JP2692439B2 - Integrated circuit binary memory cell - Google Patents

Integrated circuit binary memory cell

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JP2692439B2
JP2692439B2 JP3200925A JP20092591A JP2692439B2 JP 2692439 B2 JP2692439 B2 JP 2692439B2 JP 3200925 A JP3200925 A JP 3200925A JP 20092591 A JP20092591 A JP 20092591A JP 2692439 B2 JP2692439 B2 JP 2692439B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は絶縁ゲート半導体電界効
果トランジスタ技術を利用してモノリシック半導体チッ
プ上に製造される種類のランダムアクセスメモリ(RA
M)に関し、特に、ドレイン電源ノードからメモリセル
内の絶縁ゲート電界効果トランジスタ(IGFET)の
チャンネルへ流れる極低電流を導通させるためのインピ
ーダンス装置を有する集積回路2進メモリセルに関す
る。 【0002】 【従来の技術】ディジタルメモリは、記憶すべきコンピ
ュータ語の夫々のビットに対して外部信号により2つの
相異なる状態の一方にセットできる個別の物理的メモリ
セルをそなえなければならない。そのセルはセットされ
た状態に無期限に保持されるか、または他の外部信号に
よって他の状態に変えられるまでそのセット状態を持続
する必要がある。メモリセルの2つの相異なる状態はそ
の状態に保持されるのに外部エネルギ源を要しない自然
発生的状態であることが可能である。また、記憶状態を
保持するために外部付勢を必要とする揮発性メモリ素子
を使用することも可能である。そのようなメモリ素子の
周知例は半導体装置を用いた双安定回路である。これら
の装置では、記憶された情報の劣化または完全消失が起
らないようにするために、連続的な電力供給すなわち持
続的な電力供給が必要である。 【0003】大規模集積回路(LSI)技術により、シ
リコンの単一チップにそのようなメモリ素子の大規模な
配列が構成されるようになった。代表的にはMOS技術
を用いたこれらのメモリセルは通常の双安定構造を有す
る多部品回路から成る。半導体双安定素子は記憶情報の
保持のため一定の電源を必要とするので、この種のメモ
リは本来揮発性メモリである。ある応用においては、電
力の中断によってデータが回復不能なように失われない
ことが本質的に重要である。それらの場合には、電池に
よる予備電力を用い、本質的に直流の電力が不意に中断
した場合にその電池がメモリ装置の電源ノードに電力を
供給するように接続され、予備モードでメモリが動作し
ている間電力を供給するようにすればよい。 【0004】半導体記憶装置の直接的な利点は、実装密
度が高いこと、必要電力が少ないことである。この応用
分野においては、絶縁ゲートMOSトランジスタが特に
利用されてきたがそのわけは、それが要する基板面積が
小さく、従って実装密度が増大し、さらに、極低電力レ
ベルで動作ができるからである。IGFETを利用した
公知のメモリセル回路には、米国特許第3,967,2
52号に開示されている交差結合インバータ段がある。
その回路においては、1対のMOSFETの両ゲートが
真データノードと補数データノードと交差結合されてい
る。セルに記憶された情報はインピーダンス装置によっ
て保持されるようになっている。すなわち、インピーダ
ンス装置はデータノードに接続されてトランジスタのゲ
ート電圧をセルの論理内容に対応する所定レベルに保持
する。セルの各インバータは駆動トランジスタと負荷イ
ンピーダンス装置とから構成されている。上記参照特許
に示されている回路においては、負荷インピーダンス装
置はMOSFETを含んでいる。それ以前の回路では、
代表的には、10〜20Ω/□の拡散抵抗を有するイン
ピーダンス装置が利用されていた。しかし、MOSFE
Tは20,000Ω/□を与えることができ、100,
000ないし200,000Ω程度の実用的抵抗値を与
えることができるのでMOSFETの方が利用されるよ
うになってきた。 【0005】従来の拡散抵抗より小さい表面積を用いて
もMOS技術によれば単一モノリシックチップに他の方
法によるよりも複雑な回路を実現することができる。低
電流負荷装置への応用においては、デプレションMOS
FETのゲートをソースに接続すると占有基板面積が小
さくなる。しかし、極低電流負荷への応用においては、
ゲートをソースに接続したデプレション・トランジスタ
はマイクロアンペア台の負荷範囲において、6.45×
10-4mm2 (1平方ミル)の数倍の面積を占有する。 【0006】米国特許第3,967,252号に示され
ているスタティックランダムアクセスメモリ・セルに
は、2個の交差結合インバータと2個のトランスファ抵
抗、すなわち2個の負荷装置と4個のトランジスタが存
在する。1KのスタティックRAMにおいては、102
4個のメモリセルが全チップ面積の約40%を占有する
が、4KのスタティックRAMにおいては、4096個
のセルはチップの僅かに多い百分率を占めるに過ぎな
い。チップ面積をできるだけ小さく、また消費電力をで
きるだけ小さくするためには、各インバータのスタティ
ックセル内の2個の負荷装置が比較的小面積で、かつ極
低電流を用いるものでなければならない。負荷装置とし
てデプレション・トランジスタを用いることの1つの欠
点は、活性領域の物理的大きさが減少するのに伴って逆
ゲートバイアスによる基板効果が一般に増大することで
ある。負荷抵抗としてMOS装置を用いることのもう1
つの欠点はソースから基板への逆バイアス電圧に関連し
た基板効果によりMOS装置の示す抵抗が基本的に制限
されることである。この装置は100KΩないし200
KΩ程度の実用的抵抗値を与えるが極低電力消費のある
種の応用においては、1MΩないし100MΩの範囲の
抵抗を示す負荷装置を用いることが望ましい。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のMO
S負荷装置によって与えられる抵抗よりもはるかに大き
い抵抗を示す極低電流負荷装置であって、基板の比較的
小さい表面積を占有し逆バイアス状態によって悪影響を
受けないような極低電流負荷装置を具備した集積回路2
進メモリセルを提供することを目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、ドレイ
ン電源ノードと、ソース電源ノードと、互いに相補的な
第1及び第2データ入出力ノードと、絶縁ゲート電界効
果型の第1及び第2トランジスタとが設けられており、
前記第1及び第2トランジスタの夫々のチャンネルは夫
々の対応する前記第1及び第2データ入出力ノードを前
記ソース電源ノードに電気的に接続させることが可能で
あり、前記第1トランジスタのゲートは前記第2データ
入出力ノードへ電気的に接続されると共に前記第2トラ
ンジスタのゲートは前記第1データ入出力ノードへ電気
的に接続されている集積回路2進メモリセルにおいて、
前記第1及び第2データ入出力ノードを夫々前記ドレイ
ン電源ノードへ電気的に接続する第1及び第2インピー
ダンス装置が設けられており、前記各インピーダンス装
置は導電路を画定する半導体材料の基体を有しており、
前記基体が実質的に真性な領域と外因性不純物をドープ
したドープ領域とを有しており、前記実質的に真性な領
域とドープ領域との境界によって真性−外因性接合が画
定されており、前記各インピーダンス装置が前記ドレイ
ン電源ノードと対応するデータ入出力ノードとの間に直
列電気通路を形成しており且つ前記メモリセルの電力消
費の許容最大値に基づいて決定される最小の抵抗値と前
記メモリセルの漏洩電流の予測最大値に基づいて決定さ
