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JPH0714013B2 - 半導体装置 - Google Patents
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JPH0714013B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0714013B2
JPH0714013B2 JP1024546A JP2454689A JPH0714013B2 JP H0714013 B2 JPH0714013 B2 JP H0714013B2 JP 1024546 A JP1024546 A JP 1024546A JP 2454689 A JP2454689 A JP 2454689A JP H0714013 B2 JPH0714013 B2 JP H0714013B2
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driver transistor
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    • H10B10/00Static random access memory [SRAM] devices
    • H10B10/15Static random access memory [SRAM] devices comprising a resistor load element
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S257/00Active solid-state devices, e.g. transistors, solid-state diodes
    • Y10S257/903FET configuration adapted for use as static memory cell
    • Y10S257/904FET configuration adapted for use as static memory cell with passive components,, e.g. polysilicon resistors

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、M(金属)−I(絶縁膜)−S(半導体)型
FET(電界効果トランジスタ)を用いた半導体装置に関
するもので、特にスタティックRAMにおいて負荷に高抵
抗素子を用いるメモリセルに使用されるものである。
(従来の技術) 従来、高抵抗素子を用いた、いわゆるE/R(エンハンス
メント/抵抗)型のスタティックRAMのメモリセルは、
第5図に示したように、4つのトランジスタ1〜4と、
2つの不変(抵抗値が常に一定な)抵抗5,6で形成され
ていた。この回路はフリップフロップを構成している。
(発明が解決しようとする課題) 第5図において、ノード電位VMを高レベル例えば5Vとす
れば、ノード電位VM′は低レベル例えば約0Vである。こ
のときドライバートランジスタ2はオン状態となり、V
cc(電源電圧)→高抵抗(抵抗値をRとする)6→ドラ
イバートランジスタ2→Vss(接地電圧)のパスで電流
が流れ、この電流×(メモリセルの数)がスタティック
RAMのスタンド・バイ電流Isbとなる。従って高抵抗5,6
の抵抗値Rは を満足していなければならない。例えばVcc=5V,N=1
メガビット(106)とし、Isbの制約を2μA以下とすれ
ば、 R≧2.5×1012(Ω) …(2) が要求される。この下限値は、IC微細化とともにさらに
増大する。というのは、応用上、スタンド・バイ電流I
sbに対する制約は変化せず、微細化にともなう大容量化
によってセル数Nの値が増大していくためである。一
方、ノード電圧VMが高レベルであるためには、ドライバ
ートランジスタ1(オフ状態にある)のオフ抵抗をrと
すれば の関係が成り立つため、VMVccとなるためには、r≫
Rの関係が必要である。例えばVM≧0.99Vccとなるため
には r≧100×R …(3) でなければならない。一方、オフ抵抗rは、第6図に示
したチャネル電流のサブ・スレショルド特性のゲート電
圧VG=0Vの電流値であるカットオフ電流Icを用いて で決まる。一方、Icは第6図で示した、いわゆる“サブ
スレショルド・スローブ"S(V/decade)を用いてトラン
ジスタのしきい値(1μA流れるゲート電圧)をVTH
した場合に、 で表わされる。ここでサブスレイショルドスロープS
(V/decade)とは、第6図の特性の直線部Sの逆数のこ
とで、Vはゲート電圧、decadeはチャネル電流の桁であ
る。
(1)〜(5)式を用いれば、VTHの制約として、 VTH≧S log(50N) …(6) が必要条件として要求される。例えば1Mビットのスタテ
