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JP2008010465A - Semiconductor memory device - Google Patents

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JP2008010465A
JP2008010465A JP2006176358A JP2006176358A JP2008010465A JP 2008010465 A JP2008010465 A JP 2008010465A JP 2006176358 A JP2006176358 A JP 2006176358A JP 2006176358 A JP2006176358 A JP 2006176358A JP 2008010465 A JP2008010465 A JP 2008010465A
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Japan
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memory
complementary
memory device
active region
semiconductor memory
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Application number
JP2006176358A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Amou
淳 天羽生
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Renesas Technology Corp
Original Assignee
Renesas Technology Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】形成過程における位置合わせずれが生じた場合であっても、電気的特性のばらつきの発生を抑制できる相補型メモリセルを提供する。
【解決手段】相補型メモリセルは、2つのメモリユニットMUから成る。メモリユニットMUの各々は、半導体基板における活性領域3と上部電極22とが重なる部分にメモリキャパシタを備える。相補型メモリセルが備える2つのメモリキャパシタのうち一方の上部電極22は、活性領域3における所定の第1方向側端部を覆っており、他方の上部電極22は、活性領域3における第1方向とは逆の第2方向側端部を覆う。
【選択図】図4
Provided is a complementary memory cell capable of suppressing the occurrence of variations in electrical characteristics even when misalignment occurs in the formation process.
A complementary memory cell includes two memory units. Each of the memory units MU includes a memory capacitor in a portion where the active region 3 and the upper electrode 22 overlap in the semiconductor substrate. Of the two memory capacitors included in the complementary memory cell, one upper electrode 22 covers a predetermined first direction side end in the active region 3, and the other upper electrode 22 extends in the first direction in the active region 3. The second direction side end opposite to is covered.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は半導体記憶装置に関するものであり、特に、2つのメモリユニットにより構成される相補型メモリセルを備える半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a semiconductor device provided with complementary memory cells constituted by two memory units.

データを記憶するメモリと所定の演算処理を行うロジック回路とを同一の半導体チップ上に集積したシステムLSI(Large-Scale Integration)において、メモリとしてはSRAM(Static Random Access Memory)が一般的に用いられている。しかし、大容量のメモリが必要な場合には、SRAMよりもメモリセル面積が小さくて済むDRAM(Dynamic Random Access Memory)を混載させる。そうすることによってチップ面積の増大を抑制できると共にコストの削減を図ることができ、そのための種々の方法が考案されている。   In a system LSI (Large-Scale Integration) in which a memory for storing data and a logic circuit for performing predetermined arithmetic processing are integrated on the same semiconductor chip, an SRAM (Static Random Access Memory) is generally used as the memory. ing. However, when a large-capacity memory is required, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) that requires a smaller memory cell area than the SRAM is mounted together. By doing so, it is possible to suppress an increase in chip area and to reduce costs, and various methods have been devised.

その一つとして、例えば下記の特許文献1に見られるように、ロジック回路の形成プロセス(ロジックプロセス)をそのまま利用してDRAMメモリセルを構成する手法がある。即ちその手法では、DRAMのメモリトランジスタ(アクセストランジスタ)として、ロジックトランジスタと同一構造のものが用いられる。そしてDRAMのメモリキャパシタ(記憶ノード)には、基板の活性領域の一部を下部電極とし、ロジックトランジスタのゲート酸化膜と同じ材料の膜を誘電膜とし、ロジックトランジスタのゲート電極と同じ材料の電極を上部電極とするプレーナ型キャパシタを用いる。この手法によれば、DRAMを混載させても、それに伴う余分なプロセス追加は必要されない。   For example, as shown in Patent Document 1 below, there is a method of configuring a DRAM memory cell using a logic circuit formation process (logic process) as it is. That is, in this method, a DRAM memory transistor (access transistor) having the same structure as a logic transistor is used. In a DRAM memory capacitor (storage node), a part of the active region of the substrate is used as a lower electrode, a film of the same material as the gate oxide film of the logic transistor is used as a dielectric film, and an electrode of the same material as the gate electrode of the logic transistor is used. A planar type capacitor having the upper electrode as the upper electrode is used. According to this method, even when DRAMs are mixedly mounted, no extra process is required.

さらに特許文献1の記憶装置で特徴的なのは、通常のDRAMセル(1つのメモリトランジスタと1つのキャパシタからなるDRAMセル)が2つで組となって、1ビットのデータを記憶する点である(特許文献1の図4参照)。即ち、2個のDRAMセルが互いに相補なデータをそれぞれ記憶し、読み出しの際にはそれらに接続する1対のビット線に互いに相補なデータ信号が読み出される。その結果、読み出し信号の振幅が通常のDRAMセルの2倍になるためデータ保持特性が向上され、また2つのDRAMセルが相補的な動作を行うことによってノイズがキャンセルされるため高速動作が可能になるという利点が得られる。このようにそれぞれ相補な信号を記憶する2つのメモリセルにより構成されたものは「相補型メモリセル」と呼ばれる。   Further, the memory device of Patent Document 1 is characterized in that a normal DRAM cell (DRAM cell comprising one memory transistor and one capacitor) is combined into two to store 1-bit data ( (See FIG. 4 of Patent Document 1). That is, two DRAM cells store data complementary to each other, and at the time of reading, data signals complementary to each other are read to a pair of bit lines connected thereto. As a result, the amplitude of the read signal is twice that of a normal DRAM cell, so that data retention characteristics are improved, and noise is canceled by performing complementary operations of the two DRAM cells, enabling high-speed operation. The advantage of becoming is obtained. Such a memory cell composed of two memory cells each storing a complementary signal is called a “complementary memory cell”.

一方、特許文献2,3においては、ロジックプロセスに対して若干のプロセス工程を追加することにより、特許文献1で見られたDRAMセルのプレーナ型キャパシタを改良する手法が示されている。例えば特許文献3の図2に見られるように、半導体基板における活性領域を規定する素子分離膜(フィールド絶縁膜)の上部に当該活性領域の側壁部分が露出されるリセス(キャビティ)を形成し、DRAMセルのメモリキャパシタを、活性領域の上面からその側壁部分にまで延在する立体構造にする。それによって、メモリキャパシタの有効面積が増加し、容量の増大を図ることができる。なお、当該特許文献3においては、その図4、図5に見られるように、素子分離膜にリセスを形成する際に基板と異なる導電型の不純物を注入することによって、キャパシタの下部電極となる部分に低抵抗の不純物拡散層を形成し、キャパシタの性能を向上させる技術も提示されている。   On the other hand, Patent Documents 2 and 3 show a technique for improving the planar type capacitor of the DRAM cell found in Patent Document 1 by adding some process steps to the logic process. For example, as shown in FIG. 2 of Patent Document 3, a recess (cavity) in which a side wall portion of the active region is exposed is formed on an element isolation film (field insulating film) that defines the active region in the semiconductor substrate. The memory capacitor of the DRAM cell has a three-dimensional structure extending from the upper surface of the active region to the side wall portion thereof. Thereby, the effective area of the memory capacitor is increased, and the capacity can be increased. Note that, in Patent Document 3, as shown in FIGS. 4 and 5, when a recess is formed in the element isolation film, an impurity having a conductivity type different from that of the substrate is implanted to form a lower electrode of the capacitor. A technique for improving the performance of the capacitor by forming a low-resistance impurity diffusion layer in the portion is also proposed.

特開2003−217280号公報JP 2003-217280 A 特表2004−527901Special table 2004-527901 特開2005−5690号公報JP 2005-5690 A

本明細書では説明の便宜上、相補型メモリセルを構成する2つのメモリセル(1ビットのデータを記憶する単位)のそれぞれを「メモリユニット」と称する。   In this specification, for convenience of explanation, each of two memory cells (unit storing 1-bit data) constituting a complementary memory cell is referred to as a “memory unit”.

上記のように、相補型DRAMセルが備える2つのメモリユニットのそれぞれは、1個のメモリトランジスタと1個のメモリキャパシタとで構成された通常のDRAMセルと同じ構成を有しており、そのメモリキャパシタとしては、基板の活性領域を下部電極とするプレーナ型キャパシタが用いられている。また、そのメモリキャパシタの上部電極は複数のメモリユニットで共有されるため、複数の活性領域に跨るように配設されるのが通常である。そのため、形成過程において活性領域と上部電極との位置合わせにずれ(ミスアライメント)が生じた場合には、活性領域と上部電極とが重なる面積が変わり、メモリキャパシタの容量値が変わる。従来の相補型DRAMでは、いわゆる「折り返し型ビット配線」のレイアウトがとられていたため、その位置合わせずれによってセルアレイを構成する複数の相補型DRAMセルの間でメモリキャパシタの容量に大きなばらつきが生じていた(詳細は後述する)。そのことは歩留りの低下を招く要因となり問題となる。   As described above, each of the two memory units included in the complementary DRAM cell has the same configuration as a normal DRAM cell composed of one memory transistor and one memory capacitor. As the capacitor, a planar capacitor having an active region of the substrate as a lower electrode is used. Further, since the upper electrode of the memory capacitor is shared by a plurality of memory units, it is usually arranged so as to straddle a plurality of active regions. Therefore, when a misalignment occurs in the alignment between the active region and the upper electrode during the formation process, the area where the active region and the upper electrode overlap changes, and the capacitance value of the memory capacitor changes. In the conventional complementary DRAM, a so-called “folded bit wiring” layout has been taken, so that the misalignment causes a large variation in the capacity of the memory capacitor among the plurality of complementary DRAM cells constituting the cell array. (Details will be described later). This causes a decrease in yield and becomes a problem.

メモリキャパシタの容量を大きくすれば、そのばらつきの影響は小さくできるが、そのためにはメモリキャパシタの形成面積を大きくする必要があり、メモリセルの高集積化の妨げとなるため限界がある。また、メモリキャパシタの形成過程における位置合わせずれの許容値を小さく設定すれば上記のばらつきの問題は抑制されるであろうが、露光装置や検査装置の精度には限界があるため、その許容値を過度に小さくすると写真製版工程のやりなおしが頻繁に発生し、製造効率が著しく低下し望ましくない。   If the capacity of the memory capacitor is increased, the influence of the variation can be reduced. However, for that purpose, it is necessary to increase the formation area of the memory capacitor, and there is a limit because it hinders high integration of the memory cells. Further, if the tolerance of misalignment in the process of forming the memory capacitor is set to be small, the above problem of variation will be suppressed. However, since the accuracy of the exposure apparatus and inspection apparatus is limited, the tolerance is limited. If this is too small, the photolithography process is frequently re-executed, which undesirably decreases the production efficiency.

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、形成過程における位置合わせずれが生じた場合であっても、電気的特性のばらつきを抑制できる相補型メモリセルを備えた半導体記憶装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and a semiconductor having a complementary memory cell that can suppress variation in electrical characteristics even when misalignment occurs in the formation process. An object is to provide a storage device.

本発明に係る半導体記憶装置は、2つのメモリユニットから成る相補型メモリセルを備える半導体記憶装置であって、前記メモリユニットの各々は、半導体基板における活性領域の一部を第1電極とし、前記第1電極上に誘電体膜を介して形成された第2電極を有するキャパシタを備え、前記相補型メモリセルが備える2つの前記キャパシタは、形成過程における前記活性領域のパターンと前記第2電極のパターンとの位置合わせずれが、一方の前記キャパシタにおける前記活性領域と前記第2電極との重なる面積が減る方向に生じたならば、その位置合わせずれによって他方の前記キャパシタにおける前記活性領域と前記第2電極とが重なる面積が増すようにレイアウトされているものである。   The semiconductor memory device according to the present invention is a semiconductor memory device including complementary memory cells each including two memory units, and each of the memory units uses a part of an active region in a semiconductor substrate as a first electrode, A capacitor having a second electrode formed on the first electrode through a dielectric film; and the two capacitors included in the complementary memory cell include a pattern of the active region and a second electrode in the formation process If the misalignment with the pattern occurs in a direction in which the area where the active region and the second electrode overlap in one capacitor is reduced, the misalignment causes the misalignment between the active region and the second capacitor in the other capacitor. The two electrodes are laid out so that the area where they overlap is increased.