れる最大の抵抗値との間の範囲の抵抗値に設定されてい
ることを特徴とする集積回路2進メモリセルが提供され
る。本発明の1態様によれば、本発明は各2進論理状態
に対応する直流インピーダンス路を与える真データと補
数データの入出力ノードを有する2進メモリセルとの関
連において実施される。このメモリセルはさらにデータ
ノードをソース電源ノードに電気的に接続するチャンネ
ルを有する第1及び第2の絶縁ゲート電界効果トランジ
スタ(IGFET)を有する。それらのトランジスタの
ゲートはデータノードに電気的に交差結合されている。
これらのデータノードはドレイン電源ノードを第1及び
第2のデータノードに夫々電気的に接続する第1及び第
2のインピーダンス装置によって、夫々の2進論理状態
に対応する基準電圧まで充電される。各インピーダンス
装置は実質的に純粋な真性半導体材料とその真性半導体
材料の領域内に配置された外因性不純物拡散領域との境
界によりつくられる真性−外因性接合を有する半導体構
造である。真性半導体材料は基板と同じ単体半導体形の
ものであるが、その導電度の大きさは外因性半導体材料
より実質的に小さい。外因性半導体材料はN形でもP形
でもよい。 【0009】代表的なドレイン電源電圧VDDの値(例え
ば、直流5V)に対し、各交差結合トランジスタの全漏
洩電流はピコアンペアの範囲にあるが、真性−外因性接
合インピーダンス装置によって導かれる電流はナノアン
ペアの範囲にある。従って、この低電流負荷インピーダ
ンス装置はメモリセル内のP−N接合における漏洩に十
分打ち勝つ電流を供給でき、それによってゲートバイア
スを保持しセルの論理内容を保持することができる。こ
のインピーダンス装置の温度係数はメモリセル接合の温
度係数と同じ極性をもつことを特徴とするので、低電流
負荷装置はメモリセル・トランジスタの漏洩電流の温度
変化を「追跡」することになる。そのため、メモリセル
によって消費される電力は一定の動作温度範囲内におい
て最小値になるように設計することができる。従来の高
抵抗拡散抵抗によっては同じ温度範囲内における最小電
流の設計ができないことに注意すべきである。その理由
はメモリセル・トランジスタのドレインにおける漏洩電
流が温度と共に増大するのに反して従来の拡散抵抗を流
れる電流は減少するからである。 【0010】本発明によれば、絶縁層の表面上に実質的
に真性な半導体材料の層を被着することにより極低電流
負荷装置が構成され、それによりIGFETのドレイン
拡散ノードとドレイン電源ノードとの間に導電性相互接
続ができる。真性相互接続層の選択された表面領域に形
成されたマスクを通して、そのマスクによって露出され
ている区域の下の真性半導体材料が外因性導電形に変換
されるまで不純物を拡散させることによってドレイン拡
散ノードとドレイン電源ノードとの中間の選択位置に真
性−外因性接合が形成される。 【0011】好適な実施例においては、各インピーダン
ス装置はアイソプレーナシリコンゲートプロセスにおい
てドレイン電源ノードを選択されたデータノードの1つ
に相互接続する多結晶シリコンストリップの一体化部分
として形成される。多結晶シリコンストリップの部分は
選択されたデータノードから延長してそのデータノード
が交差結合するゲートを形成する。 【0012】シリコンの真性−外因性接合による直流イ
ンピーダンスは逆バイアス時1,000MΩに近づく。
このインピーダンスは比較的少量の不純物を真性半導体
領域を通して、その領域が軽度にドープされた外因性領
域に変換されるまで拡散することによって減らすことが
できる。この方法によれば、真性−外因性接合は高濃度
の不純物領域が比較的低濃度の不純物領域と接合を形成
する関係に配置されていることを特徴とする外因性−外
因性接合に変換される。その場合、両不純物濃度は同じ
導電形のものでも逆導電形のものでもよい。 【0013】 【実施例】以下、本発明を絶縁ゲート電界効果トランジ
スタ技術を用いて単一モノリシック・チップ上に製作さ
れる種類のRAMと組み合わせて説明する。ここに開示
する構造は単一半導体チップ上に製作できるものであ
り、主としてそのような製作のために意図されている。 【0014】図1および図2には、本発明に従って構成
された回路を用いたRAMの一部が示されている。 【0015】図1のRAMの一部は複数のスタティック
メモリセル10を有しているが、これらは従来方法で行
列をなして配列された多数のそのようなセルのアレイの
一部である。メモリセル10は同列に配置され、相補デ
ータバスD,D に接合されている。(尚、英文字の後
のアンダーラインはその補数を表わし、オーバーライン
と同じ意味である。)メモリセル10は相異なる行に配
置されているので、これらのセルは相異なる行線RA1
およびRA2 によって夫々アドレス指定すなわち動作可
能にされる。行アドレス線RA1 は第1行の全てのメモ
リセルを動作可能にし、行アドレス線RA2 は第2行の
全てのメモリセルを動作可能にする。検出増幅器兼レベ
ルシフタが全体として参照番号12によって示されてお
り、列バスDおよびD に接続されている。検出増幅器
12は任意の従来形のもの、例えば米国特許第3,96
7,252号に開示されているものでよい。書込制御回
路14および16は書込サイクル中通常の方法により夫
々列バスDおよびD を駆動するように接続されている。
列動作可能化装置(図示せず)を設けて相異なる列バス
の対を単一の検出増幅器に接続するようにしてもよく、
また夫々の列バス対に対して別個の検出増幅器を設けて
もよい。 【0016】図2はメモリセル10の電気的模式図を示
す。2進メモリセル10は第1、第2の相補データの入
出力ノード1および2を有し、これらのノードは2進論
理状態の夫々に対応する直流インピーダンス路および比
較的高インピーダンスの直流インピーダンス路をつくっ
ている。第1、第2のインピーダンス装置R1 およびR
2 はドレイン電源ノードVDDを第1、第2のデータノー
ド1,2に夫々接続する。インピーダンス装置R1 およ
びR2 の構造については詳細に後述する。メモリセル1
0はさらに1対の交差結合した絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタQ1 およびQ2 を有している。データノード
1,2はトランジスタQ1 およびQ2 のゲートによって
夫々交差結合され、また動作可能化トランジスタQ3
よびQ4 によって夫々列バスDおよびD に接続されて
いる。動作可能化トランジスタQ3及びQ4 のゲートは
対応する行アドレス線RA1 に接続されている。トラン
ジスタQ1 及びQ2 およびQ2 のドレインソース端子間
のチャネルは導通状態にある時は夫々のデータノード
1,2をソース電源ノードVssに電気的に接続する。 【0017】図2の回路の動作を理解するために、行ア
ドレス線RA1 が低レベル(論理的「0」にあり、その
ため行アドレス線RA1 に接続されているメモリセル1
0の動作可能化トランジスタQ3 およびQ4 がオフ状態
にあるものと仮定する。その結果、この装置においては
列バスDおよびD は1つの閾値より小さく電圧レベル
DDをとりうることになる。その理由はソース電圧Vss
への電流路が存在しないからである。代表的な回路にお
いては、VDDは5V、閾値は約2.5Vであればよく、
その場合列バスD及びD は約2.5Vになる。他の装
置においては、DおよびD はVDDと同じ高さの電圧レ
ベルをとるか、またはVssと同程度かまたはVss以上の
1つの閾値より僅かに高い電圧レベルをとる。この状態
では、列バスDおよびD を電流は流れない。その理由
は、動作可能化されたセルによる電流路がないため各列
バスが開回路となるからである。その結果、データ出力
ノード1,2は夫々ノード1,2からVssに至るまで、
夫々実質的にVDDまたはVssに等しい電圧を有すること
になる。 【0018】論理的「0」がメモリセル10に記憶され
ていて、トランジスタQ1 がオン状態になっているため
