JPH02105567A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH02105567A
JPH02105567A JP63258481A JP25848188A JPH02105567A JP H02105567 A JPH02105567 A JP H02105567A JP 63258481 A JP63258481 A JP 63258481A JP 25848188 A JP25848188 A JP 25848188A JP H02105567 A JPH02105567 A JP H02105567A
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pnp
transistor
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Yukio Minato
湊 幸男
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B10/00Static random access memory [SRAM] devices
    • H10B10/10SRAM devices comprising bipolar components

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Bipolar Transistors (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〕 本発明は半導体記憶装置に関し、特にpnp負荷型バイ
ポーラRAM装置に関する。
〔従来の技術〕
バイポーラRAM装置は高速性能の点で優れているので
、主に大型コンピュータのキャシュ・メモリに使用され
ている。従って、コンピュータの性能向上のためバイポ
ーラRAM装置の機能および性能の向上が必要で、近年
より一層の高集積化及び高速化が進められている。とこ
ろで、バイポーラRAM装置は現在16〜64キロビツ
ト(Kb)クラスものが主流であるが、こういった集積
度の高い、バイポーラRAM装置のメモリ・セルは、消
費電力の面から従来のSBD負荷型のメモリ・セルより
pnp負荷型メモリ・セルが主流となり用いられている
第4図および第5図はそれぞれ現在用いられているpn
p負荷型メモリ・セルの等価回路図およびその半導体集
積回路装置の片側断面図を示すもので、第5図から明ら
かなように、フリップ・フロップを構成する縦型npn
トランジスタQ+Q2と負荷を構成する横型pnpトラ
ンジスタQ3.Q4とは、ベース領域およびコレクタ領
域をそれぞれ共用して一つのP型シリコン基板1上に形
成される。すなわち、縦型npnトランジスタQsまた
はQ2は2つのN+拡散6,7.P−拡散領域4および
N−エピタキシャル層3をそれぞれエミッタ領域、ベー
ス領域およびコレクタ領域として形成され、また、横型
pnpトランジスタQ3またはQ4はP+拡散層5、N
−エピタキシャル層3およびP−拡散領域4をそれぞれ
エミッタ領域、ベース領域およびコレクタ領域として形
成される。ここで、8および9はそれぞれ素子分離領域
およびフィールド酸化膜、10および11.12はそれ
ぞれ横型pnpトランジスタおよび縦型トランジスタの
エミッタ領域、13は縦型n p nhトランジスタベ
ース電極または横型pnpトランジスタのコレクタ電極
、14は縦型npnトランジスタのコレクタ電極または
横型pnpトランジスタのベース電極である。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、上述したこの従来のpnp負荷型メモリ・セ
ルは、読み出し速度は高速だが書き込み速度の方が遅い
のが通常である。この書き込み速度は横型pnpトラン
ジスタQ3.Q4の遮断周波数fTやエミッタ接地電流
増幅率βの特性に主として支配される。まず、遮断周波
数fTについて論ずれば、通常横型pnpトランジスタ
のベース幅はリソグラフィー工程で決まり数ミクロン位
である。これは縦型pnp トランジスタの1/10ミ
クロンに較べれば2桁程劣ってはいるものの、1/10
〜数ナノ秒(NS)程度の動作のものが得られているの
で、必要とされる数NS台の書き込み速度には十分対応
が可能である。他方、エミッタ接地電流増幅率βの特性
について論すると、メモリ・セルを記憶保持する小電流
領域ではα線や雑音に対して充分強くなければならない
ので、この電流増幅率βは10〜20と大きなものでな
ければならず、逆に、書き込み時の大電流域ではセルの
反転速度を速めなければならないので、電流増幅率βは
0.1〜0.5と反対に極めて小さなものでなければな
らないことが要求される。しかしながら、従来のメモリ
・セルで用いられる横型pnpトランジスタのエミッタ
接地電流増幅率β対コレクタ電流IC特性(β−■c特
性)は、第2図に点線Bで示したように、小電流域と大
電流域間におけるβ特性が可成り緩やかな傾斜を示して
おり、書き込み時において電流増幅βが十分小さくはな
らないことを示している。すなわち、従来のメモリ・セ
ルには反転速度が遅いという欠点のあることが見出され
た。
本発明の目的は、上記の状況に鑑み、書き込み速度の遅
い従来のpnp負荷型メモリ・セルの欠点を解決した半
導体記憶装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、半導体記憶装置は、−導電型半導体基
板と、前記半導体基板上に形成されるpnp負荷型メモ
リ・セルとを含み、前記メモリ・セルの負荷を構成する
横型pnpトランジスタは、深さ方向に不純物濃度を高
めるベース領域を備えて形成されることを含んで構成さ
れる。
〔実施例〕
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の半導体記憶装置の一実施例を示すpn
