JPH0337867B2 - - Google Patents
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- JPH0337867B2 JPH0337867B2 JP59137145A JP13714584A JPH0337867B2 JP H0337867 B2 JPH0337867 B2 JP H0337867B2 JP 59137145 A JP59137145 A JP 59137145A JP 13714584 A JP13714584 A JP 13714584A JP H0337867 B2 JPH0337867 B2 JP H0337867B2
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- JP
- Japan
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- circuit
- memory device
- polycrystalline silicon
- wiring layer
- memory cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B10/00—Static random access memory [SRAM] devices
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Static Random-Access Memory (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体装置に関し、特にMISFET型
半導体装置によつて構成したFlip−Flop型の半導
体記憶装置に向けられた発明である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device, and is particularly directed to a flip-flop type semiconductor memory device constructed from a MISFET type semiconductor device.
半導体メモリデバイスとして、4つの
MISFETより成るフリツプフロツプ型のダイナ
ミツクメモリ方式の半導体メモリデバイスが米国
特許第3541530号によつて知られている。このダ
イナミツクメモリ方式の半導体記憶装置は常に電
源から電流を流して情報を保持するものではない
ため無駄な消費電力が生じない。また、メモリセ
ルの面積も小さく出来る。しかしながら、リーク
によつて記憶情報が消失するので定期的にリフレ
ツシユを行う必要がある。このため、複雑なリフ
レツシユの周辺回路が必要となる。 As a semiconductor memory device, there are four
A flip-flop type dynamic memory type semiconductor memory device consisting of MISFET is known from US Pat. No. 3,541,530. This dynamic memory type semiconductor storage device does not store information by constantly supplying current from the power supply, so no wasted power is consumed. Furthermore, the area of the memory cell can also be reduced. However, since stored information is lost due to leakage, it is necessary to periodically refresh the information. Therefore, a complicated refresh peripheral circuit is required.
一方、スタチツクメモリ方式の半導体メモリデ
バイスにおいては、負荷用MISFETと駆動用
MISFETとから成る2つのインバータ回路がク
ロスカツプルされて成るフリツプフロツプ型のメ
モリデバイスが米国特許第3560764号によつて知
られている。この種のメモリデバイスは上述した
ダイナミツクメモリ方式の半導体メモリデバイス
で用いられるリフレツシユ回路が不要である。し
かしながら、消費電力が大きい。この消費電力を
小さくするためにはメモリデバイスの負荷用
MISFETにおけるチヤンネル導電率β(チヤンネ
ル幅W/チヤンネル長l)を小さくすることが必
要である。その結果として、チヤンネル長lを長
くせざるを得ない。したがつて、負荷用
MISFETのサイズが大きくなり、集積密度が悪
くなるという問題が生じる。そこで、負荷手段を
小さくし、集積密度を向上させるために、負荷用
MISFETに代わりにイオン打込みによつて高抵
抗とした多結晶シリコンを負荷手段とすることが
特開昭50−11644号公報によつて知られている。
しかしながらメモリセルの占有面積をダイナミツ
クメモリ方式のメモリセルの占有面積ほど小さく
することは困難である。 On the other hand, in static memory semiconductor memory devices, there is a load MISFET and a drive MISFET.
A flip-flop type memory device is known from US Pat. No. 3,560,764, in which two inverter circuits each comprising a MISFET are cross-coupled. This type of memory device does not require the refresh circuit used in the above-mentioned dynamic memory type semiconductor memory device. However, power consumption is large. In order to reduce this power consumption, it is necessary to
It is necessary to reduce the channel conductivity β (channel width W/channel length l) in MISFET. As a result, the channel length l has to be increased. Therefore, for load
The problem arises that the size of the MISFET increases and the integration density deteriorates. Therefore, in order to reduce the load means and improve the integration density,
It is known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 11644/1983 to use polycrystalline silicon made with high resistance by ion implantation as a load means instead of MISFET.
However, it is difficult to make the area occupied by a memory cell as small as that of a dynamic memory type memory cell.
したがつて、ダイナミツクメモリ方式のメモリ
デバイス程度に集積密度を小さくし、かつリフレ
ツシユが容易なメモリデバイスが望まれた。 Therefore, there has been a desire for a memory device that has a low integration density and is easy to refresh, comparable to a dynamic memory type memory device.
本発明の1つの目的は、セル自体はスタチツク
メモリ方式で働かせ、すなわち電荷のもれた分を
高抵抗素子で常に補償し、データラインは4つの
MISFETSより成るフリツプフロツプ型のメモリ
セルの如くダイナミツクメモリ方式で動作する半
導体メモリデバイスを提供することにある。 One object of the present invention is that the cell itself works in a static memory manner, that is, the leakage of charge is always compensated for by a high resistance element, and the data line consists of four
An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device that operates in a dynamic memory manner, such as a flip-flop type memory cell made of MISFET S.
本発明の他の目的は、4つのMISFETSより成
るフリツプフロツプ型のメモリセルとほぼ等しい
セル面積をもつたスタチツクメモリ方式の半導体
メモリ装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a static memory type semiconductor memory device having a cell area approximately equal to that of a flip-flop type memory cell composed of four MISFETs .
本発明の他の目的は、半導体メモリ装置に適し
た半導体インバータ素子及びその製造方法を提供
することにある。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor inverter device suitable for a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same.
本発明のさらに他の目的は、多層配線構造にし
てより高集積化されたMIS型半導体メモリデバイ
スを提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a highly integrated MIS type semiconductor memory device with a multilayer wiring structure.
本発明の一実施例は4つのMISFETSにより書
き込み情報である電荷を情報蓄積手段に保持する
ダイナミツクフリツプフロツプ型のメモリセルを
構成し、上記情報蓄積手段から電荷がリークする
分を電源電圧ラインに接続されている高抵抗多結
晶シリコンより成る負荷手段を通して上記情報蓄
積手段へ補充するものである。 In one embodiment of the present invention, four MISFETs S constitute a dynamic flip-flop type memory cell that holds charge, which is written information, in an information storage means. The information storage means is supplemented through load means made of high resistance polycrystalline silicon connected to the voltage line.
本願発明の目的、特徴、効果は図面にもとづい
た以下の望ましい実施例の説明から明らかに理解
されるであろう。 The objects, features, and effects of the present invention will be clearly understood from the following description of preferred embodiments based on the drawings.
第1図において、
一点鎖線で示す部分1は半導体基板表面に基板
と逆導電型の不純物を選択拡散することにより形
成した拡散層、破線で示す部分2a,2b,2c
は多結晶シリコン層で、2aが電源ライン(VDD
Line)、2bが伝送用FETQ3,Q4の一端、駆
動用FETQ1,Q2のソースと駆動用FETQ2,Q1の
ゲートと負荷抵抗R1,R2とを接続するライン、
2cがワードライン(Word Line)である。3
a,3bは負荷用抵抗R1,R2を構成する多結晶
シリコン層で3aがR1、3bがR2である。これ
は上記多結晶シリコン層2a,2bと一体に形成
されているが、それよりも不純物濃度が低く高比
抵抗となつている。 In FIG. 1, a portion 1 indicated by a dashed line is a diffusion layer formed by selectively diffusing impurities of a conductivity type opposite to that of the substrate on the surface of a semiconductor substrate, and portions 2a, 2b, and 2c indicated by broken lines are
is a polycrystalline silicon layer, and 2a is the power line (V DD
Line), 2b is a line connecting one end of transmission FETQ 3, Q 4 , the source of driving FET Q 1 , Q 2 , the gate of driving FET Q 2 , Q 1 , and load resistor R 1 , R 2 ,
2c is a word line. 3
3a and 3b are polycrystalline silicon layers constituting load resistors R 1 and R 2 , and 3a is R 1 and 3b is R 2 . This is formed integrally with the polycrystalline silicon layers 2a and 2b, but has a lower impurity concentration and a higher specific resistance than the polycrystalline silicon layers 2a and 2b.
5a,5b,5cはアルミニウム電極配線膜
で、5aがトルーデイジツトライン(d
Line)、5bが接地ライン(GND Line)、5c
がバーデイジツトライン( Line)である。
6a,6bは伝送用FETQ3,Q4の他端部を構成
する拡散層と電極配線部とのコンタクト部分、2
点鎖線で示す部分7a,7bは駆動用FETQ1,
Q2のシリコンゲートと伝送用FETQ3,Q4の一端
部を構成する拡散層とのコンタクト部分であり、
多結晶シリコン層によつて直接拡散層にコンタク
トされている部分である。この部分のコンタクト
技術をダイレクトコンタクトと称している。 5a, 5b, 5c are aluminum electrode wiring films, and 5a is a true digital line (d
Line), 5b is the ground line (GND Line), 5c
is the bardate line.
