JPH0740589B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
Semiconductor memory deviceInfo
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- JPH0740589B2 JPH0740589B2 JP60184228A JP18422885A JPH0740589B2 JP H0740589 B2 JPH0740589 B2 JP H0740589B2 JP 60184228 A JP60184228 A JP 60184228A JP 18422885 A JP18422885 A JP 18422885A JP H0740589 B2 JPH0740589 B2 JP H0740589B2
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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
- H10B10/10—SRAM devices comprising bipolar components
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Static Random-Access Memory (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [技術分野] この発明は、半導体技術さらには半導体装置の電極形成
に適用して特に有効な技術に関し、例えばバイポーラ型
スタティックRAMにおけるメモリセルの電極構造に利用
して有効な技術に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor technology and a technology particularly effective when applied to an electrode formation of a semiconductor device. For example, the invention is effectively applied to an electrode structure of a memory cell in a bipolar static RAM. Related technology.
[背景技術] バイポーラ・トランジスタからなるスタティックRAM
(ランダム・アクセス・メモリ)におけるメモリセルの
構成として、例えば第3図や第4図に示すようなエミッ
タ結合形のメモリセルがある(特願昭58−151551号,特
開昭58−222488号)。[Background Art] Static RAM composed of bipolar transistors
As a structure of a memory cell in (random access memory), for example, there is an emitter-coupled type memory cell as shown in FIGS. 3 and 4 (Japanese Patent Application No. 58-151551 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-222488). ).
このうち第3図に示すメモリセルは、負荷抵抗R1,R2と
並列にショットキ・バリヤ・ダイオードSBD1,SBD2が接
続されているため、順方向抵抗の小さなショットキ・バ
リヤ・ダイオードによって読出し電流のバイパス経路が
形成される。そのため、読出し電流を大きくすることが
でき、これによって高速読出しが可能である。Of these, in the memory cell shown in FIG. 3, the Schottky barrier diodes SBD 1 and SBD 2 are connected in parallel with the load resistances R 1 and R 2 , so that the Schottky barrier diode with a small forward resistance is used for reading. A current bypass path is formed. Therefore, the read current can be increased, which enables high-speed read.
しかしながら、ショットキ・バリヤ・ダイオードによっ
てセル面積が増大されてしまう、また、セル内のノード
n1,n2の電位Vco,Vc1と電流との関係を示す第5図から
も分かるように、微少電流の範囲では負荷抵抗R1,R2に
よって電位Vco,Vc1が決定されてしまい、電流を減少さ
せて行くと同図に破線Aで示すごとくVcoが減少し、Vc1
とVcoの電位差がどんどん小さくなって、メモリセルの
動作マージンが減少する。そのため、第3図のタイプの
メモリセルでは、スタンバイ時に10μA程度の保持電流
Istを流してセルマージンを確保する必要がある。However, the Schottky barrier diode increases the cell area and the node within the cell.
As can be seen from FIG. 5 showing the relationship between the electric potentials Vco and Vc 1 of n 1 and n 2 and the electric current, the electric potentials Vco and Vc 1 are determined by the load resistances R 1 and R 2 in the range of minute current. , Vco decreases with decreasing current and Vc 1
The potential difference between Vco and Vco becomes smaller and smaller, and the operating margin of the memory cell decreases. Therefore, the memory cell of the type shown in FIG.
It is necessary to pass Ist to secure the cell margin.
これに対し、PNPトランジスタを負荷素子として用いた
第4図のメモリセル(以下PNP負荷型メモリセルと称す
る)は、比較的素子寸法の大きなショットキ・バリヤ・
ダイオードを使用しない。また、セルの構造がI2L(イ
ンテグレイテッド・インジェクション・ロジック)と同
じ構造になっているので、素子分離領域が不用である。
そのため、PNP負荷型のメモリセルは第3図のメモリセ
ルに比べてセル面積が3分の1程度になり高集積大容量
化が可能である。しかも、セル内の電位VcoがPNP負荷ト
ランジスタのベース・エミッタ間電圧VBEによって決ま
る。そのため、第5図に示すように電流を小さくして行
っても保持電圧VMCすなわちセルの動作マージンを確保
することができる。従って、保持電流が第3図のメモリ
セルの10分の1程度で済み、回路全体の消費電流が非常
に少ないという利点がある。On the other hand, the memory cell of FIG. 4 using the PNP transistor as a load element (hereinafter referred to as PNP load type memory cell) has a Schottky barrier, which has a relatively large element size.
Do not use diodes. Further, since the cell structure is the same as that of I 2 L (Integrated Injection Logic), the element isolation region is unnecessary.
Therefore, the PNP load type memory cell has a cell area of about one-third of that of the memory cell of FIG. 3, and high integration and large capacity can be achieved. Moreover, the potential Vco in the cell is determined by the base-emitter voltage V BE of the PNP load transistor. Therefore, even if the current is reduced as shown in FIG. 5, the holding voltage V MC, that is, the cell operation margin can be secured. Therefore, the holding current is about 1/10 of that of the memory cell in FIG. 3, and there is an advantage that the current consumption of the entire circuit is very small.
ただし、PNP負荷型メモリセルは、保持状態でトランジ
スタがともに飽和(蓄積キャリアが増大)するととも
に、保持電圧をPNPトランジスタのVBE以下に設定できな
いため、書込み時のセルの反転が起こりにくい。そのた
め、書込み時間が長いという不都合がある。However, in the PNP load type memory cell, the transistors are both saturated (the number of accumulated carriers increases) in the holding state and the holding voltage cannot be set to V BE of the PNP transistor or less, so that the cell inversion does not easily occur at the time of writing. Therefore, there is an inconvenience that the writing time is long.