データノード1が実質的にVssにあり、トランジスタQ
2 がオフ状態にあるためデータノード2が実質的にVDD
にあるものと仮定する。この場合、行アドレス線RA1
が高レベルになると、すなわち論理的「1」に対応する
電圧まで充電されると、トランジスタQ3 ,Q4 がオン
状態になるのに伴ってメモリセル10は動作可能にされ
る。これによって、トランジスタQ1 およびQ3 、およ
び列バスDを経てVssに至る電流路が形成される。トラ
ンジスタQ2 はオフ状態にあるので、列バスD から接
地に至る電流路は形成されていない。その結果、データ
ノード2は実質的にVDD、すなわち5Vに保持されたま
まである。もし、一方論理的「1」がアドレス・メモリ
セル10に記憶されていれば、トランジスタQ1 はオフ
状態にあり、トランジスタQ2 はオン状態にある。その
場合は、Q2 およびQ4 を経由する電流がバスD を約
5Vから低レベルまで低下させ、列バスDおよびデータ
ノード1は5Vのプリチャージレベルに保持される。 【0019】データ出力ノード1,2はセルの論理的内
容に従ってVDDとVssとのいずれかの値をとる。これら
の電圧レベルはセル10の論理的内容を維持するために
保持されねばならない。メモリセル10内においてこれ
らの基準電圧はデータノード1,2をドレイン電源ノー
ドVDDに接続する負荷インピーダンス装置R1 およびR
2 によってデータノード1,2に保持される。 【0020】次に図3と図4はメモリセル10の基板上
における配置を示す。本発明によれば、負荷インピーダ
ンス装置R1 およびR2 は各々が第1の導電路22を画
定する実質的に純粋な真性半導体材料の基体20と第2
の導電路24を画定する真性半導体材料基体20の領域
内に配置された外因性導電性不純物の拡散域とを含む。
外因性導電路24とドープされていない真性導電路(真
性半導体領域)22との境界面によって真性−外因性接
合28が形成される。真性導電路22と外因性導電路2
4とはドレイン電源ノードVDDから対応するデータノー
ド1,2までの直列電流路を形成している。ここで用い
る「真性半導体材料」という用語は、ドープされていな
い単体半導体材料であって、不純物の拡散または打込み
を受けたことがない単体半導体材料を意味するものとす
る。 【0021】メモリセル10は第1導電形の外因性半導
体材料、例えばP形の単結晶シリコンの基板30上に配
置される。各電界効果トランジスタQ1 〜Q4 は反対の
導電形、例えばN形の材料からなるソース領域(図示せ
ず)およびドレイン領域(図示せず)を有しており、そ
れらの領域は通常の方法により基板30の活性領域36
に相互に実質的に平行に延長している。絶縁層38は基
板30の表面上に配置されており、活性領域36の直上
にゲート領域40では比較的薄く形成されている。外因
性導電路24は活性領域上に形成されたトランジスタの
ゲート相互接続部をなす。 【0022】導電層20を形成する半導体材料は基板3
0と同じ単体半導体形のものであって、多結晶シリコン
の連続層として構成されることが好ましい。導電層20
内に拡散される外因性不純物はN形でもP形でもよい。
好適実施例では、導電層20に拡散される外因性不純物
は基板30の導電形と反対の導電形のものが用いられ
る。例えば、P形基板30に対しては導電層20に拡散
される不純物はN形であるため外因性導電路24を形成
するゲートストリップ(ゲートストリップ24と略
称)、ソースおよびドレインの各領域およびインピーダ
ンス装置R1 ,R2 は全てアイソプレーナシリコンゲー
トプロセスの1回の拡散段階において形成できる。 【0023】次に図5と図6において、ドレイン電源ノ
ードVDDは図5に示されているように拡散ゲート相互接
続部43に直接接着された金属被着物42を有するもの
であってもよい。またはある場合には図6に示されてい
るように、金属被着物42が第1導電路を画定する実質
的に純粋な真性半導体領域22に直接に接着されていて
もよい。 【0024】図5と図6に示されているどちらの構造の
場合においてもインピーダンス負荷装置R2 のために用
いられる基板の表面積は極めて小さく、外因性導電路2
4のゲート相互接続部を代表的な幅は5μであり、ドー
プされていない真性導電路22の代表的な長さは8μで
ある。これらの寸法で形成された真性−外因性接合装置
は直流に対して1,000MΩという大きいインピーダ
ンスを示す。比較的少量の不純物47を真性導電路22
にその領域が極めて軽度にドープされた外因性導電形領
域に変換されるまで拡散させることによって上記インピ
ーダンスを減らすことができる。高濃度の不純物領域と
比較的低濃度の不純物領域とが接合を形成する関係に配
置されていることを特徴とする混合形の外因性−外因性
接合装置においては、両者の不純物濃度は同じ導電形の
ものかまたは、逆導電形のものであるが、それらの例が
図7(A),(B)、図8(A),(B)、図9
(A),(B)、図10(A),(B)に示されてい
る。 【0025】再び図3および図4において、基板30は
本発明を実施するための工程の出発材料をなす。半導体
基板30の代表的なものはシリコンであり、導電形はN
形でもP形でもよい。しかし、半導体基板30は絶縁ゲ
ート半導体電界効果トランジスタ装置の製作に用いられ
る任意の通常の種類のものであればよく、その結晶の配
向およびドーピングレベルはよく知られた通常のもので
ある。 【0026】以下の議論では、P形不純物がドープされ
ている単結晶シリコンの基板チップであって、さらにア
イソプレーナシリコンゲートプロセスによってNチャン
ネル絶縁ゲート・トランジスタを構成するためにその内
部に逆導電形の不純物を拡散させた基板チップを用いる
方法を説明する。半導体基板30は通常の酸化炉内に置
かれ、基板30の表面上には代表的な厚さが600Åの
酸化物層38が熱的に成長される。その後、その酸化物
層上に約600Åの厚さの窒化物層が被着される。次
に、結合した窒化物および酸化物両層上にフォトレジス
ト・マスクが形成された後、通常の写真平板技術によっ
てそのマスクはパターン化され、それによって活性領域
36および周囲のフィールド領域を画定するマスクがで
きる。フイールド領域からは窒化物層が除去され、そこ
へ基板のドーピングと同じ導電形のイオン不純物が打込
まれる。このイオンはP形基板用としてはBF3 などの
ホウ素化合物から取り出すことができ、またN形基板を
作るためにはPH4 などのリン化合物から取り出すこと
ができる。その場合のイオン打込み用の装置は市販され
ており、打込みを行なう場合のその使用法は工業上よく
知られている。このイオン打込み工程段階は活性領域3
6の周囲のフイールド領域に対して行なわれ、それによ
って同じ基板内の隣接トランジスタ間のクロストークが
減少される。 【0027】フォトレジスト・マスクが活性領域から除
去されると、次にフイールド領域上に熱酸化物層が約8
000Åの厚さに成長される。その後、窒化物および酸
化物両層が活性領域から除去され、ゲート酸化物層40
が活性領域36上に約900Åの厚さに成長される。 【0028】次にドープされていない多結晶シリコンの
真性半導体材料の層20(以下多結晶シリコン層と略
称)がゲート酸化物上に被着される。多結晶シリコン層
20は適当な通常の方法、例えば冷壁エピタキシャル反
応器内または熱壁炉内におけるSiH4 (シラン)の分
解によるなどして形成することができる。多結晶シリコ
ン層20の代表的な厚さは3,000Åないし6,00
0Åである。 【0029】ドープされていない多結晶シリコン層20
はマスクされフォトレジスト処理されてゲートストリッ
プ24が画定される。ドープされていないゲート相互接
続部上に窒化物または酸化物の拡散防止層が被着され、
それがマスクされフォトレジスト処理されることによっ
て低電流負荷インピーダンス、例えばR1 またはR2
ための真性導電路22の位置上にマスク44が画定され
る。 【0030】次に、ドープされていない多結晶シリコン
層20と活性領域36との層はその領域36と反対の導
