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JPH1098161A - Semiconductor storage device - Google Patents

Semiconductor storage device

Info

Publication number
JPH1098161A
JPH1098161A JP8271649A JP27164996A JPH1098161A JP H1098161 A JPH1098161 A JP H1098161A JP 8271649 A JP8271649 A JP 8271649A JP 27164996 A JP27164996 A JP 27164996A JP H1098161 A JPH1098161 A JP H1098161A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
conductivity type
diffusion layer
type
type diffusion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8271649A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Iwasa
昇一 岩佐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP8271649A priority Critical patent/JPH1098161A/en
Publication of JPH1098161A publication Critical patent/JPH1098161A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】メモリセルに自己増幅作用を持たせたDRAM
を簡単な構造で実現する。 【解決手段】ビット線20をN型ポリシリコン層11を
含むポリサイド配線とし、N型シリコン基板1に形成し
たP型拡散層4にN型拡散層17を介してビット線20
のN型ポリシリコン層11を接続させる。従って、ビッ
ト線20は、N型シリコン基板1をエミッタ、P型拡散
層4をベース、N型拡散層17及びN型ポリシリコン層
11をコレクタとするNPN型バイポーラトランジスタ
を介して各メモリセルのアクセストランジスタに接続す
ることになる。
(57) [Summary] DRAM with self-amplifying function in memory cell
Is realized with a simple structure. A bit line is a polycide wiring including an N-type polysilicon layer, and a P-type diffusion layer formed on an N-type silicon substrate is connected to the bit line through an N-type diffusion layer.
N-type polysilicon layer 11 is connected. Therefore, the bit line 20 is connected to each memory cell via an NPN-type bipolar transistor using the N-type silicon substrate 1 as an emitter, the P-type diffusion layer 4 as a base, and the N-type diffusion layer 17 and the N-type polysilicon layer 11 as collectors. It will be connected to the access transistor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、DRAM等の半導
体記憶装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor memory device such as a DRAM.

【0002】[0002]

【従来の技術】アクセストランジスタとビット線間に直
列に自己増幅型のバイポーラトランジスタを設けたDR
AMが、「IEDM‘91−465(A Self-Amplifyin
g (SEA) Cell for Future High Density DRAMs) 」にお
いて提案された。この提案は、近年のメモリセルの微細
化に伴いメモリセル容量の確保が困難になりつつある中
で、その容量確保対策として、フィン型とかクラウン型
等のようにメモリキャパシタのストレージノードを複雑
化して容量面積を稼ぐ方法に対する別の手法として注目
された。即ち、メモリセル自身に自己増幅機能を持たせ
ることで、読み出し時の微小信号をそのままビット線、
更に、センスアンプに伝えるのではなく、その信号を増
幅率の高いバイポーラトランジスタを介することにより
増幅した信号をビット線、更に、センスアンプに伝える
ため、見かけ上メモリセル容量を増やすことができる。
従って、上述したストレージノードを複雑化する方法に
比べ、メモリセル構造を単純にできるというメリットが
ある。
2. Description of the Related Art A self-amplifying bipolar transistor is provided in series between an access transistor and a bit line.
AM said, "IEDM'91-465 (A Self-Amplifyin
g (SEA) Cell for Future High Density DRAMs). With this proposal, it has become difficult to secure the memory cell capacity with the recent miniaturization of memory cells, and as a measure to secure the capacity, the storage nodes of memory capacitors, such as fin type and crown type, have been complicated. As a different approach to the method of increasing the capacitance area. That is, by giving the memory cell itself a self-amplification function, a small signal at the time of reading can be directly used as a bit line,
Furthermore, since a signal amplified by passing the signal through a bipolar transistor having a high amplification rate, instead of transmitting the signal to a sense amplifier, is transmitted to a bit line and further to a sense amplifier, the memory cell capacity can be apparently increased.
Therefore, there is a merit that the memory cell structure can be simplified as compared with the above-described method of complicating the storage node.

【0003】図7に、上記論文に提案されたDRAMメ
モリセルの構造を示す。
FIG. 7 shows the structure of a DRAM memory cell proposed in the above article.

