JP3161120B2 - メモリセル - Google Patents

メモリセル

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JP3161120B2
JP3161120B2 JP00964293A JP964293A JP3161120B2 JP 3161120 B2 JP3161120 B2 JP 3161120B2 JP 00964293 A JP00964293 A JP 00964293A JP 964293 A JP964293 A JP 964293A JP 3161120 B2 JP3161120 B2 JP 3161120B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はメモリセルに関し、特に
薄膜トランジスタを有するメモリセルに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のメモリセルは図4に示すように、
薄膜トランジスタQ1 ,Q2 および駆動MOSトランジ
スタQ3 ,Q4 による対称なフリップフロップ回路と、
転送MOSトランジスタQ5 ,Q6 とを含んで構成さ
れ、図5に示すように、シリコン基板上に形成された駆
動MOSトランジスタおよび転送MOSトランジスタの
上に層間絶縁膜を介して図6に示す薄膜トランジスタが
形成される。なお、図7はメモリセルの模式的断面図で
ある。
【0003】まず、下地のシリコン基板に形成されるト
ランジスタについては、図5及び図7に示すように、駆
動MOSトランジスタが向かい合うようにセルの中心に
置かれ、そのゲート電極201は上層の薄膜トランジス
タとゲートコンタクトホール202を介して接続され
る。このフリップフロップ回路のデータを読み出すため
に、そのワード線203と呼ばれる配線層をゲート電極
とする転送MOSトランジスタが配置され、ワード線の
外側にビット線へ接続するためにビット線コンタクトホ
ール204が設けられる。
【0004】また、駆動MOSトランジスタのソース側
の拡散層205は、拡散層コンタクトホール206を通
じて、GND配線207に接続されている。このとき、
上層の薄膜トランジスタ回路については、上述した下地
のパターンによるコンタクトの配置を前提として配置を
決める必要がある。
【0005】上層の薄膜トランジスタは図6および図7
に示すように、層間絶縁膜217に下地のトランジスタ
のゲート電極201との接続のためにゲートコンタクト
ホール202を開口し、リンをドーピングした厚さ80
nmの多結晶シリコン膜で薄膜トランジスタのゲート電
極210を形成する。その上に厚さ40nmのCVD酸
化膜を用いてゲート酸化膜216を形成し、さらにその
上層に厚さ50nmの多結晶シリコン膜を堆積してパタ
ーニングし、ゲート電極上にチャネル領域215とオフ
セット領域212をマスクとしてホウ素を1×1015
-2程度のドーズ量で選択的にイオン注入し、ソース側
に対応した電源配線211とドレイン側に対応した高濃
度不純物領域213を形成する。この高濃度不純物領域
213は、ゲート・ドレインコンタクトホール214を
介してセル内の他方の薄膜トランジスタのゲート電極2
10に接続している。また、チャネル領域215とオフ
セット領域212には、薄膜トランジスタのしきい値を
制御するために、必要に応じてリンを1×1012cm-2
程度のドーズ量でイオン注入している。
【0006】これらの薄膜トランジスタの上層には、層
間絶縁膜218が形成され、さらに上層のアルミニウム
配線219とビット線コンタクトホール204を介して
接続され、電源配線211に対しては、メモリセル領域
外でコンタクトホールを形成して接続されている。
【0007】以上のような構造を有する薄膜トランジス
タについては、下地とゲートコンタクトホール202を
共有するために、薄膜トランジスタのゲート電極210
は、この付近に配置する必要があること、また、薄膜ト
ランジスタのソース側の高濃度不純物領域は、周辺部で
電源配線211として隣接セルとの接続をとり、またド
レイン側はセル中心部でフリップフロップ回路のトラン
ジスタ間接続に用いられるなど、メモリセル内での薄膜
トランジスタの配置には制約が多い。
【0008】特に薄膜トランジスタの場合に特徴的なの
は、ゲート電極端からオフセット領域212をとって配
置されるドレイン領域の高濃度不純物領域213と、他
方のトランジスタのゲート電極を接続するゲート・ドレ
インコンタクトホール214が形成される点も考慮する
必要がある。
【0009】下地のトランジスタに準じた配置も可能で
あるように考えられるが、転送MOSトランジスタと同
様な配置では、ワード線と同じ寸法の薄膜トランジスタ
のゲート長をとる制約と、ビット線コンタクトホール2
04との間隔が確保できず、駆動MOSトランジスタと
同様な配置では、薄膜トランジスタ構造のゲート・ドレ
インコンタクトホール21を配置する面積の確保がで
きない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】この従来のメモリセル
は、より高い集積度を得るためにより小さいセル形状を
確保する必要があり、このような微細寸法の下地シリコ
