JPS59130462A - 相補型mos半導体メモリ - Google Patents

相補型mos半導体メモリ

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JPS59130462A
JPS59130462A JP58200970A JP20097083A JPS59130462A JP S59130462 A JPS59130462 A JP S59130462A JP 58200970 A JP58200970 A JP 58200970A JP 20097083 A JP20097083 A JP 20097083A JP S59130462 A JPS59130462 A JP S59130462A
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complementary
transistor
drain
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Toshiaki Masuhara
増原 利明
Yoshio Sakai
芳男 酒井
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Hitachi Ltd
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速、低消費電力のMO−8型半導体メモリ
の構成法、特に相補型MO8型半導体メモリの構成法に
関するものである。
〔発明の背景〕
従来、MO8型半導体メモリにおいて、単一の導電型の
トランジスタのみよシ成るn −M OSメモリや、p
とnチャネルの異なる導電型のトランジスタを組み合せ
た相補型メモリが知られている。
しかし、このうち前者は消費電力が大きいという欠点が
ある。このため大規模なメモ1ハたとえば65にビット
以上にすると、主として周辺の回路の消費成力のためチ
ップの温度が上昇し、集積度が制限される。また、後者
は、消費電力か小格いがビットあたりのセル面積が大き
く、大集積度が実現できない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、周辺部分にpとnチャネルの2つの型
のトランジスタを用いたメモリ素子を高速1低電力、大
集積度で動作させるための相補型MOS半導体メモリの
構成法を提案するにある。
〔発明の概要)γ賞屁イf“」〕
第1図、第2図は、本発明の骨子を示すもので、相補型
MOS半導体メモリの断面図を示すものである。
設けると共に、n基板内にメモリセ翳暫結合する。
第1図においてはPウェル2(不純物濃度は1015〜
10′7/cm’程度である。)を基板1中に形成し、
このPウェル内にソース3およびドレイン4のn十拡散
層を設けてnチャンネルトランジスタとなす。更に基板
1中にソース5、ドレイン6を形成しpチャンネルMO
8I−ランジスタとなす。
なお9,12は各々ゲート、8,10,11゜13はソ
ースおよびドレインの電極である。一方、メモリセルは
、シリコン層14の直下に形成される反転層容量と、シ
リコンの転送電極15およびデータ線となるp+拡散層
7よりなっている。なお16は絶縁層である。
本発明のひとつの特徴は、比較的不純物濃度の低い基板
にデータ線をもつようにメモリセルを形成したことであ
る。
第2図は、チャネル長2μm以下の短チャネルMO8型
トランジスタによ如周辺回路を構成した例である。n基
板17上に形成されたPウェル18内に、n+拡散層2
0.21をソース、トンインとしnチャネルMOSトラ
ンジスタを設ける。
ついで基板内に部分的に基板よシ高濃度のn型ウェル1
9を形成しn型ウェル19内にp 層22゜23を設は
ソース・ドレインとしpチャネルMOSトランジスタと
なし、周辺回露イして用いるも分は第1図と同様で、2
7はシリコン層、28はシリコンの転送電極、24はデ
ータ線となるp+拡散層、100は絶縁層である。
第1図、第2図にn型基板に対し、相補型の周辺回路と
低不純物濃度の基板に構成したメモリセルを結合した例
を示した。この構成の利点は以下の通りである。
(1)  相補型の周辺回路とn基板内に構成したメモ
リセルの使用によジ、極めて低電力のメモリが構成でき
る。実験によると従来のn−MOSに比較して1/7〜
1/10の低電力化が達成できた。
伐)周辺回路か相補型にできるので消費電力が小δく、
大容量化に適している。
(3)  第2図のととくウェルを有する構造を採ると
nチャネル、nチャネルの両方の型のトランジスタのチ
ャネル長を2μm以下にすることができ、周辺回路を高
速化することができる。
さらに、本発明の構成をとることは、次のような利点が
ある。
(4)メモリセルの転送電極(第1図の15あるいは第
2図の28)下に形成されるトランジスタはソース・ド
レイ/が交替されて使用される。このような使用法にお
いては、特に短チャネル(2μm程度以下)のとき酸化
膜に電荷が注入され、よシ安定な動作を行ない得る。
すなわち、以下に示す如く電荷の注入による安定性は、
pチャンネルMO8)、5ンジスタのほうが、nチャン
ネルMOSトランジスタよシ優れている為、本発明の構
成を採ることによシ、安定な動作を確保できるものであ
る。
第3図にソース、ドレイン領域が同じ形状を有する対称
形のMOS(酸化膜T。x −1000人、nチャネル
の場合の不純物濃度〜1015/Cm8、nチャネルの
場合〜5 X 10 ’57 cm8である。)トラン
ジスタを用いた実験結果を示す。同図はドレインに、あ
