JP3623806B2 - 半導体メモリ装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は半導体メモリ装置およびその製造方法に係り、特にメモリ装置の高集積化を図った半導体メモリ装置である静的ランダムアクセスメモリ(以下、SRAMと称する)およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
二つの伝送トランジスタ、二つの駆動トランジスタおよび二つの負荷素子より構成されるSRAMセルに関する研究が各種の分野でなされてきた。
SRAMはDRAMに比べてメモリ容量面においては劣るが使いやすく高速なので、マイコンシステムや端末機器などの中小規模のシステム用メモリとして広範囲の分野で使われている。
【0003】
SRAMのメモリセルはフリップフロップを構成する負荷素子の差により3種、すなわち負荷素子としてデプレッション形NMOSトランジスタを使うデプレッション負荷形、高抵抗の多結晶シリコンを使う高抵抗多結晶シリコン負荷形およびPMOSトランジスタを使うCMOS形に分かれる。
このうち、CMOS形メモリセルは、スタンドバイ電流を減らして消費電力を著しく減少しうるのみならず、消費電力、ソフトエラー免疫性およびセル安定化など色々の側面において弱点の多い高抵抗多結晶シリコン負荷形メモリセルの問題点を解決できるので次世代SRAMセルとして導入されている。
【0004】
しかし、このCMOS形メモリセルを二次元的に形成する場合、単位メモリセルの占有する面積が著しく増加してメモリ装置の集積度を低下させる要因として作用する。これは、高抵抗多結晶シリコン負荷形メモリセルの場合は四つのトランジスタ、すなわち二つのNMOS伝送トランジスタと二つのNMOS駆動トラジスタを半導体基板上に形成し、その上部に高抵抗の多結晶シリコンを負荷素子で形成する反面、CMOS形メモリセルの場合は六つのトランジスタ、すなわち二つのNMOS伝送トランジスタ、二つのNMOS駆動トランジスタおよび二つのPMOSトランジスタを同一な半導体基板上に形成するからである。
【0005】
同一の半導体基板に相異なる形のウェルを形成して四つのNMOSトランジスタおよび二つのPMOSトランジスタを形成したCMOS形メモリセルにおいて、半導体基板には二つのNMOS伝送トランジスタと二つのNMOS駆動トランジスタのみ形成し、その上部にPMOSトランジスタを薄膜トランジスタ(以下、TFTと称する)で形成する方法が開発された。これにより、高抵抗の多結晶シリコンを負荷素子で使ったSRAM装置程度に単位セルの占有する面積が減少されたCMOS形メモリセルが得られた。
【0006】
IEDM91’に載せられた日本NEC社の論文” 16Mbit SRAM Cell Tech−nology for 2.0V Operation” (H. Ohkubo, S. Horiba, etc.) は伝送トランジスタおよび駆動トランジスタを半導体基板上に形成した後、その上部に絶縁膜を介してPMOS TFTを形成したCMOS形メモリセルのレイアウトを示している。前記論文の図1から判るように、伝送トランジスタと駆動トランジスタの占有する面積内でPMOS TFTを形成することができるので、PMOS TFTの製造による集積度の低下の問題が生じない。
【0007】
NEC社の前記論文とIEDM’91に載せられた富士通社の論文”A Split Wordline Cell for 16Mb SRAM using polysilicon sidewall contacts ”(Kazuo Itabashi, Kazuhiro Mizutani, etc.) 等に掲載されたSRAMセルのレイアウトが添付した図1に示されている。
図1に示した通り、伝送トランジスタのゲート役割をも果たすワードラインが一つのメモリセルの上下側にそれぞれ一つずつ存することが判る。これは一本のワードラインが二つの伝送トランジスタのゲート役割をともに果たさせてやむを得ず活性領域の構造が複雑になった、1990 Symposium on VLSI Technology に載せられた論文 ”A Half−micron SRAM cell using a double−gated self−aligned polysilicon PMOS thin film transistor(TFT) Load ”(A. O. Adan, K. Suzuki, etc.) に比べて略ボックス形に活性領域の構造を単純化してSRAMセルが製造できる。従って、単位メモリセルの占有する面積を著しく縮められ高集積化に有利であるのみならず、複雑な構造の活性領域で必ず生ずるバーズビクによる活性領域侵食現象(富士通社の前記論文に記述されている)が減らせるのでメモリセルの信頼性および工程マージンを増加する。
【0008】
しかし、前記論文によれば、駆動トランジスタのゲートと同一の層で形成され、伝送トランジスタのゲートの役割を果たし、かつ隣り合うメモリセルと連続に連結されるワードラインを有するメモリセルを構成する場合において、駆動トランジスタおよび伝送トランジスタのゲートとワードラインは同一導電層をパタニングして形成される。従って、一つのメモリセルの上下側に配置されるワードライン間に駆動トランジスタのゲートを配置する場合、前記ワードラインと駆動トランジスタのゲート間のピッチによりメモリセルの面積が定められる。
【0009】