本発明によれば、活性領域とキャパシタの第2電極との位置合わせずれが生じた場合であっても、それに伴う相補型メモリセルの電気的特性の変動が抑制される効果が得られる。従って、歩留りの向上を図ることができる。また従来に比べ、メモリキャパシタの形成面積を大きくしたり、位置合わせずれの許容値を小さくすることなく、その効果を得ることができるので、高集積化並びに製造効率の低下は伴わない。   According to the present invention, even when misalignment between the active region and the second electrode of the capacitor occurs, an effect of suppressing the fluctuation of the electrical characteristics of the complementary memory cell can be obtained. Therefore, the yield can be improved. Compared with the prior art, the effect can be obtained without increasing the formation area of the memory capacitor or reducing the allowable value of misalignment, so that high integration and reduction in manufacturing efficiency are not accompanied.

<実施の形態1>
図1(a)は一般的な1トランジスタ・1キャパシタ型のDRAMセルの基本的な回路図である。このDRAMセル100は、データの書き込み、リフレッシュ、読み出し等を行うアクセストランジスタとして機能するメモリトランジスタ101と、データに応じた電荷を蓄積するメモリキャパシタ102とにより構成される。この例において、メモリトランジスタ101はPチャネル型MOSトランジスタである。MOSトランジスタ101のゲート端子はワード線WLに接続し、またソース/ドレイン端子の一方はビット線BLに接続し他方はキャパシタ102の片方の端子に接続する。キャパシタ102のもう片方の端子は所定の電源に接続される。
<Embodiment 1>
FIG. 1A is a basic circuit diagram of a general 1-transistor 1-capacitor DRAM cell. The DRAM cell 100 includes a memory transistor 101 that functions as an access transistor that performs data writing, refreshing, reading, and the like, and a memory capacitor 102 that accumulates charges according to data. In this example, the memory transistor 101 is a P-channel MOS transistor. The gate terminal of the MOS transistor 101 is connected to the word line WL, one of the source / drain terminals is connected to the bit line BL, and the other is connected to one terminal of the capacitor 102. The other terminal of the capacitor 102 is connected to a predetermined power source.

また図1(b)は、図1(a)に示したDRAMセル100をメモリユニットとする相補型DRAMセル200の基本的な回路図である。図1(b)の如く、1つの相補型DRAMセル200は、ワード線WLを共通にする2つのDRAMセル(メモリユニット)100により構成される。そしてそれら2つのメモリユニット100は、互いに相補なデータ信号の読み出しおよび書き込みを行うよう動作する。即ち、相補型DRAMセル200が接続する一対のビット線BL,ZBLには、互いに相補なデータ信号が入出力される。相補型DRAMセル200によれば、読み出し信号の振幅を図1(a)の通常のDRAMセルの2倍にできると共に、2つのメモリユニット100が互いに相補的な動作を行うことによってノイズがキャンセルされるので、高速動作が可能になる。   FIG. 1B is a basic circuit diagram of a complementary DRAM cell 200 having the DRAM cell 100 shown in FIG. 1A as a memory unit. As shown in FIG. 1B, one complementary DRAM cell 200 is composed of two DRAM cells (memory units) 100 sharing a word line WL. The two memory units 100 operate so as to read and write complementary data signals. That is, complementary data signals are input / output to / from the pair of bit lines BL and ZBL to which the complementary DRAM cell 200 is connected. According to the complementary DRAM cell 200, the amplitude of the read signal can be doubled that of the normal DRAM cell of FIG. 1A, and noise is canceled by the two memory units 100 performing complementary operations. Therefore, high speed operation becomes possible.

図2は、本発明の実施の形態1に係る半導体記憶装置の構成を説明するための図であり、相補型DRAMセルアレイの構成を示すレイアウト図である。通常、相補型DRAMセルを構成するメモリユニットは行列状に繰り返し配置されメモリセルアレイ(メモリブロック)を構成するが、同図においては、4つの相補型DRAMセル(即ち8つのメモリユニット)およびそれら接続する2つのセンスアンプを代表的に示している。また図示の便宜上、センスアンプSA1,SA2(総称「センスアンプSA」)並びにビット線BL1,ZBL1,BL2,ZBL2(総称「ビット線BL」)はそれぞれ模式的に描かれている。センスアンプSAは、特許文献1にて採用されている「シェアードセンスアンプ」(2組以上のビット線対により、一つのセンスアンプが時分割的に共用されているもの)であってもよい。 FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention, and is a layout diagram showing the configuration of a complementary DRAM cell array. Normally, memory units constituting a complementary DRAM cell are repeatedly arranged in a matrix to form a memory cell array (memory block). In the figure, four complementary DRAM cells (ie, eight memory units) and their connections are shown. Two sense amplifiers are representatively shown. For convenience of illustration, the sense amplifiers SA 1 and SA 2 (generic name “sense amplifier SA”) and the bit lines BL 1 , ZBL 1 , BL 2 , and ZBL 2 (generic name “bit line BL”) are schematically illustrated. Yes. The sense amplifier SA may be a “shared sense amplifier” (one in which one sense amplifier is shared in a time division manner by two or more pairs of bit lines) employed in Patent Document 1.

本実施の形態においては図2の如く、センスアンプSA1に接続するビット線BL1,ZBL1は、センスアンプSA1を中央にしてそれぞれ反対方向に延在する。同様に、センスアンプSA2に接続するビット線BL2,ZBL2は、センスアンプSA2を中央にしてそれぞれ反対方向に延在する。即ち、センスアンプSA1,SA2の配置は、いわゆる「オープンビット線方式」である。ワード線WL1,WL2は、ビット線BL1,BL2に交差するように配設され、ワード線ZWL1,ZWL2はビット線ZBL1,ZBL2に交差するように配設される。そして、ビット線BL1,BL2,ZBL1,ZBL2(総称「ビット線BL」)とワード線WL1,WL2,ZWL1,ZWL2(総称「ワード線WL」)との交点のそれぞれに、8つのメモリユニットMU1〜MU8(総称「メモリユニットMU」)が形成される。 As shown in FIG. 2 in this embodiment, the bit lines BL 1, ZBL 1 to be connected to the sense amplifier SA 1, respectively extend in opposite directions with the sense amplifier SA 1 in the middle. Similarly, the bit lines BL 2, ZBL 2 to be connected to the sense amplifier SA 2, respectively extend in opposite directions with the sense amplifier SA 2 in the center. That is, the arrangement of the sense amplifiers SA 1 and SA 2 is a so-called “open bit line system”. The word lines WL 1 and WL 2 are disposed so as to intersect the bit lines BL 1 and BL 2 , and the word lines ZWL 1 and ZWL 2 are disposed so as to intersect the bit lines ZBL 1 and ZBL 2 . The intersections of the bit lines BL 1 , BL 2 , ZBL 1 , ZBL 2 (generic name “bit line BL”) and the word lines WL 1 , WL 2 , ZWL 1 , ZWL 2 (generic name “word line WL”), respectively. In addition, eight memory units MU 1 to MU 8 (generic name “memory unit MU”) are formed.

図3は、メモリユニットMUの構成を示す断面図である。メモリユニットMU1〜MU8は基本的にどれも同じ構成を有しているため、図3ではそのうちの1つのみを示している。図3は、図2のメモリユニットMUにおけるビット線BLに沿った断面に対応している。また、図2および図3において同一の要素には、同一の符号を付してある。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the memory unit MU. Since all of the memory units MU 1 to MU 8 basically have the same configuration, only one of them is shown in FIG. FIG. 3 corresponds to a cross section along the bit line BL in the memory unit MU of FIG. 2 and 3, the same elements are denoted by the same reference numerals.

図3の如く、メモリユニットMUはN型シリコンの半導体基板1に形成される。当該半導体基板1の上部には分離トレンチ2が形成され、それによって半導体基板1における活性領域3が規定される。分離トレンチ2内には分離絶縁膜4が形成される。   As shown in FIG. 3, the memory unit MU is formed on an N-type silicon semiconductor substrate 1. An isolation trench 2 is formed on the semiconductor substrate 1, thereby defining an active region 3 in the semiconductor substrate 1. An isolation insulating film 4 is formed in the isolation trench 2.

メモリユニットMUのメモリトランジスタは、半導体基板1の上面に形成された酸化シリコンのゲート酸化膜11、ゲート酸化膜11上に形成されたポリシリコンのゲート電極12(図2のワード線WLに対応)並びに、半導体基板1上部におけるゲート酸化膜11の両脇に形成されたP-型のLDD(Lightly Doped Drain)領域13およびP+型のソース/ドレイン領域14により構成される。 The memory transistor of the memory unit MU includes a silicon oxide gate oxide film 11 formed on the upper surface of the semiconductor substrate 1 and a polysilicon gate electrode 12 formed on the gate oxide film 11 (corresponding to the word line WL in FIG. 2). In addition, a P -type LDD (Lightly Doped Drain) region 13 and a P + -type source / drain region 14 are formed on both sides of the gate oxide film 11 on the semiconductor substrate 1.

またメモリユニットMUのメモリキャパシタは、活性領域3の一部を下部電極(第1電極)としており、その部分にはP+型の不純物拡散層20が形成されている。下部電極となる不純物拡散層20(以下「下部拡散層20」)の表面上には酸化シリコン(SiO2)の誘電体層21を介してポリシリコンの上部電極22(第2電極)が形成される。本実施の形態においては、ゲート電極12および上部電極22の側面にはそれぞれサイドウォール15,25が形成されている。下部拡散層20は、サイドウォール25の下のLDD領域13を介してメモリトランジスタのソース/ドレイン領域14に繋がっている。それにより、メモリキャパシタとメモリトランジスタ間における配線抵抗が低減されている。 In the memory capacitor of the memory unit MU, a part of the active region 3 is a lower electrode (first electrode), and a P + type impurity diffusion layer 20 is formed in that part. A polysilicon upper electrode 22 (second electrode) is formed on the surface of an impurity diffusion layer 20 (hereinafter referred to as “lower diffusion layer 20”) serving as a lower electrode through a dielectric layer 21 of silicon oxide (SiO 2 ). The In the present embodiment, side walls 15 and 25 are formed on the side surfaces of the gate electrode 12 and the upper electrode 22, respectively. The lower diffusion layer 20 is connected to the source / drain region 14 of the memory transistor through the LDD region 13 below the sidewall 25. Thereby, the wiring resistance between the memory capacitor and the memory transistor is reduced.

