JP2685372B2 - スタティックramセル - Google Patents

スタティックramセル

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JP2685372B2 JP3153419A JP15341991A JP2685372B2 JP 2685372 B2 JP2685372 B2 JP 2685372B2 JP 3153419 A JP3153419 A JP 3153419A JP 15341991 A JP15341991 A JP 15341991A JP 2685372 B2 JP2685372 B2 JP 2685372B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はスタティックRAMセ
ルに関する。さらに詳しくは記憶素子としてのフリップ
フロップを構成するトランジスタと負荷との接続構造に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、スタティックRAMセルにおい
て、交差接続された2つのインバータによって構成され
るフリップフロップが記憶素子となっている。高密度な
スタティックRAMセルにおいては、記憶素子のセルサ
イズを非常に小さくすることが要求される。図8及び図
9に、MOS技術により製造された従来の高密度スタテ
ィックRAMセルの電気回路及び構造を示す。
【0003】上記スタティックRAMセルは、4個のN
チャンネルバルクトランジスタと2個の高抵抗値ポリシ
リコン抵抗とからなっている。図8〜9において、アク
セストランジスタQ1〜Q2は記憶素子セルのノード
A,BをビットラインBL,*BLにそれぞれ接続す
る。
【0004】フリップフロップFFはトランジスタQ3
及び負荷抵抗R1とトランジスタQ4及び負荷抵抗R2
とで構成されている。トランジスタQ1,Q2,Q3,
Q4は半導体基板にバルク素子として、MOS技術で形
成される。場所を節約し、かつ高密度とするために、バ
ルク素子上に堆積されるポリシリコン層に負荷抵抗R
1,R2が形成される。
【0005】すなわち、図9において、50はP-型の
シリコン基板、OXは素子分離領域、51はアクセスト
ランジスタQ1のポリシリコンからなるゲート電極、5
2はトランジスタQ4のポリシリコンからなるゲート電
極、53はトランジスタQ1のドレイン領域である。
【0006】図10は、上記の構成のメモリセルの典型
的な配置を示す平面図である。まず、図10の(a)に
示すように、活性領域54が形成されたのち第1のポリ
シリコン層が堆積され、パターニングされてゲートであ
る51,52,52′が形成される。この第1のポリシ
リコン層の堆積に先立って、ドレイン領域53,53′
上のゲート酸化膜に接続窓55,55′が開口されて、
いわゆる埋設接続を形成できるようにしている。したが
って第1のポリシリコン層のパターニングにより、ゲー
ト電極52,52′はそれぞれNチャンネルのバルクト
ランジスタQ3,Q4のドレイン領域上にまで素子分離
領域OXを越えて延設されることとなり、直接ゲート電
極52,52′がドレイン領域53,53′に接続され
ることとなる。
【0007】この後、図10の(b)に示すように、ゲ
ート電極52,52′上には絶縁膜を介して第2のポリ
シリコン層が堆積され、パターニングされて負荷抵抗R
1,R2が形成される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の構
成にあっては、以下に述べる理由からセルサイズを大き
くするものである。 1.第1のポリシリコン層の堆積時に埋設接続を形成す
るので、図10に符号Sgpで示すホトエッチングの解像
度によって定まる最小スペースができる。 2.埋設接続は、ドレイン領域に対してゲート電極の最
小限のオーバーラップを必要とする。以上は、ホトリソ
グラフ工程における精度に依存して発生するものであ
る。 3.埋設接続を形成するために、ポリシリコンを堆積す
る前にゲート酸化膜に接続窓が開口される。このパター
ニングはゲート酸化膜の劣化の原因となる。
【0009】この発明は、上記の事情を考慮してなされ
たもので、埋設接続にかえて記憶素子となるフリップフ
ロップを形成するバルクトランジスタのゲート電極をア
クセストランジスタのドレイン領域あるいはソース領域
と自己整合接続することによって、セルサイズを小さく
することができるSRAMセルを提供しようとするもの
である。
【0010】この発明によれば、素子分離領域上まで延
設されたゲート電極を有し、フリップフロップを形成す
る第1および第2バルクトランジスタ素子と、ソース領
域及びドレイン領域を有し素子分離領域に隣接して形成
される第3及び第4バルクトランジスタ素子と、第1バ
ルクトランジスタ素子のゲート電極と第3バルクトラン
ジスタ素子のソース領域又はドレイン領域とを自己整合
接続し上記第1バルクトランジスタの負荷となるPMO
Sトランジスタの下部電極として機能する第1導電スト
ラップ層と、 第2バルクトランジスタ素子のゲート電
極と第4バルクトランジスタ素子のソース領域又はドレ
イン領域とを自己整合接続し上記第2バルクトランジス
タの負荷となるPMOSトランジスタの下部電極として