6a and 6b are contact portions between the diffusion layer and the electrode wiring portion that constitute the other ends of the transmission FETs Q 3 and Q 4 ;
Portions 7a and 7b indicated by dotted lines are drive FETQ1 ,
This is the contact part between the silicon gate of Q 2 and the diffusion layer that forms one end of transmission FETs Q 3 and Q 4 .
This is the portion that is directly contacted to the diffusion layer by the polycrystalline silicon layer. This part of the contact technology is called direct contact.
第2図は第1図に示す半導体メモリデバイス
(メモリセル)semiconductor memory device
(memory cell)の回路図である。同図において、
破線枠内に示す部分はすべて同時に形成された多
結晶シリコン層により成つている。すなわち、電
源電圧を印加するための電源電圧ライン(VDD
line)も、外部引き出しリードとの接続のための
ワイヤーをボンデイングする部分(wire
bonding pad)以外はすべて多結晶シリコン層よ
り成つている。Junctures Da、Dbはそれぞれ第
1図に示すダイレクトコンタクト部7a,7bで
ある。 Figure 2 shows the semiconductor memory device (memory cell) shown in Figure 1.
(memory cell) circuit diagram. In the same figure,
All portions shown within the dashed line frame are made of polycrystalline silicon layers formed at the same time. In other words, the power supply voltage line (V DD
line) is also the part that bonds the wire for connection with the external lead lead (wire line).
All parts except the bonding pad are made of polycrystalline silicon. Junctures Da and Db are direct contact portions 7a and 7b shown in FIG. 1, respectively.
第3図は第1図のメモリセルが4個配列された
レイアウト図である。図において、破線で示した
のが多結晶シリコン層、実線で示したのがアルミ
ニウム(Al)配線層、2点鎖線で示したのがダ
イレクトコンタクト部である。拡散領域は図を簡
単化するため省略した。さらに図において、C11,
C12は第1のメモリセルにおける拡散層とAlより
成るデジツトラインのコンタクト部で他のメモリ
セル(図示せず)におけるコンタクトを共用して
いる。同様に、C21,C22は第2のメモリセルにお
けるコンタクト部、C31,C32は第3のメモリセル
におけるコンタクト部そして、C41,C42は第4の
メモリセルにおけるコンタクト部であり、これら
もそれぞれ他のメモリセル(図示せず)のコンタ
クトを共用している。Alとのコンタクトは、デ
ジツトラインに対しては2個とも他のメモリセル
に対して共用していることになるから、1つのメ
モリセルから見れば実質的に1個ですみ、また、
G1,G2,G3,G4はそれぞれ第1、第2、第3、
第4のメモリセルにおける接地ラインと拡散層
(ソース領域)とのコンタクト部である。接地ラ
インとのコンタクトは1つのメモリセルに対して
1個必要であるから、結果として1つのメモリセ
ルに対しては2個ですむ。R1,R2は第1のメモ
リセルの負荷抵抗、R3,R4は第2のメモリセル
の負荷抵抗、R5,R6は第3のメモリセルの負荷
抵抗、そして、R7,R8は第4のメモリセルの負
荷抵抗を示す。4つのメモリセルの配列について
見れば図から明らかなように、C21,C22,G2,
R3,R4で示した第2のメモリセルはC11,C12,
G1,R1,R4で示した第1のメモリセルを横にシ
フトした状態で配列される。また、C31,C32,
G3,R5,R6で示した第3のメモリセルは第1の
メモリセルを点“A”を中心として180°回転した
状態で配列される。さらに、C41,C42,G4,R7,
R8で示した第4のメモリセルは第3のメモリセ
ルを横にシフトした状態で配列される。このよう
な4つのメモリセルは、さらにL1−L1線および
L2−L2線を線対称として縦方向(又は列方向)
に配列される。また、横方向(又は行方向)には
そのままシフト(shift)した状態に配列されメ
モリマトリクスを構成する。 FIG. 3 is a layout diagram in which four memory cells of FIG. 1 are arranged. In the figure, a broken line indicates a polycrystalline silicon layer, a solid line indicates an aluminum (Al) wiring layer, and a two-dot chain line indicates a direct contact portion. The diffusion region has been omitted to simplify the diagram. Furthermore, in the figure, C 11 ,
C12 is a contact portion between the diffusion layer and the digit line made of Al in the first memory cell, and shares the contact with other memory cells (not shown). Similarly, C 21 and C 22 are contact portions in the second memory cell, C 31 and C 32 are contact portions in the third memory cell, and C 41 and C 42 are contact portions in the fourth memory cell. , these also share contacts with other memory cells (not shown). For the digital line, both contacts with Al are shared by other memory cells, so from the perspective of one memory cell, only one contact is required.
G 1 , G 2 , G 3 , G 4 are the first, second, third, and
This is a contact portion between the ground line and the diffusion layer (source region) in the fourth memory cell. Since one contact with the ground line is required for one memory cell, as a result, only two contacts are required for one memory cell. R 1 and R 2 are load resistances of the first memory cell, R 3 and R 4 are load resistances of the second memory cell, R 5 and R 6 are load resistances of the third memory cell, and R 7 , R 8 indicates the load resistance of the fourth memory cell. As is clear from the figure, when looking at the arrangement of four memory cells, C 21 , C 22 , G 2 ,
The second memory cells denoted R 3 , R 4 are C 11 , C 12 ,
The first memory cells indicated by G 1 , R 1 , and R 4 are arranged in a horizontally shifted manner. Also, C 31 , C 32 ,
The third memory cells designated G 3 , R 5 , and R 6 are arranged with the first memory cell rotated 180° about point "A". Furthermore, C 41 , C 42 , G 4 , R 7 ,
A fourth memory cell, designated R 8 , is arranged with the third memory cell shifted laterally. These four memory cells are further connected to the L 1 -L 1 lines and
Vertical direction (or column direction) with line symmetry on L 2 −L 2 line
Arranged in Further, they are arranged in a shifted state in the horizontal direction (or row direction) to form a memory matrix.
次に、メモリセル内のMISFET部と負荷抵抗
部について説明する。 Next, the MISFET section and load resistance section within the memory cell will be explained.
第4A図はMISFETであり、特に多層配線化
しやすいLOCOS(LocalOxidation of Silicon)
構造を示す。1は拡散層、8aは半導体表面パツ
シペーシヨン用SiO2膜、8bはゲート絶縁膜、
9は半導体基板である。 Figure 4A is a MISFET, which is a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) that is particularly easy to use for multilayer wiring.
Show the structure. 1 is a diffusion layer, 8a is a SiO 2 film for semiconductor surface passivation, 8b is a gate insulating film,
9 is a semiconductor substrate.
また、第4B図は負荷用多結晶シリコン層部分
を示す。2a,2b,2cは低抵抗の多結晶シリ
コン層部で配線として用いられ、3aは高抵抗の
多結晶シリコン層部で負荷抵抗として用いられ
る。4は、CVD−SiO2膜である。図は、不純物
が多結晶シリコン層に導入した直後を示す。 Further, FIG. 4B shows a portion of the polycrystalline silicon layer for loading. 2a, 2b, and 2c are low-resistance polycrystalline silicon layer portions that are used as wiring, and 3a is a high-resistance polycrystalline silicon layer portion that is used as a load resistor. 4 is a CVD-SiO 2 film. The figure shows the state immediately after the impurity is introduced into the polycrystalline silicon layer.
記憶情報を保持するためには、負荷手段を通じ
てどの程度の電流を供給すればよいかについて示
すのが第5A図(室温25℃の場合)と第5B図
(70℃の場合)である。これは、2つのメモリセ
ルにおける保持電流IDMと印加電圧VDMとの相関図
を4つのサンプルa,b,c,dについて示す。
保持電流IDMおよび印加電圧VDMは、それぞれ第2
図に示された電源電圧ライン(VDD Line)に流
れる電流およびそのラインに供給される電圧であ
る。 FIG. 5A (when the room temperature is 25° C.) and FIG. 5B (when the room temperature is 70° C.) shows how much current should be supplied through the load means in order to retain the stored information. This shows a correlation diagram between the holding current I DM and the applied voltage V DM in two memory cells for four samples a, b, c, and d.
The holding current I DM and the applied voltage V DM are respectively
These are the current flowing through the power supply voltage line (V DD Line) shown in the figure and the voltage supplied to that line.
