JPH04307765A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH04307765A
JPH04307765A JP3071579A JP7157991A JPH04307765A JP H04307765 A JPH04307765 A JP H04307765A JP 3071579 A JP3071579 A JP 3071579A JP 7157991 A JP7157991 A JP 7157991A JP H04307765 A JPH04307765 A JP H04307765A
Authority
JP
Japan
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voltage
electrode
plate electrode
charge storage
plate
Prior art date
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Pending
Application number
JP3071579A
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English (en)
Inventor
Koji Naito
康志 内藤
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高密度な半導体記憶装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体記憶装置は高密度化がすす
み、それに使用されるトランジスタや配線、容量などの
寸法はごく微細なものとなっている。一方、外部から与
える電源や入出力信号の電圧は、あまり低下させないと
いう要求がある。これを満たすため、素子には高電界が
印加されることとなるが、このような状況は素子の寿命
劣化を招く。最近の素子製造技術は、素子内での電界を
できるだけ均一化し、寿命を規定する最大電界を下げる
ことに重点がおかれている。DRAMの容量絶縁膜にか
かる最大電圧を下げることも課題の一つである。
【0003】また小さい平面積で大きな容量を得るため
高い誘電率の膜の開発も進められているが、耐熱性に優
れたものはなく、プレ−ト電極は低温で形成できるもの
を使用せざるを得ない。蓄積電極は耐熱性の良い材料が
求められるので、これらの電極は異なる材料となる。従
来は、このような高い誘電率の膜を用いる必要がなかっ
たので、両電極にN型のシリコンもしくはポリシリコン
が使われてきた。このような場合、プレ−トに対して電
源電圧の二分の一の電圧を与えることにより、容量絶縁
膜に加わる最大電圧を最小に抑えられる。
【0004】以下図面を参照しながら、上記した従来の
容量絶縁膜にかかる最大電界の緩和方法の一例について
説明する。
【0005】図6は従来のDRAMセルで容量絶縁膜に
かかる最大電界を最小にする方法を示すものである。図
6において、1はワ−ド線、2はビット線、3はトラン
スファゲ−ト、4は電荷蓄積電極、5はプレ−ト電極、
6は容量絶縁膜、7はプレ−ト電極6に与える電圧(V
PL)を示し、以上で単位セルが構成される。
【0006】従来、電荷蓄積電極4はN型のシリコンあ
るいは、ポリシリコン、プレ−ト電極5はN型のポリシ
リコンが用いられ、VPLは電源電圧の二分の一が与え
られていた。この理由は、セルの書き込みが、0ボルト
と電源電圧(VCC)の二値でおこなわれ、電荷蓄積電
極4とプレ−ト電極5のフェルミレベルが同じであるか
ら、プレ−ト電極5の電位を電源電圧の二分の一に保つ
ことにより、容量絶縁膜6にかかる最大電圧を電源電圧
の二分の一に抑えることができるからである。以上は、
絶縁膜の両端に加わる最大電圧が、VPLとVCC−V
PLのうちの大きい方であることを考えると容易にわか
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、フェルミレベルの異なる二つの電極から
なる容量の場合、絶縁膜の両端にかかる電圧は、両電極
に加わっている電位差から両材料のフェルミレベル差分
だけずれ、最大電圧が最小にならないという問題点を有
していた。
【0008】本発明は上記問題点に鑑み、フェルミレベ
ルの異なる二つの電極からなる容量の場合に、絶縁膜の
両端にかかる最大電圧を最小にする半導体記憶装置を提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
は、プレ−ト電極に与える電圧を、電源電圧の二分の一
より、電荷蓄積電極材料のフェルミレベルからプレ−ト
電極材料のフェルミレベルを差し引いた電圧だけ、高く
するという構成を備えたものである。
【0010】
【作用】本発明の上記した構成によると、電荷蓄積電極
に電源電圧レベル(VCC)が書き込まれるとき、両電
極間にはVCCからVCCの半分をひき、さらに電荷蓄
積材料のフェルミレベルからプレ−ト電極材料のフェル
ミレベルを引いた電圧を差し引いた電圧がかかる。この
際、容量絶縁膜には前記電圧にフェルミレベル差の電圧
が加わった電圧、すなわちVCCの二分の一の電圧が加
わる。また、電荷蓄積電極に0ボルトが書き込まれると