【0004】図示の如く、N型シリコン半導体基板10
1の素子分離酸化膜102により画定された素子形成領
域にN型埋め込み拡散層103が設けられている。素子
形成領域のシリコン半導体基板101上にはゲート酸化
膜を介してN型多結晶シリコンからなるワード線107
が設けられ、そのワード線107の両側のシリコン半導
体基板101内にソース/ドレインとなる一対のP型拡
散層104、105が設けられて、PチャネルMOSF
ETからなるアクセストランジスタが形成されている。
このアクセストランジスタの一方のP型拡散層105に
は、P型多結晶シリコンからなるメモリキャパシタの下
部電極(ストレージノード)106が接続し、この下部
電極106の上に、容量絶縁膜109を介して、P型多
結晶シリコンからなるメモリキャパシタの上部電極(セ
ルプレート)108が設けられている。ビット線120
は、N型多結晶シリコン層111とシリサイド層112
とからなるN型ポリサイド配線で構成され、N型多結晶
シリコン層116と高抵抗層であるP型多結晶シリコン
層114を介して、アクセストランジスタの他方のP型
拡散層104内に設けられたN型拡散層117に接続し
ている。ここで、115は、N型多結晶シリコン層11
6とP型多結晶シリコン層114を互いに分離するコン
タクトサイドウォール酸化膜である。また、図中、11
0は、ワード線107のサイドウォール酸化膜である。
As shown, an N-type silicon semiconductor substrate 10
An N-type buried diffusion layer 103 is provided in an element formation region defined by one element isolation oxide film 102. A word line 107 made of N-type polycrystalline silicon is formed on the silicon semiconductor substrate 101 in the element formation region via a gate oxide film.
And a pair of P-type diffusion layers 104 and 105 serving as a source / drain are provided in the silicon semiconductor substrate 101 on both sides of the word line 107 to form a P-channel MOSF.
An access transistor made of ET is formed.
A lower electrode (storage node) 106 of a memory capacitor made of P-type polycrystalline silicon is connected to one P-type diffusion layer 105 of the access transistor, and on this lower electrode 106 via a capacitor insulating film 109. , An upper electrode (cell plate) 108 of a memory capacitor made of P-type polycrystalline silicon is provided. Bit line 120
Are the N-type polysilicon layer 111 and the silicide layer 112
And is provided in the other P-type diffusion layer 104 of the access transistor via an N-type polycrystalline silicon layer 116 and a P-type polycrystalline silicon layer 114 which is a high-resistance layer. It is connected to the N-type diffusion layer 117. Here, 115 is the N-type polycrystalline silicon layer 11.
6 and a contact sidewall oxide film for separating the P-type polycrystalline silicon layer 114 from each other. In the figure, 11
Reference numeral 0 denotes a sidewall oxide film of the word line 107.

【0005】上述した構造から分かるように、ビット線
120は、N型埋め込み拡散層103をエミッタ、P型
拡散層104をベース並びにN型拡散層117及びN型
多結晶シリコン層116をコレクタとするNPN型バイ
ポーラトランジスタを介して各メモリセルのアクセスト
ランジスタに接続している。
As can be seen from the above structure, the bit line 120 has the N-type buried diffusion layer 103 as an emitter, the P-type diffusion layer 104 as a base, and the N-type diffusion layer 117 and the N-type polycrystalline silicon layer 116 as collectors. It is connected to an access transistor of each memory cell via an NPN-type bipolar transistor.

【0006】次に、図8の等価回路図を参照して、この
DRAMの読み出し動作及び書き込み動作を説明する。
Next, a read operation and a write operation of the DRAM will be described with reference to an equivalent circuit diagram of FIG.