この図からも明らかなように、室温25℃の場
合、もつとも大きな保持電流が必要とするサンプ
ルaにおいても電源電圧VDDが12Vの場合はメモ
リセル当り約5×10-8A、であり、これによつて
情報保持が可能である。したがつて、1メモリセ
ル当りの消費電力は0.6×10-6W(0.6μW)ですむ。 As is clear from this figure, when the room temperature is 25°C, even in sample a, which requires a large holding current, when the power supply voltage VDD is 12V, it is about 5 × 10 -8 A per memory cell, This allows information to be retained. Therefore, the power consumption per memory cell is only 0.6×10 −6 W (0.6 μW).
なお、デバイスの温度が高くなると情報保持に
必要な電流は大きくなる。なぜならば、接合を通
じてリークする電流が温度上昇とともに大きくな
るからである。第5B図は第5A図におけると同
じサンプルa,b,c,dについて必要な保持電
流を示すもので、両図を比較すれば上述のことが
明らかとなる。 Note that as the temperature of the device increases, the current required to retain information increases. This is because the current leaking through the junction increases as the temperature rises. FIG. 5B shows the required holding currents for the same samples a, b, c, and d as in FIG. 5A, and a comparison between the two figures will clarify the above.
ところで、温度上昇によつてリーク電流が大き
くなるが、本発明によれば負荷手段として用いた
多結晶シリコン層の比抵抗が温度上昇によつて低
くなるので、リーク電流の増大に伴つて供給電流
が増大し、温度上昇によつて情報保持が不能にな
るというおそれはない。 Incidentally, leakage current increases as temperature rises, but according to the present invention, the specific resistance of the polycrystalline silicon layer used as the load means decreases as temperature rises, so the supply current decreases as the leakage current increases. There is no fear that information retention will become impossible due to an increase in temperature.
なお、多結晶シリコン層の負荷手段を構成する
部分の抵抗は例えばイオン打込みによる不純物の
打込量の調節によつて行う。第6図はイオン打込
量と抵抗値R0と相関関係を示す相関図である。
イオン打込量が1015/cm3以下においては1010Ω/
□と抵抗値は略一定の値となり、抵抗値の制御が
容易である。もつとも、保持電流が大きい場合は
抵抗値を下げるためイオン打込量を増大させるこ
とが必要であることはいうまでもない。 Note that the resistance of the portion of the polycrystalline silicon layer constituting the load means is determined by adjusting the amount of impurity implanted by, for example, ion implantation. FIG. 6 is a correlation diagram showing the correlation between the amount of ion implantation and the resistance value R 0 .
When the ion implantation amount is 10 15 /cm 3 or less, 10 10 Ω/
□ and the resistance value are approximately constant values, making it easy to control the resistance value. However, it goes without saying that when the holding current is large, it is necessary to increase the amount of ion implantation in order to lower the resistance value.
次に、第1図に示した本発明のメモリセル
(me−mory cell)を得る方法を第7A乃至7E
図および第8図乃至8E図を用いて説明する。 Next, the method for obtaining the memory cell of the present invention shown in FIG. 1 will be described in Sections 7A to 7E.
This will be explained using FIG. 8 and FIGS. 8 to 8E.
(1) 比抵抗8〜20Ωcmを有する半導体基板を用意
し、この基板表面に厚さ1μの熱酸化膜を形成
する。(1) A semiconductor substrate having a specific resistance of 8 to 20 Ωcm is prepared, and a thermal oxide film with a thickness of 1 μm is formed on the surface of this substrate.
(2) MISFETが形成されるべき部分の半導体基
板表面を露出するために熱酸化膜を選択的にエ
ツチングする。(2) The thermal oxide film is selectively etched to expose the surface of the semiconductor substrate where the MISFET is to be formed.
(3) しかる後、露出した半導体基板表面に厚さ
750〜1000Åのゲート酸化膜(SiO2)12を形
成する。(第7A図、第8A図参照)
(4) 多結晶シリコン層と直接コンタクトを取るべ
き部分のゲート酸化膜12を選択的にエツチン
グし、ダイレクトコンタクト穴13,14を形
成する。(第7B図、第8B図参照)
(5) 酸化膜11、ゲート酸化膜12、コンタクト
穴13,14を有する半導体基板10主表面全
体にシリコンをCVD(Chemical Vapor
Deposi−tion)法によりデポジツトし、厚さ
3000〜5000Åの多結晶シリコン層を形成する。(3) After that, a thickness is applied to the exposed semiconductor substrate surface.
A gate oxide film (SiO 2 ) 12 with a thickness of 750 to 1000 Å is formed. (See FIGS. 7A and 8A) (4) Parts of the gate oxide film 12 that should be in direct contact with the polycrystalline silicon layer are selectively etched to form direct contact holes 13 and 14. (See Figures 7B and 8B) (5) Silicon is deposited by CVD (Chemical Vapor
Deposition method is used to deposit the thickness
Form a polycrystalline silicon layer of 3000-5000 Å.
(6) 多結晶シリコン層14を選択的にエツチング
する。そして、残された多結晶シリコン層14
をマスクとしてゲート酸化膜12を選択的にエ
ツチングする。(第7C図、第8C図参照)
(7) 半導体基板10主表面全体にCVD法により
CVD−SiO2膜を2000〜3000Åの厚さにデポジ
ツトする。(6) Selectively etching the polycrystalline silicon layer 14. Then, the remaining polycrystalline silicon layer 14
Using the mask as a mask, the gate oxide film 12 is selectively etched. (See Figures 7C and 8C) (7) The entire main surface of the semiconductor substrate 10 is coated by CVD.
Deposit a CVD-SiO 2 film to a thickness of 2000-3000 Å.
(8) 抵抗体とすべき多結晶シリコン層上のみ上記
CVD−SiO2膜15を選択的に残す。(8) The above applies only on the polycrystalline silicon layer that is to be used as a resistor.
The CVD-SiO 2 film 15 is selectively left.
(9) 多結晶シリコン層をマスクとして半導体基板
10内にリンを拡散し、不純物濃度
1020atoms/cm3のソース領域16およびドレイ
ン領域17を形成する。この時、多結晶シリコ
ン層内にも不純物が導入されてゲート電極1
8、ダイレクトコンタクト7b、Word line2
0およびVDD line21を形成する。(第7D
図、第8D図参照)
(10) 上記CVD−SiO2膜15を除去し、半導体基
板10主表面全体にPSG(Phospho−Sili−cate
−Glass)膜20を7000〜9000Åの厚さに形成
する。(9) Using the polycrystalline silicon layer as a mask, diffuse phosphorus into the semiconductor substrate 10 to increase the impurity concentration.
A source region 16 and a drain region 17 of 10 to 20 atoms/cm 3 are formed. At this time, impurities are also introduced into the polycrystalline silicon layer and the gate electrode 1
8. Direct contact 7b, Word line 2
0 and V DD line 21 is formed. (7th D
8D) (10) Remove the CVD-SiO 2 film 15 and apply PSG (Phospho-Sili-cate) over the entire main surface of the semiconductor substrate 10.
-Glass) film 20 is formed to a thickness of 7000 to 9000 Å.
(11) しかる後、Alを半導体基板10主表面に全
面蒸着し、厚さ1μのAl膜21を形成する。(11) After that, Al is deposited on the entire main surface of the semiconductor substrate 10 to form an Al film 21 with a thickness of 1 μm.
(12) 上記Al膜を選択的にエツチングし、接地ラ
イン(ground line)22、およびdigit lines
23,24を形成する。(第7E図、第8E図
参照)
以上、本発明のメモリセルを得る方法を説明し
たがこの方法において、以下の変更が可能であ
る。(12) Selectively etching the above Al film to create ground lines 22 and digit lines.
23 and 24 are formed. (See FIGS. 7E and 8E) The method for obtaining the memory cell of the present invention has been described above, but the following modifications can be made to this method.
(a) 負荷抵抗R1,R2の抵抗値を調整するため、
第6図の関係より上記工程(5)の後、多結晶シリ
コン層14内に不純物のイオン打込みが成され
る。(a) To adjust the resistance values of load resistors R 1 and R 2 ,
From the relationship shown in FIG. 6, after the above step (5), impurity ions are implanted into the polycrystalline silicon layer 14.
(b) 工程(6)の後にCVD−SiO2膜15を形成した
が、ゲート酸化膜12を残したまま半導体基板
10主表面全体にCVD−SiO2膜15を形成し
てもよい。この場合、第8C図のSで示したよ
うに酸化膜11と多結晶シリコン層14の段差
が大きくならず、CVD−SiO2膜15の被着状
態が良い。(b) Although the CVD-SiO 2 film 15 is formed after step (6), the CVD-SiO 2 film 15 may be formed over the entire main surface of the semiconductor substrate 10 while leaving the gate oxide film 12. In this case, as shown by S in FIG. 8C, the difference in level between the oxide film 11 and the polycrystalline silicon layer 14 is not large, and the CVD-SiO 2 film 15 is in a good adhesion state.
