JPH06244385A - スタティック型半導体記憶装置 - Google Patents

スタティック型半導体記憶装置

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JPH06244385A
JPH06244385A JP5047238A JP4723893A JPH06244385A JP H06244385 A JPH06244385 A JP H06244385A JP 5047238 A JP5047238 A JP 5047238A JP 4723893 A JP4723893 A JP 4723893A JP H06244385 A JPH06244385 A JP H06244385A
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transistor
gate electrode
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memory device
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄膜トランジスタを負荷素子として用いるス
タティック型メモリセルにおいて、α線などの外乱に対
するソフトエラー耐性の向上を図る。 【構成】 バルク型nチャネルMOSトランジスタT
2 、T4 を駆動トランジスタとし、pチャネル薄膜トラ
ンジスタT1 、T3 を負荷トランジスタとするメモリセ
ルにおいて、薄膜トランジスタT13 のゲート電極と
ドレインとの間に容量素子C1 、C2 を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスタティック型半導体記
憶装置に関し、特にバルク型MOSトランジスタを駆動
トランジスタとし薄膜トランジスタを負荷とするメモリ
セルを複数個備えたスタティック型半導体記憶装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来のスタティック型半導体記憶装置の
セル部分の等価回路を図5に示す。同図に示されるよう
に、pチャネル薄膜トランジスタT1 とnチャネルMO
SトランジスタT2 により第1のインバータ回路が構成
されており、pチャネル薄膜トランジスタT3 とnチャ
ネルMOSトランジスタT4 により第2インバータ回路
が構成されている。そしてこれら2組みのインバータ回
路の交差接続によりメモリセルとなるフリップフロップ
が構成されており、このメモリセルの記憶ノードN1
2 に、“1”または“0”のデータを記憶させること
ができる。トランジスタT1 のゲートとトランジスタT
2 のゲートとの間、およびトランジスタT3 のゲートと
トランジスタT4 のゲートとの間には抵抗R1 、R2
接続されている(この抵抗の機能については後述す
る)。
【0003】nチャネルMOSトランジスタT5 、T6
は、このメモリセルにデータの書き込みおよび読み出し
を行うための転送ゲートであり、これらのMOSトラン
ジスタT5 、T6 のゲート電極はワード線WL に、その
ソース・ドレイン領域の一方はビット線BL に、またソ
ース・ドレイン領域の他方は、メモリセルの記憶ノード
1 、N2 に接続されている。
【0004】図6は、上述した回路が形成されている半
導体装置を示す平面図である。近年、集積度の向上に伴
い、フリップフロップを構成する各インバータの負荷ト
ランジスタ(図5のトランジスタT1 、T3 )をpチャ
ネル薄膜トランジスタで形成し、これをインバータの駆
動トランジスタを構成するバルク型のnチャネルMOS
トランジスタ(図5のトランジスタT2 、T4 )の上層
部に配置することが行われている。図6には、この種の
従来の半導体記憶装置の例が示されている。
【0005】シリコンからなるp型半導体基板の表面領
域内に選択的に形成されたn+ 型不純物領域1a、1
b、1cは、図5のトランジスタT6 およびT4 のソー
ス・ドレイン領域であり、n+ 型不純物領域1d、1
e、1fは、トランジスタT5 およびT2 のソース・ド
レイン領域である。
