JPH0878537A - Static semiconductor memory - Google Patents

Static semiconductor memory

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JPH0878537A
JPH0878537A JP6210020A JP21002094A JPH0878537A JP H0878537 A JPH0878537 A JP H0878537A JP 6210020 A JP6210020 A JP 6210020A JP 21002094 A JP21002094 A JP 21002094A JP H0878537 A JPH0878537 A JP H0878537A
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JP
Japan
Prior art keywords
transistor
gate electrode
type
gate
drive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6210020A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Izawa
哲夫 伊澤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0878537A publication Critical patent/JPH0878537A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To attain a sufficiently high cell ratio required for reading out the data stably by varying the work function at the gate electrode of an MOS transistor thereby making the threshold voltage variable and increasing the area of transistor. CONSTITUTION: Drive transistors Q11 , Q12 have n-type gate electrodes G11 , G12 whereas transfer transistors Q15 , Q16 have P-type gate electrodes G15 , G16 . Consequently, the gate drive voltage of the drive transistor Q11 , Q12 can be set higher than that of the transfer transistor. Since-the ON resistance per unit channel width is substantially proportional inversely to the gate drive voltage, the cell ratio is doubled when the gate drive voltage of the drive transistor Q11 , Q12 is set two times as high as that of the transfer transistor Q15 , Q16 . Consequently, the cell ratio can be quadruplicated when both the channel width and the gate drive voltage are doubled.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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(以下、SRAMという)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a static semiconductor memory device (hereinafter referred to as SRAM).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来型SRAMのメモリセル(SRAM
セル)の構成及び動作について、CMOS型SRAMを
例にとって説明する。
2. Description of the Related Art A conventional SRAM memory cell (SRAM
The configuration and operation of a cell will be described by taking a CMOS SRAM as an example.

【0003】図3は、CMOS型SRAMセルの回路図
を示す。nチャネルMOSトランジスタからなる駆動ト
ランジスタQ11、Q12とpチャネルMOSトランジスタ
からなる負荷トランジスタQ13、Q14が、それぞれ(Q
11とQ13、及びQ12とQ14)、直列に接続され、2つの
インバータが構成されている。負荷トランジスタQ13
14のソース端子は電源電圧VDDに、駆動トランジスタ
11、Q12のソース端子は接地電位VSSに接続されてい
る。
FIG. 3 shows a circuit diagram of a CMOS type SRAM cell. The drive transistors Q 11 and Q 12 formed of n-channel MOS transistors and the load transistors Q 13 and Q 14 formed of p-channel MOS transistors are respectively (Q
11 and Q 13 and Q 12 and Q 14 ) are connected in series to form two inverters. Load transistor Q 13 ,
The source terminal of Q 14 is connected to the power supply voltage V DD , and the source terminals of the driving transistors Q 11 and Q 12 are connected to the ground potential V SS .

【0004】各インバータを構成する2つのトランジス
タの相互接続点は、それぞれ他方のインバータを構成す
る2つのトランジスタのゲート端子に接続されると共
に、nチャネルMOSトランジスタからなる転送トラン
ジスタQ15、Q16を介してビット線BL1 、BL2 に接
続されている。転送トランジスタQ15、Q16のゲート端
子は、共にワード線WLに接続されている。
The interconnection point of the two transistors forming each inverter is connected to the gate terminals of the two transistors forming the other inverter, and the transfer transistors Q 15 and Q 16 formed of n-channel MOS transistors are connected. It is connected to the bit lines BL 1 and BL 2 via. The gate terminals of the transfer transistors Q 15 and Q 16 are both connected to the word line WL.

【0005】図3に示すメモリセルに記憶されているデ
ータを読み出す場合には、ワード線WLに高レベル信号
を与えて2つの転送トランジスタQ15、Q16をオン状態
にする。駆動トランジスタQ11、Q12のドレイン端子の
電位状態が、それぞれ転送トランジスタQ15、Q16を介
してビット線BL1 、BL2 に現れる。ビット線B
1 、BL2 に現れた電位状態は、それぞれ図には示さ
ない差動増幅器の反転及び非反転入力端子に入力され、
増幅されて外部に取り出される。
The data stored in the memory cell shown in FIG.
When reading the data, a high level signal is applied to the word line WL.
To give two transfer transistors Q15, Q16On state
To Drive transistor Q11, Q12Of the drain terminal
The potential state of each transfer transistor Q15, Q16Through
Bit line BL1, BL2Appear in. Bit line B
L 1, BL2The potential states appearing in the
Input to the inverting and non-inverting input terminals of a differential amplifier,
It is amplified and taken out.