(c) CVD−SiO2膜15のように外部から被着す
る方法を取らず、多結晶シリコン層14表面を
熱酸化し、多結晶シリコン層14に形成された
熱酸化膜をマスクとしてもよい。特にこの場合
には、多結晶シリコン層の側面を充分覆うこと
ができるから、不純物の導入を充分防ぐことが
できる。(c) Instead of using a method of external deposition like the CVD-SiO 2 film 15, the surface of the polycrystalline silicon layer 14 may be thermally oxidized, and the thermal oxide film formed on the polycrystalline silicon layer 14 may be used as a mask. . Particularly in this case, since the side surfaces of the polycrystalline silicon layer can be sufficiently covered, introduction of impurities can be sufficiently prevented.
(d) 本発明のメモリセルは多層配線を成すため平
坦化の計れる第4A図のようなLOCOS構造と
するのが好適である。LOCOS構造の実施例に
ついては後述される。(d) Since the memory cell of the present invention has multilayer wiring, it is preferable to have a LOCOS structure as shown in FIG. 4A, which allows for planarization. Examples of LOCOS structures are described below.
(e) 抵抗体を形成すべき部分の多結晶シリコン層
を覆うための膜はCVD−SiO2膜にかぎらず
Si3N4膜の絶縁膜でもよい。(e) The film to cover the polycrystalline silicon layer where the resistor is to be formed is not limited to the CVD-SiO 2 film.
An insulating film such as a Si 3 N 4 film may be used.
次に、相補型MIS型半導体記憶装置において、
負荷手段として高抵抗多結晶シリコン層を用いス
イツチ手段として単一の導電型のMISFETを用
いたフリツプフロツプにより各メモリセルを構成
し、相補型MIS型回路により周辺回路を構成した
場合の実施例について説明する。 Next, in a complementary MIS type semiconductor memory device,
An example will be explained in which each memory cell is configured with a flip-flop using a high-resistance polycrystalline silicon layer as the load means and a single conductivity type MISFET as the switch means, and the peripheral circuit is configured with a complementary MIS type circuit. do.
第9図は周辺回路にCMIS(相補型MIS)回路
を用いた基本的な回路図を示す。 FIG. 9 shows a basic circuit diagram using a CMIS (complementary MIS) circuit as a peripheral circuit.
1はメモリセルで、NチヤンネルMISFETM1
〜M4、及び高抵抗R1,R2により構成される。す
なわち、NチヤンネルMISFETM1と高抵抗R1と
によつて一つのインバータが構成され、Nチヤン
ネルMISFETM2と高抵抗R2とによつて他のイン
バータが構成される。そしてこの二つのインバー
タを相互にたすきがけ接続(クロスカツプル)す
ることによりメモリセルの主要部をなすフリツプ
フロツプが構成される。 1 is a memory cell, N-channel MISFETM 1
~ M4 , and high resistances R1 and R2 . That is, one inverter is configured by the N-channel MISFETM 1 and the high resistance R 1 , and another inverter is configured by the N-channel MISFETM 2 and the high resistance R 2 . A flip-flop, which forms the main part of the memory cell, is constructed by cross-coupling these two inverters.
M5,M6はプレチヤージ用回路PCを構成する
Pチヤンネル型MISFETで、ダイナミツクな動
作をさせるためプリチヤージ用トランジスタとし
ての機能を果す。 M 5 and M 6 are P-channel type MISFETs that constitute the pre-charge circuit PC, and function as pre-charge transistors for dynamic operation.
M7〜M10はセンスアツプSAを構成するための
MISFETで、M7,M9はPチヤンネル
MISFETM8,M10はPチヤンネルMISFETであ
る。M11はスイツチング用PチヤンネルMISFET
である。 M7 to M10 are for configuring sense up SA
MISFET, M 7 and M 9 are P channels
MISFETM 8 and M 10 are P-channel MISFETs. M11 is P channel MISFET for switching
It is.
一対のデータ線l1,l2は上記センスアンプSAに
接続され、線l1′,l2′は図示しないがデータ入力回
路の出力が接続される。 A pair of data lines l 1 and l 2 are connected to the sense amplifier SA, and lines l 1 ' and l 2 ', although not shown, are connected to the output of the data input circuit.
この回路においてMISFETM5,M6はチツプ選
択信号の低レベル、高レベルに応じオンオフ
する。MISFETM5,M6のオンによりデータ線
l1,l2に付随するコンデンサ(図示しない)に充
電が行なわれる。MISFETM3,M4はワード信号
の高レベルによりオン状態となる。センスアンプ
SAはクロツク信号φが高レベルとなり
MISFETM11がオン状態となることにより動作可
能状態となる。 In this circuit, MISFETM5 and M6 are turned on and off according to the low level and high level of the chip selection signal. By turning on MISFETM 5 and M 6 , the data line is
Capacitors (not shown) associated with l 1 and l 2 are charged. MISFETM 3 and M 4 are turned on by the high level of the word signal. sense amplifier
For SA, the clock signal φ becomes high level.
When MISFETM 11 is turned on, it becomes operational.
メモリセルからのデータの読み出しにおいて
は、チツプ選択信号CEの高レベルの期間にワー
ド信号を高レベルとすることにより、
MISFETM3,M4がオン状態となりメモリセルの
内容によつてデータ線l1,l2の状態が設定される。
その後にクロツク信号φが高レベルとなることに
よりセンスアンプSAが動作可能状態となり、こ
のセンスアンプSAはデータ線の状態に対応して
増幅動作を行なう。 When reading data from memory cells, by setting the word signal to high level while the chip selection signal CE is at high level,
MISFETM 3 and M 4 are turned on, and the states of data lines l 1 and l 2 are set according to the contents of the memory cells.
Thereafter, the clock signal φ becomes high level, so that the sense amplifier SA becomes operable, and the sense amplifier SA performs an amplification operation in accordance with the state of the data line.
メモリセルへのデータの書き込みはデータ線
l1,l2の状態を設定した状態でワード信号を高レ
ベルとすることにより行なわれる。 Data is written to memory cells using the data line.
This is done by setting the word signal to high level with the states of l 1 and l 2 set.
以上の如く、CMIS型半導体メモリデバイス
(Semiconductor memory device)においては、
メモリセルの駆動手段としてNチヤンネル
MISFETが用いられ、負荷手段としてPチヤン
ネルMISFETでなく、高抵抗のポリシリコンが
用いられ、メモリセル周辺回路は通常のCMIS型
回路が用いられている。 As mentioned above, in the CMIS type semiconductor memory device,
N-channel as a means of driving memory cells
A MISFET is used, high-resistance polysilicon is used instead of a P-channel MISFET as the load means, and a normal CMIS type circuit is used as the memory cell peripheral circuit.
次に、かかるCMIS型半導体メモリ装置
(Semiconductor memory device)より成る具
体的実施例を以下に述べる。 Next, a specific embodiment of such a CMIS type semiconductor memory device will be described below.
第10図は、4KビツトのCMOSスタチツク
RAMのブロツクダイアグラムである。図におい
て、A0〜A11は外部からのアドレス信号が供給さ
れる端子、DIN,DOUTはそれぞれ入力端子および
出力端子、はライトエナブル信号端子そして
CEはチツプエナブル信号端子を示す。50〜6
1はアドレスバツフア回路、62は入力バツフア
回路、63はライトエナブルバツフア回路、64
はチツプエナブル回路、65は出力バツフア回
路、66はROWデコーダ回路、67はクロツク発
生回路、68はメモリセルマトリクス(memory
cell matrix)でrowに64個、columnに64個のセ
ルが存在している。69はcolumn入力回路、7
0はcolumnデコーダ回路を示す。 Figure 10 shows a 4K bit CMOS static
This is a block diagram of RAM. In the figure, A 0 to A 11 are terminals to which external address signals are supplied, D IN and D OUT are input and output terminals, respectively, and write enable signal terminals and
CE indicates chip enable signal terminal. 50-6
1 is an address buffer circuit, 62 is an input buffer circuit, 63 is a write enable buffer circuit, 64
is a chip enable circuit, 65 is an output buffer circuit, 66 is a ROW decoder circuit, 67 is a clock generation circuit, and 68 is a memory cell matrix (memory cell matrix).
cell matrix), there are 64 cells in the row and 64 cells in the column. 69 is column input circuit, 7
0 indicates a column decoder circuit.
次に、第10図で示された各々の回路部を具体
的に説明する。 Next, each circuit section shown in FIG. 10 will be specifically explained.
