JP3144010B2 - 半導体メモリ装置 - Google Patents

半導体メモリ装置

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JP3144010B2 JP03345979A JP34597991A JP3144010B2 JP 3144010 B2 JP3144010 B2 JP 3144010B2 JP 03345979 A JP03345979 A JP 03345979A JP 34597991 A JP34597991 A JP 34597991A JP 3144010 B2 JP3144010 B2 JP 3144010B2
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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、半導体メモリ装置、特
に、α線等によるソフトエラー耐性を施した例えばSR
AMにおけるメモリセルの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】近時、SRAMの低消費電力化に有効な
ものとして、CMOSインバータを利用したCMOS型
SRAMが注目されている。しかし、CMOS回路で
は、N−MOSトランジスタとP−MOSトランジスタ
を分離するための領域が必要であることから、高集積化
に不利になるという問題があった。
【0003】そこで、従来では、負荷として用いられる
P−MOSトランジスタを逆スタガー型のTFT(薄膜
トランジスタ)で構成することにより、CMOS型SR
AMの高集積化を図っている。即ち、Pチャネル型TF
T(以下、単にP−TFTと記す)をN−MOSトラン
ジスタ上に積み重ねることにより、CMOS回路の占有
面積が大幅に縮小化され、CMOS型SRAMの高集積
化を容易に実現させることができる。
【0004】従来のCMOS型SRAMの構成を図4の
等価回路図及び図5の断面図に基いて説明する。
【0005】従来のSRAMは、図4に示すように、一
対のドライバトランジスタ(N−MOSトランジスタ)
Tr1 及びTr2 とこれらドライバトランジスタTr1
及びTr2 の記憶ノードN1 及びN2 に接続された一対
のPチャネル型薄膜トランジスタ(以下、単にP−TF
Tと記す)T1 及びT2 からなる負荷により構成された
フリップフロップ回路FFと、一対のアクセストランジ
スタ(N−MOSトランジスタ)Q1 及びQ2 とからメ
モリセルが構成されている。尚、図において、WLはワ
ード線、BL及び(反転BL)はビット線である。
【0006】即ち、このSRAMの構成を図5に基いて
説明すると、P型のウェル領域31上にSiO2 等から
なるゲート絶縁膜32を介してドライバトランジスタT
1 のゲート電極GD1並びにアクセストランジスタQ
2 のゲート電極(ワード線)WLが例えば1層目の半導
体層、例えばポリサイド層にて形成され、これらゲート
電極GD1上にSiO2 からなる層間絶縁膜33を介し
てP−TFT(T1 及びT2 )のゲート電極GT1 及び
GT2 が2層目の半導体層、例えば多結晶シリコン層に
て形成され、これらゲート電極GT1 及びGT2 上にS
iO2からなる層間絶縁膜34を介してP−TFT(T
1 )の活性層Ac1 とVccライン35が形成されて構
成されている。
【0007】ドライバトランジスタのゲート電極GD1
とアクセストランジスタQ2 の一方のソース・ドレイン
領域SDとの接続部分で図5で示す記憶ノードN1 が構
成される。尚、36及び37はSiO2 からなる層間絶
縁膜、38は金属膜からなるビット線取出し用配線であ
る。また、39はP型のシリコン基板、40はN型のウ
ェル領域である。
【0008】そして、従来では、α線等によるソフトエ
ラーを防止するために、P−TFT(T1 )のゲート電
極GT1 を活性層Ac1 の上記記憶ノードN1 に接続さ
れるソース領域41S下まで延長して形成することによ
り、ゲート電極GT1 とソース領域41S間に結合容量
を形成するようにしている。この場合、P−TFT(T
1 )のゲート電極GT1 とドライバトランジスタTr1
のゲート電極GD1間にも結合容量が形成される。
【0009】即ち、この構成を等価回路的にみると、図
4に示すように、各記憶ノードN1 及びN2 間を結合容
量Cで接続した回路構成となり、この結合容量Cによっ
て上記ソフトエラーを抑制することができる(IEDM
88 P48〜P51「A25μm(2),New P
oly−Si PMOS Load (PPL)SRA
M Cell Having Excellent S
oft Error Immunity」参照)。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のSR
AMにおいては、P−TFT(T1 )の活性層Ac
1 中、ドレイン領域41D側の幅とその他の領域(チャ
ネル領域41C、ソース領域41S)の幅が同じになる
ように形成している。
【0011】通常、多結晶シリコン層を活性層に用いた