【0006】通常、転送トランジスタQ15、Q16のオン
状態の抵抗は、駆動トランジスタQ 11、Q12のそれより
も大きくなるように設計される。転送トランジスタ
15、Q 16のオン状態の抵抗が小さいと、データを読み
出す場合に、駆動トランジスタQ 11、Q12のドレイン端
子の電位が読出動作開始前にプリチャージされたビット
線の電位の影響を受けて変動し、記憶されているデータ
が破壊されることがあるからである。
Normally, the transfer transistor Q15, Q16On
The resistance of the state is the drive transistor Q 11, Q12Than that
Is also designed to be large. Transfer transistor
Q15, Q 16If the on-state resistance of the
When taking out, drive transistor Q 11, Q12The drain edge
Bits whose child potentials were precharged before the read operation started
Data that fluctuates and is stored under the influence of the line potential
May be destroyed.

【0007】駆動トランジスタのオン状態の抵抗に対す
る転送トランジスタのオン状態の抵抗の比をセル比とい
う。セル比は、通常3程度以上に設定される。
The ratio of the on-state resistance of the transfer transistor to the on-state resistance of the drive transistor is called the cell ratio. The cell ratio is usually set to about 3 or more.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】通常、セル比を大きく
するために、駆動トランジスタのチャネル幅を転送トラ
ンジスタのそれよりも大きくする。駆動トランジスタの
チャネル幅を大きくすればセル比は大きくなり、読出動
作は安定になるが、トランジスタの占める面積が大きく
なり、高集積化の要請に反する。
Generally, in order to increase the cell ratio, the channel width of the driving transistor is made larger than that of the transfer transistor. If the channel width of the driving transistor is increased, the cell ratio increases and the read operation becomes stable, but the area occupied by the transistor increases, which goes against the demand for higher integration.

【0009】一方、転送トランジスタのチャネル幅を小
さくしてもよいが、MOSトランジスタとして機能させ
るためには一定の幅を必要とし、その幅よりも小さくす
ることは困難である。
On the other hand, although the channel width of the transfer transistor may be made small, a certain width is required to function as a MOS transistor, and it is difficult to make it smaller than that width.

【0010】また、転送トランジスタのチャネル長を大
きくしてもセル比を大きくすることができるが、駆動ト
ランジスタのチャネル幅を大きくする場合と同様に、高
集積化の要請に反する。
Although the cell ratio can be increased even if the channel length of the transfer transistor is increased, it is against the demand for high integration as in the case of increasing the channel width of the driving transistor.

【0011】本発明の目的は、トランジスタの面積を増
大することなく、安定なデータ読出のために十分大きな
セル比を得ることが可能なSRAMセルを提供すること
である。
An object of the present invention is to provide an SRAM cell capable of obtaining a sufficiently large cell ratio for stable data reading without increasing the area of the transistor.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明のスタティック型
半導体記憶装置は、駆動トランジスタと負荷の直列接続
を2組並列に接続した並列接続回路と、各直列接続内の
駆動トランジスタと負荷との相互接続点を互いに他の組
の駆動トランジスタの制御端子に接続する配線と、各相
互接続点に接続された転送トランジスタとを有するスタ
ティック型半導体記憶装置において、前記駆動トランジ
スタと前記転送トランジスタは、第1導電型チャネルの
MOSトランジスタであり、前記第1導電型がn型のと
き、前記転送トランジスタのゲート電極の仕事関数は前
記駆動トランジスタのゲート電極の仕事関数よりも大き
く、前記第1導電型がp型のとき、前記転送トランジス
タのゲート電極の仕事関数は前記駆動トランジスタのゲ
ート電極の仕事関数よりも小さい。
A static type semiconductor memory device of the present invention includes a parallel connection circuit in which two sets of a drive transistor and a load are connected in series, and a drive transistor and a load in each series connection are mutually connected. In a static semiconductor memory device having wirings connecting connection points to control terminals of drive transistors of different sets, and transfer transistors connected to the interconnection points, the drive transistor and the transfer transistor may be a first transistor. When the first conductivity type is an n-type, the work function of the gate electrode of the transfer transistor is larger than the work function of the gate electrode of the drive transistor, and the first conductivity type is p-type. In the mold, the work function of the gate electrode of the transfer transistor is related to the work function of the gate electrode of the driving transistor. Less than.

【0013】前記駆動トランジスタのゲート電極を前記
第1導電型シリコンとし、前記転送トランジスタのゲー
ト電極を前記第1導電型と逆の第2導電型シリコンとし
てもよい。
The gate electrode of the drive transistor may be the first conductivity type silicon, and the gate electrode of the transfer transistor may be the second conductivity type silicon opposite to the first conductivity type.

