JPH0340510B2 - - Google Patents

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JPH0340510B2
JPH0340510B2 JP61123502A JP12350286A JPH0340510B2 JP H0340510 B2 JPH0340510 B2 JP H0340510B2 JP 61123502 A JP61123502 A JP 61123502A JP 12350286 A JP12350286 A JP 12350286A JP H0340510 B2 JPH0340510 B2 JP H0340510B2
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insulating film
electrode
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gate electrode
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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

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  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体記憶装置に係わり、特にダイ
ナミツクメモリセルに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor memory device, and particularly to a dynamic memory cell.

この種の半導体記憶装置として、1個のトラン
ジスタで1個のメモリセルを構成したものが知ら
れている。これは、第1図に平面図で示した如き
構成を有し、等価回路は第2図の如くなる。構造
の概略を1セルについて説明する。半導体基体例
えばP型Si基板に、互いに離隔してn+領域11,
12が設けられこの両領域間にチヤンネル部13
が形成されている。チヤンネル部上には、絶縁膜
を介して多結晶Si層14が設けられている。この
多結晶Si層14は、ゲート電極となる。この多結
晶Si層14上には別の絶縁膜が設けられ、所定開
孔部15を介して、Alの列ライン16と接続さ
れる。前記n+領域11,12ゲート電極14と
で構成されるMOSトランジスタが番地選択用と
して使用される。
As this type of semiconductor memory device, one in which one memory cell is configured with one transistor is known. This has a configuration as shown in a plan view in FIG. 1, and an equivalent circuit as shown in FIG. 2. The outline of the structure will be explained for one cell. A semiconductor substrate, for example, a P-type Si substrate, is provided with n + regions 11, spaced apart from each other.
12 is provided, and a channel portion 13 is provided between the two regions.
is formed. A polycrystalline Si layer 14 is provided on the channel portion with an insulating film interposed therebetween. This polycrystalline Si layer 14 becomes a gate electrode. Another insulating film is provided on this polycrystalline Si layer 14 and connected to Al column lines 16 through predetermined openings 15. A MOS transistor composed of the n + regions 11, 12 and the gate electrode 14 is used for address selection.

一方、半導体基体上には、絶縁膜を介して第2
の多結晶Si層17が設けられ、このSi層17と基
板との間で、容量素子18が形成されている。
On the other hand, a second layer is placed on the semiconductor substrate via an insulating film.
A polycrystalline Si layer 17 is provided, and a capacitive element 18 is formed between this Si layer 17 and the substrate.

さらに、前記n+領域11は例えば拡散層で形
成され、デイジツトライン19として働らく。
Further, the n + region 11 is formed of a diffusion layer, for example, and serves as a digit line 19.

このようなメモリセルにおいて、番地選択用
MOSトランジスタのゲート電極と、前記容量素
子の一方の電極となる多結晶Siとの分離が必要な
ため、セル面積が大となつてしまう。又、列ライ
ンとゲート電極との接触をとるためのコンタクト
ホールの占める面積も無駄となつていた。これら
は、集積度の低下或いはメモリセル面積の増加と
なり、最近の半導体の高集積化の方向と相反する
ものである。
In such memory cells, for address selection
Since it is necessary to separate the gate electrode of the MOS transistor from the polycrystalline Si serving as one electrode of the capacitor, the cell area becomes large. Furthermore, the area occupied by the contact hole for making contact between the column line and the gate electrode was wasted. These results in a decrease in the degree of integration or an increase in the memory cell area, which is contrary to the recent trend towards higher integration of semiconductors.

本発明は、上記点に鑑みてなされたものでその
目的とする所は、高集積密度の半導体記憶装置を
提供するものである。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a semiconductor memory device with high integration density.

本発明の他の目的は、メモリセルの占有面積に
比較してメモリ容量の大な半導体記憶装置を提供
するものである。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory device having a large memory capacity compared to the area occupied by memory cells.

本発明のさらに他の目的は、高速読み出しの可
能な半導体記憶装置を提供するものである。
Still another object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of high-speed reading.