このメモリトランジスタおよびメモリキャパシタの上方は、酸化シリコンの層間絶縁膜26で覆われており、ビット線28(図2のビット線BLに対応)は、層間絶縁膜26の上に形成されている。ビット線28とソース/ドレイン領域14とを電気的に接続するビット線コンタクト27は層間絶縁膜26内に形成されている。またビット線28は層間絶縁膜29で覆われている。また、ここでは省略しているが、必要に応じてゲート電極12、ソース/ドレイン領域14、上部電極22の上部のそれぞれにシリサイド層を形成してもよい。   The memory transistor and the memory capacitor are covered with a silicon oxide interlayer insulating film 26, and a bit line 28 (corresponding to the bit line BL in FIG. 2) is formed on the interlayer insulating film 26. A bit line contact 27 that electrically connects the bit line 28 and the source / drain region 14 is formed in the interlayer insulating film 26. The bit line 28 is covered with an interlayer insulating film 29. Although omitted here, a silicide layer may be formed on each of the gate electrode 12, the source / drain region 14, and the upper electrode 22 as necessary.

本実施の形態の半導体記憶装置のレイアウトの特徴を説明する。図3の如く、メモリキャパシタの上部電極22は、活性領域3の端部を覆うように形成されている。また図2から分かるように、メモリユニットMUは1つの活性領域3にビット線コンタクト27を挟むように2つずつ形成される。よって、活性領域3の左右の端部は、それに形成された2つのメモリユニットMUが備える2つの上部電極22によりそれぞれ覆われる。   A feature of the layout of the semiconductor memory device of this embodiment will be described. As shown in FIG. 3, the upper electrode 22 of the memory capacitor is formed so as to cover the end of the active region 3. As can be seen from FIG. 2, two memory units MU are formed in one active region 3 so as to sandwich the bit line contact 27 therebetween. Therefore, the left and right end portions of the active region 3 are respectively covered with the two upper electrodes 22 included in the two memory units MU formed therein.

そして本実施の形態では、活性領域3の左側端部(第1方向側端部)を覆う上部電極22を有する1つのメモリユニットMUと、右側端部(第2方向側端部)を覆う上部電極22を有する1つのメモリユニットMUとの組によって、1つの相補型DRAMセルが構成されるように、各相補型DRAMセルをレイアウトする。   In the present embodiment, one memory unit MU having the upper electrode 22 covering the left end (first direction side end) of the active region 3 and the upper side covering the right end (second direction side end). Each complementary DRAM cell is laid out so that one complementary DRAM cell is constituted by a pair with one memory unit MU having the electrode 22.

例えば、図2の例においては、メモリユニットMU1,MU3,MU5,MU7の上部電極22はそれぞれ活性領域3の左側端部を覆っており、メモリユニットMU2,MU4,MU6,MU8の上部電極22はそれぞれ活性領域3の右側端部を覆っている。よってこの場合には、メモリユニットMU1,MU4の組、メモリユニットMU2,MU3の組、メモリユニットMU5,MU8の組、およびメモリユニットMU6,MU7の組によって、それぞれ相補型DRAMセルが構成される。言い換えれば、それぞれの相補型DRAMセルは、センスアンプSAを中心として、活性領域3の外側端部を覆う上部電極22を有するメモリユニットMU同士の組、あるいは、活性領域3の内側端部を覆う上部電極22を有するメモリユニットMU同士の組により構成される。 For example, in the example of FIG. 2, the upper electrodes 22 of the memory units MU 1 , MU 3 , MU 5 , MU 7 cover the left end of the active region 3, respectively, and the memory units MU 2 , MU 4 , MU 6. , MU 8 upper electrodes 22 respectively cover the right end of the active region 3. Therefore, in this case, the memory units MU 1 and MU 4 , the memory units MU 2 and MU 3 , the memory units MU 5 and MU 8 , and the memory units MU 6 and MU 7 are complemented respectively. Type DRAM cell is constructed. In other words, each complementary DRAM cell covers a pair of memory units MU having the upper electrode 22 covering the outer end of the active region 3 or the inner end of the active region 3 with the sense amplifier SA as the center. The memory unit MU having the upper electrode 22 is composed of a pair.

以下図4〜図9を用いて、上記レイアウトの効果を説明する。図4は、図2の半導体記憶装置の形成過程において、活性領域3のパターンと上部電極22のパターンとの位置合わせずれが生じた場合の上面図である。図4の例においては、ゲート電極12および上部電極22の位置が、活性領域3に対して右方向にずれている(詳細は後述するが、ゲート電極12と上部電極22とは同じ工程で形成されるため、上部電極22の位置がずれたときにはゲート電極12の位置も同様にずれる)。   Hereinafter, the effects of the layout will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a top view when misalignment between the pattern of the active region 3 and the pattern of the upper electrode 22 occurs in the process of forming the semiconductor memory device of FIG. In the example of FIG. 4, the positions of the gate electrode 12 and the upper electrode 22 are shifted to the right with respect to the active region 3 (details will be described later, but the gate electrode 12 and the upper electrode 22 are formed in the same process). Therefore, when the position of the upper electrode 22 is shifted, the position of the gate electrode 12 is similarly shifted).

そのような位置ずれが生じると、メモリユニットMU1,MU3,MU5,MU7においては、上部電極22と活性領域3との重なる面積が減る。逆に、メモリユニットMU2,MU4,MU6,MU8においては、上部電極22と活性領域3との重なる面積が増加する。つまり、相補型DRAMセルを構成するメモリユニットMU1,MU4の組、メモリユニットMU2,MU3の組、メモリユニットMU5,MU8の組、およびメモリユニットMU6,MU7の組のそれぞれにおいては、片方のメモリキャパシタの容量が小さくなるが、もう片方のメモリキャパシタの容量は大きくなる。 When such misalignment occurs, the area where the upper electrode 22 and the active region 3 overlap is reduced in the memory units MU 1 , MU 3 , MU 5 , and MU 7 . Conversely, in the memory units MU 2 , MU 4 , MU 6 , MU 8 , the area where the upper electrode 22 and the active region 3 overlap increases. That is, a set of the memory units MU 1 and MU 4, a set of the memory units MU 2 and MU 3, a set of the memory units MU 5 and MU 8 , and a set of the memory units MU 6 and MU 7 constituting the complementary DRAM cell. In each, the capacity of one memory capacitor is reduced, but the capacity of the other memory capacitor is increased.

一方図5は、従来の半導体記憶装置における相補型DRAMセルアレイのレイアウトを示す上面図である。従来の相補型DRAMセルにおいては、ビット線間に生じるノイズの影響を抑制するために、いわゆる「折り返しビット線方式」が採用されていた。即ち図5の如く、センスアンプSA1に接続するビット線BL1,ZBL1は、センスアンプSA1に対して同一方向に延在する。ワード線WL101〜WL104は、ビット線BL1,ZBL1に交差するように配設され、それらの交点のそれぞれに、8つのメモリユニットMU101〜MU108が形成される。なお、個々のメモリユニットMU101〜MU108の構成は、図3と同様である。 On the other hand, FIG. 5 is a top view showing a layout of a complementary DRAM cell array in a conventional semiconductor memory device. In the conventional complementary DRAM cell, a so-called “folded bit line system” has been adopted in order to suppress the influence of noise generated between the bit lines. That as shown in FIG. 5, the bit lines BL 1, ZBL 1 to be connected to the sense amplifier SA 1 extends in the same direction with respect to the sense amplifier SA 1. The word lines WL 101 to WL 104 are arranged so as to cross the bit lines BL 1 and ZBL 1 , and eight memory units MU 101 to MU 108 are formed at each of the intersections. The configurations of the individual memory units MU 101 to MU 108 are the same as those in FIG.

従来の折り返しビット線方式のケースでは、ワード線WLの延在方向に隣接するメモリユニットMUの組により1つの相補型DRAMセルが構成される。つまり、図5においては、メモリユニットMU101,MU105の組、メモリユニットMU102,MU106の組、メモリユニットMU103,MU107の組、およびメモリユニットMU104,MU108の組によってそれぞれ相補型DRAMセルが構成される。この従来のレイアウトにあっては、それぞれの相補型DRAMセルは、活性領域3の左側端部を覆う上部電極22を有するメモリユニットMU同士の組、あるいは、活性領域3の右側端部を覆う上部電極22を有するメモリユニットMU同士の組により構成される。 In the case of the conventional folded bit line system, one complementary DRAM cell is constituted by a set of memory units MU adjacent in the extending direction of the word line WL. That is, in FIG. 5, they are complemented by a set of memory units MU 101 and MU 105, a set of memory units MU 102 and MU 106, a set of memory units MU 103 and MU 107 , and a set of memory units MU 104 and MU 108 , respectively. Type DRAM cell is constructed. In this conventional layout, each complementary DRAM cell has a pair of memory units MU having an upper electrode 22 covering the left end of the active region 3 or an upper portion covering the right end of the active region 3. The memory unit MU having the electrodes 22 is constituted by a set.

図6は、図5の半導体記憶装置の形成過程において、活性領域3のパターンと上部電極22のパターンとの位置合わせずれが生じた場合の上面図である。図6の例においては、ゲート電極12および上部電極22の位置が、活性領域3に対して右方向にずれている。   FIG. 6 is a top view when misalignment between the pattern of the active region 3 and the pattern of the upper electrode 22 occurs in the process of forming the semiconductor memory device of FIG. In the example of FIG. 6, the positions of the gate electrode 12 and the upper electrode 22 are shifted to the right with respect to the active region 3.

そのようなずれが生じると、メモリユニットMU101,MU103,MU105,MU107においては、上部電極22と活性領域3との重なる面積が減る。逆に、メモリユニットMU102,MU104,MU106,MU108においては、上部電極22と活性領域3との重なる面積が増加する。つまり、相補型DRAMセルを構成するメモリユニットMU101,MU105の組およびメモリユニットMU103,MU107の組では2つのメモリキャパシタの容量が小さくなり、メモリユニットMU102,MU106の組およびメモリユニットMU104,MU108の組では2つのメモリキャパシタの容量が大きくなる。 When such a shift occurs, in the memory units MU 101 , MU 103 , MU 105 , and MU 107 , the overlapping area between the upper electrode 22 and the active region 3 decreases. On the contrary, in the memory units MU 102 , MU 104 , MU 106 , and MU 108 , the overlapping area between the upper electrode 22 and the active region 3 increases. That is, the capacity of the two memory capacitors is reduced in the set of memory units MU 101 and MU 105 and the set of memory units MU 103 and MU 107 constituting the complementary DRAM cell, and the set of memory units MU 102 and MU 106 and the memory. In the set of the units MU 104 and MU 108 , the capacity of the two memory capacitors is increased.

図7は、相補型DRAMセルにおけるデータ読み出し時のビット線対BL、ZBLの電位の時問変化を示すグラフである。ここでは、当該相補型DRAMセルにはデータ「1」が書き込まれた状態(ビット線BLに接続するメモリユニットのメモリキャパシタには「H(High)」が書き込まれ、ビット線ZBLに接続するメモリユニットのキャパシタには「L(Low)」がそれぞれ書き込まれた状態)を仮定する。   FIG. 7 is a graph showing changes over time in the potentials of the bit line pair BL and ZBL when reading data in a complementary DRAM cell. Here, data “1” is written in the complementary DRAM cell (“H (High)” is written in the memory capacitor of the memory unit connected to the bit line BL, and the memory connected to the bit line ZBL). It is assumed that “L (Low)” is written in each capacitor of the unit.