このようにワードラインを駆動トランジスタのゲートと同一層で形成し、隣り合うメモリセルと連続に連結されるよう配置する場合、SRAM装置の高集積化に必須のセル面積の減少を達成しにくい。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は伝送トランジスタのゲートとワードラインが相異なる導電層より形成される半導体メモリ装置を提供することである。
本発明の他の目的は従来のデザインルールを以て単位メモリセルが占有する面積が最小化できる半導体メモリ装置を提供することである。
【0011】
本発明のさらに他の目的は前記目的を達成するに適合した半導体メモリ装置の製造方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的および他の目的を達成するために本発明は、第1メモリセルを備える半導体メモリ装置であって、前記第1メモリセルは、半導体基板と、前記半導体基板に形成されている第1導電層と、前記第1導電層に形成されているゲートをそれぞれ有している第1伝送トランジスタおよび第2伝送トランジスタと、前記第1伝送トランジスタおよび前記第2伝送トランジスタの各ゲート上に形成され、前記第1伝送トランジスタおよび前記第2伝送トランジスタの各ゲートにそれぞれ内部において接触する第1コンタクトホールおよび第2コンタクトホールを有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成されている第2導電層と、前記第2導電層から形成されている第1ワードラインおよび第2ワードラインとを備え、前記第1ワードラインは前記第1伝送トランジスタのゲートに前記第1コンタクトホールを介して接続し、前記第2ワードラインは前記第2伝送トランジスタのゲートに前記第2コンタクトホールを介して接続していることを特徴とする半導体メモリ装置を提供する。
【0015】
そして、本発明の目的および他の目的は、半導体基板にフィールド酸化膜を形成して第1活性領域および第2活性領域を限定する段階と、結果物の全面に第1ゲート絶縁膜を形成する段階と、前記第1ゲート絶縁膜上に第1導電層を沈積してからこれをパタニングすることにより、前記第1活性領域を横切り片側に隣り合うメモリセルの第1伝送トランジスタのゲートと連結される第1伝送トランジスタのゲート、前記第1活性領域を横切りながら前記第1伝送トランジスタのゲートの垂直方向に配置される第1駆動トランジスタのゲート、前記第2活性領域を横切りながら他の側に隣り合うメモリセルの第2伝送トランジスタのゲートと連結される第2伝送トランジスタのゲート、前記第2活性領域を横切りながら前記第2伝送トランジスタのゲートに垂直方向に配置される第2駆動トランジスタのゲートを形成する段階と、結果物の全面に不純物をイオン注入して前記トランジスタのソース領域およびドレイン領域を形成する段階と、結果物の全面に第1絶縁層を形成する段階と、前記第1絶縁層を部分的に除去することにより前記第1伝送トランジスタのゲート上に第1コンタクトホール、前記第1駆動トランジスタのソース領域上に第2コンタクトホール、前記第2駆動トランジスタのソース領域上に第3コンタクトホールおよび前記第2伝送トランジスタのゲート上に第4コンタクトホールを形成する段階と、結果物の全面に第2導電層を沈積してからこれをパタニングすることにより前記第1コンタクトホールを埋め込み前記第1伝送トランジスタのゲートに平行方向に配置される第1ワードライン、前記第2および第3コンタクトホールを埋め込み前記第1ワードラインに平行方向に配置される第1一定電源線、および前記第4コンタクトホールを埋め込み前記第2伝送トランジスタのゲートに平行方向に配置される第2ワードラインを形成する段階を備えることを特徴とする半導体メモリ装置の製造方法により達成される。
【0016】
ここで、前記負荷素子としてPMOS TFTまたは高抵抗の多結晶シリコンが使え、第1導電層および第2導電層を構成する構成物質で多結晶シリコンまたは多結晶シリコンとシリサイドが積層された構造を用いる。
また、PMOS TFTの構成は下部ゲート構造、上部ゲート構造あるいは下部ゲートと上部ゲートを同時に有する二重ゲート構造のうちいずれか一つが選択されうる。
【0017】
【作用】
本発明は伝送トランジスタのゲートとワードラインを相異なる導電層で形成し、伝送トランジスタのゲートを各メモリセル単位に分離させ、前記ワードラインを通じて互いに分離された伝送トランジスタのゲートを連結する。
また、前記伝送トランジスタのゲートを前記ワードライン方向に転写する時、前記伝送トランジスタのゲートが前記駆動トランジスタのゲートと交差するよう配置する。
【0018】
従って、従来のデザインルールにおいてもメモリセルの面積を著しく減少させることができ、レイアウトマージンを増加させ信頼性のあるメモリセルが具現できる。
【0019】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を添付した図面に基づき詳細に説明する。
図2〜図11は本発明によるSRAMセル2個を左右に配置したレイアウト図であって、各レイアウトにおいて斜線を引いた部分は一枚のマスクに描かれるマスクパターンを意味する。また、図12〜図21および図22〜図31はそれぞれ前記図2〜図11のA−A線およびB−B線を切って見た断面図であって、前記各レイアウトに描かれたマスクパターンを用いてSRAMセルを製造する工程を示す。
【0020】