機能する第2導電ストラップ層と、を備えてなるスタテ
ィックRAMセルが提供される。ここで、PMOSトラ
ンジスタは、TFTトランジスタであってもよい。
【0011】この発明におけるそれぞれのバルクトラン
ジスタ素子は、ゲート電極をポリシリコンによって形成
されるものであってよい。また、第1及び第2導電スト
ラップ層は、ポリシリコンあるいはシリサイドとポリシ
リコンとを2層にして形成されるポリサイドによって形
成されるものであってよい。
【0012】この発明のセル構造においては、第1及び
第2導電ストラップ層によって、第1バルクトランジス
タ素子のゲート電極と第3バルクトランジスタ素子のソ
ース又はドレイン領域とを、及び第2バルクトランジス
タ素子のゲート電極と第4バルクトランジスタ素子のソ
ース又はドレイン領域とを、自己整合接続するので、ゲ
ート電極とソース又はドレイン領域(拡散領域)との接
続に要するエリアを小さくすることができ、したがって
セルサイズを小さくすることができる。
【0013】
【実施例】この発明の実施例を図面を用いて詳述する
が、この発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。
【0014】図1は、例えば(100)半導体基板10
0上に形成されたNチャンネル型の第1及び第3バルク
トランジスタTr1及びTr3、第1導電ストラップ層
3の構成を示すSRAMセルの縦断面図である。Nチャ
ンネル型の第2及び第4バルクトランジスタTr2及び
Tr4、第2導電ストラップ層の3′の構成は、図1に
おいて第1バルクトランジスタTr1を第2バルクトラ
ンジスタTr2、第3バルクトランジスタTr3を第4
バルクトランジスタTr4、第1導電ストラップ層3を
第2導電ストラップ層3′と読み換えることによって理
解できるので、図示を省略する。
【0015】図2〜3の(a),(b),(c)及び
(d)はセル形成時の概略構成を示す平面図である。な
お、第1及び第2バルクトランジスタTr1及びTr2
は従来と同様フリップフロップを形成するものである。
【0016】図1〜2において、1は第1バルクトラン
ジスタTr1のゲート電極で、半導体基板100上に形
成されたゲート酸化膜11上にポリシリコンを堆積し、
パターニングすることによって形成される。12は素子
分離領域であり、この上面には延設されたゲート電極1
がある。
【0017】素子分離領域12に隣接して第3バルクト
ランジスタTr3の拡散領域であドレイン領域2が形成
されている。13は第3バルクトランジスタTr3のゲ
ート電極である。
【0018】3は第1導電ストラップ層で、絶縁膜14
を介してゲート電極1上及びドレイン領域2上に形成さ
れる。素子分離領域12上のゲート電極1の肩部分には
絶縁膜14が形成されていないので、第1導電ストラッ
プ層3によってゲート電極1とドレイン領域2とが自己
整合接続される。この場合、符号4で示すエリアがスト
ラップ接続エリアとなる。第1導電ストラップ層3は、
以下に説明するフリップフロップの負荷となるPMOS
型薄膜トランジスタTr5の下部ゲート電極5として機
能する。
【0019】薄膜トランジスタTr5は、下部ゲート電
極5と、その上部に絶縁膜15を介して形成される薄膜
トランジスタボディ6と、絶縁膜15に設けられた開口
を介して下部ゲート電極5に接続されるスタックト接続
のための接続パッド7と、絶縁膜16によって薄膜トラ
ンジスタボディ6とは絶縁され、かつ接続パッド7とは
接続される上部ゲート電極8とで構成される。9は金属
配線10のための接続パッドで、第3バルクトランジス
タTr3のソース領域に接続されるよう形成される。
【0020】次に、この実施例の製造工程について図4
〜7を交えて説明する。まず、半導体基板100上に、
通常のMOS技術処理に引き続いて、活性領域及び素子
分離領域12を形成する。この後、これらの上にゲート
酸化膜(SiO 2)11を熱的に成長させ、各バルクト
ランジスタのゲート電極を形成すべく第1のポリシリコ
ン層P1が堆積されドープされる。第1のポリシリコン
層P1の上には、LPCVD−SiNのような酸化遮断
層14b及びNSGからなる絶縁CVD酸化膜14aが
この順に堆積される。この絶縁CVD酸化膜14a上に
はホトレジストPRが塗布され、所定のマスクにより露
光される。そしてエッチングによって、ゲート電極1が
拡散領域に接続される部分となる絶縁CVD酸化膜14
aに接続窓ESが開口される。一方、酸化遮断層14b
はポリシリコン層P1の酸化を防ぐので、エッチングの
間に除去されてはならない。[図4の(a)]。
【0021】次に図4の(b)に示すように、第1のポ
リシリコン層P1がホトリソグラフ工程及びエッチング
工程によってパターニングされて、ゲート電極1,13
が形成される[図2の(a)]。この後、それぞれのゲ
ート電極1,13をマスクとして、LDD構造を形成す
べくイオン注入が行われる。すなわち、ゲート電極1,
13にCVD酸化膜を用いてサイドウォール17が形成
され、その後、イオン注入を用いてソース及びドレイン
領域2が形成される。さらに開口DRを有する新しいマ
スク18によって、ドレイン領域上に残留する薄いゲー
ト酸化膜が、ストラップ接続を考慮して取り除かれる。