【0014】[0014]

【作用】MOSトランジスタのゲート電極の仕事関数を
変えることにより、しきい値電圧を変動させることがで
きる。駆動トランジスタ及び転送トランジスタがnMO
Sトランジスタのとき、転送トランジスタのゲート電極
の仕事関数を駆動トランジスタのゲート電極の仕事関数
よりも大きくすることにより、転送トランジスタのしき
い値電圧を駆動トランジスタのしきい値電圧よりも大き
くすることができる。逆に、駆動トランジスタ及び転送
トランジスタがpMOSトランジスタのとき、転送トラ
ンジスタのゲート電極の仕事関数を駆動トランジスタの
ゲート電極の仕事関数よりも小さくすることにより、転
送トランジスタのしきい値電圧を駆動トランジスタのし
きい値電圧よりも大きくすることができる。
The threshold voltage can be changed by changing the work function of the gate electrode of the MOS transistor. Driving transistor and transfer transistor are nMO
In the case of an S transistor, the threshold voltage of the transfer transistor can be made higher than that of the driving transistor by making the work function of the gate electrode of the transfer transistor larger than the work function of the gate electrode of the driving transistor. it can. Conversely, when the drive transistor and the transfer transistor are pMOS transistors, the work function of the gate electrode of the transfer transistor is made smaller than the work function of the gate electrode of the drive transistor, so that the threshold voltage of the transfer transistor changes. It can be greater than the threshold voltage.

【0015】しきい値電圧が大きくなると、オン状態の
抵抗も大きくなる。このため、チャネルサイズを変える
ことなくセル比を大きくすることが可能になる。
As the threshold voltage increases, the on-state resistance also increases. Therefore, the cell ratio can be increased without changing the channel size.

【0016】[0016]

【実施例】図1(A)は、図3に示すSRAMセルの回
路をシリコン基板上に作製したSRAMセルの平面図を
示す。なお、図3に示すSRAMセル回路の構成及び動
作については、既に説明したとおりである。図1(B)
は、図1(A)の一点鎖線B−Bにおける断面図を示
す。
EXAMPLE FIG. 1A shows a plan view of an SRAM cell in which the circuit of the SRAM cell shown in FIG. 3 is formed on a silicon substrate. The configuration and operation of the SRAM cell circuit shown in FIG. 3 have already been described. Figure 1 (B)
Shows a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line BB in FIG.

【0017】図1(B)に示すように、シリコン基板1
の表面にフィールド酸化膜2によって囲まれた活性領域
1 、A2 が画定されている。図1(A)に示すよう
に、ゲート電極G13、ソース領域S13、ドレイン領域D
13からなる負荷トランジスタQ13、及びゲート電極
14、ソース領域S14、ドレイン領域D14からなる負荷
トランジスタQ14が活性領域A1 に形成されている。
As shown in FIG. 1B, a silicon substrate 1
Active region surrounded by field oxide film 2 on the surface of
A1, A2Is defined. As shown in Figure 1 (A)
And the gate electrode G13, Source region S13, Drain region D
13Load transistor Q consisting of13, And the gate electrode
G14, Source region S14, Drain region D14Consisting of a load
Transistor Q14Is the active area A1Is formed in.

【0018】ゲート電極G11、ソース領域S11、ドレイ
ン領域D11からなる駆動トランジスタQ11、ゲート電極
12、ソース領域S12、ドレイン領域D12からなる駆動
トランジスタQ12、ゲート電極G15、ソース領域S15
ドレイン領域D15からなる転送トランジスタQ15、及び
ゲート電極G16、ソース領域S16、ドレイン領域D16
らなる転送トランジスタQ16が活性領域A2 に形成され
ている。
The gate electrode G 11, the source region S 11, the driving transistor Q 11 consisting of the drain region D 11, the gate electrode G 12, the source region S 12, the driving transistor Q 12 consisting of the drain region D 12, the gate electrode G 15, Source region S 15 ,
Transfer transistor Q 15 consists drain region D 15 and the gate electrode G 16,, the source region S 16, the transfer transistors Q 16 consisting of the drain region D 16 are formed in the active region A 2.

【0019】ソース領域S13及びS14は一体に形成さ
れ、コンタクトホールH19を介して1層目配線L19に接
続され、1層目配線L19は、2層目に形成された電源電
圧線V DDに接続されている。ソース領域S11及びS12
一体に形成され、コンタクトホールH20を介して1層目
配線L20に接続され、1層目配線L20は図には示さない
2層目に形成された図の横方向に延在する接地線に接続
されている。
Source region S13And S14Is integrally formed
Contact hole H19Through the first layer wiring L19Contact
1st layer wiring L19Is the power supply formed on the second layer
Pressure line V DDIt is connected to the. Source area S11And S12Is
Contact hole H formed integrally20Through the first layer
Wiring L20Connected to the first layer wiring L20Is not shown in the figure
Connected to the ground line extending in the lateral direction of the figure formed on the second layer
Has been done.

【0020】ゲート電極G11、G12は、膜厚200nm
の非晶質シリコン層によって形成されている。ゲート電
極G11とG13、及びG12とG14は、図1(B)に示すよ
うにフィールド酸化膜2上で相互に接続されている。
The gate electrodes G 11 and G 12 have a film thickness of 200 nm.
Of the amorphous silicon layer. The gate electrodes G 11 and G 13 , and G 12 and G 14 are connected to each other on the field oxide film 2 as shown in FIG.