以下、本発明の詳細を図面を用いながら説明す
る。第3図は本発明装置の一実施例を示す平面図
であり、第4図は第3図の−線による断面図
を示す。
Hereinafter, details of the present invention will be explained using the drawings. FIG. 3 is a plan view showing an embodiment of the apparatus of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view taken along the line -- in FIG.

まず、構造について説明すると、半導体基体と
して例えば比較的高抵抗のp+型シリコン基板4
1が用意される。この基板の一部上に絶縁膜例え
ば二酸化シリコン42を介して、第1電極43が
設けられている。絶縁膜としては、SiO2
Si3N4、Al2O3等を適宜組み合わせた積層体を用
いてもよい。この第1電極43は、多結晶Siで構
成した。その製造は通常のCVD(Chemical
Vapour Deposition)法によつて行なつた。勿論
Mo、W、Al等の金属材料で構成してもかまわな
い。第1電極43に半導体基板1に対し正の電圧
を印加することにより、基板表面にn型反転層4
4を形成する。このn型反転層44と前記第1電
極43を両電極としたキヤパシタ45が構成され
る。
First, to explain the structure, for example, a relatively high resistance p + type silicon substrate 4 is used as a semiconductor substrate.
1 is prepared. A first electrode 43 is provided on a portion of this substrate with an insulating film, for example, silicon dioxide 42 interposed therebetween. As the insulating film, SiO 2 ,
A laminate in which Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , etc. are appropriately combined may also be used. This first electrode 43 was made of polycrystalline Si. Its production is carried out using normal CVD (Chemical
This was done using the Vapor Deposition method. Of course
It may be made of a metal material such as Mo, W, or Al. By applying a positive voltage to the first electrode 43 with respect to the semiconductor substrate 1, an n-type inversion layer 4 is formed on the surface of the substrate.
form 4. A capacitor 45 is constructed with this n-type inversion layer 44 and the first electrode 43 as both electrodes.

一方、このn型反転層44と離隔して基板内に
n+領域46が設けられている。n+領域46は、
例えば通常の拡散法によつて形成した。このn+
領域46は、紙面に対して垂直な方向に延びてお
り、デイジツトラインとして使用される。
On the other hand, in the substrate apart from this n-type inversion layer 44,
An n + region 46 is provided. The n + region 46 is
For example, it is formed by a conventional diffusion method. this n +
Region 46 extends in a direction perpendicular to the plane of the paper and is used as a digit line.

勿論、n+領域46の製法は熱拡散以外でもよ
く又、導電性物質で構成してもよい。
Of course, the n + region 46 may be manufactured by methods other than thermal diffusion, and may be formed from a conductive material.

このn+領域46と前記反転層44との間上に
ゲート絶縁膜47を介して第2電極48が設けら
れている。ゲート絶縁膜47は、例えば1000Å厚
さのSiO2を用いた。勿論、他の絶縁材料を用い
てもよい。又第2電極48としては、多結晶Siを
用いたが、第1電極同様Mo、W、Al等の金属材
料を用いても良い。この第2電極はゲート電極と
なるものであり、このゲート電極48、n+領域
46、反転層44、絶縁膜47とでMOSトラン
ジスタ49が構成される。
A second electrode 48 is provided between the n + region 46 and the inversion layer 44 with a gate insulating film 47 interposed therebetween. For the gate insulating film 47, SiO 2 with a thickness of 1000 Å was used, for example. Of course, other insulating materials may also be used. Further, although polycrystalline Si is used as the second electrode 48, metal materials such as Mo, W, and Al may also be used like the first electrode. This second electrode serves as a gate electrode, and the gate electrode 48, the n + region 46, the inversion layer 44, and the insulating film 47 constitute a MOS transistor 49.