第11図は、第10図におけるロウデコーダ回
路(row decoder circuit)66、クロツク発生
回路(clock generator circuit)67、メモリ
セルマトリクス回路(memory cell matrix
circuit)68、カラム入出力回路およびカラム
デコーダ回路(column decoder circuit)70
の詳細を示す回路図である。図において、RD1,
RD2…は、列アドレスデコーダ回路(row
address decoder circuit)であり、スピードア
ツプを計るためにメモリセルマトリクスの中央す
なわち、カラムの32番目と33番目の間に存在して
いる。LD1…LD15,LD16はカラムアドレスデコ
ーダ回路(column address decoder circuit)
である。このカラムアドレスデコーダ回路からは
互いに真(true)、偽(bar)の2つのアドレス出
力信号を出す。そのため、LD1からはアドレス出
力端子Y1,Y2,LD2からアドレス出力端子Y3,
Y4,LD15からアドレス出力端子Y29,Y30そして
LD16からアドレス出力端子Y31,Y32が引き出さ
れる。このアドレス出力端子にはそれぞれデコー
ダドライバ回路(D1,D3…D30,D32)が接続さ
れる。 FIG. 11 shows the row decoder circuit 66, clock generator circuit 67, and memory cell matrix circuit in FIG.
circuit) 68, column input/output circuit and column decoder circuit (column decoder circuit) 70
FIG. In the figure, RD 1 ,
RD 2 ... is the column address decoder circuit (row
It is located in the center of the memory cell matrix, that is, between the 32nd and 33rd columns, to increase speed. LD 1 ...LD 15 , LD 16 are column address decoder circuits
It is. This column address decoder circuit outputs two address output signals, one true and one false (bar). Therefore, from LD 1 , address output terminals Y 1 , Y 2 , from LD 2 , address output terminals Y 3 ,
Y 4 , LD 15 to address output terminals Y 29 , Y 30 and
Address output terminals Y 31 and Y 32 are drawn out from LD 16 . Decoder driver circuits (D 1 , D 3 . . . D 30 , D 32 ) are connected to these address output terminals, respectively.
このデコーダドライバ回路からは2つのアドレ
ス出力信号を出す。従つて、32個のデコーダドラ
イバ回路によつて、縦列の1番地から64番地まで
選択できる。そして、a5,5のアドレス制御
信号によつて1列だけ選ばれる。SA2,SA6,
SA61,SA63はセンスアンプであり、第9図のセ
ンスアンプSAに対応する。PC2,PC6,PC61,
PC63はプリチヤージ用回路であり、第9図のM5,
M6のプリチヤージ用トランジスタで構成されて
いるプリチヤージ用回路PCに対応する。そして、
NチヤンネルMISFETM20は第9図のM11に対応
する。尚、PチヤンネルMISFETM21はプリチヤ
ージ用トランジスタであり、情報が定まるまでセ
ンスアンプラインSALを高(High)レベル
(VDDレベル)に保持し、センスアンプSA2,
SA6,SA61,SA63を動作しないようにする。特
に高レベルに保持するような手段を取つた場合、
外部からのノイズによつてこれらのセンスアンプ
が動作してしまうことがない。第9図の場合、
MISFETM11がOFFの時、接合点Jがフローテ
イングになり、ノイズが入りやすい状態となる。
従つて、l1,l2の情報が決定されない状態で動作
する可能性がある。 This decoder driver circuit outputs two address output signals. Therefore, 32 decoder driver circuits can select from column address 1 to column address 64. Then, only one column is selected by the address control signal a5,5. SA 2 , SA 6 ,
SA 61 and SA 63 are sense amplifiers, which correspond to the sense amplifier SA in FIG. PC 2 , PC 6 , PC 61 ,
PC 63 is a precharge circuit, and M 5 in Fig. 9,
Compatible with pre-charge circuit PC consisting of M6 pre-charge transistors. and,
N-channel MISFETM 20 corresponds to M 11 in FIG. Note that the P channel MISFETM 21 is a precharge transistor, which holds the sense amplifier line SAL at a high level (V DD level) until the information is determined, and the sense amplifier SA 2 ,
Disable SA 6 , SA 61 , and SA 63 . Especially if measures are taken to maintain it at a high level,
These sense amplifiers will not be activated by external noise. In the case of Figure 9,
When MISFETM 11 is OFF, the junction J becomes floating, making it easy for noise to enter.
Therefore, there is a possibility of operation in a state where the information on l 1 and l 2 is not determined.
次に、第11図に示した回路に入力される信号
を得るための具体的な回路が第12図乃至第19
図に示す。 Next, specific circuits for obtaining signals input to the circuit shown in FIG. 11 are shown in FIGS. 12 to 19.
As shown in the figure.
第12図は第10図のチツプエナブルバツフア
回路64であつて、外部からのチツプエナブル信
号CEから内部信号CE1,CE1,CE2,CE3,φyお
よびXを発生させる。尚、第12図のスイツチ
SWの状態はチツプエナブル信号CEが入力された
時、各出力端子から図に示した信号を引き出す状
態を示している。 FIG. 12 shows the chip enable buffer circuit 64 of FIG. 10, which generates internal signals CE 1 , CE 1 , CE 2 , CE 3 , φy, and X from an external chip enable signal CE. In addition, the switch in Figure 12
The state of SW indicates the state in which the signals shown in the figure are drawn from each output terminal when the chip enable signal CE is input.
また、チツプエナブル信号入力によつて各
出力端子から図示した信号を引き出すには、スイ
ツチSWの状態を切換えればよい。かかるスイツ
チSWの切換えは通常マスタースライスとして知
られている技術により半導体集積回路内の配線を
若干変更することによつて実現される。 Furthermore, in order to draw out the signals shown in the figure from each output terminal by inputting a chip enable signal, the state of the switch SW can be changed. Such switching of the switch SW is normally realized by slightly changing the wiring within the semiconductor integrated circuit using a technique known as master slicing.
第13図は、第10図の、ライトエナブルバツ
フア回路63であつて、外部からのライトエナブ
ル信号から内部信号φR,,φDを発生させ
る。この場合においても第12図と同様CE,
の切換えをマスタースライスにより行つている。 FIG. 13 shows the write enable buffer circuit 63 of FIG. 10, which generates internal signals φ R , φ D from external write enable signals. In this case, as in Fig. 12, CE,
The switching is performed by the master slice.
第14図は、第10図のデータインバツフア回
路62であつて、外部からのデータ入力信号DIN
から内部データ信号dio,ioを発生させる。 FIG. 14 shows the data inbuffer circuit 62 of FIG. 10, which receives an external data input signal D IN
Generate internal data signals d io and io from .
第15図は、第10図のアドレスバツフア回路
51〜54であつて外部からのアドレス信号A0
〜A4から内部アドレス信号a0〜a4およびa0〜a4を
発生させる。 FIG. 15 shows the address buffer circuits 51 to 54 in FIG. 10, which receive address signals A 0 from outside.
Generate internal address signals a0 - a4 and a0 - a4 from ~ A4 .
第16図は、第10図のアドレスバツフア回路
55,56であつて、外部からのアドレス信号
A5,A6から内部アドレス制御信号a5,5および
内部アドレス信号a6,6をそれぞれ発生させる。 FIG. 16 shows the address buffer circuits 55 and 56 shown in FIG.
Internal address control signals a 5 , 5 and internal address signals a 6 , 6 are generated from A 5 , A 6 , respectively.
第17図は、第10図のアドレスバツフア回路
57〜61であつて、外部からのアドレス信号
A7〜A11から内部アドレス信号a7〜a11および7〜
a11を発生させる。 FIG. 17 shows the address buffer circuits 57 to 61 in FIG.
A7 ~ A11 to internal address signals a7 ~ a11 and 7 ~
Generate a 11 .
第18図はタイミングパルス発生回路であつ
て、内部アドレス信号a0〜a11,0〜11および内
部信号CE3から内部信号φx,φx1 ,φx2 を発生させ
る。 FIG. 18 shows a timing pulse generation circuit that generates internal signals φ x , φ x1 , φ x2 from internal address signals a 0 to a 11 , 0 to 11 and internal signal CE 3 .
第19図は、タイミングパルス発生回路であつ
て、内部信号φyから内部信号φy,A11,φM,φM
を発生させる。 FIG. 19 shows a timing pulse generation circuit that generates internal signals φ y , A 11 , φ M , φ M from internal signals φ y .
to occur.
