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經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 1992 ·> A6 B6 -------- 五、發明说明（1 ) 依照專利申請範園第1項，本發明是有鼷一種具有自 自放大動態MOS電晶朦記億穴（aeaory cel.l)的安排。 >種逭類型的自動放大動態M0S霉晶鼸記億穴的安棑 從己出販的具有"用在VLS I記接驩的新動態RAH穴"名 肖 By T. TSUCHIYA和 ITSUMI, IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS. VOL, EDL-3, HO.1, JANUARY 1982(Ρ·7到 10) gt己熱知，這®新的動態RAM穴包含一記憶穴有兩條寫 線和一條讀線是由一 _M0S場效電晶醱，一傾M0S霄容 g及一餹節黏場效Φ晶暖（H0DE-FET)。 本發明是基於詳細説明一種具有自動放大動態M0S電 晶艚記億穴之安排如最初所指明的類型，容易建造容 許較短存取時間，對2質黏的衝擊靈敏度低等的目的， 尤其是，它的穴的幾何形狀可以比例減小，而不會明顯 的減少可讀出到位元線上霣荷的量。依照本發明，此目 的可以由専利範園第1項的特撖部分所指定逢成。 本發明可以達到的優黏特別是依照本發明所述的自動 放大動態M0S霣晶龌記镱穴的安排的案例，因為其在相 等面稹條件下的高霣容值及其低漏霣損失，較好的轚荷 /儲存比率是較最初例箱記憶穴案例有可能連到。進一 步的優點是M0S電晶體較節點場效霣晶體容易生産，及 由於對ot射線（SIC)的低靈敏度而有的軟讀差率，結果 是較穴面積有較小的靈敏的表面。 申請專利範圍第2到8項是根據本發明的一種具有自 - 3 - 本纸張尺;?谪用中國國家標準（CMS)甲4規格（210x297公發） (請先閩讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. •訂· .線· A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（2 ) 動放大動態MOS電晶龌記憶穴之安排的較佳具體結構。 本發明在以下本文中參照圖式將說明深更詳細。 第1画顯示兩鄰接的MOS電晶體記億穴在一依照本發 明電晶體有平面結構的記憶穴排列内的截面表示圖，在 每一値狀況都有一 η+ η接面作為一電壓相依霉阻， 第2圖顯示一 HOS電晶體記億穴在一依照本發明有平 面設計電晶體記億穴排到情況的截面表示圈，此平面設 有一肖特基二極體作為電壓相依電阻， 第3 _顯示一記憶穴排列的MOS電晶龌記憶穴，依照 本發明有平面設計電晶體的截面表示圈其η接面作為 電壓相依電阻， 第4圖顯示一記億穴排列的MOS電晶體記億穴，依照 本發明有一平面選擇轚晶體及一溝型記億電晶體的載面 表示圖， 第5圖顯示一記億穴抹列的MOS霣晶醴記億穴，依照 本發明有一選擇電晶釀及一溝型的記億電晶鼸的截面表 示圖， 第6圖顯示一依照本發明的記億穴排列的MOS霣晶睡 記億穴的等效電路， 第7圖顯示一圏解用來説明當資訊項目寫入依照本發 明的記億穴排列時的瞬間電壓反應， 第8圖顯示一圖解用來説明從一依照本發明記億穴排 列的MOS電晶體記億穴讓出資訊項目時的瞬間電流及® -4- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. .訂. •線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSVF4規格（210x297公贽) 19923? A6 B6 五、發明説明（3 ) 壓反應。 第1圖的截面表示圖顯示一依照本發明的兩鄰接M 0S 電晶體Ζ和Ζ'的較佳具體結構。其電壓Ζ和厂穴有一含 P雜質的襯底PSUB,此襯底比如會含有矽和區域是在參 考電壓。