JPH1197555A - 半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体記憶装置およびその製造方法Info
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Abstract
部ノードの不純物プロファイルが不充分なため、バイア
スにより空乏層が基板表面部まで伸びてリーク電流成分
が発生するのを防止する。 【解決手段】 データ記憶ノードに、一方の種類のMOS
トランジスタのソース/ドレインに注入する第1の不純
物を注入するとともに、他方の種類のMOSトランジスタ
のソース/ドレインに注入する第2の不純物をも注入
し、2層構造に形成する。また、それぞれのMOSトラン
ジスタのソース/ドレインには更に次の不純物を注入す
る。
Description
及びその製造方法に関するものである。さらに詳しく
は、半導体記憶装置におけるデータ記憶ノードの改良に
関するものである。
構造と動作について説明するための図である。図5
(a)は、その構造の要部を示す断面図であり、Q1,
Q2はMOSトランジスタ、NDはデータ記憶ノードを
示す。この半導体メモリデバイスでは、シリコン基板1
の上のP型ウェル2が、フィールド分離酸化膜3により
分離されている。その表面には、ゲート酸化膜4、ゲー
ト電極5及びゲートサイドウォール6が形成されてい
る。
/ドレインSD1が、N-領域7とN+領域9により形成さ
れている。また、MOSトランジスタQ2のソース/ド
レインSD2は、N-領域8とN+領域9により形成されて
いる。また、データ記憶ノードNDにはN-領域8が形
成され、Pウェル2との間でN-/P接合を形成してい
る。ここで、MOSトランジスタQ2のN-領域8とデ
ータ記憶ノードNDのN−領域8とは、同時に形成さ
れ、同じ不純物プロファイルをもっている。
メモリデバイスの製造方法を説明するための図である。
製造工程について説明すると、先ず図6(a)に示すよ
うに、シリコン基板1のP型ウェル2の上にフィールド
分離酸化膜3を形成する。次に、MOSトランジスタQ
1,Q2の形成領域にゲート酸化膜4及びゲート電極5
を形成する。次に、MOSトランジスタQ2及びデータ
記憶ノードNDの領域をレジスト11aで覆い、MOS
トランジスタQ1の領域に燐Pをイオン注入し、N−領
域7を形成する。
ランジスタQ1の領域をレジスト11bで覆い、MOS
トランジスタQ2の領域とデータ記憶ノードNDの領域
に砒素Asをイオン注入し、それぞれN-領域8を形成
する。次に、図6(c)に示すように、ゲート電極5に
サイドウォール6を形成した後、データ記憶ノード部ND
の領域をレジスト11cで覆い、MOSトランジスタQ
1,Q2の領域に砒素Asをイオン注入し、それぞれN
+領域9を形成する。N+領域9は、高エネルギー注入に
より、深く、また高濃度に砒素Asを注入して形成す
る。以上のような製造工程により、図5(a)に示した
構造の半導体メモリデバイスが製造される。
では、データ記憶部ノードNDならびにその同一電位部
に用いるPN接合は、図6(b)に示すように、Nチャネ
ルMOSトランジスタQ2のN-領域8の形成と同時に
形成し、かつ、近接したMOSトランジスタQ2のN-
領域8に用いるイオン種一種で形成していた。この場
合、N-領域8の不純物濃度及びプロファイルは、MO
SトランジスタQ2のトランジスタパフォーマンス重視
で決定されていることから、データ記憶ノードNDのN
-領域8としては必ずしも十分でないという問題があ
り、PN接合特性にリーク電流成分が発生していた。
(a)のデータ記憶部ノードNDのPN接合部のP型不
純物/N型不純物濃度及びプロファイルと空乏層の状態
を示す図である。図5(b)の上図は、バイアスがない
ときの空乏層の状態、図5(b)の下図は、バイアスを
例えば3V印加したときの空乏層の状態を示している。
PN接合部のP型不純物/N型不純物濃度及びプロファ
イルが不充分な状態にあるため、図5(b)の下図に示
すように、バイアスがある程度(ここでは2.5V)に
なると空乏層が基板表面部まで伸びてしまいリークパス
を含んでしまうようになる。このため、図5(c)に示
すようにPN接合特性にリーク電流成分が発生し、リー
ク電流が正常時の2桁程度まで増大している。
るためになされたもので、データ記憶部ノードのリーク
電流を抑制した半導体記憶装置及びその製造方法を提供
