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JPS5928059B2 - semiconductor memory - Google Patents
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JPS5928059B2 - semiconductor memory - Google Patents

semiconductor memory

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Publication number
JPS5928059B2
JPS5928059B2 JP54058936A JP5893679A JPS5928059B2 JP S5928059 B2 JPS5928059 B2 JP S5928059B2 JP 54058936 A JP54058936 A JP 54058936A JP 5893679 A JP5893679 A JP 5893679A JP S5928059 B2 JPS5928059 B2 JP S5928059B2
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JP
Japan
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drain
gate electrode
voltage
region
source
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JP54058936A
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浩 柴田
英雄 岩崎
邦夫 山田
徳也 五十嵐
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CHO ERU ESU AI GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Original Assignee
CHO ERU ESU AI GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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Publication date
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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

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体集積回路の使用にて好適なダイナミック
メモリのための半導体メモリに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor memory for dynamic memory suitable for use in semiconductor integrated circuits.

まず、本発明の概要をP形シリコン基板を用いた場合に
ついて説明する。本発明はソース・ドレイン間に2板の
ゲート電極を電気的に分離した状態で互いに平行に配列
し、そのうちドレイン側に近いゲート電極G、をPf形
の多結晶シリコン層で形成する。更に、その直下のシリ
コン表面は、低濃度の極めて浅いn形層で形成してある
。この電極とソース領域の間に、通常のnチャンネルM
OS構造のゲート電極と、絶縁膜、およびP形基板が形
成されている。この構造において、先のドレイン側に隣
接するゲート電極G1とソース側に隣接するゲート電極
およびドレイン電極に適当な電圧を印加することにより
、G、直下のシリコン表面に正孔を蓄積させ、その直下
のp−n接合近傍にn形チャンネル層を形成してドレイ
ン領域とソース領域間に電流が流れ得る状態”01”゜
を形成するモードと、G、直下に正孔を蓄積しない場合
、すくなくともG1に正の電圧を印加しない限りn層は
空乏層になつており、G2に正の電圧を印加してもソー
ス・ドレイン間に電流の流れない状態1V01を形成す
るモードを有することによつて101! 1111?の
書き込み、読み出しを可能にする。
First, an outline of the present invention will be explained regarding the case where a P-type silicon substrate is used. In the present invention, two plates of gate electrodes are arranged parallel to each other in an electrically separated state between the source and drain, and the gate electrode G, which is closer to the drain side, is formed of a Pf type polycrystalline silicon layer. Furthermore, the silicon surface immediately below is formed of a very shallow n-type layer with low concentration. Between this electrode and the source region, a normal n-channel M
A gate electrode of an OS structure, an insulating film, and a P-type substrate are formed. In this structure, by applying an appropriate voltage to the gate electrode G1 adjacent to the drain side and the gate electrode and drain electrode adjacent to the source side, holes are accumulated on the silicon surface directly below G1, and There is a mode in which an n-type channel layer is formed near the p-n junction of G1 to form a state "01" in which current can flow between the drain region and the source region, and a mode in which holes are not accumulated directly under G1. The n-layer becomes a depletion layer unless a positive voltage is applied to G2, and even if a positive voltage is applied to G2, no current flows between the source and drain. ! 1111? Enables writing and reading.

次に従来の半導体メモリについて説明する。Next, a conventional semiconductor memory will be explained.