図2、図12および図22は第1活性領域1Aおよび第2活性領域1Bを形成するためのマスクパターン100および102を用いてフィールド酸化膜12を形成する段階を示す。
半導体基板10上に前記パッド酸化膜(図示せず)および窒化膜パターン(図示せず)を順次に形成した後、通常の選択酸化工程で前記窒化膜パターンにより露出された基板を酸化してフィールド酸化膜12を形成することにより、第1活性領域1Aおよび第2活性領域1Bをそれぞれ限定する。次いで、前記窒化膜パターンおよびパッド酸化膜の全てを取り除く。
【0021】
ここで、前記第1および第2活性領域1A、1Bは隣り合うメモリセルとセルの縁を基準にして対称に形成され、各メモリセル自体にも対称に形成される。
図3、図13および図23は第1伝送トランジスタのゲート14、第1駆動トランジスタのゲート16、第2駆動トランジスタのゲート18(図23)および第2伝送トランジスタのゲート(図示せず)を形成するための各対応マスクパターン110、112、114および116を用いて第1伝送トランジスタ、第1駆動トランジスタ、第2伝送トランジスタおよび第2駆動トランジスタを形成する段階を示す。
【0022】
前記フィールド酸化膜12の形成された半導体基板10の全面に、第1および第2伝送トランジスタと第1および第2駆動トランジスタのゲート絶縁膜13を形成した後、前記ゲート絶縁膜13上に導電物質、例えば多結晶シリコンあるいは多結晶シリコンとシリサイドが積層された物質を沈積して第1導電層(図示せず)を形成する。次いで、前記マスクパターン110、112、114および116を用いた写真食刻工程で前記第1導電層をパタニングすることにより第1伝送トランジスタのゲート14、第1駆動トランジスタのゲート16、第2駆動トランジスタのゲート18および第2伝送トランジスタのゲート(図示せず)をそれぞれ形成する。前記第1伝送トランジスタのゲート14はメモリセルの縁に形成され、前記第1活性領域(図12の1A)を横切り、片側に隣り合うメモリセルの第1伝送トランジスタのゲートと連結され、連結されたそれぞれが他の隣り合うメモリセルのゲートとは分離される。前記第1駆動トランジスタのゲート16はメモリセルの中心部に形成され、前記第1活性領域を横切り、前記第1伝送トランジスタのゲート14に対して垂直方向に配置される。前記第2駆動トランジスタのゲート18はメモリセルの中心部に形成され、前記第2活性領域(図12の1B)を横切り、前記第1駆動トランジスタのゲート16に対して平行に配置される。前記第2伝送トランジスタのゲート(図3の左右下隅に対応)はメモリセルの縁に形成され、前記第2活性領域を横切り、他の側に隣り合うメモリセルの第2伝送トランジスタのゲートと連結され、連結されたそれぞれが他の隣り合うメモリセルとは分離される。
【0023】
次いで、前記トランジスタのゲートの形成された結果物の全面に不純物、例えば燐またはひ素をイオン注入して第1伝送トランジスタのソース領域(あるいはドレイン領域)20およびドレイン領域(あるいはソース領域)22、第1駆動トランジスタのソース領域(図示せず)およびドレイン領域20、第2駆動トランジスタのソース領域(図示せず)およびドレイン領域(図示せず)、第2伝送トランジスタのソース領域(あるいはドレイン領域、図示せず)およびドレイン領域(あるいはソース領域)24を形成することによりそれぞれのトランジスタを完成する。
【0024】
ここで、第1伝送トランジスタのソース領域20とドレイン領域22、および第1駆動トランジスタのソース領域およびドレイン領域20は第1活性領域に形成され、前記第1伝送トランジスタのソース領域と第1駆動トランジスタのドレイン領域は共有される。そして、第2駆動トランジスタのソース領域とドレイン領域、および第2伝送トランジスタのソース領域およびドレイン領域24は第2活性領域に形成され、前記第2駆動トランジスタのドレイン領域と第2伝送トランジスタのソース領域は共有される。
【0025】
前記図1に示した従来のSRAMセルのレイアウトと図3に示した本発明のレイアウトを比較すれば次の通りである。
前記図1のレイアウトは伝送トランジスタのゲートがメモリセルの上下側の縁にそれぞれ形成され、メモリセルアレイの全体にかけて隣り合うメモリセルと連結される構造を有する。反面、前記図3のレイアウトはメモリセルの上側に形成される伝送トランジスタのゲートが片側に隣り合うメモリセルの上側に形成される伝送トランジスタのゲートと連結され、メモリセルの下側に形成される伝送トランジスタのゲートが他の側に隣り合うメモリセルの下側に形成される伝送トランジスタのゲートと連結され、連結されたそれぞれが他の隣り合うメモリセルとは分離される構造で形成される。
【0026】
すなわち、本発明のレイアウトによれば、通常のデザインルールでもメモリセルの面積を左右する伝送トランジスタおよび駆動トランジスタのゲートが占有する面積が減少できるので、単位セルの面積を減少し工程マージンを増加させうる。
図4、図14および図24は第1〜第4コンタクトホールを形成するためのマスクパターン120、122、124および126を用いて、第1ワードラインを第1伝送トランジスタのゲート14と連結するための第1コンタクトホール1、第1一定電源線を第1駆動トランジスタのソース領域と連結するための第2コンタクトホール(図示せず)、第1一定電源線を第2駆動トランジスタのソース領域に連結するための第3コンタクトホール(図示せず)、および第2ワードラインを第2伝送トランジスタのゲートと連結するための第4コンタクトホール(図示せず)を形成する段階を示す。
