JP2958909B2 - Sramセル及びその製造方法 - Google Patents
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Description
イス及びその製造方法に関するもので、特にセル比を向
上させることができるSRAMセル及びその製造方法に
関する。
ってDRAM(Dynamic Random AccessMemory)とSRA
M(Static Random AccessMemory)とに分類される。SR
AMは早い速度と低電力消耗及び単純作動によって駆動
されるデバイスで、非常に脚光を浴びているメモリデバ
イスである。また、DRAMとは異なって、規則的に貯
蔵された情報をリフレッシュする必要がないだけでな
く、設計が容易な長所を有する。一般的にSRAMセル
は、プルダウン(pull-down) デバイスの2つの駆動トラ
ンジスタ(driving transistor)と、2つのアクセス(acc
ess)デバイス及び2つのプルアップ(pullup)デバイスと
から構成され、プルアップデバイスの形態によって、完
全CMOSセル(full CMOS cell)、HRL(High Road R
esistor)セル及びTFT(Thin Film Transistor)セルと
の3つの構造に分類される。完全CMOSセルは、Pチ
ャンネルバルクモスフェット( P-channel bulk MOSFE
T)がプルアップデバイスに使用され、HRLセルは高い
抵抗値を有するポリシリコンがプルアップデバイスに使
用され、TFTセルはPチャンネルポリシリコンTFT
がプルアップデバイスに使用される。この時、完全CM
OSセルの構造を有するSRAMセルは、素子の動作特
性が最も優秀で工程が単純であるが、1つの単位セル内
にNMOS及びPMOSトランジスタが共に内蔵されて
セルの大きさが大きいので、ロジック半導体装置に少量
の記憶デバイスを使用する場合に適用される。一方、H
RLセルの構造を有するSRAMセルとTFTセル構造
を有するSRAMセルとは、デバイスの動作特性が優秀
でなく工程が複雑であるが、セルの大きさを顕著に減ら
すことができるので、記憶デバイス専用に使用される半
導体記憶装置に適用される。
RAMセルを示した簡便な回路図である。 図1の図示
のとおり、SRAMセルはプルアップデバイス用のPM
OSトランジスタQ1、Q2のソースS1、S2が電源
電圧VDDに接続される。ノードN1、N2でプルアッ
プ用のPMOSトランジスタQ1、Q2のドレーンD
1、D2と、プルダウン用のNMOSトランジスタQ
3、Q4のドレーンD3、D4が直列接続される。プル
ダウン用のNMOSトランジスタQ3、Q4のソースS
3、S4は、VSSで接地される。プルアップ用のPM
OSトランジスタQ1、Q2のゲートG1、G2と、プ
ルダウン用のNMOSトランジスタQ3、Q4のゲート
G3、G4がそれぞれ互いに接続されると共に、この接
続点とノードN1、N2とがそれぞれクロスカップルさ
れる。アクセスデバイス用のNMOSトランジスタQ
5、Q6は、そのゲートG5、G6がワードラインW及
びLにそれぞれ接続され、そのソースS5、S6がビッ
トラインB及びL1、B及びL2にそれぞれ連結され、
NMOSトランジスタQ5 ,Q6 のドレーンD5、D6
がノードN1、N2でNMOSトランジスタQ3 ,Q4
のドレーンD3 D4 にそれぞれ接続される。前記の構成
からなるSRAMのセルは、ノードN1にHIGHのデ
ータを貯蔵し、ノードN2にLOWのデータを貯蔵する
ために、ワードラインW及びLをターンオンさせて、ア
クセス用のNMOSトランジスタQ5、Q6をそれぞれ
ターンオンさせる。そして、ビットラインB及びL1に
HIGHを入力すると共に、ビットラインB及びL2に
LOWを入力して、プルアップ用のPMOSトランジス