読み出し動作が開始される時刻t1までの間は、ビット線BL,ZBLは共に所定のビット線電位(図7の例では電源電圧VDDの1/2としている)にイコライズされている。そして時刻t1でワード線電位が上昇すると、各メモリユニットのメモリトランジスタがオンし、それぞれのメモリキャパシタに蓄積されている電荷が時刻t2までの間にビット線BL,ZBLに読み出される。この例では、ビット線BLにデータ「H」が読み出され、ビット線ZBLにはデータ「L」が読み出されるため、ビット線BLの電位は上昇し、ビット線ZBLの電位は下降する。図7で実線で示されている曲線VBL0、VZBL0は、それぞれ活性領域3と上部電極22との位置合わせずれが生じていない場合のビット線BL,ZBLの電位を示している。また同図に示す電位差ΔV0は、この場合におけるデータが読み出された後のビット線BL,ZBL間の電位差である。 Until the time t 1 when the read operation is started, the bit lines BL and ZBL are both equalized to a predetermined bit line potential (in the example of FIG. 7, it is set to 1/2 of the power supply voltage VDD). When the word line potential rises at time t 1 , the memory transistors of each memory unit are turned on, and the charges accumulated in the respective memory capacitors are read to the bit lines BL and ZBL until time t 2 . In this example, data “H” is read out to the bit line BL and data “L” is read out to the bit line ZBL, so that the potential of the bit line BL rises and the potential of the bit line ZBL falls. Curves V BL0 and V ZBL0 indicated by solid lines in FIG. 7 indicate the potentials of the bit lines BL and ZBL when there is no misalignment between the active region 3 and the upper electrode 22, respectively. Further, the potential difference ΔV 0 shown in the figure is a potential difference between the bit lines BL and ZBL after data is read in this case.

そして時刻t3〜t4の聞にセンスアンプによる増幅動作が行われる。このときビット線BL,ZBL間の電位差がセンスアンプの正常動作の限界感度より大きければ、ビット線電位は正常に増幅され、ビット線BLの電位VBL0は電源電位VDDになり、ビット線ZBLの電位VZBL0は接地電位GNDになる。 Then, an amplification operation by the sense amplifier is performed at times t 3 to t 4 . At this time, if the potential difference between the bit lines BL and ZBL is larger than the limit sensitivity of the normal operation of the sense amplifier, the bit line potential is normally amplified, the potential V BL0 of the bit line BL becomes the power supply potential VDD, and the bit line ZBL The potential V ZBL0 becomes the ground potential GND.

一方、図7で一点鎖線で示した曲線VBL11,VZBL11は、活性領域3と上部電極22との位置合わせずれによって2つのメモリユニットが有する2つのメモリキャパシタの容量が共に大きくなった場合のビット線BL,ZBLの電位を示している(時刻t3以降の曲線VBL11,VZBL11は省略されている)。図6におけるメモリユニットMU102,MU106の組およびメモリユニットMU104,MU108の組がこれに相当する。また図7に示す電位差ΔV11は、この場合におけるデータが読み出された後のビット線BL,ZBL間の電位差である。 On the other hand, the curves V BL11 and V ZBL11 shown by the alternate long and short dash line in FIG. 7 are obtained when the capacitances of the two memory capacitors of the two memory units are increased due to misalignment between the active region 3 and the upper electrode 22. The potentials of the bit lines BL and ZBL are shown (curves V BL11 and V ZBL11 after time t 3 are omitted). This corresponds to the set of memory units MU 102 and MU 106 and the set of memory units MU 104 and MU 108 in FIG. A potential difference ΔV 11 shown in FIG. 7 is a potential difference between the bit lines BL and ZBL after data is read in this case.

位置合わせずれによって2つのメモリキャパシタの両方の容量が大きくなっているため、位置合わせずれが無い場合と比較して、電位VBL11は大きく上昇し、電位VZBL11は大きく下降する。その結果、電位差ΔV11は、位置合わせずれが無い場合のΔV0よりも大きくなり、時刻t3になるとビット線電位は正常に増幅される。 Since both capacities of the two memory capacitors are increased due to the misalignment, the potential V BL11 is greatly increased and the potential V ZBL11 is greatly decreased as compared with the case where there is no misalignment. As a result, the potential difference ΔV 11 becomes larger than ΔV 0 when there is no misalignment, and the bit line potential is normally amplified at time t 3 .

また図7で破線で示した曲線VBL12,VZBL12は、活性領域3と上部電極22との位置合わせずれによって2つのメモリユニットが有する2つのメモリキャパシタの容量が共に小さくなった場合のビット線BL,ZBLの電位を示している(時刻t3以降の曲線VBL12,VZBL12は省略されている)。図6におけるメモリユニットMU101,MU105の組およびメモリユニットMU103,MU107の組がこれに相当する。また図7に示す電位差ΔV12は、この場合におけるデータが読み出された後のビット線BL,ZBL間の電位差である。 Curves V BL12 and V ZBL12 shown by broken lines in FIG. 7 indicate the bit lines when the capacitances of the two memory capacitors of the two memory units are reduced due to misalignment between the active region 3 and the upper electrode 22. The potentials of BL and ZBL are shown (curves V BL12 and V ZBL12 after time t 3 are omitted). This corresponds to the set of memory units MU 101 and MU 105 and the set of memory units MU 103 and MU 107 in FIG. A potential difference ΔV 12 shown in FIG. 7 is a potential difference between the bit lines BL and ZBL after data is read in this case.

位置合わせずれによって2つのメモリキャパシタの両方の容量が小さくなっているため、位置合わせずれが無い場合と比較して、電位VBL12の上昇幅および電位VZBL12の下降幅は小さくなる。その結果、電位VZBL12は位置合わせずれが無い場合のΔV0よりも小さくなる。この電位差ΔV12がセンスアンプの正常動作の限界感度より小さくなってしまうと、センスアンプは正常な増幅動作を行うことができず、誤動作が発生じるため問題となる。 Since both capacities of the two memory capacitors are reduced due to the misalignment, the rising width of the potential V BL12 and the decreasing width of the potential V ZBL12 are smaller than when there is no misalignment. As a result, the potential V ZBL12 becomes smaller than ΔV 0 when there is no misalignment. If this potential difference ΔV 12 becomes smaller than the limit sensitivity of normal operation of the sense amplifier, the sense amplifier cannot perform normal amplification operation, which causes a malfunction, which causes a problem.

また、メモリキャパシタに蓄積した電荷は徐々にリークしていくため、図7に示す電位差ΔV0は、書き込み時点から読み出し開始までの時間が長くなると小さくなる。その電荷のリークにより電位差ΔV0がセンスアンプの正常動作の限界感度より小さくなると、センスアンプが正常な増幅動作を行うことができず誤動作が生じる。この誤動作が生じない最大の時間をそのビットのリフレッシュ時間という。複数のメモリセルを含むメモリセルアレイの全体を考慮すると、リフレッシュ時間は製造プロセスのばらつきに応じた分布を持つことになる。このリフレッシュ時間の分布は、例えばリフレッシュ時間の対数をとったものが正規分布を持つようになる。 Further, since the electric charge accumulated in the memory capacitor gradually leaks, the potential difference ΔV 0 shown in FIG. 7 becomes smaller as the time from the writing time to the start of reading becomes longer. If the potential difference ΔV 0 becomes smaller than the limit sensitivity of the normal operation of the sense amplifier due to the leakage of the charge, the sense amplifier cannot perform a normal amplification operation, and malfunction occurs. The maximum time during which this malfunction does not occur is called the refresh time for that bit. Considering the entire memory cell array including a plurality of memory cells, the refresh time has a distribution corresponding to the variation in the manufacturing process. As for the distribution of the refresh time, for example, the logarithm of the refresh time has a normal distribution.

図8は、複数の相補型DRAMセルから成るメモリセルアレイにおける、リフレッシュ時間と不良となったビットの累積数(フェイルビット数)との関係を示すグラフである。同図において、横軸はリフレッシュ時間の対数であり、縦軸はフェイルビット数の対数である。リフレッシュ時間の対数の分布が正規分布である場合、それをフェイルビット数の特性に換算してグラフで表すと、図8の実線FBC0に示すように、ある時間tref0を起点として直線的に増加しはじめ、最終的には総ビット数に徐々に収束するような曲線となる。この時間tref0は、最初にフェイルするビットのリフレッシュ時間である。この時間tref0が所定の規格値よりも小さい場合には、不良と判定される。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the refresh time and the cumulative number of failed bits (fail bit number) in a memory cell array composed of a plurality of complementary DRAM cells. In the figure, the horizontal axis is the logarithm of the refresh time, and the vertical axis is the logarithm of the number of fail bits. When the logarithmic distribution of the refresh time is a normal distribution, when it is converted into a characteristic of the number of fail bits and expressed in a graph, as shown by a solid line FBC 0 in FIG. 8, it linearly starts at a certain time t ref0. The curve starts to increase and eventually converges gradually to the total number of bits. This time t ref0 is the refresh time of the first failing bit. If the time t ref0 is smaller than a predetermined standard value, it is determined as defective.

相補型DRAMセルのリフレッシュ時間はメモリキャパシタの容量(2つのメモリユニットのメモリキャパシタの容量の和)に依存する。例えばメモリキャパシタの容量が大きくなると、リフレッシュ特性は図8の一点鎖線FBC11のようにシフトし、リフレッシュ時間は長くなる(tref11)。逆にメモリキャパシタの容量小さくなると、リフレッシュ特性は図8の破線FBC12のようにシフトし、リフレッシュ時間は短くなる(tref12)。 The refresh time of the complementary DRAM cell depends on the capacity of the memory capacitor (the sum of the capacity of the memory capacitors of the two memory units). For example, when the capacity of the memory capacitor is increased, the refresh characteristic is shifted as indicated by the one-dot chain line FBC 11 in FIG. 8, and the refresh time is increased (t ref11 ). Conversely, when the capacity of the memory capacitor is reduced, the refresh characteristic is shifted as indicated by the broken line FBC 12 in FIG. 8, and the refresh time is shortened (t ref12 ).

従って、従来の相補型DRAMセルにおいて、図6のように活性領域3とゲート電極12,上部電極22との間で位置合わせずれが生じた場合、メモリキャパシタの容量が大きくなるメモリユニットMU102,MU106の組およびメモリユニットMU104,MU108の組の相補型DRAMセルのリフレッシュ時間は長くなり、メモリキャパシタの容量が小さくなるメモリユニットMU101,MU105の組およびメモリユニットMU103,MU107の組の相補型DRAMセルのリフレッシュ時間は短くなる。よってそれぞれの相補型DRAMセルによってリフレッシュ時間にばらつきが生じることとなる。メモリセルアレイ全体のリフレッシュ時間は、より短いものに律束(律速)されるので、メモリセルアレイの一部のメモリセルのリフレッシュ時間が規格値よりも小さくなっただけであっても不良と判定される。従って、位置合わせずれにより相補型DRAMセルごとのリフレッシュ時間のばらつきが大きくなると、歩留りが低下する可能性が高くなり問題となる。 Therefore, in the conventional complementary DRAM cell, when a misalignment occurs between the active region 3 and the gate electrode 12 and the upper electrode 22 as shown in FIG. 6, the memory unit MU 102 , which increases the capacity of the memory capacitor, The refresh time of the complementary DRAM cells of the set of MU 106 and the memory units MU 104 and MU 108 is increased, and the capacity of the memory capacitor is reduced, and the set of memory units MU 101 and MU 105 and the memory units MU 103 and MU 107 are reduced. The refresh time of the set of complementary DRAM cells is shortened. Therefore, the refresh time varies depending on each complementary DRAM cell. Since the refresh time of the entire memory cell array is limited (rate-controlled) to a shorter one, even if the refresh time of a part of the memory cells in the memory cell array is only shorter than the standard value, it is determined as defective. . Therefore, if the variation in refresh time for each complementary DRAM cell increases due to misalignment, the possibility of a decrease in yield increases, which is a problem.