半導体メモリにはダイナミツク形とスタテツク形があり
、集積度の高いメモリとしては1メモリセル当りの所要
面積が極めて小さな第1図のような1トランジスタ、1
キヤパシタよりなるダイナミツクメモリが多く用いられ
ている。しかし、この方式によるメモリセルは記憶に用
いるキヤパシタCの容量を極端に小さくすると充電され
ているかどうかの判別が困難になるため余り小さく出来
ず、ある程度の面積を必要とする。又、α線による損傷
によつて、キヤパシタCの充電状態が変化してしまい、
記憶内容の誤りが生じることがあるなど、セル面積の極
小化に対して極めて困難な問題をかかえている。これに
対して1978年2月、IEEE学会のInterna
tiOnalSOlld−StateCircuits
COnferenceにおいてDarrelMErb氏
より提案された11StratifiedCharge
Mem0ry−DigestOfTechnicalP
apers,P.P.24−25、および1978年1
2月1EEE学会)InternatiOnalEle
ctrOnDeviceMeetingにおいて発表さ
れたP.K.Chatterjee氏の?1Taper
Is01atedDynamicGainRAMC0I
F1はこれまでの電界効果形MOSトランジスタの構造
を変え、ゲート直下のシリコン表面層に荷電粒子(正孔
、電子)を蓄積して、その直下にチヤンネル領域を形成
することを利用し、ドレイン・ソース間の電流が流れる
状態Vfl−と流れない状態10!!をつくることによ
つてメモリセルを形成している。この構造は1メモリセ
ルがほぼ1トランジスタによりなるものであり、従来の
1トランジスタ、1キヤパシタのメモリセルよりは小さ
な面積で十分であることが特長である。次に、この種の
従来メモリとしてD.M.Erb氏の1Stratif
iedChargeMem0ry!5を第2図)第3図
について説明する。P形シリコン基板1に第2図で示す
ように、ドレイン2、ソース3、ドレインに隣接して低
濃度で浅いn形の領域4を形成する。その上に絶縁膜を
介して、領域4の直上にゲート電極5、この電極5とソ
ース領域3の間にゲート電極6を形成しておく。単一セ
ルではなく集積化した場合には、第3図で示すように、
ゲート電極6はドレイン2、ソース3、ゲート電極5と
直交した配列となる。次に動作原理を説明する。
There are two types of semiconductor memory: dynamic and static types. Highly integrated memories have extremely small area requirements per memory cell, such as the one-transistor or one-transistor type shown in Figure 1.
Dynamic memories consisting of capacitors are often used. However, if the capacitance of the capacitor C used for storage is extremely reduced, it becomes difficult to determine whether the memory cell is charged or not, so the memory cell according to this method cannot be made very small and requires a certain amount of area. In addition, the state of charge of capacitor C changes due to damage caused by alpha rays,
Minimizing the cell area poses extremely difficult problems, such as errors in the stored contents. In response, in February 1978, the IEEE academic society
tiOnalSOlld-State Circuits
11StratifiedCharge proposed by Mr. Darrel MErb at the conference
Mem0ry-DigestOfTechnicalP
apers, P. P. 24-25, and 1978 1
February 1 EEE Society) InternationalOnalEle
P. announced at ctrOnDeviceMeeting. K. Mr. Chatterjee? 1Taper
Is01atedDynamicGainRAMC0I
F1 changes the structure of conventional field-effect MOS transistors by accumulating charged particles (holes, electrons) in the silicon surface layer directly below the gate, and forming a channel region directly below them. State Vfl- in which current flows between sources and state 10 in which current does not flow! ! A memory cell is formed by making . In this structure, one memory cell consists of almost one transistor, and the feature is that it requires a smaller area than the conventional one-transistor, one-capacitor memory cell. Next, as a conventional memory of this type, D. M. Mr. Erb's 1Stratif
iedChargeMem0ry! 5 in FIG. 2) FIG. 3 will be explained. As shown in FIG. 2 on a P-type silicon substrate 1, a drain 2, a source 3, and a shallow n-type region 4 with a low concentration are formed adjacent to the drain. Thereon, a gate electrode 5 is formed directly above region 4 and a gate electrode 6 is formed between this electrode 5 and source region 3 with an insulating film interposed therebetween. When integrated rather than a single cell, as shown in Figure 3,
The gate electrode 6 is arranged perpendicular to the drain 2, source 3, and gate electrode 5. Next, the operating principle will be explained.