タQ1及びプルダウン用のNMOSトランジスタQ4を
ターンオンさせると共に、プルアップ用のPMOSトラ
ンジスタQ2及びプルダウン用のNMOSトランジスタ
Q3をターンオフさせる。これによって、ノードN1で
はHIGH状態、ノードN2ではLOW状態となり、ワ
ードラインW及びLがターンオフされても続けてラッチ
(latch) されて、ノードN2では続けてLOW状態が保
持され、ノードN1では続けてHIGH状態が保持され
る。これによって、ノードN1、N2にそれぞれのデー
タが貯蔵される。
中の1つはプルダウンデバイス、すなわち駆動デバイス
と、アクセスデバイスの電流駆動能力比(current drivi
ng capability ratio)、すなわちセル比(cell ratio; I
DSAT DRIVER TRANSISTOR/IDSAT ACCESSTRANSISTOR)であ
って、このセル比が大きければSRAMセルの特性が向
上される。従って、プルダウンデバイスの電流容量が大
きいほど、アクセスデバイスの電流容量が小さいほど、
SRAMセルの特性が向上される。このようなセル比に
関連したSRAMセルの動作を調べて見ると、ノードN
1にLOW、ノードN2にHIGHが貯蔵された場合、
ノードN1の電圧がアクセスデバイス用のNMOSトラ
ンジスタQ5、Q6とプルダウンデバイス用のNMOS
トランジスタQ3、Q4の電流容量比によって決定され
る。これによって、ノードN1は、プルダウン用のNM
OSトランジスタQ3、Q4の電流容量が大きいほど、
アクセス用のNMOSトランジスタQ5、Q6の電流容
量が小さいほど小さい値を保持しようとする。このよう
になると、読む動作時に、アクセス用のNMOSトラン
ジスタQ5、Q6がターンオンされた時、ビットライン
B及びL1の電圧が変動しても、ノードN1の電圧はL
OW状態で大きく変動されず、ノードN1の電圧変動が
小さければ、クロスカップルされたノードN2の電圧
も、またHIGH状態を保持するようになる。従って、
従来はアクセス用のNMOSトランジスタの幅(width)
を狭くし、長さ(length)を長くして電流容量を減少さ
せ、プルダウンデバイス用のNMOSトランジスタの幅
を大きくし長さを短くして、電流容量を増加させること
によって、全体的にセル比を調節した。しかし、トラン
ジスタの幅と長さとは、一定した大きさ以下に減らすこ
とができないので、セル比を向上させるためにセルの大
きさを減らすには限界があった。
は、アクセスデバイスのソース及びドレーン領域の不純
物濃度を選択的に減少させて、アクセスデバイスの寄生
抵抗を増加させることによって、アクセスデバイスの電
流容量を減少させて、SRAMセルのセル比を向上させ
ることにある。
造のソース及び/又はドレーン領域がそれぞれ備えられ
たプルダウンデバイス、アクセスデバイスとプルアップ
デバイスとが備えられたSRAMセルにおいて;前記ア
クセスデバイスのソース及び/又はドレーン領域は、N
+ソース及び/又はドレーン領域と;N+ ソース及び/
又はドレーン領域の下部に形成されたN-ソース及び/
又はトレーン領域と;前記N + ソース及び/又はドレー
ン領域のチャネルに相対する部分を覆って、アクセスデ
バイスの寄生抵抗が増加されるように、前記N + ソース
及び/又はドレーン領域及びN- ソース及び/又はドレ
ーン領域と所定部分が重なって形成されたP-不純物領
域が備えられたことを特徴とする。また、本発明の目的
を達成するために、プルダウンデバイス、アクセスデバ
イスとプルアップデバイスとが備えられたSRAMセル
の製造方法において;アクティブ領域が定義され、上部
にゲート絶縁層及びゲートが形成された半導体基板を提
供する段階;プルダウンデバイス領域とアクセスデバイ
ス領域のゲート両側の基板内に、N-ソース及びドレー
ン領域をそれぞれ形成する段階;アクセスデバイス領域