【0007】まず、図8(b)を参照して、書き込み動
作を説明する。図において、基板101、セルプレート
108、プリチャージ状態のワード線107及びビット
線120の電位は、夫々、3.3V(=VCC)、3.3
V、(3.3+α)V及び0V(=VSS)である。ここ
で、αは、アクセストランジスタでのしきい値電圧ドロ
ップ分(Vth′)を相殺するためのもので、通常、昇圧
回路により、少なくともα>Vth′となるように設定さ
れる。この時、高抵抗層114は、書き込み時のデータ
(“0”又は“1”)には依存せずにメモリセルに書き
込むためのダイオード素子で、初期の(電荷蓄積状態で
ない)ストレージノード電位は、N型埋め込み拡散層1
03(VCCに固定)に対しビルトインポテンシャル分
(φbi=約0.5V)下がった言わばフローティング状
態にあるため、図9(a)に示すように、“1”書き込
みの場合には、高抵抗層114は、ビット線120のN
型多結晶シリコン層111との間で逆バイアス状態とな
り、この逆バイアス時のPN接合リーク電流でストレー
ジノード106への書き込みが行われる。なお、図9
(a)は、書き込み時の高抵抗層114のダイオード特
性を示したもので、縦軸のIW は書き込み電流〔A〕、
横軸のVbl-sn はビットライン120とストレージノー
ド106間の電位差〔V〕を夫々表している。また、図
中の「2E−6」は、「2×10-6」の意味である(図
9(c)等についても同様)。この時、ビット線120
とPチャネルMOSFETからなるアクセストランジス
タとの間のバイポーラトランジスタにおいては、N型拡
散層117及びN型多結晶シリコン層116からなるコ
レクタとP型拡散層104からなるベースとの間の接合
が逆バイアスとなってON状態にないため、ストレージ
ノード電位を充分に“1”に書き込むことができない。
即ち、“1”書き込みの場合には、このバイポーラトラ
ンジスタは使えない。
First, a write operation will be described with reference to FIG. In the figure, the potentials of a substrate 101, a cell plate 108, a word line 107 and a bit line 120 in a precharged state are 3.3 V (= V CC ) and 3.3, respectively.
V, (3.3 + α) V and 0V (= V SS ). Here, α is for canceling the threshold voltage drop (V th ′) in the access transistor, and is usually set by a booster circuit so that at least α> V th ′. At this time, the high resistance layer 114 is a diode element for writing to the memory cell without depending on the data (“0” or “1”) at the time of writing, and the initial (non-charge storage state) storage node potential is , N-type buried diffusion layer 1
Since the built-in potential (φ bi = about 0.5 V) is lower than that of V.03 (fixed to V CC ), it is in a so-called floating state, and as shown in FIG. The resistance layer 114 is formed of the N
A reverse bias state is established between the gate electrode and the polycrystalline silicon layer 111, and writing to the storage node 106 is performed with a PN junction leak current at the time of the reverse bias. Note that FIG.
(A) shows the diode characteristics of the high resistance layer 114 at the time of writing, and I W on the vertical axis represents the write current [A],
V bl-sn on the horizontal axis represents a potential difference [V] between the bit line 120 and the storage node 106, respectively. Further, “2E-6” in the figure means “2 × 10 −6 ” (the same applies to FIG. 9C and the like). At this time, the bit line 120
In the bipolar transistor between the N-type MOS transistor and the access transistor formed of a P-channel MOSFET, the junction between the collector formed of the N-type diffusion layer 117 and the N-type polycrystalline silicon layer 116 and the base formed of the P-type diffusion layer 104 has a reverse bias. Therefore, the storage node potential cannot be sufficiently written to "1".
That is, in the case of "1" writing, this bipolar transistor cannot be used.