図9は、本発明に係る相補型DRAMセルにおけるデータ読み出し時のビット線対BL、ZBLの電位の時問変化を示すグラフであり、先に示した従来例の図7に対応している。ここでも、相補型DRAMセルにはデータ「1」が書き込まれた状態(ビット線BLに接続するメモリユニットのメモリキャパシタには「H(High)」が書き込まれ、ビット線ZBLに接続するメモリユニットのキャパシタには「L(Low)」がそれぞれ書き込まれた状態)を仮定する。   FIG. 9 is a graph showing temporal changes in the potentials of the bit line pair BL, ZBL at the time of data reading in the complementary DRAM cell according to the present invention, and corresponds to FIG. 7 of the conventional example described above. In this case as well, data “1” is written in the complementary DRAM cell (“H (High)” is written in the memory capacitor of the memory unit connected to the bit line BL, and the memory unit connected to the bit line ZBL). (L (Low) is written in each capacitor).

上記のように、本実施の形態に係る相補型DRAMセルにおいては、位置合わせずれによって相補型DRAMセルが有する2つのメモリキャパシタの片方の容量が小さくなっても、もう片方のメモリキャパシタの容量が大きくなるようレイアウトされている。例えばビット線BLに接続するメモリユニットのメモリキャパシタの容量が小さくなった場合には、ビット線ZBLに接続するメモリユニットのメモリキャパシタの容量は大きくなるので、その場合のビット線BL,ZBLの電位の振る舞いはそれぞれ図9に点線で示す曲線VBL1,VZBL1のようになる。即ち、位置合わせずれが無い場合に比較して、電位VBL1の上昇は小さくなるが、電位VZBL1の下降は大きくなる。その結果、電位差ΔV1は、位置合わせずれが無い場合のΔV0とほぼ同等に保たれる。 As described above, in the complementary DRAM cell according to the present embodiment, even if the capacitance of one of the two memory capacitors included in the complementary DRAM cell is reduced due to misalignment, the capacitance of the other memory capacitor is reduced. The layout is large. For example, when the capacity of the memory capacitor of the memory unit connected to the bit line BL becomes small, the capacity of the memory capacitor of the memory unit connected to the bit line ZBL becomes large. Therefore, the potentials of the bit lines BL and ZBL in that case 9 behave as shown by the dotted lines V BL1 and V ZBL1 in FIG. That is, compared to the case where there is no misalignment, the increase in the potential V BL1 is small, but the decrease in the potential V ZBL1 is large. As a result, the potential difference ΔV 1 is kept substantially equal to ΔV 0 when there is no misalignment.

また、位置合わせずれが生じても、相補型DRAMセルの2つのメモリキャパシタの容量値の和の変動が小さいため、図8に示したようなリフレッシュ特性のシフトも殆ど無く、各相補型DRAMセルごとのリフレッシュ時間のばらつきは抑制される。   Even if misalignment occurs, the change in the sum of the capacitance values of the two memory capacitors of the complementary DRAM cell is small, so there is almost no shift in the refresh characteristics as shown in FIG. Variation in the refresh time for each is suppressed.

このように本実施の形態によれば、活性領域3と上部電極22との位置合わせずれが生じた場合であっても、それに伴う相補型DRAMセルの電気的特性の変動は抑制されており、歩留りの向上を図ることができる。また従来に比べ、メモリキャパシタの形成面積を大きくしたり、位置合わせずれの許容値を小さくすることなく、その効果を得ることができるので、高集積化並びに製造効率の低下は伴わない。   As described above, according to the present embodiment, even when misalignment between the active region 3 and the upper electrode 22 occurs, fluctuations in the electrical characteristics of the complementary DRAM cell associated therewith are suppressed, Yield can be improved. Compared with the prior art, the effect can be obtained without increasing the formation area of the memory capacitor or reducing the allowable value of misalignment, so that high integration and reduction in manufacturing efficiency are not accompanied.

以下、図3に示した本実施の形態に係る相補型DRAMセルの製造方法の概略を説明する。本実施の形態に係る相補型DRAMセルは、ロジック回路の形成プロセス(ロジックプロセス)を利用してDRAMメモリセルを構成することができる。   The outline of the manufacturing method of the complementary DRAM cell according to the present embodiment shown in FIG. 3 will be described below. The complementary DRAM cell according to the present embodiment can form a DRAM memory cell by using a logic circuit formation process (logic process).

図10〜図13は、本実施の形態に係る相補型DRAMセルの工程図である。図10〜図13において、図中左側は相補型DRAMセル(セルユニット)が形成されるメモリセル領域の断面であり、右側はロジック回路が形成されるロジック回路領域の断面である。   10 to 13 are process diagrams of the complementary DRAM cell according to the present embodiment. 10 to 13, the left side is a cross section of a memory cell region where a complementary DRAM cell (cell unit) is formed, and the right side is a cross section of a logic circuit region where a logic circuit is formed.

まず半導体基板1の上部に分離トレンチ2を形成し、その内部にHDP(High Density Plasma)酸化膜等により素子分離膜4を形成する。それにより半導体基板1における活性領域3が規定される。そして、下部電極となる下部拡散層20のパターンに開口されたレジストパターン40を形成する。そして当該レジストパターン40をマスクにして硼素イオン等のP型イオンを注入することで、下部拡散層20を形成する(図10)。   First, an isolation trench 2 is formed in the upper part of the semiconductor substrate 1, and an element isolation film 4 is formed in the inside by an HDP (High Density Plasma) oxide film or the like. Thereby, the active region 3 in the semiconductor substrate 1 is defined. Then, a resist pattern 40 having an opening in the pattern of the lower diffusion layer 20 to be the lower electrode is formed. Then, P type ions such as boron ions are implanted using the resist pattern 40 as a mask, thereby forming the lower diffusion layer 20 (FIG. 10).

レジストパターン40を除去した後、フォトリソグラフィ技術によりメモリトランジスタのゲート酸化膜11およびゲート電極12、メモリキャパシタの誘電体層21および上部電極22を形成する。即ち、半導体基板1の表面を酸化して酸化シリコン膜を形成し、さらに全面にポリシリコン膜を形成し、それらをパターニングする。それにより、メモリセル領域には、メモリトランジスタのゲート酸化膜11およびゲート電極12、メモリキャパシタの誘電体層21および上部電極22が形成される。このときそれに並行して、ロジック回路領域に、ロジックトランジスタのゲート酸化膜31およびゲート電極32が形成される。そして再びP型イオンを注入することでゲート電極12,32の両脇にLDD層13,33がそれぞれ形成される(図11)。   After removing the resist pattern 40, the gate oxide film 11 and the gate electrode 12 of the memory transistor, the dielectric layer 21 of the memory capacitor, and the upper electrode 22 are formed by photolithography. That is, the surface of the semiconductor substrate 1 is oxidized to form a silicon oxide film, a polysilicon film is further formed on the entire surface, and these are patterned. Thereby, the gate oxide film 11 and the gate electrode 12 of the memory transistor, the dielectric layer 21 and the upper electrode 22 of the memory capacitor are formed in the memory cell region. At the same time, the gate oxide film 31 and the gate electrode 32 of the logic transistor are formed in the logic circuit region. Then, by implanting P-type ions again, LDD layers 13 and 33 are formed on both sides of the gate electrodes 12 and 32, respectively (FIG. 11).

その後、全面にシリコン窒化膜を堆積してエッチバックすることで、ゲート電極12、上部電極22およびゲート電極32の側面にそれぞれサイドウォール15,25,35を形成する。そして、再びP型イオンを注入して、メモリトランジスタのソース/ドレイン領域14および、ロジックトランジスタのソース/ドレイン領域34を形成する(図12)。このとき必要に応じて、ゲート電極12,32、ソース/ドレイン領域14,34、上部電極22の上面にシリサイド層を形成してもよい。   Thereafter, a silicon nitride film is deposited on the entire surface and etched back to form sidewalls 15, 25, and 35 on the side surfaces of the gate electrode 12, the upper electrode 22, and the gate electrode 32, respectively. Then, P-type ions are implanted again to form the source / drain region 14 of the memory transistor and the source / drain region 34 of the logic transistor (FIG. 12). At this time, a silicide layer may be formed on the upper surfaces of the gate electrodes 12 and 32, the source / drain regions 14 and 34, and the upper electrode 22 as necessary.

その後は常法により、酸化シリコン膜を堆積して層間絶縁膜26を形成し、その中にビット線コンタクト27およびロジック回路のコンタクト37を形成する。またこのとき同時に、ゲート電極12をメタルのワード線WLに接続するためのワード線コンタクトや、上部電極22上に接続するコンタクト(セルプレートコンタクト)等も形成する。そして層間絶縁膜26の上に、ビット線28並びにロジック回路の配線38を形成し、それらの上を酸化シリコンの層間絶縁膜29で覆うことにより、セルユニットおよびロジックトランジスタが完成する(図13)。   Thereafter, a silicon oxide film is deposited by an ordinary method to form an interlayer insulating film 26, and a bit line contact 27 and a logic circuit contact 37 are formed therein. At the same time, a word line contact for connecting the gate electrode 12 to the metal word line WL, a contact (cell plate contact) for connecting the upper electrode 22 and the like are also formed. Then, a bit line 28 and a logic circuit wiring 38 are formed on the interlayer insulating film 26 and covered with an interlayer insulating film 29 of silicon oxide, thereby completing a cell unit and a logic transistor (FIG. 13). .

以上の工程により、図3に示した相補型DRAMセルのセルユニットが、ロジック回路のロジックトランジスタと並行して形成される。即ち本実施の形態においては、メモリトランジスタのゲート酸化膜11、メモリキャパシタの誘電体層21およびロジックトランジスタのゲート酸化膜31は同一の工程(同一層)で形成され、さらに、メモリトランジスタのゲート電極12、メモリキャパシタの上部電極22およびロジックトランジスタのゲート電極32は同一の工程(同一層)で形成される。よって、メモリトランジスタのゲート酸化膜11、メモリキャパシタの誘電体層21およびロジックトランジスタのゲート酸化膜31は略同一の膜厚で同一材料から形成され、さらにメモリトランジスタのゲート電極12、メモリキャパシタの上部電極22およびロジックトランジスタのゲート電極32は略同一の膜厚で同一材料から形成される。従って、製造工程の簡略化に寄与できる。   Through the above steps, the cell unit of the complementary DRAM cell shown in FIG. 3 is formed in parallel with the logic transistor of the logic circuit. That is, in this embodiment, the gate oxide film 11 of the memory transistor, the dielectric layer 21 of the memory capacitor, and the gate oxide film 31 of the logic transistor are formed in the same process (same layer), and further, the gate electrode of the memory transistor 12. The upper electrode 22 of the memory capacitor and the gate electrode 32 of the logic transistor are formed in the same process (same layer). Therefore, the gate oxide film 11 of the memory transistor, the dielectric layer 21 of the memory capacitor, and the gate oxide film 31 of the logic transistor are formed of the same material with substantially the same thickness, and further, the gate electrode 12 of the memory transistor and the upper part of the memory capacitor The electrode 22 and the gate electrode 32 of the logic transistor are formed of the same material with substantially the same film thickness. Therefore, it can contribute to the simplification of the manufacturing process.

<実施の形態2>
図14は実施の形態2に係る半導体記憶装置の構成を示すレイアウト図である。本実施の形態では、実施の形態1に係る半導体記憶装置おいて、セルアレイ全体としてのリフレッシュ特性等が最善の性能となる相補型DRAMセルのメモリユニット対の配置の方法を提案する。
<Embodiment 2>
FIG. 14 is a layout diagram showing the configuration of the semiconductor memory device according to the second embodiment. In the present embodiment, a method of arranging memory unit pairs of complementary DRAM cells in which the refresh performance and the like of the entire cell array has the best performance in the semiconductor memory device according to the first embodiment is proposed.