【0027】
前記トランジスタが形成された結果物の全面に第1絶縁層28を形成してから前記マスクパターン120、122、124および126を用いた写真食刻工程で前記第1絶縁層28を部分的に取り除くことにより、第1伝送トランジスタのゲート14の表面を露出させる第1コンタクトホール1、第1駆動トランジスタのソース領域の表面を露出させる第2コンタクトホール、第2駆動トランジスタのソース領域の表面を露出させる第3コンタクトホール、第2伝送トランジスタのゲートの表面を露出させる第4コンタクトホールをそれぞれ形成する。
【0028】
ここで、前記第1絶縁層28は前記トランジスタのゲートを後続工程で形成されるワードラインから絶縁させるために提供され、高温酸化膜HTOのような酸化膜を単一層に沈積して形成でき、前記高温酸化膜上に、例えばBPSGのような絶縁物質を積層してその表面をも平坦化しうる。
図5、図15および図25は第1および第2ワードラインと第1一定電源線を形成するためのマスクパターン130、132および134を用いて前記第1ワードライン30、第1一定電源線32および第2ワードライン34を形成する段階を示す。
【0029】
前記第1〜第4コンタクトホールの形成された結果物の全面に導電物質、例えば多結晶シリコンあるいは多結晶シリコンとシリサイドが積層された物質を沈積して第2導電層(図示せず)を形成する。次いで、前記マスクパターン130、132および134を用いた写真食刻工程で前記第2導電層をパタニングすることにより、前記第1ワードライン30、第1一定電源線32および第2ワードライン34を形成する。前記第1ワードライン30、第1一定電源線32および第2ワードライン34を形成する。前記第1ワードライン30は第1コンタクトホール(図14の1)を通じて第1伝送トランジスタのゲート14と連結され、前記第2ワードライン34は第4コンタクトホールを通じて第2伝送トランジスタのゲートに連結される。前記第1一定電源線32は前記第2および第3コンタクトホールを通じてそれぞれ第1および第2駆動トランジスタのソース領域に連結される。ここで、前記第1一定電源線は接地線となる。
【0030】
前記図15に示した通り、前記第1および第2伝送トランジスタと第1および第2駆動トランジスタのゲートは前記ゲート絶縁膜13上に配置され、前記第1および第2ワードライン30、34は前記トランジスタのゲート上に形成された前記第1絶縁層28上に配置される。
ここで、前記第1および第2ワードライン30、34はそれぞれ前記第1および第2伝送トランジスタのゲートに連結されるので、伝送トランジスタのゲートとワードラインを同一層で形成した従来の方法のようなメモリセル回路が可能なことは勿論である。
【0031】
前記図1で説明した従来の方法においては、ワードラインと伝送トランジスタおよび駆動トランジスタのゲートが同一導電層をパタニングして形成されるので、前記ワードラインと駆動トランジスタのゲートとの間のピッチによりメモリセルの面積が制限される問題点があった。一方、本発明は前述した通り、第1導電層で伝送トランジスタのゲートを形成しながら前記ゲートを各メモリセル単位に分離させた後、第2導電層でワードラインを形成して前記ワードラインが互いに分離された伝送トランジスタのゲートを連結させる。従って、メモリセルの面積を最大に減少させうる。
【0032】
図6、図16および図26は第5〜第8コンタクトホールを形成するためのマスクパターン140、142、144および146を用いて、第1パッドを前記第1伝送トランジスタのドレイン領域22に連結するための第5コンタクトホール(図示せず)、第2PMOS TFTのゲートを前記第2駆動トランジスタのゲート18および第1駆動トランジスタのドレイン領域20(あるいは第1伝送トランジスタのソース領域)に連結するための第6コンタクトホール2、第1PMOS TFTのゲートを前記第1駆動トランジスタのゲート16および第2駆動トランジスタのドレイン領域(あるいは第2伝送トランジスタのソース領域)に連結するための第7コンタクトホール(図示せず)および第2パッドを前記第2伝送トランジスタのドレイン領域24に連結するための第8コンタクトホール3を形成する段階を示す。
【0033】
前記第1および第2ワードライン30、34と第1一定電源線32の形成された結果物の全面に第2絶縁層36を形成した後、前記マスクパターン140、142、144および146を用いた写真食刻工程で前記第2絶縁層36を部分的に取り除くことにより、前記第1伝送トランジスタのドレイン領域22の表面を露出させる第5コンタクトホール、第2駆動トランジスタのゲート18および第1駆動トランジスタのドレイン領域の表面を露出させる第6コンタクトホール2、第1駆動トランジスタのゲート16および第2駆動トランジスタのドレイン領域の表面を露出させる第7コンタクトホールおよび第2伝送トランジスタのドレイン領域24の表面を露出させる第8コンタクトホール3を形成する。
【0034】
ここで、前記第2絶縁層36は高温酸化膜のような酸化膜を単一層で沈積して形成でき、前記高温酸化膜上にBPSGのような絶縁物質を積層してその表面を平坦化させうる。
図7、図17および図27は第1および第2パッドと第1および第2PMOSTFTのゲートを形成するためのマスクパターン150、152、154および156を用いて、第1パッド40、第2PMOS TFTのゲート42、第1PMOS TFTのゲート44および第2パッド46を形成する段階を示す。
