JPH1041410A - Sramセル及びその製造方法 - Google Patents
Sramセル及びその製造方法Info
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- JPH1041410A JPH1041410A JP9094620A JP9462097A JPH1041410A JP H1041410 A JPH1041410 A JP H1041410A JP 9094620 A JP9094620 A JP 9094620A JP 9462097 A JP9462097 A JP 9462097A JP H1041410 A JPH1041410 A JP H1041410A
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Abstract
Mセル及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明により、プルアップデバイス、プ
ルダウンデバイス及びアクセスデバイスが備えられ、プ
ルアップデバイス、プルダウンデバイス及びアクセスデ
バイスがセルノードで接続されたSRAMセルにおい
て、アクセスデバイスとセルノードに連結され、アクセ
スデバイスの電流を減らすための電流減少手段が備えら
れたことを特徴とする。
Description
ス(device)及びその製造方法に関するもので、特に向上
されたセル比を持つSRAMセル及びその製造方法に関
する。
ってDRAM(Dynamic Random AccessMemory)とSRA
M(Static RandomAccess Memory)とに分類される。SR
AMは早いスピードと低電力消耗及び、単純作動によっ
て駆動されるデバイスで、非常に脚光を浴びているメモ
リデバイスである。また、DRAMとは異なって、周期
的に貯蔵された情報をリフレッシュする必要がないだけ
でなく、設計が容易な長所を有する。一般的にSRAM
セルは、プルダウン(pull-down) デバイスの2つの駆動
トランジスタ(drivertransistor)と、2つのアクセス(a
ccess)デバイス及び2つのプルアップ(pullup)デバイス
とから構成され、プルアップデバイスの形態によって、
完全CMOSセル(full CMOS cell)、HRL(High Road
Resistor)セル及びTFT(Thin Film Transistor)セル
との3つの構造に分類される。完全CMOSセルは、P
チャンネルバルクモスフェット(P-channel bulk MOSFE
T) がプルアップデバイスで使用され、HRLセルは高
い抵抗値を有するポリシリコンがプルアップデバイスで
使用され、TFTセルはPチャンネルポリシリコンTF
Tがプルアップデバイスで使用される。この時、完全C
MOSセルの構造を有するSRAMセルは、素子の動作
特性が最も優秀で工程が単純であるが、1つの単位セル
にNMOS及びPMOSトランジスタが共に内蔵されて
セルの大きさが大きいので、ロジック半導体装置に少量
の記憶デバイスを使用する場合に適用される。一方、H
RLセルの構造を有するSRAMセルと、TFTセルの
構造を有するSRAMセルとは、デバイスの動作特性が
優秀でなく工程が複雑であるが、セルの大きさを顕著に
減らすことができるので、記憶デバイス専用に使用され
る半導体記憶装置に適用される。
つSRAMセルの回路図である。図1に示すように、S
RAMセルはプルアップ用PMOSトランジスタQ1、
Q2のソースがVDDにそれぞれ連結される。セルノー
ドN1、N2でPMOSトランジスタQ1、Q2のドレ
インとプルダウン用NMOSトラジスタQ3、Q4のド
レインがそれぞれ直列連結される。NMOSトランジス
タQ3、Q4のソースはVSSに接続される。PMOS
トランジスタQ1、Q2のゲートとNMOSトランジス
タQ3、Q4のゲートがそれぞれ互いに接続されると共
にこの接続点とセルノードN1、N2がそれぞれクロス
カップルされる。アクセス用NMOSトランジスタQ
5、Q6は、そのゲートがワードライン(W/L)にそ
れぞれ連結され、そのソースがビートライン(B/L
1、B/L2 )にそれぞれ連結され、またそのドレイン
がセルノードN1、N2でNMOSトランジスタQ3、
Q4のドレインとそれぞれ接続される。前記の構成から