図14の例においては、このセルアレイは、オープンビット線方式で配設されたm個のセンスアンプSA1,SA2,・・・,SAm(総称「センスアンプSA」)を備えている。すなわちメモリセルアレイを構成するメモリマット(メモリ空間)は、センスアンプSAを中央にして左右に配置される。左側のメモリマットには、センスアンプSA1〜SAmのそれぞれに対応してm本のビット線BL1,BL2,・・・,BLm(総称「ビット線BL」)が配設される。また、それらに交差する縦方向に、2n本のワード線がWL1、WL2、WL3、WL4、・・・、WL2n-1、WL2n(総称「ワード線WL」)が配設される。ビット線BLとワード線WLの交点のそれぞれにはメモリユニットMUが配置される。ここで、第i番目のビット線BLiと第j番目のワード線WLjの交点に形成されたメモリユニットを、メモリユニットMUi(j)と表記する。 In the example of FIG. 14, the cell array includes m sense amplifiers SA 1 , SA 2 ,..., SA m (generically “sense amplifier SA”) arranged in an open bit line system. That is, the memory mat (memory space) constituting the memory cell array is arranged on the left and right with the sense amplifier SA at the center. In the left memory mat, m bit lines BL 1 , BL 2 ,..., BL m (generically “bit lines BL”) are arranged corresponding to the sense amplifiers SA 1 to SA m , respectively. . Further, in the longitudinal direction, 2n word lines are WL 1, WL 2, WL 3 , WL 4, ···, WL 2n-1, WL 2n ( collectively, "the word line WL ') is arranged to intersect their Is done. A memory unit MU is disposed at each intersection of the bit line BL and the word line WL. Here, the memory unit formed at the intersection of the i-th bit line BL i and the j-th word line WL j is denoted as a memory unit MU i (j) .

一方、右側のメモリマットには、センスアンプSA1〜SAmのそれぞれに対応してm本のビット線ZBL1,ZBL2,・・・,ZBLm(総称「ビット線ZBL」)が配設される。ビット線ZBLには、ビット線BLに対し相補な信号が供給される。また、それらに交差する縦方向に、2n本のワード線がZWL1、ZWL2、ZWL3、ZWL4、・・・、ZWL2n-1、ZWL2n(総称「ワード線ZWL」)が配設される。ビット線BLとワード線WLの交点のそれぞれにはメモリユニットMUZが配置される。ここで、第i番目のビット線ZBLiと、第j番目のワード線ZWLjの交点に形成されるメモリユニットを、メモリユニットMUZi(j)と表記する。 On the other hand, m bit lines ZBL 1 , ZBL 2 ,..., ZBL m (generic name “bit line ZBL”) are arranged in the right memory mat corresponding to each of the sense amplifiers SA 1 to SA m. Is done. A signal complementary to the bit line BL is supplied to the bit line ZBL. Also, 2n word lines ZWL 1 , ZWL 2 , ZWL 3 , ZWL 4 ,..., ZWL 2n−1 , ZWL 2n (generic name “word line ZWL”) are arranged in the vertical direction intersecting them. Is done. A memory unit MUZ is disposed at each intersection of the bit line BL and the word line WL. Here, the memory unit formed at the intersection of the i-th bit line ZBL i and the j-th word line ZWL j is denoted as a memory unit MUZ i (j) .

なお、図14では簡略化して示しているが、図14に示す各メモリユニットMUは、図2および図3に示したものと同様の構成を有している。   Although shown in a simplified manner in FIG. 14, each memory unit MU shown in FIG. 14 has the same configuration as that shown in FIGS.

本実施の形態においても、基本的に実施の形態1と同様に、それぞれの相補型DRAMセルは、センスアンプSAを中心として、活性領域3の外側端部を覆う上部電極22を有するメモリユニットMU同士の組、あるいは、活性領域3の内側端部を覆う上部電極22を有するメモリユニットMU同士の組により構成される。且つ、本実施の形態では、これら複数の相補型DRAMセルのそれぞれにおいて、2つのメモリユニットの片方がセンスアンプSAから遠いものには、そのもう片方が当該センスアンプSAからより近くに配設されるようにレイアウトされる。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, each complementary DRAM cell basically has a memory unit MU having an upper electrode 22 covering the outer end portion of the active region 3 with the sense amplifier SA as the center. Or a pair of memory units MU having the upper electrode 22 covering the inner end of the active region 3. In the present embodiment, in each of the plurality of complementary DRAM cells, when one of the two memory units is far from the sense amplifier SA, the other is disposed closer to the sense amplifier SA. Is laid out.

つまり図14においてセンスアンプSA1に接続する複数の相補型DRAMセルMU1(j)に着目すると、左側のメモリマットにおいて最もセンスアンプSA1から遠い活性領域3の外側に形成されたメモリユニットMU1(1)と組になって相補型DRAMセルを構成するのは、右側のメモリマットにおいて最もセンスアンプSA1の近くに配設される活性領域3の外側に形成されたメモリユニットMUZ1(2)となる。また、左側のメモリマットにおいて最もセンスアンプSA1から遠い活性領域3の内側に形成されたメモリユニットMU1(2)と組になるのは、右側のメモリマットにおいて最もセンスアンプSA1の近くに配設される活性領域3の内側に形成されたメモリユニットMUZ1(1)となる。 That is, when attention is paid to the plurality of complementary DRAM cells MU 1 (j) connected to the sense amplifier SA 1 in FIG. 14, the memory unit MU formed outside the active region 3 farthest from the sense amplifier SA 1 in the left memory mat. Complementary DRAM cells in combination with 1 (1) constitute the memory unit MUZ 1 ( outside the active region 3 arranged closest to the sense amplifier SA 1 in the right memory mat. 2) . In the left memory mat, the memory unit MU 1 (2) formed inside the active region 3 farthest from the sense amplifier SA 1 is paired closest to the sense amplifier SA 1 in the right memory mat. The memory unit MUZ 1 (1) is formed inside the active region 3 provided.

さらに、左側のメモリマットにおいて2番目にセンスアンプSA1から遠い活性領域3の外側に形成されたメモリユニットMU1(3)と組になるのは、右側のメモリマットにおいて2番目にセンスアンプSA1の近くに配設される活性領域3の外側に形成されたメモリユニットMUZ1(4)となる。また、左側のメモリマットにおいて2番目にセンスアンプSA1から遠い活性領域3の内側に形成されたメモリユニットMU1(4)と組になるのは、右側のメモリマットにおいて2番目にセンスアンプSA1の近くに配設される活性領域3の内側に形成されたメモリユニットMUZ1(3)となる。 Further, the second memory mat MU 1 (3) formed outside the active region 3 farthest from the sense amplifier SA 1 in the left memory mat is paired with the second sense amplifier SA in the right memory mat. The memory unit MUZ 1 (4) is formed outside the active region 3 disposed near 1 . Further, the second memory mat MU 1 (4) formed inside the active region 3 farthest from the sense amplifier SA 1 in the left memory mat is paired with the second sense amplifier SA in the right memory mat. The memory unit MUZ 1 (3) is formed inside the active region 3 disposed near 1 .

以下同様に、メモリユニットMU1(5),MUZ1(6)の対、メモリユニットMU1(6),MUZ1(5)の対、・・・、メモリユニットMU1(2n-1),MUZ1(2n)の対、メモリユニットMU1(2n)のMUZ1(2n-1)対といった組み合わせにより、それぞれ相補型メモリセルが構成される。また、センスアンプSA2〜SAmに接続する各相補型DRAMセルについても同様の手法により相補型DRAMセルを構成するメモリユニットMU,MUZの組み合わせが選択される。従って、各相補型DRAMセルにおいて、センスアンプSAと一方のメモリユニットMUとの距離と、センスアンプSAともう一方のメモリユニットMUZとの距離の和、即ちそれらを繋ぐビット線長の和は、全ての相補型DRAMセルでほぼ一定となる。 Similarly, a pair of memory units MU 1 (5) and MUZ 1 (6), a pair of memory units MU 1 (6) and MUZ 1 (5) ,..., A memory unit MU 1 (2n-1) , MUZ pair 1 (2n), by combining such MUZ 1 (2n-1) pairs of the memory unit MU 1 (2n), is formed respectively complementary memory cell. For each complementary DRAM cell connected to the sense amplifiers SA 2 to SA m , a combination of the memory units MU and MUZ constituting the complementary DRAM cell is selected by the same method. Therefore, in each complementary DRAM cell, the sum of the distance between the sense amplifier SA and one memory unit MU and the distance between the sense amplifier SA and the other memory unit MUZ, that is, the sum of the bit line lengths connecting them is It is almost constant for all complementary DRAM cells.

本実施の形態によれば、例えば相補型DRAMセルにおいて、ビット線BLに接続するメモリユニットMUがセンスアンプSAから遠くにあり、ビット線BLの抵抗のために読み出し遅延が生じたとしても、ビット線ZBLに接続するメモリユニットMUZはセンスアンプSAの近くにあるためビット線ZBL側においてはそのような遅延は生じない。そのため、ビット線BL,ZBL間の電位差(図9におけるΔV0)が大きくなる速度は、例えば両方のメモリユニットMU,MUZがセンスアンプSAより遠くに配置された場合より速くなる。その結果、メモリセルアレイ全体として従来よりも高速な読み出しが可能となる。 According to the present embodiment, for example, in a complementary DRAM cell, even if a memory unit MU connected to the bit line BL is far from the sense amplifier SA and a read delay occurs due to the resistance of the bit line BL, Since the memory unit MUZ connected to the line ZBL is near the sense amplifier SA, such a delay does not occur on the bit line ZBL side. Therefore, the speed at which the potential difference between the bit lines BL and ZBL (ΔV 0 in FIG. 9) increases is faster than when both memory units MU and MUZ are arranged farther from the sense amplifier SA, for example. As a result, the entire memory cell array can be read at a higher speed than before.

<実施の形態3>
上記の実施の形態1,2においては、相補型DRAMセルの構成をオープンビット線方式を用いてレイアウトしたが、一般に、オープンビット線方式は折り返しビット線方式に比べてビット線間の容量結合に起因するノイズの影響を受けやすいことが知られている。
<Embodiment 3>
In the first and second embodiments, the configuration of the complementary DRAM cell is laid out using the open bit line method. In general, however, the open bit line method is more capacitively coupled between bit lines than the folded bit line method. It is known that it is susceptible to noise caused by it.

そこで本実施の形態3では、実施の形態1,2に対しビット線BL間を絶縁するための層間絶縁膜として、酸化シリコン(SiO2)よりも誘電率の低い低誘電率膜(low-k膜)を使用する。即ち、例えば図3においてはビット線28を覆う層間絶縁膜29にlow-k膜を用いる。low-k膜としては、例えばSiOF膜、有機SOG(Spin On Glass)膜、HSQ(Hydrogensilsesquioxane)、CVD有機酸化シリコン膜等が挙げられる。 In the third embodiment, therefore, a low dielectric constant film (low-k) having a dielectric constant lower than that of silicon oxide (SiO 2 ) is used as an interlayer insulating film for insulating the bit lines BL from the first and second embodiments. Membrane). That is, for example, in FIG. 3, a low-k film is used for the interlayer insulating film 29 covering the bit line 28. Examples of the low-k film include an SiOF film, an organic SOG (Spin On Glass) film, an HSQ (Hydrogensilsesquioxane), and a CVD organic silicon oxide film.