【0035】
前記第5〜第8コンタクトホールの形成された結果物の全面に導電物質、例えば多結晶シリコンを沈積した後、前記マスクパターン150、152、154および156を用いた写真食刻工程で前記多結晶シリコンをパタニングすることにより、第1パッド40、第2PMOS TFTのゲート42、第1PMOS TFTのゲート44および第2パッド46を形成する。前記第1パッド40は前記第5コンタクトホールを通じて第1伝送トランジスタのドレイン領域22と連結され、後続工程で形成される第1ビットラインと接触し前記第1ワードライン30に対して平行方向に配置される。前記第2PMOS TFTゲート42は前記第6コンタクトホール2を通じて第2駆動トランジスタのゲート18および第1駆動トランジスタのドレイン領域20または第1伝送トランジスタのソース領域20に連なり、前記第1パッド40に対して平行方向に配置される。前記第1PMOS TFTのゲート44は前記第7コンタクトホールを通じて第1駆動トランジスタのゲート16および第2駆動トランジスタのドレイン領域または第1伝送トランジスタのソース領域に連なり、前記第1パッド40に対して平行方向に配置される。
【0036】
前記第2パッド46は前記第8コンタクトホール3を通じて第2伝送トランジスタのドレイン領域24に連なり、前記第1パッド40に対して平行方向に配置され、後続工程で形成される第2ビットラインと接触する。
ここで、前記第1PMOS TFTのゲート44は第2駆動トランジスタのゲート18を横切り、これに対して垂直方向に配置され、前記第2PMOS TFTのゲート42は第1駆動トランジスタのゲート16を横切りこれに対して垂直方向に配置される。
【0037】
図8、図18および図28は第9および第10コンタクトホールを形成するためのマスクパターン160および162を用いて、第1PMOS TFTのドレイン領域を前記第1伝送トランジスタのソース領域(あるいは第1駆動トランジスタのドレイン領域)、第2PMOS TFTのゲート42および第2駆動トランジスタのゲート18に連結するための第9コンタクトホール4および第2PMOS TFTのドレイン領域を前記第2伝送トランジスタのソース領域(あるいは第2駆動トランジスタのドレイン領域)、第1PMOS TFTのゲート44および第1駆動トランジスタのゲート16に連結するための第10コンタクトホール(図示せず)を形成する段階を示す。
【0038】
前記第1パッド40、第2PMOS TFTのゲート42、第1PMOS TFTのゲート44および第2パッド46が形成された結果物の全面に、例えば高温酸化膜のような酸化膜を薄く沈積して第1および第2PMOS TFTのゲート絶縁膜48を形成する。次いで、前記マスクパターン160および162を用いた写真食刻工程で前記ゲート絶縁膜48を部分的に取り除くことにより、前記第2PMOS TFTのゲート42の表面を露出させる第9コンタクトホール4および前記第1PMOS TFTのゲート44の表面を露出させる第10コンタクトホールを形成する。
【0039】
図9、図19および図29は第1PMOS TFTの活性領域と第2一定電源線および第2PMOS TFTの活性領域と第3一定電源線を形成するためのマスクパターン170および172を用いて、前記第1PMOS TFTのドレイン領域50、ソース領域52およびチャネル領域54と、前記第2PMOS TFTのドレイン領域、ソース領域およびチャネル領域(図示せず)と、第2一定電源線52および第3一定電源線56を形成する段階を示す。
【0040】
前記第9および第10コンタクトホールの形成された結果物の全面に、例えばアモルファスシリコンを沈積した後、前記マスクパターン170および172を用いた写真食刻工程で前記アモルファスシリコンをパタニングすることにより、第1PMOS TFTの活性領域、第2PMOS TFTの活性領域、第2一定電源線および第3一定電源線をそれぞれ形成する。次いで、前記第1および第2PMOS TFTのチャネル領域となる領域(すなわち、第1および第2PMOSTFTのゲート上部)を除いた領域に不純物、たとえばボロンをイオン注入することにより、前記第1PMOS TFTの活性領域をドレイン領域50、ソース領域52およびチャネル領域54に区分し、第2PMOS TFTの活性領域もやはりドレイン領域、ソース領域およびチャネル領域に区分する。
【0041】
ここで、前記第2一定電源線52は第1PMOS TFTのソース領域52に連結され、第2ワードライン34に対して平行方向に配置されるよう形成され、前記第1PMOS TFTの活性領域は前記第2一定電源線52と連結され、第2ワードライン34に対して垂直方向に配置される。そして、前記第3一定電源線56は第2PMOS TFTのソース領域(図示せず)に連なり、第1ワードライン30に対して平行方向に配置されるよう形成され、前記第2PMOS TFTの活性領域は前記第3一定電源線56と連結され、第1ワードライン30に対して垂直方向に配置される。
【0042】
図10、図20および図30は第11および第12コンタクトホールを形成するためのマスクパターン180および182を用いて、第1ビットラインを前記第1パッド40に連結するための第11コンタクトホール5および第2ビットラインを第2パッド46に連結するための第12コンタクトホール(図示せず)を形成する段階を示す。
【0043】