【0006】2a、2bは、それぞれ第1層ポリシリコ
ン膜により形成されたトランジスタT4 、T2 のゲート
電極、3a、3bは同じく第1層ポリシリコン膜により
形成されたワード線である。ここで、ワード線3a、3
bはトランジスタT5 およびT6 のゲート電極を兼ねて
いる。
【0007】4a、4bは、それぞれ第2層ポリシリコ
ン膜からなるGND配線、5a、5bは、n+ 型拡散層
1c、1fとGND配線4a、4bとの間を接続するた
めのスルーホール、6a、6bは、それぞれ第3層ポリ
シリコン膜からなるpチャネル薄膜トランジスタ(図5
のトランジスタT1 、T3 )のゲート電極である。ゲー
ト電極6aは、スルーホール7aを介してゲート電極2
b、n+ 型拡散層1bに同時に接続され、ゲート電極6
bは、スルーホール7bを介してゲート電極2a、n+
型拡散層1eに同時に接続されている。
【0008】8c、8dは、pチャネル薄膜トランジス
タのチャネル領域、ソース・ドレイン領域およびVCC
線を構成する多結晶シリコン膜(第4層ポリシリコン
膜)である。多結晶シリコン膜8cは、スルーホール9
aを介して薄膜トランジスタのゲート電極6bに接続さ
れ、また多結晶シリコン膜8dは、スルーホール9bを
介して薄膜トランジスタのゲート電極6aに接続されて
いる。図示されてはいないが、n+ 型拡散層1a、1d
上には、ビット線(図示なし)と接続するためのスルー
ホールが設けられている。
【0009】次に、図7を参照して、従来のpチャネル
薄膜トランジスタの構造について詳細に説明する。図7
の(a)は、図6より薄膜トランジスタ部分を抜き出し
たものであり、図7の(b)は、そのA−A′線の断面
図である。第3層ポリシリコン膜により形成されるゲー
ト電極60上に、絶縁膜100を介して第4層ポリシリ
コン膜により形成される多結晶シリコン膜80が配置さ
れている。多結晶シリコン膜80は、Vcc配線を兼ねる
ソース領域80aと、ドレイン領域80bと、チャネル
領域80cの各領域に分けられる。ソース領域80a
は、p型の高不純物濃度領域であり、また、ドレイン領
域80bは、p型の高不純物濃度領域80b1 と低不純
物濃度領域80b2 とから構成される領域である。これ
らの各領域は、ボロンのイオン注入によって形成される
領域である。図7に示されたように、ドレイン領域の高
不純物濃度領域80b1 をゲート電極60から離して形
成するのは、主としてオフ時のリーク電流を低く抑える
ためである。
【0010】このように構成された従来のスタティック
型半導体記憶装置では、素子の小型化が進んだことによ
り、パッケージや配線材料等から放射されるα線によっ
てデータが反転するソフトエラーが起こりやすくなって
きている。ソフトエラーは次のようにして起こる。い
ま、図5において、記憶ノードN1がHレベル
(“1”)、記憶ノードN2 がLレベル(“0”)(こ
の場合、n+型拡散層1eがHレベルでn+ 型拡散層1
bがLレベル)にあるものとする。ここで、α線が入射
すると、電子−ホール対が生成され、生成された電子は
+ 型拡散層1eに集められる。これにより記憶ノード
1 の電位が低下し、nチャネルMOSトランジスタT
4 がOFF、pチャネル薄膜トランジスタT3 がONに
転じ、記憶ノードN2 の電位が上昇する。そのため、n
チャネルMOSトランジスタT2 がON、pチャネル薄
膜トランジスタT1 がOFFとなって新たな安定状態に
入る。
【0011】この種スタティック型半導体記憶装置のソ
フトエラー耐性を向上させる手段として、「1991年
電子情報通信学会秋季大会予稿集C−427、P.5−
141」により、薄膜トランジスタのゲート電極6a、
6bの不純物濃度を下げてそのシート抵抗を高くするこ
とが提案されている。この場合、通常1×1019〜1×
1020atoms /cm3 のリンが導入されているゲート電極
6a、6bにシート抵抗を高くするためにリンの導入量
を1×1017〜1×1019atoms /cm3 程度に減らす必
要がある。その結果、図5に示されるように、薄膜トラ
ンジスタT1 、T3 のゲートには等価的に抵抗R1 、R
2 が接続されたことになる。
【0012】このような対策の採られた半導体記憶装置