外部からの信号は第20図乃至第22図に示す
タイミングチヤートに示すように発生される。特
に第20図はリードサイクル(read cycle)のタ
イミングチヤート、第21図はライトサイクル
(write cycle)のタイミングチヤートそして第2
2図は1サイクルでリード(read)およびライ
ト(write)を行う場合のタイミングチヤートを
示す。 External signals are generated as shown in the timing charts shown in FIGS. 20 to 22. In particular, Fig. 20 is a timing chart for a read cycle, Fig. 21 is a timing chart for a write cycle, and Fig. 21 is a timing chart for a write cycle.
Figure 2 shows a timing chart when reading and writing are performed in one cycle.
第20図乃至第22図において、tCはサイクル
時間、tACはアクセス時間、tCEはチツプイネーブ
ル巾、tPはチツプイネーブルプリチヤージ時間、
tAHはアドレス保持時間、tASはアドレス・セツト
アツプ時間、tOFFはアウトプツト・バツフア遅延
時間、tWSはライトイネーブル・セツトアツプ時
間、tDIHはインプツトデータ保持時間、tWWはライ
トイネーブル巾、tMODはモデイフアイ時間、tWPL
は→時間、tDSはインプツトデータ・セツ
トアツプ時間、tWHはライトイネーブル保持時間、
tTは立上り・立下り時間である。 In FIGS. 20 to 22, t C is the cycle time, t AC is the access time, t CE is the chip enable width, t P is the chip enable precharge time,
t AH is address hold time, t AS is address setup time, t OFF is output buffer delay time, t WS is write enable setup time, t DIH is input data hold time, t WW is write enable width, t MOD is the modification time, t WPL
is → time, t DS is input data setup time, t WH is write enable hold time,
t T is the rise/fall time.
次に、上述したCMIS型半導体装置の構造的特
徴およびその製法について説明する。 Next, the structural features of the above-mentioned CMIS type semiconductor device and its manufacturing method will be explained.
第23図はかかるCMIS型半導体記憶装置の断
面図である。 FIG. 23 is a sectional view of such a CMIS type semiconductor memory device.
103はN型半導体基体、104はP型半導体
ウエル、105は厚いSiO2膜、106はゲート
絶縁膜、107は多結晶シリコンゲート電極、1
08はゲート電極と同時に形成された多結晶シリ
コン層で、部分的にSiO2CVD膜109によりマ
スクされ、該部108aにおいて不純物のドープ
が阻止されて高抵抗のままとされている。かかる
多結晶シリコン層108をメモリセルの負荷手段
たる高抵抗体として用いるのである。110はP
チヤンネルMISFETのソース、111はPチヤ
ンネルMISFETのドレイン、112はNチヤン
ネルMISFETのソース、113はPチヤンネル
MISFETのドレイン、114は表面パシベーシ
ヨン用PSG膜、115はアルミニウム電極であ
る。 103 is an N-type semiconductor substrate, 104 is a P-type semiconductor well, 105 is a thick SiO 2 film, 106 is a gate insulating film, 107 is a polycrystalline silicon gate electrode, 1
Reference numeral 08 denotes a polycrystalline silicon layer formed at the same time as the gate electrode, which is partially masked by the SiO 2 CVD film 109, and impurity doping is prevented in the portion 108a, so that the resistance remains high. This polycrystalline silicon layer 108 is used as a high resistance material serving as a load means of the memory cell. 110 is P
Source of channel MISFET, 111 is drain of P channel MISFET, 112 is source of N channel MISFET, 113 is P channel
The drain of the MISFET, 114 is a PSG film for surface passivation, and 115 is an aluminum electrode.
第24A乃至第24J図はかかる半導体記憶装
置の製造態様を工程順に示すものである。 24A to 24J show the method of manufacturing such a semiconductor memory device in the order of steps.
(1) N+型半導体基板103表面を酸化してSiO2
膜105を形成し、ウエルを形成すべき部分に
おけるSiO2膜105をフオトエツチングによ
り除去する。そして、その状態でウエルにイオ
ン打込みをする。116はフオトレジスト膜で
ある。(第24A図参照)
(2) 次いで、P型不純物を拡散してP型半導体ウ
エル104を形成する。(第24B図参照)
(3) 半導体表面に形成されたSiO2膜105を除
去し、次に表面を薄く酸化して絶縁膜118を
形成し、次いでナイトライド(Si3N4)膜11
7を表面にデポジシヨンし、その後フオトレジ
スト膜116を形成する。そしてこのフオトレ
ジスト膜116をマスクとして用いたナイトラ
イド膜117をフオトエツチングする。(第2
4C図参照)
(4) さらにフオトレジスト膜116をウエル部以
外の部分につける。その状態でイオン打込みす
る。(第24D図参照)
(5) この状態で、上記ナイトライド膜117をマ
スクとして選択酸化して素子分離用アイソレー
シヨン膜を形成し、さらにマスクとして用いた
ナイトライド膜117を除去する。そして、半
導体基板103の裏面もエツチングする。(第
24E図参照)
(6) 半導体表面を加熱酸化してゲート絶縁膜10
6を形成し、次いで、多結晶シリコン層10
7,108を形成する。107はゲート電極を
構成し、108はメモリセルの負荷手段となる
高抵抗体を構成する。なお、多結晶シリコン層
107,108の形成後、薄くイオン打込みし
て、高抵抗体の比抵抗を一定の値に制御する。
(第24F図参照)
(7) 半導体ウエル部上にマスク119を形成す
る。この状態で、PチヤンネルMISFETのソ
ース、ドレイン拡散用窓開部を設け、その窓開
部を通じてP型不純物を拡散しソース110、
ドレイン111を形成する。(第24G図参照)
(8) 上記マスクを除去し、逆にPチヤンネル部上
をマスク119で被う。なおこのとき、多結晶
シリコン層108上の一部もマスクで被う。高
抵抗状態を維持するため不純物が拡散しないよ
うにする必要性があるからである。(第24H
図参照)
この状態で、ソース、ドレイン拡散用窓開部
を設け、その窓開部を通じてN型不純物を拡散
し、ソース112、ドレイン113を形成す
る。(1) Oxidize the surface of the N + type semiconductor substrate 103 to form SiO 2
A film 105 is formed, and the portion of the SiO 2 film 105 where a well is to be formed is removed by photoetching. Then, in this state, ions are implanted into the well. 116 is a photoresist film. (See FIG. 24A) (2) Next, a P-type semiconductor well 104 is formed by diffusing P-type impurities. (See Figure 24B) (3) Remove the SiO 2 film 105 formed on the semiconductor surface, then thinly oxidize the surface to form an insulating film 118, and then remove the nitride (Si 3 N 4 ) film 11.
7 is deposited on the surface, and then a photoresist film 116 is formed. Then, the nitride film 117 is photoetched using the photoresist film 116 as a mask. (Second
(See Figure 4C) (4) Furthermore, a photoresist film 116 is applied to the area other than the well area. In this state, ions are implanted. (See FIG. 24D) (5) In this state, an isolation film for element isolation is formed by selective oxidation using the nitride film 117 as a mask, and the nitride film 117 used as a mask is removed. Then, the back surface of the semiconductor substrate 103 is also etched. (See Figure 24E) (6) Heat and oxidize the semiconductor surface to form the gate insulating film 10.
6 and then a polycrystalline silicon layer 10
7,108 is formed. Reference numeral 107 constitutes a gate electrode, and reference numeral 108 constitutes a high resistance element serving as a load means for the memory cell. Note that after forming the polycrystalline silicon layers 107 and 108, thin ions are implanted to control the specific resistance of the high-resistance element to a constant value.
(See Figure 24F) (7) Form a mask 119 on the semiconductor well. In this state, window openings for source and drain diffusion of the P-channel MISFET are provided, and P-type impurities are diffused through the window openings to form the source 110 and
A drain 111 is formed. (See Figure 24G) (8) Remove the above mask and cover the P channel section with a mask 119. Note that at this time, a portion of the polycrystalline silicon layer 108 is also covered with a mask. This is because it is necessary to prevent impurities from diffusing in order to maintain a high resistance state. (24th H
(See figure) In this state, window openings for source and drain diffusion are provided, and N-type impurities are diffused through the window openings to form the source 112 and drain 113.
(9) その後、PSG膜114を形成する。この
PSG膜114をフオトエツチングして電極取
出用窓開部を形成する。(第24I図参照)
(10) その後アルミニウム電極を形成する。(第2
4J図参照)
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて説明
したが、本発明によれば以下に述べられた効果が
期待できる。(9) After that, a PSG film 114 is formed. this
The PSG film 114 is photo-etched to form a window opening for electrode extraction. (See Figure 24I) (10) After that, form an aluminum electrode. (Second
(See Figure 4J) The present invention has been described above based on specific examples, and according to the present invention, the following effects can be expected.
