JPS6175556A - 相補型mos半導体メモリ - Google Patents

相補型mos半導体メモリ

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JPS6175556A
JPS6175556A JP60195850A JP19585085A JPS6175556A JP S6175556 A JPS6175556 A JP S6175556A JP 60195850 A JP60195850 A JP 60195850A JP 19585085 A JP19585085 A JP 19585085A JP S6175556 A JPS6175556 A JP S6175556A
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JP
Japan
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channel mos
channel
substrate
mos transistor
drain
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JP60195850A
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Toshiaki Masuhara
増原 利明
Yoshio Sakai
芳男 酒井
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速、低消費電力のMOS型半導体メモリの
構成法、特に相補型MOS型半導体メモリの構成法に関
するものである。
〔発明の背月〕
従来、MOS型半導体メモリにおいて、単一の導電型の
トランジスタのみより成るn−MOSメモリや、pとn
チャネルの異なる導電型のトランジスタを組み合せた相
補型メモリが知られている。
17かし、このうち前者は消費電力が大きいという欠点
がある。このため大規模なメモ1ハたとえばfi5にビ
ット1扶上にすると、主として周辺の回路の消費電力の
ためチップの温度が上昇し、集積度が制限される。また
、後者は、消費電力が小さいがビットあたりのセル面積
が大きく、大集積度が実現できない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、周辺部分にpとnチャネルの2つの型
のトランジスタを用いたメモリ素子を高速、低電力、大
集積度で動作させるための相補型MOS半導体メモリの
構成法を提案するにある。
〔発明の概要と実施例〕
第1図、第2図は、本発明の骨子を示すもので、相補型
MOS半導体メモリの断面図を示すものである。
n基板1上にnチャネルMOS)ランジスタとpチャン
ネルMOS)ランジスタを周辺回路りとして設ける七共
lこ、n基板内にメモリセルMを結合する。第1図にお
いてはPウェル2(不純物濃度は10″′〜10′77
Cm3糧度である。)を基板1中に形成し、このPウェ
ル内にソース3おヨヒドレイン4のn 拡散層を設けて
nチャンネルトランジスタ七なす。更に基板1中にソー
ス5、ドレイン6を形成しpチャンネルMOS)ランジ
スタとなす。なお、9,12は各々ゲー)8,10゜1
1.13はソースおよびドレインの電極である。
一方、メモリセルは、シリコン層14の直下に形成され
る反転層と、シリコンの転送電極15およびデータ線と
なるp+拡散層7よりなっている。
なおi 6は絶縁層である。
本発明のひとつの特徴は、比較的不純物濃度の低い基板
にデータ線をもつようにメモリセルを形成したことにあ
る。
第2図は、チャネル長2μm以下の短チャネルMOS型
トランジスタにより周辺回路を構成した例である。n基
板17」二に形成されたPウェル1B内に、n 拡散層
20.21をソース、ドレインとしnチャネルMOS)
ランジスタを設ける。
ついで基板内に部分的に基板より高濃度のn型ウェル1
9を形成しn型ウェル19内にp+層22.23を設け
たソース・ドレインとしpチャネルMOS)ランジスタ
となt/%周辺回路りとして用いるものである。なお、
25.26はゲート、29.30,31.32は電極を
示す。メモリセルMの部分は第1図と同様で、27はシ
リコン層、2Bはシリコンの転送電極、24はデータ線
となるp+拡散層、100は絶縁膜である。
第1図、第2図にn型基板に対し、相補型の周辺回路と
低不純物濃度の基板に構成したメモリセルを結合した例
を示した。この構成の利点は以下の通りである。
(p相補型の周辺回路とn基板内に構成したメモリセル
の使用lこより、極めて低電力のメモリが構成できる。
実験によると従来のn −M OSに比較して1/7〜
1/10の低電力化が達成できた。
(2)周辺回路が相補型にできるので消費電力が小さく
、大容量化に適している。
(3)第2図のととくウェルを有する構造を採るとnチ
ャネル、nチャネルの両方の型のトランジスタのチャネ
ル長を2μm以下にすることができ周辺回路を高速化す
ることができる。
さらに、本発明の構成をとることは、次のような利点が
ある。
(4)  メモリセルの転送電極(第1図の15あるい
は第2図の28)下ζこ形成されるトランジスタはソー
ス・ドレインが交替されて使用される。このような使用
法においては、特に短チャネル(2μm程度以下)のと
き酸化膜に電荷が注入され、より安定な動作を行ない得
る。
すなわち、1:L下に示す如く電荷の注入による安定性
は、pチャンネルMOS)ランジスタのほうが、nチャ
ンネルMOS)ランジスタより優れている為、本発明の
構成を採ることにより、安定な動作を確保できるもので
ある。
第3図にソース、ドレイン領域が同じ形状を有する対称
形のMOS(酸化膜T。X=1000人、nチャネルの
場合の不純物濃度〜10” / cm8、nチャネルの