では、記憶ノードN1 −薄膜トランジスタT3 のゲート
間および記憶ノードN2 −薄膜トランジスタT1 のゲー
ト間の抵抗が増大することにより、薄膜トランジスタの
ゲート電極を充電する回路の時定数が増大する。そのた
め、Hレベルにあった記憶ノードN1 の電位が、α線に
より生成された電子の注入を受けて低下しても薄膜トラ
ンジスタT3 のゲートの電位が低下するのは遅れる。従
って、α線照射を受けてもトランジスタT3 は直ちに導
通することはなく、記憶ノードN2 の電位はしばらく低
電位を保つ。そのため、薄膜トランジスタT1 はON、
MOSトランジスタT2 はOFFの状態を保持し続け、
間もなく記憶ノードN1 の電位はHレベルを回復する。
従って、上記の改良型半導体記憶装置の構成によりソフ
トエラー耐性は改善される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のα線対
策を施したスタティック型半導体記憶装置では、薄膜ト
ランジスタのゲート電極へのリン導入量を1×1017
1×1019atoms /cm3程度に減らしていたが、この場
合、製造条件のばらつき等によりシート抵抗値に大きな
ばらつきが生じる。また、十分に大きな抵抗値を得るこ
とができないことがあり、その場合には十分なソフトエ
ラー対策とはならなかった。さらに、従来の対策では、
大きなソフトエラー耐性向上効果をもつものではないた
め、仮に大きなシート抵抗値が得られたとしても、半導
体記憶装置の小型化がさらに進んだ場合のα線対策とし
ては不十分なものであった。
【0014】よって、本発明の目的とするところは、製
造条件等により特性のばらつくことのない、新規なそし
てより大きなソフトエラー耐性向上効果をもつα線対策
を提案し、信頼性の高いスタティック型半導体記憶装置
を提供できるようにすることである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
目的を達成するために、第1のバルク型nチャネルMO
Sトランジスタ(T2 )を駆動トランジスタとし第1の
pチャネル薄膜トランジスタ(T1 )を負荷トランジス
タとする第1のインバータと、第2のバルク型nチャネ
ルMOSトランジスタ(T4 )を駆動トランジスタとし
第2のpチャネル薄膜トランジスタ(T3 )を負荷トラ
ンジスタとする第2のインバータとを有しこれらが交差
接続されてなるメモリセルを複数個備えるスタティック
型半導体記憶装置において、第1および第2の薄膜トラ
ンジスタのゲート電極とドレインとの間にはそれぞれ容
量素子(C1 、C2 )が接続されていることを特徴とす
るスタティック型半導体記憶装置が提供される。
【0016】前記容量素子(C1 、C2 )は、第1およ
び第2のpチャネル薄膜トランジスタ(T1 、T3 )の
ドレイン領域を構成するp型半導体薄膜のチャネル領域
への延長部分とゲート電極との間に形成することがで
き、あるいは、第1(第2)のpチャネル薄膜トランジ
スタ(T1 、T3 )のゲート電極とこれと絶縁膜を介し
て配置される第2(第1)のバルク型nチャネルMOS
トランジスタ(T4 、T2 )のゲート電極との間に形成
することができるものである。また、第1(第2)のp
チャネル薄膜トランジスタ(T1 、T3 )のゲート電極
と第1(第2)のバルク型nチャネルMOSトランジス
タ(T2 、T4 )のゲート電極との間には抵抗R1 、R
2 を接続してもよい。この抵抗は、薄膜トランジスタの
ゲート電極を低不純物濃度乃至ノンドープの半導体薄膜
によって構成することにより形成されるものである。
【0017】
【作用】図1において、記憶ノードN1 、N2 にそれぞ
れ“1”、“0”が記憶されているものとする。ここ
で、説明を簡単にするため、電源電圧Vccは2V、デー
タ“1”、“0”に対応する電圧をそれぞれ2V、0V
とする。パッケージ等から放出されたα線が記憶ノード
1 にヒットすると、生成された電子がノードN1 に集
められ、ノードN1 の電位が2Vから−1V程度にまで
低下する。ここで、トランジスタT1 のドレインとゲー
ト電極との間には、本発明に従って、容量素子C1 が追