電形の不純物拡散を受け、それによって不純物がゲート
ストリップ24およびそのゲートストリップの両側の活
性領域36に拡散することにより拡散ゲートと拡散ソー
スおよび拡散ドレインの両領域(図示せず)が形成され
る。非拡散チャンネル領域は不純物拡散を受ける際のゲ
ートストリップ24のマスク作用によりゲートストリッ
プ下の活性領域内に形成される。真性−外因性接合28
は多結晶シリコン層20のマスク44の下部の非ドープ
半導体材料の領域22とそれに隣接する不純物拡散領域
との境界に形成される。 【0031】次に、チップ面積上に約10,000Åの
厚さの絶縁酸化層が形成され、マスクされフォトレジス
ト処理されることによって導電性相互接続個所が形成さ
れる。適当な導電性相互接続個所には金属被着物が形成
される。 【0032】負荷インピーダンス装置の真性−外因性接
合の非ドープ真性半導体領域22を電源ノード42に直
接電気的に接続することにより、ゲート相互接続部をな
す多結晶シリコン層20は共通電源ノードに電気的に接
続される。インピーダンス装置R1 ,R2 の代替実施例
では第1および第2の拡散外因性領域でなるゲート相互
接続部24,43は中間の非ドープ真性半導体領域22
の両側の相互接続部に拡散を行なうことによって形成さ
れている。その実施例においては、ゲート接続部(すな
わち多結晶シリコン層20)と共通電源ノード(すなわ
ち金属被着物42)との電気的結合は第2の拡散外因性
領域43を共通電源ノードに直接電気的に接続し、第1
の拡散外因性領域24をトランジスタのドレインノード
に電気的に接続することによって行なわれる。 【0033】不純物拡散の工程段階は通常の技術によ
り、例えば、基板の表面を1,100℃付近の温度にお
いて必要な不純物、例えばPチャンネル装置の場合はホ
ウ素、Nチャンネル装置の場合はリンを含むガスにさら
すことによって行なわれる。 【0034】マスク44はホウ素およびリンなどの不純
物の拡散に対して有効なマスクとなる窒化シリコンによ
って形成される。窒化シリコンはシランおよびアンモニ
アを過剰な水素とともに、400℃ないし1,100℃
の温度範囲において熱分解反応させることにより、相互
接続部領域20上に被着される。この拡散段階の後、チ
ップ面積上に1,000Åの酸化物層が被着され、この
酸化物層はさらに図5および図6に示されているVDD
ードの金属被着物42を形成するために付与されるフォ
トレジストによってマスクされる。 【0035】夫々のトランジスタQ1 およびQ2 のゲー
ト相互接続部24,43はドレイン電源ノードに接着さ
れ、データノード1はQ1 のドレイン領域に導電性相互
接続材(図示せず)によって接続されて集積回路が形成
される。Q1 のドレイン領域とQ2 のゲート相互接続部
24との間に導電性相互接続を形成することによってデ
ータノード1が構成される。同様にして、Q2 のドレイ
ン領域とQ1 の対応するゲート相互接続部との間に導電
性相互接続を形成することによってデータノード2が構
成される。 【0036】極低電流負荷装置R1 ,R2 の直流インピ
ーダンスは、比較的少量の外因性不純物をこれらの装置
の非ドープ真性半導体領域22を通してその領域の材料
が軽度にドープされた外因性領域に変換されるまで拡散
することによっていくらか減らすことができる。このと
き真性−外因性接合28は外因性−外因性接合48に変
換されるが、後者は高濃度の不純物領域と比較的低濃度
の不純物領域とが接合形成関係に配置されていることを
特徴とする。その場合、両不純物濃度は同じ導電形のも
のでも逆導電形のものでもよい。しかし、極高直流イン
ピーダンスを実現するためには、それらの不純物濃度レ
ベルが実質的に相互に差を有することが本質的に重要で
ある。 【0037】ここに述べたイオン打込み段階は通常のイ
オン打込み技術例えば、米国特許第3,898,105
号に開示されている技術によって遂行される。 【0038】論理的「1」または論理的「0」のいずれ
かに対応するデータノード1および2における5Vおよ
び2.5Vの動作範囲内において予備モードでの40m
Wの設計負荷度を考慮に入れると、4Kビット(409
6ビット)のメモリでは各ビットがメモリセルの電力消
費の許容最大値として0.01mWの電力を消費する。
5Vではインピーダンス負荷装置R1,R2によって1負
荷装置あたり2μA以下の電流が供給されなくてはなら
ない。従って低負荷装置R1およびR2のインピーダンス
範囲の下限、即ち最小の抵抗値として2.5MΩという
値がでる。トランジスタQ1およびQ2の予想される最大
漏洩に対応するインピーダンス範囲の上限、即ち最大の
抵抗値は2.5Vを10nA(Q1およびQ2に対し予想
される最大漏洩電流)で割ることによって250MΩと
なることがわかる。非ドープ多結晶シリコン領域22の
純度および多結晶シリコン層20のN型外因性ドーピン
グを注意深く制御することにより、一定の温度範囲内に
おいて消費電流量が最小となるメモリセルを実現するた
め、R1およびR2の抵抗値を、最大許容電力値および上
昇した動作温度における最大予想漏洩電流値の条件から
1とR2の抵抗値を2.5ないし250MΩの範囲で制
御することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate semiconductor
Monolithic semiconductor chips using transistor technology
Random access memory (RA)
M), in particular, from the drain power supply node to the memory cell
Of insulated gate field effect transistor (IGFET)
Impedance for conducting extremely low current flowing to the channel
An integrated circuit binary memory cell having a dance device
You. [0002] 2. Description of the Related Art Digital memory is a computer to be stored.
Two external signals for each bit of
Separate physical memory that can be set to one of two different states
You must have a cell. The cell is set
Left indefinitely, or to other external signals
Therefore, the set state is maintained until it can be changed to another state
There is a need to. Two different states of a memory cell are
Nature that does not require an external energy source to be maintained in its natural state
It can be a developmental state. In addition,
Volatile memory device requiring external bias to hold
It is also possible to use Of such memory devices
A well-known example is a bistable circuit using a semiconductor device. these
This device causes the stored information to deteriorate or be completely lost.
