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JP3292966B2 - Semiconductor device - Google Patents
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JP3292966B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3292966B2
JP3292966B2 JP26158593A JP26158593A JP3292966B2 JP 3292966 B2 JP3292966 B2 JP 3292966B2 JP 26158593 A JP26158593 A JP 26158593A JP 26158593 A JP26158593 A JP 26158593A JP 3292966 B2 JP3292966 B2 JP 3292966B2
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祐二 岩沢
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特
に、ソース領域と、ドレイン領域と、これら両領域間に
ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とからなる
絶縁ゲート型電界効果半導体素子の複数個が、バランス
型フリップフロップを構成するように互いに対称的に配
置された、例えばラッチ型スタチックメモリやセンスア
ンプ回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to an insulated gate type field effect semiconductor device comprising a source region, a drain region, and a gate electrode provided between the two regions via a gate insulating film. The present invention relates to, for example, a latch-type static memory or a sense amplifier circuit in which a plurality of are arranged symmetrically with each other so as to form a balanced flip-flop.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のCMOS(Complementary Met
al Oxide Semiconductor)構造の高集積ラッチ型ス
タチック・ランダムアクセスメモリ(以下、SRAMと
略す。)は、図12に示す如き回路構成のメモリセルから
なっている。
2. Description of the Related Art Conventional CMOS (Complementary Met)
A highly integrated latch-type static random access memory (hereinafter, abbreviated as SRAM) having an al oxide semiconductor (structure) is composed of memory cells having a circuit configuration as shown in FIG.

【0003】このメモリセルは、回路的に互いに対称的
に配置された電源Vss1 又はVss2側のNチャネルMO
SトランジスタN1 とN2 と、互いに対称的に配置され
た電源Vdd1 又はVdd2 側のPチャネルMOSトランジ
スタP1 、P2 とを有していて、これらのトランジスタ
1 、N2 、P1 、P2 のそれぞれ一方ずつが接続され
たCMOSインバータ対の入力と出力が互いにバランス
型に交差接続されてなるCMOSフリップフロップと、
1 、X2 で示すNチャネルMOS転送トランジスタと
により構成される。
[0003] The memory cell circuit to symmetrically arranged power Vss 1 or Vss 2 side of the N-channel MO mutually
It has S transistors N 1 and N 2 and P-channel MOS transistors P 1 and P 2 on the power supply Vdd 1 or Vdd 2 side symmetrically arranged, and these transistors N 1 , N 2 , P 2 1, a CMOS flip-flop, respectively the input and output of the CMOS inverter pair by hand is connected to P 2, which are cross-connected balanced to each other,
And N-channel MOS transfer transistors denoted by X 1 and X 2 .

【0004】そして、ワードラインW/L1 又はW/L
2 により選択されたトランジスタX1 又はX2 を通して
ビットラインB/L1 又はB/L2 からの入力がノード
Q又はQ’に保持され、情報の書込みがなされる。ま
た、この逆の動作によって、情報の読み出しが行われ
る。
[0004] Then, the word line W / L 1 or W / L
Input from the bit line B / L 1 or B / L 2 through the transistor X 1 or X 2 selected by 2 is held in the node Q or Q ', writing of information is performed. In addition, information is read by the reverse operation.

【0005】即ち、情報が“1”のとき(ノードQが高
レベル=Vddレベル)は、P1 とN2 が導通し、N1
2 が非導通であり、また、情報が“0”のとき(ノー
ドQが低レベル=Vssレベル)は、P1 とN2 が非導通
で、N1 とP2 が導通している。この結果、このセルで
は、待機時にリーク電流成分以外の消費電流がVdd−V
ss間に流れないこととなり、きわめて小さな待機時消費
電力が実現できる。
[0005] That is, when information is "1" (the node Q is high = Vdd level), the conduction P 1 and N 2, a N 1 and P 2 is non-conductive, also information is "0 when "(the node Q is at a low level = Vss level), P 1 and N 2 being in the non-conducting and conducting N 1 and P 2 are. As a result, in this cell, the current consumption other than the leakage current component during standby is Vdd-V
Since the current does not flow between ss, extremely low standby power consumption can be realized.

【0006】このメモリセルのレイアウトを図13(メモ
リセル1個分)及び図14(多数のメモリセルが組み込ま
れた状態)に示す。図中の1、2、3、4、5、6、
7、8はそれぞれ各NチャネルMOSトランジスタのソ
ース又はドレイン領域となるN+ 型半導体領域であり、
9、10、11、12はそれぞれ各PチャネルMOSトランジ
スタのソース又はドレイン領域となるP+ 型半導体領域
である。
The layout of this memory cell is shown in FIG. 13 (for one memory cell) and FIG. 14 (in a state where many memory cells are incorporated). 1, 2, 3, 4, 5, 6,
Reference numerals 7 and 8 denote N + -type semiconductor regions serving as source or drain regions of each N-channel MOS transistor, respectively.
Reference numerals 9, 10, 11 and 12 denote P + -type semiconductor regions which serve as source or drain regions of the respective P-channel MOS transistors.

【0007】そして、トランジスタP1 とN1 、P2
2 とは各ゲートG1 、G2 を共通にしており、これら
のゲートはローカルインターコネクトと称されるTiN
等の接続用導体LIによってトランジスタP2 、N2
2 、P1 、N1 、X1 の各半導体領域11、4、7、
9、2、5にそれぞれ接続されている。また、トランジ
スタN2 の半導体領域3(ソース領域)の端部には、基
板電位をVssに固定するための基板コンタクト用の基板
電極としてP+ 型半導体領域13が隣接して(PN接合を
なして)形成されている。
The transistors P 1 and N 1 and the transistors P 2 and N 2 have the same gates G 1 and G 2 , and these gates are formed of TiN called a local interconnect.
The transistors P 2 , N 2 ,
X 2 , P 1 , N 1 , and X 1 semiconductor regions 11, 4, 7,
9, 2, and 5, respectively. A P + type semiconductor region 13 is provided adjacent to an end of the semiconductor region 3 (source region) of the transistor N 2 as a substrate electrode for substrate contact for fixing the substrate potential to Vss (a PN junction is formed). T) is formed.

【0008】こうしたメモリセルM−CELは図14の如
くに高密度に集積化され、隣接するメモリセルは互いに
対称形状をなし、所定の半導体領域やVss又はVdd用の
電源ライン(図示せず)を共用している。
Such memory cells M-CEL are integrated at a high density as shown in FIG. 14, adjacent memory cells are symmetrical to each other, and have a predetermined semiconductor region and a power supply line for Vss or Vdd (not shown). Is shared.

【0009】上記したメモリセルのレイアウトでは、図
13に明示するように、セル面積縮小のため、セルラッチ
を構成する対となるMOSトランジスタN1 、N2 にお
いて電源に接地されたモートを分離した構造にせざるを
得ず(即ち、半導体領域3と1とを分離して配置するレ
イアウトにならざるを得ず)、かつ片側(半導体領域
3)だけに基板コンタクト(P+ 型半導体領域13)を設
けた構造を取っている。
In the above memory cell layout, FIG.
As clearly shown in FIG. 13, in order to reduce the cell area, the MOS transistors N 1 and N 2 forming the cell latch must have a structure in which the moat grounded to the power supply is separated (that is, the semiconductor region 3 and the MOS transistor N 2) . 1) and a substrate contact (P + type semiconductor region 13) is provided only on one side (semiconductor region 3).

【0010】[0010]

【発明に至る経過】これまで、この基板コンタクト13は
単に基板を電源に固定し、基板の電気的安定度を保つた
めのものと思われてきた。ところが、図15に示すよう
に、高濃度のN+ 型シリコン(ソース領域)3と高濃度
のP+ 型シリコン(半導体領域)13とが接合し、上部で
TiSi2 等のシリサイド層76で電気的に短絡され、タ
ングステン等の電極53を介して電源Vss2 に接続される
構造にした場合、MOSトランジスタN2 のソース側の
Vssコンタクト抵抗の低減に大きな影響を及ぼすことが
明らかになった。なお、シリサイド層77、58はドレイン
領域4及びポリシリコンゲート電極G2 上にも設けられ
ており、また図中の47はP- 型シリコン基板、87はN-
型ウェル領域、50はナイトライド等のサイドウォールで
ある。
Heretofore, it has been thought that the substrate contact 13 is merely for fixing the substrate to a power source and maintaining the electrical stability of the substrate. However, as shown in FIG. 15, the high-concentration N + -type silicon (source region) 3 and the high-concentration P + -type silicon (semiconductor region) 13 are joined, and the upper portion is electrically connected by a silicide layer 76 of TiSi 2 or the like. to be short-circuited, when the structure is connected to the power supply Vss 2 via the electrode 53 of tungsten or the like, revealed significant impact in reducing the Vss contact resistance of the source side of the MOS transistor N 2. Incidentally, the silicide layer 77,58 is also provided on the drain region 4 and the polysilicon gate electrode G 2, also 47 in the figure P - -type silicon substrate, 87 N -
The mold well region 50 is a sidewall such as a nitride.