[発明の目的] この発明の目的は、PNPトランジスタを負荷素子とする
エミッタ結合形メモリセルからなるスタティックRAMに
おけるアクセス時間を短縮するとともに書込み速度を高
速化できるようにすることにある。[Object of the Invention] An object of the present invention is to shorten the access time and increase the writing speed in a static RAM composed of emitter-coupled memory cells using PNP transistors as load elements.
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明かにな
るであろう。The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[発明の概要] 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。[Outline of Invention] The outline of a typical invention disclosed in the present application will be described below.
すなわち、メモリセルの微細化に伴なうアクセス時間や
書込み速度の低下は、トランジスタのエミッタ電極の構
造に原因があることを知得し、エミッタ領域となる半導
体領域表面に接触されるエミッタ電極の最下層の電極層
として白金のような高融点金属のシリサイド(PtSi)を
用いかつこの金属シリサイド層の上にアルミシリコン層
を形成した積層構造とすることによって、トランジスタ
の電極部の接触抵抗を減らすとともに、特にPNP負荷ト
ランジスタのhFE(直流電流増幅率)を低減して、保持
状態でのPNP負荷トランジスタの飽和を浅くし、これに
よって、メモリセルの選択・非選択のスイッチング速度
を向上させるとともに、セルの反転を起き易くしてアク
セス時間および書込み速度の向上を図るという上記目的
を達成するものである。That is, it is known that the decrease in access time and writing speed due to the miniaturization of the memory cell is caused by the structure of the emitter electrode of the transistor, and the emitter electrode contacted with the surface of the semiconductor region serving as the emitter region is By using a silicide (PtSi) of a refractory metal such as platinum as the bottom electrode layer and forming an aluminum silicon layer on this metal silicide layer, the contact resistance of the electrode part of the transistor is reduced. At the same time, the hFE (DC current amplification factor) of the PNP load transistor is reduced to make the saturation of the PNP load transistor in the holding state shallow, thereby improving the switching speed of memory cell selection / non-selection. It is intended to achieve the above-mentioned object of facilitating cell inversion and improving access time and write speed.
さらに、エミッタ電極を白金シリサイド層とアルミシリ
コン層との積層構造としたことに伴なう不具合を、両者
の間にチタン・タングステンのようなバリヤ層を介在さ
せることにより解消し、PNP負荷トランジスタはもちろ
んNPN駆動トランジスタにおけるエミッタ電極の接触抵
抗をも減らして、メモリセルのスイッチング速度を速く
し、更にアクセス時間の短縮を図るものである。Furthermore, by interposing a barrier layer such as titanium and tungsten between the emitter electrode and the laminated structure of the platinum silicide layer and the aluminum silicon layer, the PNP load transistor is Of course, the contact resistance of the emitter electrode in the NPN drive transistor is also reduced to increase the switching speed of the memory cell and further shorten the access time.
[実施例1] 第1図には、本発明をPNP負荷型メモリセルに適用した
場合のセル構造の一実施例を示す。ただし、図には回路
的に対称なメモリセルの片側のトランジスタQ1とQ3(も
しくはQ2とQ4)のみが示されている。反対側のトランジ
スタQ2とQ4も同様の構造にされ、駆動トランジスタQ3と
Q4のベース・コレクタ間が、アルミ配線によって交差結
合されることによりフリップフロップ回路型メモリセル
が構成される。[Embodiment 1] FIG. 1 shows an embodiment of a cell structure when the present invention is applied to a PNP load type memory cell. However, the figure shows only the transistors Q 1 and Q 3 (or Q 2 and Q 4 ) on one side of the circuit-symmetrical memory cell. Transistors Q 2 and Q 4 on the opposite side have the same structure and drive transistors Q 3 and
A flip-flop circuit type memory cell is constructed by cross-connecting the base and collector of Q 4 with aluminum wiring.
P型単結晶シリコンのような一個の半導体基板1上に
は、部分的にN+型埋込層2が形成されている。このN+型
埋込層2は、半導体基板1の表面に酸化膜を形成してか
ら、この酸化膜の適当な位置に埋込み拡散用のパターン
の穴をあけ、この酸化膜をマスクとしてひ素もしくはア
ンチモン等のN型不純物を熱拡散させることによって形
成される。An N + type buried layer 2 is partially formed on one semiconductor substrate 1 such as P type single crystal silicon. The N + type buried layer 2 is formed by forming an oxide film on the surface of the semiconductor substrate 1 and then forming a hole for a buried diffusion pattern at an appropriate position of the oxide film, and using this oxide film as a mask, arsenic or It is formed by thermally diffusing N-type impurities such as antimony.
そして、N+型埋込層2の上には、気相成長法によりN-型
エピタキシャル層4が形成されている。このN-型エピタ
キシャル層4の一部には、これを貫通して上記N+型埋込
層2に達するようにコレクタ引上げ口となるN+型半導体
領域5がイオン打込み法等により形成されている。Then, an N − type epitaxial layer 4 is formed on the N + type buried layer 2 by a vapor phase growth method. An N + type semiconductor region 5 serving as a collector pull-up port is formed in a part of the N − type epitaxial layer 4 so as to penetrate the N − type epitaxial layer 4 to reach the N + type buried layer 2 by an ion implantation method or the like. There is.
