JP2864843B2 - バイポーラ型半導体記憶装置 - Google Patents

バイポーラ型半導体記憶装置

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JP2864843B2
JP2864843B2 JP4032692A JP3269292A JP2864843B2 JP 2864843 B2 JP2864843 B2 JP 2864843B2 JP 4032692 A JP4032692 A JP 4032692A JP 3269292 A JP3269292 A JP 3269292A JP 2864843 B2 JP2864843 B2 JP 2864843B2
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典明 小田
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明はバイポーラ型半導体記憶装置に関
し、特にα線によるソフトエラーの発生を抑止する構造
を有するバイポーラ型半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来技術】半導体記憶装置の性能を低下させる要因の
1つにα線によるソフトエラーがある。この現象は半導
体装置に対してα線が照射されると、半導体基板内に電
子と正孔との対が新たに発生し、これにより回路内のあ
る点の電位が上昇したり、過剰な電流が流れたりして、
それまで遮断領域にあったトランジスタが活性領域に入
ることにより、記憶情報の反転が生ずることになる。
【0003】以下、ショットキバリアダイオードクラン
プ型メモリを例にとり上述したソフトエラーにつき説明
する。図3(a)はその回路例であり、互いにベースと
コレクタとが相互接続されたマルチエミッタ(14b,
14c)構成の一対のトランジスタ15a,15bを有
し、各コレクタと電源ライン14aとの間には抵抗13
とクランプ用ショットキダイオード11とが夫々並列に
設けられてなる構造である。
【0004】図3(b)はこの回路のセル平面図、
(c)は(b)のA−A線に沿う矢視方向断面図であ
る。近時の回路動作の高速化の要求から、メモリセルの
トランジスタ素子としては二重ポリシリコン拡散による
自己整合型のバイポーラトランジスタが用いられる。
【0005】このトランジスタ素子の構造は以下の如く
である。P型シリコン基板1の一主面上に形成された高
濃度N型埋込みコレクタ層2と、さらにその上に形成さ
れたN型エピタキシャル層3と、その上に開口部を有す
る絶縁膜4aと、P型不純物をドーピングした多結晶シ
リコン5と、絶縁膜4aの開口部における多結晶シリコ
ン5の側壁を含む絶縁膜4bと、多結晶シリコン5から
P型不純物を熱拡散させて形成された高濃度P型ベース
補償領域6と、P型真性ベース領域7と、N型不純物を
ドーピングした多結晶シリコン8と、多結晶シリコン8
からN型不純物を熱拡散させて形成された高濃度N型エ
ミッタ領域9と、断面図には記されてないが高濃度N型
コレクタ補償領域10とを有する構造となっている。
【0006】そして、他の回路素子として、P型不純物
がドーピングされた多結晶シリコン5よりなるポリシリ
コン抵抗13、配線となるアルミニウム14a〜14
c、アルミニウム14aを陽極としN型エピタキシャル
層3を陰極とするショットキバリアダイオード11が設
けられている。
【0007】これ等バイポーラトランジスタ15a,1
5b、抵抗13及びショットキバリアダイオード11に
より、メモリセルが構成されており、この1つのセルが
電気的に絶縁された1つの半導体領域内に形成されてい
るのである。
【0008】この様なメモリセルの動作としては、記憶
情報の保持状態にあるときには、一対のトランジスタ1
5a,15bのうちどちらか一方が活性領域にあり、も
う一方は回路の正帰還作用により遮断状態にある。今、
トランジスタ15aが活性領域にあり、トランジスタ1
5bが遮断領域にあると仮定する。
【0009】ここで、α線が遮断領域にあるトランジス
タ15bのN型埋込みコレクタ層2またはN型エピタキ
シャル層3に入射し、その部分に電子と正孔の対が発生
したとする。そのうちの正孔は電位の低いP型シリコン
