JPH0410565A - ダイナミック型ランダムアクセスメモリセル - Google Patents

ダイナミック型ランダムアクセスメモリセル

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JPH0410565A
JPH0410565A JP2112403A JP11240390A JPH0410565A JP H0410565 A JPH0410565 A JP H0410565A JP 2112403 A JP2112403 A JP 2112403A JP 11240390 A JP11240390 A JP 11240390A JP H0410565 A JPH0410565 A JP H0410565A
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Akira Tamakoshi
晃 玉越
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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

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Dram (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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】 [産業上の利用分野コ 本発明はMOS型の半導体集積回路に関し、特にダイナ
ミック型ランダムアクセスメモリのメモリセルの構成に
関する。
[従来の技術] 従来のトレンチキャパシタ構造のダイナミック型ランダ
ムアクセスメモリ(DRAM)の回路図を第6図、メモ
リセル1個分の回路を第7図、メモリセル2個分(例え
ば第6図のMC20,MC30)の断面図を第5図に示
す。1はP型半導体基板である。2,2“はN型拡散層
て第7図に示すメモリセル内のトランスファートランジ
スタTr!のトレイン側の情報伝達側のビット線BLj
(BLO)と、ソース側の情報電荷蓄積側の2′に対応
する。6はゲート電極で第6図および第7図に示すワー
ド線WLi(WL2またはWL3)に対応する。5は固
定電位となるトレンチ型容量を形成するプレート電極で
、容量絶縁膜4を介してN型拡散層2゛との間てセル容
量C5のキャパシタC1を形成する。6′は隣接するメ
モリセルのワード線(WLIまたはWL4)に対応する
。9はビット線PLOを構成する配線で、コンタクト8
を介してN型拡散層2と接続する。
ビット線BLOからメモリセルM C20への情報の書
き込みは、ワード線WL2が高レベル(VCCまたはそ
れ以上)の電位となり、Triをオンざぜてビット線B
LOの高レベル(V CC)または低レベル(GND)
に対応した電位がキャパシタCIに伝わることによって
なされる。情報の保持はワード線WL2か低レベルとな
り、TriをオフさせてCIに書き込まれた時の電位が
そのまま維持されることによってなされる。情報の読み
出しは、メモリセルMC20と接続するビット線BLO
及びリファレンスとなるビット線n石を一定電位(例え
ば1/2VCCレベル)のフローティング状態でワード
線WL2を再び高レベルにしてTriをオンさせること
によってなされる。
この時、メモリセル内の容ff1c1に高レベル(VC
C)の情報が書き込まれていれば、ビット線BLOの電
位が1/2C5−VCCの電荷量分だけ上昇し、C1が
低レベル(GND)になっていれば1/2cs−vcc
の電荷量分だけ下降する。リファレンスのビット線丁r
では上記読み出し時にはほとんど電位変化がなく、BL
O,r丁石間に生ずる微小電位差をセンスアンプSAO
で増幅させることによって読み出しを完了する。上述の
ように、従来のダイナミックメモリセルは1個のトラン
ジスタと1個のキャパシタで構成されている。
[発明が解決しようとする課題] 上述した従来のメモリセルは、電荷の保持がキャパシタ
CIのみてされており、電荷蓄積部となる拡散層2′に
高レベル情報の電荷が蓄えられていた場合、0■または
逆バイアスされる基板へ接合部を通して時間の経過と共
に電荷がリークしていくため、保持状態ではメモリセル
に対して周期的に同一情報を書き込むリフレッシュ動作
が必要になる。
また、メモリセル内の高レベル情報の電荷はICを包む
パッケージなどから発生するアルファ粒子の照射により
、接合部を通して基板中へリークしてしまうというセル
モートのソフトエラーの問題がある。
[発明の従来技術に対する相違点コ 上述した従来のメモリセル構造に対して本発明のメモリ
セルでは、メモリセル内に形成されるトレンチキャパシ
タの上部プレート電極をメモリセルの情報蓄積ノード領
域となるようにトランスファートランジスタの電荷蓄積
側の拡散層と接続させる。また、トレンチキャパシタ直
下の基板中には基板と反対導電型で高レベル電圧が印加
される不純物埋込領域を設け、この領域までトレンチが
達する構造にする。そして、不純物埋込領域とトランス
ファートランジスタの電荷蓄積部のソース側拡散層を各
々ソース、ドレイン、トレンチキャパシタの上部プレー
ト電極をゲートとなる縦型のMOSトランジスタを形成
する。
上記のような構造とすることにより、情報蓄積ノードが
高レベル電位である時には該縦型MOSトランジスタを
オン状態として不純物理込層からの電荷供給下で情報蓄
積ノードに高レベル電位を保持するようにして、リフレ
ッシュ動作を不要にしている。
[課題を解決するための手段] 本発明のダイナミック型ランダムアクセスメモリセルは
、半導体基板上に情報伝達用のトランスファートランジ
スタと情報蓄積用のトレンチキャパシタとを設けたダイ
ナミック型ランダムアクセスメモリセルにおいて、半導
体基板中に高レベル電圧が印加される反対導電型の不純
物理込層を形成し、トレンチ内部に容量絶縁膜を介して
プレート電極を形成してトレンチ側壁部と半導体基板と
の間に情報蓄積用のトレンチキャパシタを形成し、該プ
レート電極をトランスファートランジスタのソースと接
続して情報蓄積ノードとし、一方、トレンチ底部は不純
物理込層まて達するものとして、該不純物理込層をソー
ス、プレート電極をゲート、トランスファートランジス
タのソースをドレインとする縦型MOSトランジスタを
形成し、情報蓄積ノードが高レベル電位に満たない時に
は該縦型MO8トランジスタをオフ状態とし、情報蓄積