【0021】なお、ゲート電極G11、G12はn型、ゲー
ト電極G13、G14はp型である。このため、ゲート電極
相互の接続界面にはpn接合が形成されるが、これらゲ
ート電極の表面は高融点金属とシリコンとの合金(シリ
サイド)層で被覆されているため、ゲート電極G11とG
13、及びG12とG14はオーミックに接続される。
The gate electrodes G 11 and G 12 are n-type, and the gate electrodes G 13 and G 14 are p-type. For this reason, pn junctions are formed at the connection interfaces between the gate electrodes, but since the surfaces of these gate electrodes are covered with an alloy (silicide) layer of a refractory metal and silicon, the gate electrodes G 11 and G
13 , and G 12 and G 14 are ohmic connected.

【0022】ゲート電極G15、G16は、相互に接続され
て図の横方向に延在し、ワード線WLを形成している。
ドレイン領域D11とソース領域S15、及びドレイン領域
12とソース領域S16は、それぞれ一体に形成されてい
る。
The gate electrodes G 15 and G 16 are connected to each other and extend in the lateral direction of the drawing to form a word line WL.
The drain region D 11 and the source region S 15 , and the drain region D 12 and the source region S 16 are integrally formed.

【0023】ドレイン領域D11、D13、ゲート電極G14
(及びG12)は、それぞれコンタクトホールH11
13、H18を介して配線L1 に接続されている。同様
に、ドレイン領域D12、D14、ゲート電極G11(及びG
13)は、それぞれコンタクトホールH12、H14、H17
介して配線L2 に接続されている。
Drain regions D 11 and D 13 and gate electrode G 14
(And G 12 ) are contact holes H 11 ,
It is connected to the wiring L 1 via H 13 and H 18 . Similarly, the drain regions D 12 , D 14 and the gate electrode G 11 (and G
13 ) is connected to the wiring L 2 via contact holes H 12 , H 14 and H 17 , respectively.

【0024】ドレイン領域D15、D16は、それぞれコン
タクトホールH15、H16を介して1層目配線L15、L16
に接続され、1層目配線L15、L16はそれぞれ図には示
さない3層目に形成された図の縦方向に延在するビット
線BL1 、BL2 (図3)に接続されている。
The drain regions D 15 and D 16 are provided with first-layer wirings L 15 and L 16 via contact holes H 15 and H 16 , respectively.
The first layer wirings L 15 and L 16 are connected to bit lines BL 1 and BL 2 (FIG. 3) formed in the third layer (not shown) and extending in the vertical direction. There is.

【0025】次に、図1(A)、(B)に示すSRAM
セルの作製方法について説明する。p型シリコン基板1
の表面を選択酸化により、厚さ250nmのフィールド
酸化膜2を形成し、活性領域A1 、A2 を画定する。p
MOSトランジスタを形成する活性領域A1 にn型ウェ
ル形成用のP+ イオンをイオン注入する。続いて、nM
OSトランジスタを形成する活性領域A2 にp型ウェル
形成用のB+ イオンをイオン注入する。
Next, the SRAM shown in FIGS. 1A and 1B
A method for manufacturing the cell will be described. p-type silicon substrate 1
A surface oxide film 2 having a thickness of 250 nm is formed by selective oxidation on the surface of 1 to define active regions A 1 and A 2 . p
P + ions for forming an n-type well are ion-implanted into the active region A 1 forming the MOS transistor. Then, nM
B + ions for forming a p-type well are ion-implanted into the active region A 2 forming the OS transistor.

【0026】活性領域のシリコン基板表面に、厚さ6n
mのゲート酸化膜を形成し、さらにCVDによりゲート
酸化膜上に厚さ200nmの非晶質シリコン層を堆積す
る。次に、非晶質シリコン層のうちゲート電極G11、G
12を形成する領域にn型ゲート電極形成用のP+ イオン
を20keV、4×1015cm-2の条件でイオン注入す
る。続いて、ゲート電極G13〜G16を形成する領域にp
型ゲート電極形成用のBF2 + イオンを20keV、4
×1015cm-2の条件でイオン注入する。フォトリソグ
ラフィ及びエッチングにより非晶質シリコンをパターニ
ングして、ゲート電極G11〜G16を形成する。
A thickness of 6 n is formed on the surface of the silicon substrate in the active region.
m gate oxide film is formed, and a 200 nm-thick amorphous silicon layer is further deposited on the gate oxide film by CVD. Next, in the amorphous silicon layer, the gate electrodes G 11 and G
P + ions for forming an n-type gate electrode are ion-implanted into the region where 12 is formed under the conditions of 20 keV and 4 × 10 15 cm -2 . Then, p is formed in the region where the gate electrodes G 13 to G 16 are formed.
Type BF 2 + ions for forming a gate electrode, 20 keV, 4
Ion implantation is performed under the condition of × 10 15 cm -2 . Amorphous silicon is patterned by photolithography and etching to form gate electrodes G 11 to G 16 .