【0022】マスク18を除去した後、ゲート電極1上
の酸化遮断層14bを絶縁CVD酸化膜14aをマスク
にしてエッチオフする。この後第1及び第2導電ストラ
ップ層を形成すべく、ポリサイドが堆積され、パターニ
ングされる。これによってゲート電極1とドレイン領域
2とを接続する第1導電ストラップ層3(第2導電スト
ラップ層3′)が形成される[図2の(b)]。この導
電ストラップ層はWSiやTiSiなどの金属層であっ
てもよい。この後、薄膜トランジスタTr5の下部ゲー
ト絶縁層として、CVD酸化膜層15aが全面に堆積さ
れ、接続パッド7用の接続窓SC1が開口される[図5
の(c)]。
【0023】次に、薄膜トランジスタボディを形成すべ
く第3のポリシリコン層がCVD酸化膜層15a上に堆
積されパターニングされる[図3の(c)]。これによ
って薄膜トランジスタボディ6及び接続パッド7が形成
される[図5の(d)]。
【0024】続いて、図6の(e)に示すように、薄膜
トランジスタの上部ゲート絶縁層として、第2のCVD
酸化膜層16aが堆積され、接続パッド7上に第2の接
続窓SC2が開口されると共に、第3バルクトランジス
タTr3のソース領域上に接続パッド9のための接続窓
SC3が開口される。
【0025】この後、図6の(f)に示すように、薄膜
トランジスタの上部ゲート電極8及び接続パッド9を形
成すべく、第4のポリシリコン層が第2のCVD酸化膜
層16a上に堆積されてパターニングされる。この後、
上部ゲート電極8を自己整合マスクとして用いて、ボロ
ンイオンを薄膜トランジスタボディ6に注入して薄膜ト
ランジスタのソース及びドレイン領域を形成する。
【0026】次に、図7の(g)に示すように、セル全
面NSG及びBPSGを連続して堆積し、その後リフロ
ー法によって平坦化することにより絶縁膜17を形成す
る。この後、接続パッド9上の絶縁膜をエッチングによ
り除去し、タングステン(w)プラグ18を充 し、さ
らに金属10を堆積して金属相互接続層を形成する。
【0027】
【発明の効果】この発明によれば、第1及び第2バルク
トランジスタ素子のゲート電極をそれぞれ、第3及び第
4バルクトランジスタのソース又はドレイン領域と第1
及び第2導電ストラップ層によって自己整合接続するの
で、メモリセルエリアを減少することができる。また、
上記の自己整合接続は、バルクトランジスタのゲート電
極のパターニングの後に形成されるので、ゲート酸化膜
を劣化させないものである。
【0028】さらに、薄膜トランジスタ素子をフリップ
フロップの負荷とする場合に、薄膜トランジスタ素子ボ
ディを形成するのと同時に、第1及び第2導電ストラッ
プ層とのスタックト接続のための接続パッドが形成され
るので、工程が簡潔化される。加えて、それぞれのバル
クトランジスタ素子のゲート電極は、ホトエッチングの
解像度を単一化して長方形パターンにすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の実施例の要部縦断面図である。
【図2】セル形成時の概略パターン構成を示す平面図で
ある。
【図3】セル形成時の概略パターン構成を示す平面図で
ある。
【図4】実施例の製造工程の第1,第2ステップを示す
工程図である。
【図5】実施例の製造工程の第3,第4ステップを示す
工程図である。
【図6】実施例の製造工程の第5,第6ステップを示す
工程図である。
【図7】実施例の製造工程の第7ステップを示す工程図
である。
【図8】従来例の等価電気回路図である。
【図9】従来例の構造を示す要部縦断面図である。
【図10】従来例のセル形成時の概略パターン構成を示
す平面図である。
【符号の説明】
1 ゲート電極 2 ドレイン領域 3 第1導電ストラップ層 3′第2導電ストラップ層 12 素子分離領域 Tr1 第1バルクトランジスタ Tr2 第2バルクトランジスタ Tr3 第3バルクトランジスタ Tr4 第4バルクトランジスタ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 素子分離領域上まで延設されたゲート電
    極を有し、フリップフロップを形成する第1および第2
    バルクトランジスタ素子と、 ソース領域及びドレイン領域を有し素子分離領域に隣接
    して形成される第3及び第4バルクトランジスタ素子
    と、 第1バルクトランジスタ素子のゲート電極と第3バルク
    トランジスタ素子のソース領域又はドレイン領域とを自
    己整合接続し上記第1バルクトランジスタの負荷となる
    PMOSトランジスタの下部電極として機能する第1導
    電ストラップ層と、 第2バルクトランジスタ素子のゲート電極と第4バルク
    トランジスタ素子のソース領域又はドレイン領域とを自
    己整合接続し上記第2バルクトランジスタの負荷となる
    PMOSトランジスタの下部電極として機能する第2導
    電ストラップ層と、 を備えてなるスタティックRAMセル。
  2. 【請求項2】 前記PMOSトランジスタが、TFTト
    ランジスタであることを特徴とする請求項1記載のスタ
    ティックRAMセル。
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