のN-ソース及びドレーン領域の所定領域に、P- 不純
物領域を形成する段階;ゲートの両側壁に絶縁層スペー
サを形成する段階;及び、プルダウンデバイス領域とア
クセスデバイス領域のスペーサ両側の基板内に、N+ソ
ース及びドレーン領域を形成する段階を含むことを特徴
とする。
AMセルのアクセスデバイスのN- ソース及びドレーン
領域の所定部分が、P- 不純物領域と重なるように形成
することによって、アクセスデバイスの寄生抵抗を増加
させることができるようになる。これによって、SRA
Mのセル比が向上される。
を説明する。図2は、本発明の好ましい実施例による完
全CMOSセルの構造を有する SRAMセルを具現す
るための平面図である。図2において、A1、A2はプ
ルアップ用のPMOSトランジスタQ1、 Q2のアク
ティブ領域で、B1、B2はプルダウン用のNMOSト
ランジスタQ3、Q4とアクセス用のNMOSトランジ
スタQ5、Q6とのアクティブ領域で、C1〜C6はコ
ンタクト領域である。この時、C1及びC2は、ノード
N1、N2コンタクト領域であって、プルダウン用のN
MOSトランジスタQ3、Q4とアクセス用のNMOS
トランジスタQ5、Q6は、アクティブ領域B1、B2
でそれぞれのノードコンタクト領域C1、C2を共有す
る。そして、C3及びC4は、アクセス用のNMOSト
ランジスタQ5、Q6のソースS5、S6コンタクト領
域で、C5はプルアップ用のNMOSトランジスタQ
1、Q2のそれぞれのソースS1、S2コンタクト領域
で、C6はプルダウン用のNMOSトランジスタQ3、
Q4のそれぞれのソースS3、S4コンタクト領域であ
る。34a、34b、54はワードラインで、Mはプル
アップ用のPMOSトランジスタQ1、Q2のP- ソー
ス及びドレーン領域の形成時に使用されるマスクパター
ンである。この時、マスクパターンMは、内部がオープ
ンされたパターンであって、プルアップ用のPMOSト
ランジスタQ1、Q2のアクティブ領域A1、A2を露
出させると共に、アクセス用のNMOSトランジスタQ
5、Q6のワードライン54の両側のアクティブ領域B
1、B2の所定部分を露出させる。
SRAMセルに対してのみ図示しているが、HRLSR
AM及び、PチャンネルポリシリコンTFT SRAM
セルにも同様に使用され得ることができる。図3A及び
図3Bは、図2のX−X’線によるSRAMセルのアク
セス用のNMOSトランジスタQ5とプルダウン用のN
MOSトランジスタQ3の断面図であって、図3A及び
図3Bを参照して、前記のSRAMセルの製造方法を詳
細に説明する。まず、図3Aの図示のように、半導体基
板1上の所定部分に素子分離膜2が形成され、素子分離
層2間の基板上に、プルダウン用のNMOSトランジス
タ Q3及びアクセス用のNMOSトランジスタQ5の
ゲート絶縁層33、53とゲート34a、54とがそれ
ぞれ形成される。その後、ゲート34a、54両側の基
板1内にN- 不純物イオン、好ましくはPイオンを、約
2×1013乃至5×1013イオン/cm2 の濃度でイオン
注入する。これによって、基板1内に、プルダウン用の
NMOSトランジスタQ3とアクセス用のNMOSトラ
ンジスタQ5の共通N- ドレーン領域35b及び55b
と、N- ソース領域35a、55aがそれぞれ形成され
る。それから、アクセス用のNMOSトランジスタQ5
のゲート54両側のN- ソース及びドレーン領域55
a、55bの所定部分に、低濃度のP型不純物イオン、
好ましくはBまたはBF2 イオンを、約1×1013乃至3
×1013イオン/cm2 の濃度でイオン注入する。これに
よって、アクセス用のNMOSトランジスタQ5のN-
ソース及びドレーン領域55a、55bと所定部分が重
なったP- イオン注入領域56a、56bがそれぞれ形
成される。
bは、図3に図示されてはいないが、マスクパターンM
(図2参照)を利用したイオン注入工程によって、プル
