JPS6211261A - Cmosメモリ装置 - Google Patents

Cmosメモリ装置

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JPS6211261A
JPS6211261A JP60150401A JP15040185A JPS6211261A JP S6211261 A JPS6211261 A JP S6211261A JP 60150401 A JP60150401 A JP 60150401A JP 15040185 A JP15040185 A JP 15040185A JP S6211261 A JPS6211261 A JP S6211261A
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JP
Japan
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type well
peripheral circuit
memory cell
well
type
Prior art date
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JP60150401A
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English (en)
Inventor
Manabu Ando
学 安藤
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NEC Corp
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NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPS6211261A publication Critical patent/JPS6211261A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
    • H01L27/105Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including field-effect components

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はCMOSメモリ装置に関する〇〔従来の技術〕 一般K C?vi OSメモリ装置のレイアウトは太き
く分りてメモリセルマトリックス部分と周辺回路部分に
分けられる。メモリセルマトリックス部分はワード線、
デジット線及びメモリセルから成っておシ一方周辺回路
部分は外部よシ加えられるアドレス信号に対応するメモ
リセルを選択し、そのメモリセルにデータを書き込み又
り耽む出すという動作を行なうための回路部分から成っ
ている。
ところでMOSFETを用いるCMOSメモリ装置ri
第一導電型の基板に第−導を型とは相補関係にある第二
導を型のシェルを形成し、第−導%:型基板に第二導1
!型のMOSFETを、そして第二導を型ウェル内に第
一導電型のMOSFETを形成している。以下N型基板
にP型ウェルを設け、メモリセルとデジット線間でデー
タをやシ取シするためのトランスファーゲートとしてN
チャンネル型M O8F B ’1”を用いる場合につ
いて説明するがP型基板にN型りエルを設は上記トラン
スファーゲートとしてPチャンネルMO8FETを用い
る場合ても同様である。
従来、CMOSメモリ装置はP型ウェルの不純物線度が
チップ内のすべてのPfiウェルにわたって同一でめっ
た。第2図はCMOSメモリ装置平面図でib、わかシ
やすくする為にウェル領域に斜線を施しである。
第2図において、20はメモリセルマトリックスが形成
されているP型ウェル、21は周辺回路が形成され1い
るP型ウェル、22は周辺回′路が形成されているN型
基板である。従来は20のP型ウェルも21のP型ウェ
ルも同一の不純物濃度であった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来のcMosメモリ装&はP型ウェルの不純
物濃度がチップ内で一定であるため、動作速度が遅いと
いう欠点があった。以下にその理由を説明する。
まずP型9エルの不純物濃度が半導体メモリ装置の特性
にとのように関与しているかを述べる。
まず第一に動作速度であるが、動作速度は回路中の静電
容量を充放電するために擬する時間が短い11と速い。
従って当然のことながら充放電すべき静電容量が/J%
さいほど速い。靜を容量は大別すると、CM08FET
のケート容量、CM08F)、Tのソース、ドレイン拡
散層容量、その他の配線容量の3つに分けることができ
、このうちNチャンネルMO8FETのソース・ドレイ
ン拡散層容量がP型ウェルの不純物濃度に依存する。
いまP型つェル円に形成されたN型拡散層の靜を容量を
Cdとし、P型ウェルの不純物濃度をNとすると aocJK という関係が成シ立つことが知られている。すなわち、
不純物濃度が高いほど拡散層容量は増加し従って動作速
度が遅くなる。
特にデジット線は多数のメモリセルが接続されているた
め静電容量が大きく、そのうちメモリセルのトランスフ
ァーゲートMO8FETのソース(或はドレイン〕の拡
散層容量は約6〜7割を占めている。またメモリセルに