前記第1および第2PMOS TFTの形成された結果物の全面に第3絶縁層60を形成した後、前記マスクパターン180および182を用いた写真食刻工程で前記第3絶縁層60を部分的に取り除くことにより、前記第1パッド40の表面を露出させる第11コンタクトホール5および前記第2パッド46の表面を露出させる第12コンタクトホールを形成する。
【0044】
ここで、前記第3絶縁層60は高温酸化膜のような酸化膜を単一層で沈積して形成でき、前記高温酸化膜上にBPSGのような絶縁物質を積層してその表面を平坦化せうる。
図11、図21および図31は第1および第2ビットラインを形成するためのマスクパターン190および192を用いて第1ビットライン62および第2ビットライン64を形成する段階を示す。
【0045】
前記第11および第12コンタクトホールの形成された結果物の全面に金属物質、例えばアルミニウムを沈積した後、前記マスクパターン190および192を用いた写真食刻工程で前記アルミニウムをパタニングすることにより、第1ビットライン62および第2ビットライン64を形成する。前記第1ビットライン62は前記第11コンタクトホール5を通じて第1パッド40と接触して第1伝送トランジスタのドレイン領域22と連結され、前記第2ビットライン64は前記第12コンタクトホールを通じて第2パッド46と接触して第2伝送トランジスタのドレイン領域24と連結される。
【0046】
ここで、前記第1および第2ビットライン62、64は前記第1および第2ワードライン30、34に対して垂直方向に配置される。
前記図2〜図11、図12〜図21および図22〜図31は負荷素子として下部ゲート構造のPMOS TFTを用いた場合のSRAMセルのレイアウト図および断面図をそれぞれ示しているが、負荷素子として前記下部ゲート構造のPMOS TFTの他、上部ゲート構造のPMOS TFT、または二重ゲート構造のPMOS TFTが使用できることはもちろんである。これは本発明が伝送トランジスタのゲートとワードラインを相異なる層で形成して単位メモリセルが占有する面積を最小化することを特徴とするからである。
【0047】
従って、前述したように本発明は、伝送トランジスタのゲートを各メモリセル単位に分離させ、前記伝送トランジスタのゲートとは異なる導電層でワードラインを形成して、前記ワードラインが互いに分離された伝送トランジスタのゲートを連結させる。
前記ワードラインは前記伝送トランジスタのゲートを前記ワードラインから絶縁させるための絶縁層上に形成され、前記ワードラインと伝送トランジスタのゲートは前記絶縁層に形成されたコンタクトホールを通じて電気的に接続される。
【0048】
また、各メモリセルは隣り合うメモリセルと対称構造で形成され、それぞれも対称構造で形成される。
【0049】
【発明の効果】
従って、従来のデザインルールにおいてもメモリセルの面積を著しく減少でき、レイアウトマージンを増加して信頼性のあるメモリセルを具現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は伝送トランジスタのゲートとワードラインを同一層で形成した従来の半導体メモリ装置のレイアウト図である。
【図2】伝送トランジスタのゲートとワードラインをそれぞれ異なる層で形成した本発明による半導体メモリ装置のレイアウト図である。
【図3】伝送トランジスタのゲートとワードラインをそれぞれ異なる層で形成した本発明による半導体メモリ装置のレイアウト図である。
【図4】伝送トランジスタのゲートとワードラインをそれぞれ異なる層で形成した本発明による半導体メモリ装置のレイアウト図である。
【図5】伝送トランジスタのゲートとワードラインをそれぞれ異なる層で形成した本発明による半導体メモリ装置のレイアウト図である。
【図6】伝送トランジスタのゲートとワードラインをそれぞれ異なる層で形成した本発明による半導体メモリ装置のレイアウト図である。
【図7】伝送トランジスタのゲートとワードラインをそれぞれ異なる層で形成した本発明による半導体メモリ装置のレイアウト図である。
【図8】伝送トランジスタのゲートとワードラインをそれぞれ異なる層で形成した本発明による半導体メモリ装置のレイアウト図である。
【図9】伝送トランジスタのゲートとワードラインをそれぞれ異なる層で形成した本発明による半導体メモリ装置のレイアウト図である。
【図10】伝送トランジスタのゲートとワードラインをそれぞれ異なる層で形成した本発明による半導体メモリ装置のレイアウト図である。
【図11】伝送トランジスタのゲートとワードラインをそれぞれ異なる層で形成した本発明による半導体メモリ装置のレイアウト図である。
【図12】前記図2のレイアウト図のA−A線を切ってみた本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図13】前記図3のレイアウト図のA−A線を切ってみた本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図14】前記図4のレイアウト図のA−A線を切ってみた本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図15】前記図5のレイアウト図のA−A線を切ってみた本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図16】前記図6のレイアウト図のA−A線を切ってみた本