まず書き込みをおこなう場合は、ソース3、ドレイン2
の電圧を固定しておいて、ゲート電極5に一cの電圧を
印加し、もし11「1の状態を書きこみたいときはゲー
ト電極6に−VRを印加する。この時ゲート電極6の下
に、正孔が蓄積される。この正孔はゲート電極5の印加
電圧が負であるため、シリコン表面を通つて、ゲート電
極5の直下のn形領域4のシリコン表面上に転送される
。次にゲート電極6の印加電圧をOないし正の電圧にす
ると、正孔に対しては、その放散を阻止するように働く
ため、領域4にある正孔はその場所にとどまる。尚、正
孔の注入がない場合、n形領域4のドナー濃度は低いの
で、比較的小さな負の電圧をゲート電極5に印加するこ
とによつて、このn形領域4に空乏層を形成するように
設計されており、ドレイン2、ソース3間にはゲート電
極6に正の電圧を印加しても電流が流れないようになつ
ている。しかし、今、上述のように正孔が注入されたた
め、n形領域4層中の空乏層の厚みは(それに見合うよ
うに電子を誘起することによつて)減少し、n形領域4
のp−n接合近傍にチヤンネルが形成される。この正孔
が領域4にとどまる時間は、p−n接合によつて形成さ
れる電界が正孔の放散を阻止するため十分に長い。゛1
01の状態を書き込むためには、ゲート電極5に印加す
る電圧を、111を書き込んだ時の電圧−cより大なる
−{Jc(0)の電圧に設定する。この電圧があるしき
い値電圧−Vc(1)より大のときは、ゲート電極6に
−VRを印加しても、正孔は領域4には転送されない。
そのため、n形領域4中の空乏層に何ら変化がおこらな
い。この際、ゲート電極5、ゲート電極6に位加される
電圧の相対関係によつてシリコン表面のポテンシヤル障
壁は正孔に対して低くなり、領域4に正孔が存在してい
れば逆にゲート電極6の直下のシリコン表面に正孔は押
し出される。以上のようにして“0゛の状態が形成され
る。一方のメモリセルの読み出しは、ゲート電極5にO
ボルトに近い負の電圧を印加しておいて、正孔を固定し
ておき、ゲート電極6にしきい値電圧Vthより大なる
正の電圧を印加すると、P形基板1表面がn形反転層を
形成してチヤンネルを形成し、ソース・トレーン間に電
圧を印加したとき、領域4に正孔が蓄積されて、いれば
、ソース・ドレイン間に電流が流れてT9llの状態を
示し、正孔の蓄積がなければ、この電流は流れず、゛゜
0゛の状態を示す。このメモリセルの場合、ゲート電極
6がセレクト線、ゲート電極5が書き込み線となる。そ
のため、第3図でもわかるように、ゲート電極5とゲー
ト電極6とは直交して配線されねばならない。特にゲー
ト電極6はソース3、ドレイン2、およびゲート電極5
を形成后形成せねばならず、作製が極めてむずかしい欠
点を有する。つまりゲート電極5の直下にn形の不純物
を導入し、その上にのみ多結晶シリコンによるゲート電
極5をつくることはプロセスの順序から考えて不可能と
もいえるほど困難であるからである。また、1978年
12月EDM学会で発表された!TTaperIsOl
atedDynamicGainRAMCellllの
場合第4図の如くゲート電極11の直下にP形領域9を
設け、正孔の蓄積層を作ること、および、この正孔の放
散を封するためにP形領域9の周辺をn形領域7として
いる。
When writing first, source 3, drain 2
If you want to write the state of 11"1, apply -VR to the gate electrode 6. At this time, apply a voltage of 1c to the gate electrode 5. Since the voltage applied to the gate electrode 5 is negative, the holes are transferred to the silicon surface of the n-type region 4 directly under the gate electrode 5 through the silicon surface. Next, when the voltage applied to the gate electrode 6 is set to O or a positive voltage, the hole in the region 4 stays at that location because it acts to prevent the hole from dissipating. Since the donor concentration in the n-type region 4 is low when there is no implantation, a depletion layer is formed in the n-type region 4 by applying a relatively small negative voltage to the gate electrode 5. Therefore, no current flows between the drain 2 and the source 3 even if a positive voltage is applied to the gate electrode 6. However, since holes are now injected as described above, the n-type The thickness of the depletion layer in the region 4 layer is reduced (by commensurately inducing electrons) and the thickness of the depletion layer in the n-type region 4
A channel is formed near the pn junction of. The time this hole remains in region 4 is long enough because the electric field formed by the pn junction prevents the hole from dissipating.゛1
In order to write the state of 01, the voltage applied to the gate electrode 5 is set to a voltage of -{Jc(0), which is greater than the voltage -c when writing 111. When this voltage is higher than a certain threshold voltage -Vc(1), holes are not transferred to the region 4 even if -VR is applied to the gate electrode 6.
Therefore, no change occurs in the depletion layer in the n-type region 4. At this time, due to the relative relationship between the voltages applied to the gate electrodes 5 and 6, the potential barrier on the silicon surface becomes lower with respect to holes, and if holes exist in region 4, the gate electrode The holes are pushed out to the silicon surface directly below the electrode 6. In the above manner, a state of "0" is formed.When reading out one memory cell, the gate electrode 5 is
When a negative voltage close to volts is applied to fix holes, and a positive voltage greater than the threshold voltage Vth is applied to the gate electrode 6, the surface of the P-type substrate 1 forms an n-type inversion layer. When a channel is formed and a voltage is applied between the source and the drain, holes are accumulated in region 4, and if there are, a current flows between the source and drain, indicating the state of T9ll, and the holes are removed. If there is no accumulation, this current will not flow and a state of ゛゜0゛ will be exhibited. In the case of this memory cell, the gate electrode 6 serves as a select line, and the gate electrode 5 serves as a write line. Therefore, as can be seen in FIG. 3, the gate electrode 5 and the gate electrode 6 must be wired orthogonally. In particular, the gate electrode 6 is connected to the source 3, the drain 2, and the gate electrode 5.
It has the disadvantage that it is extremely difficult to fabricate. In other words, it is so difficult to introduce an n-type impurity directly under the gate electrode 5 and to form the gate electrode 5 of polycrystalline silicon only thereon, considering the order of the process. Also, it was announced at the EDM Society in December 1978! TTaperIsOl
In the case of the DynamicGainRAMCell, as shown in FIG. 4, a P-type region 9 is provided directly under the gate electrode 11 to create a hole accumulation layer, and the periphery of the P-type region 9 is The shape area is 7.

