JPH04111463A - Semiconductor memory device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor memory device and manufacture thereof

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JPH04111463A
JPH04111463A JP2228191A JP22819190A JPH04111463A JP H04111463 A JPH04111463 A JP H04111463A JP 2228191 A JP2228191 A JP 2228191A JP 22819190 A JP22819190 A JP 22819190A JP H04111463 A JPH04111463 A JP H04111463A
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JP
Japan
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transistor
oxide film
gate
element isolation
threshold voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP2228191A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Katakura
片倉 義明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce power consumption and further increase the degree of integration by using a low voltage parasitic MOS transistor where its load device is locally formed in a device isolation region in terms of 6 device SRAM memory cells. CONSTITUTION:At first on a P type Si substrate 41 is formed a device isolation oxide film 42, say, 5000Angstrom based on the application of a known selection oxidation technology. Then, a resist pattern 43 having an opening section is prepared where the opening section is arranged to be in a region which forms a parasitic MOS transistor of low threshold voltage. Furthermore, the oxide film is etched so that the remaining film may be 2000Angstrom , for example. N type impurities are ion-implanted in a thin oxide film region. For example, when <31>P<+> is implanted by 2000keV, 7X10<11> ions/cm<-2>, the threshold voltage will be about 0V. The gate oxide film, gate electrode, source/drain diffusion layers will be formed based on the known technology.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体記憶装置の一種であるトランジスタ6素
子によって構成されるSRAMメモリセルの構造と製法
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to the structure and manufacturing method of an SRAM memory cell, which is a type of semiconductor memory device, and is constituted by six transistor elements.

(従来の技術) 第2図(、)は、6素子Tr 21〜Tr 26すべて
にエンハンスメンl−MOS )ランジスタを用いた従
来の第1の例のSRAMのメモリセルの等価回路図であ
る。
(Prior Art) FIG. 2 ( ) is an equivalent circuit diagram of a memory cell of a first example of a conventional SRAM in which all six elements Tr 21 to Tr 26 use enhancement l-MOS transistors.

負荷素子および能動素子共にエンハンスメントMO8)
ランジスタを用いたインバータの出力!1L11状態、
“H”状態は、第2図(b)のように各々のトランジス
タの電圧−電流特性から求められる。
Enhancement MO8 for both load element and active element)
Inverter output using transistors! 1L11 condition,
The "H" state is determined from the voltage-current characteristics of each transistor as shown in FIG. 2(b).

”L”状態では負荷素子として用いたトランジスタのT
r21 + Tr2□ゲート幅、ゲート長で決まる電流
が流れるため、消費電力を小さくするためには、負荷素
子のゲート幅を小さく、ゲート長を大きくしなければな
らず、メモリセルの面積が大きくなる。
In the “L” state, the T of the transistor used as a load element
r21 + Tr2□ Since a current flows that is determined by the gate width and gate length, in order to reduce power consumption, the gate width of the load element must be made small and the gate length must be made large, which increases the area of the memory cell. .

第3図は、負荷素子として高抵抗R51,R52を用い
た従来の第2の例のSRAMのメモリセルの等価回路図
(、)と、インバータの動作説明図(b)である。抵抗
素子R31# R5□を能動素子Tr 5 s〜Tr 
56の上に積み上げて、作成する・ことで、メモリセル
の面積増加を伴わないで低消費電力化を図ることができ
る。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram ( ) of a memory cell of a second conventional SRAM using high resistances R51 and R52 as load elements, and an explanatory diagram (b) of an inverter operation. Resistance element R31# R5□ as active element Tr 5 s~Tr
By stacking them on top of the memory cell 56, it is possible to reduce power consumption without increasing the area of the memory cell.

(発明が解決しようとする課題) エンハンスメント形のメモリセルは、前述したように負
荷素子となるトランジスタを大きくしなけれは低消費電
力とならず、高集積・大容量のSRAMメモリを作成す
ることは困難である。
(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, enhancement type memory cells cannot achieve low power consumption unless the transistors that serve as load elements are made large, and it is difficult to create highly integrated and large capacity SRAM memories. Have difficulty.

又、高抵抗負荷のメモリセルは、公知のように高集積・
大容量のSRAMメモリに一般的に用いられているが、
抵抗素子を能動素子(トランジスタ)の上に形成するた
め、製造工程が複雑となり、製造TAT (工程終了時
間)増加、歩留りの低下の原因となる。
In addition, memory cells with high resistance loads are highly integrated and
Generally used for large capacity SRAM memory,
Since the resistance element is formed on the active element (transistor), the manufacturing process becomes complicated, which causes an increase in manufacturing TAT (process completion time) and a decrease in yield.