(a) 負荷手段として用いたポリシリコンからなる
高抵抗体の抵抗は、比抵抗が大きいので極めて
小さい面積でよく、またメモリセルにデータが
一度書き込まれ、次にリフレツシユされるまで
の間に書き込み情報たる電荷がリークする分を
補充するに充分な微小電流を供給できるような
値にする。例えば容易に10GΩ程度の抵抗値で
よい。なお、リークは寄生容量の接合を通じて
流れる電流及び、OFF状態にあるMISFETを
通じて流れるテーリング電流により生じる。(a) The resistor of the high-resistance element made of polysilicon used as the load means has a high specific resistance, so it only requires an extremely small area. The value is set to a value that can supply a minute current sufficient to compensate for the leakage of charge, which is information. For example, a resistance value of approximately 10 GΩ may be sufficient. Note that leakage is caused by a current flowing through a parasitic capacitance junction and a tailing current flowing through a MISFET in an OFF state.
これを補充する僅かな電流を負荷手段として
用いられた多結晶シリコン高抵抗体を通して情
報蓄積手段(capacitor)に流すことにより、
Cell内部ではリフレツシユを定期的に行う必要
がないスタチツクメモリ方式で働く。 By flowing a small amount of current to supplement this to the information storage means (capacitor) through the polycrystalline silicon high resistance material used as the load means,
Inside the cell, it works using a static memory method that does not require periodic refresh.
一方、セル外部では、第9図あるいは第11
図で示した如くチツプエナブル信号を用いてプ
リチヤージ用回路(PC,PC1,PC4…)を動作
させるダイナミツク的な動作が可能である。も
ちろん、必ずプリチヤージ用回路を用いてクロ
ツクドロイブする必要もなくスタチツクな動作
を行つてもよい。この場合でも、ダイナミツク
メモリ方式の4MOSFETより成るフリツプフ
ロツプ型のメモリセルとほぼ等しいセル面積を
もつたスタチツクメモリ方式の半導体メモリセ
ルが得られる。 On the other hand, outside the cell, Figure 9 or 11
As shown in the figure, dynamic operation is possible in which the precharge circuits (PC, PC 1 , PC 4 . . . ) are operated using the chip enable signal. Of course, it is not always necessary to use a precharge circuit to drive the clock, and a static operation may be performed. Even in this case, a static memory type semiconductor memory cell having a cell area approximately equal to that of a flip-flop type memory cell composed of four dynamic memory type MOSFETs can be obtained.
ちなみに、本発明のセル面積は負荷手段とし
てエンハンスメント型MOSFETを用いたスタ
チツクメモリ方式の6MOSFETより成るフリ
ツプフロツプのメモリセル(6MOS−memory
Cell)に比べて面積率で0.38と極めて小さくな
る。また、セル面積を小さくすることができる
ということで知られている負荷手段としてデプ
レツシヨン型MOSFETを用いた6MOSメモリ
セルに比べて面積率で本発明のCellの方が0.65
と小さくすることができる。さらに、CMOS
型のメモリセルと比較してみれば本発明の方が
面積率で0.31と極めて小さくなる。特に、
CMOS型のメモリセルの場合、Pチヤンネル
MOSFETとNチヤンネルMOSFETとの間に
ウエル接合を介在させるため一定以上の間隙を
設けなければならず、これが集積度を低下させ
る大きな原因となつていた。しかしながら、本
発明によればメモリセルとしてコンプリメンタ
リMIS型回路のうちの一方のチヤンネル型
MISFETのみを用い、他方のチヤンネル型
MISFETを用いないからMISFET素子相互間
に広い間隙を設けておくことが必要でなくなる
ので、高集積化を図ることができる。 Incidentally, the cell area of the present invention is based on a flip-flop memory cell (6MOS-memory
Compared to Cell), the area ratio is extremely small at 0.38. Furthermore, compared to a 6MOS memory cell using a depletion type MOSFET as a load means, which is known to be able to reduce the cell area, the area ratio of the cell of the present invention is 0.65.
and can be made smaller. Additionally, CMOS
Compared to the conventional memory cell, the area ratio of the present invention is extremely small at 0.31. especially,
In the case of CMOS type memory cells, P channel
In order to provide a well junction between the MOSFET and the N-channel MOSFET, a gap above a certain level must be provided, and this has been a major cause of lowering the degree of integration. However, according to the present invention, one channel type of the complementary MIS type circuit is used as a memory cell.
Using only MISFET, the other channel type
Since MISFETs are not used, it is not necessary to provide wide gaps between MISFET elements, so high integration can be achieved.
(b) 負荷手段である多結晶シリコン高抵抗体によ
り僅かな電流しか流れず、それによつて充分リ
フレツシユ可能であるためコンプリメンタリ
MIS型メモリと消費電力をほとんど同じにする
ことができる。勿論リフレツシユのための回路
も不要となる。(b) Complementary because only a small amount of current flows through the polycrystalline silicon high-resistance material that is the load means, and it can be refreshed sufficiently.
Power consumption can be almost the same as MIS type memory. Of course, a refresh circuit is also not required.
一方、周辺回路についてコンプリメンタリ
MIS型回路を用い、コンプリメンタリMIS型回
路の特徴を充分に活かされる。 On the other hand, peripheral circuits are complementary.
By using an MIS type circuit, the characteristics of a complementary MIS type circuit can be fully utilized.
(c) 負荷手段を構成する多結晶シリコン層と、そ
の負荷手段に電源電圧を印加するための多結晶
シリコン層とを一体に形成することができるの
で、両者をコンタクトするための特別の領域が
不要となり、そのコンタクト領域の分占有面積
を小さくすることができる。(c) Since the polycrystalline silicon layer constituting the load means and the polycrystalline silicon layer for applying the power supply voltage to the load means can be formed integrally, a special area for contacting the two is required. This makes it unnecessary, and the area occupied by the contact region can be reduced.
すなわち、複数のメモリセルから成るメモリ
マトリクス(memory array)内では、電源電
圧ラインと負荷手段とは一体の多結晶シリコン
層によつて構成され、かかる電源電圧ラインと
アルミニウム配線より成るパツド(Pad)とは
メモリマトリクス(memory matrix)外で接
続される。従つて、その接続点数(コンタクト
数)は極めて少なくてすむ。 That is, in a memory matrix (memory array) consisting of a plurality of memory cells, the power supply voltage line and the load means are constructed of an integrated polycrystalline silicon layer, and the power supply voltage line and a pad (pad) of aluminum wiring are constructed. is connected outside the memory matrix. Therefore, the number of connection points (the number of contacts) can be extremely small.
この点については、上述したメモリセルに限
定されるものではなく、電源電圧を印加する端
子側に接続された負荷手段(load means)と
接地端子(ground terminal)側に接続された
ドライバ手段(driver means)より成るイン
バータ素子を用いた半導体装置全般に適用でき
る。 This point is not limited to the memory cells mentioned above, but includes load means connected to the terminal to which the power supply voltage is applied and driver means connected to the ground terminal. It can be applied to all semiconductor devices using inverter elements consisting of (means).