なるSRAMは、ノードN1にHIGHのデータを貯蔵
し、ノードN2にLOWのデータを貯蔵するために、ワ
ードラインW/Lをターンオンさせて、アクセス用NM
OSトランジスタQ5、Q6をそれぞれターンオンさせ
る。そして、ビットラインB/L1にHIGHを入力す
ると共に、ビットラインB/L2にLOWを入力して、
プルアップ用PMOSトランジスタQ1及び、プルダウ
ン用NMOSトランジスタQ4をターンオンさせると共
に、プルアップ用PMOSトランジスタQ2及び、プル
ダウン用NMOSトランジスタ Q3をターンオフさせ
る。これによって、ノードN1ではHIGH状態、ノー
ドN2ではLOW状態となり、ワードラインW/Lがタ
ーンオフされても続けてラッチ(latch) されて、ノード
N2では続けてLOW状態が保持され、ノードN1では
続けてHIGH状態が保持される。これによって、ノー
ドN1、N2にそれぞれのデータが貯蔵される。
る平面図である。図2で図面部号A1、A2はプルアッ
プ用PMOSトランジスタQ1、Q2のアクティブ領域
を示し、B1、B2はプルダウン用NMOSトランジス
タQ3、Q4とアクセス用NMOSトランジスタQ5、
Q6とのアクティブ領域を示す。また、34a、34b
及び54はゲートラインを示し、C1〜C6はコンタク
ト領域を示す。この時、C1及びC2はセルノードN
1、N2のコンタクト領域を示し、C3及びC4はNM
OSトランジスタQ5、Q6のソースコンタクト領域を
示す。C5はPMOSトランジスタQ1、Q2のソース
コンタクト領域を示し、C6はNMOSトランジスタQ
3、Q4のソースコンタクト領域を示す。図3は図2の
アクティブ領域B1のIII −III ’線による断面図で、
プルダウン用NMOSトランジスタQ3及びアクセス用
NMOSトランジスタQ5の断面構造を示す。
よってプルアップ用NMOSトランジスタQ3とアクセ
ス用NMOSトランジスタQ5とのアクティブ領域B1
の定められた半導体基板1と、フィールド酸化膜2の間
の基板1上に形成されたゲート酸化膜3及びそれぞれの
ゲート34a、54と、ゲート34a、54の両側のア
クティブ領域B1内に形成されたそれぞれのソース領域
5a、5c及び共通ドレイン領域5bと、基板全面に形
成され、ソース及びドレイン領域5a、5c、5bの所
定部分を露出させるコンタクトホールが備えられた層間
絶縁膜6と、前記コンタクトホールを通じてソース及び
ドレイン領域5a、5c、5bとコンタクトされた金属
配線層7a、7b、7cとで構成される。一方、SRA
Mセルの特性を決定する要因中の1つはプルダウンデバ
イス、すなわち駆動デバイスと、アクセスデバイスの電
流駆動能力比(current driving capability ratio)、す
なわちセル比(cell ratio; IDSAT DRIVER TRANSISTOR/I
DSAT ACCESS TRANSISTOR) であって、このセル比が大き
ければSRAMセルの特性が向上される。従って、プル
ダウンデバイスの電流容量が大きいほど、アクセスデバ
イスの電流容量が小さいほど、SRAMセルの特性が向
上される。
の動作を調べて見ると、ノードN1にLOW、ノードN
2にHIGHが貯蔵された場合、ノードN1の電圧がア
クセス用NMOSトランジスタQ5、Q6とプルダウン
用NMOSトランジスタ Q3、Q4の電流容量比によ
って決定される。これによって、ノードN1はプルダウ
ン用NMOSトランジスタQ3、Q4の電流容量が大き
いほど、アクセス用NMOSトランジスタQ5、Q6の
電流容量が小さいほど小さい値を保持しようとする。こ
のようになると、読む動作時に、アクセス用NMOSト
ランジスタQ5、Q6がターンオンされた時、ビットラ
インB/L1の電圧が変動されても、ノードN1の電圧
はLOW状態で大きく変動されず、ノードN1の電圧変
動が小さければ、クロスカップルされたノードN2の電
圧も、またHIGH状態を保持するようになる。従っ
て、従来はアクセス用のNMOSトランジスタの幅(wid
th) を狭くし、長さ(length)を長くして電流容量を減少
させ、プルダウン用のNMOSトランジスタの幅を広く
し、長さを短くして電流容量を増加させることによっ
て、全体的にセル比を調節した。しかし、トランジスタ
の幅と長さとは、一定した大きさ以下に減らすことがで
きないので、セル比を向上させるためにセルの大きさを
減らすには限界があった。