このMOSトランジスタ49のゲート電極48
は、第1電極43上に絶縁膜50を介した状態で
延長されている。この絶縁膜50は前記ゲート絶
縁膜47に比し、両絶縁膜が同質の場合肉厚とし
ておくことが望ましい。例えば厚さ8000Åとなし
た。この絶縁膜50の材料はAl2O3、Si3N4等を
含むものでも勿論構わない。絶縁膜50上に延在
した第2電極48と前記第1電極43とにはさま
れた部分の容量C2が、前記トランジスタ49の
ゲート基板間容量C1に比し小となるべく構成す
るのが高速動作上望ましい。
Gate electrode 48 of this MOS transistor 49
extends over the first electrode 43 with an insulating film 50 interposed therebetween. This insulating film 50 is desirably thicker than the gate insulating film 47 if both insulating films are of the same quality. For example, the thickness is 8000 Å. Of course, the material of this insulating film 50 may include Al 2 O 3 , Si 3 N 4 or the like. The capacitance C 2 of the portion sandwiched between the second electrode 48 extending on the insulating film 50 and the first electrode 43 is configured to be as small as possible compared to the gate-to-substrate capacitance C 1 of the transistor 49. is desirable for high-speed operation.

このためには、膜厚を厚く構成しても良いし、
誘電率の小なる物質で絶縁膜50を構成してもよ
い。ゲート電極48上は、保護絶縁膜51が被着
されており、この膜には所定開孔部52が設けら
れている。そして、この開孔部52において列ラ
インを構成する外部配線53とのコンタクトがと
られる。開孔部52を設ける位置は、本発明にお
いて特に重要であり、開孔部の少くとも一部が前
記第1電極43上に設けられることが肝要であ
る。第4図では開孔部の全体を、前記第1電極上
に配置した例を示している。このような実施例装
置において、メモリ容量部面積を従来同様300μ
m2としたにもかかわらずメモリセルの占有面積は
従来装置1/3〜1/2程度とすることが出来た。この 結果デイジツト線に付随する寄生容量が小とな
り、従来と同じセンスアンプを使用しても感度は
向上し、スピードも向上させることが出来た。
For this purpose, the film thickness may be increased, or
The insulating film 50 may be made of a material with a low dielectric constant. A protective insulating film 51 is deposited on the gate electrode 48, and a predetermined opening 52 is provided in this film. Then, contact is made in this opening 52 with external wiring 53 forming a column line. The position where the aperture 52 is provided is particularly important in the present invention, and it is important that at least a part of the aperture is provided above the first electrode 43. FIG. 4 shows an example in which the entire opening is placed on the first electrode. In such an embodiment device, the area of the memory capacitor portion is reduced to 300 μm as in the conventional device.
m 2 , the area occupied by the memory cell could be reduced to about 1/3 to 1/2 of the conventional device. As a result, the parasitic capacitance associated with the digit line was reduced, and even if the same sense amplifier was used as before, sensitivity and speed were improved.

第4図に示した記憶装置の製造方法の要点を説
明する。絶縁膜42上に第1電極43を設けた
後、肉厚絶縁膜50を例えばCVD法により被着
する。そして、第1電極43上は少くとも残し、
MOSトランジスタのゲート部基板表面を露出さ
せる。そして、この状態で熱酸化法によつてゲー
ト酸化膜47を形成する。第1電極43のMOS
トランジスタに隣接する部分は、写真露光の関係
から、一部肉厚絶縁膜50が除去された状態で酸
化されるため、肉薄となつている。
The main points of the method for manufacturing the storage device shown in FIG. 4 will be explained. After providing the first electrode 43 on the insulating film 42, a thick insulating film 50 is deposited by, for example, CVD method. Then, at least the top of the first electrode 43 is left,
Expose the surface of the substrate at the gate of the MOS transistor. Then, in this state, a gate oxide film 47 is formed by thermal oxidation. MOS of the first electrode 43
The portion adjacent to the transistor is thin because it is oxidized with some of the thick insulating film 50 removed due to photographic exposure.