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図17】前記図7のレイアウト図のA−A線を切ってみた本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図18】前記図8のレイアウト図のA−A線を切ってみた本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図19】前記図9のレイアウト図のA−A線を切ってみた本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図20】前記図10のレイアウト図のA−A線を切ってみた本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図21】前記図11のレイアウト図のA−A線を切ってみた本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図22】前記図2のレイアウト図のB−B線を切って見た本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図23】前記図3のレイアウト図のB−B線を切って見た本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図24】前記図4のレイアウト図のB−B線を切って見た本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図25】前記図5のレイアウト図のB−B線を切って見た本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図26】前記図6のレイアウト図のB−B線を切って見た本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図27】前記図7のレイアウト図のB−B線を切って見た本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図28】前記図8のレイアウト図のB−B線を切って見た本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図29】前記図9のレイアウト図のB−B線を切って見た本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図30】前記図10のレイアウト図のB−B線を切って見た本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図31】前記図11のレイアウト図のB−B線を切って見た本発明による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
10 半導体基板
12 フィールド酸化膜
13 ゲート絶縁膜
14 第1伝送トランジスタのゲート
16 第1駆動トランジスタのゲート
18 第2駆動トランジスタのゲート
28 第1絶縁層
30 第1ワードライン
34 第2ワードライン
36 第2絶縁層
Claims (6)
- 第1伝送トランジスタと第1駆動トランジスタとから構成される第1インバータ及び第2伝送トランジスタと第2駆動トランジスタとから構成される第2インバータとがフリップフロップをなすとともに、第1負荷素子と第1駆動トランジスタとから構成される第3インバータ及び第2負荷素子と第2駆動トランジスタとから構成される第4インバータがフリップフロップに連結されるメモリセルを備える半導体メモリ装置であって、
前記メモリセルは、半導体基板上にフィールド酸化膜により限定された第1活性領域及び第2の活性領域を有し、且つ隣り合うメモリセルとフィールド酸化膜により分離されて形成され、
前記第1伝送トランジスタ及び前記第2伝送トランジスタ、ならびに前記第1駆動トランジスタ及び前記第2駆動トランジスタは、ゲート絶縁膜上に形成されたゲートを有し、
前記第1伝送トランジスタのゲートは前記第1活性領域を横切るように配置され、且つ前記第1駆動トランジスタのゲートは前記第1活性領域を横切りながら前記第1伝送トランジスタのゲートの垂直方向に配置され、
前記第2伝送トランジスタのゲートは前記第2活性領域を横切るように配置され、且つ前記第2駆動トランジスタのゲートは前記第2活性領域を横切りながら前記第2伝送トランジスタのゲートの垂直方向に配置され、
前記第1伝送トランジスタ及び前記第2伝送トランジスタ、ならびに前記第1駆動トランジスタ及び第2駆動トランジスタ上に絶縁層が形成され、
前記絶縁層上には、前記絶縁層に形成された第1のコンタクトホールを通じて前記第1伝送トランジスタのゲートに電気的に接続される第1のワードライン、及び前記第1のワードラインと平行方向に延在し、前記絶縁層に形成された第2のコンタクトホールを通じて前記第2伝送トランジスタのゲートに電気的に接続される第2のワードラインが形成され、
前記第1伝送トランジスタのゲートは前記第1のワードラインと平行な第1の方向において隣り合う第1のメモリセルの第1伝送トランジスタのゲートと連結され、且つ前記第2伝送トランジスタのゲートは前記第1の方向と反対の第2の方向において隣り合う第2のメモリセルの第2伝送トランジスタのゲートと連結され、