Continuous power supply, i.e.
Continuous power supply is required. [0003] Large-scale integrated circuit (LSI) technology has
Large scale of such memory elements on a single chip of Recon
Arrays are now configured. Typically MOS technology
These memory cells have a normal bistable structure
Consisting of multi-component circuits. Semiconductor bistable elements
This type of note requires a constant power supply for holding
Li is essentially a volatile memory. In some applications,
Data is not irretrievably lost due to power interruption
That is essentially important. In those cases, the battery
DC power is cut off unexpectedly
The battery supplies power to the power node of the memory device.
Memory to operate in standby mode
Power may be supplied during the operation. The direct advantage of semiconductor memory devices is that
High power and low power requirements. This application
In the field, insulated gate MOS transistors are particularly
It has been used because it requires the board area
Small, thus increasing packing density and, in addition, extremely low power consumption
This is because you can work with the bell. Utilizing IGFET
Known memory cell circuits include U.S. Pat. No. 3,967,2.
There is a cross-coupled inverter stage disclosed in No. 52.
In that circuit, both gates of a pair of MOSFETs are
Cross-coupled with true and complement data nodes
You. The information stored in the cell is
Is held. I.e. impeder
The sensing device is connected to the data node to
Keeps the gate voltage at a predetermined level corresponding to the logic content of the cell
I do. Each inverter in the cell has a driving transistor and a load
And an impedance device. Patents referenced above
In the circuit shown in
The device includes a MOSFET. In earlier circuits,
Typically, an ins having a diffusion resistance of 10 to 20 Ω / □
A pedestal device was used. But MOSFE
T can give 20,000 Ω / □, 100,
Give a practical resistance value of about 000 to 200,000Ω
MOSFET can be used because it can be obtained
I'm getting up. Using a smaller surface area than conventional diffusion resistance
Also according to MOS technology on a single monolithic chip the other
A more complicated circuit can be realized than by the method. Low
In applications to current load devices, depletion MOS
When the gate of the FET is connected to the source, the occupied substrate area is small.
It will be cheap. However, in the application to extremely low current load,
Depletion transistor with gate connected to source
Is 6.45 × in the load range of microamperes
10-FourmmTwo It occupies several times the area of (1 square mil). As shown in US Pat. No. 3,967,252.
Static random access memory cells
Has two cross-coupled inverters and two transfer resistors.
Resistance, that is, two load devices and four transistors
Exist. In a 1K static RAM, 102
Four memory cells occupy about 40% of total chip area
However, in a 4K static RAM, 4096
Cells account for only a small percentage of the chip
No. Minimize chip area and power consumption
In order to reduce the size of the inverter as much as possible,
The two loading devices in the Koussel have a relatively small area and
It must use low current. As a load device
Lack of depletion transistors
The dots are reversed as the physical size of the active area decreases.
Substrate effects due to gate bias generally increase
is there. Another one of using MOS device as load resistance
Two drawbacks are related to the reverse bias voltage from the source to the substrate.
Due to the substrate effect, the resistance of the MOS device is basically limited.
Is to be done. This device is 100KΩ to 200
Gives a practical resistance value of about KΩ, but has extremely low power consumption
In some applications, in the range of 1 MΩ to 100 MΩ
It is desirable to use a load device that exhibits resistance. [0007] SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a conventional MO.
Much larger than the resistance provided by the S load
An extremely low current load device that exhibits high resistance
Occupies a small surface area and is adversely affected by reverse bias conditions
Integrated circuit 2 with extremely low current load device
It is intended to provide a base memory cell. [0008] According to the present invention, a dray
Source power supply node and source power supply node
First and second data input / output nodes and insulated gate field effect
Fruit-shaped first and second transistors are provided,
Each channel of the first and second transistors is a husband
The corresponding first and second data input / output nodes
It can be electrically connected to the source power node.
And the gate of the first transistor is the second data
The second transistor is electrically connected to the input / output node.
The gate of the transistor is electrically connected to the first data input / output node.
In integrated circuit binary memory cells connected in series,
The first and second data input / output nodes are connected to the drain, respectively.
First and second impedances electrically connected to the power supply node
A dance device is installed and each impedance device
The device has a substrate of semiconductor material defining a conductive path,
The substrate is doped with extrinsic impurities with a substantially intrinsic region.
And a doped region that is
The intrinsic-extrinsic junction is defined by the boundary between the region and the doped region.
And each impedance device is
Direct connection between the power supply node and the corresponding data input / output node.
Forming a column electrical path and powering the memory cell
Minimum resistance value and previous determined based on the maximum allowable cost
Note: Determined based on the maximum predicted leakage current of the memory cell.
Is set to a resistance value in the range between the maximum resistance value
An integrated circuit binary memory cell is provided
You. According to one aspect of the present invention, the present invention provides each binary logic state.
And the true data that gives the DC impedance path corresponding to
Relationship with a binary memory cell having an input / output node for numerical data
It is carried out in the ream. This memory cell has more data
Channel that electrically connects the node to the source power node
First and second insulated gate field effect transistors having
It has a star (IGFET). Of those transistors
The gate is electrically cross-coupled to the data node.
These data nodes have first and second drain power supply nodes.
A first and a first electrically connected respectively to a second data node
Two impedance devices for each binary logic state
Is charged to the reference voltage corresponding to. Each impedance
The device is a substantially pure intrinsic semiconductor material and its intrinsic semiconductor
Boundary with extrinsic impurity diffusion region located in material region
Semiconductor structure with intrinsic-extrinsic junction created by field
It is made. Intrinsic semiconductor material is the same single semiconductor type as the substrate
However, the magnitude of its conductivity depends on the extrinsic semiconductor material.
Substantially smaller. Extrinsic semiconductor material is N type or P type
May be. Typical drain power supply voltage VDDValue of (eg
For example, for DC 5V, total leakage of each cross-coupled transistor
Leakage currents are in the picoampere range, but
The current conducted by the combined impedance device is
In range of pairs. Therefore, this low current load impeder
The sensing device has sufficient resistance to leakage at the P-N junction in the memory cell.
It can provide a current that overcomes the
It can hold the logical contents of the cell. This
The temperature coefficient of the impedance device is the temperature of the memory cell junction.
Low current because it is characterized by having the same polarity as the frequency coefficient
The load device is the temperature of the leakage current of the memory cell transistor.
You will be "tracking" the changes. Therefore, the memory cell
The power consumed by the
Can be designed to be a minimum value. Conventional high
Depending on the resistance diffusion resistance, the minimum current in the same temperature range
Note that no flow design is possible. The reason
Is the leakage current in the drain of the memory cell transistor
The conventional diffusion resistance flows while the flow increases with temperature.
This is because the applied current decreases. According to the present invention, the surface of the insulating layer is substantially
By depositing a layer of intrinsic semiconductor material on the
The load device is configured, and thereby the drain of the IGFET
Conductive interconnection between the diffusion node and the drain power node
You can continue. Form on selected surface areas of the intrinsic interconnect layer.
Exposed through the mask made
Intrinsic semiconductor material underneath the living area converts to extrinsic conductivity type
Drain diffusion by diffusing impurities until
True at the selected position midway between the drain node and the drain power node.
A sex-exogenous junction is formed. In a preferred embodiment, each impedance is
Equipment is in the isoplanar silicon gate process.
