JPH02172273A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH02172273A
JPH02172273A JP63325825A JP32582588A JPH02172273A JP H02172273 A JPH02172273 A JP H02172273A JP 63325825 A JP63325825 A JP 63325825A JP 32582588 A JP32582588 A JP 32582588A JP H02172273 A JPH02172273 A JP H02172273A
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内堀 清文
Norio Suzuki
範夫 鈴木
Makoto Motoyoshi
真 元吉
Atsuyoshi Koike
淳義 小池
Toshiaki Yamanaka
俊明 山中
Yoshio Sakai
芳男 酒井
Shigeru Honjo
本城 繁
Osamu Minato
湊 修
Toru Kaga
徹 加賀
Naotaka Hashimoto
直孝 橋本
Koji Hashimoto
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路装置に関し、特にCMOSタ
イプのメモリセルで構成したSRAMを有する半導体集
積回路装置に適用して有効な技術である。
〔従来の技術〕
0MO8型のSRAMのメモリセルは2個のnチャネル
駆動用MIO8FETと2個のpチャネル負荷用MIS
FETからなるインバータ回路をそれぞれ交差接続して
成るフリップフロップ回路と、このフリップフロップ回
路の2つの記憶ノードに接続されているnチャネルの転
送用MISFETで構成されており、フリップフロップ
回路には電源電圧VCCと接地電位が供給されており、
各々の転送用MI 5FETのドレインには1対のデー
タ巌が接続されており、共通ゲートはワード線となりて
いる。このようなSRAMのメそリセルの動作はよく知
られているように、ワード線な立ち上げ、転送用MIS
FETを介してデータ線から′″High”またはLo
w″の情報を記憶ノードに記憶させたり、逆に記憶ノー
ドの状態を読み出すことによりスタテック記憶装置とし
て機能している。なおこのような0M08回路を有する
SRAMのメモリセルは待期時はMI 5FETのリー
ク′嬢流がメモリセルに流れるだけできわめて消費電力
が低いという特徴を有している。
しかしながら、0MO8型のSRAMのメモリセルは、
合計6個のMI 5FETで1個のメモリセルを構成す
る為に、チップサイズが太き(なってしまうという問題
点がある。このような問題点を解決するために、スタッ
クド シーモス(S taeked CMOS )と呼
ばれるメモリセルが、IEEE  TRANSACTI
ONS  ON  ELECTRON  I)EVIC
ES、VOL、ED−32,l’に2  FEBRUA
RY  1985.p、273−277  に記載され
ている。この’ 5tacked CMO8”と呼ばれ
るメモリセルは、フリップフロップ回路のPチャンネル
の負荷用MISFETをnチャンネルの駆動用MISF
ET上のポリシリコン膜に形成したものである。さらに
、このメモリセルについて第24.25図を用いて説明
すると、シリコン基板内に形成されたnチャネルの駆動
用MISFETのゲート電極3bの上部および1111
面は少なくとも薄い絶縁膜14で覆われており、さらに
その上部および側面にはポリシリコン膜が設けられてお
り、上記ポリシリコン膜中にpチャネルの負荷用MIS
FETのソース5e、  ドレイン5b、チャネル部5
dが形成されている。さらに上記pチャネルの負荷用M
ISFETのゲート電極は、チャネル部5dの直下にあ
るnチャンネルの駆動用MISFETのゲート電極3b
と共通であり、上記pチャンネルの負荷用MISFET
のチャネル部5dはnチャンネルの駆動用MISFET
のゲート電極3b上に形成されており、薄い絶縁膜14
はpチャネルMISFETのゲート絶縁膜となっている
そしてクリップ・フロップ回路の駆動用MISFETは
共通ソースを形成しているn型不純物領域1eとドレイ
ンを形成しているn型不純物領域1c、ldおよびゲー
ト’1ft(極3b、3cにより構成されている。また
、それぞれのゲート電極3b。
3cは接続孔2b、2aを通して互いのドレイン側の不
純物領域に交差接続されている。さらに、それぞれの駆
動用MISFETのドレインを形成しているn型不純物
領域1c、ldは、フリップフロップ回路に接続される
nチャネルの転送用MISFETのソースと共通で、フ
リップフロップ回路の記憶ノードを構成しており、上記
転送用MI 5FETは上記ソース不純物領域と共通ゲ
ート電極3aおよびドレインを形成しているn型不純物
領域1a、Ibにより構成されている。また、上記n型
不純物領域1a、lbには接続孔8a。
8bを介してアルミニウム電極9a、9bに接続されて
いる。なお、共通グー)IW&3aはメモリ内のワード
線を構成し、アルミニウム電極9a。
9bはデータ線をそれぞれ構成している。また、pチャ
ネルの負荷用MISFETのドレインを形成しているp
捜不純物が高濃度に添加された低抵抗ポリシリコン膜5
a、5bおよび駆動用MISFETのゲート電極3b、
3c上にはそれぞれの領域が共通に露出されるような接
続孔8e、8fが開孔され【おり、アルミニウム電極9
c、9dによりポリシリコン膜5aとゲート電極3bお
よびポリシリコン膜5bとゲート電極3Cがそれぞれ接
続されている。さらにpチャネルの負荷用MISFET
のソースはp型の不純物が高濃度に添加された共通の低
抵抗ポリシリコン膜5eから成っており、電源電圧VC
Cが2つのpチャネルの負荷用MISFETのソースに
供給されている。また上記pチャネルMISFETのチ
ャネル部5c。
5dは駆動用MISFETのゲート電極3C23d上に