また注入するに要する正孔のソースとし7てフイールド
酸化膜10の下のP+領域8を用いており、かつこのP
+領域8とゲート直下のP形領域9の分離にその中間n
形領域7とその表面のポテンシヤルの変化を利用するた
めの厚みの漸次増大するテーパ状の酸化膜10を必要と
し、その膜厚の制御も又、困難な問題となる。本発明は
、上述したゲート電極直下のシリコン表面、内表面に荷
電粒子(正孔、電子)を蓄積して、最終的にドレイン・
ソース間電流を変調して、!118〜10?Wの二つの
状態をつくるメモリセルに関するものであるが、上述し
た従来のメモリセルに比較して、後述するように、製作
方法が容易、動作余裕度が大きい、動作電圧が低い、大
規模集積回路に適した電極配列であるなど多くの特長を
有するものである。
Further, the P+ region 8 under the field oxide film 10 is used as a source 7 of holes required for injection, and this P+ region 8 is used as a source 7 of holes required for injection.
+ region 8 and P-type region 9 directly under the gate are separated by an intermediate n
A tapered oxide film 10 whose thickness gradually increases is required to take advantage of changes in the potential of the shaped region 7 and its surface, and controlling the film thickness also becomes a difficult problem. The present invention accumulates charged particles (holes, electrons) on the silicon surface and inner surface directly below the gate electrode, and finally
By modulating the source-to-source current,! 118-10? This relates to a memory cell that creates two states of W, but compared to the conventional memory cells mentioned above, it is easy to manufacture, has a large operating margin, has a low operating voltage, and has large-scale integration. It has many features such as an electrode arrangement suitable for circuits.

第5図に本発明の一実施例によるメモリセルの断面図を
示し、第6図にその等価回路を示す。
FIG. 5 shows a cross-sectional view of a memory cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows its equivalent circuit.

第7図に集積回路として、メモリセルを配列した場合の
レイアウトを示す。セレクトラインはドレイン電極19
であり、書き込みラインは第1のゲート電極16、読み
出しは第2のゲート電極17、ソース15に適当な印加
電圧を課することによりおこなう。次に、このメモリセ
ルの動作原理を述べると、このメモリセルは、第5図に
示すように、ドレイン13、ソース15、ドレインに近
接した第1のゲート電極16(以下G1という)、およ
びこのG1とソース15の間につくる第2のゲート電極
17(以下G2という)よりなり、ドレイン電極19は
、これらの配線と直交しセレクトラインをなす。
FIG. 7 shows a layout when memory cells are arranged as an integrated circuit. The select line is the drain electrode 19
The writing line is performed by applying an appropriate voltage to the first gate electrode 16, and reading is performed by applying an appropriate voltage to the second gate electrode 17 and source 15. Next, to describe the operating principle of this memory cell, as shown in FIG. It consists of a second gate electrode 17 (hereinafter referred to as G2) formed between G1 and the source 15, and the drain electrode 19 is perpendicular to these wiring lines to form a select line.

このメモリセルのG1は、十分に濃度の高い戸多結晶シ
リコンによつて形成される。G,の直下のシリコン基板
1は極く浅いn導電形の領域14を有するので、ゲート
電極16とn形領域14との間に内蔵電界が形成される
ことによつて、この浅いn形の領域14は、G1に負の
電圧が印加していない時ででも空乏層を形成し、ソース
15からドレイン13への電子の導通を妨げる。つまり
n形領域14の濃度、厚み、およびG1のP+ポリシリ
コンの濃度を適切に選ぶことにより、G,に負電圧を印
加しなくとも、ソース・ドレイン電流の流れない110
1Wの状態が得られる。
G1 of this memory cell is formed of polycrystalline silicon with a sufficiently high concentration. Since the silicon substrate 1 directly under G, has an extremely shallow n-type conductivity region 14, a built-in electric field is formed between the gate electrode 16 and the n-type region 14, so that this shallow n-type conductivity region 14 is The region 14 forms a depletion layer even when no negative voltage is applied to G1, and prevents conduction of electrons from the source 15 to the drain 13. In other words, by appropriately selecting the concentration and thickness of the n-type region 14 and the concentration of P+ polysilicon in G1, no source-drain current flows even without applying a negative voltage to G1.
A state of 1W is obtained.