(課題を解決するだめの手段) 本発明は前述の課題を解決するため、6素子SRAMメ
モリセルにおいて、負荷素子を、素子分離領域に局所的
に形成された、しきい値電圧の低い寄生MO3)ランジ
スタを用いるようにしたものである。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention, in a six-element SRAM memory cell, replaces the load element with a parasitic MO3 with a low threshold voltage locally formed in the element isolation region. ) using transistors.

更に、本発明は、半導体基板上に、選択酸化法により、
厚い素子分離酸化膜を形成する工程と、素子分離酸化膜
上に、部分的に開孔部を持つレジスト・やターンを形成
する工程と、前記レジストをマスクとして、素子分離酸
化膜をエツチングし、膜厚を減少させる工程と、前記レ
ノストをマスクとして、半導体基板と逆導伝形の不純物
をイオン注入する工程により、デプレッション形の寄生
MOS l−ランジスタを形成するようにしたものであ
る。
Furthermore, the present invention provides the method of applying selective oxidation onto a semiconductor substrate.
a step of forming a thick element isolation oxide film; a step of forming a resist pattern with a partially open hole on the element isolation oxide film; and etching the element isolation oxide film using the resist as a mask. A depletion type parasitic MOS l-transistor is formed by a step of reducing the film thickness and a step of ion-implanting an impurity of conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate using the lenost as a mask.

(作用) 前述したように、本発明では、6素子から成るSRAM
メモリセルの負荷素子に、素子分離領域に局所的に形成
された低しきい値電圧の寄生MOsトランジスタを用い
るようにし、さらにその製造方法においても、従来のM
OSトランジスタ製造工程に。
(Function) As mentioned above, in the present invention, an SRAM consisting of six elements
A parasitic MOS transistor with a low threshold voltage formed locally in an element isolation region is used as a load element of a memory cell, and its manufacturing method is also different from the conventional MOS transistor.
For OS transistor manufacturing process.

レジストパターニング工程、エツチング工程、イオン打
込み工程各1回を追加するだけですみ、短TATでしか
も、低消費電力、高集積SRAMメモリが実現できる。
It is only necessary to add one resist patterning process, one etching process, and one ion implantation process, making it possible to realize a highly integrated SRAM memory with short TAT, low power consumption, and low power consumption.

(実施例) 第1図は、本発明によるSRAMメモリセルの等価回路
図である。従来、エンハンスメント形トランジスタや、
高抵抗を用いていた負荷素子に、ゲート電極が電源ライ
ンに接続された、しきい値電圧の低い寄生MOSトラン
ジスタTr 11 t Tr 12を使用している。
(Example) FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of an SRAM memory cell according to the present invention. Conventionally, enhancement type transistors,
A parasitic MOS transistor Tr 11 t Tr 12 with a low threshold voltage and whose gate electrode is connected to a power supply line is used as a load element that used a high resistance.

MOS !−ランゾスタの電流値工。は、ドレイン、デ
ートの電圧が決まっている場合 の関係にある。ここで、μは電荷の移動度、ε。工はゲ
ート酸化膜の誘電率、toxはゲート酸化膜厚、W、L
はそれぞれMOS )ランジスタのゲート幅、ゲート長
である。
MOS! -Lanzosta current value engineer. is the relationship when the drain and date voltages are fixed. Here, μ is the charge mobility and ε. is the dielectric constant of the gate oxide film, tox is the gate oxide film thickness, W, L
are the gate width and gate length of the MOS transistor, respectively.

通常、素子分離酸化膜厚は、駆動トランジスタのゲート
酸化膜厚の10〜30倍(例えば、ゲート酸化膜厚30
0Xの場合、素子分離酸化膜厚は3000〜9000X
)に設定されるので、駆動トランジスタと同じデート酸
化膜厚を用いる負荷トランジスタに比べ、素子分離酸化
膜を用いた負荷トランジスタは、同じ大きさ(WとL)
で電流値が1/10〜1/306るいは、同程度の電流
を流した場合、ゲート長りが1/10〜1/30と、低
消費電力、高集積化が図れる。
Normally, the element isolation oxide film thickness is 10 to 30 times the gate oxide film thickness of the drive transistor (for example, the gate oxide film thickness is 30 to 30 times).
In the case of 0X, the element isolation oxide film thickness is 3000 to 9000X
), compared to a load transistor that uses the same date oxide film thickness as the drive transistor, a load transistor that uses an element isolation oxide film has the same size (W and L).
When the current value is 1/10 to 1/306 or a similar current is passed, the gate length is 1/10 to 1/30, which allows for low power consumption and high integration.