【0011】上記のシリサイド層76による短絡構造がV
ssコンタクト抵抗の低減に大きな影響を及ぼす理由は、
高濃度のN+ 型シリコン3と高濃度のP+ 型シリコン13
とでツェナーダイオードZDが形成され、N+ 型シリコ
ン3とシリサイド層76とのショットキー障壁がプロセス
の変動のために高かった場合に、チャネル電流(ドレイ
ン電流)120 がツエナーダイオードZDを通って順方向
である低抵抗なP+ 型シリコン13−シリサイド層76間の
ショットキーダイオードSDに流れ、最終的にVss2
流に流れることになり、これによってソースの実質的な
Vssコンタクト抵抗の大幅な低減につながることになる
からであると考えられる。
[0011] The short-circuit structure by the silicide layer 76 is V
The reason that has a great effect on the reduction of ss contact resistance is that
High concentration N + type silicon 3 and high concentration P + type silicon 13
When the Schottky barrier between the N + -type silicon layer 3 and the silicide layer 76 is high due to a process variation, a channel current (drain current) 120 flows through the Zener diode ZD. The current flows to the Schottky diode SD between the low-resistance P + -type silicon 13-silicide layer 76, which eventually flows to the Vss 2 current, thereby substantially reducing the substantial Vss contact resistance of the source. It is thought that this would lead to

【0012】図16について上記の現象を回路的に説明す
ると、図中のRNS、RNS’はソース領域3又はソース領
域1とシリサイド層76との接触抵抗(30〜1kΩ)であ
り、また、RPSは半導体領域13とシリサイド層76の接触
抵抗(10Ω程度)、Rzはソース領域3と半導体領域13
の接合による抵抗(ツェナーダイオードの抵抗)(100Ω
程度)、RSUB は半導体領域13を含めたシリコン基板の
バルク抵抗(10kΩ程度)である。従って、ツェナーダ
イオードZDの抵抗及び半導体領域13−シリサイド層76
間の抵抗RPSが、ソース領域3−シリサイド層76間の抵
抗RNSに比べてずっと小さい場合には、電流120 は主と
してツェナーダイオードZDを通して電源側へ流れるこ
とになる。このダイオード電流は、1mA以上にもなる
が、これは、トランジスタの駆動電流が数 100μA(1
mA未満)であることから上記のチャネル電流を十分に
吸収する。
Referring to FIG. 16, the above phenomenon is described in terms of a circuit. R NS and R NS ′ in the figure are the contact resistance (30 to 1 kΩ) between the source region 3 or the source region 1 and the silicide layer 76. , R PS is the contact resistance (about 10Ω) between the semiconductor region 13 and the silicide layer 76, and Rz is the source region 3 and the semiconductor region 13
Resistance (Zener diode resistance) (100Ω
) And R SUB is the bulk resistance (about 10 kΩ) of the silicon substrate including the semiconductor region 13. Therefore, the resistance of the Zener diode ZD and the semiconductor region 13-silicide layer 76
If the resistance R PS between them is much smaller than the resistance R NS between the source region 3 and the silicide layer 76, the current 120 mainly flows to the power supply through the Zener diode ZD. This diode current can be 1 mA or more, which means that the transistor drive current is several hundred μA (1
mA), the channel current is sufficiently absorbed.

【0013】こうした現象は、次のように定量的に測定
された。即ち、図15に示した構造は、図17及び図18に示
す如く両領域3と13を独立して形成する場合(図中の40
はフィールド酸化膜、49はゲート絶縁膜)に比べ、電気
的に顕著な差をもたらし、下記の表1に示すように、M
OSトランジスタのしきい値電圧で約 0.2V及び電流駆
動能力で約15%の差をもたらすことが判明した。
These phenomena were quantitatively measured as follows. That is, in the structure shown in FIG. 15, the two regions 3 and 13 are formed independently as shown in FIGS.
Is a field oxide film, and 49 is an electrically significant difference as compared with the gate insulating film. As shown in Table 1 below, M
It has been found that the threshold voltage of the OS transistor brings about a difference of about 0.2 V and the current driving capacity brings about a difference of about 15%.

【0014】 *ソース及びドレイン領域の拡散抵抗の和 *P+ /N+ ツェナーダイオードを有する場合(図15) ***ツェナーダイオードを有しない場合(但し、P+
- /N+ ダイオード有り)(図17)
[0014] * Sum of diffusion resistance of source and drain regions * With P + / N + Zener diode (Fig. 15) *** Without Zener diode (however, P + /
P - / N + diode present) (FIG. 17)

【0015】こうした現象は本発明者によって次のよう
に解明された。まず、基板電極(P+ 型領域13)をMO
Sトランジスタのソース電極用モート(ソース領域3)
に隣接して設置する図15の構造の場合、例えばP型基板
47において、基板電極用モートは高濃度のP+ 型シリコ
ン13(不純物ドープ量は1×1020個/cm3)により形成さ
れるのに対して、MOSトランジスタのソース用モート
は高濃度のN+ 型シリコン3(不純物ドープ量は1×10
21個/cm3)により形成されるが、この二種類のシリコン
が隣接して接合すると、いわゆるツェナーダイオードZ
Dが形成される(図19参照)。なお、図19に示す不純物
濃度のプロファイルは、二次元プロセスシミュレータ:
TSUPREM4(TMA社製)によって求め、また、
シリサイドの仕事関数は通常のTiSi2 の仕事関数値
を二次元デバイスシミュレータ:MEDICI(TMA
社製)上で設定した(以下、同様)。
These phenomena have been elucidated by the present inventors as follows. First, the substrate electrode (P + type region 13) is
Moat for source electrode of S transistor (source region 3)
In the case of the structure shown in FIG.
In 47, the moat for the substrate electrode is formed of high-concentration P + -type silicon 13 (impurity doping amount is 1 × 10 20 / cm 3 ), while the moat for the source of the MOS transistor is formed of high-concentration N + Type silicon 3 (impurity doping amount is 1 × 10
21 / cm 3 ), but when these two types of silicon are joined adjacently, a so-called Zener diode Z is formed.
D is formed (see FIG. 19). The profile of the impurity concentration shown in FIG.
Determined by TSUPREM4 (manufactured by TMA),
The work function of silicide is obtained by converting the work function value of ordinary TiSi 2 into a two-dimensional device simulator: MEDICI (TMA
(The same applies hereinafter).

【0016】このツェナーダイオードは 0.1μm程度の
大きさのものでも、図20に示すように、 0.1Vの逆バイ
アスにおいてトンネリングによって1mA以上の電流を流
す性質がある。これに対して、基板電極用モート13をM
OSトランジスタのソース電極用モート3と別々に設置
する図17の場合には、図21に示すように、通常のN型シ
リコンと低濃度のP型シリコンの接合となり、図22に示
すように、通常の逆バイアス状態では電流は流れない。
このような電圧−電流特性の差はMOSトランジスタの
動作に大きな影響を与え、上記した表1に示す如く電流
駆動能力の差となって現れるものと考えられるのであ
る。
Although this Zener diode has a size of about 0.1 μm, as shown in FIG. 20, it has a property of flowing a current of 1 mA or more by tunneling at a reverse bias of 0.1 V. In contrast, the substrate electrode moat 13 is
In the case of FIG. 17, which is provided separately from the moat 3 for the source electrode of the OS transistor, as shown in FIG. 21, the junction of ordinary N-type silicon and low-concentration P-type silicon is obtained, and as shown in FIG. No current flows in a normal reverse bias state.
It is considered that such a difference in voltage-current characteristics greatly affects the operation of the MOS transistor, and appears as a difference in current driving capability as shown in Table 1 above.