TFTの場合、そのオフ電流を決めるジャンクション・
リーク電流は、ドレイン空乏層中に含まれるグレイン・
バウンダリの数に比例することが知られている。このグ
レイン・バウンダリの数は、ドレイン・ジャンクション
(ドレイン端)の断面積に比例するため、この断面積を
小さくすることが結果的にオフ電流の低減化につなが
る。
【0012】しかしながら、従来のP−TFT(T1
においては、その活性層Ac1 中、ドレイン領域41D
側の幅とその他の領域(チャネル領域41C、ソース領
域41S)の幅が同じであるため、以下のような不都合
が生じていた。
【0013】これは、P−TFT(T1 )のオフ電流を
減らそうとして、活性層Ac1 全体の幅を狭くすると、
P−TFT(T1 )のゲート面積が同時に小さくなって
しまい、これにより、P−TFT(T1 )のゲート容量
が小さくなるという問題が生じる。即ち、このゲート容
量は、結合容量Cを兼ねるため、活性層Ac1 の幅の縮
小化によって、ゲート容量が小さくなると、ソフトエラ
ー耐性を得るに十分な結合容量値を得ることができなく
なるという不都合が生じるからである。
【0014】このように、オフ電流の低減と結合容量値
の増大化は、トレードオフの関係にあり、これらを同時
に満足する最適設計が困難であった。
【0015】本発明は、このような課題に鑑み成された
もので、その目的とするところは、オフ電流の低減とソ
フトエラー耐性に通じる結合容量の増大化を容易に両立
させることができる半導体メモリ装置を提供することに
ある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、一対のドライ
バトランジスタTr1 及びTr2 と該ドライバトランジ
スタTr1 及びTr2 上に夫々記憶ノードN1 及びN2
を接続点として積層された一対の半導体薄膜トランジス
タT1 及びT2 からなる負荷によりなるフリップフロッ
プ回路FFと、一対のアクセストランジスタQ1 及びQ
2 とからメモリセルが構成された半導体メモリ装置にお
いて、半導体薄膜トランジスタT1 (及びT2 )の活性
層Ac1 (及びAc2 )中、少なくともドレイン領域1
1Dに接する幅wを、それ以外の領域(チャネル領域1
1C、ソース領域11S)よりも狭く形成して構成す
る。
【0017】
【作用】上述の本発明の構成によれば、半導体薄膜トラ
ンジスタT1 (及びT2 )の活性層Ac1 (及びA
2 )中、少なくともドレイン領域11Dに接する幅w
を、それ以外の領域(チャネル領域11C、ソース領域
11S)よりも狭く形成するようにしたので、半導体薄
膜トランジスタT1 (及びT2 )のドレイン・ジャンク
ション(ドレイン端a)の断面積が小さくなり、それに
伴って、ドレイン空乏層中に含まれるグレイン・バウン
ダリの数が少なくなる。その結果、ジャンクション・リ
ーク電流が低減化し、半導体薄膜トランジスタT1 及び
2 のオフ電流の低減化を図ることができる。
【0018】また、半導体薄膜トランジスタT1 (及び
2 )の活性層Ac1 (及びAc2 )中、ドレイン領域
11Dに接する部分(ドレイン端a)以外の幅を広く形
成するようにしているため、ゲート電極GT1 (及びG
2 )とチャネル領域11C並びにゲート電極GT
1 (及びGT2 )とソース領域11Sとの各オーバーラ
ップ面積が大きくなり、ゲート容量の増大化を実現させ
ることが可能となる。その結果、ソフトエラー耐性を得
るに十分な結合容量値を得ることができ、半導体メモリ
装置の高信頼性化を図ることができる。
【0019】
【実施例】以下、図1〜図3を参照しながら本発明の実
施例を説明する。図1は、本実施例に係るSRAMの要
部の構成を示す断面図、図2は本実施例に係るSRAM
を示す等価回路図である。
【0020】本実施例に係るSRAMは、図2に示すよ
うに、一対のドライバトランジスタ(N−MOSトラン
ジスタ)Tr1 及びTr2 とこれらドライバトランジス
タTr1 及びTr2 の記憶ノードN1 及びN2 に接続さ
れた一対のPチャネル型薄膜トランジスタ(以下、単に
P−TFTと記す)T1 及びT2 からなる負荷により構
成されたフリップフロップ回路FFと、一対のアクセス
トランジスタ(N−MOSトランジスタ)Q1 及びQ2
とからメモリセルが構成されている。尚、図において、
WLはワード線、BL及び(反転BL)はビット線であ
る。
【0021】即ち、このSRAMの構成を図1に基いて
説明すると、P型のウェル領域1上にSiO2 等からな
るゲート絶縁膜2を介してドライバトランジスタTr1
及びTr2 (Tr2 については図示せず)の各ゲート電
極GD1及びGD2(GD2については図示せず)並び
にアクセストランジスタQ1 及びQ2 (Q1 については
図示せず)のゲート電極、即ちワード線WLが例えば1
層目の半導体層、例えばポリサイド層にて形成され、こ
れらゲート電極等(GD1,GD2)及びWL上にSi
2 からなる層間絶縁膜3を介してP−TFT(T1
びT2 )の各ゲート電極GT1 及びGT2 が2層目の半
導体層、例えば多結晶シリコン層にて形成され、これら
ゲート電極GT1 及びGT2 上にゲート絶縁膜4を介し
