JPS6386559A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS6386559A
JPS6386559A JP61231740A JP23174086A JPS6386559A JP S6386559 A JPS6386559 A JP S6386559A JP 61231740 A JP61231740 A JP 61231740A JP 23174086 A JP23174086 A JP 23174086A JP S6386559 A JPS6386559 A JP S6386559A
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JP
Japan
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well
memory cell
cell array
peripheral circuit
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JP61231740A
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English (en)
Inventor
Akihiro Nitayama
仁田山 晃寛
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • 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
    • H01L27/08Devices 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 only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices 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 only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices 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 only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092Devices 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 only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • H01L27/0928Devices 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 only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors comprising both N- and P- wells in the substrate, e.g. twin-tub

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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、周辺回路にCMo5lil造を用いた半導体
記憶装置に関する。
(従来の技術) 半導体記憶装置は3年に4倍のベースで集積度が増大し
ており、その中で用いられている素子であるトランジス
タやキャパシタは微細化の一途を辿っている。現在例え
ば、MO8型ダイナミックRAM (dRAM)の分野
では、1Mピッl−dRAM(デザインルール約1.2
μm)が■産化に入り、4MビットdRAM(デザイン
ルール0.8〜1.OμTrL)の試作品が発表されて
いる。
これらのdRAMでは、低消費電力性、高回路マージン
性の要求から周辺0M08回路が主流になってきている
第3図はその様な0MO5技術を用いたdRAMの概略
構造を示づ。p型Si基板1′1のメモリセルアレイ領
域にはp型つJル12が形成され、周辺回路部にp型ウ
ェル13およびr)型ウェル14が形成される。図では
、各ウェル領域にそれぞれ−個のMo8 t−ランジス
タQst〜Q13を示している。具体的には例えば、基
板11の不純11J11度が1 X 1016/ctn
3であり、ρ型ウェル12および13は同時に形成され
た不純物濃度5 X 10 ” ’ y’cm3の拡散
層とする。この場合p型ウェル12と13は自ずと導通
していて、つ王ル電位も外部から同じ−VB3を印加し
て同電位になっている。つまりp型ウェル12と13は
電気的に分離されていない。
この様な従来の構造では、素子の微細化が更に進んだ場
合種々の問題が生じる。先ず、メモリセルアレイ領域で
は、d RA Mセルのスイッチング用MOSトランジ
スタのパンチスルー・リークおよびセル間リークを抑制
するため、ウェルの不純物濃度をより高くすることが要
求されるようになっCいる。このことを第4図および第
5図を用いて説明する。第4図に示すように、隣接する
メモリ・キャパシタ間トレンチ51+ 、51+にキャ
パシタ絶縁膜52を介してキャパシタ電極53が形成さ
れている。いま記憶ノードとなるn型層54+ 、54
2 (D一方が”0”(電位Vs)、他方が1°′ 〈
電位Vd )のとき、セル間リークは図示矢印のように