【0017】次に、図13〜図15に示したメモリセルにお
いては、上述したように片側(Vss2 側)だけに基板コ
ンタクト13が設置されているが、基板コンタクトを設け
ない側(Vss1 側)では、ソース領域1の表面にはシリ
サイド層が設けられてはいるものの、ソース領域1−シ
リサイド層間のショットキー障壁が高くなると、N+
シリコン1の電位がショットキー障壁により基板電位よ
りも浮き上がってしまう。この結果として、MOSトラ
ンジスタN1のしきい値電圧がツェナーダイオードのつ
いたMOSトランジスタN2のしきい値電圧よりも上昇
し、セルラッチの電気的対称性が崩れ、高Vcc側でセル
データが破壊され易いという現象が生じ、デバイスの性
能を大幅に低下させるという問題を生じさせることが判
明した。
Next, in the memory cell shown in FIGS. 13 to 15, although the substrate contacts 13 on only one side (Vss 2 side) is installed as described above, without the substrate contact side (Vss 1 On the side), although the silicide layer is provided on the surface of the source region 1, when the Schottky barrier between the source region 1 and the silicide layer becomes higher, the potential of the N + type silicon 1 becomes lower than the substrate potential due to the Schottky barrier. Will also emerge. As a result, the threshold voltage of the MOS transistor N1 rises higher than the threshold voltage of the MOS transistor N2 with the zener diode, the electrical symmetry of the cell latch is broken, and the cell data is easily destroyed on the high Vcc side. This phenomenon has been found to cause a problem of significantly lowering the performance of the device.

【0018】この問題は以下のようにして解明された。
まず、自己整合型シリサイドプロセスにより表面が金属
被膜化(シリサイド化)されたソース及びドレイン領域
をもつMOSトランジスタの問題点として、シリサイド
と高濃度に不純物がドーピングされたシリコン(即ち、
上記の領域3等)とのショットキー障壁によって、十分
なオーミック特性、十分な低抵抗が得られないことであ
る。
This problem has been solved as follows.
First, as a problem of the MOS transistor having the source and drain regions whose surfaces are metallized (silicided) by the self-aligned silicide process, there is a problem with silicide and highly doped silicon (ie, silicon).
A sufficient ohmic characteristic and a sufficiently low resistance cannot be obtained due to the Schottky barrier with the above region 3).

【0019】そして、このようなオーミック特性の評価
が困難であるために、上記の問題点に気付かずにデバイ
スを作製してしまう可能性がある。この結果、シリサイ
ゼーションにおいて、シリサイドとシリコンの界面で十
分なオーミック特性が得られなかった場合や、十分な低
コンタクト抵抗がとれなかった場合に、基板電極用モー
トをMOSトランジスタのソース電極用モートに隣接し
て設置しないMOSトランジスタN1においては、ソー
ス側の領域がショットキー接合するシリサイドに対して
浮き上がってしまう現象を生ずる。
Since it is difficult to evaluate such ohmic characteristics, a device may be manufactured without noticing the above problem. As a result, when sufficient ohmic characteristics cannot be obtained at the interface between silicide and silicon, or when a sufficiently low contact resistance cannot be obtained, the moat for the substrate electrode becomes the moat for the source electrode of the MOS transistor. In the MOS transistor N1 which is not provided adjacent to the MOS transistor N1, a phenomenon occurs in which the source-side region rises with respect to the silicide forming the Schottky junction.

【0020】即ち、これをトランジスタN1と、これに
ソース領域を共用して接続されるトランジスタN3(G
1'はゲート電極、2'はドレイン領域)とについて図23〜
図25で説明すると、駆動時に、図23(B)に示すよう
に、一方のトランジスタN1をオフ状態にして他方のト
ランジスタN3を動作させると、チャネル電流(ドレイ
ン電流)がソース領域1に流入してから同領域内にかな
り広がっていることが分かる。なお、図23〜図25のデー
タは、二次元デバイスシミュレータ:MEDICI(T
MA社製)で測定した。
That is, this is connected to a transistor N1 and a transistor N3 (G
1 'is the gate electrode, 2' is the drain region)
Referring to FIG. 25, when one transistor N1 is turned off and the other transistor N3 is operated during driving as shown in FIG. 23B, a channel current (drain current) flows into the source region 1. After that, it can be seen that it has spread considerably within the same area. The data in FIGS. 23 to 25 is a two-dimensional device simulator: MEDICI (T
MA Co., Ltd.).

【0021】即ち、N1がオフであってN3がオンのと
き(図23(B)、図25)には、ソース領域1に形成され
る等電位レベル層60、61、62、63(これら等電位レベル
層間では 0.1V程度の電位差がある:以下の層間でも同
様。)のうち、N3のオンにより流入した電流でチャネ
ル端付近において層63(更には層64)のように電位の上
昇が生じると共に、オフにしているN1のチャネル端に
おいても層65のように0.2V程度の電位の上昇が見られ
る(図25参照)。換言すれば、極く通常のショットキー
障壁を仮定しただけでも、シリサイド層76下のシリコン
領域1の電位がVssより浮き上がっていることが分か
る。
That is, when N1 is off and N3 is on (FIG. 23B, FIG. 25), the equipotential level layers 60, 61, 62, 63 formed in the source region 1 (There is a potential difference of about 0.1 V between the potential level layers: the same applies to the following layers.) Of the current flowing in by turning on N3, the potential rises near the channel end like the layer 63 (and further the layer 64). At the same time, a potential rise of about 0.2 V is observed at the channel end of the turned off N1 like the layer 65 (see FIG. 25). In other words, it can be seen that the potential of the silicon region 1 under the silicide layer 76 rises above Vss even if only a normal Schottky barrier is assumed.

【0022】そして、この状態で図23(C)のようにN
3をオンさせたままN1をオンさせ、駆動電流をそれ以
前のN3の駆動電流と比較してみると、15%位の劣化が
見られる。この原因は、N1のソース電位がN3がオン
したために浮き上がり(図25参照)、図23(B)に示す
ように、N1側のチャネル端付近の電位が、N3のチャ
ネル電流により層63のように更に浮き上がっていること
(結果的には約 0.2V上昇:実効的なしきい値が約 0.2
V上昇したことと等価)によるものと考えられる。
Then, in this state, as shown in FIG.
When N1 is turned on while turning on No. 3 and the driving current is compared with the driving current of N3 before that, deterioration of about 15% is seen. This is because the source potential of N1 rises because N3 is turned on (see FIG. 25), and as shown in FIG. 23B, the potential near the channel end on the N1 side is caused by the channel current of N3 as shown in layer 63. (The result is a rise of about 0.2 V: the effective threshold is about 0.2 V)
(Equivalent to a rise in V).

【0023】これを図26、図27で説明すると、AはN3
のみがオンのとき、BはN3及びN1共にオンのときを
示すが、上記したソース領域の電位の浮き上がりによっ
て実質的にソースの電位が上昇したに等しくなり、図26
に示すように、MOSがオンしたときの駆動電流は両M
OSにおいて一定であることから、N1のしきい値電圧
がVth1 →Vth2 へと実効的に高くなったことに等しく
なる。また、ソース側領域の電位的浮き上がりはMOS
の駆動電流が大きければ大きいほど顕著になるため、図
27に示すように、最大駆動電流を著しく劣化させること
(即ち、同じVthで比較したときに駆動電流がN3より
もN1がかなり減少すること)になる。
This will be described with reference to FIGS. 26 and 27.
When only N3 and N1 are on, B indicates that both N3 and N1 are on. However, the rise of the potential of the source region is substantially equal to the rise of the source potential, and FIG.
As shown in the figure, when the MOS is turned on, the drive current is
Since it is constant in the OS, it is equal to the fact that the threshold voltage of N1 has effectively increased from V th1 to V th2 . Also, the potential rise of the source side region is MOS
The larger the drive current, the more remarkable it becomes.
As shown at 27, the maximum drive current is significantly degraded (ie, the drive current is much smaller in N1 than in N3 when compared at the same V th ).

【0024】以上のことから、図13〜図15に示した如き
セル構造では、トランジスタN1のしきい値がシリサイ
ゼーションによって上昇し易いこと、そして隣接するト
ランジスタN3(例えば、図12に仮想線で示す如き転送
トランジスタ)が接続されているときに顕著であること
(隣接セルによる干渉作用)を示している。また、仮に
トランジスタN3が存在していなくても、上記した説明
から、トランジスタN1だけでもシリサイゼーションに
よるショットキー障壁でソース電位がVssよりも浮き上
がってしまうことが理解される。
As described above, in the cell structure as shown in FIGS. 13 to 15, the threshold value of the transistor N1 is easily increased by the silicification, and the adjacent transistor N3 (for example, a virtual line in FIG. (Transfer transistors as shown in the figure) are connected (interference by neighboring cells). Even if the transistor N3 does not exist, it is understood from the above description that even with the transistor N1 alone, the source potential rises above Vss due to the Schottky barrier due to the silicification.