本実施の形態によれば、ビット線間を絶縁する層間絶縁膜が低誘電率化され、ビット線間のノイズの影響を受けやすいというオープンビット線方式の弱点が改善される。従って、実施の形態1,2よりも半導体記憶装置の信頼性が向上する。   According to the present embodiment, the interlayer insulating film that insulates between the bit lines has a low dielectric constant, and the weak point of the open bit line system that is easily affected by noise between the bit lines is improved. Therefore, the reliability of the semiconductor memory device is improved as compared with the first and second embodiments.

なお本実施の形態においては、層間絶縁膜29に限らず、例えばビット線コンタクト27が形成される層間絶縁膜26や、層間絶縁膜29よりもさらに上層の層間絶縁膜(不図示)等にもlow-k膜を用てもよい。   In the present embodiment, not only the interlayer insulating film 29 but also an interlayer insulating film 26 in which the bit line contact 27 is formed, an interlayer insulating film (not shown) higher than the interlayer insulating film 29, etc. A low-k membrane may be used.

<実施の形態4>
以上の実施の形態ではメモリキャパシタはプレーナ型キャパシタであったが、実施の形態4では上記の特許文献2,3に示されたような、立体構造のキャパシタを適用する。
<Embodiment 4>
In the above embodiment, the memory capacitor is a planar capacitor, but in Embodiment 4, a three-dimensional capacitor as shown in Patent Documents 2 and 3 is applied.

図15,図16は、実施の形態4に係る相補型DRAMセルのメモリユニットの断面図である。また図17はその上面図でああり、図15,図16は図17のA−A線、B−B線に沿った断面にそれぞれ対応している。即ち図15は、メモリユニットの活性領域3上の断面であり、図16はワード線WL(ゲート電極12)の延在方向に隣接するメモリユニットの間の分離領域の断面である。   15 and 16 are cross-sectional views of the memory unit of the complementary DRAM cell according to the fourth embodiment. FIG. 17 is a top view thereof, and FIGS. 15 and 16 correspond to cross sections taken along lines AA and BB in FIG. 17, respectively. That is, FIG. 15 is a cross section on the active region 3 of the memory unit, and FIG. 16 is a cross section of the isolation region between the memory units adjacent in the extending direction of the word line WL (gate electrode 12).

図15〜図17の如く、実施の形態4のメモリユニットにおいては、上部電極22の下方における素子分離膜4の上部に、活性領域3の側面を露出するリセス50が形成される。このリセス50には活性領域3の側面(分離トレンチ2の内壁)が露出され、メモリキャパシタは活性領域3上から分離トレンチ2の内壁にかけて延在する立体構造となる。即ち図15に示すように、下部拡散層20および誘電体層21が活性領域3上から分離トレンチ2の内壁にかけて延在するように形成され、且つ、上部電極22の一部がリセス50内に入り込むように形成される。それにより、活性領域3の上面だけでなく活性領域3の側面もメモリキャパシタの有効面積に寄与するようになり、その容量を増大させることができる。   As shown in FIGS. 15 to 17, in the memory unit of the fourth embodiment, a recess 50 exposing the side surface of the active region 3 is formed on the element isolation film 4 below the upper electrode 22. The side surface of the active region 3 (inner wall of the isolation trench 2) is exposed in the recess 50, and the memory capacitor has a three-dimensional structure extending from the active region 3 to the inner wall of the isolation trench 2. That is, as shown in FIG. 15, the lower diffusion layer 20 and the dielectric layer 21 are formed so as to extend from the active region 3 to the inner wall of the isolation trench 2, and a part of the upper electrode 22 is in the recess 50. It is formed to enter. As a result, not only the upper surface of the active region 3 but also the side surfaces of the active region 3 contribute to the effective area of the memory capacitor, and the capacitance can be increased.

次に、本実施の形態に係る相補型DRAMセル(メモリユニット)の形成工程について説明する。まず実施の形態1と同様に、半導体基板1に分離トレンチ2を形成し、その中に素子分離膜4を形成する。そして下部拡散層20を形成するイオン注入の際にマスクとなるレジストパターン40を形成する。実施の形態1では、レジストパターン40の形成に続いて下部拡散層20を形成するためのイオン注入を行ったが、本実施の形態では、レジストパターン40の形成に続いてそれをマスクとするエッチングにより素子分離膜4の上部を除去してリセス50を形成する。そしてその後に、下部拡散層20を形成するためのイオン注入を行う。このとき下部拡散層20は、リセス50内に露出した分離トレンチ2の内壁にも形成される。図18, 図19はそれぞれ、そのイオン注入直後におけるA−A線、B−B線に沿った断面図である。   Next, a process for forming a complementary DRAM cell (memory unit) according to the present embodiment will be described. First, as in the first embodiment, the isolation trench 2 is formed in the semiconductor substrate 1, and the element isolation film 4 is formed therein. Then, a resist pattern 40 serving as a mask is formed at the time of ion implantation for forming the lower diffusion layer 20. In the first embodiment, ion implantation for forming the lower diffusion layer 20 is performed following the formation of the resist pattern 40. However, in this embodiment, the etching using the resist pattern 40 as a mask is performed in the present embodiment. Thus, the recess 50 is formed by removing the upper part of the element isolation film 4. Thereafter, ion implantation for forming the lower diffusion layer 20 is performed. At this time, the lower diffusion layer 20 is also formed on the inner wall of the isolation trench 2 exposed in the recess 50. 18 and 19 are cross-sectional views taken along lines AA and BB immediately after the ion implantation, respectively.

その後は、実施の形態1で図11〜図13を用いて説明した工程と同様である。即ち、フォトリソグラフィ技術により、ゲート酸化膜11、ゲート電極12、誘電体層21、上部電極22を形成する。このとき、ゲート酸化膜11は分離トレンチ2の内壁にも形成され、またゲート酸化膜11の一部は分離トレンチ2内に埋め込まれるように形成される。   The subsequent steps are the same as those described in the first embodiment with reference to FIGS. That is, the gate oxide film 11, the gate electrode 12, the dielectric layer 21, and the upper electrode 22 are formed by photolithography. At this time, the gate oxide film 11 is also formed on the inner wall of the isolation trench 2, and a part of the gate oxide film 11 is formed to be embedded in the isolation trench 2.

その後イオン注入によりLDD領域13を形成する。そして、誘電体層21、上部電極22の側面にサイドウォール15を形成した後、再度のイオン注入でソース/ドレイン領域14を形成する。そして層間絶縁膜26、ビット線コンタクト27、ビット線28、層間絶縁膜29を順次形成することにより、図15〜図17に示した本実施の形態に係るメモリユニットが形成される。   Thereafter, an LDD region 13 is formed by ion implantation. Then, after forming the sidewalls 15 on the side surfaces of the dielectric layer 21 and the upper electrode 22, the source / drain regions 14 are formed by ion implantation again. Then, by sequentially forming the interlayer insulating film 26, the bit line contact 27, the bit line 28, and the interlayer insulating film 29, the memory unit according to the present embodiment shown in FIGS. 15 to 17 is formed.

以上のように本実施の形態に係るメモリユニット製造方法は、リセス50を形成するためのエッチング工程を除いて、実施の携帯に示したものと同様である。即ち、ここでの図示は省略したが、以上の製造工程に並行してロジックトランジスタも形成可能である。   As described above, the memory unit manufacturing method according to the present embodiment is the same as that shown in the embodiment, except for the etching process for forming the recess 50. That is, although illustration is omitted here, a logic transistor can be formed in parallel with the above manufacturing process.

本実施の形態においても実施の形態1と同様に、相補型DRAMセルを構成する2つのメモリユニットの組は、位置合わせずれによってその片方の容量が小さくなるときに、その位置合わせずれによってもう片方のメモリキャパシタの容量が大きくなるような組にする。それにより、実施の形態1と同様の効果が得られる。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, when the capacity of one of the two memory units constituting the complementary DRAM cell is reduced due to misalignment, The set is such that the capacity of the memory capacitor increases. Thereby, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

特に、本実施の形態のメモリユニットにおいては、活性領域3の側面51もメモリキャパシタの有効面積に寄与するため、位置合わせずれによるその容量の変動が大きく、メモリユニット間の電気的特性のばらつきが大きくなりやすい。よって、そのばらつきを抑制できる本発明は有効である。   In particular, in the memory unit of the present embodiment, since the side surface 51 of the active region 3 also contributes to the effective area of the memory capacitor, the capacitance varies greatly due to misalignment, and the electrical characteristics vary between the memory units. Easy to grow. Therefore, the present invention that can suppress the variation is effective.

また、本発明は図15〜図17の構成のメモリユニットから成る相補型DRAMセルに特有の問題も解決できる。以下、それについて説明する。   The present invention can also solve the problems peculiar to the complementary DRAM cell comprising the memory units having the configurations shown in FIGS. This will be described below.

図15〜図17に示しているようにリセス50の幅WRは、A−A線に沿った断面における活性領域3の間隔(分離トレンチ2の幅)よりも広く形成される。それにより、ゲート電極12の延在方向の活性領域3の側面(図17にて符号51で示す)もリセス50内に露出される。それにより、当該側面51もメモリキャパシタの有効面積に寄与するようになる。 As shown in FIGS. 15 to 17, the width W R of the recess 50 is formed wider than the interval between the active regions 3 (the width of the isolation trench 2) in the cross section along the line AA. Thereby, the side surface (indicated by reference numeral 51 in FIG. 17) of the active region 3 in the extending direction of the gate electrode 12 is also exposed in the recess 50. Thereby, the side surface 51 also contributes to the effective area of the memory capacitor.

リセス50の幅WRを広くする程メモリキャパシタの容量を大きくすることができるが、その幅WRはサイドウォール25を含めた上部電極22の幅WPよりも狭くする必要がある。そうでなければ図16の断面において、上部電極22のリセス50内に埋め込まれた部分が隣接するメモリユニット間の分離領域上に露出してしまい、その部分を介してメモリユニット間がショートする問題が生じるためである。従って通常は、リセス50のパターン(レジストパターン40の開口パターン)と上部電極22のパターンの位置合わせずれを考慮して、上部電極22の幅をリセス50の幅WRよりも広めに形成する。 Although the capacity of the memory capacitor can be increased as the width W R of the recess 50 is increased, the width W R needs to be smaller than the width W P of the upper electrode 22 including the sidewall 25. Otherwise, in the cross section of FIG. 16, the portion embedded in the recess 50 of the upper electrode 22 is exposed on the separation region between adjacent memory units, and the memory units are short-circuited through that portion. This is because. Therefore, normally, the width of the upper electrode 22 is formed wider than the width W R of the recess 50 in consideration of misalignment between the pattern of the recess 50 (opening pattern of the resist pattern 40) and the pattern of the upper electrode 22.

ここで、上で説明した製造工程から分かるように、リセス50を形成するエッチングのマスクと下部拡散層20を形成するイオン注入のマスクは、共に同じレジストパターン40である。つまり、上部電極22の幅をリセス50の幅WRよりも広くした場合には、上部電極22の幅が下部拡散層20の幅よりも広くなり、上部電極22の両端部の下には下部拡散層20が形成されないようにも思われる。しかし、下部拡散層20の幅はその形成後の熱処理等による不純物の拡散により形成直後のプロファイル(図15において点線で示す)から拡がるため、通常は問題とはならない。 Here, as can be seen from the manufacturing process described above, both the etching mask for forming the recess 50 and the ion implantation mask for forming the lower diffusion layer 20 are the same resist pattern 40. That is, when the width of the upper electrode 22 is made wider than the width W R of the recess 50, the width of the upper electrode 22 is wider than the width of the lower diffusion layer 20, and the lower portions of the upper electrode 22 are below the lower ends. It seems that the diffusion layer 20 is not formed. However, since the width of the lower diffusion layer 20 is expanded from the profile (shown by a dotted line in FIG. 15) immediately after the formation due to the diffusion of impurities by heat treatment after the formation, it is not usually a problem.