【0008】次に、図8(a)を参照して、読み出し動
作を説明する。図において、基板101、セルプレート
108、プリチャージ状態のワード線107及びビット
線120の電位は、夫々、3.3V(=VCC)、3.3
V、(3.3+α)V及び0V(=VSS)である。読み
出し時には、選択ワード線107がON(→0V)し、
ストレージノード106の蓄積電荷が流れてビットコン
タクト側のP型拡散層104に流入する。この時、高抵
抗層114は、高抵抗(=約250kΩ)のため、たと
え順方向であっても、高抵抗層114自身の抵抗で律速
され、蓄積電荷による電流の殆どはビットコンタクト部
のP型拡散層104に流入する。この段階で、バイポー
ラトランジスタがONし、微弱信号が増幅され(その増
幅率hfeは、ほぼバイポーラトランジスタの性能で決ま
り、ここではhfe=20とする。)、プリチャージ時に
0Vであったビット線120の電位変化が速くなる。ス
トレージノード106からバイポーラトランジスタのベ
ースであるP型拡散層104に現れる電圧Vb は、 Vb =Vcp/(1+Cb /Cs ) (Vcp:セルプレ
ート電位) で表され、“1”状態の時は、N型埋め込み拡散層10
3からなるエミッタとP型拡散層104からなるベース
間の電位差はほぼ0Vに等しく、結果として、ベース電
流はほぼ0であるのに対し、“0”状態の時は、上記電
位差はほぼセルプレート電位(=3.3V)に等しく
(但し、Cs =25fF、Cb =3.5fFとす
る。)、図9(b)に示すようなベース電流Ib が得ら
れる。このベース電流Ib に対し、図9(c)に示すよ
うに、約1桁以上大きいコレクタ電流Ic が得られるこ
とで、ビット線120の電位変化を速く、また、その振
幅を大きくすることができる。この振幅に対しては、コ
レクタ抵抗に相当するN型多結晶シリコン層116及び
高抵抗層114の層抵抗で制御され、これらが大きい程
振幅も大きくとれ、S/N比が良くなるが、逆に、コレ
クタ抵抗が大き過ぎると、コレクタ電流Ic の低下を招
くため、この例では250kΩとしている。
Next, a read operation will be described with reference to FIG. In the figure, the potentials of a substrate 101, a cell plate 108, a word line 107 and a bit line 120 in a precharged state are 3.3 V (= V CC ) and 3.3, respectively.
V, (3.3 + α) V and 0V (= V SS ). At the time of reading, the selected word line 107 is turned ON (→ 0 V),
The charge stored in the storage node 106 flows and flows into the P-type diffusion layer 104 on the bit contact side. At this time, since the high resistance layer 114 has a high resistance (= about 250 kΩ), even in the forward direction, the resistance is limited by the resistance of the high resistance layer 114 itself, and most of the current due to the accumulated charges is P P of the bit contact portion. It flows into the mold diffusion layer 104. At this stage, the bipolar transistor is turned on, and a weak signal is amplified (the amplification factor h fe is substantially determined by the performance of the bipolar transistor, and here, h fe = 20). The potential change of the line 120 becomes faster. Voltage V b appearing from the storage node 106 to the P-type diffusion layer 104 is a base of the bipolar transistor, V b = V cp / ( 1 + C b / C s): is represented by (V cp cell plate potential), "1" In the state, the N-type buried diffusion layer 10
The potential difference between the emitter made of P.3 and the base made of the P-type diffusion layer 104 is almost equal to 0 V. As a result, when the base current is almost 0, the above potential difference is almost equal to the cell plate in the "0" state. equal to the potential (= 3.3V) (where, C s = 25fF, and C b = 3.5fF.), the base current I b as shown in FIG. 9 (b) is obtained. To this base current I b, as shown in FIG. 9 (c), by about one order of magnitude or more larger collector current I c is obtained, faster potential change of the bit line 120, also possible to increase the amplitude Can be. This amplitude is controlled by the layer resistances of the N-type polycrystalline silicon layer 116 and the high-resistance layer 114 corresponding to the collector resistance. The larger these are, the larger the amplitude can be taken and the S / N ratio is improved. , when the collector resistor is too large, causing a decrease in the collector current I c, in this example is a 250Keiomega.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上、メモリセル容量
低下に伴うS/N比低下対策として、メモリセル自身に
増幅作用を持たせた従来のDRAM構造を説明したが、
上述のように、この従来の構造では、“1”書き込み時
に、バイポーラトランジスタのコレクタであるN型拡散
層117及びN型多結晶シリコン層116とベースであ
るP型拡散層104との間の接合が逆バイアスとなって
ON状態にないため、ストレージノード電位を充分に
“1”に書き込むことができず、従って、“1”書き込
みの場合には、このバイポーラトランジスタが使えない
という欠点があった。このため、上述した従来の構造で
は、ビットコンタクト内に高抵抗層114を設け、逆バ
イアス時のPN接合リーク電流でストレージノード10
6への書き込みを行うようにしている。
As described above, the conventional DRAM structure in which the memory cell itself has an amplifying function has been described as a countermeasure against the decrease in the S / N ratio due to the decrease in the memory cell capacity.
As described above, in this conventional structure, at the time of writing "1", the junction between the N-type diffusion layer 117 and the N-type polycrystalline silicon layer 116 as the collector of the bipolar transistor and the P-type diffusion layer 104 as the base is formed. Is reverse biased and is not in the ON state, so that the storage node potential cannot be sufficiently written to "1". Therefore, in the case of "1" writing, the bipolar transistor cannot be used. . Therefore, in the above-described conventional structure, the high resistance layer 114 is provided in the bit contact, and the storage node 10
6 is written.

【0010】しかしながら、ビットコンタクト内に高抵
抗層114を設けるために、その構造が複雑となり、ま
た、ビットコンタクト内での高抵抗層114とN型多結
晶シリコン層116との間の絶縁が容易でないという問
題もあった。
However, since the high resistance layer 114 is provided in the bit contact, the structure becomes complicated, and the insulation between the high resistance layer 114 and the N-type polycrystalline silicon layer 116 in the bit contact is easy. There was also a problem that it was not.