【0025】このような電位の浮き上り、即ちトランジ
スタN1のしきい値電位の上昇は、メモリ性能に悪影響
を与え、セルデータが破壊され易くなる。これを図12に
おいて説明すると、ノードQが高レベル(情報“1”)
の状態からトランジスタN1をオンさせて低レベル(情
報“0”)にする際、トランジスタN1のしきい値が高
くなるために、ノードQ’を高レベルにしてもトランジ
スタN1はオンしない。しかし、このときには既にノー
ドQ’を高レベル、ノードQを低レベルにすべきである
のに、ノードQは依然として高レベルを維持することに
なるためにトランジスタN2がオンしてしまい、ノード
Q’の高レベルがVss2 レベル(即ち、低レベル)に低
下してしまう。この結果、ノードQがなかなか低レベル
にならない状態でノードQ’が低レベルとなり、メモリ
に書き込むデータが破壊されてしまうのである。
Such a rise in the potential, that is, an increase in the threshold potential of the transistor N1, has a bad influence on the memory performance, and cell data is easily destroyed. This will be described with reference to FIG. 12. When the node Q is at a high level (information "1").
When the transistor N1 is turned on to a low level (information "0") from the state described above, the transistor N1 does not turn on even if the node Q 'is at a high level because the threshold value of the transistor N1 is high. However, at this time, although the node Q 'should be already at the high level and the node Q should be at the low level, the transistor N2 is turned on because the node Q still maintains the high level, and the node Q' high levels Vss 2 levels (i.e., low level) decreases to. As a result, the node Q ′ goes low in a state where the node Q does not easily go low, and the data to be written into the memory is destroyed.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スタ
チックメモリセル等のデータ保持能力及び電流駆動能力
等を高め、デバイス作製プロセスの余裕度を向上させ、
デバイスの性能を向上させることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve the data holding ability and the current driving ability of a static memory cell and the like, improve the margin of a device manufacturing process,
It is to improve the performance of the device.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、ソース
領域と、ドレイン領域と、これら両領域間にゲート絶縁
膜を介して設けられたゲート電極とからなる絶縁ゲート
型電界効果半導体素子の複数個が、回路的に互いに対称
性を保持するように(例えばバランス型フリップフロッ
プを構成するように)配置され、それぞれのソース領域
又はドレイン領域に隣接して当該ソース領域又はドレイ
ン領域と逆導電型の半導体領域が形成され、それら両領
域間にツェナーダイオードがそれぞれ形成され、これら
の各ツェナーダイオードが前記それぞれのソース領域又
はドレイン領域と電源又は接地側との間に接続されるよ
うに構成した半導体装置に係るものである。
That is, the present invention provides an insulated gate type field effect semiconductor device comprising a source region, a drain region, and a gate electrode provided between the two regions via a gate insulating film. A plurality of circuits are arranged so as to maintain symmetry with each other in a circuit (for example, to form a balanced flip-flop), and adjacent to each source region or drain region, have opposite conductivity to the source region or the drain region. Semiconductor regions are formed, Zener diodes are respectively formed between the two regions, and each of these Zener diodes is connected between the respective source region or drain region and the power supply or the ground side. The present invention relates to a semiconductor device.

【0028】本発明の半導体装置によれば、MOSトラ
ンジスタにより構成されるスタチックメモリセル等のバ
ランス型フリップフロップにおいて、対となるトランジ
スタのソース領域(又はドレイン領域)にツェナーダイ
オードを対称的にそれぞれ配置し、これらのツェナーダ
イオードをソース領域(又はドレイン領域)と電源又は
接地側との間に接続することにより、前記目的を達成す
るものである。これらの対のツェナーダイオードによっ
て、セル面積縮小のため、セルラッチを構成する対とな
るトランジスタにおいて電源に接続されたモートを既述
したように分離した構造に特有の非対称性からくる動作
余裕度の限界を大幅に向上させることができる。即ち、
この構成によって、対となるトランジスタの各ソース領
域(又はドレイン領域)への電流が既述したトンネリン
グ効果でツェナーダイオードを介して電源又は接地側へ
効果的に流れるため、ソース領域(又はドレイン領域)
の既述した電位の浮き上がりを減少させ、トランジスタ
のしきい値の上昇を抑えることができ、これによって対
のトランジスタの対称性を保持し、メモリセルのデータ
保持能力及び電流駆動能力等の性能を高めることができ
る。
According to the semiconductor device of the present invention, in a balanced flip-flop such as a static memory cell constituted by MOS transistors, a Zener diode is symmetrically provided in a source region (or a drain region) of a paired transistor. This is achieved by arranging these Zener diodes between a source region (or a drain region) and a power supply or a ground side. Due to these pairs of Zener diodes, the cell margin is reduced due to the asymmetry inherent in the structure in which the moat connected to the power supply is separated as described above in order to reduce the cell area. Can be greatly improved. That is,
With this configuration, a current to each source region (or drain region) of a paired transistor effectively flows to the power supply or the ground side via the Zener diode by the tunneling effect described above, so that the source region (or the drain region)
As described above, the floating of the potential can be reduced, and the rise of the threshold value of the transistor can be suppressed, whereby the symmetry of the pair of transistors can be maintained, and the performance of the memory cell such as the data holding ability and the current driving ability can be improved. Can be enhanced.

【0029】従って、本発明の半導体装置は、ラッチ型
スタチックメモリセルを構成し、このメモリセルのセル
ラッチを形成する対の絶縁ゲート型電界効果半導体素子
のそれぞれのソース領域にツェナーダイオードが形成さ
れている場合や、センスアンプ回路を構成し、このセン
スアンプ回路の放電回路部に接続される対の絶縁ゲート
型電界効果半導体素子のそれぞれのソース領域と前記放
電回路部との間にツェナーダイオードが接続される場合
に好適である。
Accordingly, the semiconductor device of the present invention constitutes a latch type static memory cell, and a Zener diode is formed in each source region of a pair of insulated gate type field effect semiconductor elements forming a cell latch of the memory cell. Or a sense amplifier circuit, and a Zener diode is provided between each of the source regions of the pair of insulated gate type field effect semiconductor elements connected to the discharge circuit section of the sense amplifier circuit and the discharge circuit section. It is suitable when connected.

【0030】本発明の半導体装置においては、対の絶縁
ゲート型電界効果半導体素子のそれぞれのソース領域が
別々に若しくは共通に、ツェナーダイオードを介して電
源又は接地側に接続されるように構成できる。
In the semiconductor device of the present invention, the respective source regions of the pair of insulated gate type field effect semiconductor elements can be separately or commonly connected to a power supply or a ground via a Zener diode.

【0031】また、それぞれのソース領域に隣接して前
記逆導電型の半導体領域を形成し、この半導体領域を各
ソース領域の電源と半導体基体との間に接続し、半導体
基板の電位(例えばVss)を固定するのに用いることに
よって、デバイスの集積度を向上させ、その微細化を図
ることができる。
In addition, the semiconductor region of the opposite conductivity type is formed adjacent to each source region, and this semiconductor region is connected between the power source of each source region and the semiconductor base, and the potential of the semiconductor substrate (for example, Vss ) Can be used for fixing, so that the degree of integration of the device can be improved and the device can be miniaturized.

【0032】また、電源コンタクトを設ける構造とし
て、前記ソース領域と前記逆導電型の半導体領域との各
表面にまたがってシリサイド層が形成され、このシリサ
イド層に電源又は接地側のコンタクトが設けられてよい
し、或いは、前記ソース領域と前記逆導電型の半導体領
域とに別々の電源又は接地側のコンタクトが別々に設け
られてもよく、更には、前記ソース領域と前記逆導電型
の半導体領域とに共通の電源又は接地側のコンタクトが
設けられてもよい。
As a structure for providing a power supply contact, a silicide layer is formed over each surface of the source region and the semiconductor region of the opposite conductivity type, and a power supply or ground side contact is provided in the silicide layer. Alternatively, separate power supply or ground side contacts may be separately provided for the source region and the opposite conductivity type semiconductor region, and further, the source region and the opposite conductivity type semiconductor region may be provided separately. May be provided with a common power supply or ground side contact.