また、上記エピタキシャル層4の主面上には、イオン打
込み等によりボロンのようなP型不純物を導入して、NP
N駆動トランジスタQ3(Q4)のベース領域となるP+型半
導体領域6aが形成されている。このP+型半導体領域6aに
隣接して、エピタキシャル層4の主面には、PNP負荷ト
ランジスタQ1(Q2)のエミッタ領域となるP+型半導体6b
が形成されている。これによって、P+型半導体6a,6bを
エミッタおよびコレクタ領域とし、かつN+型埋込層2を
ベース領域として横方向に動作するPNP負荷トランジス
タが構成される。上記P+型半導体領域6aと6bとは、同一
の工程で形成することができる。In addition, P-type impurities such as boron are introduced into the main surface of the epitaxial layer 4 by ion implantation or the like, and NP
A P + type semiconductor region 6a, which serves as a base region of the N drive transistor Q 3 (Q 4 ) is formed. Adjacent to the P + type semiconductor region 6a, on the main surface of the epitaxial layer 4, a P + type semiconductor 6b which becomes an emitter region of the PNP load transistor Q 1 (Q 2 ) is formed.
Are formed. As a result, a PNP load transistor is formed which operates laterally with the P + type semiconductors 6a and 6b as the emitter and collector regions and the N + type buried layer 2 as the base region. The P + type semiconductor regions 6a and 6b can be formed in the same process.
さらに、上記P+型半導体領域6aの表面には、エミッタ領
域となる一対のN+型半導体領域7aと7bが互いに隣接して
形成されている。これによって、縦方向に動作するマル
チエミッタ構造のNPN駆動トランジスタQ3(Q4)が構成
される。エピタキシャル層4の表面上には、酸化シリコ
ン膜のような絶縁膜8が形成されている。この絶縁膜8
には、上記エミッタ領域7a,7bに対応して開口部が形成
され、この開口部の内側にポリシリコン電極9a,9bが形
成されている。ポリシリコン電極9a,9bの上方から上記
絶縁膜8上にかけては、CVD法等による酸化シリコン膜
もしくは窒化シリコン膜のような層間絶縁膜10が形成さ
れ、この層間絶縁膜10には上記ポリシリコン電極9a,9b
とN+型半導体領域5およびP+型半導体領域6bに対応して
開口部10a,10b,10c,10dが形成されている。Further, on the surface of the P + type semiconductor region 6a, a pair of N + type semiconductor regions 7a and 7b to be emitter regions are formed adjacent to each other. As a result, an NPN drive transistor Q 3 (Q 4 ) having a multi-emitter structure that operates in the vertical direction is formed. An insulating film 8 such as a silicon oxide film is formed on the surface of the epitaxial layer 4. This insulating film 8
An opening is formed corresponding to the emitter regions 7a and 7b, and polysilicon electrodes 9a and 9b are formed inside the opening. An interlayer insulating film 10 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed by a CVD method or the like from above the polysilicon electrodes 9a, 9b to above the insulating film 8. The interlayer insulating film 10 has the above-mentioned polysilicon electrodes. 9a, 9b
Openings 10a, 10b, 10c and 10d are formed corresponding to the N + type semiconductor region 5 and the P + type semiconductor region 6b.
そして、この実施例では、上記開口部10a,10bの内側の
ポリシリコン電極9a,9bおよび開口部10c,10dの内側の半
導体領域5,6bの表面に、白金のような高融点金属のシリ
サイド(金属とシリサイドの化合物PtSi)層11a,11b,11
c,11dが形成されている。この場合、開口部10a〜10d形
成後に全面的に白金層を蒸着させてから、シンタリング
と呼ばれる熱処理を施すと、白金がシリコン層に侵入す
るような形でシリサイド層11a〜11dが形成される。その
ため、その下地のポリシリコン電極9a,9bと半導体領域
5および6bは、その厚みが少し薄くされる。Then, in this embodiment, on the surfaces of the polysilicon electrodes 9a, 9b inside the openings 10a, 10b and the semiconductor regions 5, 6b inside the openings 10c, 10d, a silicide of refractory metal such as platinum ( Compound of metal and silicide PtSi) Layer 11a, 11b, 11
c and 11d are formed. In this case, when the platinum layer is vapor-deposited over the entire surface after forming the openings 10a to 10d and then heat treatment called sintering is performed, the silicide layers 11a to 11d are formed in such a manner that platinum penetrates into the silicon layer. . Therefore, the underlying polysilicon electrodes 9a and 9b and the semiconductor regions 5 and 6b are slightly thinned.
上記白金シリサイド層11a〜11dの上には、スパッタリン
グ法によるアルミシリコン(AlSi)層を形成した後、パ
ターニングを行なうことによって、アルミ電極12a,12b,
12c,12dが形成されている。After forming an aluminum silicon (AlSi) layer by a sputtering method on the platinum silicide layers 11a to 11d, patterning is performed to form aluminum electrodes 12a, 12b,
12c and 12d are formed.