第1図は本発明の一実施例を示す半導体メモリ
デバイスのレイアウト図である。第2図は第1図
に示す半導体メモリデバイスの回路図である。第
3図は第1図の半導体メモリデバイスが4個配列
されたレイアウト図である。第4A、第4B図は
それぞれMISFET部と負荷抵抗部を示す断面図
である。第5A図、第5B図は半導体メモリデバ
イスにおいて、情報保持に必要な電流と使用電圧
との相関図である。第6図は多結晶シリコンに対
する不純物の打込量と抵抗との相関図である。第
7A乃至7E図は第1図に示された半導体メモリ
デバイスを得るための製造工程を示す平面図であ
る。第8A乃至8E図は第7A乃至第7E図にお
けるそれぞれの断面図である。第8A図は第7A
図のA−A′切断断面図である。第8B図は第7
B図のB−B′切断断面図である。第8C図は第
7C図のC−C′切断断面図である。第8D図は第
7D図のD−D′切断断面図である。そして、第
8E図は第7E図のE−E′切断断面図である。第
9図は本発明の他の実施例を示す回路図であつ
て、周辺回路にコンプリメンタリMISFET(以
下、CMISと称す)回路を用いた回路図である。
第10図は4KビツトのCMIS Static RAMのブ
ロツクダイアグラムである。第11図は本発明の
他の実施例を示す回路図であつて、ブロツクダイ
アグラムで示した第10図の具体的な回路図を示
す。第12図は第11図に示した回路に用いられ
るチツプエナブルバツフア回路図である。第13
図は第11図に示した回路に用いられるライトエ
ナブルバツフア回路図である。第14図は第11
図に示した回路に用いられるデータインバツフア
回路図である。第15図は第11図に示した回路
に用いられる外部からのアドレス信号A0からA4
までをバツフアするためのアドレスバツフア回路
図である。第16図は第11図に示した回路に用
いられる外部からのアドレス信号A5,A6をバツ
フアするためのアドレスバツフア回路図である。
第17図は第11図に示した回路に用いられる外
部からのアドレス信号A7からA11までをバツフア
するためのアドレスバツフア回路図である。第1
8図は第11図に示した回路に用いられるタイミ
ングパルス発生回路図である。第19図は同じく
第11図に示した回路に用いられるタイミング発
生回路図である。第20図はリードサイクル
(read cycle)のタイミングチヤートである。第
21図はライトサイクル(write cycle)のタイ
ミングチヤートである。第22図は1サイクルで
リード(read)およびライト(write)を行う場
合のタイミングチヤートである。第23図は
CMIS typeの半導体メモリ装置の断面図である。
第24A乃至第24J図は第23図で示された半
導体装置を得るための製造態様を工程順に示す断
面図である。
1……拡散層、2……低抵抗多結晶シリコン
層、3……高抵抗多結晶シリコン層、9……半導
体基板、Q1,Q2……駆動用FET、Q3,Q4……伝
送用FET、R1,R2……負荷抵抗。
FIG. 1 is a layout diagram of a semiconductor memory device showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram of the semiconductor memory device shown in FIG. 1. FIG. 3 is a layout diagram in which four semiconductor memory devices of FIG. 1 are arranged. 4A and 4B are cross-sectional views showing the MISFET section and the load resistance section, respectively. FIGS. 5A and 5B are correlation diagrams between the current required to retain information and the voltage used in a semiconductor memory device. FIG. 6 is a correlation diagram between the amount of impurity implanted into polycrystalline silicon and the resistance. 7A to 7E are plan views showing manufacturing steps for obtaining the semiconductor memory device shown in FIG. 1. FIG. 8A to 8E are cross-sectional views of FIGS. 7A to 7E, respectively. Figure 8A is 7A
It is a sectional view cut along the line AA' in the figure. Figure 8B is the 7th
FIG. FIG. 8C is a sectional view taken along the line C-C' of FIG. 7C. FIG. 8D is a sectional view taken along line D-D' in FIG. 7D. FIG. 8E is a sectional view taken along line E-E' in FIG. 7E. FIG. 9 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention, in which a complementary MISFET (hereinafter referred to as CMIS) circuit is used as a peripheral circuit.
Figure 10 is a block diagram of the 4K bit CMIS Static RAM. FIG. 11 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention, and shows a specific circuit diagram of FIG. 10 shown as a block diagram. FIG. 12 is a chip enable buffer circuit diagram used in the circuit shown in FIG. 11. 13th
This figure is a write enable buffer circuit diagram used in the circuit shown in FIG. 11. Figure 14 is the 11th
FIG. 3 is a data inbuffer circuit diagram used in the circuit shown in the figure. Figure 15 shows external address signals A 0 to A 4 used in the circuit shown in Figure 11.
FIG. 3 is an address buffer circuit diagram for buffering up to. FIG. 16 is an address buffer circuit diagram for buffering external address signals A 5 and A 6 used in the circuit shown in FIG. 11.
FIG. 17 is an address buffer circuit diagram for buffering external address signals A7 to A11 used in the circuit shown in FIG. 11. 1st
FIG. 8 is a timing pulse generation circuit diagram used in the circuit shown in FIG. 11. FIG. 19 is a timing generation circuit diagram similarly used in the circuit shown in FIG. 11. FIG. 20 is a timing chart of a read cycle. FIG. 21 is a timing chart of a write cycle. FIG. 22 is a timing chart when reading and writing are performed in one cycle. Figure 23 is
1 is a cross-sectional view of a CMIS type semiconductor memory device.
FIGS. 24A to 24J are cross-sectional views showing the manufacturing method for obtaining the semiconductor device shown in FIG. 23 in the order of steps. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Diffusion layer, 2...Low resistance polycrystalline silicon layer, 3...High resistance polycrystalline silicon layer, 9...Semiconductor substrate, Q1 , Q2 ...Drive FET, Q3 , Q4 ... Transmission FET, R 1 , R 2 ...Load resistance.
Claims (1)
れた集積回路メモリ装置であつて、 (a) ほぼ直線状に延在する第1の電源配線層と (b) 上記第1の電源配線層の両側に設けられた第
1、第2のメモリ・セルと (c) 上記第1、第2のメモリ・セルに電源供給す
るために上記第1の電源配線とほぼ直交するよ
うに設けられた第2の電源配線層と (d) 上記第2の電源配線層の両側にそれとほぼ平
行に設けられた相補信号を伝えるための第1、
第2のデータ線と (e) 一端が、それぞれ上記第1、第2のデータ線
に接続され、他端がそれぞれ上記第1のメモ
リ・セルに接続された第1、第2のスイツチ手
段と (f) 一端がそれぞれ上記第1、第2のデータ線に
接続され、他端がそれぞれ上記第2のメモリ・
セルに接続された第3、第4のスイツチ手段と (g) 上記第1、第2のスイツチ手段の制御端子に
接続され、または一体とされ、上記第1の電源
配線層とほぼ平行に設けられた第1のワード線
と (h) 上記第3、第4のスイツチ手段の制御端子に
接続され、または一体とされ、上記1の電源配
線層とほぼ平行に設けられた第2のワード線よ
りなることを特徴とする集積回路メモリ装置。 2 上記多数のメモリセルに対応する周辺回路の
少なくとも1部は相補型MISFET構成であるこ
とを特徴とする上記特許請求の範囲第1項に記載
の集積回路メモリ装置。 3 上記第2の電源配線層および第1、第2のデ
ータ線はメタル部材を含むことを特徴とする上記
特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の集積回
路メモリ装置。 4 上記第1の電源配線層は多結晶Siを含む部材
よりなることを特徴とする上記特許請求の範囲第
1項から第3項のうちのいずれか一つに記載の集
積回路メモリ装置。 5 上記第1、第2のワード線は多結晶Siを含む
部材よりなることを特徴とする上記特許請求の範
囲第1項から第4項のうちのいづれか一つに記載
の集積回路メモリ装置。[Scope of Claims] 1. An integrated circuit memory device in which a large number of memory cells are arranged in a matrix, comprising: (a) a first power wiring layer extending substantially linearly; and (b) the first (c) first and second memory cells provided on both sides of the power supply wiring layer; (d) a first power supply wiring layer provided on both sides of the second power supply wiring layer and substantially parallel thereto for transmitting complementary signals;
(e) first and second switch means each having one end connected to the first and second data lines and the other end connected to the first memory cell, respectively; (f) One end is connected to the first and second data lines, and the other end is connected to the second memory line, respectively.
third and fourth switch means connected to the cell; and (g) connected to or integrated with the control terminals of the first and second switch means, and provided substantially parallel to the first power supply wiring layer. (h) a second word line connected to or integrated with the control terminals of the third and fourth switch means and provided substantially parallel to the first power supply wiring layer; An integrated circuit memory device comprising: 2. The integrated circuit memory device according to claim 1, wherein at least a portion of the peripheral circuitry corresponding to the large number of memory cells has a complementary MISFET configuration. 3. The integrated circuit memory device according to claim 1 or 2, wherein the second power wiring layer and the first and second data lines include metal members. 4. The integrated circuit memory device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first power wiring layer is made of a member containing polycrystalline Si. 5. The integrated circuit memory device according to claim 1, wherein the first and second word lines are made of a member containing polycrystalline Si.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59137145A JPS6089963A (en) | 1984-07-04 | 1984-07-04 | Integrated circuit memory device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59137145A JPS6089963A (en) | 1984-07-04 | 1984-07-04 | Integrated circuit memory device |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7983877A Division JPS5414690A (en) | 1976-07-26 | 1977-07-06 | Semiconductor device and its manufacture |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6089963A JPS6089963A (en) | 1985-05-20 |
| JPH0337867B2 true JPH0337867B2 (en) | 1991-06-06 |
Family
ID=15191865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59137145A Granted JPS6089963A (en) | 1984-07-04 | 1984-07-04 | Integrated circuit memory device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6089963A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100247724B1 (en) * | 1995-09-01 | 2000-03-15 | 포만 제프리 엘 | Diffusion resistant structure having silicided contact region and method for manufacturing same |
-
1984
- 1984-07-04 JP JP59137145A patent/JPS6089963A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6089963A (en) | 1985-05-20 |
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