從襯底PSUB的0表面加人這襯底PSUB的是： 摻 雜η1 的 吸 極區 域D和D ’ ，摻雜η I的吸- 1源極區 域DS和 DS ’及摻雜 η + 的源極匾域 S ,此區 域S為 記 億穴Ζ和Ζ ’ 兩 者 所 共 有 〇 這 共源 區域S是連 接 到一 位元 線 BL 也 是 為 記 億六Z 和 Ζ ’所 共有 既然 記 億 穴 Ζ和 Ζ，是 兀 金對 稱.下面有蘭Z 的說明 同 樣適用在ζ « 〇 源棰 區域 S 是為 記億穴Z 和Ζ ’所 共有， 吸 -源極 區域 {請先閱讀背面之注竞事項再瑱寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 DS及襯底PSUB.位置在S和DS兩匾域之間，與閘棰電棰 GAT在一起，此閘極是摻雜的，與襯底PSUB以一薄 閘氣化層GOX相隔離，形成一選擇電晶體AT。吸-源極 匾域DS代表萑擇電晶體AT的吸極，同時形成記億霣晶體 ST的源棰區域。記憶電晶體ST是由吸-源極匾域DS,吸 極區域D及一襯底PSUB形成，位在造些區域之間，與一 控制霄晶體ST的閘棰在一起，ST是摻雜n+ ,是與襯底 PSUB間隔一層閛氣化薄膜GOX。吸棰區域D是與供給電 壓線V以導電方式連接，而選擇霣晶體AT的閘極是與一 宇元線η以導電方式連接。控制電晶體ST的閘® GST及 吸-源區域DS共同相互接觸形成一 η+ η接面1 。 第2圖顯示一依照本發明有平面設計的電晶體記億穴 排列的較佳具體結構記億穴Ζ ,在這情況下的記億穴與 -5- .線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSH74規格（210x297公釐) 19923? A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（4 ) 第一圖中所示的記億穴不同點在於記憶電晶體的閘電棰 GST是靠著尚特基接面Z的幫肋接到吸-源極區域DS。 在這例子中尚待基接面Z是由摻雜n+閘霣棰GST和一金 颶膜Μ形成。 在第3鼷中，像在第1和第2圈，顯示一傾依照本發 明的有平面設計的®晶體記億穴排列的一種MOS II晶體 記億穴的具體結構，在其中一種複晶的或複晶矽化物的 η+閘棰GST衝擊Ρ+區域而形一 _以η+ Ρ+接面3的霄 壓相依電阻。一 β適當的高摻雜的P+ r»+接面因此在源 -吸棰匾域DS産生一電阻性接黠。 如第4圖所示，一傾更好的依照本發明的MOS霉晶體 記億穴排列的具體結携，記憶穴有一平面設計的選擇霣 晶體AT及一溝型的記億霄晶龌ST。在這值例中，接雜η 的襯底上有一摻雜Ρ的匾域PG,是在參考霣壓，在其上 表面0加入摻雜η的吸-源匾域DS及-摻雜源極匾域S 。如第1圏中所示的例子，一鳊平面選擇霣晶體AT是由 一偏摻雜η的吸-源匾域DS, —催共同摻雜源極匾域S 及一摻雜的Ρ匾域形成，位在逭些匾域的中間，與一 S 擇霄晶體AT的閘罨極GAT —起，閘棰是摻雜輿襯底 HSUB以一薄閘氣化層GOX相隔離，源極S是接連到一位 元線BL,而選擇電晶醱AT的閘極GAT是連接到一字元線 WL。在襯底KSUB上蝕刻一溝T較摻雜p區域PG為深，在 此例子中，摻雜η襯底NSUB是接到供給電壓線，因此 -6 - 一請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) •裴· .訂· •線· 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 19928'? A6 B6 五、發明說明（5 ) 只有位元線BL和字元線WL排列成一陣列，在晶的表面上 用來輿穴相接觸.控制霄晶體ST的大部分是摻雜n+的 蘭極GST是放置在溝T中，閛極匾域GST由一薄蘭氣化 層GOX與襯底NSUB相隔離，溝T也鍍有GOX層。在鍍有 EOX的溝中.為了加大S容C ,在記億電晶體ST的閛極 ,那裡有電力傳導匾域P1 (陽極 > 包括.例如，複晶矽， 是輿閘極區域GST以一中間氣化靥ZOX相隔離，且是在 V /2電S。