加されている。そのため、そのブートストラップ効果に
より、トランジスタT1 のゲート電位は0Vから概略−
3V程度にまで低下する。従って、トランジスタT1
ゲート−ソース間電圧VGSは、α線ヒット前後で、−2
Vから−5V程度へと大幅に変化する。その結果、α線
のヒット後のトランジスタT1 の電流供給能力は大幅に
増加してトランジスタT1 が記憶ノードN1 を急速に充
電し、ノードN1 の電位は−1V程度から2Vにまで速
やかに回復する。一方、記憶ノードN1 の電位が急速に
2Vに復帰するため、トランジスタT3、T4 のON、
OFFが反転することがなく、記憶ノードN2 の電位
は、0Vのままに留まる。すなわち、α線がヒットして
もメモリセルがソフト的に破壊されることは防止され、
スタティック型半導体記憶装置のソフトエラー耐性は大
幅に改善される。
【0018】容量素子追加に加え、薄膜トランジスタの
ゲート電極を低不純物濃度乃至ノンドープ半導体薄膜に
より形成することにより、本発明の効果は一層顕著なも
のとなる。それは、容量素子、抵抗によるそれぞれの効
果に加え、前述のブートストラップ効果がより高まるか
らである。
【0019】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の第1の実施例の等価回路図
である。同図において、T1 、T3は、それぞれpチャ
ネル薄膜トランジスタであり、T2 、T4 、T5 、T6
は、それぞれnチャネルMOSトランジスタである。ト
ランジスタT1 、T2 およびトランジスタT3 、T4
より、1対のインバータ回路が構成されており、これら
のインバータ回路は互いに交差接続されている。
【0020】トランジスタT5 、T6 は、上記のように
構成されたメモリセルへデータの書き込みおよびデータ
の読み出しを行うための転送ゲートであって、これらの
トランジスタのゲート電極は、ワード線WL に、またそ
のソース・ドレイン領域の一方はビット線BL に、その
ソース・ドレイン領域の他方はメモリセルの記憶ノード
1 、N2 にそれぞれ接続されている。また、pチャネ
ル薄膜トランジスタT1 、T3 のゲート電極とnチャネ
ルMOSトランジスタT2 、T4 のゲート電極との間に
は抵抗R1 、R2 が接続されている。以上の構成は図6
に示した従来例と同様である。本実施例の従来例と相違
する点は、pチャネル薄膜トランジスタT1 、T3 のゲ
ート電極とドレインとの間に、容量素子C1 、C2 が接
続されていることである。
【0021】図2は、本発明の一実施例の平面図であ
る。図2において、n+ 型不純物領域1a、1b、1c
は、シリコンからなるp型半導体基板の表面領域内に選
択的に形成された領域であって、図1のnチャネルMO
SトランジスタT6 およびT4のソース・ドレイン領域
を構成しており、またn+ 型不純物領域1d、1e、1
fは、nチャネルMOSトランジスタT5 およびT2
ソース・ドレイン領域を構成する領域である。
【0022】2a、2bは、それぞれ第1層ポリシリコ
ン膜により形成されたnチャネルMOSトランジスタT
4 、T2 のゲート電極、3a、3bは同じく第1層ポリ
シリコン膜により形成されたワード線である。ここで、
ワード線3a、3bはトランジスタT5 およびT6 のゲ
ート電極を兼ねている。
【0023】4a、4bは、それぞれ第2層ポリシリコ
ン膜からなるGND配線、5a、5bは、n+ 型拡散層
1c、1fとGND配線4a、4bとの間を接続するた
めのスルーホール、6a、6bは、それぞれ第3層ポリ
シリコン膜からなるpチャネル薄膜トランジスタ(図1
のトランジスタT1 、T3 )のゲート電極である。ゲー
ト電極6aは、スルーホール7aを介してゲート電極2
b、n+ 型拡散層1bに同時に接続され、ゲート電極6
bは、スルーホール7bを介してゲート電極2a、n+
型拡散層1eに同時に接続されている。
【0024】8a、8bは、第4層ポリシリコン膜によ
り形成された、pチャネル薄膜トランジスタのチャネル
領域、ソース・ドレイン領域およびVCC配線を構成する
多結晶シリコン膜である。多結晶シリコン膜8aは、ス
ルーホール9aを介して薄膜トランジスタのゲート電極
