JPH0221655A - flip flop - Google Patents
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- JPH0221655A JPH0221655A JP1090317A JP9031789A JPH0221655A JP H0221655 A JPH0221655 A JP H0221655A JP 1090317 A JP1090317 A JP 1090317A JP 9031789 A JP9031789 A JP 9031789A JP H0221655 A JPH0221655 A JP H0221655A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はCMO3(相補型MO3)ランジスタ)を用い
た半導体RAM (ランダム・アクセス・メモリ)に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor RAM (random access memory) using CMO3 (complementary MO3) transistors.
従来CMO3RAMに用いられているメモリのセルを第
1図に示す。Pチャネルトランジスタ3゜4、及びNチ
ャネルトランジスタ5,6より成るインバータのループ
接続によるフリップフロップに対しアドレス線ADRに
より0N−OFFを制御されるNチャネルトランジスタ
(トランスファゲート)を介してデータの入出力線であ
るBIT、及び丁TTに接続されている。メモリ・セル
のリード状態ではフリップフロップからデータ線へ又ラ
イト状態の時はデータ線からフリップフロップへ信号が
トランスファゲートがONした時伝達する。このCMO
Sメモリ・セルの特徴としてはフリップフロップを構成
するインバータは安定状態では、CMO3であることに
よりパワーは微少しか必要とせず、従ってメモリに格納
されているデータの保持には殆んど電力が消費されない
ことと、又動作状態においても、N−MOSに比しパワ
ーの消費が少ないことであり、低電力動作ということで
かなり多方面に活用されている。FIG. 1 shows a memory cell conventionally used in a CMO3RAM. Data input/output is performed via an N-channel transistor (transfer gate) whose ON/OFF state is controlled by an address line ADR to a flip-flop formed by a loop connection of an inverter consisting of a P-channel transistor 3.4 and N-channel transistors 5 and 6. It is connected to the lines BIT and TT. When the memory cell is in the read state, a signal is transmitted from the flip-flop to the data line, and when the memory cell is in the write state, a signal is transmitted from the data line to the flip-flop when the transfer gate is turned on. This CMO
A feature of the S memory cell is that in a stable state, the inverter that makes up the flip-flop requires very little power because it is a CMO3, so almost no power is consumed to hold the data stored in the memory. In addition, even in the operating state, it consumes less power than N-MOS, and because of its low power operation, it is used in many fields.
一方このCMOSメモリの欠点としてはそのセルサイズ
が大きく、従ってN−MOSのRAMに比し同じチップ
サイズに格納されるメモリの容量が小さく、大容量化が
むずかしいことにある。この種木原因はCMO3である
ために平面的にPチャネルトランジスタを作成するスペ
ース、及びNチャネルを絶縁しかつ基板となるP−ウェ
ルを作成、分離するスペースが必要となることにある。On the other hand, a drawback of this CMOS memory is that its cell size is large, and therefore the capacity of memory stored on the same chip size is smaller than that of an N-MOS RAM, making it difficult to increase the capacity. The reason for this is that since it is a CMO3, a space is required to create a P-channel transistor in a plane, and a space to create and isolate a P-well that insulates the N-channel and serves as a substrate.
本発明は上記の欠点を除去するものであり、Pチャネル
トランジスタを、それと同等の働きをする多結晶シリコ
ン膜を用いた薄膜トランジスタで置き換えると同時にこ
の薄膜トランジスタをインバータのペアとなるNチャネ
ルトランジスタ上に配置することによりメモリ・セルの
サイズを大幅に低減化することを目的とする。The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks by replacing the P-channel transistor with a thin-film transistor using a polycrystalline silicon film that performs the same function as the P-channel transistor, and at the same time placing this thin-film transistor on top of the N-channel transistor that forms the pair of the inverter. The purpose of this is to significantly reduce the size of memory cells.