One of the data nodes with the drain power supply node selected
Part of polysilicon strip interconnecting to
Formed as. The part of the polycrystalline silicon strip
Extends from the selected data node to that data node
Form cross-coupled gates. DC current due to intrinsic-extrinsic junction of silicon
The impedance approaches 1,000 MΩ at reverse bias.
This impedance allows relatively small amounts of impurities to be intrinsic semiconductors.
Through the region, extrinsic regions that are lightly doped in that region
Can be reduced by spreading until converted to
it can. According to this method, the intrinsic-exogenous junction is highly concentrated.
Impurity regions form junctions with relatively low-concentration impurity regions
Extrinsic-outside characterized by being arranged in a relationship
Converted to intrinsic junction. In that case, both impurity concentrations are the same
It may be a conductive type or a reverse conductive type. [0013] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
Fabricated on a single monolithic chip using
This will be described in combination with a RAM of a different type. Disclosed here
Is a structure that can be manufactured on a single semiconductor chip.
And is primarily intended for such fabrication. FIGS. 1 and 2 show an arrangement according to the invention.
A part of the RAM using the illustrated circuit is shown. A part of the RAM shown in FIG.
Having memory cells 10 which are conventionally operated in rows.
Of an array of many such cells arranged in rows
Part. The memory cells 10 are arranged in the same column and have complementary data.
Data bus D, D Is joined to. (In addition, after English letters
Underline represents its complement, and overline
Is the same meaning as. ) The memory cells 10 are arranged in different rows.
So that these cells are on different row lines RA1
And RATwo Addressable or operable by
To be Row address line RA1 Is all the notes in the first line
Enables resell and row address line RATwo Is in the second row
Enables all memory cells. Detection amplifier and level
The lucifer is designated as a whole by reference numeral 12.
Column buses D and D It is connected to the. Detection amplifier
12 is of any conventional type, such as US Pat.
It may be that disclosed in No. 7,252. Write control times
Paths 14 and 16 are connected in the normal manner during the write cycle.
Row buses D and D It is connected to drive.
Different column buses with column enabler (not shown)
May be connected to a single sense amplifier,
Also, provide a separate sense amplifier for each column bus pair.
Is also good. FIG. 2 shows an electrical schematic diagram of the memory cell 10.
You. The binary memory cell 10 receives the first and second complementary data.
Has output nodes 1 and 2 which are binary
DC impedance path and ratio corresponding to each physical condition
Create a direct current impedance path of relatively high impedance
ing. First and second impedance devices R1 And R
Two Is the drain power supply node VDDThe first and second data
Connect to do 1 and 2, respectively. Impedance device R1 And
And RTwo Will be described later in detail. Memory cell 1
0 is a further pair of cross-coupled insulated gate field effect transistors
Transistor Q1 And QTwo have. Data node
1 and 2 are transistor Q1 And QTwo By the gate of
Cross-coupled and enable transistors Q respectivelyThree You
And QFour By row buses D and D respectively Connected to
I have. Enable transistor QThreeAnd QFour The gate of
Corresponding row address line RA1 It is connected to the. Tran
Jista Q1 And QTwo And QTwo Between the drain and source terminals
Each channel is in its respective data node when it is conducting
1 and 2 are source power supply node VssElectrically connected to To understand the operation of the circuit of FIG.
Dress line RA1 Is at a low level (at logical "0"
Row address line RA1 Memory cell 1 connected to
0 enabling transistor QThree And QFour Is off
Assume that As a result, in this device
Column buses D and D Is a voltage level less than one threshold
VDDCan be taken. The reason is that the source voltage Vss
This is because no current path exists. Typical circuit
And VDDShould be 5V and the threshold should be about 2.5V,
In that case the column buses D and D Becomes about 2.5V. Other equipment
D and D Is VDDVoltage level as high as
Bell or VssSame as or VssMore than
Takes a voltage level slightly higher than one threshold. This state
Now, the column buses D and D No current flows. The reason
Has no current path through the enabled cells
This is because the bus becomes an open circuit. As a result, data output
Nodes 1 and 2 are V from nodes 1 and 2, respectivelyssUp to
Substantially V respectivelyDDOr VssTo have a voltage equal to
become. A logical "0" is stored in memory cell 10.
And the transistor Q1 Is turned on
Data node 1 is substantially VssIn the transistor Q
Two Data node 2 is substantially VDD
Assume that In this case, row address line RA1
Becomes high, that is, corresponds to logical "1"
When charged to voltage, transistor QThree , QFour Is on
Memory cell 10 is enabled as it enters
You. Thereby, the transistor Q1 And QThree , And
And V via the row bus DssA current path leading to is formed. Tiger
Transistor QTwo Is in the off state, so that the column bus D From
There is no current path to the ground. As a result, the data
Node 2 is substantially VDDThat is, while the voltage is maintained at 5 V,
Up to. If logical "1" is address memory
If stored in cell 10, transistor Q1 Is off
State, transistor QTwo Is in the ON state. That
If so, QTwo And QFour Current passing through the bus D About
5V to low level, column bus D and data
Node 1 is held at a precharge level of 5V. The data output nodes 1 and 2 are logically inside the cell.
According to YDDAnd VssTake one of the values these
Voltage level is to maintain the logical content of cell 10.
Must be retained. This in memory cell 10
The reference voltage from
De VDDImpedance device R connected to1 And R
Two Is held in the data nodes 1 and 2. Next, FIGS. 3 and 4 show the substrate of the memory cell 10.
2 shows the arrangement. According to the present invention, a load impeder
Sensing device R1 And RTwo Each define a first conductive path 22.
A substantially pure intrinsic semiconductor material substrate 20 and a second
Of the intrinsic semiconductor material substrate 20 defining the conductive paths 24 of the
And a diffusion region of extrinsic conductive impurities disposed therein.
The extrinsic conductive path 24 and the undoped intrinsic conductive path (true
Intrinsic-extrinsic contact depending on the interface with the semiconductor semiconductor region 22.
A joint 28 is formed. Intrinsic conduction path 22 and extrinsic conduction path 2
4 is the drain power supply node VDDCorresponding data from
A series current path up to terminals 1 and 2 is formed. Used here
The term "intrinsic semiconductor material" refers to undoped
Diffuse or implant impurities that are simple semiconductor materials
Shall mean a single semiconductor material that has never been exposed to
You. The memory cell 10 is an extrinsic semiconductor of the first conductivity type.
Disposed on a substrate 30 of a body material, for example, a P-type single crystal silicon.
Is placed. Each field effect transistor Q1 ~ QFour Is the opposite
A source region (not shown) made of a conductive type, for example, an N-type material
And a drain region (not shown).
These regions are formed in the active region 36 of the substrate 30 by a usual method.
Extend substantially parallel to each other. The insulating layer 38 is
It is arranged on the surface of the plate 30 and directly above the active area 36.
In addition, the gate region 40 is formed relatively thin. External cause
The conductive path 24 is provided for the transistor formed on the active region.
It forms the gate interconnect. The semiconductor material forming the conductive layer 20 is the substrate 3
The same single semiconductor type as polycrystalline silicon
It is preferred to be constituted as a continuous layer. Conductive layer 20
The extrinsic impurities diffused in may be N-type or P-type.
In the preferred embodiment, extrinsic impurities diffused into conductive layer 20
Is of a conductivity type opposite to the conductivity type of the substrate 30.