しようとするものである。さらに、この発明は、製造工
程におけるマスク枚数およびイオン注入工程数を増加さ
せることなしに不純物プロファイルならびに濃度を変更
することにより、データ記憶部ノードのリーク電流を抑
制した半導体記憶装置及びその製造方法を提供しようと
するものである。また、これを適用して、各種の特性が
改善されたSRAMなどの半導体記憶装置を提供しよう
とするものである。
置は、半導体基板に形成され、ソース/ドレインに第1
の不純物を含む第1の種類のMOSトランジスタと、ソース
/ドレインに第2の不純物を含む第2の種類のMOSトラ
ンジスタと、上記第1及び第2の不純物を含むデータ記
憶ノードとを備えたことを特徴とするものである。
第1の種類の不純物と上記第2の種類の不純物とが異な
る深さに分布していることを特徴とするものである。
第1の種類のMOSトランジスタの上記ソース/ドレイン領
域と上記第2の種類のMOSトランジスタの上記ソース/
ドレインとが第3の不純物を含むことを特徴とするもの
である。
第3の不純物が上記第1の不純物及び上記第2の不純物
より深く分布していることを特徴とするものである。
第1の種類のMOSトランジスタと上記第2の種類のMOSト
ランジスタと上記データ記憶ノード領域とがシリコン半
導体基板のP型領域の中に形成され、上記第1の不純物が
燐(P)であり、上記第2の不純物が砒素(As)であるこ
とを特徴とするものである。
半導体記憶装置がメモリセル部と周辺回路部とを有し、
上記第1の種類のMOSトランジスタと上記データ記憶ノ
ードとが上記メモリセル部に含まれ、上記第2の種類の
MOSトランジスタが上記周辺回路部に含まれていること
を特徴とするものである。
法は、半導体基板の所定領域のなかで、第1の種類のMOS
トランジスタのソース/ドレイン用の領域とデータ記憶
ノード用の領域とに第1の不純物を注入する第1工程と、
上記半導体基板の所定領域のなかで、第2の種類のMOS
トランジスタのソース/ドレイン用の領域と上記データ
記憶ノード用の領域とに第2の不純物を注入する第2工
程と、上記第1の種類のMOSトランジスタのソース/ドレ
イン用の領域と上記第2の種類のMOSトランジスタのソ
ース/ドレイン用の領域とに第3の不純物を上記第1工
程及び上記第2工程より深く注入してそれぞれソース/
ドレインを形成する第3工程とを含むことを特徴とする
ものである。
法は、上記半導体基板がメモリセル部と周辺回路部とに
分けられ、上記メモリセル部に上記第1の種類のMOSト
ランジスタと上記データ記憶ノード部とを形成し、上記
周辺回路部に上記第2の種類のMOSトランジスタを形成
することを特徴とするものである。
法は、上記半導体基板の所定領域としてシリコン半導体
基板のP型領域を用い、上記第1の不純物として燐(P)
を用い、上記第2の不純物として砒素(As)を用いるこ
とを特徴とするものである。
いて説明する。なお、図中、同一の符号はそれぞれ同一
又は相当部分を示す。 実施の形態1.図1は、この発明の実施の形態1による
半導体記憶装置の構造と動作を説明するための図であ
る。この実施の形態1では、半導体記憶装置が2種類の
NチャネルMOSトランジスタを持ち、そのN-領域の形成
に複数のイオン種を用いる場合を例にとって説明する。
図1(a)は、この発明の実施の形態1による半導体記
憶装置の要部構成を示す断面図である。図1(a)にお
いて、Q1は第1の種類のMOSトランジスタ、Q2は
第2の種類のMOSトランジスタ、NDはデータ記憶ノ
ードを示す。また、1はシリコン基板、2はP型ウェ
ル、3はフィールド分離酸化膜、4はゲート酸化膜、5
はゲート電極、6はゲートサイドウォールを示す。
スタQ1のソース/ドレインSD1ならびにデータ記憶ノ
ードNDに第1の不純物により形成したN-領域(ここ
では燐Pの注入で形成)、8は第2の種類のMOSトラ
ンジスタQ2のソース/ドレインND2ならびにデータ記
憶ノードNDに第2の不純物により形成したN-領域
(ここでは砒素Asの注入で形成)、9はMOSトランジ
スタQ1及びQ2のそれぞれのソース/ドレインSD1,
SD2に第3の不純物により形成したN+領域(ここでは
砒素Asの注入で形成)を示す。
ジスタQ1のN-領域7とデータ記憶ノードNDのN-領
域7とは、好適な第1の不純物の例として、燐Pの注入
により同時に形成され、同じ不純物プロファイルをも
つ。また、MOSトランジスタQ2のN-領域8とデー