ノードが高レベル電位である時には該縦型MO3トラン
ジスタをオン状態として不純物理込層からの電荷供給下
で情報蓄積ノードに高レベル電位を保持することを特徴
とする。
[実施例コ 次に本発明について図面を参照し・て説明する。
第1図は本発明の一実施例のDRAMメモリセルの断面
図、第2図はメモリセルアレイ部の一部の平面図でA−
A’に沿った断面図が第1図に対応する。尚、図中1〜
9は従来例の第5図と同一の符号のものに対応する。
10はP型基板中に設けられたN型の不純物理込層て、
トランスファートランジスタTriのバイアス電位を基
板電位と同等にするように、Tri直下は避けて形成さ
れている。本実施例では、トレンチは埋込層時まで達す
る深さに形成され、容量絶縁膜4は埋込層10に接して
いる。11は容量絶縁膜4上に形成されたプレート電極
でコンタクトと13を介して電荷蓄積部となるTrlの
ソース側拡散層2′と接続され、情報電荷蓄積ノードと
なる。12はケート電極6とプレート電極11を分離す
るための絶縁5i02膜てゲート電極を熱酸化すること
によって形成される。上記の構成により、N型埋込層1
0をソース、電荷蓄積部となるTrlのソース側のN型
拡散層2′をトレイン、2゛に接続する容量プレート1
1をゲートとする縦型Nチャネル型MOSトランジスタ
Tr2が構成される。このメモリセルの等価回路は第3
図に示すようになる。すなわち、トランジスタTrlの
ソースがトランジスタTr2ドレインおよびゲートに接
続され、トランジスタTr2のゲート下の絶縁膜4を容
量絶縁膜としたキャパシタC2が形成されている。
ここで、縦型トランジスタTr2のしきい値電圧VT2
はゲート11とドレイン2′がソースとなる埋込層10
と同レベルの時オンするように、約OVの低しきい値か
、またはデイプレッションすなわちVT2<Oとなるよ
うに設定しである。また、埋込層10の電位は外部配線
9′により電源(VCC)またはTr2のしきい値の絶
対個分だけ高い(VCC+I VT2 + ”)レベル
に設定しである。
本実施例の動作について説明する。書き込み動作は、選
択されたワード線WLiを高レベルにすることにより、
トランスファートランジスタTriをオンさせ、トレイ
ン側のビット線BLJの高レベルまたは低レベルの情報
に対応する電位を電荷蓄積側のソース電極に伝えること
によって完了する。
この時、蓄積ノードとなるトランジスタTr2のゲート
電位も高レベルまたは低レベルに対応する電位となるが
、高レベルの時はTr2がオンとなり電荷蓄積部の接点
2′の電位は配線9′を介して高レベルが印加されてい
る埋込層10と同電位に保たれ、また低レベルの時はT
r2がオフして接点2′は低レベル状態を保つ。情報の
保持状態つまりWLiが低レベルてTriがオフしてい
る間は、情報の高レベルまたは低レベルに対応する電位
は、上記Tr2のトランジスタのオン、オフにより永久
的に保たれ、従来の様な再書き込み動作の必要がなくな
る。読み出し動作は、ビット線BLj及びリファレンス
となるBLjの電位を同一電位のフローティング状態例
えば1/2VCCレベルにしておき、ワード線WLiを
再び高レベルにしてTriをオン、Tr2をオフの状態
にする。この場合、Tr2をオフとしておくにはTr2
のしきい値電圧VT2は一1/2VCC<VT2≦0て
なければなならない。この時、メモリセルに高レベルの
データが書き込まれていれば、接点2′と接続する蓄積
ノード11と基板間で形成される容ff1c2に蓄積さ
れる電荷量分だけビット線電位が上昇する。ここで、ワ
ード線の立ち上がり速度を遅くすることにより、Tr2
のオンしている時間を長くしながら読み出すようにして
、蓄積量の高レベルマージンを大きくすることも可能で
ある。また、埋込層】Oの電位がVCC+ l VT2
+に設定される場合では、蓄積領域2′の電位がVCC
+ l V+21まで上げられており、より高レベルマ
ージンを大きくてきる利点がある。逆にメモリセルから
低レベルのデータを読み出す場合は、従来通りC2て決
まる電荷量分だけビット線の電位が下がり、リファレン
ス用ビット線との間に生した電位差をセンスアンプより
増大して読み出しを完了する。
第4図は本発明のDRAMメモリセルの他の一値実施例
の断面図である。図中、前記実施例と同一の符号は同一
の構成要素を示す。図中、15は第2のプレート電極で
あり、電荷蓄積ノードであるプレート電極110表面上
に容量絶縁膜14を形成した後、CVD気相成長法によ
り形成させられ、1/2VCCなとの固定電位に保たれ
る。本実施例でも上記実施例と同様の作用効果を奏する
本実施例では、プレート電極を多層としたため、情報蓄
積容量を増大でき、読み出し時に必要な電荷量を増大す
ることができセンスマージンを大きくてきる利点がある
[発明の効果コ 以上説明したように、本発明のトレンチキャパシタを用
いたDRAMメモリセルは、基板中に形成された高レベ
ル電位の不純物理込層をソース、トランスファートラン
ジスタの電荷蓄積部となるソース側拡散層をドレイン、
トレンチキャパシタの蓄積領域となるプレート電極をゲ
ートとする縦型MOSトランジスタを形成し、セルに高
レベルの情報か書き込まれたときには縦型MOSトラン
ジスタがオンする構成にしたため、高レベル情報を不純
物の埋込層からの電荷供給下で常時保持することができ
、従来必要であったリフレッシュ動作か不要となる。ま
た、セルに高レベル情報を保持している時に、電荷が消
失するソフトエラーによるセルモート不良も減少させる
ことかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のDRAMメモリセルの断面
図、第2図はそのメモリセルアレイ部の平面図、第3図
はそのメモリセル1個の等価回路図、第4図は本発明の
他の一実施例の断面図、第5図は従来のトレンチキャパ
シタを用いたDRAMメモリセルの断面図、第6図はメ
モリセルアレイ部の回路構成図、第7図は従来のメモリ
セル1この等価回路図である。 1・・・・・・・・P型半導体基板、 2.2′  ・・・・・N型不純物拡散層、3・・・・
・・・・絶縁分離層、 4・・・・・・・・容量及びゲート絶縁膜、5・・・・
・・・・容量プレート電極、6.6′  ・・・・ワー
ドゲート電極及びワード線、7・・・・・・・層間絶縁
膜、 8・・・・・・・ビット線拡散層コンタクト、9 ・ 
・ ・ ◆ 10 ・ ・ ・ 1 l ・ ・ ・ 12 ・ ・ ・ 13 ・ ・ ・ 14 ・ ・ ・ 15 ・ ・ ・ T′「】・ ・ ・ Tr2・ ・ ・ C1,C2・