上記実施例では、アルミ電極12a〜12dの下に白金シリサ
イド層11a〜11dが形成されているため、各電極部の接触
抵抗が低減される。つまり、従来一般的に行なわれてい
る方法により、第6図に示すごとく、半導体領域5(6
b)あるいはポリシリコン電極の表面に直接アルミ電極
を形成すると、その下の半導体層との界面に酸化シリコ
ン膜やアルミナ等の異物20が付着して残ってしまうこと
が多い。そのため、アルミ電極の実質的な接触面積が低
下していた。特に高集積化のため開口部10a〜10dの面積
を微細するほどその影響が大きく、これによって、PNP
負荷トランジスタQ1,Q2のエミッタ抵抗やNPN駆動トラ
ンジスタQ3,Q4のエミッタ抵抗が大きくなってメモリセ
ルのスイッチング速度が遅くされていた。In the above embodiment, since the platinum silicide layers 11a to 11d are formed under the aluminum electrodes 12a to 12d, the contact resistance of each electrode portion is reduced. That is, as shown in FIG. 6, the semiconductor region 5 (6
b) Alternatively, if the aluminum electrode is formed directly on the surface of the polysilicon electrode, the foreign matter 20 such as a silicon oxide film or alumina often remains on the interface with the underlying semiconductor layer. Therefore, the substantial contact area of the aluminum electrode has been reduced. In particular, as the area of the openings 10a to 10d is made finer for higher integration, the influence becomes larger.
Switching speed of the load transistor Q 1, the emitter resistor and NPN drive Q 2 'transistor Q 3, a memory cell emitter resistance increases the Q 4 has been slowed.
さらに、PNP負荷トランジスタのエミッタ領域(6b)の
表面にアルミシリコン(AlSi)からなる電極12cを直接
接触させると、アルミ中のシリコンが200°〜300℃のよ
うな低い温度でも移動するため、P+型半導体領域6bの表
面にシリコンが析出して固相エピタキシャル層が出来て
しまう。これによって、P+型半導体領域6bとその上のア
ルミ電極12cとの境界にショットキ・バリヤ・ダイオー
ドが形成され、エミッタ抵抗が急に大きくなり、信頼性
が低下するという問題点がある。なお、電極材料として
シリコンを含まないアルミニウムを用いると、電極に接
触した半導体領域中のシリコンがアルミ電極中に吸い上
げられてスパイクが生じ、PN接合を破壊するおそれがあ
るので、純粋なアルミ電極とするのは好ましくない。Furthermore, when the electrode 12c made of aluminum silicon (AlSi) is brought into direct contact with the surface of the emitter region (6b) of the PNP load transistor, the silicon in the aluminum moves even at a low temperature such as 200 ° to 300 ° C. Silicon is deposited on the surface of the + type semiconductor region 6b to form a solid phase epitaxial layer. As a result, a Schottky barrier diode is formed at the boundary between the P + type semiconductor region 6b and the aluminum electrode 12c on the P + type semiconductor region 6b, the emitter resistance suddenly increases, and the reliability decreases. When aluminum containing no silicon is used as the electrode material, the silicon in the semiconductor region contacting the electrode may be sucked up into the aluminum electrode and cause a spike, which may destroy the PN junction. It is not preferable to do.
これに対し、上記実施例では、アルミ電極12a〜12dの下
に白金シリサイド層11a〜11dを形成している。そのた
め、白金がシリサイド化されるときに、そのシリサイド
層内に、界面に付着していた異物を取り込んでしまう。
その結果、各電極の実質的な接触面積が増加され、接触
抵抗が低減される。これによって、メモリセルのスイッ
チング速度が向上されるようになる。On the other hand, in the above embodiment, the platinum silicide layers 11a to 11d are formed under the aluminum electrodes 12a to 12d. Therefore, when platinum is silicidized, foreign substances attached to the interface are taken into the silicide layer.
As a result, the substantial contact area of each electrode is increased and the contact resistance is reduced. As a result, the switching speed of the memory cell is improved.
しかもこの実施例では、白金シリサイド層11a〜11d、特
に11cが形成されるときに、シリサイドの内にP+型半導
体領域6b内の不純物(ボロン)が取り込まれるため、エ
ミッタ領域たるP+型半導体領域6bの不純物濃度が下がる
とともに、上述したようにその厚みも薄くされる。これ
によって、P+型半導体領域6bからその下方のベース領域
たるN+型埋込層2に向かってベース電流が流れ易くなっ
て、PNP負荷トランジスタQ1,Q2のhFEが低くされる。し
かるに、PNP負荷トランジスタQ1,Q2のhFEが下がると、
保持状態での飽和量が浅くなって蓄積キャリアが貯まり
にくくなる。その結果、書込み時におけるメモリセルの
反転が起き易くされて、書込み速度が速くなる。Moreover in this embodiment, the platinum silicide layer 11 a to 11 d, in particular when 11c is formed, the impurity in the P + -type semiconductor regions 6b (boron) is taken within the silicide, the emitter region serving as the P + -type semiconductor As the impurity concentration of the region 6b decreases, the thickness thereof also decreases as described above. As a result, the base current easily flows from the P + type semiconductor region 6b toward the N + type buried layer 2, which is the base region thereunder, and the h FE of the PNP load transistors Q 1 and Q 2 is lowered. However, when h FE of PNP load transistors Q 1 and Q 2 goes down,
The saturated amount in the holding state becomes shallow, and it becomes difficult for accumulated carriers to accumulate. As a result, the inversion of the memory cell is likely to occur during writing, and the writing speed is increased.