てP−TFT(T1 及びT2 )の各活性層Ac1 及びA
2 (Ac2 については図示せず)とVccライン5が
形成されて構成されている。
【0022】そして、各ドライバトランジスタTr
1 (及びTr2 )のゲート電極GD1(及びGD2)
と、アクセストランジスタQ2 (及びQ1 )のソース・
ドレイン領域SDの接続部分で図2で示す記憶ノードN
1 及びN2 が構成される。尚、6及び7はSiO2から
なる層間絶縁膜、8は金属膜からなるビット線取出し用
配線、9はP型のシリコン基板、10はN型のウェル領
域である。また、11Sはソース領域、11Dは電源V
ccが印加されるドレイン領域、11Cはチャネル領
域、12は接地線である。
【0023】そして、α線等によるソフトエラーを防止
するために、P−TFT(T1 及びT2 )の各ゲート電
極GT1 及びGT2 を、対応する活性層Ac1 (及びA
2 )の上記記憶ノードN1 及びN2 に接続されるソー
ス領域11S下まで延長して形成することにより、ゲー
ト電極GT1 及びGT2 とソース領域11S間に第1の
結合容量C1 を形成するようにしている。この場合、P
−TFT(T1 及びT 2 )のゲート電極GT1 及びGT
2 とドライバトランジスタTr1 (及びTr2 )のゲー
ト電極GD1(及びGD2)間にも第2の結合容量C2
が形成される。
【0024】即ち、この構成を等価回路的にみると、図
2に示すように、各記憶ノードN1 及びN2 間を結合容
量C(一点鎖線枠で示す)で接続した回路構成となり、
この結合容量Cによって上記ソフトエラーを抑制するこ
とができる。
【0025】しかして、本例においては、図3の要部の
平面図に示すように、例えばP−TFT(T1 )を主体
にして説明すると、P−TFTの活性層Ac1 を、特に
ドレイン領域11Dに接する部分(ドレイン端a)の幅
wを、それ以外の部分(チャネル領域11C及びソース
領域11S)の幅よりも狭くして形成する。尚、この図
3において、破線で示す部分は、P−TFT(T1 )の
ゲート電極GT1 である。
【0026】上述のように、本例によれば、P−TFT
(T1 及びT2 )の活性層Ac1 (及びAc2 )中、少
なくともドレイン領域11Dに接する幅wを、それ以外
の領域(チャネル領域11C及びソース領域11S)よ
りも狭く形成するようにしたので、P−TFT(T1
びT2 )のドレイン・ジャンクション(ドレイン端a)
の断面積が小さくなり、それに伴って、ドレイン空乏層
中に含まれるグレイン・バウンダリの数が少なくなる。
その結果、ジャンクション・リーク電流が低減化し、P
−TFT(T1 及びT2 )のオフ電流の低減化を図るこ
とができる。
【0027】また、P−TFT(T1 及びT2 )の活性
層Ac1 (及びAc2 )中、ドレイン領域11Dに接す
る部分以外の幅wを広く形成するようにしているため、
ゲート電極(GT1 及びGT2 )とチャネル領域11C
並びにゲート電極(GT1 及びGT2 )とソース領域1
1Sとの各オーバーラップ面積が大きくなり、ゲート容
量の増大化を実現させることが可能となる。その結果、
ソフトエラー耐性を得るに十分な結合容量値を得ること
ができ、P−TFT(T1 及びT2 )を用いたCMOS
型SRAMの高信頼性化を図ることができる。
【0028】
【発明の効果】本発明に係る半導体メモリ装置によれ
ば、オフ電流の低減とソフトエラー耐性に通じる結合容
量の増大化を容易に両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係るSRAMの要部の構成を示す断
面図。
【図2】本実施例に係るSRAMを示す等価回路図。
【図3】本実施例に係るP−TFTの構成を示す平面
図。
【図4】従来例に係るSRAMを示す等価回路図。
【図5】従来例に係るSRAMの要部の構成を示す断面
図。
【符号の説明】 Tr1 ,Tr2 ドライバトランジスタ T1 ,T2 P−TFT Q1 ,Q2 アクセストランジスタ N1 ,N2 記憶ノード C(C1 ,C2 ) 結合容量 WL ワード線 BL,反転BL ビット線 GD1,GT1 ,GT2 ゲート電極 Ac1 活性層 1 P型のウェル領域 2,4 ゲート絶縁膜 5 Vccライン 6,7 層間絶縁膜 8 ビット線取出し配線 9 シリコン基板 10 N型のウェル領域 11D ドレイン領域 11C チャネル領域 11S ソース領域 12 接地線

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対のドライバトランジスタと該ドライ
    バトランジスタ上に夫々記憶ノードを接続点として積層
    された一対の半導体薄膜トランジスタからなる負荷によ
    りなるフリップフロップ回路と、一対のアクセストラン
    ジスタとからメモリセルが構成された半導体メモリ装置
    において、 上記半導体薄膜トランジスタの活性層中、少なくともド
    レイン領域に接する幅を、それ以外の領域よりも狭く形
    成されていることを特徴とする半導体メモリ装置。
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