る電圧Vを加え、30秒動作させた後、ドレインとソー
ス盆入れ替え、シキい電圧を測定し、しきい電圧が元の
値と異なる値にシフトする限界の′岨圧値をチャネル長
(Leff)の関数として示したものである。図よシ、
PチャネルはNチャネルより安定な動作をすることがで
きる。
また短チヤネル化が可能である。
(5)n基板上は欠陥の発生が少なく、リーク電流が少
ない。このため長いりフレソシ一時間を得ることができ
る。
本発明の相補型MO8半導体メモリはその基板か、デー
タ線の高レベル電圧VHよシ高い電圧■DD+になされ
ることによりよシ有効となる。
この■DD+の印加手段は一般的な回路を用いて十分で
ある。この電圧■DD+はデータ線容量を可及的に減少
せしめるように高くすることが望ましいが、一方、pチ
ャネルMO8のしきい電圧の絶対値(■Th)が、この
バイアスにより必要以上に高く々らないようにする必要
がある。たとえばメモリの蓄積電荷は(Vn n  ”
 T Hl ) Co xとなるがVDDが5■の場合
1vT141 が2V以上になると、この値は急激に世
下し、センスアンプで検知できなくなる。したがって、
基板バイアスを加えたときp −M OSの■7□(け
2■以下が好ましい。また同様に周辺回路の動作速度上
からも2■以下が好ましい。所望の■DD+の値として
はたとえは、ゲート直下の酸化膜厚T。x;5ooL基
板不純物濃度N= 1015cm ”のとき、VDD−
5Vならば■DD+は8〜IOVにとるとデータ線容量
は約2/3〜1/2となる。
このような手段をとることにより、更に次のような利点
を生ずる。
(6)メモ1戸セルのデータ線24の底面部か濃度の小
さい層に接しているため容量が小さく、さらに常に逆バ
イアスされているため、データ線と基板間の容量を一層
小さくすることができる。このためメモリ・セル内の反
転層と蓄積電極270間の4積容量C8とデータ線容量
CDの比C8/CDを、センスアンプの許容範囲まで小
さくしたとき、C8が小さくてすみ、したがって、セル
のの面積を小さくすることができる。
第4図は本発明を具体的に適用した回路図である。同図
において、pチャネルMOSトランジスタ33とnチャ
ネルMOSトランジスタ34〜37は、アドレス・デコ
ーダを形成し、ワード線67を選択する。実際には、タ
イミングノくルスφXが高レベルになったときpチャネ
ルトランジスタ51とnチャネルトランジスタ52で形
成されるインバータの出力端子が低レベルとなり、これ
がnチャネルMO8)ランジスタ38を通してワード線
67を低レベルにすることにより選択が行われる。これ
によL  pチャネルMOSトランジスタ39と容量4
3により成るセル、またpチャネルMOSトランジスタ
40と容量44によシ成るセルが読み出し状態となる0
たとえば、C8の電荷はデータ線64に付いた容量CD
47に転送され、これが、センスアンプを形成するpチ
ャネルおよびnチャネルMO8)ランジスタ55〜60
によシセンスされる。53.61はセンスアンプのスイ
ッチ用トランジスタである。なお、図において、メモリ
・セルのデータ線容量ヲlJhサクするため、データ庫
はつねに逆ノ(イアス状態になるよう、基板端子■DD
+に対し、やや低い電圧V  でセンスアンプが駆動さ
れている。他の周D 辺回路はVDD で動作させても、■0.で動作させて
もよい。vDD+としてはたとえば10■、VDDとし
ては7vという値で実験を行った結果、これらの回路は
良好に動作することか確認された。
第5図、第6図は他の実施例である。第5図を説明する
。100cmのn基板69の表面に濃度l Q 12c
m−2のヒ素の1層71が約1μm拡散され、(一般に
1層71は不純物濃度か10〜1013/Cm2程度で
ある。)、この部分を1Ω・cmとしている。71 、
.73がpウェルレフ0に形成されたnチャネルMO8
のソース・ドレインで、74.75はpチャネルMO8
のソース・ドレインとなるp+層76がデータ線となる
p 層である。このときpウェル層の不純物濃度は10
〜1017/Cm8程度でbる。ソースとドレインは通
常の寸法で作製すればよい。本構造の特徴は、デ−タ線
、及び周辺回路のpチャネルMO8のソース・ドレイン
層が、比較的濃度が篩い層で囲まれているため、pチャ
ネルMO8,フィールド部分のMOSのし合い電圧が第
2図よシ高くなる。
しかし、これらの底面部は、濃度が低い基板に接してい
るから、データ線容量は小さくできる。
なお、データ線の底面部よυ深く、n層71が拡散され
ていても、その差が0,5μm以内ならば、11ぼ空乏
化でれてしまうため、容量は同様小さくできることが実
験よ9分かつている。
第6図は第2図とほぼ同様であるが、n層の基板85に
、局所酸化法によるSiO2膜103を形成し、ゲート
酸化を行ったぁと、シリコン電極全被着する。このあと
、ボロンを拡散したpウェル層86、ヒ素を拡散したn
チャネルMO8のソース・ドレイン層87.88を順次
、同じまどがらの拡散によシ、二重拡散法で形成してい
る。そのあと、pチャネルMO8のソース・ドレイン領
域層89,90、および、データ線p十層91を拡散し
ている。
第7図は第5図VC示されている実施例とほぼ同じ構造
を有するが、その兵なる点は、第6図に示す実施例では
nウェル106とほぼ同じ程度の比較的高い不純物濃d
(例えは1016cm−3程度)を有する1層107が
、pチャネルトランジスタが形成される領域にのみ形成
され、かつ、この1層107がnウェル106とは互に
離れて接しないように形成されることである。このよう
な構造をとることにより、nチャネル及びpチャネルト