き、両電極間にはVCCの半分に電荷蓄積材料のフェル
ミレベルからプレ−ト電極材料のフェルミレベルを引い
た電圧を加えた電圧がかかる。この際、容量絶縁膜には
前記電圧からフェルミレベル差の電圧を差し引いた電圧
、すなわちVCCの二分の一の電圧が加わる。このよう
に、本発明の構成によると、異なる材料の容量電極に対
しても、容量絶縁膜に加わる最大電圧をVCCの二分の
一、すなわち最小に抑えることが可能となる。
【0011】
【実施例】(実施例1)以下本発明の実施例について、
図面を参照しながら説明する。
【0012】図1は本発明の第一の実施例におけるメモ
リセルの構造を示すものであり、いわゆるスタック型と
呼ばれるDRAMセルのワ−ド線に垂直な断面図である
【0013】図1において、シリコン基板11上に、ワ
−ド線1、ビット線2、S/D拡散層13、トランスフ
ァゲ−ト3、LOCOS分離膜12、N+ポリシリコン
からなる電荷蓄積電極8、酸化タンタルからなる容量絶
縁膜6、タングステンからなるプレ−ト電極9、および
配線層間絶縁膜14から構成されたメモリセルである。 プレ−ト電極9は、高温熱処理に弱い酸化タンタルの容
量絶縁膜6を使うため、低温で形成可能なタングステン
を用いざるを得ない。このような構造に対して、プレ−
ト電極9に与える電圧VPL10を、電源電圧VCCの
二分の一より、電荷蓄積電極材料のフェルミレベルから
プレ−ト電極材料のフェルミレベルを差し引いた電圧だ
け、高くする。
【0014】以上のように構成されたメモリセルについ
て、従来の構造と本発明の構造の比較を通して本発明の
効果を説明する。
【0015】図2は従来の構造、すなわち同一の材料を
二つの電極に用いた場合の電荷蓄積電極4−容量絶縁膜
6−プレ−ト電極5のバンド図を示すものである。プレ
−トに与える電圧(VPL)7は電源電圧(VCC)の
半分の値に固定され、書き込み電圧15が0ボルトとV
CCにとられる。まず、二つの電極に与えられる電圧が
等しい場合(図2(b))は、電極材料が同じため、容
量絶縁膜6には電圧は加わらない。デ−タが書き込まれ
たときは書き込み電圧15が0ボルトあるいはVCCに
なるが、容量絶縁膜6にはどちらの場合もVCCの半分
の電圧が加わる(図2(a),(c))。このようにし
て、絶縁膜にかかる最大電圧がVCCの半分となり、最
小に抑えられる。
【0016】図3は本発明の構造で、すなわち図1の場
合の電荷蓄積電極8−容量絶縁膜6−プレ−ト電極9の
バンド図を示すものである。プレ−トに与える電圧VP
L10はVCCの二分の一より、電荷蓄積電極材料のフ
ェルミレベルからプレ−ト電極材料のフェルミレベルを
差し引いた電圧だけ、高くする。本発明が問題とする二
つの電極材料が異なる場合、このようにVPLを設定し
てはじめて、書き込みが0ボルトの時もVCCの時も絶
縁膜6にはVCCの半分の電圧が加わることとなる。こ
のようにして、絶縁膜にかかる最大電圧がVCCの半分
となり、最小に抑えられる(図3(a),(b),(c
))。
【0017】以上のように本実施例では、電荷蓄積電極
8とプレ−ト電極9が異なる材料からなるDRAMにお
いて、プレ−ト電極9に与える電圧が、電源電圧の二分
の一より、電荷蓄積電極8材料のフェルミレベルからプ
レ−ト電極9材料のフェルミレベルを差し引いた電圧だ
け、高くすることにより、容量絶縁膜6の両端にかかる
最大電圧を最小にすることができる。
【0018】なお、本実施例ではN+ポリシリコンから
なる電荷蓄積電極8、タングステンからなるプレ−ト電
極9を用いたが、N型不純物が拡散されたシリコンある
いはポリシリコンでできた電荷蓄積電極、P型不純物が
拡散されたポリシリコンでできたプレ−ト電極を用いて
、このプレ−ト電極に対して、電源電圧の二分の一より
約1.1Vだけ高い電圧を与えても良い。さらに、P型
不純物が拡散されたシリコンあるいはポリシリコンでで
きた電荷蓄積電極と、N型不純物が拡散されたポリシリ
コンでできたプレ−ト電極を用いて、このプレ−ト電極
に対して、電源電圧の二分の一より約1.1Vだけ低い
電圧を与えても良い。
【0019】(実施例2)以下本発明の第2の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。
【0020】図4は本発明の第2の実施例、すなわち強
誘電体メモリ−のセルの構造でワ−ド線に垂直な断面図
である。すなわち強誘電体メモリ−のセルは、ワ−ド線
1、ビット線2、拡散層17、拡散層からなる書き込み
電極23、強誘電体膜19、プレ−ト電極20、LOC
OS分離膜22および層間絶縁膜21からなる。強誘電
体は高温熱処理で分極を失うため、形成後は高温を避け
る必要がある。故にプレ−ト電極21は低温で形成せね
ばならず、アルミ、タングステンなどが用いられ、書き
込み電極23とは材料が異なることとなる。
【0021】図5は図4を回路図で表したもので、これ
を用いて動作を説明する。図6に示すDRAMセルと回
路上は同一となる。異なるのは書き込み電極23、プレ
−ト電極20からなる容量の絶縁膜が強誘電体19にな
っていることと、プレ−ト電極20に高レベル書き込み
電圧から低レベル書き込み電圧を引いた値の二分の一と
、書き込み電極23材料のフェルミレベルからプレ−ト