【0033】前記シリサイド層(例えばTiSi2)を形
成する場合、上述したようにシリサイドとシリコンとの
界面で十分なオーミック特性や低コンタクト抵抗をとれ
ないときでも、前記ソース領域に隣接して前記逆導電型
の半導体領域を形成し、前記ツェナーダイオードを介し
て電源又は接地側に接続しているため、前記ソース領域
の電位の浮き上がりを効果的に防止でき、前記シリサイ
ド層によるショットキー障壁による問題を解消すること
ができる。
In the case where the silicide layer (eg, TiSi 2 ) is formed, even if sufficient ohmic characteristics or low contact resistance cannot be obtained at the interface between silicide and silicon as described above, the reverse contact is made adjacent to the source region. Since a conductive type semiconductor region is formed and connected to a power supply or a ground side via the Zener diode, floating of the potential of the source region can be effectively prevented, and a problem due to a Schottky barrier due to the silicide layer is eliminated. Can be eliminated.

【0034】従って、前記シリサイド層を形成すること
によりデバイスの微細化を図れると同時に、上記ショッ
トキー障壁(即ち、ソースに対する電源接点抵抗)を抑
えるために必要とされる制約されたデバイス作製条件は
不要となり若しくは緩和されることになり、製造プロセ
スに余裕をもたせることができる。特に、シリサイゼー
ションの条件の変動やソース及びドレインの表面濃度の
変動、また、コンタクト形成時のばらつきに対して、大
きな余裕度を得ることができ、これによって高集積化さ
れた良質のデバイスを高歩留りで生産することが可能と
なる。
Therefore, by forming the silicide layer, the device can be miniaturized, and at the same time, the restricted device manufacturing conditions required to suppress the Schottky barrier (ie, the power supply contact resistance with respect to the source) are as follows. This becomes unnecessary or is alleviated, so that the manufacturing process can have a margin. In particular, a large margin can be obtained with respect to fluctuations in the conditions of silicidation, fluctuations in the surface concentration of the source and drain, and fluctuations during the formation of contacts, thereby increasing the quality of highly integrated devices. It is possible to produce at a yield.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0036】実施例1 図1〜図5は、本発明をラッチ型スタチックメモリ(S
RAM)に適用した第1の実施例を示すものである。
Embodiment 1 FIGS. 1 to 5 show a latch type static memory (S) according to the present invention.
1 shows a first embodiment applied to a (RAM).

【0037】本実施例によるSRAMのメモリセルのレ
イアウトは、図1及び図2に示すように、既述した図13
〜図14の例と共通する部分には共通符号を付し、その説
明を省略することがあるが、根本的に異なる構成とし
て、セルラッチを形成する対のMOSトランジスタN2
とN1との双方に、P+ 型半導体領域(基板コンタク
ト)13及び83をそれぞれ各ソース領域3及び1にそれぞ
れ隣接して形成すると共に、上述したと同様のツエナー
ダイオードZD及びZD’を各ソース領域と電源Vss2
及びVss1 との間に接続していることである。この例で
は、トランジスタN1、N2をP- 型基板に、トランジ
スタP1、P2をN型ウェル領域に設けている。
The layout of the memory cell of the SRAM according to the present embodiment is, as shown in FIGS.
14 are denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted, but as a fundamentally different configuration, a pair of MOS transistors N2 forming a cell latch
And N1, P + type semiconductor regions (substrate contacts) 13 and 83 are formed adjacent to the source regions 3 and 1, respectively, and the same Zener diodes ZD and ZD ′ as described above are connected to the respective source regions. Area and power supply Vss 2
And that connected between the Vss 1. In this example, the transistors N1 and N2 are provided on a P -type substrate, and the transistors P1 and P2 are provided on an N-type well region.

【0038】図3及び図4は、上述したツェナーダイオ
ードZD、ZD’を設けた部分の各断面図を示すが、図
3では図15で述べたものと同様のトランジスタN2部分
を示し(但し、図中の80は層間絶縁膜)、また図4では
従来は単にトランジスタN1のソース領域1上にシリサ
イド層76を設けていた構造を根本的に変更し、ここにも
図3と同様のP+ 型半導体領域83を隣接して設け、ツェ
ナーダイオードZD’を形成している(但し、図中の93
は電源Vss1 の電極)。
FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views each showing a portion provided with the above-described Zener diodes ZD and ZD '. FIG. 3 shows a transistor N2 portion similar to that described with reference to FIG. 80 an interlayer insulating film in the drawing), also conventional in FIG. 4 fundamentally changed simply a structure has been provided a silicide layer 76 on the source region 1 of the transistor N1, the same as FIG. 3 here also P + A type semiconductor region 83 is provided adjacently to form a Zener diode ZD ′ (however, 93 in FIG.
Power Vss 1 of the electrodes).

【0039】図5には、対のトランジスタN2及びN1
部分の等価回路を示すが、既述した図16の回路に比べ、
トランジスタN1側にも、トランジスタN2側と対称的
にツェナーダイオードZD’によるダイオード抵抗
Z ’、シリサイド層との接触抵抗RNS’、RPS’、基
板バルク抵抗RSUB ' がそれぞれ接続される(これらの
抵抗はトランジスタN2側のものとそれぞれ同等のもの
である)。
FIG. 5 shows a pair of transistors N2 and N1.
Although the equivalent circuit of the portion is shown, compared with the circuit of FIG.
The diode resistance R Z ′ by the Zener diode ZD ′, the contact resistances R NS ′ and R PS ′ with the silicide layer, and the substrate bulk resistance R SUB ′ are also connected to the transistor N 1 side symmetrically to the transistor N 2 side, respectively ( These resistors are respectively equivalent to those of the transistor N2).

【0040】上記したように、本実施例によれば、メモ
リセルの対となるトランジスタN2とN1の双方にツエ
ナーダイオードZD、ZD’を対称的に配置したので、
トランジスタN2、N1の各ソース領域3、1への電流
が既述したトンネリング効果でツェナーダイオードZ
D、ZD’を介して電源Vss2 、Vss1 側へ効果的に流
れるため、ソース領域1の既述した電位の浮き上がりを
減少させ、トランジスタN1のしきい値の上昇を抑える
ことができる。
As described above, according to the present embodiment, the Zener diodes ZD and ZD 'are symmetrically arranged in both the transistors N2 and N1 forming a pair of the memory cells.
The current to each of the source regions 3 and 1 of the transistors N2 and N1 is changed by the tunneling effect as described above.
D, since the effective flow to the power supply Vss 2, Vss 1 side through the ZD ', to reduce the lifting of the above potentials of the source regions 1, it is possible to suppress an increase in the threshold of the transistor N1.

【0041】これによって、データの書込み動作におい
て、トランジスタN1が正常にオン、オフし、ノード
Q’が高レベルになったときにトランジスタN1のオン
によりノードQをVss1 側へ接地して低レベルにするこ
と(情報“0”)ができ、かつ、ノードQ’の高レベル
をトランジスタN2のオフにより保持することができ
る。こうして、メモリに書き込むデータが破壊されるこ
とはなく、データ保持能力を高めることができる。
[0041] Thus, in a write operation of data, on the transistor N1 is normally off and the low level by grounding the node Q by turning on the transistor N1 when a node Q 'becomes high level to Vss 1 side (Information “0”), and the high level of the node Q ′ can be held by turning off the transistor N2. Thus, the data to be written to the memory is not destroyed, and the data holding ability can be improved.

【0042】また、シリサイド層76、77を形成すること
によりデバイスの微細化を図れると同時に、既述したシ
ョットキー障壁(即ち、ソースに対する電源接点抵抗)
を抑えるために必要とされる制約されたデバイス作製条
件は不要となり若しくは緩和されることになり、製造プ
ロセスに余裕をもたせることができる。特に、シリサイ
ゼーションの条件の変動やソース及びドレインの表面濃
度の変動、また、コンタクト形成時のばらつきに対し
て、大きな余裕度を得ることができ、これによって高集
積化された良質のデバイスを高歩留りで生産することが
可能となる。
By forming the silicide layers 76 and 77, the device can be miniaturized, and at the same time, the Schottky barrier (that is, the power supply contact resistance with respect to the source) described above
The restricted device manufacturing conditions required to suppress the problem become unnecessary or relaxed, so that the manufacturing process can have a margin. In particular, a large margin can be obtained with respect to fluctuations in the conditions of silicidation, fluctuations in the surface concentration of the source and drain, and fluctuations during the formation of contacts, thereby increasing the quality of highly integrated devices. It is possible to produce at a yield.