【0011】そこで、本発明の目的は、例えば、ビット
コンタクト内に高抵抗層を設けなくとも読み出し及び書
き込みが可能なDRAM等の半導体記憶装置を提供する
ことである。
An object of the present invention is to provide, for example, a semiconductor memory device such as a DRAM capable of reading and writing without providing a high resistance layer in a bit contact.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
本発明の半導体記憶装置は、MOSFETとキャパシタ
とを備えたメモリセルを有する半導体記憶装置におい
て、前記MOSFETが、第1導電型の半導体基板上に
ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲ
ート電極の両側の前記半導体基板の表面領域に形成され
た一対の第2導電型の拡散層とから構成され、前記一対
の第2導電型の拡散層のうちの一方の第2導電型の拡散
層に接続する配線層が、第2導電型の多結晶半導体層を
有し、前記第1導電型の半導体基板をエミッタ、前記一
方の第2導電型の拡散層をベース及び前記第2導電型の
多結晶半導体層をコレクタとするバイポーラトランジス
タを介して、前記配線層が前記MOSFETに接続して
いる。
According to the present invention, there is provided a semiconductor memory device having a memory cell including a MOSFET and a capacitor, wherein the MOSFET has a first conductivity type semiconductor substrate. A gate electrode formed thereon with a gate insulating film interposed therebetween, and a pair of second conductive type diffusion layers formed in a surface region of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode; A wiring layer connected to one of the conductive type diffusion layers has a second conductive type polycrystalline semiconductor layer, and the first conductive type semiconductor substrate is an emitter; The wiring layer is connected to the MOSFET via a bipolar transistor having the second conductive type diffusion layer as a base and the second conductive type polycrystalline semiconductor layer as a collector.

【0013】また、本発明の別の態様による半導体記憶
装置は、MOSFETとキャパシタとを備えたメモリセ
ルを有する半導体記憶装置において、前記MOSFET
が、第1導電型の半導体基板上にゲート絶縁膜を介して
形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の両側の前記
半導体基板の表面領域に形成された一対の第2導電型の
拡散層とから構成され、前記一対の第2導電型の拡散層
の下の前記半導体基板内に前記一対の第2導電型の拡散
層に接して第1導電型の埋め込み拡散層が形成され、前
記一対の第2導電型の拡散層のうちの一方の第2導電型
の拡散層に接続する配線層が、第2導電型の多結晶半導
体層を有し、前記第1導電型の埋め込み拡散層をエミッ
タ、前記一方の第2導電型の拡散層をベース及び前記第
2導電型の多結晶半導体層をコレクタとするバイポーラ
トランジスタを介して、前記配線層が前記MOSFET
に接続している。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device having a memory cell having a MOSFET and a capacitor.
A gate electrode formed on a semiconductor substrate of the first conductivity type via a gate insulating film, and a pair of diffusion layers of the second conductivity type formed in a surface region of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. A buried diffusion layer of a first conductivity type is formed in contact with the pair of second conductivity type diffusion layers in the semiconductor substrate below the pair of second conductivity type diffusion layers; A wiring layer connected to one of the second conductivity type diffusion layers has a second conductivity type polycrystalline semiconductor layer, and the first conductivity type buried diffusion layer is formed as an emitter. The wiring layer is connected to the MOSFET via a bipolar transistor having the one second conductive type diffusion layer as a base and the second conductive type polycrystalline semiconductor layer as a collector;
Connected to

【0014】本発明の一態様では、前記メモリセルへの
書き込み時に、任意の書き込み情報に対し、前記第1導
電型の半導体基板又は前記第1導電型の埋め込み拡散層
と前記一方の第2導電型の拡散層との間のビルトインポ
テンシャルの少なくとも2倍の電圧を前記配線層に印加
するように構成されている。
In one embodiment of the present invention, at the time of writing to the memory cell, the first conductive type semiconductor substrate or the first conductive type buried diffusion layer and the one second conductive type are provided for arbitrary write information. The voltage is at least twice as high as the built-in potential between the wiring layer and the wiring layer.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明を好ましい実施の形
態に従い説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described according to preferred embodiments.

【0016】図1に、本発明の第1の実施の形態による
DRAMメモリセルの構造を示す。
FIG. 1 shows a structure of a DRAM memory cell according to a first embodiment of the present invention.

