JP2773205B2 - 半導体メモリ - Google Patents

半導体メモリ

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JP2773205B2 JP1077104A JP7710489A JP2773205B2 JP 2773205 B2 JP2773205 B2 JP 2773205B2 JP 1077104 A JP1077104 A JP 1077104A JP 7710489 A JP7710489 A JP 7710489A JP 2773205 B2 JP2773205 B2 JP 2773205B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体メモリ特にS−RAM(スタティック・
ランダム・アクセス・メモリ)に係わる。
〔発明の概要〕
本発明は、第1及び第2のドライバーMOSトランジス
タを含むフリップフロップ回路と、第3及び第4のアク
セスMOSトランジスタとでメモリセルが形成された半導
体メモリにおいて、半導体基体に形成された複数の第1
の凸部とこの第1の凸部上に形成された第2の凸部とを
設け、第1及び第2のドライバーMOSトランジスタを第
1の凸部側壁にゲート電極を形成することによって設
け、第3及び第4のアクセスMOSトランジスタを第2の
凸部側壁にゲート電極を形成することによって設け、第
1の凸部上に第1のMOSトランジスタのゲート電極と第
2のMOSトランジスタのドレインとを接続する配線と、
第2のMOSトランジスタのゲート電極と第1のMOSトラン
ジスタのドレインとを接続する配線とをそれぞれ設け、
第2の凸部先端でビット線と接続した構成をとるもので
あって、このようにして、S−RAMにおいてMOSトランジ
スタ等の回路素子を立体的に形成して全体の高密度集積
化したがって高速度化を図る。
〔従来の技術〕
半導体メモリ特にS−RAM、例えば抵抗負荷型のS−R
AMは、例えば第16図に示すように第1及び第2の負荷抵
抗R1,R2と第1及び第2のドライバーMOSトランジスタM
OS1,MOS2よりなるインバータ回路によるフリップフロ
ップ回路(1)と、第3及び第4図のアクセスMOSトラ
ンジスタMOS3,MOS4とによってメモリセル(2)が構成
される、Wはワード線でB1及びB2はビット線を示す。こ
のようなS−RAMにおいては、少なくともその各MOSトラ
ンジスタMOS1〜MOS4が半導体基体上に平面的に並置形成
されるものであることから高密度化を充分はかることが
できないという課題がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明においては半導体基体上にMOSトランジスタ
(本明細書でMOSトランジスタとは絶縁ゲート型電界効
果トランジスタを総称する)等の回路素子をいわば立体
的に形成することによって全体の集積密度の向上したが
って高速性を図ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、第16図で説明したように第1及び第2のド
ライバーMOSトランジスタMOS1及びMOS2を含むフリップ
フロップ回路(1)と、第3及び第4のアクセスMOSト
ランジスタMOS3及びMOS4とでメモリセル(2)が形成さ
れた半導体メモリにおいて、例えば第1図Aに要部の略
線的拡大平面図を示し、同図Bに同図AのB−B線上の
断面図を示すように、半導体基体(3)に複数、具体的
には例えば第16図で説明した1つのメモリセル(2)に
対して2つの第1の凸部(4)とこれら凸部(4)上に
それぞれ形成された第2の凸部(5)とが形成される。
そして第1及び第2のドライバーMOSトランジスタMOS
1及びMOS2を、第1の凸部(4)の側壁にゲート電極(6
G1)及び(6G2)を形成することによって構成する。
また第3及び第4のアクセスMOSトランジスタMOS3
びMOS4を、第2の凸部(5)の側壁にそのゲート電極
(6G3)及び(6G4)を形成することによって構成する。
また第1の凸部(4)上に第1のMOSトランジスタMOS
1のゲート電極(6G1)と第2のMOSトランジスタMOS2
ドレインとを接続する第1の配線(71)を、また第2の
MOSトランジスタMOS2のゲート電極(6G2)と第1のMOS
トランジスタMOS1のドレインとを接続する第2の配線
(72)をそれぞれ設ける。
そして各対の各第2の凸部(5)上においてそれぞれ
ビット線B1及びB2をそれぞれ配置する。
〔作用〕
上述の本発明構成によれば、2段に形成された第1及