基板1の底部へ流れて裏面電極16から接地ラインへと
流出し、また、正孔のうちの一部はP型シリコン基板1
とN型埋込みコレクタ層2との間のPN接合容量に蓄え
られる。電子は電位の高い上方へ移動し、トランジスタ
15bのコレクタ電流として寄与するようになる。
【0010】また、図3(a)の回路図中の点18(ト
ランジスタ15bのコレクタ)に過剰な電子が与えられ
ることにより、点18の電位が下り、活性領域にあるト
ランジスタ15aのベース電流が減少してしまう。する
と、トランジスタ15aが活性領域から遮断領域に遷移
する。同時に、正帰還作用により、トランジスタ15b
が遮断領域から活性領域に遷移して記憶情報の反転が起
こるのである。
【0011】このようなα線によるソフトエラーは、メ
モリ装置の記憶内容に誤りをもたらし、ひいてはメモリ
装置を内蔵している装置全体の動作に誤りをもたらす。
【0012】そこで、α線の入射により発生した電子を
吸収する容量素子が必要である。そのために、従来は図
4のようにN型エピタキシャル層3内に高濃度P型不純
物領域19を半セル1個につき1箇所設け、この領域と
高濃度N型埋込みコレクタ層2の界面に形成されるPN
接合容量20及び高濃度P型不純物領域19とN型エピ
タキシャル層3の界面に形成されるPN接合容量21に
より、過剰な電子を吸収することが行われている。
【0013】ここで、高濃度P型不純物領域19の不純
物の導入方法としては、絶縁膜4に開口部を形成してボ
ロンをイオン注入し、熱処理を行う方法や、絶縁膜4に
開口部を形成してP型不純物をドーピングした多結晶シ
リコン5を形成し、熱処理を行う方法等があげられる。
【0014】上述した例は、ショットキバリアダイオー
ドクランプ形メモリセルの場合であるが、同様の方法に
よるPN接合よりなる容量素子は、他にもPNPクラン
プ形メモリセルや、ダイオードクランプ形メモリセル、
交叉結合PNPN形メモリセル等や、電源用トランジス
タ回路等でも用いられている。
【0015】尚、ショットキバリアダイオードクランプ
形メモリについての従来技術については、例えば、次の
文献(1)を参照されたい。
【0016】文献(1):T.Sakai et.al., “A 3-ns 1
-Kbit RAM UsingSuper Self-Aligned Process Technolo
gy”,IEEE Journal of SSC ,sc-16,(1981) pp.424-42
8
【0017】この種の従来のバイポーラ型半導体記憶装
置では、高集積化への要求から容量素子の面積増加は不
可能であるが故に、容量値確保のため図4のP型不純物
層19は高濃度であることが要求されている。
【0018】ところが、P型不純物層19は高濃度であ
るが故に結晶歪が大きく、容量素子部及び周辺部に転位
が発生し易くなり、容量素子のリークや隣接したバイポ
ーラトランジスタがリークするといった問題点を有して
いる。
【0019】
【発明の目的】本発明の目的は、対α線耐性を、転位発
生による歩留りの低下を防ぎつつ向上可能としたバイポ
ーラ型半導体記憶装置を提供することである。
【0020】
【発明の構成】本発明によるバイポーラ型半導体記憶装
置は、周囲が電気的に絶縁状態とされた半導体領域と、
この半導体領域内に形成されたバイポーラトランジスタ
素子と、前記半導体領域内に形成され前記トランジスタ
素子のコレクタとして作用する領域とPN接合を形成し
てなる容量素子とを有するバイポーラ型半導体記憶装置
であって、前記半導体領域内で前記容量素子が複数個形
成されていることを特徴とする。
【0021】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0022】図1(a)は本発明の一実施例を示す平面
図、(b)はそのA−A線に沿う矢視方向断面図であ
る。この実施例では、従来技術の説明に用いた図3,4
と同じショットキバリアダイオードクランプ形メモリセ
ルについて記してあり、図3,4と同等部分は同一符号
により示している。
【0023】P型シリコン基板1上に高濃度N型埋込み
コレクタ層2を有し、その上にN型エピタキシャル層3
を有し、N型エピタキシャル層3上に少なくとも将来容