タ記憶ノードNDのN-領域8とは、好適な第2の不純
物の例として、砒素Asの注入により同時に形成され、
同じ不純物プロファイルをもつ。さらに、MOSトラン
ジスタQ1及びQ2のそれぞれのN+領域9は、好適な
第3の不純物の例として、砒素Asの注入により形成さ
れ、同じ不純物プロファイルをもつ。N+領域9の形成
のための砒素Asの注入はより高いエネルギーでなさ
れ、N-領域7及び8よりも深く、かつ高濃度に形成さ
れる。データ記憶ノードNDにおいて、N-領域7はN-
領域8より深く形成され二重の層をなしている。
タ記憶ノードNDのN-領域を、不純物の異なる複数の
層を用いて形成し、これによりN-/P接合を形成して
いる。このため、通常使用バイアスの印可時において、
N-/P接合が形成する空乏層が基板表面に達すること
がなくなる。従って、N-/P接合のリーク電流のリー
ク成分を大幅に抑制することができる。
ードNDの不純物プロファイルと空乏層の形成状態を示
す図である。図1(b)の上図は、バイアスが印可され
ていないときの状態、図1(b)の下図は、例えば3V
のバイアスが印可されている時の状態を示す。バイアス
印可時においても、図1(b)の下図のように、空乏層
は表面に達しない。図1(c)は、データ記憶ノードN
DのN-/P接合リーク特性を示す図である。図5
(c)と比較して分かるように、リーク電流を約1/5
0に低減できることが示されている。
れば、データ記憶部ノードの不純物プロファイルが適切
に形成され、リーク電流を抑制した半導体記憶装置及び
その製造方法を得ることができる。
形態による半導体記憶装置の製造方法の要部を示す図で
ある。製造方法について説明すると、先ず、図2(a)
に示すように、シリコン基板1のP型ウェル2の上にフ
ィールド分離酸化膜3を形成する。次に、MOSトラン
ジスタQ1,Q2の形成領域にゲート酸化膜4及びゲー
ト電極5を形成する。ここまでは、通常の製造工程であ
る。
ジストマスク10aで覆い、MOSトランジスタQ1
(第1の種類のMOSトランジスタ)のソース/ドレイ
ン形成領域とデータ記憶ノードNDの領域に、第1の不
純物として燐Pをイオン注入し、それぞれN-領域7を
形成する(第1工程)。
ランジスタQ1の領域をレジストマスク10bで覆い、
MOSトランジスタQ2(第2の種類のMOSトランジ
スタ)のソース/ドレイン形成領域とデータ記憶ノード
NDの領域に、第2の種類の不純物として砒素Asをイ
オン注入し、それぞれN-領域8を形成する(第2工
程)。データ記憶ノードNDにおいて、N-領域8はN-
領域7よりも浅くなるように形成する。
ランジスタQ1,Q2のゲートサイドウォール6を形成
した後、データ記憶ノードNDの領域をレジストマスク1
0cで覆い、MOSトランジスタQ1,Q2のソース/
ドレイン形成領域に、第3の不純物として砒素Asをイ
オン注入し、それぞれN+領域9を形成する(第3工
程)。N+領域9には、高エネルギーでより深く、また
高濃度に砒素Asを注入する。これにより、MOSトラ
ンジスタQ1のソース/ドレインSD1が、N-領域7と
N+領域9とにより形成され、MOSトランジスタQ2
のソース/ドレインSD2が、N-領域8とN+領域9とに
より形成される。以上のような製造工程により、図1に
示した構造の半導体記憶装置を製造することができる。
トランジスタQ1,Q2のソース/ドレインSD1,SD2
及びデータ記憶ノードNDの不純物領域の形成のための
イオン注入は3回行っている。したがって、イオン注入
のレジストマスク(10a,10b,10c)は、3回
施している。この回数は、図6で示した従来例の製造方
法と変わらない。すなわち、この実施の形態の製造方法
では、従来と同じレジストマスクの枚数とイオン注入の
工程数によって、レジストマスクのパターンの設定を変
えるだけで、この実施の形態の半導体記憶装置の不純物
プロファイルを形成することができる。
れば、メモリデバイスで行う異なるイオン注入による複
数回のN-領域の形成を用いて、データ記憶ノードに複
数のイオン種を注入してN-領域を形成し、もってN-/
P接合を形成する。これにより、イオン注入マスクの開
口方法のみを変更し、形成マスク枚数および形成工程数
を従来より増加させることなく、所望のN-領域のプロ
ファイルを形成することができる。これにより、データ
記憶部ノードにおけるN-/P接合のリーク電流を抑制
した半導体記憶装置及びその製造方法を得ることができ