控制電晶體ST的閘極GST及吸-源區域DS是 DD 相互接觸因此形一 η+ η接面2a。 在較佳的具體結構，如第5圖中所示，一值依照本發 明的記億穴排列的MOS電晶體記億穴，選擇電晶體AT及 控制電晶醴ST兩者皆是以溝型做成。為了這目的，一鏑 摻雜η+共同源極區域S和一傾摻雜η+吸極匾域D皆是 表面0進入摻雜Ρ的襯底PSUB並毎一個例子都延伸到溝 Τ的 邊緣。一傾摻雜η的吸-源匾域DS是直接安置在 溝Τ的底下，並塗有一薄閘氣化層GOX除此以外一個η+ η 接面lb在記億霣晶龌的閛極GST和吸-源極匾域DS之間， 安置在塗有薄閘氣化靥的溝T中還有選擇電晶體AT的閘 極GAT,中輿閘電極GST相隔離。選擇霣晶體AT的蘭電極 GAT是接到一宇元線WL.像記億ϋ晶體ST的閘極GST是由 一中間氣化層ΖΟΧ在潸裡面從溝《充物複晶矽PF隔離。 摻雜η+的吸極區域D是接到供給電颸線V而摻離η+的 共同源槿匾域S是接到一位元線BL。 -7- {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· .打. .線. 本纸張尺冷谪用中1¾國家標準(XNS) 4規格（2 ] Ο X 297公犛） 19923? A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（6 ) 所有接面1到3以及電晶體各類型如平面/平面，平 面/溝型，溝/平面及溝/溝等的組合皆可生産。為了代 表這些\在第一到第三圖中接面1到3僅顯示同接點與 一平面/平面電晶體型，在第四和第五圖中僅顯示接面1 (la,lb)在同接點與一平面/溝型電晶體及一溝/溝型轚 晶體。 一餹依照本發明有記億穴安排的MOS霣晶體記憶體的 等效電路圖如第6圖所示，元件只有次要性或是寄生效 應所産生的皆以串聯的短制線表示。在參考電壓和位 元線BL之間有一位元線電壓Un(Sic),選擇電晶體AT的 源棰是接到一位元線BL可使位元線霣流丨B可以流到位元 線BL。在參考電壓和宇元線WL之間有一宇元線電壓Uy而 選擇電晶醱AT的閘極是以電力傳導方式連接到宇元線VL 。萑擇電晶醱的吸極和記億電晶體ST的源極有一共同吸 -源極接點DSK,此DSK經由一電懕相依電粗VR接到記億 電晶龌的闊極.VR是包含一霣阻R及一二棰體Ci相並聯 ，記億霣晶體ST的閛極對參考霄壓有一閘霣容C及在供

G 給電壓線V和參考霣壓間有一霣壓+ VDD。 除閘電容以外，另有電容czl，輿閘電容k並聯可以 由陽棰P1産生如第4圆所示。在第4匾中既是襯底NSUB 是接到供給電壓vDD,在造種情況必需要待別注意另一 外加電容（^2在供給電壓線V和記億電晶體ST的閘極之 間。 本紙張尺；Ϊ適用中國國家標準（CNS)甲4規格（2 ] Ο X 297公贽） (請先閱讀背面之注意事項再瑱寫本頁) .裝· •線· 19923? A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作杜印毅 五、發明説明（7 ) 在摻雜η的吸-源極區域DS和相鄰摻雜p的PSUB或PG間 的接面代表一餾逆编壓寄生二棰體Di ,經過它漏電流 pn 流動。在一種情況當一個”邏輯1”被儲存，這可以由 漏電流流到灌擇電晶醱AT達成，與流經二棰鱅Di 以 pn 的漏電流—起，相笛於記億電晶龌ST的次臨介電流 ίτ。如是這種情況，在記億霣晶體ST的閛極有電容C, 此電容不能經由電壓相依霄胆VR放電到吸-源接點DSK, 而”邏輯1”保留一較長時期。在"邏輯0”儲蓄情況，記億 電晶體ST的操作點是位在次瞳介區域内。次臨介電流ίτ 將共同吸-源接點dsk電壓提升一些，直到由於較高漏電 流i U和ί U達到一平衡點。 對讀進"邐輯1”（高），如第7圏所示，一條位元線電 壓％和一條宇元線電壓Uw經定在一時段到1:2内有 UBL· UWL(高，及侮^UBH，UWH (低在其他時間。 只要遵擇電晶體AT是由一宇元線電壓UW = UWH(高）接通， 則兩所加的位元線電壓ΙΙβΗ (高）及位元線電壓UBIj (低）皆 讀進M0S電晶®記億穴。為避免位元線電壓！