は、アクセスデバイスの電流を減らすために、セルノー
ドとアクセスデバイスとの間に抵抗(resistor)を介在さ
せることにより、セル比を向上させることのできるSR
AMセル及びその製造方法を提供することにある。
めに、本発明の第1観点により、プルアップデバイス、
プルダウンデバイス及びアクセスデバイスが備えられ、
プルアップデバイス、プルダウンデバイス及びアクセス
デバイスがセルノードで接続されたSRAMセルにおい
て、アクセスデバイスとセルノードと間にアクセスデバ
イスの電流を減らすための電流減少手段が備えられたこ
とを特徴とする。また、電流減少手段は抵抗であること
を特徴とする。
明の第2観点によるSRAMセルは、アクティブ領域が
定められた第1導電形の半導体基板と、基板上に形成さ
れたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された第1
及び第2ゲートと第1及び第2ゲートの間に形成された
第3ゲートと、第3ゲート下部の前記アクティブ領域内
に形成された第2導電形のチャネル領域と、第1、第2
及び第3ゲートの両側のアクティブ領域内に形成された
第2導電形の不純物拡散領域と、基板上に形成され、第
1ゲート両側と、第2ゲートの前記第3ゲートと隣り合
わぬ側との不純物拡散領域を露出させるコンタクトホー
ルが備えられた層間絶縁膜と、コンタクトホールを通じ
て露出された不純物拡散領域とそれぞれコンタクトされ
た金属配線層とを含むことを特徴とする。また、上記の
目的を達成するために、プルアップデバイス、プルダウ
ンデバイス及びアクセスデバイスが備えられたSRAM
セルの製造方法において、アクティブ領域が定められた
第1導電形の半導体基板を提供する段階と、プルダウン
デバイス領域とアクセスデバイス領域との間のアクティ
ブ領域の所定部分に第2導電形のチャネル領域を形成す
る段階と、基板上にゲート絶縁膜を形成する段階、プル
ダウンデバイスの領域とアクセスデバイスの領域の上部
及びチャネル領域上にゲートを形成する段階と、ゲート
両側のアクティブ領域内に第2導電形の不純物拡散領域
を形成する段階を含むことを特徴とする。また、チャネ
ル領域はプルアップデバイスのしきい電圧を調節するた
めの第2導電形の不純物のイオン注入工程時、同時に形
成されることを特徴とする。
ードとアクセスデバイスとの間に介在された電流減少手
段によって、アクセスデバイスの電流容量が減ることに
より、SRAMセルのセル比が向上される。
発明の実施例を説明する。図4は本発明の実施例による
完全CMOS構造を有するSRAMセルの回路図であ
り、図5は本発明の実施例によるSRAMセルを実現す
るための平面図である。そして、図6A及び6Bは本発
明の実施例によるSRAMセルの製造方法を示す工程断
面図である。図4乃至図6で、図1乃至図3と同一の構
成要素に対しては同一の図面部号を与える一方、それに
関する詳細な説明は省略する。まず、図4に示すよう
に、本発明によるSRAMセルはセルノードN1、N2
とアクセス用PMOSトランジスタQ5、Q6との間に
抵抗用デバイス、好ましくはNチャネルディプレッショ
ントランジスタRQ1、RQ2が備えられる。ディプレ
ッショントランジスタRQ1、RQ2のゲートはセルノ
ードN2、N1と接続され、ディプレッショントランジ
スタRQ1、RQ2のソースがアクセス用NMOSトラ
ンジスタQ5、Q6のドレインと接続される。ディプレ
ッショントランジスタRQ1、RQ2のドレインはセル
ノードN1、N2と接続される。ディプレッショントラ
ンジスタRQ1、RQ2はアクセストランジスタQ5、
Q6に対して抵抗として働いてアクセス用NMOSトラ
ンジスタQ5、Q6の電流が減少する。
平面図である。図5で図面部号34al及び34blは
ディプレッショントランジスタRQ1、RQ2のゲート
ラインである。図5に示すように、プルアップ用PMO
SトランジスタQ1、Q2とプルダウン用NMOSトラ
ンジスタQ3、Q4とのゲートライン34a、34b
が、セルノードコンタクト領域C1とアクセス用NMO
SトランジスタQ3、Q4のゲートライン54との間に
突き出てこのゲートライン34al、34blが形成さ
れる。これに応じて、SRAMセルの面積を増やさずに
ディプレッショントランジスタRQ1、RQ2が介在す
る。図面部号Mはプルアップ用PMOSトランジスタQ
1、Q2のPチャネルしきい電圧(Threshold Voltage;