る。
態3として、実施の形態1〜2で説明したN-/P接合
をデータ記憶ノードに用いた半導体メモリデバイスのう
ち、特にSRAMを例にとって説明する。図3は、この
発明の実施の形態3による、半導体記憶装置としてのS
RAMの要部構造を示す図である。図3(a)は、左半
部にSRAMのメモリセル部の一部の平面図を、右半部
に周辺回路部の一部の平面図を示している。また、図3
(b)は左半部にメモリセル部のA−A線の断面図を、
右半部に周辺回路部のB−B線の断面図を示している。
セスMOSトランジスタ、Q1’はドライバMOSトランジス
タ、NDはデータ記憶ノードを示す。また、Q2は、周
辺回路部のMOSトランジスタを示す。この図3の構造
では、メモリセル部でアクセスMOSトランジスタQ1の
ソース/ドレインSD1とデータ記憶ノードNDとがつな
がって形成されている。この点を除き図1の構造と同様
であるから、詳細な説明は省略する。
要求により、低消費電力および低電圧動作が必須項目と
なる。これを表現するパラメータとして、(イ)データ
Hold下限電圧、(ロ)動作Vcc下限電圧、ならびに
(ハ)データ保持時のスタンバイ消費電流があり重要な
3大要素である。この実施の形態においては、データ記
憶ノードNDにおいて、複数層の異なる不純物によりN
-領域を形成し、これによりN-/P接合状態を形成する
ようにしたので、Vcc下限電圧を向上させることができ
る(上記(ロ)を満足)。さらに、N-/P接合リーク
電流が大幅に抑制されるので、データHold下限電圧、デ
ータ保持時のスタンバイ消費電流の特性を向上させるこ
とが可能となる(上記(イ)(ハ)を満足)。
品)とこの発明の実施の形態によるSRAM(図示の改
善製品)とのデバイスパフォーマンスを比較したテーブ
ルである。図4において、動作下限電圧が上記のVcc下
限電圧に相当し、データ保持下限がデータHold下限電圧
に相当し、電源電流ICC3及びICC5がデータ保持時のスタ
ンバイ消費電流に相当する。図4から明らかなように、
デバイスパフォーマンスが改善され、この発明の効果が
出ている事が分かる。又、図3に示した構造のSRAM
は、実施の形態2で示した製造方法を適用して製造する
ことができる。重複を避けるため、詳細な説明は省略す
る。このような製造方法によると、レジストマスク枚数
ならびにイオン注入工程数を増加させる事なく、この実
施の形態の半導体記憶装置を製造できるという効果があ
る。
れば、SRAMデバイスにおいて、デバイスパフォーマ
ンスのうち特に重要な、Hold下限電圧、Vcc下限電圧、
および保持時スタンバイ電流を同時に向上させる事がで
きる。以上では、SRAMを例にとって説明したが、DRA
MおよびSRAMによって代表される半導体メモリデバ
イスでは、データ記憶部ならびにその同一電位部をPN
接合部で形成している。この発明は、このようなPN接
合部の形成に広く用いることができるものである。
ば、第1の種類のMOSトランジスタと、第2の種類のMOS
トランジスタのそれぞれのソース/ドレイン形成に用い
られる異なる種類の不純物を用いて、データ記憶ノード
を形成するので、データ記憶ノードの不純物プロファイ
ルを適切に形成することがでる。したがって、データ記
憶ノードにおける接合リーク電流を低減することがで
き、半導体記憶装置のパーフォーマンスを向上させるこ
とができる。
周辺回路部とを有する半導体記憶装置において、第1の
種類のMOSトランジスタとデータ記憶ノードとがメモリ
セル部に含まれ、第2の種類のMOSトランジスタが周辺
回路部に含まれ、データ記憶ノードが異なる複数の不純
物によって形成される。これにより、データ記憶ノード
における接合リーク電流を低減することができ、半導体
記憶装置のパーフォーマンスを向上させることができる
第2の種類のMOSトランジスタ並びにデータ記憶ノード
の形成に、マスク枚数及びイオン注入回数を従来より増
加させることなく、マスクパターン及びイオン注入パタ
ーンの改善により、上述のような半導体記憶装置を製造
することができる。
置の構造と動作を説明するための図であり、(a)は構
造、(b)は不純物プロファイルならびに電気伝導キャ
リアプロファイル、(c)は電気的特性の一例を示す。
置の製造方法の工程の要部を示す図である。
してのSRAMの構造要部を示す図である。
してのSRAMのデバイスパフォーマンスを従来のもの
と比較して示すテーブルである。