6bに接続され、また多結晶シリコン膜8bは、スルー
ホール9bを介して薄膜トランジスタのゲート電極6a
に接続されている。図示されてはいないが、n+ 型拡散
層1a、1d上には、ビット線(図示なし)と接続する
ためのスルーホールが設けられている。
【0025】図2に示した平面図は、図6の従来例のそ
れと半導体層のパターン上は同様である。両者の相違す
るする点は、従来例での多結晶シリコン膜8c、8dが
本実施例では8a、8bとなっていることである。多結
晶シリコン膜8a、8b;8c、8dは、リン(P)の
ドープされたn型の領域とボロン(B)がドープされて
p型化された領域とを有するが、8a、8bと8c、8
dとでは、ボロンがドープされてp型化された領域のパ
ターンが相違している。図3を参照してこの点をより詳
しく説明する。
【0026】図3の(a)は、図2より薄膜トランジス
タ部分を抜き出した図であり、図3の(b)は、そのA
−A′線断面図である。第3層ポリシリコン膜により形
成されるゲート電極60上に、絶縁膜100を介して第
4層ポリシリコン膜により形成される多結晶シリコン膜
80が配置されている。多結晶シリコン膜80は、Vcc
配線を兼ねるソース領域80aと、ドレイン領域80b
と、チャネル領域80cの各領域に分けられる。ソース
領域80aは、p型の高不純物濃度領域であり、また、
ドレイン領域80bは、p型の高不純物濃度領域80b
1 と低不純物濃度領域80b2 とから構成される領域で
ある。さらに、チャネル領域80cは、n型のままの領
域80c1 とボロンがドープされたp型の低不純物濃度
領域80c2 から構成される。
【0027】この低不純物濃度領域80c2 とゲート電
極60との間には容量素子が形成されるが、この容量素
子は図1に示されるように、薄膜トランジスタT1 、T
3 のゲート電極とドレインとの間に接続されたものとな
る。なお、高不純物濃度領域80b1 におけるボロンの
注入量は、1×1015〜1×1016/cm2 程度であ
り、低不純物濃度領域80b2 および80c2 における
それは1×1012〜1×1013/cm2 程度である。
【0028】次に、図4を参照して本発明の第2の実施
例について説明する。図4は、第2の実施例の平面図で
あるが、同図において、図2に示した先の実施例の部分
に対応する部分については同一の符号を付すことにし重
複した説明は省略する。本実施例の第1の実施例と相違
する点は、第1の実施例での第2層ポリシリコン膜で形
成されるGND配線4a、4bが、本実施例では、これ
より後退した形状の4c、4dとなっている点である。
【0029】すなわち、第1の実施例では、第1層ポリ
シリコン膜で形成されるMOSトランジスタT4 、T2
のゲート電極2a、2bと、第3層ポリシリコン膜で形
成される薄膜トランジスタT1 、T3 のゲート電極6
a、6bとの間に第2層ポリシリコン膜で形成されるG
ND配線4a、4bが介在していたが、本実施例では、
MOSトランジスタT4 、T2 のゲート電極2a、2b
と、薄膜トランジスタT1 、T3 のゲート電極6a、6
bとがGND配線を介することなく対向・配置されてい
る。そのため、MOSトランジスタT4 のゲート電極2
aと薄膜トランジスタT1のゲート電極6aとの間、お
よび、MOSトランジスタT2 のゲート電極2bと薄膜
トランジスタT3 のゲート電極6bとの間にそれぞれ容
量素子が形成されることになる。そして、ここに形成さ
れた容量素子は、電気的には薄膜トランジスタT1 、T
3 のゲート電極−ドレイン間に接続される容量素子と等
価である。よって、本実施例の等価回路図は、図1に示
された第1の実施例のそれと同等のものとなる。従っ
て、本実施例のものも先の実施例の場合と同様の効果を
奏することができる。
【0030】以上、好ましい実施例について説明した
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、
本発明の主旨にしたがって種々の改変が可能であり、こ
れらを本発明から排除するものではない。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のスタティ