ン基板のトランジスタの特性劣化防止としては、低電圧
動作仕様とされる傾向がある。このとき、薄膜トランジ
スタには低電圧動作時の大きなオン電流の確保が望ま
れ、パターン設計上ではより大きなゲート幅の実現が要
求されていた。
【0011】従来例のような配置では、セル形状の短辺
寸法と薄膜トランジスタのゲート幅の設計が関連してい
るために配置が制約されるという問題点があった。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のメモリセルは、
半導体基板に設けて互に接続した駆動MOSトランジス
タおよび転送MOSトランジスタと、前記駆動MOSト
ランジスタおよび転送MOSトランジスタを含む表面に
設けた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に設けて前記駆
動MOSトランジスタと接続し対称なフリップフロップ
回路を構成する薄膜トランジスタとからなるメモリセル
において、前記薄膜トランジスタのゲート電極および
ゲート電極と対向するチャネル領域を前記メモリセル
繰り返し方向に対して傾斜させて配置し、かつ、前記
薄膜トランジスタのゲート電極をチャネル領域を挟んで
前記チャネル領域の下方及び上方にそれぞれ下層ゲート
電極及び上層ゲート電極を有し、前記薄膜トランジスタ
のうちの一方の薄膜トランジスタの下層ゲート電極が、
前記駆動MOSトランジスタのうちの一方の駆動MOS
トランジスタに接続され、前記一方の薄膜トランジスタ
の上層ゲート電極が、前記一方の薄膜トランジスタと対
をなす他方の薄膜トランジスタに接続されることを特徴
とする。
【0013】次に、本発明について説明する前に、本発
明の関連技術について図面を参照して説明する。
【0014】図1は本発明の関連技術を示すメモリセル
の平面図である。
【0015】図1に示すように、下地のシリコン基板に
形成される駆動MOSトランジスタおよび転送MOSト
ランジスタの配置を図2に示した従来のメモリと同様に
配置した表面に層間絶縁膜を形成して従来例と同様の位
置にゲートコンタクトホール202を設け、ゲートコン
タクトホール202のゲート電極201に接続する薄膜
トランジスタのゲート電極110とチャネル領域115
が直交する部分をメモリセルの長方形の繰返しパターン
の辺に対して約45度に傾斜させて配置する。また、ド
レイン側のオフセット領域112の外側で高濃度不純物
領域113を屈曲させて、セル内の他方の薄膜トランジ
スタのゲート電極110への配線パターンとしている。
このように、屈曲部を設けることで、セル形状短辺寸法
と関連した配線パターンの部分とゲート幅寸法を独立し
て設定できる。
【0016】一般に、屈曲部のような複雑な形状を持つ
トランジスタは、特性への影響が心配される。しかし、
ドレイン側にオフセット領域112を有する薄膜トラン
ジスタでは、低濃度不純物領域であるドレイン・オフセ
ット部分の抵抗が高いために、トランジスタとしての電
流経路については、より抵抗の低い外側の領域の形状か
ら受ける影響は少なく、特性上の顕著な低下は見られな
かった。
【0017】さて、以上のような傾斜した配置法の有効
な傾斜角度は、45度を中心として30度から60度程
度が適当である。図1に示した下地シリコン基板上のト
ランジスタ配置を見ると、ゲートコンタクトホール20
2から、各々縦方向、横方向のセル境界への間隔は、も
う1組のトランジスタを配置する間隔であり、おおむね
同程度であるので薄膜トランジスタのゲート電極を傾斜
して配置するには、45度付近が適当である。
【0018】
【実施例】 次に、本発明の実施例を説明する。図2は本
実施例を示す平面図である。
【0019】図2に示すように、ゲートコンタクトホー
ル202を介して下地の駆動MOSトランジスタと接続
した下層ゲート電極316と、上層・下層ゲートコンタ
クトホール315を介して下層ゲート電極316と接続
し、チャネル領域318を下層ゲート電極316と対抗
させて挟み、ゲート・ドレインコンタクトホール114
を介して高濃度不純物領域113と接続した上層ゲート
電極317とを有している以外は第1の実施例と同様の
構成を有しており、薄膜トランジスタのオン電流を増加
できる利点がある。
【0020】ここで、上層ゲート電極317と下層ゲー
ト電極316の接続をとるためのコンタクトホールは、
下地基板の駆動MOSトランジスタのゲートコンタクト
ホールに重ねて形成することもできるが、平坦でないと
ころへコンタクトホールを形成するのは、パターン形成
の製造ばらつきなどの点で問題があるが、ゲート電極を
セル形状の対角線方向に配置する本実施例の特徴を生か
して、対角線方向の先端部に下層・上層ゲート電極を接
続するコンタクトホールを配置している。
【0021】図3(a)〜(d)は本発明の実施例の製
造方法を説明するための工程順に示した断面図である。
【0022】まず、図3(a)に示すように、シリコン
基板401の上に設けた酸化シリコン膜402の上に下
層のMOSトランジスタのゲート電極403を選択的に
形成する。次に、ゲート電極403を含む表面に設けた
層間絶縁膜404にゲートコンタクトホール202を設
け、ゲートコンタクトホール202のゲート電極403
に接続する下層ゲート電極316をリンをドープした厚