ィックRAM(N=106)で、Sの典型的な値0.1(V/decad
e)を代入すると、 VTH≧0.77V …(7) が必要条件となる。この下限値は、微細化・大容量化と
ともに、Nが増大(1世代で容量は4倍に)すること
と、Sがスケーリング則にのらず、世代ごとにほとんど
変化しないことを考えると、下がりはせず、むしろ増大
する方向である。従ってスタティックRAMのVTHはスケー
リング則とは逆の方向で上昇する(もしくはさほど変化
しない)傾向にある。このことは(微細化とともにゲー
ト酸化膜が薄くなることもあって)著しいチャネル濃度
の増大をもたらす。このチャネル濃度の著しい増大は、
第5図に示すトランスファゲート5,6がトランジスタ1,2
と一緒につくられるため、トランスファゲート5,6の基
板バイアス効果を激しくし、高レベルの書き込みが不可
能になるなど、セルの特性上問題を生じたり、ホット・
キャリアの発生を増大させ、信頼性を悪くするなどの問
題を生じ、E/R型のスタティックRAMの限界を生ぜしめ
る。
本発明は、以上述べた従来技術の問題点を考慮して、従
来技術以下の低いスタンド・バイ電流と、従来以上に安
定化したE/R型のスタティックRAMのセルを実現すること
を目的としている。
[発明の構成] (課題を解決するための手段と作用) 本発明は、(イ)M(金属)−I(絶縁膜)−S(半導
体)型FET(電界効果型トランジスタ)において、ゲー
ト電極の側面の片方に、ゲート電極とは絶縁膜を介して
多結晶もしくは単結晶シリコンの側壁を設け、この側壁
を前記ゲート電極によって制御される抵抗素子として用
いることを特徴とする半導体装置である。また本発明
は、前記ゲート電極がスタティックRAMのドライバート
ランジスタのゲート電極であり、その片側の側方に形成
された単結晶もしくは単結晶シリコン側壁を、ドライバ
ートランジスタのゲート電圧によって制御される可変抵
抗素子として用いることを特徴とした上記(イ)項の記
載の半導体装置である。
即ち本発明は、例えばドライバートランジスタのゲート
電極のソース側の側方にシリコンを側壁として残し、こ
の側壁の抵抗値をドライバートランジスタのゲート電極
によってコントロールさせることにより、低スタンド・
バイ電流と、セルの特性を向上を実現したものである。
(実施例) 以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第1
図は同実施例の構成図であり、11はP型基板、12,13は
ソースとドレインを構成するN+領域、14はゲート酸化
膜、15はポリシリコンよりなるゲート電極、16は後酸化
膜、17はポリシリコン(例えば中性)よりなる側壁であ
る。即ちこのMISFETは、ゲート電極15の側面の片方の
み、該ゲート電極とは絶縁膜16を介してポリシリコンの
側壁17を設け、この側壁17を、主にゲート電極15によっ
て制御される可変抵抗素子として用いるようにしたもの
である。
第2図は第1図付近の平面図、第3図、第4図はそのつ
くり方を示す工程図で、第3図は第2図のA−A線に沿
う部分を見る断面図、第4図は第2図のB−B線に沿う
部分で見る断面図で、以下これらの図を参照して第1図
の製造工程を説明する。なお第2図において21は素子領
域で、その外側が素子分離領域、22はゲート電極(第1
図の15)、23はゲート電極と高抵抗素子(例えば第5図
の5)のコンタクト部分、24,24′はポリシリコン側壁
を形成する場合のレジストパターン、25はポリシリコン
側壁を除去する場合のレジスト中の穴パターンである。
まずP型基板31に、周辺回路のPMOSFET作製のためにN
ウェル(図示せず)を形成する。その後フィールド酸化
膜32をLOCOS法によって作製する(第3図(a)、第4
図(a))。そのあと、ゲート酸化膜34を900℃中のド
ライO2下で酸化することにより、15015設け、つづいて
ポリシリコン層35を4,00015堆積し、900℃,POCl中でリ
ン拡散を行い、リソグラフィー工程を経てゲート電極を
パターンニングし、ソース・ドレイン領域33形成のた
め、NMOS部分のみヒ素イオンを加速電圧50keV、ドーズ
量5×1015cm-2で打ち込む。そのあと周辺回路のPMOS部
分のみソース・ドレイン形成のためBF2イオンを50keV,5
×1015cm-2で打ちこむ(第3図(b)、第4図
(b))。つづいて後酸化膜36を、900℃、ドライO2
で10分酸化することによって形成し、第2図の部分23で
示した領域だけ穴のあいたレジストパターンをリソグラ
フィー工程により作製し、異方性エッチングによりこの
領域23のSiO2膜36を除去したあと、レジストをとる(第
3図(c)、第4図(c))。そのあと側壁用のポリシ
リコン層37を4,00015堆積し、第2図の24,24′で示した
領域だけレジスト28を残した状態で異方性エッチングを
