域又はドレ
    イン領域に接続される固定電位は、データ線に印加され
    るハイレベルの信号電圧と実質的に同電位であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体記憶装
    置。 4、前記直列接続されたスイッチ用MISFETは、第
    2の方向に複数構成され、メモリセルアレイを構成する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体
    記憶装置。 5、前記メモリセルは、ダイナミック型ランダムアクセ
    スメモリを構成することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の半導体記憶装置。 6、前記データ線は、一対で1つのセンスアンプに接続
    されており、この一対のデータ線は、夫夫異なるメモリ
    セルアレイを延在するように構成されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第4項に記載の半導体記憶装置。 7、前記データ線は、第1の方向に隣接する一対で1つ
    のセンスアンプに接続されており、夫々同一のメモリセ
    ルアレイを延在するように構成されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第4項に記載の半導体記憶装置。 8、スイッチ用MISFETと情報蓄積用容量素子との
    直列回路をメモリセルとする半導体記憶装置であって、
    前記スイッチ用MISFETを、第1の方向に複数配置
    し、かつ夫々の隣接するソース領域とドレイン領域とを
    直列に接続して構成し、該直列接続された夫々のスイッ
    チ用MISFETのゲート電極に接続され、第1の方向
    に延在するワード線を構成し、該直列接続されたスイッ
    チ用MISFETの端部のスイッチ用MISFETのソ
    ース領域又はドレイン領域を固定電圧に接続し、前記夫
    々のスイッチ用MISFETのソース領域又はドレイン
    領域と、前記第1の方向と交差する第2の方向に延在す
    るデータ線と、前記ソース領域又はドレイン領域とデー
    タ線との間に設けた誘電体膜とで情報蓄積用容量素子を
    構成したことを特徴とする半導体記憶装置。 9、前記スイッチ用MISFETのソース領域又はドレ
    イン領域は、前記情報蓄積用容量素子の一方の電極を構
    成し、前記データ線は、情報蓄積用容量素子の他方の電
    極を構成してなることを特徴とする特許請求の範囲第8
    項に記載の半導体記憶装置。 10、前記スイッチ用MISFETのソース領域又はド
    レイン領域は、半導体基板又はウェル領域に設けられた
    反対導電型の半導体領域で構成されることを特徴とする
    特許請求の範囲第8項に記載の半導体記憶装置。 11、前記直列接続された複数のスイッチ用MISFE
    Tは、第1の方向に延在し、かつ第2の方向に隣接する
    他の直列接続された複数のスイッチ用MISFETのも
    のと電気的に分離された、半導体基板又はウェル領域と
    反対導電型の半導体領域の主面に構成されたことを特徴
    とする特許請求の範囲第8項に記載の半導体記憶装置。 12、前記反対導電型の半導体領域は、種々の電位が印
    加されるように構成されており、前記直列接続されたス
    イッチ用MISFETのしきい値電圧を変化できるよう
    に構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第1
    1項に記載の半導体記憶装置。 13、スイッチ用MISFETと情報蓄積用容量素子と
    の直列回路をメモリセルとする半導体記憶装置であって
    、前記スイッチ用MISFETを、第1の方向に複数配
    置し、かつ夫々の隣接するソース領域とドレイン領域と
    を直列に接続して構成し、該直列接続された夫々のスイ
    ッチ用MISFETのゲート電極に接続し、かつ第1の
    方向に延在するワード線を構成し、該直列接続されたス
    イッチ用MISFETの端部のスイッチ用MISFET
    のソース領域又はドレイン領域を固定電圧に接続し、前
    記夫々のスイッチ用MISFETのソース領域又はドレ
    イン領域に一方の電極が接続され、前記第1の方向と交
    差する第2の方向に延在するデータ線に他方の電極が接
    続された情報蓄積用容量素子を構成し、選択されたメモ
    リセルのスイッチ用MISFETを導通状態し、一方の
    電極に固定電圧を印加し、他方の電極に前記固定電圧と
    実質的に同一電圧レベルの第1信号電圧又はそれより低
    いレベルの第2信号電圧を印加して前記情報蓄積用容量
    素子に情報を書込み、このメモリセルのスイッチ用MI
    SFETを非導通状態し、他方の電極に第1信号電圧と
    第2信号電圧との中間電圧を印加して前記情報蓄積用容
    量素子の情報を保持し、選択されたメモリセルのスイッ
    チ用MISFETを導通状態にし、一方の電極に固定電
    圧を印加し、情報蓄積用容量素子に保持された情報に対
    応したカップリングで、中間電圧に保持された他方の電
    極の電圧を変化させて情報を読出すことを特徴とする半
    導体記憶装置。 4、前記固定電圧又は第1信号電圧は、回路の動作電圧
    5[V]であり、前記第2信号電圧は、回路の接地電位
    0[V]であることを特徴とする特許請求の範囲第13
    項に記載の半導体記憶装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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