またn形領域14中に形成される電界は正孔が放散しな
いように働く。次に1F゛および10゛の書き込みの場
合について説明する。11”を書き込む場合、ドレイン
電圧Vdをd=0とし、G,に−G,(1)、G2に−
Vg2を印加する。
Further, the electric field formed in the n-type region 14 acts to prevent holes from dissipating. Next, the case of writing 1F' and 10' will be explained. When writing 11'', the drain voltage Vd is set to d=0, -G, (1) is written to G, and -G2 is written.
Apply Vg2.

G2に印加された負電圧のためにG2直下のシリコン表
面に正孔が蓄積され、G1に印加された一g1(1)が
この正孔の転送に十分の値であるなら、正孔はG1直下
のn形領域14に注入され内蔵電界に引かれて、n形領
域14中に蓄積し、n形領域中に新たに電子を誘起する
。この電子によつて空乏層は巾を狭めて、この領域14
にチヤンネルを形成する。書き込み終了後、G1に印加
していた電圧を−Vgl(1)より大なる電圧−Vgl
あるいはOボルトに変える。(−g1(1K−G,)。
G2に印加していた電圧も、−Vg2よりも0あるいは
G2′なる値にする。次にドレイン電圧Vdをd=Ud
にする。基板とサブストレート間にUdなる電圧を印加
することにより、領域14中に蓄積された正孔は放散を
更に阻止される。又、これはG1とG2で支配される直
下のp−n領域のシリコン表面のポテンシヤル障壁を高
めるため、少なくともドレインにVdなる電圧が印加さ
れているときは、G2からG,へ、あるいはG,からG
,への正孔の軽送はおこなわれない。1101の書きこ
みは、同じくドレイン電圧Vdをd=Oにして、G1に
一G,(0)なる電圧を加えG2に−Vg2を加える。
If a hole is accumulated on the silicon surface directly under G2 due to the negative voltage applied to G2, and the value of 1 g1 (1) applied to G1 is sufficient for the transfer of this hole, the hole will be transferred to G1. The electrons are injected into the n-type region 14 directly below, are attracted by the built-in electric field, accumulate in the n-type region 14, and induce new electrons in the n-type region. The width of the depletion layer is narrowed by these electrons, and this region 14
form a channel. After writing is completed, change the voltage applied to G1 to -Vgl, which is greater than -Vgl (1).
Or change to O bolt. (-g1(1K-G,).
The voltage applied to G2 is also set to a value of 0 or G2' rather than -Vg2. Next, the drain voltage Vd is d=Ud
Make it. By applying a voltage Ud between the substrate and the substrate, the holes accumulated in region 14 are further prevented from dissipating. Also, this increases the potential barrier on the silicon surface of the p-n region directly below, which is dominated by G1 and G2, so at least when a voltage of Vd is applied to the drain, there is a transition from G2 to G, or from G, from G
There is no light transport of holes to , . Writing 1101 similarly sets the drain voltage Vd to d=O, adds a voltage of 1 G, (0) to G1, and adds -Vg2 to G2.

−Vgl(0)は一g1(1)より大なる電圧で、G2
直下のシリコン表面より、G1直下の領域14へ正孔を
転送する程の電圧ではない。
-Vgl(0) is a voltage greater than one g1(1), G2
The voltage is not high enough to transfer holes from the silicon surface directly below to the region 14 directly under G1.

逆に、領域14中に正孔がある場合、G2ゲート直下の
シリコン表面に正孔を転送するような電圧に設定する。
Conversely, if there are holes in the region 14, the voltage is set to transfer the holes to the silicon surface directly under the G2 gate.

書きこみを終えた後、一g1(0)をg1に、−G2を
Vg2′にする。そしてのち、ドレイン電圧をVd=U
dにする。このようにG1に−Vgl,G2にV!G2
、ドレイン電圧Vdソース電圧Vs=Usにそれぞれ電
圧を印加した状態がいわゆるスタンバイの状態で111
11あるいは1!01Wの情報は保持される。次に読み
出しの方法として、ソースにS=USlドレインにVd
=0、G2に+Vg2(R)、G1に−Vg/を印加す
る。
After writing is completed, -g1(0) is set to g1 and -G2 is set to Vg2'. Then, the drain voltage is set to Vd=U
Make it d. In this way, -Vgl to G1, V to G2! G2
, drain voltage Vd, source voltage Vs=Us, and the state in which voltages are applied to each is the so-called standby state 111
11 or 1!01W information is retained. Next, as a reading method, S=US1 for the source, Vd for the drain
=0, +Vg2(R) is applied to G2, and -Vg/ is applied to G1.