用いられるMOSFETはメモリセルサイズを小さくす
る必要から、最小限のチャンネル幅となっているため読
み出し時にメモリセルデータをデジッ)&に伝達する速
度は拡散層容量が大きいと特に大きく遅れてし暑う。
従って動作速度の高速化のためにiP型タウエル不純物
濃度を低くした方がよいわけであるが、そうするとラッ
チアップ耐圧が悪化する。以下ラッチアップ現象につい
て第3図と第4図を用いて説明する。
第3図HCMOSメモリ装置の断面図である。
第3図において、30はへ型基板、31はP型ウェル3
28,32D龜PチャンネルMO8FETのソース、ド
レイン拡散層、338,33DはNチャンネルMO8F
ETのソース、ドレイン拡散層、34はゲート醒化膜、
35はポリシリコンからなるゲー)!極、36はN型基
板30を電源電位にするための基板コンタクト、37は
P型ウェルを接地電位にするだめのウェルコンタクト、
38は入力端子、39は出力端子、50社電源である。
第4図は第3図に示すCMOSメモリ装置の回路図であ
る。
第4図において、40はN型基板30の基板抵抗、41
はP型りエル31のウェル抵抗、44はP型ウェル31
に流れ込む洩れ電流を等価的に表わす抵抗、42はN型
基板30をコレクタ、P星つェル31をベース、Nチャ
ンネルMO8FETのソース拡散層338をエミッタと
するNPNバイホーラトランジスタ、43はPチャンネ
ルトランジスタのソース拡散層328をエミッタ、N型
基板30をベース、P型ウェル31をコレクタとするP
NPバイポーラトランジスタである。
いま、P型りエル31に流れ込む洩れ電流がないとすれ
は一路中に存在するすべてのP−N接合は逆バイアスさ
れているためPNP )ランジスタ43、NPN)ラン
ジスタ42はオフとなっておシラッチアップh起きない
しかしNチャンネルMO8FETが動作する時に起きる
インパクトイオン化等によってP型ウェル31Kt源5
0から抵抗44を通して洩れ電流が流れ込むとウェル抵
抗41のために洩れ電流の発生源付近の電位が接地電位
よシ上昇する。電位上昇は洩れ電流値と洩れ電流が生じ
ている部分とつエルコンタクト37間のウェル抵抗の槓
で決まるので洩れ電流が増加するすなわち等価抵抗44
が小さくなると電位上昇も大きくなる。電位上昇が犬き
くなるとやがてP型ウェル31とNチャンネルMO8F
ETの接地電位に接続されているソース拡散層338と
の間のPN接合が順バイアス状態になシj@方向電流が
流れる。
すなわち、第4図におけるNPN トランジスタ420
ペース電流が流れNPN)ランジスタ42がオンとなる
。従ってコレクタに相当するN型基板30からNチャン
ネルMO8FETのソース拡散層338に向ってコレク
タ電流が流れ込むことになる。コレクタ電流は基板コン
タクト36から基板抵抗40を通してPaウェル31に
流れ込むのでN型基板30内で電位降下が発生する。す
るとP型MO8FETO電源電位に接続されているソー
ス拡散層328をエミッタとし基板をペースとするPN
P)ランジスタ43のペース・エミッタ間のPN接合が
順バイアスされることにな、9、PNPトランジスタ4
3がオンとなる。PNP)ランジスタ43がオンとなる
とPfiウェル電位は更に上昇し、それがまたh型基板
電位の低下をもたらす。
この様にして、電源から接地を位に向けてN型基板30
からP型ウェル31を通して大電流が流れる。これがラ
ッチアップ現象である。
このようにラッチアップは洩れ電流の存在と、それによ
るP型ウェル31の電位上昇、N型基板20の電位低下
により1起きるものである。P型ウェル31の電位上昇
N型基板30の電位低下は洩れ電流が大きいほど、又、
基板、ウェル抵抗40゜41が大きい#1ど大きい。一
方基板ρエル抵抗40゜41は、N型基板30及びP型
ウェル31の不純物濃度にほぼ反比例する。すなわち、
N型基板30又はP型ウェル31の不純物濃度が低い#
1ど、基板、ウェル抵抗40.41が高くなシ、従って
2ツチアツプは発生しやすくなる。
以上説明した様に高速動作という観点から見ると不純物
濃度が低い方が好ましく、ラッチアップという観点から
見ると不純物濃度は高い方が好ましいことになる。
近年半導体メモリ装置は高密度化が著しく進んでおシこ
れにつれて使用するMOSFETのチャンネル長り、−
を丁まず短くなシ、又、ゲート酸化膜厚は薄くなシつつ
ある。この結果MO8FETが動作する時に発生するイ
ンパクトイオン化電流は著しく増加しておシ、ラッチア
ップを防ぐために基板及びウェルの不純物濃度は高くな
ってきている。
このため高速動作の実現が困難であるという欠点があっ
た。
本発明の目的は、上記欠点を除去し、高速動作が1」能
でしかもラッチアップ現象の発生しにくいCMOSメモ
リ装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明のCMOSメモリ装置は、第−導*mの半導体基
板に第二導電型のウェルを形成し、この第二導電型ウェ
ル内にメそリセルマトリックスと周辺回路とが形成され
ているものであって、このメモリセルマトリックスが形
成されている第二導を型ウェルの不純物濃度を周辺回路
部分が形成され1いる第二導電型ウェルの不純物飯度よ
シ低くしたものである。
〔実施例〕
次に本発明の実施例について図面を用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例の平面図である。
第1図において、10はメモリセルマトリックスが形成