【0027】次に、レジストパターン及びゲート電極を
マスクとして、nMOSトランジスタを形成する領域に
As+ イオンを20keV、2×1015cm-2の条件で
イオン注入する。同様に、レジストパターン及びゲート
電極をマスクとして、pMOSトランジスタを形成する
領域にBF2 + イオンを20keV、2×1015cm -2
の条件でイオン注入する。
Next, the resist pattern and the gate electrode are formed.
As a mask, in the area where the nMOS transistor is formed
As+Ion 20 keV, 2 × 1015cm-2Under the conditions
Ion implantation. Similarly, resist pattern and gate
PMOS transistor is formed using the electrode as a mask
BF in the area2 +Ion 20 keV, 2 × 1015cm -2
Ion implantation is performed under the conditions of.

【0028】イオン注入した後、ラピッドサーマルアニ
ーリング法(RTA法)により1000℃で10秒間の
熱処理を行う。このとき、イオン注入されたイオンが活
性化し、ゲート電極はp型あるいはn型になり、MOS
トランジスタのソース及びドレイン領域が形成される。
After ion implantation, heat treatment is performed at 1000 ° C. for 10 seconds by the rapid thermal annealing method (RTA method). At this time, the implanted ions are activated and the gate electrode becomes p-type or n-type,
Source and drain regions of the transistor are formed.

【0029】次に、CVDで全面に厚さ100nmのシ
リコン酸化膜を堆積する。このシリコン酸化膜をRIE
で異方性エッチングし、ゲート電極側壁にサイドウォー
ルを形成する。
Next, a 100 nm thick silicon oxide film is deposited on the entire surface by CVD. RIE this silicon oxide film
Is anisotropically etched to form a sidewall on the sidewall of the gate electrode.

【0030】スパッタにより、全面に厚さ10nmのC
o層を堆積する。RTA法を用いて約600℃で30秒
間程度の熱処理を行う。このとき、ゲート電極、ソース
及びドレイン領域の表面とCo層が接している領域でC
oとSiが反応し、CoSi 2 層が形成される。CoS
2 層形成後、未反応のCo層を過酸化水素水と硫酸の
混合液で除去する。
By sputtering, a C layer having a thickness of 10 nm is formed on the entire surface.
Deposit the o layer. 30 seconds at about 600 ° C using RTA method
Heat treatment is performed for about a period of time. At this time, the gate electrode, the source
And C in the region where the Co layer is in contact with the surface of the drain region
o and Si react, CoSi 2A layer is formed. CoS
i2After the layer formation, the unreacted Co layer is treated with hydrogen peroxide solution and sulfuric acid.
Remove with mixture.

【0031】CVDにより全面に厚さ300nmのPS
G(リンシリケートガラス)層間絶縁膜を堆積する。こ
のシリコン酸化膜にコンタクトホールH11〜H14、H17
〜H 19を開口し、電源電圧線VDD、配線L1 、L2 を形
成する。
PS with a thickness of 300 nm is formed on the entire surface by CVD.
A G (phosphosilicate glass) interlayer insulating film is deposited. This
Contact hole H in the silicon oxide film of11~ H14, H17
~ H 19Open the power supply voltage line VDD, Wiring L1, L2Shape
To achieve.

【0032】さらに、層間絶縁膜を堆積して、コンタク
トホールH15、H16を開口し、ビット線を形成する。さ
らに、層間絶縁膜を堆積してコンタクトホールH20を開
口し、接地線を形成する。
Further, an interlayer insulating film is deposited, contact holes H 15 and H 16 are opened, and bit lines are formed. Further, an interlayer insulating film is deposited and a contact hole H 20 is opened to form a ground line.

【0033】以下、図2を参照して駆動トランジスタ及
び転送トランジスタの動作について説明する。図1で説
明したように、駆動トランジスタQ11、Q12のゲート電
極G 11、G12はn型、転送トランジスタQ15、Q16のゲ
ート電極G15、G16はp型である。
Hereinafter, with reference to FIG.
The operation of the transfer transistor will be described. Explanation in Figure 1
Drive transistor Q11, Q12Gate of
Pole G 11, G12Is n-type, transfer transistor Q15, Q16Ge of
Electrode G15, G16Is p-type.

【0034】図2(A)、(B)は、それぞれ駆動トラ
ンジスタ及び転送トランジスタのゲート電極とp型基板
が同電位のときのMOS構造のエネルギバンド構造を示
す。図2(C)、(D)は、それぞれ駆動トランジスタ
及び転送トランジスタのゲート電極に2.5Vの電圧を
印加した場合を示す。なお、ゲート電極はアモルファス
シリコンであるため、単結晶の場合と異なり価電子帯、
禁制帯及び伝導帯のそれぞれの境界は明瞭ではなくなる
が、境界が明確であるとして記載している。
FIGS. 2A and 2B show the energy band structure of the MOS structure when the gate electrodes of the driving transistor and the transfer transistor and the p-type substrate have the same potential, respectively. 2C and 2D show the case where a voltage of 2.5 V is applied to the gate electrodes of the driving transistor and the transfer transistor, respectively. Since the gate electrode is amorphous silicon, unlike the case of a single crystal, the valence band,
The boundaries between the forbidden band and the conduction band are not clear, but the boundaries are described as clear.