電極20材料のフェルミレベルを差し引いた電圧を足し
た電圧だけ、低レベル書き込み電圧より高い電圧を与え
ることである。
【0022】その動作は、ビット線2にデ−タレベルを
与え、ワ−ド線1がトランスファゲ−ト3を開き、デ−
タレベルが書き込み電極23に加わる。この際発生した
強誘電体に加わる電界で強誘電体の分極が変わり、この
分極状態を記憶状態としてとどめる、というものである
。一般的に強誘電体の分極特性は、書き込み電極23か
らプレ−ト電極20に向かう方向、その反対方向、の両
方向に対してほぼ対称に近い。ゆえに、ある分極状態を
反転させる電界の強さ(絶対値)の最小値はもとの分極
方向によらず同じとして良い。
【0023】以上のように本実施例では、プレ−ト電圧
20に、高レベル書き込み電圧から低レベル書き込み電
圧を引いた値の二分の一と、書き込み電極23材料のフ
ェルミレベルからプレ−ト電極20材料のフェルミレベ
ルを差し引いた電圧を足した電圧だけ、低レベル書き込
み電圧より高い電圧を与えると、強誘電体19に正負等
しい電界がかかるようになり、もっとも効率の良い書き
込みが達成できる。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明は、電荷蓄積電極と
プレ−ト電極が異なる材料からなるDRAMにおいて、
プレ−ト電極に与える電圧が、電源電圧の二分の一より
、電荷蓄積電極材料のフェルミレベルからプレ−ト電極
材料のフェルミレベルを差し引いた電圧だけ、高くする
ことにより、容量絶縁膜の両端にかかる最大電圧を最小
にすることができ長期信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるDRAMのワ−
ド線に垂直な断面図である。
【図2】従来の方法における容量構造のバンド図である
【図3】本発明の第1の実施例における容量構造のバン
ド図である。
【図4】本発明の第2の実施例を説明する強誘電体メモ
リ−のワ−ド線に垂直な断面図である。
【図5】本発明の第2の実施例における強誘電体メモリ
−セルの回路図である。
【図6】従来の方法の動作説明のためのDRAMセルの
回路図である。
【符号の説明】
1  ビット線 2  ワ−ド線 3  トランスファゲ−ト 6  容量電極 7  プレ−ト電極に与える電圧(VPL)8  電荷
蓄積電極(P+ポリシリコン)9  プレ−ト電極(N
+ポリシリコン)10  VPL 15  書き込み電圧 19  強誘電体 23  書き込み電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一つのトランジスタと一つの容量で単位記
    憶セルをなし、その容量が、電荷蓄積電極と、プレ−ト
    電極と、それらに挟まれた絶縁膜とから構成され、この
    電荷蓄積電極とプレ−ト電極が異なる材料からなるDR
    AMであって、前記プレ−ト電極に与える電圧が、電源
    電圧の二分の一より、電荷蓄積電極材料のフェルミレベ
    ルからプレ−ト電極材料のフェルミレベルを差し引いた
    電圧だけ高いことを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】一つのトランジスタと一つの容量で単位記
    憶セルをなし、その容量が、書き込み電極と、プレ−ト
    電極と、それらに挟まれた強誘電体膜とから構成され、
    この書き込み電極とプレ−ト電極が異なる材料からなる
    強誘電体メモリ−であって、プレ−ト電極に与える電圧
    が、高レベル書き込み電圧から低レベル書き込み電圧を
    引いた値の二分の一と、書き込み電極材料のフェルミレ
    ベルからプレ−ト電極材料のフェルミレベルを差し引い
    た電圧を足した電圧だけ低レベル書き込み電圧より高い
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】一つのトランジスタと一つの容量で単位記
    憶セルをなすDRAMであって、その容量が、N型不純
    物が拡散されたシリコンあるいはポリシリコンでできた
    電荷蓄積電極と、P型不純物が拡散されたポリシリコン
    でできた対向電極と、それらに挟まれた絶縁膜とから構
    成され、この対向電極に対して、電源電圧の二分の一よ
    り約1.1Vだけ高い電圧が与えられることを特徴とす
    る半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】一つのトランジスタと一つの容量で単位記
    憶セルをなすDRAMであって、その容量が、P型不純
    物が拡散されたシリコンあるいはポリシリコンでできた
    電荷蓄積電極と、N型不純物が拡散されたポリシリコン
    でできた対向電極と、それらに挟まれた絶縁膜とから構
    成され、この対向電極に対して、電源電圧の二分の一よ
    り約1.1Vだけ低い電圧が与えられることを特徴とす
    る半導体記憶装置。
JP3071579A 1991-04-04 1991-04-04 半導体記憶装置 Pending JPH04307765A (ja)

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