され1いるP型ウェル、11はメモリセルマトリックス
以外の周辺回路が形成されているP型ウェル、12は周
辺回路が形成されているN型基板であシ、メモリセルマ
トリックスが形成されているP型ウェル10の不純物濃
度をN1とし。
周辺(ロ)路が形成されているP型ウェル11の不純物
濃度をN、とするとNI<Nzの関係を有している。
このようにメモリセルマトリックスの形成され1いるP
型ウェル10の不純物濃度を低くできる理由仁、メモリ
セル部分で発生する洩れ電流が周辺回路で発生する洩れ
電流よシも小さいためであるO ラッチアップの原因はMOSFETでのインパクトイオ
ン化による洩れ電流が主であ、9、MOSFETでのイ
ンパクトイオン化電流はMO8P″ETのチャンネル電
流の大きさに比例するから、MOSFETのチャンネル
幅が大きいほどインパクトイオン化電流は大きくなる。
通常、64キロビット程度のメモリ装置でLメそりセル
のMOSFETのチャンネル幅は周辺回路で最も多く使
用されるMOSFETのチャンネル幅の115以下であ
るから、メモリセルでのインパクトイオン化電流は周辺
回路の115以下である。
従って、メモリセルマトリックスの形成されているP型
ウェル10の不純物濃度を周辺回路の形成されているP
fiウェlL/11の不純物濃度よシ低くすることがで
きる。
尚、上記実施例ではN型基板を用いた場合について説明
したがP型基板を用いてもよいことは勿論である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれはメモリセルマトリ
ックスが形成される第二導電型ウェルの不純物濃度をメ
モリセルマトリックス以外の周辺回路が形成される第二
導を型ウェルの不純物濃度より低くすることにより、ラ
ッチアップに対する強さを悪化させることなしによシ高
速動作が可能なCMOSメモリ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図1本発明の一実施例の平面図、第2図は従来のC
MOSメモリ装置の平面図、第3図はラッチアップ現象
を説明するためのCMOSメモリ装置の断面図、第41
扛第3図に示すCMOSメモリ装置の等価回路図である
。 10.20・・・・・・メモリセルマトリックスが形成
されているP型ウェル、11.21・・・・・・周辺回
路が形成されているP型ウェル、12.22・・・・・
・周辺回路が形成されているN型基板、30・・・・・
・N型基板、31・・・・・・P型ウェル、328,3
2D・・・・・・PチャンネルMO8FETのソニス、
ドレイン拡散層、31)、33D・・・・・・Nチャン
ネル型MO8FETのソース、ドレイン拡散層、34・
・・・・・ゲート酸化膜、35・・・・・・ゲート電極
、36・・・・・・基板コンタクト、37・・・・・・
ウェルコンタクト、38・・・・・・入力端子、39・
・・・・・出力端子、40・・・・・・基板抵抗、41
・・・・・・ウェル抵抗%42・・・・・・Nチャンネ
ルMO8FETのソース拡散層をエミッタ、P型ウェル
をベース。 N型基板をコレクタとするNPNバイざ−ラトランジス
タ、43・・・・・・Pチャンネルトランジスタのソー
ス拡散層をエミッタ、N型基板をペース、Pをウェルを
コレクタとするPNPバイポーラトランジスタ、44・
・・・・・洩れ電流を等測的に表わす抵抗、50・・・
・・・電源。 代理人 弁理士  内 原   晋1″′第 1  図 茅 2 図 茅 3  ス a 半 4 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  第一導電型の半導体基板に第二導電型のウェルを形成
    し該第二導電型ウェル内にメモリセルマトリックスと周
    辺回路とを形成してなるCMOSメモリ装置において、
    前記メモリセルマトリックスが形成されている第二導電
    型ウェルの不純物濃度を周辺回路が形成されている第二
    導電型ウェルの不純物濃度より低くしたことを特徴とす
    るCMOSメモリ装置。
JP60150401A 1985-07-08 1985-07-08 Cmosメモリ装置 Pending JPS6211261A (ja)

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JP60150401A JPS6211261A (ja) 1985-07-08 1985-07-08 Cmosメモリ装置

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JPS6211261A true JPS6211261A (ja) 1987-01-20

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57194565A (en) * 1981-05-25 1982-11-30 Toshiba Corp Semiconductor memory device
JPS5848959A (ja) * 1981-09-18 1983-03-23 Toshiba Corp 半導体装置
JPS59130462A (ja) * 1983-10-28 1984-07-27 Hitachi Ltd 相補型mos半導体メモリ

Patent Citations (3)

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