Vt) 調節のためのイオン注入時に用いられるマスクパ
ターンである。このマスクパターンMは内部がオープン
されたパターンであり、このマスクパターンMによって
アクティブ領域A1、A2とアクティブ領域B1、B2
のディプレッショントランジスタRQ1、RQ2のチャ
ネル領域とが露出される。つまり、PMOSトランジス
タQ1、Q2のPチャネルVt調節のためのイオン注入
時にディプレッショントランジスタRQ1、RQ2のN
チャネルが同時に形成される。
Mセルに関してのみ示したが、HRLSRAMセル及び
PチャネルポリシリコンTFTSRAMセルにおいても
同一に適用できる。図6A及び6Bを参照してディプレ
ッショントランジスタRQ1が備えられたSRAMセル
の製造方法を説明する。図6A及び6Bはアクティブ領
域B1のVIB−VIB’線による断面図である。プル
ダウン用NMOSトランジスタQ3とアクセス用NMO
SトランジスタQ5との間にディプレッショントランジ
スタRQ1を形成する方法を示す。 まず、図6Aに示
すように、P型半導体基板1上にフィールド酸化膜2が
公知のLOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)技術に
よって形成されて、アクティブ領域B1が定められる。
そして、フィールド酸化膜2の間の基板1上にスクリー
ン酸化膜100が形成される。この後、アクティブ領域
B1のディプレッショントランジスタRQ1のチャネル
予定領域に、N型不純物、好ましくはPイオンまたはA
sイオンが、約5×1010〜5×1012ions/cm2 の濃
度でイオン注入されて、ディプレッショントランジスタ
RQ1のNチャナル領域200が形成される。この際、
ディプレッショントランジスタRQ1のNチャネル領域
200は、図5のマスクパターンMを利用したイオン注
入工程によって形成される。またこのイオン注入工程
は、図6に示されてはいないが、プルアップ用PMOS
トランジスタQ1、Q2のPチャネルVt調節のための
イオン注入時に同時に形成される。従って、ディプレッ
ショントランジスタRQ1、RQ2を形成するための別
の追加工程を進める必要が無い。
化膜100が除去され、基板1上にゲート絶縁膜3が形
成される。続いて、ゲート絶縁膜3上にプルダウン用N
MOSトランジスタQ3とディプレッショントランジス
タRQ1とアクセス用NMOSトランジスタQ5とのゲ
ート34a、34al、54が形成され、それからソー
ス及びドレイン領域5a、5b1、400/5b2、5
cとがアクティブ領域B1内にそれぞれ形成される。こ
の時、ディプレッショントランジスタRQ1のゲート3
4alは、Nチャネル領域200上に形成されると共
に、プルダウン用NMOSトランジスタQ3とアクセス
用NMOSトランジスタQ3とのゲート34a、54と
の間に形成される。また、プルダウン用NMOSトラン
ジスタQ3とディプレッショントランジスタRQ1との
ドレイン領域5b1は共通であり、ディプレッショント
ランジスタRQ1のソース領域400とアクセストラン
ジスタQ5のドレイン5b2とが連結される。この次、
基板前面に層間絶縁膜6が形成された後蝕刻され、プル
ダウン用NMOSトランジスタQ3のソース及びドレイ
ン領域5a、5b1と、アクセス用NMOSトランジス
タQ5のソース領域5cが露出されることにより、コン
タクトホールが形成される。前記コンタクトホールに埋
め込まれるように層間絶縁膜6上に金属層が蒸着された
後、パターン化されて金属配線層7a、7b、7cがそ
れぞれ形成される。
ドとアクセスデバイスとの間に抵抗で作用するディプレ
ッショントランジスタが介在され、アクセスデバイスの
電流容量が減少する。これに応じて、セル比が向上さ
れ、それによってSRAMセルの駆動特性が向上され
る。また、アクセスデバイスの電流減少のための所定の
追加工程を進める必要がないだけでなく、ディプレッシ
ョントランジスタが余分の面積に形成することにより、
セル面積が増加しない。また、本発明は前記の実施例に
限定されず、本発明の技術的な要旨から外れない範囲内
において、多様に変形させて実施することができる。
セルの回路図である。
セルの平面図である。
アクセスデバイスの断面図である。
有するSRAMセルの回路図である。
有するSRAMセルの平面図である。
AMセルの製造方法を説明するための工程断面図であ
る。