行い、ポリシリコン37を残す(第3図(d)、第4図
(d))。レジスト28を除去したあと、今度は、第2図
の24,24′,25で示した領域のみ穴のあいているレジスト
・パターンを作る。そのあと、ヒ素イオンを50keV,5×1
015cm-2で打ちこむ。領域24,24′に上記イオンを打ちこ
むのは、低抵抗配線領域を形成するため、また領域25に
上記イオンを打ちこむのは、このあとに行う“側壁と
り”の際のポリシリコンのエッチング・レートを上げる
ためである。レジストを除却したのち、900℃,10分のN2
中のアニールを行って、先に打ち込んだヒ素を活性化す
る。そのあと、第2図の領域25で示した領域のみ穴のあ
いているレジストパターン29を形成した後、等方性エッ
チングによってこの領域中のポリシリコン側壁を除去し
片方のみのポリシリコン側壁37を残存させる(第3図
(e)第4図(e))。その後通常のAl配線の工程へ進
む。
このようにして、従来技術では困難であったスタンド・
バイ電流Isbを低くおさえつつ、なおかつセル特性を向
上せしめるスタティックRAMセルを、セル面積を増大す
ることなく以下に示すように実現できた。即ちノード電
圧VMが低レベルの場合、第1図が、第5図のドライバー
トランジスタ2を表わすとして、ゲート電極15は低レベ
ルで約0Vである。このときn+領域13は接地Vssにつなが
っていて、0Vである。従ってポリシリコン側壁17(37)
は0Vで囲まれ側壁となり、オフ状態つまり高抵抗状態に
あり、通常の高抵抗(RΩ)としてはたらき(1)式を
満足させることは容易である。この側壁高抵抗を第5図
の高抵抗5として配線する。そうするとノード電圧VM
が高レベル(約5V)で、ドライバートランジスタ1がオ
ンしていても、高抵抗5の値rが充分大きいので、スタ
ンド・バイ電流Isbは2μA以下におさえられる。一
方、ノード電圧VM′が高レベルであるから、第1図が第
5図のドライバートランジスタ1を表わすとして、ゲー
ト電極15は高レベルで約5Vで、このときn+領域13は接地
Vssにつながっていて、0Vである。従って側壁17はゲー
ト電極15は5V、基板電位が側壁17に近い0Vゆえ、ゲート
15により側壁17に負のキャリアが誘起され、側壁17はオ
ン状態つまり低抵抗状態となり、Rよりも低い値R′=
10-2Rとなる。このような低い抵抗になるため、トラン
スファゲート4のしきい値が低くても(3)式を満足す
るようなトランスファゲート・トランジスタのカットオ
フ電流Icとなり、従来技術の問題点は解消される。
なお本発明は実施例のみに限られず種々の応用が可能で
ある。例えば側壁抵抗17(37)をポリシリコンとした
が、単結晶シリコン等を用いてもよい。
[発明の効果] 以上説明した如く本発明によれば、ゲートの側壁に設け
られる抵抗を可変にでき、これをスタティックRAMのメ
モリセルの負荷抵抗として用いた場合には、スタンド・
バイ電流を低くおさえ、面積の増大もなく、安定なメモ
リセルが得られる等の利点を有するものである。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例の断面図、第2図は同パター
ン平面図、第3図、第4図は同実施例を得る断面的工程
図、第5図は従来のスタティックRAMセルの回路図、第
6図は同セルの特性図である。 1,2…ドライバートランジスタ、3,4…トランスファゲー
ト、5,6…高抵抗負荷、11…P型基板、12,13…N+層、15
…ゲート電極、16…酸化膜、17…ポリシリコン側壁(可
変抵抗素子)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/11

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】M(金属)−I(絶縁膜)−S(半導体)
    型FET(電界効果型トランジスタ)において、ゲート電
    極の側面の片方に、ゲート電極とは絶縁膜を介して多結
    晶もしくは単結晶シリコンの側壁を設け、この側壁を前
    記ゲート電極によって制御される抵抗素子として用いる
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】前記ゲート電極がスタティックRAMのドラ
    イバートランジスタのゲート電極であり、その片側の側
    方に形成された多結晶もしくは単結晶シリコンの側壁
    を、ドライバートランジスタのゲート電極によって制御
    される可変抵抗素子として用いることを特徴とした請求
    項1に記載の半導体装置。
JP1024546A 1989-02-02 1989-02-02 半導体装置 Expired - Fee Related JPH0714013B2 (ja)

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