アップ用のPMOSトランジスタQ1、Q2のP- ソー
ス及びドレーン領域を形成する時に同時に形成される。
そして、P- イオン注入領域56a、56bのP型不純
物のBイオンの濃度は、N- ソース及びドレーン領域3
5a、35b及び55b、55aのN型不純物のPイオ
ンの濃度より小さくする。これによって、アクセス用の
NMOSトランジスタQ5のN型不純物濃度が、プルダ
ウン用のNMOSトランジスタQ3のN型不純物濃度に
比して低くなる。すなわち、アクセス用のNMOSトラ
ンジスタQ5のN- ソース及びドレーン領域55a、5
5bのN型不純物の Pイオンの濃度は、約2×1018
乃至5×1018イオン/cm3 となり、P- イオン注入領
域56a、56bのP型不純物のBイオンの濃度は、約
1×1018乃至3×1018イオン/cm3 となる。これに
よって、N- ソース及びドレーン領域55a、55とP
- イオン注入領域56a、56bとが重なった領域のN
型不純物濃度は、約1×1018乃至2×1018イオン/
cm3 となる。
絶縁層、好ましくは酸化膜または窒化膜が蒸着され、ゲ
ート34a、54の表面が露出されるように異方性ブラ
ンケット蝕刻されることによって、ゲート34a、54
両側壁にLDD用の絶縁層スペーサ37、57が形成さ
れる。そして、絶縁膜スペーサ37、57両側の基板内
にN+ 不純物イオン、好ましくはAsイオンを、約1×
1015乃至7×1015イオン/cm2 の濃度でイオン注入
することによって、プルダウン用のNMOSトランジス
タQ3及びアクセス用のNMOSトランジスタQ5のN
+ ソース及びドレーン領域38a、38b及び58b、
58aがそれぞれ形成される。この時、N+ ソース及び
ドレーン領域38a、38b及び58b、58aのN型
不純物のAsイオンの濃度は、約3×1019乃至3×1
020イオン/cm3 となる。その後、基板の前面に層間絶
縁層9が形成され、N+ ソース及びドレーン領域38
a、38b及び58b、58aのコンタクト部位がそれ
ぞれ露出されるように、層間絶縁層9が蝕刻されてコン
タクトホールが形成される。そして、前記のコンタクト
ホールに埋め立てられるように、層間絶縁層9上に金属
層が蒸着された後、予定された形態にパターニングされ
て、N+ ソース及びドレーン領域38a、38b及び5
8b、58aと、それぞれコンタクトされた金属配線層
10a、10b、10cとが形成される。
スデバイスのN- ソース及びドレーン領域の所定部分
が、P- イオン注入領域と重なるように形成することに
よって、N- ソース及びドレーン領域の不純物濃度を選
択的に減少される。これによって、アクセスデバイスの
寄生抵抗を増加されるようになって、SRAMのセル比
が向上される。また、セルの大きさを減少させることが
できるので、デバイスの高集積化を達成することができ
る。また、本発明は前記の実施例に限定されず、本発明
の技術的な要旨から外れない範囲内において、多様に変
形させて実施することができる。
の等価回路図である。
を有するSRAMセルの平面図である。
ルの製造方法を説明するための工程断面図である。
Claims (17)
- 【請求項1】 LDD構造のソース及び/又はドレーン
領域がそれぞれ備えられたプルダウンデバイス、アクセ
スデバイスとプルアップデバイスとが備えられたSRA
Mセルにおいて; 前記アクセスデバイスのソース及び/又はドレーン領域
は、 N+ ソース及び/又はドレーン領域と; 前記N+ ソース及び/又はドレーン領域の下部に形成さ
れたN-ソース及び/又はドレーン領域と;前記N + ソース及び/又はドレーン領域のチャネルに相
対する部分を覆って、アクセスデバイスの寄生抵抗が増
加されるように、前記N + ソース及び/又はドレーン領
域及び N- ソース及び/又はドレーン領域と所定部分が
重なって形成されたP-不純物領域を備えたことを特徴