【0043】実施例2 図6は、本発明の第2の実施例を示すものである。 Embodiment 2 FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.

【0044】この例では、上記の第1の実施例とは異な
って、シリサイド層を設けないで電源コンタクトをとっ
ている。即ち、各トランジスタN2及びN1においてV
ss2又はVss1 用のコンタクト53a、53bをソース領域
3又は1と半導体領域13又は83とで別々にとっている。
In this embodiment, unlike the first embodiment, a power contact is provided without providing a silicide layer. That is, in each of the transistors N2 and N1, V
They are taken separately ss 2 or Vss 1 for the contact 53a, 53b and the source region 3 or 1 and the semiconductor region 13 or 83.

【0045】即ち、ソース領域3又は1にはコンタクト
53aが、P+ 型半導体領域13又は83にはコンタクト53b
がそれぞれ接続されている。これらは別の箇所で接続さ
れ、共通の電源配線に導かれることができる。
That is, the source region 3 or 1 is in contact with
53a has a contact 53b with the P + type semiconductor region 13 or 83.
Are connected respectively. These can be connected at different points and lead to a common power supply wiring.

【0046】このように構成しても、上記の第1の実施
例で述べたと同様の作用効果が得られると共に、シリサ
イド層を設けないことによってそのショットキーの障壁
による問題を考慮する必要なく高集積化を実現できる。
With such a structure, the same operation and effect as described in the first embodiment can be obtained. In addition, since the silicide layer is not provided, the problem due to the Schottky barrier does not need to be taken into consideration. Integration can be realized.

【0047】実施例3 図7は、本発明の第3の実施例を示すものである。 Embodiment 3 FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention.

【0048】この例の場合、上記の第2の実施例におい
て電源コンタクトを別々にとっているのに対し、電源コ
ンタクト53を大きくし、ソース領域3又は1と半導体領
域13又は83に共通にとっている。
In the case of this example, the power supply contact 53 is enlarged in contrast to the separate power supply contact in the second embodiment, and is shared by the source region 3 or 1 and the semiconductor region 13 or 83.

【0049】この例によっても、上記した第1の実施例
及び第2の実施例で述べたと同様の作用効果が得られる
と共に、上記の共通の電源コンタクトによってコンタク
トを形成し易くなる。
According to this embodiment, the same operation and effect as those described in the first and second embodiments can be obtained, and the contact can be easily formed by the common power supply contact.

【0050】実施例4 図8は、本発明の第4の実施例を示すものである。 Embodiment 4 FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention.

【0051】上述した第1〜第3の実施例はいずれもソ
ース領域と基板コンタクト用の領域を隣接させた構造に
ついて述べたが、この隣接構造と図8の如き独立させた
構造とを混在させてもよいし、或いはすべて独立させた
構造としてもよい。
In each of the first to third embodiments, the structure in which the source region and the substrate contact region are adjacent to each other has been described. However, the adjacent structure and the independent structure as shown in FIG. Alternatively, they may be all independent structures.

【0052】即ち、ソース領域3又は1に上記ツェナー
ダイオードを接続するのに、ソース領域3又は1によっ
て逆導電型のP+ 型半導体領域81の全周囲を囲んでい
る。基板コンタクト用のP+ 型半導体領域13又は83は図
示しない別の位置に設けることになる。
That is, in order to connect the Zener diode to the source region 3 or 1, the entire periphery of the P + type semiconductor region 81 of the opposite conductivity type is surrounded by the source region 3 or 1. The P + type semiconductor region 13 or 83 for substrate contact is provided at another position (not shown).

【0053】このように構成しても、ツェナーダイオー
ドZD又はZD’によって上記した第1の実施例で述べ
たと同様の作用効果が得られる。
Even with such a configuration, the same operation and effect as described in the first embodiment can be obtained by the Zener diode ZD or ZD '.

【0054】実施例5 図9及び図10は、本発明の第5の実施例を示すものであ
る。
Embodiment 5 FIGS. 9 and 10 show a fifth embodiment of the present invention.

【0055】この例によるSRAMのメモリセルは、上
記第1の実施例と比べてトランジスタN1とN2のソー
ス領域を共通とし、この共通のソース領域1にP+ 型半
導体領域13を隣接して設け、それらの間にツェナーダイ
オード(N+ /P+ ZD)を形成して、図3に述べたと
同様にして電源Vssに共通に接続している(但し、シリ
サイド層76は図示省略)。他方、トランジスタP1、P
2においてもソース領域を共通にし、この共通のソース
領域9にN+ 型半導体領域93を隣接して設け、それらの
間にツェナーダイオード(P+ /N+ ZD)を形成し
て、電源Vccに共通に接続している(但し、シリサイド
層は図示省略)。
In the SRAM memory cell of this embodiment, the source regions of the transistors N1 and N2 are common to the first embodiment, and a P + type semiconductor region 13 is provided adjacent to the common source region 1. A zener diode (N + / P + ZD) is formed between them, and is connected to the power supply Vss in the same manner as described with reference to FIG. 3 (however, the silicide layer 76 is not shown). On the other hand, transistors P1, P
2 also has a common source region, an N + type semiconductor region 93 is provided adjacent to the common source region 9, a Zener diode (P + / N + ZD) is formed between them, and the power source Vcc They are commonly connected (however, a silicide layer is not shown).

【0056】従って、上記の共通のN+ /P+ ZDによ
ってソース領域1の電位の浮き上がりを低減させ、トラ
ンジスタN1、N2の対称性を維持し、データ保持能力
を高めることができる。そして、上記の共通のP+ /N
+ ZDによってドレイン領域9の電位の浮き上がりを低
減させている。
Therefore, the floating of the potential of the source region 1 can be reduced by the above-mentioned common N + / P + ZD, the symmetry of the transistors N1 and N2 can be maintained, and the data holding ability can be increased. Then, the above common P + / N
The floating of the potential of the drain region 9 is reduced by + ZD.

【0057】このように構成しても、上記の第1の実施
例で述べたと同様の作用効果が得られると共に、対のト
ランジスタのソース領域を共通に電源に接続しても上記
のツェナーダイオードにより電流駆動能力が向上するの
で、信頼性よく動作させることができる。
With such a structure, the same operation and effect as those described in the first embodiment can be obtained, and even if the source regions of the pair of transistors are connected to the power supply in common, the above-mentioned Zener diode can be used. Since the current driving capability is improved, the device can be operated with high reliability.

【0058】実施例6 図11は、本発明の第6の実施例を示すものである。 Embodiment 6 FIG. 11 shows a sixth embodiment of the present invention.

【0059】この例は、上述したSRAMに代えて、こ
れと同様に電気的に対称性が要求されるセンスアンプ回
路に本発明を適用したものである。このセンスアンプ回
路は図11に示すようにフリップフロップ回路で構成され
ていて、ダイナミックRAMからの左右のビット線B/
1 、B/L2 に微小な電位差が生じた時点でS2 の電
位を徐々に下降させてセンスアンプを活性化させると、
左右のノードa、bのうち、低い電位分だけがトランジ
スタQ5 あるいはQ6 を通じて放電し、電位差が増幅さ
れる。ノードa、b間に十分な電位差が生じた時点で、
2 を急激に0Vに下げて低電位側を完全に0Vにし、
引き続いて再充電回路を動作させて、高電位側のビット
線のみをVccレベルまで再充電する。このようにして、
微小な電位差が生じた左右のビット線に対し、センスア
ンプで“H”、“L”を判定した後、“H”側のビット
線電位を完全な“H”レベルにし、“L”側のビット線
は完全な“L”レベルにし、再びメモリセルにこのデー
タを書き込む(=再書込み、かつリフレッシュ)。
In this example, the present invention is applied to a sense amplifier circuit which also requires electrical symmetry in place of the SRAM described above. This sense amplifier circuit is composed of a flip-flop circuit as shown in FIG.
When a small potential difference occurs between L 1 and B / L 2 , the potential of S 2 is gradually lowered to activate the sense amplifier.
Left and right nodes a, of b, potential lower amount is discharged through the transistor Q 5 or Q 6, the potential difference is amplified. When a sufficient potential difference occurs between nodes a and b,
The S 2 rapidly lowered to 0V to complete 0V and the low potential side,
Subsequently, the recharge circuit is operated to recharge only the bit line on the high potential side to the Vcc level. In this way,
After the sense amplifier determines “H” and “L” for the left and right bit lines having a small potential difference, the “H” side bit line potential is set to the complete “H” level, and the “L” side The bit line is set to the complete "L" level, and this data is written into the memory cell again (= rewrite and refresh).