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板上に情報伝達用のトランスファートランジス
    タと情報蓄積用のトレンチキャパシタとを設けたダイナ
    ミック型ランダムアクセスメモリセルにおいて、半導体
    基板中に高レベル電圧が印加される反対導電型の不純物
    埋込層を形成し、トレンチ内部に容量絶縁膜を介してプ
    レート電極を形成してトレンチ側壁部と半導体基板との
    間に情報蓄積用のトレンチキャパシタを形成し、該プレ
    ート電極をトランスファートランジスタのソースと接続
    して情報蓄積ノードとし、一方、トレンチ底部は不純物
    理込層まで達するものとして、該不純物理込層をソース
    、プレート電極をゲート、トランスファートランジスタ
    のソースをドレインとする縦型MOSトランジスタを形
    成し、情報蓄積ノードが高レベル電位に満たない時には
    該縦型MOSトランジスタをオフ状態とし、情報蓄積ノ
    ードが高レベル電位である時には該縦型MOSトランジ
    スタをオン状態として不純物埋込層からの電荷供給下で
    情報蓄積ノードに高レベル電位を保持することを特徴と
    するダイナミック型ランダムアクセスメモリセル。
JP2112403A 1990-04-27 1990-04-27 ダイナミック型ランダムアクセスメモリセル Expired - Lifetime JP2861243B2 (ja)

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