もし領域14に正孔が蓄積されているなら、上記印加電
圧のもとで、ソース・ドレイン電流は流れる。もし、領
域14に正孔が蓄積されていないときは、ソース・ドレ
イン電流は流れない。この電流は、ソースの電極端にセ
ンサを設けて判別するとよい。セルがセレクトされてい
る時、ドレイン領域の電圧は常にOであるが、その他の
セレクトされていないセルのドレイン電圧はVd=Ud
に設定される。ドレイン領域にUdなる正電圧力任D加
されているとき、ポテンシヤル障壁は大きくなつて、正
孔の転送が(たとえG,,G2に電圧が印加されていて
も)、阻止される。なお上記説明における印加電圧はあ
くまでも一例であつて、設計の方法によつては、印加電
圧の値、極性、印加順序も変えることができる。次に、
本発明によるメモリセルを実現するプロセス、製造方法
の一例を述べる。第8図に示すように、P形シリコン基
板1上に素子間を分離するために厚い酸化膜10を形成
し、全面にゲート酸化膜18aを熱生成する。次に第9
図に示すように全面に多結晶シリコンを形成后、P形又
はn形の不純物を添加後、G2l7を、写真製版技術お
よび、多結晶シリコンエツチングによつて形成する。な
お、この時、しきい値電圧を調整するために、ゲート酸
化膜18aの直下に、ボロンなどのP形不純物をイオン
打込みなどで導入することがある。次に多結晶シリコン
層17の表面を酸化後、シリコン表面上に絶縁膜18b
を形成しイオン打込みなどによりn形領域14を形成す
る。次に全面に多結晶シリコン膜をCVD法などで形成
し、p形不純物を添加する。つづいて写真製版技術を用
いて、第10図に示すようにGll6を形成する。この
際G,l6上に写真製版に用いたレジスト21を残留さ
せておき、このレジスト21をマスクとして、ソース・
ドレインとなる領域にイオン打込みによりn形不純物を
導人するか、または多結晶シリコン上に酸化膜を形成し
、それをマスクとして熱拡散で籠領域のドレイン13、
ソース15を形成する。さらに第5図に示すように全面
に絶縁用上積み酸化膜20を形成后、ドレイン13にコ
ンタクト孔をつくり、アルミなどの金属材料を蒸着後、
写真製版技術により、セレクトラインとなるドレイン電
極であるアルミ電極19の配線をおこなう。完成したセ
ルの形状は第5図の通りである。なお、本メモリセルに
は、正、負の電圧をゲートに印加するため、周辺回路と
して、局部的にn形ウエルをつくり、Pチヤンネルトラ
ンジスタを形成することもあるが、このトランジスタの
ソース・ドレイン領域の形成を先の多結晶ポリシリコン
のP+不純物の添加と同時にしてもよい。本実施例の従
来のものと比べた特長は次のとおりである。(1) E
rb氏のChargememOryのセレクトラインは
ゲート電極6で示される多結晶シリコンによる電極であ
るが、本実施例の場合、セレクトラインはドレイン13
である。
If holes are accumulated in the region 14, a source-drain current will flow under the above applied voltage. If no holes are accumulated in the region 14, no source-drain current flows. This current may be determined by providing a sensor at the end of the source electrode. When a cell is selected, the voltage of the drain region is always O, but the drain voltage of other unselected cells is Vd=Ud
is set to When a positive voltage force Ud is applied to the drain region, the potential barrier becomes large and hole transfer is blocked (even if a voltage is applied to G, . . . G2). Note that the applied voltage in the above description is just an example, and the value, polarity, and application order of the applied voltage can be changed depending on the design method. next,
An example of a process and manufacturing method for realizing a memory cell according to the present invention will be described. As shown in FIG. 8, a thick oxide film 10 is formed on a P-type silicon substrate 1 to isolate elements, and a gate oxide film 18a is thermally generated over the entire surface. Next, the 9th
As shown in the figure, after forming polycrystalline silicon on the entire surface and adding P-type or n-type impurities, G217 is formed by photolithography and polycrystalline silicon etching. Note that at this time, in order to adjust the threshold voltage, a P-type impurity such as boron may be introduced directly under the gate oxide film 18a by ion implantation or the like. Next, after oxidizing the surface of the polycrystalline silicon layer 17, an insulating film 18b is formed on the silicon surface.
Then, an n-type region 14 is formed by ion implantation or the like. Next, a polycrystalline silicon film is formed over the entire surface by CVD or the like, and p-type impurities are added. Subsequently, using photolithography, Gll6 is formed as shown in FIG. 10. At this time, the resist 21 used for photoengraving is left on G, l6, and this resist 21 is used as a mask to mask the source.
The region that will become the drain is doped with n-type impurities by ion implantation, or an oxide film is formed on polycrystalline silicon, and using this as a mask, thermal diffusion is performed to form the drain 13 in the cage region.
A sauce 15 is formed. Furthermore, as shown in FIG. 5, after forming an insulating upper oxide film 20 on the entire surface, a contact hole is made in the drain 13, and a metal material such as aluminum is deposited.
The aluminum electrode 19, which is a drain electrode and serves as a select line, is wired by photolithography. The shape of the completed cell is shown in FIG. In addition, in order to apply positive and negative voltages to the gate of this memory cell, an n-type well is locally created as a peripheral circuit to form a P-channel transistor, but the source and drain of this transistor are The region may be formed at the same time as the above-mentioned addition of P+ impurities to polycrystalline polysilicon. The features of this embodiment compared to the conventional one are as follows. (1)E
The select line of Mr. rb's ChargememOry is an electrode made of polycrystalline silicon indicated by the gate electrode 6, but in the case of this example, the select line is connected to the drain 13.
It is.