【0060】このセンスアンプ回路において、トランジ
スタQ5 、Q6 の放電回路側の共通のソース領域に上記
した如きN+ /P+ ZDを接続し、また、トランジスタ
1、Q2 の電源側のドレイン領域にも上記した如きP
+ /N+ ZDを接続している。従って、この例でも、こ
れらのツェナーダイオードによってトランジスタ動作の
対称性を保持しつつ電流駆動能力を高め、良好なセンシ
ングを行うことができる。
In this sense amplifier circuit, the above-mentioned N + / P + ZD is connected to the common source region on the discharge circuit side of the transistors Q 5 and Q 6 , and the power supply side of the transistors Q 1 and Q 2 is connected. As described above, the drain region also has P
+ / N + ZD. Therefore, also in this example, it is possible to improve the current driving capability while maintaining the symmetry of the transistor operation by these zener diodes, and perform good sensing.

【0061】以上、本発明の各実施例を説明したが、こ
れらの実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変形が
可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, these embodiments can be further modified based on the technical idea of the present invention.

【0062】例えば、上述したツェナーダイオードを形
成する各半導体領域のサイズやレイアウト、更にはMO
Sトランジスタの構成や各部の材質、作製プロセスとそ
の条件等は種々変更してよい。また、上述した半導体領
域の導電型は逆タイプのものに変更することができる。
For example, the size and layout of each semiconductor region forming the above-mentioned Zener diode, and
The configuration of the S-transistor, the material of each part, the manufacturing process, its conditions, and the like may be variously changed. Further, the conductivity type of the above-described semiconductor region can be changed to a reverse type.

【0063】なお、本発明は上記以外のCMOSデバイ
ス又はSRAMデバイス以外にも適用してよいし、その
他の種々のデバイスにも適用できる。例えば、SRAM
としては、公知の高抵抗負荷型やE/D型に適用可能で
あるし、また、薄膜型MOSトランジスタからなるSR
AM(例えば、シリコン基板側にNチャネルMOS、シ
リコン基板上にTFTのPチャネルMOSを形成したも
の)にも適用してよい。
The present invention may be applied to devices other than the CMOS device or the SRAM device other than those described above, and may be applied to other various devices. For example, SRAM
Can be applied to a known high-resistance load type or E / D type.
The present invention may be applied to an AM (for example, an N-channel MOS formed on a silicon substrate and a P-channel MOS of a TFT formed on a silicon substrate).

【0064】[0064]

【発明の作用効果】本発明は上述した如く、絶縁ゲート
型電界効果半導体素子の複数個が、回路的に互いに対称
性を保持するように(例えばバランス型フリップフロッ
プを構成するように)配置され、それぞれのソース領域
又はドレインに隣接して逆導電型の半導体領域が形成さ
れ、それら両領域間にツェナーダイオードがそれぞれ形
成され、これらの各ツェナーダイオードが前記それぞれ
のソース領域又はドレイン領域と電源又は接地側との間
に接続されるように構成したので、対となる半導体素子
の各ソース領域又はドレイン領域への電流がトンネリン
グ効果でツェナーダイオードを介して電源又は接地側へ
効果的に流れるため、ソース領域又はドレイン領域の電
位の浮き上がりを減少させ、トランジスタのしきい値の
上昇を抑えることができ、これによって対の半導体素子
の対称性を保持し、メモリセルのデータ保持能力及び電
流駆動能力等の性能を高めることができる。
As described above, according to the present invention, a plurality of insulated gate type field effect semiconductor elements are arranged so as to maintain symmetry with each other in circuit (for example, to constitute a balanced flip-flop). A semiconductor region of the opposite conductivity type is formed adjacent to each source region or drain, and a Zener diode is respectively formed between the two regions. Each of these Zener diodes is connected to the respective source region or drain region and a power supply or Since it is configured to be connected to the ground side, the current to each source region or drain region of the paired semiconductor element effectively flows to the power supply or the ground side via the Zener diode due to the tunneling effect, To reduce the rise in the potential of the source or drain region and suppress a rise in the threshold voltage of the transistor Can, thereby retaining the symmetry of the semiconductor device of the pair, the performance such as data retention capability and current driving capability of the memory cell can be enhanced.

【0065】また、上記のツェナーダイオードを形成す
る逆導電型の半導体領域をソース領域に隣接させている
が、これをソース領域の電源と半導体基板との間に接続
し、半導体基板の電位を固定するのに用いると、デバイ
スの集積度を向上させ、その微細化を図ることができ
る。
The semiconductor region of the opposite conductivity type forming the Zener diode is adjacent to the source region. This is connected between the power supply of the source region and the semiconductor substrate to fix the potential of the semiconductor substrate. When used in such a case, the degree of integration of the device can be improved and the device can be miniaturized.

【0066】また、ソース領域及び逆導電型の半導体領
域の各表面にまたがってシリサイド層を形成する場合に
は、デバイスの微細化を図れると同時に、上記ショット
キー障壁(即ち、ソースに対する電源接点抵抗)を抑え
るために必要とされる制約されたデバイス作製条件は不
要となり若しくは緩和されることになり、製造プロセス
に余裕をもたせることができる。特に、シリサイゼーシ
ョンの条件の変動やソース及びドレインの表面濃度の変
動、また、コンタクト形成時のばらつきに対して、大き
な余裕度を得ることができ、これによって高集積化され
た良質のデバイスを高歩留りで生産することが可能とな
る。
When a silicide layer is formed over the surfaces of the source region and the semiconductor region of the opposite conductivity type, the device can be miniaturized, and at the same time, the Schottky barrier (that is, the power supply contact resistance with respect to the source) can be obtained. ) Becomes unnecessary or alleviated, and the manufacturing process can have a margin. In particular, a large margin can be obtained with respect to fluctuations in the conditions of silicidation, fluctuations in the surface concentration of the source and drain, and fluctuations during the formation of contacts, thereby increasing the quality of highly integrated devices. It is possible to produce at a yield.

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

【図1】本発明の第1の実施例によるラッチ型SRAM
のメモリセルの概略平面図である。
FIG. 1 shows a latch type SRAM according to a first embodiment of the present invention.
3 is a schematic plan view of the memory cell of FIG.

【図2】同メモリセルを多数組み込んだメモリセル部の
概略平面図である。
FIG. 2 is a schematic plan view of a memory cell section incorporating a large number of the memory cells.

【図3】図1、図2のの III−III 線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIGS. 1 and 2;

【図4】図1、図2ののIV−IV線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIGS. 1 and 2;

【図5】同メモリセルの要部の等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a main part of the memory cell.

【図6】本発明の第2の実施例によるメモリセルのMO
Sトランジスタにおけるツェナーダイオードを介しての
電流経路を説明する一部分の拡大概略断面図である。
FIG. 6 shows an MO of a memory cell according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 4 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion illustrating a current path through a Zener diode in an S transistor.

【図7】本発明の第3の実施例によるメモリセルのMO
Sトランジスタにおけるツェナーダイオードを介しての
電流経路を説明する一部分の拡大概略断図である。
FIG. 7 shows an MO of a memory cell according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 4 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion illustrating a current path through a Zener diode in an S transistor.

【図8】本発明の第4の実施例によるメモリセルのMO
Sトランジスタにおけるツェナーダイオードを介しての
電流経路を説明する一部分の拡大概略断図である。
FIG. 8 shows an MO of a memory cell according to a fourth embodiment of the present invention;
FIG. 4 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion illustrating a current path through a Zener diode in an S transistor.

【図9】本発明の第5の実施例によるラッチ型SRAM
のメモリセルの概略平面図である。
FIG. 9 shows a latch type SRAM according to a fifth embodiment of the present invention.
3 is a schematic plan view of the memory cell of FIG.

【図10】同メモリセルの要部の等価回路図である。FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of a main part of the memory cell.

【図11】本発明の第6の実施例によるセンスアンプの等
価回路図である。
FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of a sense amplifier according to a sixth embodiment of the present invention.