ついて説明するための図であり、(a)は構造、(b)
は不純物プロファイルならびに電気伝導キャリアプロフ
ァイル、(c)は電気的特性の一例を示す。
明するための図である。
第2の種類のMOSトランジスタ、ND データ記憶
ノード、SD1,SD2 ソース/ドレイン、S ソー
ス、D ドレイン、1 シリコン基板、2 P型ウェ
ル、3 フィールド分離酸化膜、4 ゲート酸化膜、5
ゲート電極、6 ゲートサイドウォール、7 N-領
域(第1の不純物を含む)、8 N-領域(第2の不純
物を含む)、9 N+領域(第3の不純物を含む)、1
0a〜10c レジストマスク。
Claims (9)
- 【請求項1】 半導体基板に形成され、ソース/ドレイ
ンに第1の不純物を含む第1の種類のMOSトランジスタ
と、ソース/ドレインに第2の不純物を含む第2の種類
のMOSトランジスタと、上記第1及び第2の不純物を含
むデータ記憶ノードとを備えたことを特徴とする半導体
記憶装置。 - 【請求項2】 上記第1の種類の不純物と上記第2の種
類の不純物とが異なる深さに分布していることを特徴と
する請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 【請求項3】 上記第1の種類のMOSトランジスタの上記
ソース/ドレイン領域と上記第2の種類のMOSトランジ
スタの上記ソース/ドレインとが第3の不純物を含むこ
とを特徴とする半導体記憶装置。 - 【請求項4】 上記第3の不純物が上記第1の不純物及
び上記第2の不純物より深く分布していることを特徴と
する請求項3に記載の半導体記憶装置。 - 【請求項5】 上記第1の種類のMOSトランジスタと上記
第2の種類のMOSトランジスタと上記データ記憶ノード
領域とがシリコン半導体基板のP型領域の中に形成さ
れ、上記第1の不純物が燐(P)であり、上記第2の不純
物が砒素(As)であることを特徴とする請求項1〜4の
いずれかに記載の半導体記憶装置。 - 【請求項6】 上記半導体記憶装置がメモリセル部と周
辺回路部とを有し、上記第1の種類のMOSトランジスタ
と上記データ記憶ノードとが上記メモリセル部に含ま
れ、上記第2の種類のMOSトランジスタが上記周辺回路
部に含まれていることを特徴とする請求項1〜5のいず
れかに記載の半導体記憶装置。 - 【請求項7】 半導体基板の所定領域のなかで、第1の
種類のMOSトランジスタのソース/ドレイン用の領域と
データ記憶ノード用の領域とに第1の不純物を注入する
第1工程と、上記半導体基板の所定領域のなかで、第2
の種類のMOSトランジスタのソース/ドレイン用の領域
と上記データ記憶ノード用の領域とに第2の不純物を注
入する第2工程と、上記第1の種類のMOSトランジスタの
ソース/ドレイン用の領域と上記第2の種類のMOSトラ
ンジスタのソース/ドレイン用の領域とに第3の不純物
を上記第1工程及び上記第2工程より深く注入してそれ
ぞれソース/ドレインを形成する第3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。 - 【請求項8】 上記半導体基板がメモリセル部と周辺回
路部とに分けられ、上記メモリセル部に上記第1の種類
のMOSトランジスタと上記データ記憶ノード部とを形成
し、上記周辺回路部に上記第2の種類のMOSトランジス
タを形成することを特徴とする請求項7に記載の半導体
記憶装置の製造方法。 - 【請求項9】 上記半導体基板の所定領域としてシリコ
ン半導体基板のP型領域を用い、上記第1の不純物として
燐(P)を用い、上記第2の不純物として砒素(As)を
用いることを特徴とする請求項7又は8に記載の半導体
記憶装置の製造方法。
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KR1019980015781A KR100299805B1 (ko) | 1997-09-18 | 1998-05-01 | 반도체기억장치및그제조방법 |
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JP (1) | JP4376325B2 (ja) |
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TW (1) | TW385545B (ja) |
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