それぞれ配置されている。
〔発明が解決しようとする昧題〕
本発明者の検討によれば、前記メモリセルには、次のよ
うな問題点があることが判明した。
まず、シリコン基板内に形成されているnチャネルの、
駆動用MI 5FETのゲート電極と積層化されている
pチャネルの負荷用M I S F E Tのゲート電
極は共有されているために、pチャネルの負荷用MIS
FETのチャネル部は必ず、駆動用MISFETのゲー
ト電極上に配置しなければならない。従ってメモリセル
をレイアウトする場合の自由度が小さくなるために効率
的にメモリセル面積を縮小することができないことが問
題でありた。
さらに、駆動用MISFETのゲート電極上に薄い絶謙
膜を形成するためにはゲート電極の材料が限定される場
合があり、メモリの動作速度を速くするために必要なタ
ングステンやモリブデンなどの高融点金属やそれらのシ
リサイドなどの表面に薄い絶縁膜を形成することは困難
であり現実的にはこれらの低抵抗材料を使用できないと
いう問題もありた。また、積層化されたpチャネルMI
SFETの駆動能力はシリコン基板内に作成したpチャ
ネルMISFETに比べて小さいことがこれまで報告さ
れており、例えばポリシリコンを用いたpチャネルMO
8)ランジスタ内のホールの易動度は10i/V−38
度である。このような駆動能力の低い負荷用MISFE
Tを有するスタテックメモリでは以下のような問題があ
った。すなわち、メモリセル内の封止に用いるレジン等
の材料やアルミニウム等の配線材料の中に微量に含まれ
ているウラニウムυやトリウム(Th)が崩壊するとき
に発生するα線がメモリセル内の′″H1gh”状態に
ある記憶ノード部に入射すると、α線の飛程に溢って電
子−正孔対が発生し、空乏層の電界により引き寄せられ
記憶ノードの電位を変動させ。
この結果電位変動が7リツプ70ツブの反転に十分な値
であればメモリの情報が破壊される。これがソフトエラ
ーと呼ばれる現象であり、すべてのMISFETがシリ
コン基板内に形成されている従来の完全0MO8型のS
RAMのメモリセルではpチャネル負荷用MISFET
の駆動能力を示すホールの易動度は200i/VS以上
あり、記憶ノードの電位変動に追従して記憶ノードに電
流を供給することができた。ところが積層化されたpチ
ャネルMISFETを用いたSRAMのメモリセルでは
前記のようにt流駆動能力が小さく、記憶ノードの電位
変動に対して情報が破壊されるまでの間に十分な電流を
記憶ノードに供給できない、また、記憶ノード部には駆
動用MI 5FETのドレイン部に形成されているP−
N接合部の容量や、ゲート容量によりある程度の電荷が
蓄えられており、記憶ノードの電位変動をこの電荷の補
給により回復できれば問題ないが、高集積化されたメモ
リセルではセル面積が小さい為、前述のP−N接合部の
容量やゲート容量も小さいので蓄えられている電荷が小
さく、さらに、PチャンネルMI 5FETの電流駆動
能力も小さい為記憶ノードに十分な電荷が補給できず、
この結果、メモリセルの情頼が破壊されてしまうという
問題がある。
本発明の目的は、メモリセルをレイアウトする場合の自
由度が大きいメモリセル構造を有するSRAMを提供す
ることにある。
本発明の他の目的は、高速動作を可能にしたSRAMを
提供することにある。
本発明の他の目的は、ソフトエラーに対して強いメモリ
セルを有するSRAMを提供することにある。
〔発明を解決するだめの手段〕 本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)  CM OSタイプのSRAMのメモリセルに
おいて、駆動用MISFETの上部に駆動用MISFE
Tのゲート電極とは別のゲート電極を有する負荷用MI
SFETを設けた構造とする。
(2)  CM OSタイプのSRAMのメモリセルに
おいて、駆動用MISFETのゲート電極と、それと同
時に形成される転送用MI 5FETのゲート電極とを
シリサイド層を有する導電層とした構造とする。
(3)  CM OSタイプのSRAMのメモリセルに
おいて、駆動用MISFETの上部に形成された負荷用
MISFETのゲート電極とソース・ドレイン領域をオ
ーバーラツプさせることによって等価的に保持ノードの
容量を大とした構造とする。
(4)  CM OSタイプのSRAMのメモリセルに
おいて、駆動用MI 5FETのゲート電極の上部に、
絶縁膜を介し【負荷用MIBFETを形成した構造にお
いて、負荷用MI S F E Tはゲート電極を下ニ
シテチャンネル領域及びソース・ドレイン領域をゲート
電極の上部に位置させ、等価的に保持ノードの容量が大
となる構造とする。
〔作 用〕
上述した手段(1)によれば、駆動用MISFETのゲ
ート電極に対して、負荷用MISFETのソース・ドレ
イン及びチャンネル領域をほとんど制約なしにレイアウ
トできるので、レイアウトの自由度を大とすることがで
きる。
また、上述した手段(2)によれば、転送用MISFE
Tのグー)k極をシリサイド、Inで構成でき、転送用
MISFETのゲート電極と一体に形成されるワード線
の抵抗を低減できるので、情報の読み田し、書き込み動
作を高速で行うことができる。
また、上述した手段(3)によれば、負荷用MISFE
Tのゲート電極とソース・ドレイン領域とが重なること
によって構成される容量により、情報保持ノードに接続
された容量を大きくすることができる。
さらに、上述した手段(4)によれば、駆動用MISF
ETのゲート電極と負荷用MI S F E Tのゲー
ト電極とを絶縁膜を介し【対向して配置することにより
、両ゲート電極間に各音を設げることにより、情報保持
ノードに接続された容量を大きくすることができる。
〔発明の実施例〕
本発明の実施ガニであるSRAMのメモリセルを第3図
(等価回路崗)で示す。
第3図に示すように、SRAMのメモリセルは、相補性
データ線DL、DLとワード線WLとの交差部に配電さ
れている。相補性データmDLは行方向に延在している