【図12】従来のラッチ型SRAMのメモリセルの等価回
路図である。
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a memory cell of a conventional latch type SRAM.

【図13】同メモリセルの概略平面図である。FIG. 13 is a schematic plan view of the memory cell.

【図14】同メモリセルを多数組み込んだメモリセル部の
概略平面図である。
FIG. 14 is a schematic plan view of a memory cell unit incorporating a large number of the memory cells.

【図15】同メモリセルのMOSトランジスタにおけるツ
ェナーダイオードを介しての電流経路を説明する一部分
の拡大概略断図である。
FIG. 15 is an enlarged schematic cross-sectional view partially illustrating a current path through a Zener diode in a MOS transistor of the memory cell.

【図16】同メモリセルの要部の等価回路図である。FIG. 16 is an equivalent circuit diagram of a main part of the memory cell.

【図17】従来のMOSトランジスタの概略断面図であ
る。
FIG. 17 is a schematic sectional view of a conventional MOS transistor.

【図18】同トランジスタを組み込んだメモリセルの要部
の等価回路図である。
FIG. 18 is an equivalent circuit diagram of a main part of a memory cell incorporating the transistor.

【図19】図15のMOSトランジスタのツェナーダイオー
ド部分の不純物濃度プロファイル図である。
19 is an impurity concentration profile diagram of a Zener diode portion of the MOS transistor of FIG.

【図20】同MOSトランジスタのツェナーダイオード部
分のポテンシャルとダイオード電流を示すグラフであ
る。
FIG. 20 is a graph showing a potential of a Zener diode portion of the MOS transistor and a diode current.

【図21】ツェナーダイオードを有しないMOSトランジ
スタのダイオード部分の不純物濃度プロファイル図であ
る。
FIG. 21 is an impurity concentration profile diagram of a diode portion of a MOS transistor having no Zener diode.

【図22】同MOSトランジスタのダイオード部分のポテ
ンシャルとダイオード電流を示すグラフである。
FIG. 22 is a graph showing a potential of a diode portion of the MOS transistor and a diode current.

【図23】MOSトランジスタのソース電位の浮き上がり
現象を説明するためのポテンシャル分布付きの概略断面
図である。
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view with a potential distribution for explaining a floating phenomenon of a source potential of a MOS transistor.

【図24】複数のMOSトランジスタのオフ時の電位分布
図である。
FIG. 24 is a potential distribution diagram when a plurality of MOS transistors are off.

【図25】同複数のMOSトランジスタの一方がオンした
ときの電位分布図である。
FIG. 25 is a potential distribution diagram when one of the plurality of MOS transistors is turned on.

【図26】同複数のMOSトランジスタの駆動電流をlo
gスケールで示すグラフである。
FIG. 26 shows that the drive current of the plurality of MOS transistors is lo
It is a graph shown on a g scale.

【図27】同複数のMOSトランジスタの駆動電流をリニ
アスケールで示すグラフである。
FIG. 27 is a graph showing drive currents of the plurality of MOS transistors on a linear scale.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2、3、4、5、6、7、8・・・N+ 型半導体領
域(ソース又はドレイン領域) 9、10、11、12・・・P+ 型半導体領域(ソース又はド
レイン領域) 13、83・・・P+ 型半導体領域(基板コンタクト) 47・・・P- 型シリコン基板 53、93・・・電極又はコンタクト 76、77・・・シリサイド層 87・・・N- 型ウェル領域 N1、N2、N3、P1、P2、X1、X2・・・MO
Sトランジスタ G1 、G2 ・・・ゲート電極 LI・・・接続用導体 ZD、ZD’・・・ツェナーダイオード Vss1 、Vss2 、Vdd1 、Vdd2 ・・・電源 B/L1 、B/L2 ・・・ビットライン W/L1 、W/L2 ・・・ワードライン
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8... N + type semiconductor region (source or drain region) 9, 10, 11, 12... P + type semiconductor region (source or drain region) 13,83 ··· P + -type semiconductor region (substrate contact) 47 ... P - -type silicon substrate 53,93 ... electrode or contact 76, 77 ... silicide layer 87 ... N - -type well region N1, N2, N3, P1, P2, X1, X2... MO
S transistors G 1, G 2 ··· gate electrode LI · · · connecting conductor ZD, ZD '··· zener diode Vss 1, Vss 2, Vdd 1 , Vdd 2 ··· Power B / L 1, B / L 2 ··· bit line W / L 1, W / L 2 ··· word line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−99562(JP,A) 特開 平4−11769(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8234 H01L 27/088 H01L 21/8244 H01L 27/11 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-63-99562 (JP, A) JP-A-4-11769 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/8234 H01L 27/088 H01L 21/8244 H01L 27/11

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ソース領域と、ドレイン領域と、これら
両領域間にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極
とからなる絶縁ゲート型電界効果半導体素子の複数個
が、回路的に互いに対称性を保持するように配置され、
それぞれのソース領域又はドレイン領域に隣接して当該
ソース領域又はドレイン領域と逆導電型の半導体領域が
形成され、それら両領域間にツェナーダイオードがそれ
ぞれ形成され、これらの各ツェナーダイオードが前記そ
れぞれのソース領域又はドレイン領域と電源又は接地側
との間に接続されるように構成した半導体装置。
A plurality of insulated gate field effect semiconductor devices each comprising a source region, a drain region, and a gate electrode provided between the two regions with a gate insulating film interposed therebetween have a symmetrical circuit structure. Is arranged to hold the
A semiconductor region of the opposite conductivity type to the source region or the drain region is formed adjacent to the source region or the drain region, and a Zener diode is formed between the two regions. Each Zener diode is connected to the source region. A semiconductor device configured to be connected between a region or a drain region and a power supply or a ground side.
【請求項2】 ラッチ型スタチックメモリセルを構成
し、このメモリセルのセルラッチを形成する対の絶縁ゲ
ート型電界効果半導体素子のそれぞれのソース領域にツ
ェナーダイオードが形成されている、請求項1に記載し
た半導体記憶装置。
2. A latch type static memory cell, wherein a Zener diode is formed in each source region of a pair of insulated gate field effect semiconductor elements forming a cell latch of the memory cell. The described semiconductor memory device.
【請求項3】 センスアンプ回路を構成し、このセンス
アンプ回路の放電回路部に接続される対の絶縁ゲート型
電界効果半導体素子のそれぞれのソース領域と前記放電
回路部との間にツェナーダイオードが接続される、請求
項1に記載した半導体装置。
3. A sense amplifier circuit, wherein a Zener diode is provided between each of the source regions of a pair of insulated gate type field effect semiconductor elements connected to a discharge circuit portion of the sense amplifier circuit and the discharge circuit portion. The semiconductor device according to claim 1, which is connected.
【請求項4】 対の絶縁ゲート型電界効果半導体素子の
それぞれのソース領域が別々に若しくは共通に、ツェナ
ーダイオードを介して電源又は接地側に接続される、請
求項1〜3のいずれか1項に記載した半導体装置。
4. The pair of insulated gate field effect semiconductor devices according to claim 1, wherein respective source regions are separately or commonly connected to a power supply or a ground via a Zener diode. 2. The semiconductor device according to 1.
【請求項5】 ソース領域又はドレイン領域と逆導電型
の半導体領域が電源又は接地側と半導体基板との間に接
続されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載した
半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor region of the opposite conductivity type to the source region or the drain region is connected between the power supply or the ground side and the semiconductor substrate.
【請求項6】 ソース領域と、該ソース領域と逆導電型
の半導体領域との各表面にまたがってシリサイド層が形
成され、このシリサイド層に電源又は接地側のコンタク
トが設けられている、請求項1〜5のいずれか1項に記
載した半導体装置。
6. A silicide layer is formed over each surface of the source region and a semiconductor region of the opposite conductivity type to the source region, and a power supply or ground contact is provided in the silicide layer. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 ソース領域と、該ソース領域と逆導電型
の半導体領域とに電源又は接地側のコンタクトが別々に
設けられている、請求項1〜5のいずれか1項に記載し
た半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein a power supply or a ground side contact is separately provided in the source region and the semiconductor region of the opposite conductivity type to the source region. .
【請求項8】 ソース領域と、該ソース領域と逆導電型
の半導体領域とに電源又は接地側のコンタクトが共通に
設けられている、請求項1〜5のいずれか1項に記載し
た半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein a power-supply or ground-side contact is provided commonly to the source region and the semiconductor region of the opposite conductivity type to the source region. .
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