場合〜5X10”/cm8である。)トランジスタを用
いた実験結果を示す。同図はドレインに、ある電圧Vを
加え、30秒動作させた後1 ドレインとソースを入れ
替え、しきい電圧を測定し、しきい電圧が元の値と異な
る値にシフトする限界の電圧値をチャネル長(Leff
)の関数として示したものである。図より、Pチャネル
はNチャネルより安定な動作をすることができる。
また短チヤネル化が可能である。
(5)n基板上は欠陥の発生が少なく、リーク電流が少
ない。このため長いリフレッシュ時間を得ることができ
る。
本発明の相補型MOS半導体メモリはその基板が、デー
タ線の高レベル電圧vHより高い電圧、1vDD+にな
されることによりより有効となる。
?−′1vDD+の印加手段は一般的な回路を用いて十
分である。この電EEvDD+はデー2線容量を可及的
に減少せしめるように高くすることが望ましいが、一方
、pチャネルMOSの(7きい電圧の絶対値(v5)が
、 このバイアスより必要以上に高くならないようにす
る必要がある。たとえばメモリの蓄積電荷は(vDD−
1v、rHl)coxとなるがv])Dが5vの場合1
v、rHl が2v以上になると、この値は急激に低下
し、センスアンプで検知できなくなる。したがって、基
板バイアスを加えたときp ” M OSのvTHは2
v以下が好ましい。また同様に周辺回路の動作速度上か
らも2v以下が好ましい。所望の”nn” の[、とj
てはたとえば、ゲート直下の酸化膜厚T。X二500人
、基板不純物濃度N=10111cm−3)とき、vn
D=5vならばvDD+は8〜10vにとるとデータ線
容歇は約273〜1/2となる。
このような手段をとることにより、更(こ次のような利
点を生ずる。
(6)  メモリ・セルのデータ線24の底面部が濃度
の小さいjテに接しているため容量が小さく、さらに逆
にバイアスされているため、データ線と基板間の容量を
一層小さくすることができる。このためメモリ・セル内
の反転層上蓄積電極27の間の蓄積容徽C8とデータ線
容量C9の比C,/CDを、センスアンプの許容範囲ま
で小さくしたとき、C3が小さくてすみ、したがって、
セルの面積を小さくすることができる。
第4図は本発明を具体的に適用した回路図である。同図
において、pチャネルMOSトランジスタ33とnチャ
ネルMOS)ランジスタ34〜37は、アドレス・デコ
ーダを形成し、ワード線67を選択する。実際には、タ
イミングノ(ルスφ8が高レベルになったときpチャネ
ルトランジスタ51とnチャネルトランジスタ52で形
成されるインバータの出力端子が低レベルとなり、これ
がnチャネルMOS)ランジスタ38を通してワード線
67を低レベルにすることにより選択が行われる。これ
により、pチャネルMOS)ランジスタ39と容量43
により成るセル、またpチャネルMOS)ランジスタ4
0と容量44により成るセルが読み出し状態となる。た
とえば、Csの電荷はデータ線64に付いた容量CD4
7に転送され、これが、センスアンプを形成するpチャ
ネルおよびnチャネルMOS)ランジスタ55〜60に
よりセンスされる。53.61はセンスアンプのスイッ
チ用トランジスタである。なお、図において、メモリ・
セルのデータ線容量を小さくするため、データ線はつね
に逆バイアス状態になるよう、基板端子VD:に対し、
やや低い電圧vDT)  でセンスアンプが駆動されて
いる。他の周辺回路はvrloで動作させてもVD+1
+で動作させてもよいovDD+としてはたとえば10
v1vDDと[7ては7vという値で実験を行なった結
果、これらの回路は良好に動作することが確認された。
第5図、第6図は・他の実施例である。第5図を説明す
る。100cmの0711:板69の表面に濃度1o1
2 cm−2のヒ素のn I脅71が約1μm拡散され
、(一般に0層71は不純物濃度が1012〜1010
137C程度である。)、この部分を1Ω・cmとして
いる。71.73がpウェル70に形成されたnチャネ
ルMOSのソース・ドレインで、74.75はpチャネ
ルMOSのソース・ドレインとなるp+層76がデータ
線となるp+層である。このときpウェル層の不純物濃
度は1015〜1017/cm8 程度である。ソース
とドレインは通常の寸法で作製すればよい。本構造の特
徴は、データ線、及び周辺回路のpチャネルMOSのソ
ース・ドレイン層が、比較的濃度が高い層で囲まれてい
るため、pチャネルM 08 、フィールド部分のMO
Sのしきい電圧が第2図より高くなる。
しか[7、これらの底面部は、濃度が低い基板に接して
いるから、データ線容量は小さくできる。
なお、データ線の底面部より深<、n層71が拡散され
ていても、その差が0.5μm以内ならば、はぼ空乏層
化されてしまうため、容量は同様小さくできることが実
験より分かつている。
第6図は第2図とほぼ同様であるが、n層の基板85に
、局所酸化法によるS + 02膜103を形成し、ゲ
ート酸化を行ったあと、シリコン電極を被着する。この
あと、ボロンを拡散したpウェル層86.ヒ素を拡散し
たnチャネルMOSのソース・ドレイン層87.88を
順次、同じまどからの拡散(こより、二重拡散法で形成
している。そのあ(!:%  pチャネルMOSのソー
ス・ドレインp + 、l響89,90.および、デー
タ線p+層91を拡散L7ている。
第7図は第5図に示されている実施例とほぼ同じ構造を
有するが、その異なる点は、第6図に示す実施例ではn
ウェル106とほぼ同じ程度の比較的高い不純物濃度(
例えば1016cm−3程度)を有する1層107が、
pチャネルトランジスタが形成される領域のみに形成さ
れ、かつ、この1層107がnウェル106とは互に離
れて接しないようlこ形成されると七である。このよう
な構造を吉るこ古により、pチャネル及びpチャネルト