さらに、上記実施例では、P+型半導体6bの表面に白金シ
リサイド層11cが形成されているため、その上にアルミ
シリコンからなる電極12cを形成したとしても、アルミ
中のシリコンが白金シリサイド層11cの表面に析出する
ことがないため、信頼性が低下するおそれもなくなる。Further, in the above-described embodiment, since the platinum silicide layer 11c is formed on the surface of the P + type semiconductor 6b, even if the electrode 12c made of aluminum silicon is formed on the platinum silicide layer 11c, the silicon in the aluminum is the platinum silicide layer 11c. Since it does not deposit on the surface of the device, there is no risk of lowering the reliability.
[実施例2] 第2図には、本発明の第2の実施例が示されている。[Second Embodiment] FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
この実施例では、第1の実施例におけるNPN駆動トラン
ジスタQ3(Q4)のエミッタ電極の接触抵抗を減らすよう
にしたものである。In this embodiment, the contact resistance of the emitter electrode of the NPN drive transistor Q 3 (Q 4 ) in the first embodiment is reduced.
すなわち、第1の実施例においては、PNP負荷トランジ
スタのエミッタ領域たるP+型半導体領域6bとNPN駆動ト
ランジスタのエミッタ領域たるN+型半導体領域7a,7b上
のポリシリコン電極9a,9b等の表面に白金シリサイド層1
1が形成されており、この白金シリサイド層とシリコン
との間の接触障壁の高さφBは、P+型シリコンに対して
小さいため、接触抵抗は小さく問題はない。That is, in the first embodiment, the surface of the polysilicon electrode 9a, 9b, etc. on the P + type semiconductor region 6b which is the emitter region of the PNP load transistor and the N + type semiconductor region 7a, 7b which is the emitter region of the NPN drive transistor. On platinum silicide layer 1
1 is formed, and the height φ B of the contact barrier between the platinum silicide layer and silicon is smaller than that of P + type silicon, so the contact resistance is small and there is no problem.
しかるに、前記実施例のこどく、白金シリサイド層11a
〜11dの上にアルミシリコンからなるアルミ電極12a〜12
dを形成すると、両者の境界に白金とアルミニウムおよ
びシリコンの化合物PtAl2Siが形成される。この化合物P
tAl2Siの接触障壁の高さφBは、N+型シリコンに対して
は小さいがP+型シリコンに対しては大きいという特徴が
ある。前記実施例にあっては、PNP負荷トランジスタQ1
(Q2)のエミッタ領域6a,6bがP+型である。そのため、P
NP負荷トランジスタのエミッタ電極部での接触抵抗が、
NPN駆動トランジスタのエミッタ電極部での接触抵抗に
比べて充分に低減されないおそれがあると考えられる。However, the platinum silicide layer 11a of the embodiment described above is used.
Aluminum electrodes 12a-12 made of aluminum silicon on 11d
When d is formed, a compound PtAl 2 Si of platinum, aluminum and silicon is formed at the boundary between the two . This compound P
The height φ B of the contact barrier of tAl 2 Si is small for N + type silicon but large for P + type silicon. In the above embodiment, the PNP load transistor Q 1
The emitter regions 6a and 6b of (Q 2 ) are P + type. Therefore, P
The contact resistance at the emitter electrode of the NP load transistor is
It is considered that the contact resistance at the emitter electrode of the NPN drive transistor may not be sufficiently reduced.
そこで、この第2の実施例では、第2図に示すように、
白金シリサイド層11a〜11dとアルミ電極12a〜12dとの間
に、チタン・タングステン(TiW)のような高融点金属
からなるバリヤ層13a〜13dが形成されている。それ以外
の構造は第1の実施例と同じである。Therefore, in the second embodiment, as shown in FIG.
Barrier layers 13a to 13d made of a refractory metal such as titanium-tungsten (TiW) are formed between the platinum silicide layers 11a to 11d and the aluminum electrodes 12a to 12d. The other structure is the same as that of the first embodiment.
この実施例に従うと、電極部最下層の白金シリサイドPt
Siと、電極部最上層のアルミシリコンAlSiとの反応が、
中間のバリヤ層13a〜13dによって抑えられる。そのた
め、電極層の境界部に、P+型シリコンに対する障壁高さ
φBの大きなPtAl2Siのような化合物が形成されなくな
る。その結果、PNP負荷トランジスタのエミッタ電極部
での接触抵抗が低減され、メモリセルのスイッチング速
度が更に速くされるようになる。According to this embodiment, the platinum silicide Pt of the bottom layer of the electrode portion is
The reaction between Si and aluminum silicon AlSi in the uppermost layer of the electrode part
It is suppressed by the intermediate barrier layers 13a-13d. Therefore, a compound such as PtAl 2 Si having a large barrier height φ B against P + type silicon is not formed at the boundary of the electrode layers. As a result, the contact resistance at the emitter electrode portion of the PNP load transistor is reduced, and the switching speed of the memory cell is further increased.
なお、上記実施例では、電極部下層に白金シリサイド層
を用い、電極部上層にアルミシリコンを、また中間のバ
リヤ層にチタン・タングステンを使用しているが、各電
極材料はこれらの限定されるものでなく、同等の性質を
有する他の材料を用いても良いことはいうまでもない。
例えば、白金シリサイド層(11a〜11d)の代わりにパラ
ジウムシリサイドPdSi2を用い、バリヤ層13a〜13dには
モリブデンやチタン、タングステンもしくはこれらの化
合物を、またアルミ電極12a〜12dの代わりにアルミと銅
およびシリコンの化合物AlCuSiなどを用いるようにして
もよい。In the above embodiment, the platinum silicide layer is used as the lower layer of the electrode portion, aluminum silicon is used as the upper layer of the electrode portion, and titanium / tungsten is used as the intermediate barrier layer. However, each electrode material is not limited to these. Needless to say, other materials having equivalent properties may be used.