量素子が形成される部分に複数個の小窓(開口)22を
有する絶縁膜4aを有し、この絶縁膜4aの上に小窓2
2の部分でN型エピタキシャル層3と接する多結晶シリ
コン5を有する。
【0024】そして、この多結晶シリコン5を介してN
型エピタキシャル層3内に高濃度P型不純物を拡散する
ことによって形成された高濃度P型不純物領域19a,
bを有している。このP型不純物のドーピング方法とし
ては、例えば、多結晶シリコン5にフォトリソグラフィ
工程によりパターニングされたレジストをマスクにし
て、ボロンを20keV ないし60keV のエネルギで10
15ないし1016cm-2のドーズ量でイオン注入し、レジ
ストを除去し、その後800 ℃ないし900 ℃でN型エピタ
キシャル層3中へ拡散させる方法がある。
【0025】この構造においては、従来の容量素子が2
個に分割された構造となっているため、高濃度P型不純
物領域19a,bの周囲に形成されるPN型接合容量2
1がより大きくなり、全体として従来の容量値より大き
くなる。そのため記憶装置の対α線耐性は向上する。こ
の構造では、上記の他に記憶装置の動作を速くできると
いう長所があり、以下に詳述する。
【0026】PN接合容量20が、高濃度N型埋込みコ
レクタ層2とトランジスタのベースの引出し電極となっ
ている多結晶シリコン5との間に挿入されていることに
より、図5に示すような回路構成となる。トランジスタ
15aが活性領域にあり、トランジスタ15bが遮断領
域にあるとする。
【0027】今、記憶情報を反転させるために、ディジ
ット線23の電位を下げ、トランジスタ15bを活性領
域に遷移させると、トランジスタ15bのコレクタ電流
が流れて点18の電位が下り、トランジスタ15aのベ
ースから正電荷を引抜くが、その時にPN接合容量20
があれば、単位時間に引抜くことのできる正電荷量が大
きくなり、回路動作が速くなる。この実施例のように、
複数のPN接合容量があると、容量値が大きくなるた
め、従来の同タイプのものより、回路動作を高速化する
ことが可能となる。
【0028】次に、本発明の第2の実施例について、第
1の実施例と同様のショットキバリアダイオードクラン
プ形メモリセルを用いて図2を参照して説明する。図2
(a)はその平面図、(b)はそのA−A線に沿う矢視
方向断面図であり、図1と同等部分は同一符号により示
している。
【0029】P型シリコン基板1上に高濃度N型埋込み
コレクタ層2を有し、その上にN型エピタキシャル層3
を有し、N型エピタキシャル層3内に、高濃度P型不純
物領域19a,bを2個有し、高濃度P型不純物領域1
9a,bと高濃度N型埋込みコレクタ層2との間、及び
高濃度P型不純物領域19とN型エピタキシャル層3の
間に形成されるPN接合容量各々20,21を容量素子
として、2個ずつ有している。
【0030】高濃度P型不純物領域19a,bの形成方
法としては、N型エピタキシャル層3に、例えばフォト
リソグラフィ工程でパターニングされたレジストをマス
ク材として選択的にボロンを例えばエネルギ50keV な
いし100keVでドーズ量1015ないし1016cm-2だけイ
オン注入し、その後レジストを除去し、熱処理(800℃
ないし1000℃)を行って拡散させる。
【0031】この実施例では、絶縁膜4aにより高濃度
P型不純物領域19a,bの上が絶縁膜で覆われている
が、高濃度P型ベース補償領域6と接しているために、
PN接合容量とトランジスタのベースとが至近距離 に
あるため、活性領域にあるトランジスタのベースから正
電荷を引抜くときの寄生抵抗が小さくなり、回路動作を
より高速化することが可能となる。ただし、高濃度P型
ベース補償領域6と高濃度不純物層19とをうまく接続
させるため位置合せを先の第1の実施例より厳重に管理
する必要がある。
【0032】次に、高濃度不純物領域19を複数に分割
して小さくすることにより、転位が抑制されることを、
以下具体的データを用いて説明する。
【0033】図6に、絶縁膜に設けられた小窓の幅を
1.2μmに固定し、その長さxを変化させたときの高
濃度ボロン領域(濃度1×1020/cm3 )に発生する
転位数を示す。長さxが4.0μmを越えると急激に転
位数が増加することがわかる。従って、高歩留りを維持
するためには、小窓の長さxを4.0μm以下にする必