You. For example, for the P-type substrate 30, the conductive layer 20 is diffused.
Since the impurities to be formed are N-type, the extrinsic conductive path 24 is formed
Gate strip (abbreviated as gate strip 24)
), Source and drain regions and impeders
Sensing device R1 , RTwo Are all isoplanar silicon games
Can be formed in one diffusion stage of the process. Next, referring to FIG. 5 and FIG.
Mode VDDIs the diffusion gate interconnect as shown in FIG.
Having a metal adherend 42 directly bonded to the connecting portion 43
It may be. Or in some cases as shown in FIG.
The metal deposit 42 defines a first conductive path,
Directly adhered to the intrinsically pure intrinsic semiconductor region 22
Is also good. Either of the structures shown in FIGS. 5 and 6
Even if the impedance load device RTwo For
The surface area of the substrate used is extremely small,
A typical width for a 4 gate interconnect is 5μ.
The typical length of the unconducted intrinsic conductive path 22 is 8 μm.
is there. Intrinsic-extrinsic joining device formed with these dimensions
Is a large impedance of 1,000 MΩ against DC
Indicating the resistance. A relatively small amount of impurity 47 is added to intrinsic conductive path 22.
Extrinsic conductivity region whose region is very lightly doped
By spreading until it is converted to
-Dance can be reduced. With high concentration impurity regions
It is arranged so that a relatively low concentration impurity region forms a junction.
Extrinsic-extrinsic characterized by being placed
In the joining device, the impurity concentrations of both are of the same conductivity type.
Or of the opposite conductivity type, examples of which are
7 (A), (B), FIGS. 8 (A), (B), FIG.
(A), (B) and FIGS. 10 (A), (B).
You. Referring again to FIGS. 3 and 4, the substrate 30 is
It forms the starting material for the steps for carrying out the invention. semiconductor
A typical substrate 30 is silicon, and the conductivity type is N.
It may be a shape or a P shape. However, the semiconductor substrate 30 has an insulating gate.
Used in the fabrication of semiconductor field effect transistor devices.
It can be any conventional type of
The orientation and doping levels are well known and normal.
is there. In the following discussion, P-type impurities are doped.
Single-crystal silicon substrate chip
N channels by isoplanar silicon gate process
In order to construct a tunnel insulated gate transistor,
Uses a substrate chip with an impurity of the opposite conductivity type diffused in the part
The method will be described. The semiconductor substrate 30 is placed in a normal oxidation furnace.
A typical thickness of 600 ° on the surface of the substrate 30.
An oxide layer 38 is grown thermally. Then that oxide
An approximately 600 ° thick nitride layer is deposited on the layer. Next
The photoresist on the combined nitride and oxide layers
After the mask has been formed, it is processed by normal photolithographic techniques.
The mask is patterned and thereby the active area
36 and a mask defining the surrounding field area
Wear. The nitride layer is removed from the field region and
Implanted with ionic impurities of the same conductivity type as the substrate doping
I will. This ion is BF for P-type substrateThree Such as
Can be removed from the boron compound and the N-type substrate
PH to makeFour To remove from phosphorus compounds such as
Can be. Equipment for ion implantation in that case is commercially available
And its usage is well-known industrially.
Are known. This ion implantation process step is performed in the active region 3
To the field area around 6 and
Therefore, crosstalk between adjacent transistors in the same substrate
Is reduced. The photoresist mask is removed from the active area.
When removed, there is then about 8 thermal oxide layers on the field regions.
It is grown to a thickness of 000Å. Then nitride and acid
Both oxide layers are removed from the active region and gate oxide layer 40
Are grown on the active region 36 to a thickness of about 900Å. Next, the undoped polycrystalline silicon
Intrinsic semiconductor material layer 20 (hereinafter abbreviated as polycrystalline silicon layer)
Is deposited on the gate oxide. Polycrystalline silicon layer
20 is a suitable conventional method, for example, a cold wall epitaxial reaction.
SiH in reactor or hot wall furnaceFour (Silane)
It can be formed by a solution or the like. Polycrystalline silico
Typical thickness of the insulating layer 20 is 3,000 to 6,000.
It is 0Å. Undoped polycrystalline silicon layer 20
Is masked and photoresist treated to
Group 24 is defined. Undoped gate interconnect
A diffusion barrier layer of nitride or oxide is deposited on the continuation,
It is masked and processed by photoresist.
Low current load impedance, eg R1 Or RTwoof
Mask 44 is defined over the location of intrinsic conductive path 22 for
You. Next, undoped polycrystalline silicon
The layers of layer 20 and active region 36 are conductive
Undergoes impurity diffusion in the form of an impurity, thereby causing impurities to be gated
Activity on both sides of strip 24 and its gate strip.
The diffusion gate and the diffusion saw
And diffusion drain regions (not shown) are formed.
You. The non-diffusion channel region is not
The gate strip is masked by the
Formed in the active region under the pump. Intrinsic-exogenous junction 28
Is the undoped portion below the mask 44 of the polycrystalline silicon layer 20.
Semiconductor material region 22 and impurity diffusion region adjacent thereto
Formed at the boundary with Next, about 10,000 Å on the chip area
A thick insulating oxide layer is formed and masked on the photoresist
Process to form conductive interconnects.
It is. Metal deposits form at appropriate conductive interconnects
Is done. Load Impedance Device Intrinsic-Extrinsic Contact
Direct undoped intrinsic semiconductor region 22 to power supply node 42
By making electrical connections, the gate interconnects
The polysilicon layer 20 is electrically connected to the common power supply node.
Continued. Impedance device R1 , RTwo Alternative embodiment of
Then, the gate mutual composed of the first and second diffusion extrinsic regions
The connecting portions 24 and 43 are the intermediate undoped intrinsic semiconductor region 22.
Formed by diffusion in the interconnections on both sides of the
Have been. In that embodiment, the gate connection
Common polycrystalline silicon layer 20) and common power supply node (that is,
The electrical coupling with the metal adherend 42) is the second diffusion extrinsic
The region 43 is electrically connected directly to the common power node,
Diffusion extrinsic region 24 to the drain node of the transistor
By electrically connecting to. The process steps for impurity diffusion are conventional techniques.
For example, the surface of the substrate is brought to a temperature around 1,100 ° C.
Necessary impurities, for example, in the case of a P-channel device,
Exposure to gas containing phosphorus or N-channel devices
It is done by The mask 44 is an impurity such as boron and phosphorus.
Silicon nitride provides an effective mask for the diffusion of substances
Is formed. Silicon nitride is silane and ammonia
400 ° C to 1,100 ° C with excess hydrogen
In the temperature range of
It is deposited on the connection area 20. After this diffusion stage,
A 1,000 mm oxide layer was deposited over the top area
The oxide layer also has a VDDNo
The forging applied to form the metal deposit
Masked by photoresist. Each transistor Q1 And QTwo Game
G interconnects 24 and 43 are bonded to the drain power node.
Data node 1 is Q1 Conductive mutual in the drain region of
Integrated circuit is formed by connecting with connecting material (not shown)
Is done. Q1 Drain region and QTwo Gate interconnect
By forming a conductive interconnect with 24
Data node 1. Similarly, QTwo Dray of
Area and Q1 Conductive between corresponding gate interconnects of
Data node 2 is configured by forming a sex interconnect.
Is done. Ultra-low current load device R1 , RTwo DC imp
Can reduce the amount of exogenous impurities in these devices.