For example, palladium silicide PdSi 2 is used instead of the platinum silicide layers (11a to 11d), molybdenum, titanium, tungsten, or a compound thereof is used for the barrier layers 13a to 13d, and aluminum and copper are used instead of the aluminum electrodes 12a to 12d. Alternatively, a compound of silicon such as AlCuSi may be used.
また、本発明の目的とするアクセス時間や書込み速度の
向上を図るには、少なくともPNP負荷トランジスタのエ
ミッタ抵抗およびNPN駆動トランジスタのエミッタのう
ちデータ線に接続される側のエミッタ抵抗を減少できれ
ばよいので、これらの電極のみを前記実施例のような構
造にしてやればよく、他の電極については、それと異な
る構造にしておくことも可能である。Further, in order to improve the access time and the writing speed, which are the objects of the present invention, at least the emitter resistance of the PNP load transistor and the emitter resistance of the emitter of the NPN drive transistor connected to the data line can be reduced. It is only necessary that these electrodes have the structure as in the above-mentioned embodiment, and other electrodes can have a different structure.
さらに、上記実施例では、NPN駆動トランジスタのエミ
ッタ領域たるN+型半導体領域7a,7bの表面にポリシリコ
ン電極9a,9bが形成され、その上に白金シリサイド層11
a,11bが形成された構造となっているが、ポリシリコン
電極9a,9bを形成することによって、エミッタ領域7a,7b
を浅くして、NPN駆動トランジスタのhFEを上げ、動作速
度を速くすることができる。Further, in the above embodiment, the polysilicon electrodes 9a and 9b are formed on the surfaces of the N + type semiconductor regions 7a and 7b which are the emitter regions of the NPN drive transistor, and the platinum silicide layer 11 is formed thereon.
Although it has a structure in which a and 11b are formed, the emitter regions 7a and 7b are formed by forming the polysilicon electrodes 9a and 9b.
The shallowly, raising the h FE of the NPN drive transistor, it is possible to increase the operating speed.
[効果] (1)PNPトランジスタを負荷素子とするエミッタ結合
形メモリセルからなるスタティックRAMにおいて、メモ
リセルを構成するトランジスタのエミッタ領域となる半
導体領域表面に接触されるエミッタ電極の最下層の電極
層として白金のような高融点金属のシリサイド(Pt,S
i)を用い、かつこの金属シリサイド層の上にアルミシ
リコン層を形成した積層構造としたので、金属シリサイ
ド層が形成されるときに半導体領域との界面の異物を取
り込んでしまうという作用により、エミッタ電極の実質
的な接触面積が増大されてトランジスタの電極部の接触
抵抗が減少され、これによって、メモリセルの選択・非
選択のスイッチング速度を向上され、アクセス時間が短
縮されるという効果がある。[Effects] (1) In a static RAM composed of an emitter-coupled memory cell having a PNP transistor as a load element, the electrode layer at the bottom of the emitter electrode in contact with the surface of the semiconductor region serving as the emitter region of the transistor forming the memory cell As a silicide of a refractory metal such as platinum (Pt, S
Since i) is used and a laminated structure in which an aluminum silicon layer is formed on this metal silicide layer is used, foreign matter at the interface with the semiconductor region is taken in when the metal silicide layer is formed. The substantial contact area of the electrodes is increased and the contact resistance of the electrode portion of the transistor is reduced. This has the effect of improving the switching speed for selecting / deselecting the memory cells and shortening the access time.
(2)PNPトランジスタを負荷素子とするエミッタ結合
形メモリセルからなるスタティックRAMにおいて、メモ
リセルを構成するトランジスタのエミッタ領域となる半
導体領域表面に接触されるエミッタ電極の最下層の電極
層として白金のような高融点金属のシリサイド(Pt,S
i)を用い、かつこの金属シリサイド層の上にアルミシ
リコン層を形成した積層構造としたので、金属シリサイ
ド層が形成されるときにPNP負荷トランジスタのエミッ
タ領域内のシリコンおよびP型不純物を取り込んで成長
するため、エミッタ領域の不純物濃度が低減されるとと
もにエミッタ領域の厚みが減少されるという作用によ
り、PNP負荷トランジスタのhFE(直流電流増幅率)が低
減されて、保持状態でのPNP負荷トランジスタの飽和を
浅くされ、これによってメモリセルの反転が起き易くな
って書込み速度が高速化されるという効果がある。(2) In a static RAM composed of an emitter-coupled memory cell having a PNP transistor as a load element, platinum is used as the lowermost electrode layer of the emitter electrode in contact with the surface of the semiconductor region serving as the emitter region of the transistor constituting the memory cell. Refractory metal silicide (Pt, S
Since i) is used and the aluminum silicon layer is formed on the metal silicide layer, the silicon and P-type impurities in the emitter region of the PNP load transistor are taken in when the metal silicide layer is formed. As a result of the growth, the impurity concentration in the emitter region is reduced and the thickness of the emitter region is reduced, so that hFE (DC current amplification factor) of the PNP load transistor is reduced, and the PNP load transistor in the holding state is reduced. Is made shallower, which makes it easier to invert the memory cell and speeds up the writing speed.