表面リークとバルクリークを考えることができる。リー
ク電流の許容値は例えば1O−9Aである。第5図は許
容される表面り−AAおよびバルクリークBに対し、p
型ウェルの不純物濃度とセル間距離を示したものである
。図の斜籟を施した領域が使用可能領域であっC、セル
間距離が小さくなればなる程、ウェル濃度を高くしなけ
ればならないことがわかる。また、スイッチングMO8
l〜ランジスタのリークを抑制するためには、p型ウェ
ルに負の基板バイアスを印加することが必要になる。
一方、カラム・デコーダ、ロウ・デ]−タ、アドレス・
バッファ、ワード線駆動回路等を含む周辺7回路のnチ
ャネルMo5t〜ランジスタは、高速性と高信頼性動作
が要求される。第6図は「)チャネルMO8I−ランジ
スタの電流駆動能力とグー1−長の関係を基板バイアス
をパラメータとし−(示したものであり、第7図はス]
〜レスによる電流駆動能力の変化を示したものである。
第6図から明らかなようにゲート長が短くなると、基板
バイアスによる電流駆動能力の差が大きいものとなる。
第7図のデータは、チャネル長0.8μmのnチャネル
MO3l−ランジスタをドレイン電圧7V、グー1−電
圧2vで5極管動作させた場合の電流駆動能力の変化を
測定した結果であり、基板バイアスがOに近い程、変化
率は小さくなっている。これらのデータから、周辺回路
のnチャネルMOSトランジスタの高速性ど高信頼性を
確保するためには、p型ウェルの不純物濃度は低く、ウ
ェルのバイアス電圧もOvにするのが望ましいことがわ
かる。
(発明が解決しようとする問題点) 以上のJ、うに周辺CM OS構造のd RA Mにお
いて、メモリセルアレイ部とこれと同導電型の周辺回路
部のウェルを電気的に分離せずに形成することは、微細
化した素子を用いたデバイスの最適設計を難しくしてい
る。
本発明はこの様な問題を解決した半導体記憶表置を提供
することを目的とする。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため本発明では、メモリセルアレイ
を形成するウェルと、これと同導電型の周辺回路部のウ
ェルとを電気的に分離して形成することを特徴とする。
(作用) 本発明によれば、メモリセルアレイ部のトランジスタま
たはキャパシタと周辺回路部のトランジスタを別個独立
に最適設計することができる。
例えば本発明をdRAMに適用した場合、メモリセルア
レイ領域ではスイッチングMO8l〜ランジスタのバン
チスルーを防止し、セル・キャパシタ間のリークを抑制
するように不純物濃度や基板バイアスを設定することが
でき、周辺回路ではやはり不純物濃度や基板バイアスの
最適設計により高速で高信頼性のトランジスタを形成す
ることができる。
−〇− (実施例) 以下、本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明をdRAMに適用した一実施例の概略構
成を示づ。この実施例では、n型3i基板を用い、メモ
リセルアレイ領域にρ型つlル2を形成し、周辺回路部
にp型つJル3とn型つ■ル4を形成している。この実
施例では、基板1は不純物濃度10”/cm3であり、
n型ウェル2と3(ま不純物濃度10 ” y’ctn
3である。p型つ■ル2ど3は、基板1がn型であるか
ら、pn接合により電気的に分離されている。メモリセ
ルアレイ領域のn型ウェル2には、−個のtvl OS
 1〜ランジスタど一個のキャパシタからなるメモリセ
ルが配列形成されるか、図では一個のnヂャネルMO8
I・ランジスタQ1のみを示している。
MOS lヘランジスタQtは、ゲート絶縁膜21、グ
ーI〜電極22およびソース、トレインとなる[)1型
層23.24からなる。p+型層25は基板ハイj′ス
印加端子層である。周辺回路部にも、n型ウェル3に一
個のnチャネルMOS I−ランジスタQ2を示し、n
型ウェル4に一個のpチャネルMO8hランシスタQ3
を示している。MOSトランジスタQ2は、グー1〜絶
縁膜31、グー]・電tfi32およびソース、ドレイ
ンとなるn+型層33.34からなり、p+型層35は
基板バイアス印加端子層である。MOS l−ランジス
タQ3は、ゲート絶縁11141.グーl−電極42お
よびソース。
ドレインとなるp+型1W43.44からなり、n+型
層45は基板バイアス印加端子層である。
メモリセルアレイ領域のp型つ]ル2には、−Vex(
例えば−2VIの基板バイアス(ウェル電位)が与えら
れ、また周辺回路部のp型つ■ル3にはメモリセルアレ
イ領域の−Vo1より絶対値が小さい−VB2(例えば
OV)の基板バイアスが与えられる。周辺回路部のn型
ウェル4には、電源電圧Vcc=5Vが印加される。
この様な構成とすれば、メモリセルアレイ領域のスイッ
チングMO8t−ランシスタは、−Velの基板バイア
スによってソース、トレイン間のリークが小さいものと
なる。またセル・キトバシタとして図では示さなかった
がトレンチ・キャパシタを用いた場合にも、キャパシタ
間リークが小さいものとなる。また周辺回路部のnチャ
ネルM O81〜ランジスタQ2は、メモリセルアレイ
領域のnヂャネルMOSトランジスタQ1と比べて基板
電位が小さい結果、しきい値が低くなり、従って大きい
電流がとれるため高速動作が可能になる。
また実効的基板電圧が小さく、トランジスタのチ11ネ
ル領域の電界も緩和されるので、ホットエレクトロン効
果が小さくなり、高信頼性が実現される。
以上のようにこの実施例では、メモリセル領域のp型つ