【0017】図示の如く、NPN型バイポーラトランジ
スタのエミッタとして機能する濃度1×1017/cm3
程度のN型シリコン半導体基板1の素子分離酸化膜2に
より画定された素子形成領域に、PチャネルMOSFE
Tのアクセストランジスタのゲート電極となるN型多結
晶シリコンからなるワード線7がゲート酸化膜を介して
形成されており、このワード線7の両側のシリコン半導
体基板1の表面領域にソース/ドレインとなる濃度1×
1016/cm3 程度の一対のP型拡散層4、5が形成さ
れている。アクセストランジスタの一方のP型拡散層5
には、P型多結晶シリコンからなるメモリキャパシタの
下部電極(ストレージノード)6が接続して形成され、
その下部電極6の上にONO膜からなる容量絶縁膜9を
介してやはりP型多結晶シリコンからなるメモリキャパ
シタの上部電極(セルプレート)8が形成されている。
ビット線20は、濃度1×1018/cm3 程度のN型多
結晶シリコン層11とシリサイド層12とからなるN型
ポリサイド配線で構成され、そのN型多結晶シリコン層
11が、アクセストランジスタの他方のP型拡散層4内
に設けられたN型拡散層17にビットコンタクト内で直
接接続している。10は、ワード線7のサイドウォール
酸化膜である。
As shown in the figure, a concentration of 1 × 10 17 / cm 3 which functions as an emitter of an NPN type bipolar transistor.
A P-channel MOSFE is formed in an element formation region defined by the element isolation oxide film 2 of the N-type silicon semiconductor substrate 1.
A word line 7 made of N-type polycrystalline silicon serving as a gate electrode of a T access transistor is formed via a gate oxide film. Concentration 1 ×
A pair of P-type diffusion layers 4 and 5 of about 10 16 / cm 3 are formed. One P-type diffusion layer 5 of access transistor
Is formed by connecting a lower electrode (storage node) 6 of a memory capacitor made of P-type polycrystalline silicon.
An upper electrode (cell plate) 8 of a memory capacitor also made of P-type polycrystalline silicon is formed on the lower electrode 6 via a capacitance insulating film 9 made of an ONO film.
The bit line 20 is composed of an N-type polycide wiring composed of an N-type polycrystalline silicon layer 11 having a concentration of about 1 × 10 18 / cm 3 and a silicide layer 12, and the N-type polycrystalline silicon layer 11 is used for an access transistor. It is directly connected to an N-type diffusion layer 17 provided in the other P-type diffusion layer 4 within a bit contact. Reference numeral 10 denotes a sidewall oxide film of the word line 7.

【0018】次に、図2及び図3を参照して、この第1
の実施の形態によるDRAMメモリセルの書き込み動作
を説明する。なお、読み出し動作は、既述した従来のも
のと実質的に同じである。
Next, referring to FIG. 2 and FIG.
The write operation of the DRAM memory cell according to the embodiment will be described. Note that the read operation is substantially the same as the conventional one described above.

【0019】まず、等価回路図を示す図2において、基
板1、セルプレート8、プリチャージ状態のワード線7
及びビット線20の電位は、夫々、4.3V(=VCC
β、β=1.0)、3.3V(=VCC)、(3.3+
α′)V及び0V(=VSS)である。ここで、α′は、
アクセストランジスタでのしきい値電圧ドロップ分(V
th′)を相殺するためのものであり、昇圧回路により、
少なくともα′>Vth′となるように設定される。な
お、基板電位Vsub を3.3V→4.3Vと高くしたこ
とで、Vth′も、通常の場合(Vsub =3.3Vの場
合)より大きくなる。
First, in FIG. 2 showing an equivalent circuit diagram, a substrate 1, a cell plate 8, and a precharged word line 7 are shown.
And the potential of the bit line 20 is 4.3 V (= V CC +
β, β = 1.0), 3.3 V (= V CC ), (3.3+
α ′) V and 0 V (= V SS ). Where α ′ is
The threshold voltage drop (V
th ′) to cancel each other.
At least α ′> V th ′ is set. By increasing the substrate potential Vsub from 3.3 V to 4.3 V, Vth 'also becomes larger than in the normal case (when Vsub = 3.3 V).

【0020】図3に本実施の形態によるバイポーラトラ
ンジスタの特性を示すが、図2中、Vebがビット線20
からの書き込み情報に該当し、“1”書き込みの場合に
おいても、初期の(電荷蓄積状態にない)ストレージノ
ード電位は、N型シリコン基板1(VCC+2φbi=4.
3Vに固定)に対しビルトインポテンシャル分(φbi
約0.5V)下がった(VCC+φbi)にあるため、Veb
≒φbi(=約0.5V)となり、バイポーラトランジス
タがON状態となって、ビット線20からの書き込みが
可能となる。即ち、書き込みデータに依存することな
く、バイポーラトランジスタをスイッチとして使うこと
ができる。
[0020] shows the characteristics of the bipolar transistor of the present embodiment in FIG. 3, in FIG. 2, V eb bit line 20
, And even in the case of “1” writing, the initial (non-charge storage state) storage node potential is the N-type silicon substrate 1 (V CC + 2φ bi = 4.
Built-in potential (φ bi =
Because it is in about 0.5V) dropped (V CC + φ bi), V eb
≒ φ bi (= about 0.5 V), the bipolar transistor is turned on, and writing from the bit line 20 becomes possible. That is, a bipolar transistor can be used as a switch without depending on write data.