【0035】図2(A)に示すように、n型ゲート電極
11中には、大量のPがドープされているため、フェル
ミ準位EF は伝導帯下端EC とほぼ等しい。また、図2
(B)に示すように、p型ゲート電極G15中には、大量
のBがドープされているため、フェルミ準位EF は価電
子帯上端EV とほぼ等しい。
As shown in FIG. 2A, the Fermi level E F is almost equal to the conduction band lower end E C because the n-type gate electrode G 11 is heavily doped with P. Also, FIG.
As shown in (B), since a large amount of B is doped in the p-type gate electrode G 15 , the Fermi level E F is almost equal to the valence band upper end E V.

【0036】従って、真空準位E0 とフェルミ準位EF
との差である仕事関数qφa は、p型ゲート電極G15
方がn型ゲート電極G11よりもシリコンのバンドギャッ
プに相当する電圧(1V)だけ大きい。また、ゲート電
極とp型基板とが同電位であるため、両者のフェルミ準
位は等しくなる。
Therefore, the vacuum level E 0 and the Fermi level E F
The work function qφ a, which is the difference from the p-type gate electrode G 15 , is larger than the n-type gate electrode G 11 by a voltage (1 V) corresponding to the band gap of silicon. Further, since the gate electrode and the p-type substrate have the same potential, the Fermi levels of both are equal.

【0037】図2(A)に示すように、ゲート電極がn
型の場合には、p型基板1の界面近傍においてエネルギ
バンドが下に曲がる。一方、ゲート電極がp型の場合に
は図2(B)に示すように、p型基板1の界面近傍にお
いてエネルギバンドがやや上に曲がる。
As shown in FIG. 2A, the gate electrode is n
In the case of the mold, the energy band bends downward near the interface of the p-type substrate 1. On the other hand, when the gate electrode is p-type, as shown in FIG. 2B, the energy band bends slightly upward near the interface of the p-type substrate 1.

【0038】ゲート電極がp型の場合にn型の場合と同
等のエネルギバンドの下方への曲がりを発生させるに
は、p型ゲート電極にn型ゲート電極との仕事関数の差
に相当する約1Vの電圧を印加する必要がある。従っ
て、p型ゲート電極の場合のMOSFETのしきい値電
圧VTHは、n型ゲート電極の場合に比べて約1V程度高
い。
When the gate electrode is p-type, the same downward bending of the energy band as in the case of the n-type gate electrode is generated, and the p-type gate electrode has a work function difference of about n. It is necessary to apply a voltage of 1V. Therefore, the threshold voltage V TH of the MOSFET in the case of the p-type gate electrode is about 1 V higher than that in the case of the n-type gate electrode.

【0039】図2(E)は、ゲート電圧に対するドレイ
ン電流特性を示す。曲線a1 、a2は、それぞれ駆動ト
ランジスタ及び転送トランジスタのドレイン電流を示
す。上述のように、ゲート電極がp型の転送トランジス
タのしきい値電圧VTH2 は、ゲート電極がn型の駆動ト
ランジスタのしきい値電圧VTH1 よりも約1V高くな
る。図1で説明した条件の下では、しきい値電圧
TH1 、VTH2 はそれぞれ約0.5V、1.5Vとな
る。
FIG. 2E shows the drain current characteristic with respect to the gate voltage. Curves a 1 and a 2 represent the drain currents of the driving transistor and the transfer transistor, respectively. As described above, the threshold voltage V TH2 of the transfer transistor having the p-type gate electrode is higher than the threshold voltage V TH1 of the driving transistor having the n-type gate electrode by about 1 V. Under the conditions described with reference to FIG. 1, the threshold voltages V TH1 and V TH2 are about 0.5 V and 1.5 V, respectively.

【0040】ゲート電極にしきい値電圧VTH以上の電圧
が印加されると、図2(E)に示すようにドレイン電流
が流れる。ドレイン電流は、ゲート電圧が一定の電圧よ
りも低い範囲では、ゲート電圧の増加に従いほぼ直線的
に増加する。図の曲線a2 は曲線a1 を横軸方向に約1
V平行移動したものとほぼ等しい。このように、ゲート
電圧VGSのうち実際にドレイン電流を駆動するために供
されるゲートドライブ電圧VDRV は、 VDRV =VGS−VTH となる。
When a voltage higher than the threshold voltage V TH is applied to the gate electrode, a drain current flows as shown in FIG. 2 (E). The drain current increases almost linearly as the gate voltage increases in the range where the gate voltage is lower than a certain voltage. Curve a 2 in the figure around the curve a 1 in the horizontal axis direction 1
V is almost equal to the translated one. As described above, the gate drive voltage V DRV used to actually drive the drain current among the gate voltage V GS is V DRV = V GS −V TH .