多結晶シリコンで形成するに比べて、ドレイン間の結線
は最終の金属配線によりなされ前者に比べて極めて製作
が容易となる。またドレインをセレクトラインにするこ
とにより、ドレインに印加する電圧はUd(50の2値
であるが、Erb氏のゲート電極6をセレクトラインに
する場合、書き込み、保持、読み出し、に3値の電圧を
考慮せねばならない欠点があつた。又、本実施例の場合
、ドレインに隣近する第1のゲートG1の材質がP十形
多結晶シリコンにて形成されるから、ゲートに印加電圧
がかかつてなくとも、直下のn形シリコン領域は空乏層
化している。このことは書き込みを容易にし、Gl,G
2に印加する電圧を低電圧化する。適切な設計によつて
は、G1に印加する電圧は負値とは限らない場合も可能
となる。(2)Gl,G2の2つのゲート電極は、Er
b氏のChargememOryでは直交するのに対し
、平行して配線されるため、両層をうすい絶縁膜で電気
的に分離した上で互いに重ね合せてレイアウト出来るた
め、セル面積の縮みがはかられる。
Compared to forming the drain with polycrystalline silicon, the connection between the drains is made by the final metal wiring, which makes manufacturing much easier than the former. Also, by making the drain a select line, the voltage applied to the drain is a binary value of Ud (50), but if Erb's gate electrode 6 is made a select line, a three-value voltage is applied for writing, holding, and reading. In addition, in the case of this embodiment, since the material of the first gate G1 adjacent to the drain is made of P-domain polycrystalline silicon, it is difficult to apply a voltage to the gate. Even if it has never happened before, the n-type silicon region directly below is depleted.This makes writing easier, and Gl, G
Lower the voltage applied to 2. With appropriate design, the voltage applied to G1 may not necessarily have a negative value. (2) The two gate electrodes Gl and G2 are Er
In Mr. b's ChargememOry, the wiring is orthogonal, but since the wiring is parallel, the two layers can be electrically separated by a thin insulating film and then laid out on top of each other, thereby reducing the cell area.

又、第7図に示すようにソースの拡散層は、回路設計上
隣のメモリセルと共用線に出来ること、およびドレイン
も隣のメモリセルと共用出来るので、ソースの拡散層は
セル当り1/2線、ドレインのコンタクト孔はセル当り
1/2コンタクトホールとなり、面積の縮みが可能とな
る。前述した面積の縮少はTaperIsOlated
dinamicgainRAMcellの場合は期特出
来ない点である。又1TaperIs01ateddy
namicGainRAMce1Iの場合、正孔の転送
には極めて高い正、負の値をゲートに印加する必要があ
るが、本実施例の場合、印加電圧の低電圧化がはかられ
る。
Furthermore, as shown in FIG. 7, the source diffusion layer can be shared with the adjacent memory cell due to the circuit design, and the drain can also be shared with the adjacent memory cell, so the source diffusion layer is 1/1/2 per cell. The contact hole for the two wires and the drain becomes 1/2 contact hole per cell, making it possible to reduce the area. The aforementioned area reduction is TaperIsOlated
In the case of a dynamic gain RAM cell, this cannot be specified. Also1TaperIs01ateddy
In the case of namicGainRAMce1I, it is necessary to apply extremely high positive and negative values to the gate for hole transfer, but in the case of this embodiment, the applied voltage can be reduced.

以上のように、本発明によれば、ソース・ドレイン間に
それぞれ書き込みライン、読み出しラインとなる第1、
第2のゲート電極を互いに平行に配列し、この第1、第
2のゲート電極上に絶縁膜を介して該両ゲート電極に対
して直交するようドレイン電極を形成してこれをセレク
トラインとしたので、その製造が極めて容易になり、し
かもセル面積を縮小することができ、半導体集積回路の
使用に好適な半導体メモリが得られる効果がある。
As described above, according to the present invention, the first line, which becomes the write line and the read line between the source and drain,
The second gate electrodes are arranged parallel to each other, and a drain electrode is formed on the first and second gate electrodes through an insulating film so as to be orthogonal to both gate electrodes, and this is used as a select line. Therefore, the manufacturing thereof is extremely easy, and the cell area can be reduced, so that a semiconductor memory suitable for use in a semiconductor integrated circuit can be obtained.