(3)PNPトランジスタを負荷素子とするエミッタ結合
形メモリセルからなるスタティックRAMにおいて、メモ
リセルを構成するトランジスタのエミッタ領域となる半
導体領域表面に接触されるエミッタ電極の最下層の電極
層として白金のような高融点金属のシリサイド(Pt,S
i)を用い、かつこの金属シリサイド層の上にアルミシ
リコン層を形成した積層構造とするとともに、両者の間
にバリヤ層を介在させるようにしたので、白金シリサイ
ドとアルミシリコンの反応がバリヤ層によって抑えられ
るという作用により、PNP負荷トランジスタはもちろんN
PN駆動トランジスタのエミッタ電極の接触抵抗も有効に
減少され、これによって、メモリセルのスイッチング速
度を速くし、更にアクセス時間の短縮が可能になるとい
う効果がある。(3) In a static RAM composed of an emitter-coupled memory cell having a PNP transistor as a load element, platinum is used as the lowermost electrode layer of the emitter electrode which is in contact with the surface of the semiconductor region which becomes the emitter region of the transistor constituting the memory cell. Refractory metal silicide (Pt, S
Since i) is used and the aluminum silicon layer is formed on this metal silicide layer, and the barrier layer is interposed between the two, the reaction between the platinum silicide and the aluminum silicon depends on the barrier layer. By the action of being suppressed, not only PNP load transistor but also N
The contact resistance of the emitter electrode of the PN drive transistor is also effectively reduced, which has the effect of increasing the switching speed of the memory cell and further shortening the access time.
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。例えば、本発明の特徴は
電極構造にあり、実施例では素子構造として最も一般的
なものが示されているにすぎない。つまり、素子構造は
第1図や第2図に示したものに限定されず、例えばPNP
負荷トランジスタのエミッタ領域たるP+型半導体領域6b
をその下のN+型埋込層2まで達するように深く形成して
もよい。また、NPN駆動トランジスタのベース領域6a
は、その一部をN+型埋込層2に接触させたり、あるいは
エミッタ領域7a,7bの真下のベース厚を変えることによ
り、各々のhFEが最適になるようにすることも可能であ
る。Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor. For example, the feature of the present invention lies in the electrode structure, and in the embodiments, only the most general device structure is shown. In other words, the element structure is not limited to that shown in FIG. 1 or FIG.
P + type semiconductor region 6b, which is the emitter region of the load transistor
May be deeply formed so as to reach the N + type buried layer 2 thereunder. In addition, the base region 6a of the NPN drive transistor
It is possible to optimize each h FE by contacting a part of it with the N + type buried layer 2 or changing the base thickness directly under the emitter regions 7a and 7b. .
[利用分野] 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるPNP負荷型メモリセ
ルからなるスタティックRAMに適用したものについて説
明したが、この発明はそれに限定されるものでなく、I2
Lを用いた半導体集積回路やMOS集積回路における素子の
電極構造に利用することができる。[Field of Use] In the above description, the invention mainly made by the present inventor is described as being applied to a static RAM composed of PNP load type memory cells which is the field of use in the background, but the present invention is not limited thereto. I 2
It can be used for an electrode structure of an element in a semiconductor integrated circuit or a MOS integrated circuit using L.
第1図は、本発明に係るPNP負荷型メモリセルの構造の
第1の実施例を示す断面図、 第2図は、本発明の第2の実施例を示す断面図、 第3図は、従来のエミッタ結合形メモリセルの構成例を
示す回路図、 第4図は、本発明の対象となるPNP負荷型のメモリセル
の構成例を示す回路図、 第5図は、上記各メモリセルの電流電圧特性を示す説明
図、 第6図は、従来の半導体集積回路装置における一般的な
電極構造を示す断面図である。 1……半導体基板、2……N+型埋込層、5……コレクタ
引上げ口、6a……NPNトランジスタのベース領域兼PNPト
ランジスタのコレクタ領域、6b……PNPトランジスタの
エミッタ領域、7a,7b……NPNトランジスタのエミッタ領
域、9a,9b……ポリシリコン電極、11a〜11d……金属シ
リサイド層(白金シリサイド層)、12a〜12d……アルミ
シリコン層、13a〜13d……バリヤ層、Q1,Q2……PNP負
荷トランジスタ、Q3,Q4……NPN駆動トランジスタ。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the structure of a PNP load type memory cell according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional emitter-coupled memory cell, FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of a PNP load type memory cell which is an object of the present invention, and FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram showing current-voltage characteristics, and FIG. 6 is a sectional view showing a general electrode structure in a conventional semiconductor integrated circuit device. 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... N + type buried layer, 5 ... collector pull-up port, 6a ... NPN transistor base region / PNP transistor collector region, 6b ... PNP transistor emitter region, 7a, 7b ...... NPN transistor emitter region, 9a, 9b …… Polysilicon electrode, 11a to 11d …… Metal silicide layer (platinum silicide layer), 12a to 12d …… Aluminum silicon layer, 13a to 13d …… Barrier layer, Q 1 , Q 2 ... PNP load transistor, Q 3 , Q 4 ... NPN drive transistor.