但し、リセス50のパターン(レジストパターン40の開口パターン)と上部電極22のパターンの位置合わせずれが生じた場合には、不純物の拡散後においても図20のように上部電極22の端部の下に下部拡散層20が形成されない部分(図20において符号Eで示す)が生じる可能性がある。その場合、上部電極22のサイドウォール25の下のLDD領域13と下部拡散層20とが分離されるため、電荷の書き込み、読み出し時におけるメモリトランジスタとメモリキャパシタとの間の配線抵抗が大きくなってしまう。上記のように図15の構成を持つメモリユニットでは、上部電極22の幅をリセス50の幅WRよりも広くする必要があるため、この問題が生じやすい。 However, when a misalignment between the pattern of the recess 50 (opening pattern of the resist pattern 40) and the pattern of the upper electrode 22 occurs, even after the diffusion of impurities, the bottom of the end of the upper electrode 22 as shown in FIG. There is a possibility that a portion (indicated by E in FIG. 20) where the lower diffusion layer 20 is not formed is generated. In this case, since the LDD region 13 and the lower diffusion layer 20 under the sidewall 25 of the upper electrode 22 are separated, the wiring resistance between the memory transistor and the memory capacitor at the time of charge writing and reading is increased. End up. In the memory unit having the configuration of FIG. 15 as described above, this problem is likely to occur because the width of the upper electrode 22 needs to be wider than the width W R of the recess 50.

しかし本実施の形態においても、相補型DRAMセルのメモリユニットを実施の形態1と同様にレイアウトすれば、結果として一方の配線抵抗が大きくなったときに他方の配線抵抗が小さくなるようになるので、上記の問題は低減される。   However, also in this embodiment, if the memory unit of the complementary DRAM cell is laid out in the same manner as in the first embodiment, as a result, when one wiring resistance increases, the other wiring resistance decreases. The above problems are reduced.

一般的なDRAMセルおよび相補型DRAMセルの回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a general DRAM cell and a complementary DRAM cell. 実施の形態1に係る相補型DRAMセルアレイのレイアウトを示す上面図である。2 is a top view showing a layout of a complementary DRAM cell array according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る相補型DRAMセルアレイを構成するメモリユニットの断面図である。2 is a cross-sectional view of a memory unit constituting the complementary DRAM cell array according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1の効果を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining an effect of the first embodiment. 従来の相補型DRAMセルアレイのレイアウトを示す上面図である。It is a top view which shows the layout of the conventional complementary DRAM cell array. 従来の相補型DRAMセルの問題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem of the conventional complementary DRAM cell. 従来の相補型DRAMセルの問題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem of the conventional complementary DRAM cell. 従来の相補型DRAMセルの問題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem of the conventional complementary DRAM cell. 実施の形態1の効果を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining an effect of the first embodiment. 実施の形態1に係る相補型DRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram showing a method of manufacturing a complementary DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係る相補型DRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram showing a method of manufacturing a complementary DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係る相補型DRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram showing a method of manufacturing a complementary DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係る相補型DRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram showing a method of manufacturing a complementary DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態2に係る相補型DRAMセルアレイのレイアウトを示す上面図である。FIG. 6 is a top view showing a layout of a complementary DRAM cell array according to a second embodiment. 実施の形態4に係る相補型DRAMセルアレイを構成するメモリユニットの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a memory unit constituting a complementary DRAM cell array according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る相補型DRAMセルアレイを構成するメモリユニットの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a memory unit constituting a complementary DRAM cell array according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る相補型DRAMセルアレイを構成するメモリユニットの上面図である。FIG. 10 is a top view of a memory unit constituting a complementary DRAM cell array according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る相補型DRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a complementary DRAM cell according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る相補型DRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a complementary DRAM cell according to a fourth embodiment. 実施の形態4の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of Embodiment 4. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板、2 分離トレンチ、3 活性領域、4 素子分離膜、11 ゲート酸化膜、12 ゲート電極、13 LDD領域、14 ソース/ドレイン領域、20 下部拡散層、21 誘電体層、22 上部電極、40 レジストパターン、50 リセス。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate, 2 Isolation trench, 3 Active area | region, 4 Element isolation film | membrane, 11 Gate oxide film, 12 Gate electrode, 13 LDD area | region, 14 Source / drain area | region, 20 Lower diffused layer, 21 Dielectric layer, 22 Upper electrode, 40 resist patterns, 50 recesses.

Claims (12)

2つのメモリユニットから成る相補型メモリセルを備える半導体記憶装置であって、
前記メモリユニットの各々は、
半導体基板における活性領域の一部を第1電極とし、前記第1電極上に誘電体膜を介して形成された第2電極を有するキャパシタを備え、
前記相補型メモリセルが備える2つの前記キャパシタは、
形成過程における前記活性領域のパターンと前記第2電極のパターンとの位置合わせずれが、一方の前記キャパシタにおける前記活性領域と前記第2電極との重なる面積が減る方向に生じたならば、その位置合わせずれによって他方の前記キャパシタにおける前記活性領域と前記第2電極とが重なる面積が増すようにレイアウトされている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
A semiconductor memory device comprising complementary memory cells comprising two memory units,
Each of the memory units is
A capacitor having a second electrode formed on a part of an active region in a semiconductor substrate as a first electrode and a dielectric film on the first electrode,
The two capacitors included in the complementary memory cell are:
If the misalignment between the pattern of the active region and the pattern of the second electrode in the formation process occurs in a direction in which the area where the active region and the second electrode overlap in one of the capacitors is reduced, that position The semiconductor memory device is laid out so that an area where the active region and the second electrode overlap in the other capacitor increases due to misalignment.
請求項1記載の半導体記憶装置であって、
前記相補型メモリセルが備える2つの前記キャパシタのうち一方の前記第2電極は、前記活性領域における第1方向側端部を覆っており、他方の前記第2電極は、前記活性領域における前記第1方向側端部とは逆の第2方向側端部を覆っている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 1,
The second electrode of one of the two capacitors included in the complementary memory cell covers a first direction side end of the active region, and the other second electrode is the second electrode of the active region. A semiconductor memory device characterized by covering a second direction side end opposite to the one direction side end.
請求項1記載の半導体記憶装置であって、
前記相補型メモリセルの出力を増幅するセンスアンプをさらに備え、
前記センスアンプは、
前記相補型メモリセルを構成する2つの前記メモリユニットの間に配設されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 1,
A sense amplifier for amplifying the output of the complementary memory cell;
The sense amplifier is
A semiconductor memory device, wherein the semiconductor memory device is disposed between two memory units constituting the complementary memory cell.
請求項3記載の半導体記憶装置であって、
前記相補型メモリセルが備える2つの前記キャパシタの各々は、
前記第2電極が前記センスアンプを中心として前記活性領域の外側端部を覆っている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 3,
Each of the two capacitors included in the complementary memory cell includes:
The semiconductor memory device, wherein the second electrode covers an outer end portion of the active region with the sense amplifier as a center.
請求項3記載の半導体記憶装置であって、
前記相補型メモリセルが備える2つの前記キャパシタの各々は、
前記第2電極が前記センスアンプを中心として前記活性領域の内側端部を覆っている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 3,
Each of the two capacitors included in the complementary memory cell includes:
The semiconductor memory device, wherein the second electrode covers an inner end portion of the active region with the sense amplifier as a center.
請求項3から請求項5のいずれか記載の半導体記憶装置であって、
前記相補型メモリセルを複数個備え、
前記複数の相補型メモリセルにおいては、
2つのメモリユニットの片方が前記センスアンプから遠いもの程、もう片方が前記センスアンプのより近くに配設されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
A semiconductor memory device according to any one of claims 3 to 5,
A plurality of the complementary memory cells;
In the plurality of complementary memory cells,
A semiconductor memory device, wherein one of two memory units is disposed farther from the sense amplifier and the other is disposed closer to the sense amplifier.
請求項3記載の半導体記憶装置であって、
前記相補型メモリセルを複数備え、
当該複数の相補型メモリセルは、
前記キャパシタの前記第2電極が前記センスアンプを中心として前記活性領域の外側端部を覆う2つの前記メモリユニットから成るものと、
前記キャパシタの前記第2電極が前記センスアンプを中心として前記活性領域の内側端部を覆う2つの前記メモリユニットから成るものとを含む
ことを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 3,
A plurality of complementary memory cells;
The plurality of complementary memory cells are
The second electrode of the capacitor is composed of two memory units covering the outer end of the active region with the sense amplifier as a center;
A semiconductor memory device comprising: the second electrode of the capacitor including two memory units covering an inner end portion of the active region with the sense amplifier as a center.
請求項7記載の半導体記憶装置であって、
前記複数の相補型メモリセルにおいては、
2つのメモリユニットの片方が前記センスアンプから遠いもの程、もう片方が前記センスアンプのより近くに配設されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 7,
In the plurality of complementary memory cells,
A semiconductor memory device, wherein one of two memory units is disposed farther from the sense amplifier and the other is disposed closer to the sense amplifier.
請求項1から請求項8のいずれか記載の半導体記憶装置であって、
前記活性領域は、
前記半導体基板に形成されたトレンチにより規定されており、
前記メモリユニットのキャパシタは、前記活性領域上から前記トレンチの内壁にかけて延在している
ことを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
The active region is
It is defined by a trench formed in the semiconductor substrate,
The capacitor of the memory unit extends from the active region to the inner wall of the trench.
請求項1から請求項9のいずれか記載の半導体記憶装置であって、
前記メモリユニットは、
前記キャパシタに接続したメモリトランジスタを備え、
前記メモリトランジスタのゲート絶縁膜およびゲート電極は、
それぞれ前記キャパシタの前記誘電体膜および第2電極と同一層により形成されたものである
ことを特徴とする半導体記憶装置。
A semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 9, wherein
The memory unit is
A memory transistor connected to the capacitor;
The gate insulating film and the gate electrode of the memory transistor are
A semiconductor memory device, wherein each of the capacitors is formed of the same layer as the dielectric film and the second electrode of the capacitor.
請求項10記載の半導体記憶装置であって、
所定の演算処理を行うロジック回路をさらに備え、
前記メモリトランジスタは、
前記ロジック回路に含まれるロジックトランジスタと同一層により形成されたものである
ことを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 10,
It further includes a logic circuit that performs predetermined arithmetic processing,
The memory transistor is
A semiconductor memory device, which is formed of the same layer as a logic transistor included in the logic circuit.
請求項1から請求項11のいずれか記載の半導体記憶装置であって、
前記メモリユニットの各々に接続する複数のビット線を備え、
前記複数のビット線間を絶縁する層間絶縁膜は、
酸化シリコン(SiO2)よりも誘電率の低い低誘電率膜により形成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
12. A semiconductor memory device according to claim 1, wherein
A plurality of bit lines connected to each of the memory units;
The interlayer insulating film that insulates between the plurality of bit lines,
A semiconductor memory device characterized by being formed of a low dielectric constant film having a dielectric constant lower than that of silicon oxide (SiO 2 ).
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