ランジスタのそれぞれのしきい電圧を決める基板の不純
物濃度は、互いに無関係に決めることができるので、自
由度が増す利点を有するようになる。
なお、第5図、第6図、第7図に第5ける各番号は次の
通りである。
79、sl、s2.s4.q4,9b、97゜99.1
15,117,118,120は電極、80.83,9
5.98,116,119はゲート、7B、93,11
4はシリコン層、77゜92.11:うは転送電極、7
6.91,112はデータ線きなる拡散層、101,1
02は絶縁層である。
第8図は、一般にT、 OCOS法と呼ばれる局所酸化
法を応用した素子の製造工程の例を示すものである。ま
ず基板301上に選択酸化により形成した厚いフィール
ド酸化膜302をマスクにして、p型ウェル304およ
びnウェル306を形成する(第8図A、B、C)。薄
いゲート酸化膜301を形成した後、第1層目の多結晶
シリコン30730Bを被着し、周辺回路におけるpチ
ャネルトランジスタおよびメモリセル部上の多結晶シリ
コン308にのみp形不純物を高濃度添加する(第B図
D)。メモリセル部にのみ酸化膜311を形成シ、その
後、ホトエツチングによって多結晶シリコンにパターン
を形成して、ゲート電極312.313および蓄積電極
352を形成する(第7図E)。その後、薄い酸化膜3
14を形成した後、第2層目の多結晶シリコン;う15
を被着しく第8図F)、Nチャネルトランジスタのソー
ス・ドレイン領域322及び第2層目の多結晶シリコン
3151こn形不純物を高濃度添加する(第8図G)。
次に酸化膜316をNチャネルトランジスタ部とメモリ
セル転送電極360上に形成し、p形不純物を高濃度添
加してpウェル304内のp形高濃度層317、pチャ
ネルトランジスタのソース、ドレイン318、およびメ
モリセルのデータ線319を形成する(第8図H)o次
に表面保護膜320を被着し、最後に電極321を形成
する(第8図I)。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の骨子を示す相補型MOS半導体メモリ
の断面図、第2図、第5図、第6図、第7図は本発明の
実施例を示すメモリの断面図、第3図はpチャネルとn
チャネルMOSの最大使用電圧を示す図、第4図は本発
明を具体的に適用した回路図、第8図は本発明のメモリ
の製造工程の例を示す図である。 1.17,69,85,104,301は半導体基板、
2.1B、19,70,86,106゜304 、30
6はウェル不純物領域、3.4,20,21,71,7
3,87.88゜107.108,109,322はn
型不純物領域、 5.6,7,22,23,24,74,75゜76.8
9,90,91,110,111゜112 、 :(1
8、319はp型不純物領域、9.12,25,26,
80,83,95.98゜116.119,312,3
13はゲート電極、14.27.7B、93,114,
352は容量電極、 15.28.77.92,113,360は転送電極、 16.100,101,102,103,105.30
2 、303は絶縁膜、 8.10,11,13,29,30,31,32゜79
.81,82,84,94,96,97,99゜115
.117,118,120,321は電極、320は保
護膜である。 輿 1 図 し             m 与1’a   2  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、pチャンネル型MOSトランジスタと容量とからな
    るメモリセル回路と、上記pチャンネル型MOSトラン
    ジスタのソース又はドレインに接続されたデータ線と、
    該データ線に、第1のnチャンネル型MOSトランジス
    タと第1のpチャンネル型MOSトランジスタのドレイ
    ンおよび第2のnチャネル型MOSトランジスタと第2
    のpチャンネル型MOSトランジスタのゲートが接続さ
    れ、対をなすデータ線に第1のnチャンネル型MOSト
    ランジスタと第1のpチャンネル型MOSトランジスタ
    のゲートおよび第2のnチャンネル型トランジスタと第
    2のpチャンネル型MOSトランジスタのドレインが接
    続されてなるセンスアンプ回路を有してなることを特徴
    とする相補型MOS半導体メモリ。 2、前記pチャンネル型MOSトランジスタの基板電位
    を、前記センスアンプ回路の電源電圧V_D_Dより高
    い電圧V_D_D+に印加する手段を備えたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の相補型MOS半導体
    メモリ。
JP60195850A 1985-09-06 1985-09-06 相補型mos半導体メモリ Pending JPS6175556A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62276868A (ja) * 1986-05-26 1987-12-01 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置
JPH01109762A (ja) * 1987-10-22 1989-04-26 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体メモリ装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62276868A (ja) * 1986-05-26 1987-12-01 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置
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