要がある。
【0034】この様に、高濃度領域を複数に分けて小さ
くすることで転位の増加が抑止されることが判る。具体
的には、絶縁膜の小窓(開口)を矩形状としたとき、一
辺の大きさが4.0μm以下であれば、転位の発生は抑
えられることになる。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、バイポーラメモリセル
のトランジスタ形成領域内に、α線による電子α吸収を
なすPN接合容量素子を複数形成したので、その容量値
が増大して対の線耐性が向上すると共に、その容量を構
成する高濃度不純物領域の転位の発生も抑えることがで
き歩留りの向上が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施例の平面図、(b)はそ
のA−A線に沿う矢視方向断面図である。
【図2】(a)は本発明の他の実施例の平面図、(b)
はそのA−A線に沿う矢視方向断面図である。
【図3】(a)はショットキバリアダイオードクランプ
形メモリセルの回路図、(b)はその従来の平面図、
(c)はそのA−A線に沿う矢視方向断面図である。
【図4】(a)は対α線耐性を改善した従来のメモリセ
ルの平面図、(b)はそのA−A線に沿う矢視方向断面
図である。
【図5】対α線耐性を改善したメモリセルを用いた記憶
装置を示す回路図である。
【図6】高濃度不純物拡散時の開口窓の大きさと転位数
との関係を示すデータである。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 高濃度N型埋込みコレクタ層 3 N型エピタキシャル層 4a,4b 絶縁膜 5,8 多結晶シリコン 6 高濃度P型ベース補償領域 7 P型真性ベース領域 9 高濃度N型エミッタ領域 10 高濃度N型コレクタ補償領域 11 ショットキバリアダイオード 13 ポリシリ抵抗 14a〜14c アルミニウム 15a,15b トランジスタ 16 裏面電極 19a,19b 高濃度P型不純物領域 20,21 PN接合容量 22 小窓(開口) 23 ディジット線

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周囲が電気的に絶縁状態とされた半導体
    領域と、この半導体領域内に形成されたバイポーラトラ
    ンジスタ素子と、前記半導体領域内に形成され前記トラ
    ンジスタ素子のコレクタとして作用する領域とPN接合
    を形成してなる容量素子とを有するバイポーラ型半導体
    記憶装置であって、前記半導体領域内で前記容量素子が
    複数個形成されていることを特徴とするバイポーラ型半
    導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記記憶容量素子の各々は前記トランジ
    スタ素子のベースとして作用する領域と接して形成され
    ていることを特徴とする請求項1記載のバイポーラ型半
    導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 第1導電型の半導体基板の一主面に設け
    られ開口を有する絶縁膜と、前記絶縁膜を覆い前記開口
    部分で前記半導体基板と接する多結晶半導体膜と、前記
    多結晶半導体膜を介して前記半導体基板内に高濃度に第
    2導電型の不純物を導入することにより形成された高濃
    度不純物領域とを設け、前記容量素子の各々は、この高
    濃度不純物領域と前記半導体基板との間のPN接合部を
    利用してなることを特徴とする請求項2記載のバイポー
    ラ型半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記開口の平面形状は、一辺の長さが
    4.0μm以下の矩形状であることを特徴とする請求項
    3記載のバイポーラ型半導体記憶装置。
JP4032692A 1992-01-23 1992-01-23 バイポーラ型半導体記憶装置 Expired - Lifetime JP2864843B2 (ja)

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