【0021】図4に、本発明の第2の実施の形態による
DRAMメモリセルの構造を示す。この第2の実施の形
態において、上述した第1の実施の形態と対応する部位
には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
FIG. 4 shows a structure of a DRAM memory cell according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, parts corresponding to those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

【0022】図4に示すように、この第2の実施の形態
では、素子分離構造をシールドプレート電極13による
フィールドシールド素子分離構造とした点と、アクセス
トランジスタのP型拡散層4、5の下にN型埋め込み拡
散層3を設けた点で、上述した第1の実施の形態と異な
っている。
As shown in FIG. 4, in the second embodiment, the element isolation structure is a field shield element isolation structure using a shield plate electrode 13 and the lower part of the P-type diffusion layers 4 and 5 of the access transistor. Is different from the above-described first embodiment in that an N-type buried diffusion layer 3 is provided.

【0023】図5に、図4のA−A線に沿った濃度プロ
ファイルを示すが、この第2の実施の形態では、NPN
型トランジスタのエミッタ拡散層としてレトログレード
型ウェル構造を採ることにより、ベース拡散層(P型拡
散層4)との濃度差を、上述した第1の実施の形態より
も大きくすることで、読み出し時のエミッタ注入効率を
上げ、増幅率を高める効果があること、更に、基板表面
濃度を、上述した第1の実施の形態に比べ相対的に下げ
られるので、アクセストランジスタ部での基板バイアス
効果を弱める働きを有し、ワードライン7の昇圧分(上
述したα′に相当)を小さく抑えることができるので、
読み出し時のプリチャージ時間を短くでき、結果とし
て、読み出し時間を更に短縮することができる。
FIG. 5 shows a density profile along the line AA in FIG. 4. In this second embodiment, the NPN
By adopting a retro-grade well structure as the emitter diffusion layer of the p-type transistor, the difference in concentration between the base diffusion layer (P-type diffusion layer 4) and the base diffusion layer is made larger than in the above-described first embodiment, so Has the effect of increasing the emitter injection efficiency and increasing the amplification factor, and further, since the substrate surface concentration can be relatively reduced as compared with the above-described first embodiment, the substrate bias effect in the access transistor portion is weakened. Since it has a function and the boosted voltage of the word line 7 (corresponding to α ′ described above) can be suppressed to a small value,
The precharge time at the time of reading can be reduced, and as a result, the reading time can be further reduced.

【0024】図6に、第1の実施の形態の場合(A)と
第2の実施の形態の場合(B)とのアクセストランジス
タのしきい値電圧Vthの基板バイアス電位Vbsに対する
依存性を示す。
FIG. 6 shows the dependence of the threshold voltage V th of the access transistor on the substrate bias potential V bs in the case of the first embodiment (A) and in the case of the second embodiment (B). Is shown.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、メモリセル自体に自己
増幅作用を有するDRAM等を比較的簡単な構造で実現
することができる。また、ビット線とアクセストランジ
スタとの接続に高抵抗層を用いないで済むので、特に、
書き込み時に書き込み時間を短縮することができる。
According to the present invention, a DRAM or the like having a self-amplifying function in a memory cell itself can be realized with a relatively simple structure. In addition, since it is not necessary to use a high-resistance layer for connecting the bit line and the access transistor, particularly,
At the time of writing, the writing time can be reduced.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態によるDRAMメモ
リセルの構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a DRAM memory cell according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態によるDRAMメモ
リセルの等価回路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the DRAM memory cell according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態によるDRAMメモ
リセルのバイポーラトランジスタの電流−電圧特性を示
すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing current-voltage characteristics of the bipolar transistor of the DRAM memory cell according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施の形態によるDRAMメモ
リセルの構造を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a structure of a DRAM memory cell according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態によるDRAMメモ
リセルの濃度プロファイルを示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a concentration profile of a DRAM memory cell according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の各実施の形態によるアクセストランジ
スタのしきい値電圧−基板バイアス電圧依存性を示すグ
ラフである。
FIG. 6 is a graph showing a threshold voltage-substrate bias voltage dependency of an access transistor according to each embodiment of the present invention.

【図7】従来のDRAMメモリセルの構造を示す断面図
である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional DRAM memory cell.

【図8】従来のDRAMメモリセルの読み出し動作及び
書き込み動作を説明するための等価回路図である。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram for explaining a read operation and a write operation of a conventional DRAM memory cell.