び第2の凸部に第16図で説明したメモリセル(2)の各
一方のドライバーMOSトランジスタとアクセスMOSトラン
ジスタとを重ね合わせてすなわち立体的に構成したので
半導体基体上における全体的なメモリセルの配置密度を
向上でき、その占有面積を縮小化できるので、高集積密
度すなわち小型化と共に高速性を図ることができる。
〔実施例〕
本発明による半導体メモリすなわち第1及び第2のド
ライバーMOSトランジスタMOS1及びMOS2を含むフリップ
フロップ回路(2)と、第3及び第4のアクセスMOSト
ランジスタMOS3及びMOS4とによってメモリセル(2)が
形成された半導体メモリを、抵抗負荷型のS−RAMに適
用する場合の一例について、第1図と、第2図〜第15図
を参照してその理解を容易にするために製造方法の一例
と共に詳細に説明する。第2図〜第15図において各A図
は、各工程の要部の拡大平面図を示し各B図は各AのB
−B線上の断面を示す。
先ず第2図に示すように、半導体基体(3)に、第2
の凸部(5)を1つのメモリセルに対して一対づつ第2
図Aで示されるようにそれぞれ縦方向(垂直方向)及び
横方向(水平方向)に複数配列形成する。ここに半導体
基体(3)は例えば第1導電型例えばp型を有するシリ
コン半導体基体よりなり、その一主面(3a)に予め例え
ば全面的に第1の第2導電型領域(8)例えばn型領域
をイオン注入法等によって形成しておき、この主面(3
a)上の凸部(5)の形成部に、それぞれ例えばSiO2
による方形状の第1のエッチングマスク(9)を所要の
間隔をもって、フォトリソグラフィ等の周知の技術によ
って形成する。次に、半導体基体(3)に対して異方性
エッチング、例えばRIE(反応性イオンエッチング)を
行ってマスク(9)を有する部分を残してその周囲に第
1の溝(10)を握ってマスク(9)下に柱状の第2の凸
部(5)を形成する。この場合、溝(10)の形成部にお
いては基体(3)の主面(3a)に形成した第1の第2導
電型領域(8)が除去され凸部(2)の頂面にのみ第1
の第2導電型領域(8)が形成されるようにする。そし
て、この第2の凸部(5)を有する側から第2導電型の
不純物のイオン注入を行って溝(10)内に第2の第2導
電型領域(11)を形成する。尚、ここに第1及び第2の
第2導電型領域(8)及び(11)は、上述したように別
工程で形成するに限られるものではなく、溝(10)の形
成後に、例えばマスク(9)を排除して同時にイオン注
入法等によって形成することもできる。
次に第3図に示すように、半導体基体(3)上に第2
図の凸部(5)を包み込んで全面的に例えばSiO2より成
る第2のエッチングマスク(12)を、CVD(化学的気相
成長法)等によって厚さt1をもって形成する。
その後、第4図に示すように異方性エッチング、例え
ばRIEによって、第2のエッチングマスク(12)をほぼ
厚さt1だげエッチングする。このようにして第2の凸部
(5)の周側面に所要の幅Wを有するマスク(12)のサ
イドウォールを形成し、これ以外の溝(10)の底面を外
部に露出する。
次に、第5図に示すように、第1及び第2のエッチン
グマスク(11)及び(12)をマスクとして半導体基体
(3)に対する異方性エッチング例えばRIEを行って第
2の溝(13)を形成することによって第2の凸部(5)
の周囲より幅Wをもって突出する、すなわち第2の凸部
(5)より広い面積の第1の凸部(4)を形成する。
次に第6図に示すように、例えばイオン注入法によっ
て第2の溝(13)の底面に第2導電型例えばn型領域に
よる第3の第2導電型領域(14)を形成する。
次に第7図に示すように、フォトレジスト(15)を所
要のパターンに周知の光学的写真技術によって形成す
る。このフォトレジスト(15)は、第7図Aに示される
ように、互いに重ねられた第1及び第2の凸部(4)及
び(5)の横(水平)方向に隣り合う2組の凸部を対と
して、各対毎にそれぞれ全体を包み込むように第2の溝
(13)内にわたって形成すると共に、例えば各対の中央
において縦(垂直)方向に関して隣り合う組間を例えば
各対の中央で連結するパターンとする。そしてこのフォ
トレジスト(15)をマスクとして第1導電型の不純物を
高濃度をもってイオン注入してチャンネルストップ領域
(16)を形成する。したがってこのチャンネルストップ
領域(16)は半導体基体(3)の第2の溝(13)内にお
いて対となる第1の凸部(4)を全体的に取り囲むよう
に形成するのであるが、垂直方向に隣り合う各対の第1
の凸部(4)間に一部チャンネルストップ領域(16)が
欠除した欠除部(17)が生ずるようにする。