^ =UBIj (低） 再一次依靠部分M0S電晶體記億穴辟電.而”邏輯1”（高） 己寫進記億穴，在某時間黏之後，選擇電晶應在時 間點t2之前已經變成中斷（BLOCKING),因為一字元線 電壓Uw = UWIi(sic)(低）。當讀進一個”邏輯1”（高），選擇 電晶體一經接通（SWITCHED-THROUGH),位元線電壓11。 = ϋβΗ (高）加到吸-源接點DSK,充電電容器C，在記億電 -9- (請先閑讀背面之注意事項再填寫本頁) .裴. •訂· 參 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（2】0χ297公烚） A6 B6 19923? 五、發明説明（8 ) 晶體ST的閘極有效應，經由前向偏壓電在相依電阻VR到 位元線電壓UB = UBH(高）。在這例中，電壓相依電阻（VR) 有一低電阻值在10ΚΩ左右。 當讀進一 ”遍輯0”（低），選擇電晶膜AT —經接通，位 元線霉ΚυΒ = ϋ^ (低）也加到吸-源極接鲇DSK,結果是在 記億電晶體st閘極有效應的電容c充電到電壓ιιΒΗ，經 由逆向電壓相依電阻VR以時間常數T = R*C放電到llBIj。在 這種情況.逆向儸壓電®相依電阻Ο有高電阻值R ,大 約在百萬歃姆範圍。電容在此情況是在fF範圃。要使在 記億電晶體的閘極有效應電容C金部放電，選擇電晶體 AT必需接通幾個時間常數T的時間。 對謓出，字元線電鼷Uw如第8圖所示被加上，假定Uw = uWH (高）值在一時段t3到t4内，假設(低）在其 他時間。在時段1：3到14内選擇電晶體AT,被1^觸發， 而接通，位元線BL因此接到吸-源接點DSK。如電容C, 在記億電晶體ST的閘有效應，充電到ϋΒΗ (高）且位元線 ϋ·ϋΒ = ϋΒΙι (低），則位元線電流iB,也在第8圖中表示 ,流通到位元線BL,瞬間位元線電流1的下降斜度主要 是由時間常數T = R * C及ί的時間整數代表當讀出”運輯1 ” Β (高）可得到的充電荷Q。瞬間電流流經記億電晶體S Τ而 因此也有瞬間位元線電流（sic)由閘極電壓對記億電晶 體的源極電壓而言延遲時間而産生的，結果是，發生閘 -源極電壓大於記搶電晶體ST的臨介電壓，電荷Q包含 -1 0- {請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) •装. 經濟部中央標準局，員工消費合作杜印製 .綠. 19923'? A6 B6 五、發明説明（9 ) 在記億電晶體的閘極有效力的電容器C的電荷及記憶電 晶體的從吸極電流所引起的電荷，後者較前者大好幾倍 。假如Q電荷量有足夠的大，與一規定的位元電容一個 電壓脈衝可以在位元線BL上被檢测到是"邏輯1”。 假如根據本發明的排列有MOS甭晶驩記億穴缩減到較 小穴形狀.溝道窠度及長度也減少大約同樣範園，這結 果並不改變通到記億電晶鼸的電流。時間常數T = R*C也 保持大致不變，因為電阻R增加到與電容C減小同樣的 尺度。因為吸搔電流及時間常數T大致保持常數，故可 用電荷Q大致也不受尺寸縮減的影雄。 在上面的具醴結構中，位元線電壓Ud=Ud„(高）相當於 B BW "通輯1”，位元線電在ϋ =ϋ (低）也可能指定為”邏輯1” B BL 以同樣相當的方法。 依照本發明穴的安排可以用η溝道技術如圖所示，但 也可以用Ρ溝道技術。為了達到此目的，所有霄導型摻 雜區域必需從Ρ改變到η或是反遇來也是一樣，·且電壓 的極性也必需改變。 (請先閲讀背面之注老事項再填寫本頁) .裝. •訂. 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 綠· -11- 本紙张尺；？谪ffl中闽阈玄標準（CNS)甲Ί規格（2 ] Ο X 2ί)7公犛）

Claims (1)