ランジスタのそれぞれのしきい電圧を決める基板の不純
物濃度は、互いに無関係に決めることができるので、自
由度が増す利点を有するようになる。
なお、第5図、第6図、第7図における各番号は次の通
シである。
79.81,82,84,94,96,97゜99.1
15,117,118,120は電極、80.8.3,
95,98,116,119はゲート、78,93,1
14はシリコンノ繭、77゜92.113は転送電極、
76.91,112はデータ線となる拡散層、101,
102は絶縁層である。
第8図は、一般にLOCO8法と呼ばれる局所酸化法を
応用した素子の製造工程の例を示すものである。まず基
板301上に選択酸化によシ形成した厚いフィールド酸
化膜302をマスクにして、p型ウェル304およびn
ウェル306を形成する(第8図A、B、C)。薄いゲ
ート酸化膜301を形ノ戎した後、第1層目の多結晶シ
リコン307.308を被着し、周辺回路におけるpチ
ャネルトランジスタおよびメモリセル部上の多結晶シリ
コン308にのみp形不純物を高濃度添加する(第8図
D)。メモリセル部にのみ酸化膜311を形成し、その
後、ホトエツチングによって多結晶シリコンにパターン
を形成して、ゲー・ト電極312.313および蓄積電
極352を形成する(第7図E)。その後、薄い酸化膜
314を形成した後、第2層目の多結晶シリコン315
を被着しく第8図11i’)、Nチャネルトランジスタ
のソース・ドレイン領域322及び第2層目の多結晶シ
リコン315にn形不純物を高濃度添加する(第8図G
)。
次に酸化m316’tNチャネルトランジスタ部とメモ
リセル転送電極360上に形成し、p形不純物を高m+
ffi添加してpウェル304内のp形高磯度層317
、pチャネルトランジスタのソース、ドレイン318、
およびメモリセルのデータ線319を形成する(第8図
H)。次に表面保護膜320を被着し、最後に電極32
1を形成する(第8図1)。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の骨子を示す相補型MO8半導体メモリ
の断面図、第2図、第5図、第6図、第7図は本発明の
実施例を示すメモリの断面図、第3図はpチャネルとn
チャネルMO8の最大使用電圧を示す図、第4図は本発
明を具体的に適用した回路図、第8図は本発明のメモリ
の製造工程の例を示す図でるる。 1.17,69,85,104,301は半導体基板、
2,18,19,70,86,106゜304.306
はウェル不純物領域、 3.4,20,21,71,73,87,88゜107
.108,109,322はn型不純物領域、 5.6,7,22,23,24,74,75゜76.8
9,90,91,110.’111,112゜318.
319はn型不純物領域、 9.12,25,26,80,83,95,98゜11
6.119,312,313はゲート電極、14.27
.78,93,114,352は容量電極、 15.28.77.92,113,360は転送電極、 16.100,101,102,103,105゜30
2.303は絶縁膜、 8.10,11,13,29,30,31,32゜79
.81,82,84,94,96,97゜99.115
,117,118,120,321は電極、 320は保護膜である。 擺 1 図 歯 2 図 L           門 易 、、3 票 か 板 ヅ 1eff(μ渭う 猥4図 堤 1 名 7 図 7ぶイ 岳 ε V (C) (A) r(トノ (〃り (I]

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、pチャンネル型MO8)ランジスタと容量とからな
    るメモリセル回路と、上記nチャ/ネル型MOSトラン
    ジスタのソース又はドレインに「続されたデータ線と、
    上記nチャ/ネル型MOSトランジスタのゲートに接続
    されたワード線と、該ワード線にソース又はドレインを
    接続されたnチャ/ネル型MOSトランジスタとを備え
    たことを特徴とする相補型MO8半導体メモリ。 2、前記nチャンネルトランジスタのゲートには相補型
    MO8)ランジスタで構成されたワード線選択回路の出
    方信号を大刀して成ることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の相補型MO8半導体メモリ。 3、前記nチャンネルトランジスタのソース又は、ドレ
    インに、相補型MOSインバータ回路の出力信号を大刀
    して成ること全特徴とする、特許請求の範囲第1項又は
    、第2項記載の相補型MO8半導体メモリ。 4、前記データ線には相補型MO8)ランジスタで構成
    されたセンスアンプ回路が接続されて成ることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項、第2項又は、第3項記載の
    相補型MO8半導体メモリ。 5、前記nチャ/ネル型MOSトランジスタの基板電位
    を、電源電圧■DDより高い電圧■DI++に印加する
    手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項、
    第2項、第3項又は第4項記載の相補型M08半導体メ
    モリ。
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Cited By (6)

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