前記第1伝送トランジスタのゲートは前記第2のメモリセルの第1伝送トランジスタのゲートとは直接接続されておらず、前記第2伝送トランジスタのゲートは前記第1のメモリセルの第2伝送トランジスタのゲートとは直接接続されていないことを特徴とする半導体メモリ装置。 - 請求項1記載の半導体メモリ装置の製造方法であって、
半導体基板にフィールド酸化膜を形成して第1活性領域及び第2活性領域を限定する段階と、
結果物の全面に第1ゲート絶縁膜を形成する段階と、
前記第1ゲート絶縁膜上に第1導電層を沈積してからこれをパタニングすることにより、前記第1活性領域を横切るように配置される第1伝送トランジスタのゲート、前記第1活性領域を横切るように配置され前記第1伝送トランジスタのゲートの垂直方向に配置される第1駆動トランジスタのゲート、前記第2活性領域を横切るように配置される第2伝送トランジスタのゲート、及び前記第2活性領域を横切るように配置され前記第2伝送トランジスタのゲートの垂直方向に配置される第2駆動トランジスタのゲートを形成する段階と、
結果物の全面に不純物をイオン注入して前記トランジスタのソース領域及びドレイン領域を形成する段階と、
結果物の全面に第1絶縁層を形成する段階と、
前記第1絶縁層を部分的に除去することにより前記第1伝送トランジスタのゲート上に第1コンタクトホール、前記第1駆動トランジスタのソース領域上に第2コンタクトホール、前記第2駆動トランジスタのソース領域上に第3コンタクトホール及び前記第2伝送トランジスタのゲート上に第4コンタクトホールを形成する段階と、
結果物の全面に第2導電層を沈積してからこれをパタニングすることにより前記第1コンタクトホールを埋め込み前記第1伝送トランジスタのゲートに平行方向に配置される第1ワードライン、前記第2及び第3コンタクトホールを埋め込み前記第1ワードラインに平行方向に配置される第1一定電源線、及び前記第4コンタクトホールを埋め込み前記第2伝送トランジスタのゲートに平行方向に配置される第2ワードラインを形成する段階と、
を備えることを特徴とする半導体メモリ装置の製造方法。 - 前記第1導電層及び第2導電層を構成する物質として多結晶シリコンまたは多結晶シリコンとシリサイドが積層された構造の導電物質を用いることを特徴とする請求項2項記載の半導体メモリ装置の製造方法。
- 前記第1ワードライン、第1一定電源線及び第2ワードラインを形成する段階後、
結果物の全面に第2絶縁層を形成する段階と、
前記第2絶縁層を部分的に除去することにより前記第1伝送トランジスタのドレイン領域上に第5コンタクトホール、前記第1伝送トランジスタのソース領域または前記第1駆動トランジスタのドレイン領域及び第2駆動トランジスタのゲート上に第6コンタクトホール、前記第2伝送トランジスタのソース領域または前記第2駆動トランジスタのドレイン領域及び前記第1駆動トランジスタのゲート上に第7コンタクトホール、及び前記第2伝送トランジスタのドレイン領域上に第8コンタクトホールを形成する段階と、
結果物の全面に第3導電層を沈積した後パタニングすることにより、前記第5コンタクトホールを埋め込み前記第1ワードラインに対して平行方向に配置される第1パッド、前記第6コンタクトホールを埋め込み前記第1一定電源線に対して平行方向に配置される第2PMOS TFTのゲート、前記第7コンタクトホールを埋め込み前記第1一定電源線に対して平行方向に配置される第1PMOS TFTのゲート、及び前記第8コンタクトホールを埋め込み前記第2ワードラインに対して平行に配置される第2パッドを形成する段階と、
結果物の全面に前記第2ゲート絶縁膜を形成する段階と、
前記第2ゲート絶縁膜を部分的に除去することにより、前記第2PMOS TFT及び第1PMOS TFTのゲート上にそれぞれ第9コンタクトホール及び第10コンタクトホールを形成する段階と、
結果物の全面に第4導電層を沈積した後パタニングすることにより、前記第9コンタクトホールを埋め込み前記第1PMOS TFTのゲートを横切る第1PMOS TFTの活性領域、前記第1PMOS TFTの活性領域と連結され前記第2ワードラインに対して平行方向に配置される第2一定電源線、前記第10コンタクトホールを埋め込み前記第2PMOS TFTのゲートを横切る第2PMOS TFTの活性領域、前記第2PMOS TFTの活性領域と連結され前記第1ワードラインに対して平行方向に配置される第3一定電源線を形成する段階と、
結果物の全面に第3絶縁層を形成する段階と、
前記第3絶縁層を部分的に除去することにより、前記第1パッド及び第2パッド上にそれぞれ第11コンタクトホール及び第12コンタクトホールを形成する段階と、
結果物の全面に第5導電層を沈積した後パタニングすることにより、前記第11コンタクトホールを埋め込み前記第1ワードラインに対して垂直方向に配置される第1ビットライン、及び前記第12コンタクトホールを埋め込み前記第2ワードラインに対して垂直方向に配置される第2ビットラインを形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項2項記載の半導体メモリ装置の製造方法。 - 前記第1絶縁層、第2絶縁層及び第3絶縁層はその表面が平坦化していることを特徴とする請求項4項記載の半導体メモリ装置の製造方法。
- 前記第1PMOS TFT及び第2PMOS TFTの活性領域を高抵抗の多結晶シリコンよりなった負荷素子に代替可能なことを特徴とする請求項4項記載の半導体メモリ装置の製造方法。
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