第8図に示すように、第7図におけるレジスト(15)
を除去し、半導体基体(3)の全表面を例えば熱酸化し
て第1の凸部(4)の周側壁に最終的に得る第1及び第
2のドライバーMOSトランジスタのMOS1及びMOS2のゲー
ト絶縁層を構成する絶縁層(18)を被着形成する。その
後全面的に例えば不純物がドープされて低比抵抗化され
た多結晶シリコン層よりなる第1の導電層(19)を例え
ばCVD法(化学的気相成長法)等によって被着形成す
る。
第9図を示すように、導電層(19)に対して異方性エ
ッチング例えばRIEによるパターン化を行って少なくと
も第1の凸部(4)の周面に導電層(19)のサイドウォ
ールが残されるようにして他部をエッチング除去する。
第10図に示すように、少なくとも第1の凸部(4)を
埋め込むように第1の層間絶縁層(20)を例えばSiO2
CVD法等によって形成し、さらにこれの上に図示しない
が同様のCVDによるSiO2を第2の凸部(5)をも埋め込
むように形成し、更にこれの上にポリイミド樹脂等を形
成して表面を平坦化し、その後エッチバッグを行うこと
によって第2の凸部(5)のみを露出し、第1の凸部
(4)は層間絶縁層(20)内に埋め込む。
次に第11図に示すように、第1の凸部(4)の上面と
共に、第2の凸部(5)の周側壁及び上面を含んで全面
的にSiO2等の第2の層間絶縁層(21)をCVD法あるいは
熱酸化等によって形成する。
第12図に示すように、第1の凸部(4)の上面におい
て第2の層間絶縁層(21)にそれぞれ窓開けを行う。す
なわち、対となる凸部(4)の互いの対向部側で、それ
ぞれ第2の第2導電型領域(11)上と、各第1の凸部
(14)の周側壁に形成された導電層(21)上とに窓(22
a)及び(22b)と(23a)及び(23b)とを穿設する。そ
して、これら窓(22a)及び(22b),(23a)及び(23
b)を通じて例えば不純物がドープされて低比抵抗化さ
れた多結晶シリコンよりなる第2の導電層を全面的に被
着して後、フォトリソグラフィ等によってパターン化し
て各対の一方の第1の凸部(4)の周側壁の第1の導電
層(19)と他方の第1の凸部(4)上の領域(11)とを
相互に電気的に接続する第1の配線(71)と、逆に他方
の第1の凸部(4)の領域(11)と、一方の第1の凸部
(4)の周側壁の第1の導電層(19)の領域とを接続す
る第2の配線(72)とを構成する。
次に第13図に示すように、例えば一旦第2の層間絶縁
層(21)をエッチング除去し、その後全面的に配線
(71)及び(72)上を含んで、また各第2の凸部(5)
の周側壁上に最終的に得る第3及び第4のアクセスMOS
トランジスタMOS3及びMOS4のゲート絶縁層を構成する絶
縁層(2)5を表面熱酸化等によるSiO2によって形成す
る。
そして第14図に示すように絶縁層(25)に対し、各配
線(71)及び(72)の所定部に窓(261)及び(262)を
開け配線(71)及び(72)の各一部にそれぞれ電気的連
結するように高抵抗の例えば多結晶シリコン層を全面的
に形成し、その後フォトリソグラフィによるパターン化
を行って負荷抵抗R2,R1を形成する。
第15図に示すように、両第2の凸部(5)の周側壁の
絶縁層(25)上を含んで全面的に例えば不純物が高濃度
にドープされた抵比抵抗多結晶シリコン層よりなる第3
の導電層(27)をCVD等によって被着し、その後エッチ
ング及びフォトリソグラフィ等の選択的エッチングによ
りパターン化して各凸部(5)の周囲にサイドウォール
を有し、更に例えば共通の水平ライン上に配列された凸
部(5)に関して共通に設けられた帯状パターンを形成
する。
その後第1図に示すように全面的に表面絶縁層(28)
をCVD法等によって形成し、各絶縁層(25),(28)等
に対して第2の各凸部(5)上の第1の第2導電型領域
(8)上とさらに負荷抵抗R1及びR2上に窓開けを行っ
て、全面的に例えばAlの蒸着及びパターン化を行って、
例えば共通の垂直ライン上に配列された第2の凸部
(5)の領域(8)に接続するビット線B1及びB2と、各
抵抗R1,R2に接続するVDD電源配線(29)を形成する。
このようにすれば第16図に示したS−RAMが形成され
る。すなわち各対の第1の凸部(4)の周側壁に、それ
ぞれ形成された絶縁層(18)によってゲート絶縁層(18
G1)及び(18G2)が形成され、これの上に第1の導電層
(19)によってゲート電極(6G1)及び(6G2)が形成さ
れた各ゲート部が構成され、これら各ゲート部を挟んで
その上下に形成された第2及び第3の第2導電型領域