19923? ABCD 六、申請專利範園 1. 一種具有自動放動態MOS II晶體記憶穴之安排，其特 擞為具有許多MOS霣晶醱記億穴，皆以霣傳導方式在 每一齒例子都只接到一條位元線，一值遘擇霣晶體， 其閘極以電傅導方式接到一條宇元線，而每一®例子 有一記億電晶體，在其閘棰有一電容可有效以電荷型 式儲存資料項目，特性為在毎一情況只有一餹MOS霣 晶體記億穴是以霣傳導方式接到僅只一條位元線（BL) 及僅一條字元線（WL),而在每一例子中選擇電晶體 (AT)及記億電晶體（ST)兩者皆含有一鍤MOS霣晶體。 2. 如申請專利範圍第1項之具有自動放大動態MOS電晶 體記億穴之安排，其中其特性在宇位線（WL>是在毎一 情況以霣傳導方式接到萑擇電晶醱（AT)的第一接法， 而這第一接法是選擇電晶體（AT)的閘極連接，遘擇電 晶體UT)的第二接法是以霣力傳導方式毎次接到位元 線（BL),在每一情況S擇電晶體（AT)的第三接法和記 億電晶體（ST)的第一接法形成一共同吸-源棰接酤（DSK) ，在每一情況記億霣晶體（ST)的第二接法是以電傳導 方式接到供給電壓（vDD)而第三接法代表記億霣晶臞 (ST)的閘極連接，而在此毎一情況一悔電壓相依電阻 (VR)連接共同吸-源極接黏（DSK)到記憶霄晶體（ST)和 一有效電容（C),而使在電容（C)充電時有低電阻值及 電容（C)放電時有高電阻值（R)。 3. 如申諳專利範圍第1項之具有自動放大動態MOS電晶 -12- (請先閲讀背面之注意事項再Ϊ本頁) .訂· •線· 甲 4 (210X297公釐） ? 3' 2 9 9 .1- ABCD 六、申請專利範園 體記億穴之安排，其中其特性在毎一情況電壓相依電 阻（VR)是由記億霉晶齷（ST)的閘極電棰（GST)和兩傾 轚晶醱（AT,ST)的共同吸-源棰區域（DS)形成，而皆含 有同樣電導性半導龌材料，但記億電晶體（ST>的閘極 電極（GST)較吸-源極匾域（DS)的摻雜密度要高。 4. 如申請專利範圃第2項之具有自動放大動態MOS鼋晶 體記億穴之安排，其中其待性在毎一情況是記億轚晶 體（ST)的閘極電極（GST)和兩電晶體（AT,ST>的共同吸 -源植匾域（DS),皆含有同樣霣導半導鱧材料，但記 億電晶體（ST)的閛極電極（GST)有較共同吸-源棰區域 (DS)為高的摻雜密度，而在此一金屬層（M)輿記億霣 晶體（ST)的閘極霄極（GST)—起形成一尚持基二極髏， 而當充電在記億霄晶體（ST>的蘭極有效電容（C)時有 一較電容（C)放罨時較低的II阻。 5. 如申請專利範》第2項之具有自動放大動態MOS電晶 體記億穴之安排，其中其特性在毎一情況記億電晶體 (ST)的閘極電極（GST)和兩電晶體（AT,ST)的共同吸-源極匾域（DS),皆含有高滲雜且具有電導型的半導體 材料，但除此以外一傾高摻雜匾域（G)具不同電導型 到閘極電極（GST)及吸-源極區域（DS)介入閘棰電極 (GST)和趿-源極匾域（DS)之間，為了要建立一饀電壓 相依電阻（VR),當光電記億電晶體（ST)的閘極有效電 容（C)時，有一較這電容（C)放電時為低的電阻。 -13- (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) .訂. 甲 4 (210X297公釐） 7. 31 9.1 9 9 ABCD 六、申請專利範園 6. 如申讅專利範圍第2項之具有自動放大動態MOS電晶 醴記億穴之安排，其中其持性在毎一情況選擇電晶體 (AT)和記億電晶體（ST)皆為平面型。 7. 如申請專利範園第2項之具有自動放大動態MOS電晶 體記億穴之安排，其中其特性在每一情況選擇電晶體 UT)是用平面設計，和記億電晶體（ST)是設置在一溝 (T)中，供給電壓（VDD)可以經過襯底（HSUB)直接餓 給。 8. 如申諳專利範圍第2項之具有自動放大動態MOS II晶 體記億穴之安排，其中其特性在毎一情況選擇電晶體 (AT)和記億電晶體（ST)兩者皆設置在同一溝（T〉中， 記億電晶賭的閘極電極（GST)與選擇電晶體（AT)的閘 極電極（GAT)以一中間氣化層（ZOX)隔離著。 -14- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .訂. •線· 甲 4 (210X297公釐）