【0041】ゲート電極に2.5Vの電圧を印加する
と、エネルギバンド構造は図2(C)、(D)に示すよ
うにp型基板1の界面近傍で下に大きく曲がる。このと
きのゲートドライブ電圧は、駆動トランジスタの場合は
2.0V、転送トランジスタの場合は1.0Vとなる。
従って、バンドの曲がりの大きさはp型ゲート電極の場
合よりもn型ゲート電極の方が大きい。この時の駆動ト
ランジスタ及び転送トランジスタのドレイン電流は、図
2(E)に示すようにそれぞれID1、ID2となる。
When a voltage of 2.5 V is applied to the gate electrode, the energy band structure bends largely downward near the interface of the p-type substrate 1 as shown in FIGS. 2 (C) and 2 (D). The gate drive voltage at this time is 2.0 V for the drive transistor and 1.0 V for the transfer transistor.
Therefore, the bending amount of the band is larger in the n-type gate electrode than in the p-type gate electrode. At this time, the drain currents of the driving transistor and the transfer transistor are I D1 and I D2 , respectively, as shown in FIG.

【0042】上記実施例のように、駆動トランジスタの
ゲート電極をn型、転送トランジスタのゲート電極をp
型とすることにより駆動トランジスタのゲートドライブ
電圧を転送トランジスタのゲートドライブ電圧よりも高
くすることができる。単位チャネル幅あたりのオン状態
の抵抗は、ゲートドライブ電圧にほぼ逆比例するため、
駆動トランジスタのゲートドライブ電圧を転送トランジ
スタのゲートドライブ電圧の2倍とすると、チャネルサ
イズが同等の場合であってもセル比は約2倍になる。
As in the above embodiment, the gate electrode of the driving transistor is n-type and the gate electrode of the transfer transistor is p-type.
By adopting a mold, the gate drive voltage of the drive transistor can be made higher than the gate drive voltage of the transfer transistor. Since the on-state resistance per unit channel width is almost inversely proportional to the gate drive voltage,
If the gate drive voltage of the drive transistor is set to be twice the gate drive voltage of the transfer transistor, the cell ratio will be approximately doubled even if the channel sizes are the same.

【0043】駆動トランジスタのチャネル幅を転送トラ
ンジスタのチャネル幅の2倍とした場合、しきい値電圧
が等しければセル比は2倍になる。従って、駆動トラン
ジスタのチャネル幅を転送トランジスタのチャネル幅の
2倍とし、かつ駆動トランジスタのゲートドライブ電圧
を転送トランジスタのゲートドライブ電圧の2倍とする
ことにより、セル比を4倍にすることができる。
When the channel width of the drive transistor is set to be twice the channel width of the transfer transistor, the cell ratio is doubled if the threshold voltages are equal. Therefore, by making the channel width of the drive transistor twice the channel width of the transfer transistor and the gate drive voltage of the drive transistor twice the gate drive voltage of the transfer transistor, the cell ratio can be quadrupled. .

【0044】上記実施例では、転送トランジスタのゲー
ト電極の仕事関数を大きくするためにp型アモルファス
シリコンを用いた場合について説明したが、n型アモル
ファスシリコンの仕事関数よりも大きい材料であればそ
の他の材料を用いてもよい。例えば、アルミニウム、チ
タン、窒化チタン等を用いてもよい。
In the above embodiment, the case where p-type amorphous silicon is used to increase the work function of the gate electrode of the transfer transistor has been described, but other materials can be used as long as they are larger than the work function of n-type amorphous silicon. Materials may be used. For example, aluminum, titanium, titanium nitride or the like may be used.

【0045】上記実施例では、駆動トランジスタ及び転
送トランジスタ共にnMOSトランジスタを使用する場
合について説明したが、pMOSトランジスタを使用し
てもよい。この場合は、転送トランジスタのゲート電極
の仕事関数を駆動トランジスタのゲート電極の仕事関数
よりも小さくすればよい。
In the above embodiment, the case where the nMOS transistor is used for both the drive transistor and the transfer transistor has been described, but a pMOS transistor may be used. In this case, the work function of the gate electrode of the transfer transistor may be made smaller than the work function of the gate electrode of the drive transistor.

【0046】なお、従来は、nMOSトランジスタ及び
pMOSトランジスタ共にn型ゲート電極が使用されて
いた。この場合に、pMOSトランジスタのしきい値電
圧をnMOSトランジスタのしきい値電圧と同等にする
ため、pMOSトランジスタのチャネル領域を弱いp型
としていた。このため、チャネル領域表面からやや深い
領域にまでp型領域が形成され、短チャネル効果による
パンチスルーが生じやすくなっていた。
Conventionally, an n-type gate electrode has been used for both the nMOS transistor and the pMOS transistor. In this case, in order to make the threshold voltage of the pMOS transistor equal to that of the nMOS transistor, the channel region of the pMOS transistor is a weak p type. Therefore, the p-type region is formed from the surface of the channel region to a slightly deep region, and punch-through due to the short channel effect is likely to occur.