。ワードltMWLは列方向に延在している。
前記メモリセルは、7リツグフロツプ回路とその一対の
入出力端子に一方の半導体領域が夫々接続された2個の
転送用MI 5FETQt1及びQt、で構成されてい
る。
前記転送用M I S F E T Q t ly Q
 ttの夫々はnチャネル型で構成されている。転送用
MISFETQt、、Qt、の夫々の他方の半導体領域
は相補性データ線DLに接続されている。転送用M I
 S F E T Q t t p Q t *の夫々
のゲート′F4.極はワード線WLに接続されている。
クリップフロツブ回路は情報蓄積部(情報蓄積ノード部
を有する)として構成されている。クリップフロック回
路は、2個の駆動用MISFETQ d を及びQd、
と2個の負荷用MISFETQpt及びQptとで構成
されている。駆動用MISFETQd、及びQd、はn
チャネル型で構成され、負荷用MISFETQp1及び
Qp8はpチャネル型で構成されている。つまり、クリ
ップフロツブ回路は完全CMO8で構成されている。
駆動用MISFETQdr 、Qdtの夫々のソース領
域は基準電圧V88に接続されている。基準電圧V88
は、例えば回路の接地電位O(V)である。
駆動用MISFETQd、のドレイン領域は、負荷用M
I 5FETQPtのドレイン領域、転送用M I S
 F、 E T Q lxの一方の半導体領域、駆動用
MISFETQd、のゲート電極及び負荷珀MISFE
TQp、のゲー)X極に接続されている。
駆動用M I S F E T Q d *のドレイン
領域は、負荷用M I S F E T Q I) t
のドレイン領域、転送用M I S F E T Q 
t tの一方の半導体領域、駆動用MI 5FETQd
、のゲート電極及び負荷用MISFETQPIのゲート
電極に接続されている。
負荷用MISFETQp□*、QP*の夫々のソース領
域は電源電圧VCCに接続されている。電源電圧VCC
は、例えば回路の動作電圧5〔V〕である。
次に、このよ5KmffされるSRAMの具体的なメモ
リセルの構造について、第2図(平面図)及び第1図(
第′2図の■−■切断線で切った断面図)を用いて簡単
に説明する。
前記メモリセルは、第1図及び第2図に示すように、単
結晶珪素からなるn−型半導体基板21の主面部に形成
されたp−型ウェル領域22の主面部に設けられている
。9示しないが、p−壓ウエル領域22と異なる領域に
おいて、半導体基板21の主面部にはn″″城ウェル領
域が設けられている。メモリセル間或はメモリセルな構
成する各素子間において、ウェル領域22の主面にはフ
ィールド絶縁膜23及びp型チャネルストッパ領域24
が設けられている。フィールド絶縁膜23゜チャネルス
トッパ領域24の夫々は、メモリセル間或はメモリセル
を構成する素子間を電気的に分離するように構成されて
いる。
メモリセルの転送用MISFETQt、、Qt。
の夫々は、第1図、第2図及び巣4図(所定の製造工程
における平面図)で示すように、フィールド絶縁膜23
及びチャネルストッパ領域24で囲まれた領域内におい
て、ウェル領域22の主面に構成されている。すなわち
、転送用MISFETQtl?Qt!の夫々は、主に、
ウェル領域22゜ゲート絶、禄膜25.ゲート電極27
.ソース領域及びドレイン領域である一対のn型半導体
領域29及び一対のn+型半導体領域31で構成されて
いる。
ウェル領域22はチャネル形成領域として使用される。
ゲート絶縁膜25はウェル領域22の主面を酸化して形
成した酸化珪素膜で構成されている。
転送用MISFETQt五yQtt及び駆動用MI 5
FETQdx −Qdtのゲート電極27は同一層でゲ
ート絶謙膜25の所定の上部に構成されている。ゲート
電極27は、多結晶珪素膜27Aの上部に高融点金属シ
リサイド膜(WS 1. )27B′/J′−積層され
た複合膜で構成されている。多結晶珪素膜27Aは、C
VDで堆積され、抵抗値を低減するnu不純物(P又は
As)が導入されている。高融点金属シリサイド膜27
Bはスパッタ又はCVDで堆積させている。この複合膜
で構成されたゲート電極27は、多結晶珪素膜の単層に
比べて比抵抗値が小さく、動作速度の高速化を図ること
ができる。駆動用M I S F E T Q d t
 p Q d tのゲート絶縁膜と同時に形成される。
転送用MISFETQt、、Qt宜のゲート電極、すな
わちワード線を、抵抗値の小さい高融点金属シリサイド
膜を用いて形成しているので情報の読み出し、書き込み
動作の高速化を実現できる。また、ゲート電極27は、
上層が宣融点金属シリサイド膜27Bで構成されている
ので、ゲート電極27の上層の多結晶珪素@(34及び
37)に導入される不純物の導′亀型に関係なく、上層
の多結晶珪素膜との接続に際してはオーミック接続を行
うことができる。
転送用MISFETQts s Qttの夫々のゲート
絶縁膜27は、列方向に延在するワード線(WL)27
と一体に構成されている。ワード線27はフィールド絶
縁膜23上に設けられている。
また、ゲート電極27は、多結晶珪素膜27Aの上部に
前記以外の高融点金属シリサイド(MoSit*Ta5
il、TiSi、)膜或は高融点金!A (Mo、 T
 a。
Ti、W)膜を積/N した複合膜で構成してもよい。
また、ゲート電極27は、多結晶珪素M、高融点金属膜
或は高融点金属シリサイド族の単層で構成してもよい。
低不純物濃度の半導体領域29は、高不紳物濃度の半導
体領域31と一体に構成され、ウェル領域22の主面部
においてチャネル形成領域側に設けられている。低不純
物濃度の半導体領域29は、転送用M I S F E
 T Q t s s Q t !の夫々を所mlL 
D D (Lightl)’ Doped Drain
 )構造に構成するようになりている。低不純物濃度の
半導体領域29はゲート′岨極27に対して自己整合で
構成されている。
高不純物濃度の半導体領域31は、ゲート電極27の側
壁に形成されたサイドウオールスペーサ30に対して自
己整合で構成されている。