p負荷型メモリ・セルの片側断面図である。本実施例に
よれば、メモリ・セルの負荷を構成する横型pnpトラ
ンジスタQ3またはQ4のベース領域は、N−エピタキ
シャルR3のP+拡散層5とP−拡散領域4とに接する
領域内に異なる不純物濃度で互いに接するように形成さ
れた表面近傍のN拡散層16とN+埋込層2近傍のN1
拡散層15との2層構造で形成される。N+拡散層15
はN+埋込層2とほぼ同程度か、もしくは、それよりや
や少な目程度の不純物の濃度をもつように設定される。
このベース構造によれば、横型pnpトランジスタは、
コレクタ電流ICが1μA程度の小電流域では表面近傍
のN−拡散116が動作に寄与し、他方、コレクタ電流
Icが500μA程度の大電流域では下層のN+拡散M
15が動作に寄与するようになる。従ってN−拡散層1
6の深さXlを0.3μm、N+拡散層15の高さN2
を1.7μm、ベース幅Wを4μm、ベース長りを6μ
mとし、またN−拡散層16の比抵抗を1Ω−cm、N
+埋込層2の濃度をI X 1018/crA。
P1拡散層5の濃度を10’7/扇とした場合、小電流
域でのエミッタ接地電流増幅率β、は約10となり、高
電流域での電流増幅率β2は約0.2となる。
第2図は上記実施例における横型pnpトランジスタの
β−Tc特性の実測データ図で、実測値A(実線)を従
来値B(点線)との比較で示したものである。第2図の
実測データかられかるように、従来構造のβ−IC特性
B特性比は緩やかであるが、本発明構造のβ−1c特性
Aは極めて急峻な変化を示している。これは本発明のも
のはベース領域が深さXlをもつ低濃度層と高さX2を
もつ高濃度層とに分かれ、且つX1〜0.3μ(X+ 
+X2 =2μに設定されているため、コレクタ電流I
Qが5μAの近傍でベース導電変調が急激にかかり、急
峻なβ低下を来たすからである。このβ特性の実現によ
って、pnp負荷型メモリ・セルの書き込み速度は、極
めて高速となり、従来の1 ONSに対し〜5NSと大
幅に向上される。このベース領域の構造はN”、(オン
の注入法或いはN+埋込拡散法等によって容易に形成す
ることができるので、他の特性を損なうことは全くない
第3図は本発明の半導体記憶装置の他の実施例を示すp
np負荷型メモリ・セルの片側断面図である。本実施例
によれば、横型pnpトランジスタのベース領域がN−
拡散層17.N−拡散層16およびN+拡散115の如
く深くなるにつれて段階的濃度を高めるように形成され
る。このときN+拡散115の底面濃度はN+埋込み層
2のi濃度とほぼ同程度となる。本実施例における横型
pnpトランジスタβ−IC特性も第2図の実測データ
Aとほとんど同一となり、同様な効果を得ることができ
る。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように本発明によれば、pnp負荷
型メモリ・セルの負荷を構成する樽型pnpトランジス
タのベース領域が表面から底部に向けてその不純物濃度
を順次高めて形成され、小電流域から大電流域へ急峻に
移行するβ−IC特性が実現されているので、書き込み
速度のきわめて高速な記憶装置を容易に得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明半導体記憶装置の実施例を示すpnp負
荷型メモリ・セルの片側断面図、第2図は上記実施例に
おける横型pnpトランジスタのβ−I。特性の実測デ
ータ図、第3図は本発明半導体記憶装置の他の実施例を
示すpnp負荷型メモリ・セルの片側断面図、第4図お
よび第5図はそれぞれ現在用いられているpnp負荷型
メモリ・セルの等価回路図およびその半導体集積回路装
置の片側断面図である。 1・・・P型シリコン基板、2・・・N+埋込層、3・
・・N−エピタキシャル層(縦型npnトランジスタの
コレクタ領域)、4・・・P−拡散領域(縦型npn)
−ランジスタのベース領域または横型pnpトランジス
タのコレクタ領域)、5・・・P+拡散層(横型pnp
トランジスタのエミッタ領域’) 、6.7−N”拡散
N(縦型npnトランジスタのエミッタ領域)、8・・
・素子分M’M域、9・・・フィールド酸化膜、10・
・・横型pnpトランジスタのエミッタ電極、11.1
2・・・縦型npnトランジスタのエミッタ電極、13
・・・縦型npnトランジスタのベース電極または横型
pnpトランジスタのコレクタ電極、14・・・縦型n
pnトランジスタのコレクタ電極、15.16および1
7・・・横型pnρトランジスタのベース領域を形成す
るN+拡散層、N−拡散層およびN−拡散層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 一導電型半導体基板と、前記半導体基板上に形成される
    pnp負荷型メモリ・セルとを含み、前記メモリ・セル
    の負荷を構成する横型pnpトランジスタは、深さ方向
    に不純物濃度を高めるベース領域を備えて形成されるこ
    とを特徴とする半導体記憶装置。
JP63258481A 1988-10-14 1988-10-14 半導体記憶装置 Expired - Lifetime JPH0828423B2 (ja)

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JP63258481A JPH0828423B2 (ja) 1988-10-14 1988-10-14 半導体記憶装置
EP19890119007 EP0363973A3 (en) 1988-10-14 1989-10-12 Semiconductor memory device
US07/421,816 US5016075A (en) 1988-10-14 1989-10-16 Semiconductor memory device

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