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

第1図A,bは1トランジスタ、1キヤパシタ形ダイナ
ミツクセルの等価回路図と断面図、第2図及び第3図は
StratifiedchargememOryの断面
図と上面図、第4図はTaperedIsOlated
Dynamiccellの断面図、第5図は本発明の一
実施例を示すメモリセルの断面図、第6図は第5図実施
例の等価回路図、第7図は第5図実施例を集積回路化し
たものの配列図、第8図乃至第10図は第5図実施例の
製造方法を示す説明図である。 1はP形基板、2はドレイン、3はソース、4はn形領
域、5はゲート電極、6はゲート電極、7はn形領域、
8はP+領域、9はP形領域、10は酸化膜、11はゲ
ート電極、12はゲート酸化膜、13はドレイン、14
はn形領域、15はソース、16はP+形多結晶シリj
ンゲート(第1のゲート電極、17は多結晶シリコンゲ
ート(第2のゲート電極)、18a,18bはゲート酸
化膜、19はアルミ電極(ドレイン電極)、20は酸化
膜、21はレジストを示す。
Figures 1A and 1B are equivalent circuit diagrams and cross-sectional views of a 1-transistor, 1-capacitor type dynamic cell, Figures 2 and 3 are cross-sectional views and top views of Stratified charge mem Ory, and Figure 4 is TaperedIsOlated.
A cross-sectional view of a dynamic cell, FIG. 5 is a cross-sectional view of a memory cell showing an embodiment of the present invention, FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the embodiment of FIG. 5, and FIG. 7 is an integrated circuit of the embodiment of FIG. FIGS. 8 to 10 are explanatory diagrams showing the manufacturing method of the embodiment shown in FIG. 1 is a P-type substrate, 2 is a drain, 3 is a source, 4 is an n-type region, 5 is a gate electrode, 6 is a gate electrode, 7 is an n-type region,
8 is a P+ region, 9 is a P type region, 10 is an oxide film, 11 is a gate electrode, 12 is a gate oxide film, 13 is a drain, 14
is an n-type region, 15 is a source, and 16 is a P+ type polycrystalline silicon j
17 is a polycrystalline silicon gate (second gate electrode), 18a and 18b are gate oxide films, 19 is an aluminum electrode (drain electrode), 20 is an oxide film, and 21 is a resist.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1導電形の半導体基板に隔設されたソース及びド
レインと、このソース・ドレイン間に互いに電気的に分
離した状態で平行に配列されそれぞれ書き込みライン、
読み出しラインとなる第1、第2のゲート電極と、上記
ドレイン側に近い第1のゲート電極直下の基板表面に上
記ドレインに隣接して形成された低濃度の浅い第2導電
形領域と、上記ドレインにコンタクト孔を介して接続さ
れるとともに上記2つのゲート電極上に絶縁膜を介して
該ゲート電極に対して直交するよう形成されたセレクト
ラインとなるドレイン電極とを備えたことを特徴とする
半導体メモリ。 2 上記第1のゲート電極は十分に濃度の高いP^+多
結晶シリコンによつて形成され、該第1のゲート電極直
下の低濃度の浅い第2導電形領域はn形領域であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体メモリ
。 3 上記第1、第2のゲート電極は絶縁膜を介して互い
に重ね合せて配列されていることを特徴とする特許請求
の範囲第1項又は第2項記載の半導体メモリ。
[Scope of Claims] 1. A source and a drain spaced apart from each other on a semiconductor substrate of a first conductivity type; write lines arranged in parallel between the source and drain and electrically isolated from each other;
first and second gate electrodes serving as readout lines; a shallow, low-concentration second conductivity type region formed adjacent to the drain on the substrate surface directly under the first gate electrode near the drain side; A drain electrode connected to the drain via a contact hole and serving as a select line formed on the two gate electrodes via an insulating film so as to be orthogonal to the gate electrodes. semiconductor memory. 2. The above-mentioned first gate electrode is formed of P^+ polycrystalline silicon with a sufficiently high concentration, and the shallow second conductivity type region with low concentration directly under the first gate electrode is an n-type region. A semiconductor memory according to claim 1, characterized in that: 3. The semiconductor memory according to claim 1 or 2, wherein the first and second gate electrodes are arranged on top of each other with an insulating film interposed therebetween.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0521861U (en) * 1991-09-03 1993-03-23 ホシザキ電機株式会社 slide door

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