メモリセルの駆動用M I S F E T Q d 
t p Q dtの夫々は、前記転送用MISFETQ
t、、Qt。
の夫々と実質的に同様の構造で構成されている。
すなわち、駆動用MISFETQdz 、Qdgの夫々
は、ウェル領域22.ゲート絶縁膜25.ゲート電極2
7.ソース領域及びドレイン領域である一対のn型半導
体領域29及び一対のn+型半纏体領域31で構成され
ている。駆動用MISFETQd□*Qdtの夫々はL
DD栴造で構成されている。
駆動用M I S F E T Q d lのゲート電
極27の延在する一端は、接続孔26を通過し、n 型
半導体領域28を介在させ、転送用MISFETQt1
の一方の半導体領域31に接続されている。
同様に、駆動用MISFETQd、のゲート電極27の
延在する一端は、接続孔26を通過し、n+型半導体領
域28を介在させ、転送用MISFETQt、の一方の
半導体領域31に接続されている。接続孔26はゲート
絶縁膜25に形成されている。半導体領域28は、ゲー
ト電極27の下層の多結晶珪素@27Aから接続孔26
を通してウェル領域22の主面部に拡散されたn型不純
物で構成されている。
駆動用MISFETQd、のゲート電極27の延在する
他端は、接続孔26を通過し、n+壓半導体領域28を
介在させ、駆動用MISFETQd、のドレイン領域で
ある半導体領域31に接続されている。駆動用MISF
ETQd1のドレイン領域である半導体領域31と転送
用MISFETQt、の一方の半導体領域31とは一体
に構成されている。
前記転送用M I S F E T Q t s t 
Q を意の夫々の他方の半導体領域31には、眉間絶縁
膜38に形成された接続孔39を通して、データ線(D
L)40が接続されている。データ線40は層間絶縁膜
38の上部を行方向に延在するよ5に構成されている。
データ線40は、例えばアルミニウム膜か、マイグレー
シ冒ンを防止するCu又は及びSlが添加されたアルミ
ニウム合金膜で構成する。
駆動用MISFETQd1.Qdtの夫々のソース領域
である半導体領域31は基準′電圧V811が印加され
ている。この基準電圧VSSの供給は、ゲート電極27
及びワード線27と同一導電層、つまり、多結晶珪素1
1[27A及び高融点金属シリサイド127Bとからな
る複合膜で形成されかつ同一列方向に延在する基準電圧
配線によりて行われている。この基準電圧配線は、ゲー
ト絶縁膜25に形成された接続孔26を通して駆動用M
ISFETQdt # Qdtの夫々のソース領域であ
る半導体領域31に接続されている。
メモリセルの負荷用MISFETQp1は駆動用MI 
5FETQd、の上部に構成されている。
負荷用M I S F E T Q plは駆動用MI
SFETQ d sの上部に構成されている。すなわち
、負荷用M I S F E T Q pl t Q 
P 1の夫々は、主に、ゲート電極34.ゲート絶縁膜
35.チャネル形成領域37A、ドレイン領域37B及
びソース領域37Cで構成されている。
第7図(所定の装造工程における平面図)に詳細に示す
ように、負荷用M I S F E T Q psのゲ
ート電極34は、駆動用MI sFE’rQct、のゲ
ート電極27の上部にそれを覆うように偶成されている
。ゲート電極34とゲー)M極27との間には層間絶縁
膜32が設げられている。負荷用MISFETQptの
ゲート電極34は、層間絶縁膜32に形成された接続孔
33を通して駆動用MISFETQd1のゲート電極2
7の高融点金属シリサイドM27Bの一1%aEに接続
されている。したがって、負荷用M I S F E 
T Q psのゲート電極34は、ゲート電極27を介
在させて駆動用MI 5FETQd、のドレイン領域で
ある半導体領域31に接続されている。同様に、負荷用
MISF E T Q P *のゲート電極34は、駆
動用MISF E T Q d sのグー1.極27の
上部にそれを覆うように構成されている。負荷用MIS
FETQp、のゲート電極34は、接続孔33を通して
駆動用MISFETQd、のゲート電極27の高融点金
属シリサイド膜27Bの表面に接続される。
したがって、負荷用MISFETQp!のゲート電極3
4は、転送用MI 5FETQt、の一方の半導体領域
31と一体に構成された、駆動用MISFETQd!の
ドレイン領域である半導体領域31に接続されている。
このゲート電極34は抵抗値を低減する不純物が導入さ
れた多結晶珪素膜で構成されている。この多結晶珪素膜
にはp型不純物(B)が導入されている。ゲート電極3
4は、p型不純物(B)が導入された多結晶珪素膜でゲ
ート電極34を構成されており、寄生ダイオードの挿入
を避けるために、高融点金属シリサイド膜27Bを介在
させて、半導体領域31或はゲート電極27に接続する
。p型不純物が導入された多結晶珪素膜からなるゲーー
ト電極34は、n型ゲート電極の場合に比へて負荷用M
 I S F ET Q pt e Q ptの夫々の
しきい値電圧を下げることができる。このしきい値′電
圧の低下は、負荷用M I S F E T Q P 
t * Q ptの夫々のチャネル形成領域37Aに導
入される不純物の導入量を低下させることができるので
、不純物の導入蓋を制御し易くなる。
また、ゲート電極34Kn型不純物(As又はP)を尋
人した場合、駆動用MI 5FETQd、。
Qd、の夫々のゲート電極27又はn型半導体領域31
との接続に際して、オーミック特性を損なうことはない
また、本発明者の基碇研究の結果、1000(A)程度
或はそれ以上の膜厚でゲート電極34を形成した場合、
駆動用MI 5FETd1又はQdtのゲート電極27
からの電界効果によりてゲート電極34(多結晶珪素膜
)の内部に空乏層が形成され、ゲート電極27からの電
界効果をゲート電極34で遮蔽することができる効果が
確認された。
したがって、ゲート電極34は前記膜厚で構成されてい
る。
また、ゲート電極34は、多結晶珪素膜に限定されず、
高融点金属シリサイド膜或は高融点金属膜の単層で構成