第2図(a)は本発明によるメモリ・セルの平面パター
ン図例、(ロ)にはABの断面図を示す。選択酸化マス
クの境界18内にソース・ドレイン領域となる部分が存
在する。選択酸化によるフィールド膜形成後にゲート酸
化膜を成長させてから第1層目の多結晶シリコンと基板
30の接続をするためのコンタクトホール10.11の
開孔をした後に第1層目の多結晶シリコン19,20,
21.27(斜線部のパターン)をデポジションした後
に全面にPイオンを打込んでソース・ドレイン31゜3
2.33を形成する。この後第2フイールド膜36をデ
ポジション、ゲートとなる多結晶シリコン19.20上
の第2フイールド膜を除去し、前記多結晶シリコン19
.20上を熱酸化して薄膜トランジスタのゲート絶縁膜
を形成する。その後筒1Nと第2層目の多結晶シリコン
を接続するコンタクトホール12,13.14を開孔し
薄膜トランジスタのチャネル、及びソース、ドレインを
形成する第2N目の多結晶シリコン22.23(点部の
パターン)をデポジションし選択的にP・拡散をする。FIG. 2(a) shows an example of a planar pattern of a memory cell according to the present invention, and FIG. 2(b) shows a cross-sectional view of AB. There are portions that will become source/drain regions within the boundary 18 of the selective oxidation mask. After forming a field film by selective oxidation, growing a gate oxide film, and forming contact holes 10 and 11 for connecting the first layer of polycrystalline silicon and the substrate 30, the first layer of polycrystalline silicon is grown. Silicon 19, 20,
After depositing 21.27 (hatched pattern), P ions are implanted over the entire surface to form the source/drain 31°3.
2.33 is formed. After that, the second field film 36 is deposited, and the second field film on the polycrystalline silicon 19 and 20 that will become the gate is removed, and the polycrystalline silicon 19 is removed.
.. 20 is thermally oxidized to form a gate insulating film of a thin film transistor. Thereafter, contact holes 12, 13.14 are opened to connect the cylinder 1N and the second layer of polycrystalline silicon, and the 2Nth polycrystalline silicon 22.23 (pointed portions) is formed to form the channel, source, and drain of the thin film transistor. pattern) and selectively diffuse P.
更に第3フイールド膜35をデポジションした後にコン
タクトホール15,16を開孔後AE−3t層24.2
5.26を形成する。Further, after depositing the third field film 35 and opening the contact holes 15 and 16, the AE-3t layer 24.2 is formed.
5.26 is formed.
この結果N゛拡散層31を(−)電源VS5に接続され
たソース、32をドレイン、多結晶シリコン20をゲー
トとするNチャネルトランジスタと多結晶シリコン珊2
2において(+)電源VDtlに接続されたソース55
、チャネル54、ドレイン56、多結晶シリコン20を
ゲートとするPチャネルトランジスタが形成され、各々
のドレインがダイオードを介して接続されるCMO3の
インバータが構成できる。As a result, an N-channel transistor with the source connected to the (-) power supply VS5 of the diffusion layer 31, the drain 32, and the gate of the polycrystalline silicon 20 and the polycrystalline silicon 2
Source 55 connected to the (+) power supply VDtl at 2
, a channel 54, a drain 56, and a P-channel transistor having the polycrystalline silicon 20 as a gate are formed, and a CMO3 inverter can be constructed in which each drain is connected via a diode.
第5図に第2図に示したセルパターンの回路図を示す。FIG. 5 shows a circuit diagram of the cell pattern shown in FIG. 2.
Nチャネルトランジスタ40〜43はバルクシリコン単
結晶中に又、Pチャネルトランジスタ44.45は多結
晶薄膜トランジスタとして形成され、ダイオード46.
47はPチャネルとNチャネルトランジスタの多結晶シ
リコンにより接続点に発生するダイオードであり、この
ダイオードはメモリの動作上は障害とならない。N-channel transistors 40-43 are formed in bulk silicon single crystal, P-channel transistors 44.45 are formed as polycrystalline thin film transistors, and diodes 46.45 are formed as polycrystalline thin film transistors.
A diode 47 is generated at the connection point of the polycrystalline silicon of the P-channel and N-channel transistors, and this diode does not interfere with the operation of the memory.
本発明の特徴は第2図(b)に示した如<CMOSイン
バータを構成するに際し、1つのゲート電極を共通にし
て、ゲート電極の下側にNチャネルのトランジスタ、ゲ
ート電極の上側にPチャネルトランジスタを配置し、そ
のドレイン同志を接続する方法を用いることにあり、従
来平面配置であったPチャネルとNチャネル領域が立体
配置されるので、セルサイズは飛躍的に縮少し、同一チ
ップサイズでのメモリ容量は急増する。The feature of the present invention is as shown in FIG. 2(b). When constructing a CMOS inverter, one gate electrode is used in common, an N-channel transistor is placed below the gate electrode, and a P-channel transistor is placed above the gate electrode. By using a method of arranging transistors and connecting their drains, the P-channel and N-channel regions, which were conventionally arranged in a plane, are arranged in a three-dimensional manner, so the cell size is dramatically reduced, and the same chip size can be achieved. memory capacity will increase rapidly.