(11)及び(14)をドレイン領域及びソース領域とする
第1及び第2のドライバーMOSトランジスタMOS1及びMOS
2が構成される。そして同時に第3の第2導電型領域(1
4)がVSS電源配線とする。一方、上方の第2の各対の凸
部(5)において、その周側壁に、それぞれ形成された
絶縁層(25)によってゲート絶縁層(25G3)及び(2
5G4)が形成され、これの上に第3の導電層(27)によ
ってゲート電極(6G3)及び(6G4)が共通に各水平ライ
ン毎に形成された各ゲート部が構成されると共にこれに
よってワード線Wが構成される。またこれら各ゲート部
を挟んで第2導電型領域(11)と第1の第2導電型領域
(14)をドレインないしはソース各領域とする第3及び
第4のアクセスMOSトランジスタMOS3及びMOS4が構成さ
れる。そして、各MOS1のゲート電極(6G1)と領域(1
1)の一部より成るMOS2のドレイン領域とが配線(71
によって接続され、MOS2のゲート電極(6G2)と領域(1
1)の他の一部より成るMOS1のドレイン領域が配線
(72)によって接続され、これらに負荷抵抗R1及びR2
接続され、これらR1及びR2を介して例えばAl配線から成
るVDD電源配線(29)が導出されることになる。
尚、図示した例では、第1の凸部(4)が、各部一様
の幅Wをもって第2の凸部(5)の外周より突出するよ
うにした場合であるが、対となる凸部(5)の互いの対
向部を他部に比して大なる突出幅として配線(71)及び
(72)の形成が容易に行われるようにすることもでき
る。
また、上述した例においては、負荷抵抗R1及びR2を有
する抵抗負荷型S−RAMに本発明を適用した場合である
が抵抗R1及びR2に代えて他のMOSによるC−MOS型構成を
とるメモリセル等に本発明を適用することもできる。
〔発明の効果〕
上述したように本発明によれば、第1の凸部(4)と
これの上に形成された第2の凸部(5)とにそれぞれ立
体的にS−RAMを構成するMOSトランジスタを形成するよ
うにしたので、従来のように各MOSトランジスタを半導
体基体に並置的に形成する場合に比し、その占有面積の
縮小化したがって高密度高速性を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図A及びBは本発明による半導体メモリの一例の拡
大平面図及びそのB−B線上の断面図、第2図〜第15図
はそれぞれ本発明による半導体メモリの一例の工程図で
各A図はその拡大平面図、各B図は各A図のB−B線上
の断面図、第16図はS−RAMの回路図である。 MOS1及びMOS2は第1及び第2のドライバーMOSトランジ
スタ、MOS3及びMOS4は第1及び第2のアクセスMOSトラ
ンジスタ、(1)はフリップフロップ回路(2)はメモ
リセル、(3)は半導体基体、(4)は第1の凸部、
(5)は第2の凸部である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1と第2のドライバーMOSトランジスタ
    を含むフリップフロップ回路と、第3と第4のアクセス
    MOSトランジスタとでメモリセルが形成された半導体メ
    モリにおいて、 半導体基体に形成された複数の第1の凸部と該第1の凸
    部上に形成された複数の第2の凸部とを有し、 上記第1及び第2のドライバーMOSトランジスタを上記
    第1の凸部側壁にゲート電極を形成して設け、 上記第3及び第4のアクセスMOSトランジスタを上記第
    2の凸部側壁にゲート電極を形成して設け、 上記第1の凸部上に上記第1のMOSトランジスタのゲー
    ト電極と上記第2のMOSトランジスタのドレインとを、
    上記第2のMOSトランジスタのゲート電極と上記第1のM
    OSトランジスタのドレインとをそれぞれ接続する配線を
    設け、 上記第2の凸部先端でビット線と接続してなることを特
    徴とする半導体メモリ。
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WO2009060934A1 (ja) * 2007-11-07 2009-05-14 Nec Corporation 半導体装置及びその製造方法
WO2014141485A1 (ja) 2013-03-15 2014-09-18 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッド Sgtを有する半導体装置の製造方法

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