さ80nmの多結晶シリコン膜で層間絶縁膜404の上
に形成し、ゲート電極316を含む表面にCVD法でゲ
ート酸化膜となる酸化シリコン膜405を40nmの厚
さに形成する。
【0023】次に、図3(b)に示すように、酸化シリ
コン膜405の上に薄膜トランジスタの活性層用の厚さ
50nmのノンドープ又は低濃度の多結晶シリコン膜4
06を堆積してパターニングし、選択的に形成したフォ
トレジスト膜407により多結晶シリコン膜406のチ
ャネル領域およびオフセット領域なる部分をマスクして
ホウ素イオン408をイオン注入し、ソース・ドレイン
領域となる高濃度不純物領域113を形成する。
【0024】次に、図3(c)に示すように、フォトレ
ジスト膜407を除去した後CVD法で全面に厚さ40
nmのゲート酸化膜となる酸化シリコン膜409を形成
し、酸化シリコン膜405,409を選択的に順次エッ
チングして下層・上層ゲート間コンタクトホール315
およびゲート・ドレインコンタクトホール114を形成
する。
【0025】次に、図3(d)に示すように、全面にタ
ングステンシリサイド膜を160nmの厚さに堆積して
パターニングし、上層・下層ゲート間コンタクトホール
316の下層ゲート電極316およびゲート・ドレイン
コンタクトホール114の高濃度不純物領域113と接
続する上部電極317を形成する。次に、上部電極31
7を含む表面にCVD法により厚さ0.4μmの酸化シ
リコン膜を堆積して層間絶縁膜410を形成する。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、薄膜トラ
ンジスタのゲート電極とこれに対向するチャネル領域を
メモリセルの繰返しパターンの辺に対して傾斜させて配
置することにより、ゲート幅とセル短辺の設定の制約を
緩和できるという、関連技術の効果に加えて、チャネル
領域の上下にゲート電極を有するので、大きなオン電流
を得ることができるという効果がある。
【0027】また、ゲート電極間の間隔を相対的に広げ
ることができるため、ゲート・ドレインコンタクトホー
ルとゲートコンタクトホールの間隔を広げることができ
る利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の関連技術を示す平面図。
【図2】本発明の実施例を示す平面図。
【図3】本発明の実施例の製造方法を説明するための工
程順に示した断面図。
【図4】従来のメモリセルの一例を示す回路図。
【図5】従来のメモリセルの下層部分の配置を説明する
ための平面図。
【図6】従来のメモリセルの上層部分の配置を説明する
ための平面図。
【図7】従来のメモリセルを示す模式的断面図。
【符号の説明】
110,201,210,403 ゲート電極 111,211 電源配線 112,212 オフセット領域 113,213 高濃度不純物領域 114,214 ゲート・ドレインコンタクトホール 115,215 チャネル領域 202 ゲートコンタクトホール 203 ワード線 204 ビット線コンタクトホール 205 拡散層 206 拡散層コンタクトホール 207 GND配線 216 ゲート酸化膜 219 アルミニウム配線 315 上層・下層ゲート間コンタクトホール 316 下層ゲート電極 317 上層ゲート電極 401 シリコン基板 402,405,409 酸化シリコン膜 404,410 層間絶縁膜 406 多結晶シリコン膜 407 フォトレジスト膜 408 ホウ素イオン

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に設けて互に接続した駆動M
    OSトランジスタおよび転送MOSトランジスタと、前
    記駆動MOSトランジスタおよび転送MOSトランジス
    タを含む表面に設けた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上
    に設けて前記駆動MOSトランジスタと接続し対称なフ
    リップフロップ回路を構成する薄膜トランジスタとから
    なるメモリセルにおいて、前記薄膜トランジスタのゲー
    ト電極および前記ゲート電極と対向するチャネル領域を
    前記メモリセルの繰り返し方向に対して傾斜させて配置
    、かつ、前記薄膜トランジスタのゲート電極をチャネ
    ル領域を挟んで前記チャネル領域の下方及び上方にそれ
    ぞれ下層ゲート電極及び上層ゲート電極を有し、前記薄
    膜トランジスタのうちの一方の薄膜トランジスタの下層
    ゲート電極が、前記駆動MOSトランジスタのうちの一
    方の駆動MOSトランジスタに接続され、前記一方の薄
    膜トランジスタの上層ゲート電極が、前記一方の薄膜ト
    ランジスタと対をなす他方の薄膜トランジスタに接続さ
    れることを特徴とするメモリセル。
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KR100836767B1 (ko) 2007-02-05 2008-06-10 삼성전자주식회사 높은 전압을 제어하는 모스 트랜지스터를 포함하는 반도체소자 및 그 형성 방법

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