【図9】従来のDRAMメモリセルのバイポーラトラン
ジスタの電流−電圧特性を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing current-voltage characteristics of a bipolar transistor of a conventional DRAM memory cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 N型シリコン半導体基板 3 N型埋め込み拡散層 4、5 P型拡散層 6 容量下部電極(ストレージノード) 7 ワード線 8 容量上部電極(セルプレート) 9 容量絶縁膜 11 N型多結晶シリコン層 12 シリサイド層 17 N型拡散層 20 ビット線 REFERENCE SIGNS LIST 1 N-type silicon semiconductor substrate 3 N-type buried diffusion layer 4, 5 P-type diffusion layer 6 capacitance lower electrode (storage node) 7 word line 8 capacitance upper electrode (cell plate) 9 capacitance insulating film 11 N-type polycrystalline silicon layer 12 Silicide layer 17 N-type diffusion layer 20 Bit line

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 MOSFETとキャパシタとを備えたメ
モリセルを有する半導体記憶装置において、 前記MOSFETが、第1導電型の半導体基板上にゲー
ト絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート
電極の両側の前記半導体基板の表面領域に形成された一
対の第2導電型の拡散層とから構成され、 前記一対の第2導電型の拡散層のうちの一方の第2導電
型の拡散層に接続する配線層が、第2導電型の多結晶半
導体層を有し、 前記第1導電型の半導体基板をエミッタ、前記一方の第
2導電型の拡散層をベース及び前記第2導電型の多結晶
半導体層をコレクタとするバイポーラトランジスタを介
して、前記配線層が前記MOSFETに接続しているこ
とを特徴とする半導体記憶装置。
1. A semiconductor memory device having a memory cell including a MOSFET and a capacitor, wherein the MOSFET is formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type via a gate insulating film, and the gate electrode And a pair of second conductive type diffusion layers formed in the surface region of the semiconductor substrate on both sides of the pair of second conductive type diffusion layers. A wiring layer to be connected has a second conductivity type polycrystalline semiconductor layer, wherein the first conductivity type semiconductor substrate is an emitter, the one second conductivity type diffusion layer is a base, and the second conductivity type polycrystalline semiconductor layer is a second conductivity type diffusion layer. A semiconductor memory device, wherein the wiring layer is connected to the MOSFET via a bipolar transistor having a crystalline semiconductor layer as a collector.
【請求項2】 MOSFETとキャパシタとを備えたメ
モリセルを有する半導体記憶装置において、 前記MOSFETが、第1導電型の半導体基板上にゲー
ト絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート
電極の両側の前記半導体基板の表面領域に形成された一
対の第2導電型の拡散層とから構成され、 前記一対の第2導電型の拡散層の下の前記半導体基板内
に前記一対の第2導電型の拡散層に接して第1導電型の
埋め込み拡散層が形成され、 前記一対の第2導電型の拡散層のうちの一方の第2導電
型の拡散層に接続する配線層が、第2導電型の多結晶半
導体層を有し、 前記第1導電型の埋め込み拡散層をエミッタ、前記一方
の第2導電型の拡散層をベース及び前記第2導電型の多
結晶半導体層をコレクタとするバイポーラトランジスタ
を介して、前記配線層が前記MOSFETに接続してい
ることを特徴とする半導体記憶装置。
2. A semiconductor memory device having a memory cell including a MOSFET and a capacitor, wherein the MOSFET is formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type via a gate insulating film, and the gate electrode And a pair of second conductive type diffusion layers formed in the surface region of the semiconductor substrate on both sides of the semiconductor substrate. The pair of second conductive type diffusion layers are formed in the semiconductor substrate below the pair of second conductive type diffusion layers. A first conductivity type buried diffusion layer is formed in contact with the conductivity type diffusion layer, and a wiring layer connected to one of the pair of second conductivity type diffusion layers is a second conductivity type diffusion layer. A first conductivity type buried diffusion layer as an emitter, the one second conductivity type diffusion layer as a base, and the second conductivity type polycrystalline semiconductor layer as a collector; Bipolar Transient Through the data, the semiconductor memory device, wherein the wiring layer is connected to the MOSFET.
【請求項3】 前記メモリセルへの書き込み時に、任意
の書き込み情報に対し、前記第1導電型の半導体基板又
は前記第1導電型の埋め込み拡散層と前記一方の第2導
電型の拡散層との間のビルトインポテンシャルの少なく
とも2倍の電圧を前記配線層に印加するように構成され
ていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体
記憶装置。
3. A method according to claim 1, wherein at the time of writing to said memory cell, for any write information, said first conductivity type semiconductor substrate or said first conductivity type buried diffusion layer and said one second conductivity type diffusion layer 3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a voltage at least twice the built-in potential is applied to said wiring layer.
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