通常、寄生MO8)ランジスタは、その本来の目的から
、そのしきい値電圧は非常に大きい、例えば、素子分離
酸化膜厚5000X、P形基板表面濃度5 X 10 
 tons/crn  で16Vである。従って、負荷
素子として使用するためには、本来の素子分離領域と、
負荷素子領域を区別する必要がある。
Normally, a parasitic MO8) transistor has a very large threshold voltage due to its original purpose, for example, an element isolation oxide film thickness of 5000×, a P-type substrate surface concentration of 5×10
tons/crn is 16V. Therefore, in order to use it as a load element, it is necessary to
It is necessary to distinguish between load element regions.

第4図は、低しきい値電圧の寄生MOSトランジスタ領
域を形成する方法を、示している。
FIG. 4 shows a method of forming a low threshold voltage parasitic MOS transistor region.

(a)  P形のSt基板41上に公知の選択酸化技術
を用い素子分離酸化膜42を例えば5000X形成する
(a) An element isolation oxide film 42 having a thickness of, for example, 5000× is formed on a P-type St substrate 41 using a known selective oxidation technique.

(b)  低しきい値電圧の寄生MO8)ランジスタを
形成する領域に開孔部を持つ、レジストパターン43を
作成する。
(b) Parasitic MO with low threshold voltage 8) A resist pattern 43 having an opening in a region where a transistor is to be formed is created.

(c)前記レジストパターン43をエッチンf−rスク
として、例えば5%希しゃくフッ酸(HF )で酸化膜
42をエツチングし、残膜を例えば2000又とする。
(c) Using the resist pattern 43 as an etching mask, the oxide film 42 is etched with, for example, 5% diluted hydrofluoric acid (HF), leaving a remaining film of, for example, 2000 etchings.

前記のP形基板の表面濃度5×101610 n s/
’2’ff+−3の例を考えると、酸化膜厚を5000
Xから2000Xとすることで、しきい値電圧を16、
Vから6.5vに下げることができる。
The surface concentration of the P-type substrate is 5×101610 n s/
Considering the example of '2'ff+-3, the oxide film thickness is 5000
By setting X to 2000X, the threshold voltage is 16,
V can be lowered to 6.5v.

レジストパターン43をマスクとして、(c)で形成さ
れた、酸化膜厚の薄い領域に、N形不純物をイオン注入
する。例えば51P+を150〜300keVで5〜1
0 X 10” tons/2y++−2打ち込む。3
1P+を200 keV 、 7 X I Q” to
ns/z−2打ち込むとしきい値電圧を約6.5■下げ
ることができ、前記の例の場合しきい値電圧が約Ovと
なる。
Using the resist pattern 43 as a mask, N-type impurity ions are implanted into the thin oxide film region formed in (c). For example, 51P+ is 5 to 1 at 150 to 300 keV.
Enter 0 X 10” tons/2y++-2.3
1P+ to 200 keV, 7
By implanting ns/z-2, the threshold voltage can be lowered by about 6.5 cm, and in the case of the above example, the threshold voltage becomes about Ov.

(d)  以下、公知の技術により、ケ゛−ト酸化膜、
デート電極、ソース/ドレイン拡散層を形成する。
(d) Hereinafter, by using a known technique, a gate oxide film,
Form a date electrode and source/drain diffusion layer.

(発明の効果) 以上、詳細に説明したように、本発明では、6素子から
成るSRAMメモリセルの負荷素子に、素子分離領域に
局所的に形成された低しきい値電圧の寄生MO3)ラン
ジスタを用いるように、さらにその製造方法においても
、従来のMOSトランジスタ製造工程に、レジストパタ
ーニング工程、エツチング工程、イオン打込み工程各1
回を追加するだけですみ、短TATでしかも、低消費電
力、高集積SRAMメモリの製造が可能となる。
(Effects of the Invention) As described above in detail, in the present invention, a parasitic MO3) transistor with a low threshold voltage locally formed in an element isolation region is used as a load element of an SRAM memory cell consisting of six elements. Furthermore, in the manufacturing method, a resist patterning process, an etching process, and an ion implantation process are added to the conventional MOS transistor manufacturing process.
It is possible to manufacture a highly integrated SRAM memory with a short TAT, low power consumption, and only an additional cycle.