ン領域 6:層間絶縁膜 7a、7b、7c:金属配線層 200:チャネル領域 Q3:プルダウン用NMOSトランジスタ Q5:アクセス用NMOSトランジスタ RQ1:Nチャネルディプレッショントランジスタ A1、A2、B1、B2:アクティブ領域 C1〜C6:コンタクト領域
Claims (16)
- 【請求項1】 プルアップデバイス、プルダウンデバイ
ス及びアクセスデバイスが備えられ、前記プルアップデ
バイス、プルダウンデバイス及びアクセスデバイスがセ
ルノードで接続されたSRAMセルにおいて、 前記アクセスデバイスと前記セルノードに連結されて、
前記アクセスデバイスの電流を減らすための電流減少手
段が備えられたことを特徴とするSRAMセル。 - 【請求項2】 前記電流減少手段は抵抗であることを特
徴とする、請求項1記載のSRAMセル。 - 【請求項3】 前記抵抗はNチャネルディプレッション
トランジスタであることを特徴とする、請求項2記載の
SRAMセル。 - 【請求項4】 前記プルアップデバイスはPチャネルバ
ルクMOSFETであることを特徴とする、請求項1記
載のSRAMセル。 - 【請求項5】 前記プルアップデバイスは抵抗であるこ
とを特徴とする、請求項1記載のSRAMセル。 - 【請求項6】 前記プルアップデバイスはPチャネルポ
リシリコンTFTであることを特徴とする、請求項1記
載のSRAMセル。 - 【請求項7】 アクティブ領域が定められた第1導電形
の半導体基板と、 前記基板上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成された第1及び第2ゲート
と、前記第1及び第2ゲートの間に形成された第3ゲー
トと、 前記第3ゲート下部の前記アクティブ領域内に形成され
た、第2導電形のチャネル領域と、 前記第1、第2及び第3ゲートの両側の前記アクティブ
領域内に形成された第2導電形の不純物拡散領域と、 前記基板上に形成され、前記第1ゲート両側と、前記第
2ゲートの前記第3ゲートと隣り合わぬ側の前記不純物
拡散領域を露出させるコンタクトホールが備えられた層
間絶縁膜と、 前記コンタクトホールを通じて前記露出された不純物拡
散領域とそれぞれコンタクトされた金属配線層とを含む
ことを特徴とするSRAMセル。 - 【請求項8】 プルアップデバイス、プルダウンデバイ
ス及びアクセスデバイスが備えられたSRAMセルの製
造方法において、 アクティブ領域が定められた第1導電形の半導体基板を
提供する段階と、 前記プルダウンデバイス領域とアクセスデバイス領域と
の間の前記アクティブ領域の所定部分に第2導電形のチ
ャネル領域を形成する段階と、 前記基板上にゲート絶縁膜を形成する段階と、 前記プルダウンデバイス領域と前記アクセスデバイスの
領域の上部及び前記チャネル領域上にゲートを形成する
段階と、 前記ゲート両側の前記アクティブ領域内に第2導電形の
不純物拡散領域を形成する段階を含むことを特徴とす
る、SRAMセルの製造方法。 - 【請求項9】 前記チャネル領域は前記プルアップデバ
イスのしきい電圧を調節するための、前記第2導電形の
不純物のイオン注入工程時、同時に形成されることを特
徴とする、請求項8記載のSRAMセルの製造方法。 - 【請求項10】 前記不純物イオンはPであることを特
徴とする、請求項9記載のSRAMセルの製造方法。 - 【請求項11】 前記チャネル領域は前記Pイオンを5
×1010〜5×1012ions/cm2 の濃度でイオン注入し
て形成することを特徴とする請求項9記載のSRAMセ
ルの製造方法。 - 【請求項12】 前記不純物イオンはAsであることを
特徴とする、請求項9記載のSRAMセルの製造方法。 - 【請求項13】 前記チャネル領域は、前記Asイオン
を5×1010〜5×1012ions/cm2 の濃度でイオン注
入して形成することを特徴とする、請求項9記載のSR
AMセルの製造方法。 - 【請求項14】 前記プルアップデバイスは、Pチャネ
ルバルクMOSFETであることを特徴とする、請求項
8記載のSRAMセルの製造方法。 - 【請求項15】 前記プルアップデバイスは抵抗である
ことを特徴とする、請求項8記載の製造方法。 - 【請求項16】 前記プルアップデバイスはPチャネル
ポリシリコンTFTであることを特徴とする、請求項8
記載のSRAMセルの製造方法。
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