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 謙三 東京都小平市上水本町1448番地 日立超エ ル・エス・アイエンジニアリング株式会社 内 (72)発明者 三輪 秀郎 東京都小平市上水本町1448番地 日立超エ ル・エス・アイエンジニアリング株式会社 内 (72)発明者 春藤 誠一 東京都小平市上水本町1448番地 日立超エ ル・エス・アイエンジニアリング株式会社 内 (72)発明者 奥田 範佳 東京都小平市上水本町1448番地 日立超エ ル・エス・アイエンジニアリング株式会社 内 (72)発明者 荻上 勝己 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 岩渕 正人 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (56)参考文献 特開 昭54−71564(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kenzo Matsumura 1448, Kamisuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Inside Hitachi Ultra ESI Engineering Co., Ltd. Address: Hitachi Ultra EPS Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Seiichi Haruto 1448, Kamimizuhoncho, Kodaira-shi, Tokyo Address: Hitachi Ultra EPS Engineering Co., Ltd. (72) Norika Okuda Tokyo 1448, Kamimizuhonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Within Hitachi Ultra ESL Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Katsumi Ogigami 2326, Imai, Ome-shi, Tokyo Inside Hitachi Device Works Development Center (72) Masato Iwabuchi 2326 Imai, Ome-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Device development The printer (56) References Patent Sho 54-71564 (JP, A)
Claims (2)
1エミッタがデータ線に接続されるとともに第2エミッ
タが保持電流源に接続されたマルチエミッタ構造の一対
のNPN型駆動トランジスタと、これらの駆動トランジス
タの各コレクタにベースが、また上記駆動トランジスタ
の各ベースにコレクタがそれぞれ接続された一対のPNP
型負荷トランジスタとからなるエミッタ結合型メモリセ
ルを備えてなる半導体記憶装置において、 上記NPN型駆動トランジスタは半導体基板の表面から深
さ方向に向かって、N型エミッタ領域とP型ベース領域
とN型コレクタ領域が順に形成された縦型構造とされ、 上記PNP型負荷トランジスタは半導体基板の表面に沿っ
て、P型エミッタ領域、N型ベース領域、P型コレクタ
領域が順に形成された横型構造とされ、かつそのN型ベ
ース領域は上記NPN型駆動トランジスタのN型コレクタ
領域と、また該負荷トランジスタのP型コレクタ領域は
上記NPN型駆動トランジスタのP型ベース領域とそれぞ
れ共通の半導体領域として形成されているとともに、 上記PNP型負荷トランジスタのエミッタ電極は、その最
下層に、高融点金属膜を被着して熱処理を行うことによ
りシリサイド化された高融点金属シリサイド層が形成さ
れ、該高融点金属シリサイド層の上にアルミニウムを主
体とする導電層が形成された構造とされ、 上記NPN型駆動トランジスタの第1,第2エミッタ電極
は、その最下層にポリシリコン層が形成され、該ポリシ
リコン層の上に、高融点金属膜を被着して熱処理を行う
ことによりシリサイド化された高融点金属シリサイド層
が形成され、該高融点金属シリサイド層の上にアルミニ
ウムを主体とする導電層が形成された構造とされている
ことを特徴とする半導体記憶装置。1. A pair of multi-emitter NPN drive transistors having a base and a collector cross-coupled to each other, a first emitter connected to a data line, and a second emitter connected to a holding current source, and their driving. A pair of PNPs whose bases are connected to the collectors of the transistors and whose collectors are connected to the bases of the drive transistors.
In a semiconductor memory device comprising an emitter-coupled memory cell including a load transistor, the NPN drive transistor has an N-type emitter region, a P-type base region, and an N-type base region in a depth direction from a surface of a semiconductor substrate. The PNP type load transistor has a vertical structure in which a collector region is sequentially formed, and the PNP type load transistor has a horizontal structure in which a P type emitter region, an N type base region and a P type collector region are sequentially formed along a surface of a semiconductor substrate. The N-type base region is formed as a common semiconductor region with the N-type collector region of the NPN-type drive transistor, and the P-type collector region of the load transistor is formed as a common semiconductor region with the P-type base region of the NPN-type drive transistor. In addition, the PNP type load transistor emitter electrode is heat-treated by depositing a refractory metal film on the bottom layer. As a result, a silicided refractory metal silicide layer is formed, and a conductive layer composed mainly of aluminum is formed on the refractory metal silicide layer. In the 2 emitter electrode, a polysilicon layer is formed in the lowermost layer, and a refractory metal silicide layer silicided by depositing a refractory metal film and heat treatment is formed on the polysilicon layer. A semiconductor memory device having a structure in which a conductive layer composed mainly of aluminum is formed on the refractory metal silicide layer.
ニウムを主体とする導電層との間には高融点金属からな
るバリア層が形成されてなることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の半導体記憶装置。2. A barrier layer made of a refractory metal is formed between the refractory metal silicide layer and the conductive layer containing aluminum as a main component. Semiconductor memory device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60184228A JPH0740589B2 (en) | 1985-08-23 | 1985-08-23 | Semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60184228A JPH0740589B2 (en) | 1985-08-23 | 1985-08-23 | Semiconductor memory device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6245168A JPS6245168A (en) | 1987-02-27 |
| JPH0740589B2 true JPH0740589B2 (en) | 1995-05-01 |
Family
ID=16149614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60184228A Expired - Lifetime JPH0740589B2 (en) | 1985-08-23 | 1985-08-23 | Semiconductor memory device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0740589B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6047739B2 (en) * | 1977-11-17 | 1985-10-23 | 松下電器産業株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
-
1985
- 1985-08-23 JP JP60184228A patent/JPH0740589B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6245168A (en) | 1987-02-27 |
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