さて、このような構成のメモリセルは、例えば
第5図に示す如きマトリクス配列されて用いられ
る。図において、101,102等は個々のメモ
リセルを示し、103等はセンスアンプを示して
いる。今i行j列のメモリセルを第4図に対応さ
せて説明する。i行j列のメモリセルに情報書き
込むを行う場合を説明する。基板41に−
5Volt、第1電極43に+12Voltを印加してお
く。これにより、基板41表面には自由電子が誘
起され反転層44が形成される。この状態で番地
選択線或いは列ライン53に+12Voltを印加す
ると、前記トランジスタ49のゲート電極48の
電位は+12Voltとなりトランジスタはオン状態
となる。これにより、デイジライン46からデー
タが、メモリ素子45に対して書き込まれる。
Now, memory cells having such a configuration are used in a matrix arrangement as shown in FIG. 5, for example. In the figure, 101, 102, etc. indicate individual memory cells, and 103, etc. indicate a sense amplifier. The memory cell in row i and column j will now be explained in conjunction with FIG. A case will be described in which information is written to the memory cell in the i-th row and the j-th column. To the board 41-
5 Volt and +12 Volt are applied to the first electrode 43. As a result, free electrons are induced on the surface of the substrate 41 and an inversion layer 44 is formed. When +12 Volt is applied to the address selection line or column line 53 in this state, the potential of the gate electrode 48 of the transistor 49 becomes +12 Volt, and the transistor is turned on. As a result, data from the daisy line 46 is written into the memory element 45.

ついで、列ライン53を0Voltとし、トランジ
スタがオフ状態となると、データは容量素子45
に蓄積される。
Next, when the column line 53 is set to 0 Volt and the transistor is turned off, the data is transferred to the capacitive element 45.
is accumulated in

このようなメモリセルをマトリクス配列し、大
容量メモリを構成した場合、デイジツト線46に
はセルのメモリ容量45に比較して大きな容量が
ついている。このため、メモリ情報を読み出す
時、トランジスタ49のゲート電極48に電圧を
印加してゲートを開くと、デイジツト線の容量に
メモリセルの電荷がマスクされ、センスアンプで
センスするのが難しい。従つてメモリセルの容量
はデイジツト線の容量に比して大とすることが望
ましい。逆に言えば、メモリセルの容量が同一の
場合、デイジツト線に付随する寄生容量を小なら
しめることが出来れば感度、スピードを向上させ
ることができる。この結果は前述の通りである。
When such memory cells are arranged in a matrix to form a large capacity memory, the digit line 46 has a large capacity compared to the memory capacity 45 of the cell. Therefore, when reading memory information, if a voltage is applied to the gate electrode 48 of the transistor 49 to open the gate, the charge in the memory cell is masked by the capacitance of the digit line, making it difficult to sense with a sense amplifier. Therefore, it is desirable that the capacitance of the memory cell be larger than the capacitance of the digit line. Conversely, if the capacitance of the memory cells is the same, sensitivity and speed can be improved if the parasitic capacitance associated with the digit line can be reduced. This result is as described above.

さらに、MOSトランジスタのゲート延在部と、
第1電極43との間の容量が小であるため、第6
図に等価回路で示す如く、メモリセルの寄生容量
Cpijも小となる。このため、列ラインjの駆動能
力が小であつても使用が可能となつた。又、列ラ
インをAl等で構成したとしても、一般に分布抵
抗を持ち、メモリセルの容量とでCR時定数の遅
れを生じる。このCが小となるため、高速度で読
み出し、書き込みが可能となつた。特に、大容量
メモリシステムの実現には有力である。
Furthermore, a gate extension part of the MOS transistor,
Since the capacitance with the first electrode 43 is small, the sixth
As shown in the equivalent circuit in the figure, the parasitic capacitance of the memory cell
Cpij also becomes small. Therefore, it is possible to use the column line j even if its driving capacity is small. Furthermore, even if the column line is made of Al or the like, it generally has distributed resistance, and a delay in the CR time constant occurs due to the capacitance of the memory cell. Since this C becomes small, it becomes possible to read and write at high speed. In particular, it is effective in realizing large-capacity memory systems.