Through the undoped intrinsic semiconductor region 22
Diffuses until it is transformed into a lightly doped extrinsic region
Can be reduced somewhat. This and
The intrinsic-exogenous junction 28 is transformed into an extrinsic-exogenous junction 48.
The latter, but the latter has a high impurity concentration and a relatively low impurity concentration.
That the impurity regions are
Features. In that case, both impurity concentrations are the same conductivity type.
Or the reverse conductivity type. However, extremely high DC
In order to realize the impedance, the impurity concentration
It is essentially important that the bells are substantially
is there. The ion implantation step described here is a conventional step.
On implantation techniques, for example, US Pat. No. 3,898,105.
This is accomplished by the technique disclosed in US Pat. Either logical "1" or logical "0"
5V at data nodes 1 and 2 corresponding to
40m in standby mode within the operating range of 2.5V
Considering the design load of W, 4K bits (409
In a 6-bit memory, each bit is the power consumption of a memory cell.
It consumes 0.01 mW of power as the maximum allowable cost.
At 5V, the impedance load device R1, RTwoBy 1 negative
If a current of 2 μA or less must be supplied per loading device
Absent. Therefore, the low-load device R1And RTwoImpedance of
The lower limit of the range, that is, 2.5 MΩ as the minimum resistance value
There is a value. Transistor Q1And QTwoExpected maximum of
The upper limit of the impedance range corresponding to leakage, that is, the maximum
Resistance value is 2.5V 10nA (Q1And QTwoAgainst
Maximum leakage current) divided by 250 MΩ
It turns out that it becomes. Of the undoped polycrystalline silicon region 22
N-type extrinsic doping of purity and polycrystalline silicon layer 20
Within a certain temperature range by carefully controlling the
To realize a memory cell that consumes the least amount of current.
R1And RTwoThe resistance value of the
From the condition of maximum expected leakage current value at elevated operating temperature
R1And RTwoControl the resistance value of 2.5 to 250 MΩ.
You can control.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の応用例のメモリセルを使用したRA
Mの一部のブロック図。 【図2】 図1のメモリセルの電気回路図。 【図3】 図2の回路の基板上の配置図。 【図4】 図3のIV−IV線における立断面図。 【図5】 本発明に基づいて構成された負荷インピーダ
ンス装置を有するゲート相互接続部の好適実施例の断面
図。 【図6】 負荷インピーダンス装置の他の実施例による
ゲート相互接続部の断面図。 【図7】 (A)及び(B)は本発明に基づいて構成さ
れた負荷インピーダンス装置の別の実施例の各断面図。 【図8】 (A)および(B)は本発明に基づいて構成
された負荷インピーダンス装置の更に別の実施例の各断
面図。 【図9】 (A)および(B)は本発明に基づいて構成
された負荷インピーダンス装置の更に別の実施例の各断
面図。 【図10】 (A)および(B)は本発明に基づいて構
成された負荷インピーダンス装置の更に別の実施例の各
断面図。 【符号の説明】 1,2 データノード 10 メモリセル 20 真性多結晶シリコン半導体層 22 第1導電路 24 第2導電路 28 真性−外因性接合 VDD ドレイン電源ノード Vss ソース電源ノード R インピーダンス装置 Q 絶縁ゲート電界効果トランジスタ D,D 相補的データバス RA 行アドレス線
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 RA using a memory cell of an application example of the present invention
FIG. FIG. 2 is an electric circuit diagram of the memory cell of FIG. 1; FIG. 3 is a layout view of the circuit of FIG. 2 on a substrate. FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3; FIG. 5 is a cross-sectional view of a preferred embodiment of a gate interconnect having a load impedance device constructed in accordance with the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view of a gate interconnect according to another embodiment of a load impedance device. 7A and 7B are cross-sectional views of another embodiment of the load impedance device configured according to the present invention. 8A and 8B are cross-sectional views of still another embodiment of the load impedance device configured according to the present invention. 9A and 9B are cross-sectional views of still another embodiment of the load impedance device configured according to the present invention. 10A and 10B are cross-sectional views of still another embodiment of the load impedance device configured according to the present invention. [Description of Reference Signs] 1, Data Node 10 Memory Cell 20 Intrinsic Polycrystalline Silicon Semiconductor Layer 22 First Conduction Path 24 Second Conduction Path 28 Intrinsic-Extrinsic Junction V DD Drain Power Supply Node V ss Source Power Supply Node R Impedance Device Q Insulated gate field effect transistor D, D Complementary data bus RA row address line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツイウ チウ チヤン アメリカ合衆国テキサス州カーロルト ン,カマロ ドライブ 1633 (56)参考文献 特開 昭50−11644(JP,A)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Tsui Chiu Chiyan               Carrollt, Texas, United States               Camaro Drive 1633                (56) References JP-A-50-11644 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.ドレイン電源ノードと、ソース電源ノードと、互い
に相補的な第1及び第2データ入出力ノードと、絶縁ゲ
ート電界効果型の第1及び第2トランジスタとが設けら
れており、前記第1及び第2トランジスタの夫々のチャ
ンネルは夫々の対応する前記第1及び第2データ入出力
ノードを前記ソース電源ノードに電気的に接続させるこ
とが可能であり、前記第1トランジスタのゲートは前記
第2データ入出力ノードへ電気的に接続されると共に前
記第2トランジスタのゲートは前記第1データ入出力ノ
ードへ電気的に接続されている集積回路2進メモリセル
において、前記第1及び第2データ入出力ノードを夫々
前記ドレイン電源ノードへ電気的に接続する第1及び第
2インピーダンス装置が設けられており、前記各インピ
ーダンス装置は導電路を画定する半導体材料の基体を有
しており、前記基体が実質的に真性な領域と外因性不純
物をドープしたドープ領域とを有しており、前記実質的
に真性な領域とドープ領域との境界によって真性−外因
性接合が画定されており、前記各インピーダンス装置が
前記ドレイン電源ノードと対応するデータ入出力ノード
との間に直列電気通路を形成しており且つ前記メモリセ
ルの電力消費の許容最大値に基づいて決定される最小の
抵抗値と前記メモリセルの漏洩電流の予測最大値に基づ
いて決定される最大の抵抗値との間の範囲の抵抗値に設
定されていることを特徴とする集積回路2進メモリセ
ル。
(57) [Claims] A drain power supply node, a source power supply node, first and second data input / output nodes which are complementary to each other, and insulated gate field effect type first and second transistors are provided. Each channel of the transistor can electrically connect the corresponding first and second data input / output nodes to the source power supply node, and the gate of the first transistor has the second data input / output. An integrated circuit binary memory cell electrically connected to a node and having a gate of the second transistor electrically connected to the first data input / output node. First and second impedance devices, each electrically connected to the drain power node, are provided, each impedance device being a conductive path. Defining a substrate of semiconductor material, the substrate having a substantially intrinsic region and a doped region doped with exogenous impurities, the boundary between the substantially intrinsic region and the doped region Defines an intrinsic-extrinsic junction, each impedance device forms a series electrical path between the drain power node and a corresponding data input / output node, and the maximum allowable power dissipation of the memory cell. The resistance value is set to a range between a minimum resistance value determined based on the value and a maximum resistance value determined based on the predicted maximum value of the leakage current of the memory cell. Integrated circuit binary memory cell.
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