【0047】上記実施例によれば、pMOSトランジス
タのゲート電極がp型になるため、pMOSトランジス
タのチャネル領域をp型にドープする必要がなくなり、
短チャネル効果によるパンチスルーが生じにくいという
効果もある。
According to the above embodiment, since the gate electrode of the pMOS transistor is p-type, it is not necessary to dope the channel region of the pMOS transistor to p-type.
There is also an effect that punch-through due to the short channel effect hardly occurs.

【0048】また、チャネル領域の不純物濃度を変化さ
せてしきい値電圧を変化させることもできるが、上記実
施例の方法によると、チャネル領域の不純物濃度を変化
させる方法よりも工程数が少ないという利点もある。
Although the threshold voltage can be changed by changing the impurity concentration of the channel region, the number of steps is smaller than that of the method of changing the impurity concentration of the channel region according to the method of the above embodiment. There are also advantages.

【0049】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トランジスタの占める面積を増大させることなく、SR
AMセルのセル比を増大させることができる。このた
め、より安定な読出動作が可能になる。
As described above, according to the present invention,
SR without increasing the area occupied by the transistor
The cell ratio of AM cells can be increased. Therefore, a more stable read operation becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例によるSRAMセルの平面図及び断面図
である。
FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view of an SRAM cell according to an embodiment.

【図2】図1に示す駆動トランジスタと転送トランジス
タのMOS構造のエネルギバンド図、及びゲート電圧に
対するドレイン電流特性を示すグラフである。
2 is an energy band diagram of a MOS structure of a drive transistor and a transfer transistor shown in FIG. 1 and a graph showing a drain current characteristic with respect to a gate voltage.

【図3】CMOS型SRAMセルの回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a CMOS type SRAM cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 層間絶縁膜 A 活性領域 Q MOSトランジスタ G ゲート電極 S ソース領域 D ドレイン領域 H コンタクトホール L 配線 BL ビット線 WL ワード線 1 Silicon substrate 2 Field oxide film 3 Interlayer insulating film A Active region Q MOS transistor G Gate electrode S Source region D Drain region H Contact hole L Wiring BL Bit line WL Word line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/06 29/786 9056−4M H01L 29/78 613 B ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 27/06 29/786 9056-4M H01L 29/78 613 B

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 駆動トランジスタと負荷の直列接続を2
組並列に接続した並列接続回路と、各直列接続内の駆動
トランジスタと負荷との相互接続点を互いに他の組の駆
動トランジスタの制御端子に接続する配線と、各相互接
続点に接続された転送トランジスタとを有するスタティ
ック型半導体記憶装置において、 前記駆動トランジスタと前記転送トランジスタは、第1
導電型チャネルのMOSトランジスタであり、 前記第1導電型がn型のとき、前記転送トランジスタの
ゲート電極の仕事関数は前記駆動トランジスタのゲート
電極の仕事関数よりも大きく、 前記第1導電型がp型のとき、前記転送トランジスタの
ゲート電極の仕事関数は前記駆動トランジスタのゲート
電極の仕事関数よりも小さいスタティック型半導体記憶
装置。
1. A drive transistor and a load are connected in series to each other.
Pairs of parallel connection circuits connected in parallel, wiring connecting the interconnection points of the drive transistors and loads in each series connection to the control terminals of the drive transistors of other pairs, and the transfer connected to each interconnection point In a static semiconductor memory device having a transistor, the drive transistor and the transfer transistor have a first
When the first conductivity type is an n-type, the work function of the gate electrode of the transfer transistor is larger than the work function of the gate electrode of the drive transistor, and the first conductivity type is p-type. In the static type, the work function of the gate electrode of the transfer transistor is smaller than the work function of the gate electrode of the drive transistor in a static type semiconductor memory device.
【請求項2】 前記駆動トランジスタのゲート電極は前
記第1導電型シリコンであり、 前記転送トランジスタのゲート電極は前記第1導電型と
逆の第2導電型シリコンである請求項1記載のスタティ
ック型半導体記憶装置。
2. The static type according to claim 1, wherein the gate electrode of the drive transistor is the first conductivity type silicon, and the gate electrode of the transfer transistor is the second conductivity type silicon opposite to the first conductivity type. Semiconductor memory device.
JP6210020A 1994-09-02 1994-09-02 Static semiconductor memory Withdrawn JPH0878537A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009514214A (en) * 2005-10-25 2009-04-02 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド Plural types of devices including inverted T-channel transistors and methods of manufacturing the same

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JP2009514214A (en) * 2005-10-25 2009-04-02 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド Plural types of devices including inverted T-channel transistors and methods of manufacturing the same

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