Iル2と周辺回路部のn型ウェル3とが・を気的に分離
されていて、これらに異なる基板電位が印加できるよう
になっているため、それぞれの回路部で基板電位を最適
設計することができる。
第2図は本発明をdRAMに適用した他の実施例を、第
1図に対応させて示したものである。第1図と異なる点
は、メモリセルアレイ領域のn型ウェル2′ と周辺回
路部のn型ウェル3′とを、異なる不純物濃度としてい
ることである。具体的には例えば、メモリセルアレイ領
域のn型ウェル2′の不純物濃度を101” y’cu
t3とし、周辺回路部のn型ウェル3′の不純物濃度を 5X1016/n3とする。基板バイアスはこの実施例
でもn型ウェル2’ 、3’ にそれぞれ別に−Va 
1.−VB 2を印加している。
この実施例によっても先の実施例と同様の効果が得られ
る。
本発明は上記実施例に限られるものではない。
例えば実施例ではdRAMを説明したが、本発明はsR
AMにも同様に適用することができる。その他本発明は
その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施すること
ができる。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、周辺c M O8構
造の半導体メモリにJ5いて、メモリセルアレイのi〜
ランジスタまたはキャパシタと周辺回路部の1〜ランジ
スタをそれぞれ切側に適設ム1僕ることができ、高集積
化したメモリの高性能化、高信頼性化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本光明の一実施例のdRAMの概略構成を示−
4図、第2図は他の実施例のdRAMの概略構成を示す
図、第3図は従来のd RA Mの概略構成を示す図、
第4図はトレンチ・キャパシタのセル間リークの様子を
示す図、第5図は許容リーク電流との関係で不純物ml
fどセル間距離の使用可能領域を示す図、第6図はMO
S トランジスタのN流駆動能力とゲート長の関係を示
す図、第7図は同じくストレス時間と電流駆動能力変化
の特性を示す図である。 1・・・n型3i基板、2・・・p型ウェル(メモリセ
ルアレイ領1113・・・p型ウェル(周辺回路部)、
4・・・r)型つ王ル(周辺回路部)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)周辺回路をCMOS構造とした半導体記憶装置に
    おいて、メモリセルアレイが形成されたウェルと、これ
    と同じ導電型の周辺回路部のウェルとを電気的に分離し
    たことを特徴とする半導体記憶装置。
  2. (2)メモリセルアレイが形成されたウェルに印加する
    基板バイアス電圧と、これと同じ導電型の周辺回路部の
    ウェルに印加する基板バイアス電圧とを異ならせた特許
    請求の範囲第1項記載の半導体記憶装置。
  3. (3)メモリセルアレイが形成されたウェルの不純物濃
    度と、これと同じ導電型の周辺回路部のウェルの不純物
    濃度とを異ならせた特許請求の範囲第1項記載の半導体
    記憶装置。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01109762A (ja) * 1987-10-22 1989-04-26 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体メモリ装置
US5251172A (en) * 1990-03-26 1993-10-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor memory apparatus having reduced amount of bit line amplification delay
JPH08250601A (ja) * 1996-03-21 1996-09-27 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置及びその製造方法
US5780882A (en) * 1989-03-20 1998-07-14 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit device, process for fabricating the same, and apparatus for fabricating the same
USRE37593E1 (en) 1988-06-17 2002-03-19 Hitachi, Ltd. Large scale integrated circuit with sense amplifier circuits for low voltage operation
US6906971B2 (en) 1994-06-28 2005-06-14 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit device
USRE40132E1 (en) 1988-06-17 2008-03-04 Elpida Memory, Inc. Large scale integrated circuit with sense amplifier circuits for low voltage operation

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