とするSRAMセル。 - 【請求項2】 前記アクセスデバイスの前記P- 不純物
領域と、前記N- ソース及びドレーン領域とが重なった
領域のN型不純物濃度が、前記N- ソース及びドレーン
領域の不純物濃度より低いことを特徴とする請求項1記
載のSRAMセル。 - 【請求項3】 前記アクセスデバイスの重なった領域の
N型不純物濃度は、1×1018乃至2×1018イオン/
cm3 で、前記N -ソース及びドレーン領域のN型不純物
濃度は、2×1018乃至5×1018イオン/cm3 である
ことを特徴とする請求項2記載のSRAMセル。 - 【請求項4】 前記プルアップデバイスは、Pチャンネ
ルバルクMOSFETであることを特徴とする請求項1
記載のSRAMセル。 - 【請求項5】 前記プルアップデバイスは、抵抗である
ことを特徴とする請求項1記載のSRAMセル。 - 【請求項6】 前記プルアップデバイスは、Pチャンネ
ルポリシリコンTFTであることを特徴とする請求項1
記載のSRAMセル。 - 【請求項7】 プルダウンデバイス、アクセスデバイス
とプルアップデバイスとが備えられたSRAMセルの製
造方法において;アクティブ領域が定義され、上部にゲ
ート絶縁層及びゲートが形成された半導体基板を提供す
る段階;前記のプルダウンデバイス領域と前記のアクセ
スデバイス領域の前記ゲート両側の基板上に、N- ソー
ス及びドレーン領域をそれぞれ形成する段階;及び、前
記アクセスデバイス領域の前記N- ソース及びドレーン
領域の所定領域に、P-不純物領域を形成する段階を含
むことを特徴とするSRAMセルの製造方法。 - 【請求項8】 前記P- 不純物領域は、前記プルアップ
デバイス領域のP-ソース及びドレーン領域を形成する
時に、同時に形成されることを特徴とする、請求項7記
載のSRAMセルの製造方法。 - 【請求項9】 前記P- 不純物領域の不純物濃度は、前
記N- ソース及びドレン領域の不純物濃度より低いこと
を特徴とする請求項7記載のSRAMセルの製造方法。 - 【請求項10】 前記N- ソース及びドレーン領域は、P
イオンを2×1013乃至5×1013イオン/cm2 の濃度
でイオン注入して形成することを特徴とする、請求項9
記載のSRAMセルの製造方法。 - 【請求項11】 前記P- 不純物領域は、BF2 イオンを1
×1013乃至3×1013イオン/cm2 の濃度でイオン注
入して形成することを特徴とする請求項9記載のSRA
Mセルの製造方法。 - 【請求項12】 前記P- 不純物領域は、Bイオンを1×
1013乃至3×1013イオン/cm2 の濃度でイオン注入
して形成することを特徴とする請求項9記載のSRAM
セルの製造方法。 - 【請求項13】 前記P- 不純物領域を形成する段階以降
に、前記ゲート両側壁に絶縁層スペーサを形成する段
階;及び、 前記プルダウンデバイス領域と前記アクセスデバイス領
域との前記スペーサ両側の基板内に、N+ ソース及びド
レーン領域を形成する段階を更に含むことを特徴とする
請求項7記載のSRAMセルの製造方法。 - 【請求項14】 前記N+ ソース及びドレーン領域は、A
sイオンを1×1015乃至7×1015イオン/cm2 の濃
度でイオン注入して形成することを特徴とする、請求項
13記載のSRAMセルの製造方法。 - 【請求項15】 前記プルアップデバイスは、Pチャンネ
ルバルクMOSFETであることを特徴とする請求項7
記載のSRAMセルの製造方法。 - 【請求項16】 前記プルアップデバイスは、抵抗である
ことを特徴とする請求項7記載のSRAMセルの製造方
法。 - 【請求項17】 前記プルアップデバイスは、Pチャンネ
ルポリシリコンTFTであることを特徴とする請求項7
記載のSRAMセルの製造方法。
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