以上の実施例においては、反転領域44を形成
した場合を説明したが、予め、第1電極下にn+
領域を形成しておけば、特に、第1電極に反転電
圧を印加する必要はなくなる。又、nチヤンネル
素子でなく、pチヤンネル素子であつても本発明
が適用されることは勿論である。
In the above embodiments, the case where the inversion region 44 is formed has been described, but the n +
If the region is formed, there is no need to particularly apply an inversion voltage to the first electrode. Furthermore, it goes without saying that the present invention is applicable to not only n-channel devices but also p-channel devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、従来の1トランジスタ/1セルのメ
モリ装置の概略平面図、第2図は第1図に示した
装置の等価回路図、第3図は本発明の一実施例装
置を説明するための平面図、第4図は第3図の
−線断面図、第5図はメモリマトリクス配列を
説明するための図、第6図は本発明の効果を説明
するための等価回路図。 図において、11,12……n+領域、13…
…チヤンネル部、14,17……多結晶Si、15
……開孔部、16……列ライン、18……容量素
子、41……p-Si、42……SiO2、43……第
1電極、44……反転層、45……キヤパシタ、
46……n+領域、47……ゲート絶縁膜、48
……第2電極、49……MOSトランジスタ、5
0……絶縁膜、51……保護絶縁膜、52……開
孔部、53……配線、101,102……メモリ
セル、103……センスアンプ。
FIG. 1 is a schematic plan view of a conventional one-transistor/one-cell memory device, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the device shown in FIG. 1, and FIG. 3 explains an embodiment of the device of the present invention. 4 is a sectional view taken along the line -- in FIG. 3, FIG. 5 is a diagram for explaining a memory matrix arrangement, and FIG. 6 is an equivalent circuit diagram for explaining the effects of the present invention. In the figure, 11, 12...n + area, 13...
... Channel part, 14, 17 ... Polycrystalline Si, 15
...Opening portion, 16...Column line, 18...Capacitive element, 41...p - Si, 42... SiO2 , 43...First electrode, 44...Inversion layer, 45...Capacitor,
46...n + region, 47...gate insulating film, 48
...Second electrode, 49...MOS transistor, 5
0... Insulating film, 51... Protective insulating film, 52... Opening portion, 53... Wiring, 101, 102... Memory cell, 103... Sense amplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 1導電型の半導体基体と、この半導体基体の
表面の第1領域上に第1の絶縁膜を介して形成さ
れ前記第1領域に対向したキヤパシタ電極と、前
記第1領域から間隔をおいて前記半導体基体に形
成されかつ前記半導体基体と反対導電型でデイジ
ツトラインを構成する第2領域と、前記第1及び
第2領域間の前記半導体基体表面上に第2の絶縁
膜を介して存在する第1部分とこの第1部分より
延在して前記キヤパシタ電極上に第3の絶縁膜を
介して設けられる第2部分とを有するゲート電極
と、このゲート電極上を含む前記半導体基体上を
被覆するとともに前記ゲート電極の第2部分上に
開口部を有する第4の絶縁膜と、この第4の絶縁
膜上に、存在し前記ゲート電極の第2部分とは、
前記開口部を通してコンタクトされ、かつ列ライ
ンとなる外部配線とを具備し、前記第3の絶縁膜
の厚さが前記キヤパシタ電極の厚さよりも大なる
ことを特徴とする半導体記憶装置。
1. A semiconductor substrate of one conductivity type, a capacitor electrode formed on a first region of the surface of the semiconductor substrate via a first insulating film and facing the first region, and spaced apart from the first region. a second region formed on the semiconductor substrate and having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate and forming a digit line; and a second region existing on the surface of the semiconductor substrate between the first and second regions via a second insulating film. a gate electrode having a first portion extending from the first portion and provided on the capacitor electrode with a third insulating film interposed therebetween; a fourth insulating film that covers the gate electrode and has an opening over the second portion of the gate electrode; and a second portion of the gate electrode that is present on the fourth insulating film;
A semiconductor memory device comprising an external wiring that is contacted through the opening and serves as a column line, and wherein the thickness of the third insulating film is greater than the thickness of the capacitor electrode.
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