更に、追加される製造工程は、駆動トランジスタの製造
工程とはまったく独立に条件を設定できるので、メモリ
搭載形のゲートアレイやスタンダードセルLSIなど高
機能LSIの実現も容易となる。
Furthermore, since the conditions for the additional manufacturing process can be set completely independently of the manufacturing process of the drive transistor, it becomes easy to realize high-performance LSIs such as memory-mounted gate arrays and standard cell LSIs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例の等価回路図、第2図は従来の
第1の例のSRAMメモリセル、第3図は従来の第2の
例のSRAMメモリセル、第4図は本発明の実施例の製
造工程図である。 Tr111Tr12’45 ”’寄生MO8)ランジス
タ、Tr13+Tr14.X4・・・駆動トランジスタ
、Tr 15 r Tr 16”’ )ランスファーゲ
ート、41・・・P型Si基板、42・・・素子分離酸
化膜、43・・・レジスト。 特許出願人 沖電気工業株式会社 (b)イ〉バータ動イ果g氾明圓 のSRAMメ(−)でL 図 Vo。 ■ (b)イ〉バ°−タ中〃イ筆説明図 従来の第2のイ月。SRAMメモヮロし図
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a first conventional example of an SRAM memory cell, FIG. 3 is a conventional second example of an SRAM memory cell, and FIG. 4 is a diagram of the present invention. It is a manufacturing process diagram of an example. Tr111Tr12'45'' Parasitic MO8) transistor, Tr13+Tr14. ...Resist. Patent applicant: Oki Electric Industry Co., Ltd. ■ (b) B brush explanatory diagram of the conventional second I month. SRAM memory diagram

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)第1と第2のトランジスタのゲートとドレインが
共に電源に接続され第1のトランジスタのソースが第3
のトランジスタのドレイン、第4のトランジスタのゲー
トと共に、第5のトランジスタを介して、第1のビット
ラインに接続され、第2のトランジスタのソースが第4
のトランジスタのドレイン、第3のトランジスタのゲー
トと共に、第6のトランジスタを介して、第2のビット
ラインに接続され、第3と第4のトランジスタのソース
が共に接地電位に接続され、第5と第6のトランジスタ
のゲートが同じワードラインに接続されてなる半導体記
憶素子において、 前記第1と第2のトランジスタが、素子分離酸化膜をゲ
ート酸化膜とし、局所的にしきい値電圧を小さくするよ
う形成されたMOSトランジスタであることを特徴とす
る半導体記憶装置。
(1) The gates and drains of the first and second transistors are both connected to the power supply, and the source of the first transistor is connected to the third transistor.
The drain of the transistor and the gate of the fourth transistor are connected to the first bit line through the fifth transistor, and the source of the second transistor is connected to the fourth bit line.
The drain of the transistor, together with the gate of the third transistor, are connected to the second bit line through the sixth transistor, the sources of the third and fourth transistors are both connected to ground potential, and the fifth and In a semiconductor memory device in which gates of a sixth transistor are connected to the same word line, the first and second transistors use a gate oxide film as an element isolation oxide film to locally reduce a threshold voltage. A semiconductor memory device characterized in that it is a MOS transistor.
(2)半導体基板上に素子分離用酸化膜を形成する工程
と、 前記素子分離用酸化膜上に局所的に素子領域を接続する
ように開孔部をもつレジストパターンを形成する工程と
、 前記レジストパターンをマスクとして、前記素子分離用
酸化膜をエッチングし、膜厚を薄くする工程と、 前記レジストパターンをマスクとして、半導体基板と逆
導電形の不純物をイオン注入する工程とを含むことを特
徴とする半導体記憶装置の製造方法。
(2) a step of forming an oxide film for element isolation on a semiconductor substrate; a step of forming a resist pattern having openings so as to locally connect element regions on the oxide film for element isolation; The method includes the steps of: using a resist pattern as a mask, etching the element isolation oxide film to reduce the film thickness; and using the resist pattern as a mask, ion-implanting an impurity having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor memory device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112699632A (en) * 2020-12-23 2021-04-23 成都海光微电子技术有限公司 Method and device for acquiring total power consumption of circuit in circuit design

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