ック型半導体記憶装置では、メモリセルの負荷として用
いるpチャネル薄膜トランジスタのゲート電極とドレイ
ンとの間に容量素子を接続したので、α線照射による記
憶ノードの電位低下を直ちに回復させることができるよ
うになり、ソフトエラー耐性を大幅に改善することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例の等価回路図。
【図2】 本発明の第1の実施例の平面図。
【図3】 本発明の第1の実施例の要部の平面図とその
A−A′線断面図。
【図4】 本発明の第2の実施例の平面図。
【図5】 従来例の等価回路図。
【図6】 従来例の平面図。
【図7】 従来例の要部の平面図とそのA−A′線断面
図。
【符号の説明】
1a〜1f…n+ 型拡散層、 2a、2b…nチャネ
ルMOSトランジスタのゲート電極(第1層ポリシリコ
ン膜)、 3a、3b…ワード線(第1層ポリシリコ
ン膜)、 4a〜4d…GND配線(第2層ポリシリ
コン膜)、5a、5b、7a、7b、9a、9b…スル
ーホール、 6a、6b、60…pチャネル薄膜トラ
ンジスタのゲート電極(第3層ポリシリコン膜)、
8a〜8d、80…多結晶シリコン膜(第4層ポリシリ
コン膜)、 80a…ソース領域、 80b…ドレ
イン領域、 80c…チャネル領域、 80b1
高不純物濃度領域、 80b2 、80c2 …低不純物
濃度領域、 100…絶縁膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 9056−4M H01L 29/78 311 C

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のバルク型nチャネルMOSトラン
    ジスタを駆動トランジスタとし第1のpチャネル薄膜ト
    ランジスタを負荷トランジスタとする第1のインバータ
    と、第2のバルク型nチャネルMOSトランジスタを駆
    動トランジスタとし第2のpチャネル薄膜トランジスタ
    を負荷トランジスタとする第2のインバータとを有しこ
    れらが交差接続されてなるメモリセルを複数個備えるス
    タティック型半導体記憶装置において、第1および第2
    の薄膜トランジスタのゲート電極とドレインとの間には
    それぞれ容量素子が接続されていることを特徴とするス
    タティック型半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記容量素子は、第1および第2の薄膜
    トランジスタのドレイン領域を構成するp型半導体薄膜
    がチャネル部分にまで延在しその延在部分と該当する薄
    膜トランジスタのゲート電極との間に形成されたもので
    あることを特徴とする請求項1記載のスタティック型半
    導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記p型半導体薄膜は、前記ゲート電極
    上およびその近傍でドレイン領域の他の部分より不純物
    濃度が低くなされていることを特徴とする請求項2記載
    のスタティック型半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記容量素子は、前記第1のpチャネル
    薄膜トランジスタのゲート電極とこれと絶縁膜を介して
    配置される前記第2のバルク型nチャネルMOSトラン
    ジスタのゲート電極との間、および前記第2のpチャネ
    ル薄膜トランジスタのゲート電極とこれと絶縁膜を介し
    て配置される前記第1のバルク型nチャネルMOSトラ
    ンジスタのゲート電極との間に形成されたものであるこ
    とを特徴とする請求項1記載のスタティック型半導体記
    憶装置。
  5. 【請求項5】 前記第1および第2のpチャネル薄膜ト
    ランジスタのゲート電極は、低不純物濃度乃至ノンドー
    プの半導体薄膜によって構成されていることを特徴とす
    る請求項1記載のスタティック型半導体記憶装置。
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