してもよい。この場合においては、ゲート電極34と接
続される導電層の導電型が関係なくなる。また、ゲート
電極34は、多結晶珪素膜上に高融点金属シリサイド膜
又は、高融点金属膜との複合膜でもよい。
また、駆動用MISFETQdz 、Qdtのゲート電
極27と負荷用M I S F E T Q ps p
 Q ptのゲート電極34間には、眉間絶縁膜32を
誘電体とする容fCaが形成されている。
この容it Csは、第3図に示すように7リツプ70
ツブ回路の蓄積ノード部N、、N、の容量を増加させる
効果がある。
ゲート絶縁膜35は、CVDで堆積させた酸化珪素膜で
構成されている。
チャネル形成領域37Aは、第6図(所定の製造工程に
おける平面図)に詳細に示すように、ゲート絶凍膜35
の所定の上部に形成されている。
チャネル形成領域37Aは抵抗値を低減する不純物が導
入されていないか、又は若干p型不縄物が導入された、
1型の多結晶珪素膜で構成されている。
ドレイン領域37Bは、前記チャネル形成領域37Aの
一端側と一体に構成されており、I)!不純物が導入さ
れたp型の多結晶珪素膜で構成されている。ドレイン領
域37Bは、ゲート絶縁膜35(チャネル形成領域37
A部分以外は層間絶縁膜として使用される)に形成され
た接続孔36を通してゲート電極27に接続されている
。ドレイン領域37B、ゲート電極27は高融点金鵡シ
リサイド層を介して接続されている為、ドレイン領域3
7Aとゲート電極27とはオーミック接続することがで
きる。
ソース領域37Cは、チャネル形成領域37Aの他端側
と一体に構成されており、pW不純物が導入されたp型
の多結晶珪素膜で構成されている。
ソース領域37Cは列方向に延在する電源電圧配線VC
Cと一体に構成されている。
また、第1図に示すように、負荷用MI 5FET Q
 psのゲート電極34とソース領域37C及びドレイ
ン領域37Bとは、積極的にオーバーラツプするように
形成されている。このようにオーバラップさせることに
より負荷用MISFETQp1のグートンース間には容
’jjkCs、そしてゲート−ドレイン間には容it 
C1がつくことになる。
さらに同様に負荷用MI 5FETQp、のゲートーソ
ース間には、C4,そしてゲート−ドレイン間には容量
C3がつく、これらの容tCt〜C4は、情報蓄積ノー
ドN1.N、に接続されたと等価になり、情報蓄積ノー
ドに付く容量を増加できる。その為、α線等によるソフ
トエラーが発生しにくいという効果が得られる。
このようにCMOSタイプのメモリセルを有スるSRA
Mで前記負荷用MI srg’rQpのゲートを極34
を駆動用MISFETQdのゲート電極27の上部に設
げることにより、駆動用MISFETQdのゲート電極
27からの電界効果を遮蔽することができるので、負荷
用MISFETQpの動作時翫流童、待慎時電流tの夫
々を独立に最適化することができる。
また、前記負荷用MISFETと駆動用MISFETの
ゲート電極を独立にすることによって、レイアウトの自
由度を大とすることができる。
また、前記転送用MISFETのゲート電極を高融点シ
リサイド層を有する低抵抗の材料で構成できるので、情
報の読み出し、書込み動作を高速で行うことができる。
さらに、メモリセルの情報蓄積ノードにつく容量を大き
くすることができるので、情報蓄積部の電荷蓄積量を増
加することができ、ソフトエラーを防止することができ
る。
次に、前記SRAMのメモリセルの製造方法について、
第7図乃至第13図(各製造工程毎に示す被部断面図)
を用いて簡単に説明する。
まず、単結晶珪素からなるn−″型半導体基板21を用
意する。
次に、メモリセル形成領域、図示しない周辺回路のnチ
ャネルMISFET形成領域の夫々において、半導体基
板21の主面部にp−壓りエル領域22を形成する。
次に、メモリセルの各素子間において、ウェル領域22
の主面にフィールド絶縁膜23及びp型チャネルストッ
パ領域24を形成する。
次に、纂9図に示すように、メモリセルの各素子形成領
域において、ウェル領域22の主面上にゲート絶縁膜2
5を形成する。ゲート絶、禄膜25は、ウェル領域22
の主面を酸化して形成した酸化珪素膜で形成する。ゲー
ト絶縁膜25は、例えば250〜350 (Al程度の
膜厚で形成する。
次に、第8図に示すように、接続孔26を形成する。接
続孔26は、ゲート電極(27)を直接ウェル領域22
の主面に接続する部分において、ゲート絶縁膜25を部
分的に除去することによって形成することができる。
次に、第9囚に示すように、ゲート電極27゜ワード線
27及び基準電圧配線を形成する。ゲート電極27は、
多結晶珪素膜27Aの上部に高融点金属シリサイド膜2
7 Bを積層した複合膜で形成する。多結晶珪素M27
Aは、CVDで堆積し、抵抗値を低減するn型不純物で
あるPを導入する。
多結晶珪素膜27Aは、例えば2000〜3000〔X
〕程度の膜厚で形成する。高−点金属シリサイド膜27
Bはスパッタで堆積する。高融点金頴シリサイド@27
Bは例えば2500〜3500CX、1程度の膜厚で形
成する。多結晶珪素膜27A及び高融点金属シリサイド
膜27Bは、RIE等の異方性エツチングでパターンニ
ングする。
次に、第10図に示すように、ソース領域及びドレイン
領域の一部として使用されるnm半導体領域29を形成
する。半導体領域29は、例えば10  (atoms
/C7It:]程度のPを40〜60(KeV:1程度
のエネルギのイオン打込みで導入することによって形成
することができる。この不純物の導入に際しては、主に
ゲート電極27及びフィールド絶縁膜23を不純物導入
用マスクとして用いる。
したがって、半4体領域29は、ゲート電極27に対し
て自己整合で形成することができる。
また、同第10図に示すように、接続孔26を通してゲ
ート電極27が接続されたウェル領域22の主面部には
、n 型半導体領域28が形成される。半導体領域28
は、ゲート電a27の下層の多結晶珪素膜27Aに導入
されたn型不純物がウェル領域22の主面部に熱拡散す
ることによって形成することができる。半導体領域28
は、例えばゲート1極27の上層の高融点金属シリサイ
ド127Bを活性化する際の熱処理工程と同一工程によ
りて形成される。
次に、ゲート電極27の側壁にサイドウオールスペーサ
30を形成する。サイドウオールスペーサ30は、ゲー
ト電極27を覆うよ5に、CVDで酸化珪素膜を堆積し
、この酸化珪素膜にRIE等の異方性エツチングを施す
ことによって形成することができる。
次に、第11図に示すように、ソース領域及びドレイン
領域として使用されるn+型半導体領域31を形成する
。半導体領域31は例えば1015〜10”(atom
s/ff1)程度のAsを40〜60(KeV)程度の
エネルギのイオン打込みで導入することによって形成す
ることができる。この不純物の導入に際しては、主に、
ゲート電極27.フィールド絶縁膜23及びサイドウオ
ールスペーサ30を不純物導入用マスクとして用いる。
したがって、半導体領域31は、サイドウオールスペー
サ30に対して自己整合で形成することができる。
この半導体領域31を形成することによって、転送用M
I S F ETQ ts p  Q ttの夫々及び
駆動用MI 5FETQdl、Qdtの夫々が完成する
なお、図示しないが、周辺回路を構成するpチャネルM
I 5FETのソース領域及びドレイン領域であるp+
型半導体領域は、半導体領域31を形成する工程の後に
形成される。
次に、ゲート電極27の上部を含む基板全面に、層間絶
縁膜32を形成する。層間絶縁膜32はCVDで堆積さ
せたち密なM’JI’を有する酸化珪素膜で形成する0
層間絶縁膜32は、段差形状の成長を緩和し上層の導電
層のステップカバレッジを向上できるように、300〜
1500 (A)程度の薄い膜厚で形成する。
次に、ゲート電極27とゲート電極(34)との接続部
分において、層間絶縁膜32を部分的に除去し、接続孔
33を形成する。
次に、第12図に示すように、前記接続孔33を通して
ゲート電極27に接続する負荷用MISF E T Q
 ps p Q pxの夫々のゲート電極34を形成す
る。ゲート電極34はCVDで堆積した多結晶珪素膜で
形成する。ゲート電極34は例えば1000〜1500
 (X)程度の薄い膜厚で形成する。ゲート電極34は
10 ”〜10” (atoms /d〕程度のPを2
0〜40 (Key)程度のエネルギのイオン打込みで
導入している。つまり、ゲート電極34はn型の多結晶
珪素膜で形成されている。
次に、ゲート電極34を覆うように、基板全面にゲート
絶縁膜35を形成する。ゲート絶縁膜34は、例えばち
督な膜質を有するCVDで堆積した酸化珪素膜で形成す
る。ゲート絶縁膜35は例えば200〜400 cX:
+程度の膜厚で形成する。
次に、第13図に示すように、ゲート絶縁膜35の上部
に、負荷用M I S F E T Q P ts Q
pzの夫々のチャネル形成領域37A、ドレイン領域3
7B、ソース領域37C(電源電圧配線を含む)を順次
形成する。チャネル形成領域37A、ドレイン領域37
B及びソース領域37Cは、例えばCVDで堆積した多
結晶珪素膜で形成し、650〜2000 (X)程度の
膜厚で形成する。
ドレイ/領域及びソース領域37B、37Cは、例えば
多結晶珪素膜に10” (a t oms/c111”
l程度のB F tを50〜70〔Kev〕程度のエネ
ルギのイオン打込みで導入し、pWに形成する。このチ
ャネル形成領域37A、ドレイン領域37B及びソース
領域37Cを形成することによりて、負荷用MISFE
TQPt及びQptが完成する。
次に、基板全面に層間絶縁膜38を形成する。
層間絶縁膜38は、例えばCVDで堆積した酸化珪素膜
の上部にCVDで堆積したPSG膜を形成した複合膜で
形成する。この後、層間絶縁膜38に接続孔39を形成
する。
次に、前記第1図及び第2図に示すように、接絞孔39
を通して転送用MISFETQtl、Qt!の夫々の他
方の半導体領域31に接続するように、眉間絶縁膜38
の上部にデータ線40を形成する。
これら一連の製造工程を施すことによって、本実施例の
SRAMのメモリセルは完成する。
第14図は、第1図に示した本発明の実施例の構造にお
いて、駆動用MI 5FETQd、、Qd。
及び転送用MISFETQt!? Qtzのゲート電極
を構成する導電層を下層からJ[に多結晶珪素層、Tt
N及び高融点金属シリサイド層の3層構造とした例であ
る。
駆動用MISFETQdユ*Qdtのゲート電極27は
N壓であり、負荷用MISFETQpI。
Qp、のゲート電極34及びソース・ドレイン領域37
B、37CはP型である為、両者を直接接続すると不純
物が相互に拡散してしまうという問題があるが、第14
図に示すように上述のような構造とすることにより、不
純物の相互拡散を防止することができる。
さらに、多結晶珪素膜と高融点金属シリサイド層との間
にTiNのバリア層を介在させることによりて、高融点
金属が多結晶珪素膜を通過し、その下のゲート絶縁膜中
に入ってゲート絶縁膜の耐圧が劣化するという問題を防
止できる。このゲート電極の構造は本発明の他の例に適
用しても良いことは言5までもない。
第15図は、負荷用MISFETQptyQPtのゲー
ト電極をそのソースニドレイン及びチャンネル領域の上
部に設けた場合の例であり、第16図のX■−X■の切
断線の断面を示したものである。また、第17図は、第
16図に示したメモリセルの等価回路図である。なお、
第15〜17図において各部分の符号は、第1〜3図の
例と同一とした。この実施例と第1〜3図に示した実施
例との相違は、負荷用MI 5FETQPt 、Qpx
のゲート電極が、そのソース・ドレイン及びチャンネル
領域の上部(設けられている点である。つまり、負荷用
MISFETQPt 、Qptのソースニドレイン及び
チャンネル領域は、第2層目の多結晶珪素層で形成され
、ゲート電極は、第3層目の多結晶珪素層で形成されて
いる。
さらに、負荷用M I S F E T Q ps t
 Q ptのソース及びドレイン領域はボロyが導入さ
れた不純物領域である。このボロンの導入は、ゲート電
極34をマスクとして行い、その後アニールをすること
によってゲート電極と不純物領域がオーバーラツプする
ように構成されている。ゲート電極とソース及びドレイ
ン領域とのオーバーラツプによる容量は、第17図のC
l−04のように接続されたこととなり、結果的に情報
蓄積ノードに付加する容量を増加することができるとい
う効果がある。
第18.19図は、第15〜17図に示したメモリセル
の製造方法を示す図面である。第7〜12図に示したと
同様にして第1層目及びM2層目の多結晶珪素膜が形成
される。但し、第2層目の多結晶珪素膜の平面パターン
は、第12図のそれとは異なる。
第18図に示すように、例えばCVDで堆積した多結晶
珪素膜37を650〜2000 CK)の膜厚で形成し
、その後、第19図に示すようにゲート絶縁膜35を例
えば200〜400 (A)程度の膜厚で形成する。さ
らにゲート絶縁膜35上にCVDにより多結晶珪素[3
4を1000〜1500cX+の膜厚で形成する。この
多結晶珪素膜34はW、18図に示すようにパターンニ
ングする。その後、負荷用MI 5FETQpI 、Q
Ptのゲート電極及びソース・ドレイン領域に10”(
atoms/crIK)程度のBP、を50〜70 (
KeV)程度のエネルギーでイオン打込みし、850〜
950°Cのアニールを行うことにより多結晶珪素膜3
7中に打込んだボロンを横方向に拡散させることにより
、ソース及びドレイン領域とゲート電極の間にオーバー
ラツプ容量を形成する。
このようにゲート電極をソース・ドレイン領域形成用の
イオン打込みのマスクに用いることによりゲート電極に
対して自己整合的にソース・ドレイン領域を形成するこ
とができ、さらに製造工程を簡略化できる。
第20.21図に示したのは、第15〜170に示した
例とほぼ同様であるが、相違点は、負荷用MISFET
Qpt = Qptのゲート電極34の平面パターンに
ある。第20図は第21図のxxn−xxnの切断線の
断面図である。この例では、負荷用MI 5FETQP
t 、QPzのゲート電極34は、そのソース・ドレイ
ン領域と広くオーバーラツプする構成となっている。こ
のよ5にソース・ドレイン領域とオーバーラツプさせる
ことにより第17図の01〜C4の容量を増加させるこ
とができる。
しかしながら、この場合には、第19図で説明したよう
に負荷用MI 5FETのゲート電極をソース・ドレイ
ン領域形成用のイオン打込みのマスクとすることはでき
ないので、その分だけ製造工程数は増加してしまう。
第22.23図は、第2層目の多結晶珪素膜を基準電圧
配線として用いた場合の例である。第22図は第23図
のXXIV−XXIV切断線部の断面図である。
駆動用MISFETQd、、Qd!のゲート電極27上
に、第21−目の多結晶珪素膜で形成した基準電王妃#
1i42を第23図に示すように形成する。この基準電
圧配線42は駆動用MISFETQd1.Qd!のゲー
ト′!c極42 ト負荷用M I SFE’rQp、t
 Qptのチャンネル領域37A(i)との間に配置さ
れ、ワード線と平行な方間に延在している。
この構成によれば、負荷用MI 5FETに対する駆動
用M I S F E T Q d s e Q d 
tのゲート電極27からの電界効果をシールドすること
ができる。
従りて駆動用MISFETQd1 、Qd!のゲート電
極の電界効果により、負荷用MI 5FETの動作時及
び待期時の電流量が変化するのを防止できる。
さらに、基準電王妃、%142を駆動用MISFETQ
d□tQdt’り形成領域上に形成できるのでメモリセ
ル領域を小さくできる。
〔発明の効果〕
不願において開示される発明のうち代懺的なものにより
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
CMOSタイプのSRAMメモリセルのレイアウトをす
る場合に、レイアウトの自由度を大にできるという効果
がある。
また、高速動作を可能にしたCMOSタイプのSRAM
を提供できる。
さらに、α線等によるソフトエラーに対して強いメモリ
セルを有するSRAMを提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のSRAMメモリセルの要部断面図、 第2図は、前記メモリセルの平面図、 第3図は、前記メモリセルの等価回路図、第4図から第
8図は、前記メモリセルの所定の製造工程における平面
図、 第7図から第13図は、前記メモリセルの各製造工程毎
の要部@面図、 第14図は、本発明の第1の変形例を示す断面図、 第15図から第17図は、本発明の第2の変形例を示す
図、 第18図及び第19図は、本発明の第2の変形例の製造
方法を示す断面図、 第20図及び第21図は、本発明の第3の変形例を示す
平面図及び断面図、 第22図及び第23図は、本発明の第4の変形例を示す
平面図及び断面図、 第24及び第25図は、従来のSRAMメモリセルのレ
イアウト図及び要部断面図である。 図中、25.35・・・ゲート絶縁M、27.34・・
・ゲート電極、28. 29. 31・・・半導体領域
、37A・・・チャネル領域、37B・・・ドレイン領
域、37C・・・ソース領域、DL、40・・・データ
線、WL、27・・・ワード線、である。 第 図 第 図 第 q 図 茅 〃 図 O 1ln−1 第 図 ゛く1 々口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、1対の直列接続されたPチャンネル負荷用MISF
    ETとNチャンネル駆動用MISFETとからなるイン
    バータ回路が交差接続されたフリップフロップ回路と一
    対の転送用MISFETとで構成されたメモリセルを有
    する半導体集積回路装着において、 (1)表面に第1導電型の第1の半導体領域を有する半
    導体基板と (2)前記駆動用MISFETのソース・ドレイン領域
    であり、 前記第1の半導体領域の主面に位置する第 2導電型の第2及び第3の半導体領域と、 (3)前記ソース・ドレイン領域の間で、かつ前記半導
    体基板上に第1の絶縁膜を介して位置する前記駆動用M
    ISFETのゲート電極と、(4)前記駆動用MISF
    ETのゲート電極の上部に第2の絶縁膜を介して設けら
    れた前記負荷用MISFETのゲート電極と、 (5)前記負荷用MISFETのゲート電極の上部に第
    3の絶縁膜を介して設けられた前記負荷用MISFET
    のソース・ドレイン及びチャンネル領域と、 とを有することを特徴とする半導体集積回路装置。 2、前記負荷用MISFETのソース・ドレイン及びチ
    ャンネル領域は、前記第3絶縁膜上に位置する多結晶珪
    素膜内に存ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の半導体集積回路装置。 3、前記第1と第3の絶縁膜は、それぞれ前記駆動用M
    ISFETと前記負荷用MISFETのゲート絶縁膜で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導
    体集積回路装置。 4、前記駆動用MISFETと前記負荷用MISFET
    のゲート電極はそれぞれN型とP型の導電型を有するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の半導体集積
    回路装置。 5、前記負荷用MISFETは、交差接続された側の前
    記駆動用MISFETの上部に位置することを特徴とす
    る特許請求の範囲第3項記載の半導体集積回路装置。 6、前記駆動用MISFETと前記負荷用MISFET
    のそれぞれのゲート電極は、平面パターンにおいて、重
    なる領域を有することを特徴とする特許請求の範囲第5
    項記載の半導体集積回路装置。 7、前記負荷用MISFETのゲート電極とそのソース
    又はドレイン領域は、平面パターンにおいて重なる領域
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の
    半導体集積回路装置。 8、前記負荷用MISFETのゲート電極とそのソース
    又はドレイン領域は、平面パターンにおいて重なる領域
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の
    半導体集積回路装置。 9、前記駆動用MISFET及び転送用MISFETの
    ゲート電極は、多結晶珪素膜と高融点金属シリサイド膜
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の
    半導体集積回路装置。 10、前記駆動用MISFETのゲート電極は、多結晶
    珪素M、チタンナイトライドM、高融点金属シリサイド
    膜を順次重ねた3層構造であることを特徴とする特許請
    求の範囲第3項記載の半導体集積回路装置。 11、1対の直列接続されたPチャンネル負荷用MIS
    FETとNチャンネル駆動用MISFETとからなるイ
    ンバータ回路が交差接続されたフリップフロップ回路と
    一対の転送用MISFETとで構成されたメモリセルを
    有する半導体集積回路装置において、 (1)表面に第1導電型の第1の半導体領域を有する半
    導体基板と、 (2)前記駆動用MISFETのソース・ドレイン領域
    である前記第1の半導体領域の主面に位置する第2導電
    型の第2の半導体領域と、(3)前記ソース・ドレイン
    領域の間で、かつ前記半導体基板上に第1の絶縁膜を介
    して位置する前記駆動用MISFETのゲート電極と、
    (4)前記駆動用MISFETのゲート電極の上部に第
    2絶縁膜を介して設けられた負荷用MISFETのソー
    ス・ドレイン及びチャンネル領域と、 (5)前記チャンネル領域の上部に第3絶縁膜を介して
    設けられた負荷用MISFETのゲート電極と、 を有することを特徴とする半導体集積回路装置。 12、前記第1と第3の絶縁膜は、それぞれ前記駆動用
    MISFETと前記負荷用MISFETのゲート絶縁膜
    であることを特徴とする特許請求の範囲第11項記載の
    半導体集積回路装置。 13、前記負荷用MISFETのソース・ドレイン及び
    チャンネル領域は、前記第3絶縁膜上に位置する多結晶
    珪素膜内に存ることを特徴とする特許請求の範囲第12
    項記載の半導体集積回路装置。 14、前記駆動用MISFET及び転送用MISFET
    のゲート電極は、多結晶珪素膜と高融点金属シリサイド
    膜を有することを特徴とする特許請求の範囲第13項記
    載の半導体集積回路装置。 15、前記駆動用MISFETのゲート電極は、多結晶
    珪素膜、チタンナイトライド膜、高融点金属シリサイド
    膜を順次重ねた3層構造であることを特徴とする特許請
    求の範囲第13項記載の半導体集積回路装置。 16、前記駆動用MISFETと前記負荷用MISFE
    Tのゲート電極はそれぞれN型とP型の導電型を有する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第15項記載の半導体
    集積回路装置。 17、前記負荷用MISFETのゲート電極とそのソー
    ス又はドレイン領域は、平面パターンにおいて重なる領
    域を有することを特徴とする特許請求の範囲第13項記
    載の半導体集積回路装置。 18、前記負荷用MISFETのゲート電極とそのソー
    ス及びドレイン領域との平面的重なり面積は等しいこと
    を特徴とする特許請求の範囲第17項記載の半導体集積
    回路装置。
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