一般に多結晶シリコン層は単結晶シリコンに比し、移動
度が極端に低く、トランジスタ特性に劣悪で、特にOF
Fリークが多いことが知られている。しかし発明者らは
この特性の改善に努力した結果次のことがわかった。第
3図に示すように多結晶シリコンのデポジション温度を
700°C以下にすると移動度が改善され、特に500
°C近辺では10に近い特性が得られた。又OFFリー
クの改善には多結晶シリコンを熱酸化して作るゲート膜
の製造方法に依存し、高温でドライ酸化の方式が最も良
かった。又多結晶シリコンの層のデポジション温度が高
くても、レーザによるアニーリングを実施すると移動度
、OFFリークの改善が可能である。In general, polycrystalline silicon layers have extremely low mobility and poor transistor characteristics compared to single-crystalline silicon, especially in OF
It is known that there are many F leaks. However, as a result of our efforts to improve this characteristic, the inventors found the following. As shown in Figure 3, when the deposition temperature of polycrystalline silicon is lower than 700°C, the mobility is improved, especially at 500°C.
A characteristic close to 10 was obtained near °C. Furthermore, improvement of OFF leakage depends on the manufacturing method of the gate film, which is made by thermally oxidizing polycrystalline silicon, and dry oxidation at high temperature is the best method. Furthermore, even if the deposition temperature of the polycrystalline silicon layer is high, the mobility and OFF leakage can be improved by performing laser annealing.
第4図は500°Cで多結晶シリコンをデポジションし
、更にチャネル部にイオン打込みによりPイオンをライ
トドープし、ゲート酸化膜を1100°Cで形成して得
られたメモリ・セルに用いるものと同じサイズのトラン
ジスタの特性を示す。特性はメモリに応用するについて
十分である。Figure 4 shows a memory cell obtained by depositing polycrystalline silicon at 500°C, then lightly doping the channel with P ions by ion implantation, and forming a gate oxide film at 1100°C. shows the characteristics of a transistor of the same size as . The properties are sufficient for memory applications.
本発明はCMO3RAMに用いるメモリ・セルを構成す
るインバータのPチャネルとNチャネルのトランジスタ
を共通のゲート電極の上下に配置するものであり、同じ
デザインルールで構成した従来のセルの約2分の1のサ
イズとなり5μmルールでは従来4Kb i tが限度
であったが、本発明の実施により16Kb i tにも
手が届くようになった。In the present invention, the P-channel and N-channel transistors of the inverter constituting the memory cell used in CMO3RAM are arranged above and below a common gate electrode, and the size is about half that of a conventional cell configured with the same design rule. Conventionally, the limit was 4 Kbit under the 5 μm rule, but by implementing the present invention, it has become possible to reach 16 Kbit.
第1図はCMO3RAMのセル図である。第2図(a)
は本発明によるCMO3RAMの平面図で、第2図[有
])は断面図を示す。第3図は多結晶シリコンの移動度
とデポジションの温度の関係を示す図、又第4図は本発
明により得られた多結晶シリコントランジシスタの特性
図である。第5図は第2図の回路図である。
第1図
第5図
(6C)
第3図
第−4図
手続補正書(自発)
手続補正書
平成 元年5月10日
2、発明の名称
メ
モ リ
セ ル
東京都新宿区西新宿2丁目4番1号
(236)セイコーエプソン株式会社
代表取締役 中 村 恒 也
1、発明の名称を「メモリ・セル」と補正する。
2、特許請求の範囲を別紙の通り補正する。
3、明細書箱3頁7〜13行目
r本発明は〜目的とする」とあるを、
「 そこで、近年においては、インバータを構成する一
方のトランジスタを薄膜トランジスタで構成し、基板に
形成したトランジスタの上部に積層して配置することに
よりメモリ・セルのサイズを大幅に縮小することが提案
されているが、インバータを構成する2つのトランジス
タはA1等の配線材料を使って接続されていた。
このように配線材料をA1等の金属材料とするのは、た
とえば、p型の多結晶シリコン層と基板に形成したn型
のドレイン拡散層を直接接続すると、多結晶シリコン層
中の不純物が基板に形成したドレインに拡散しまい、基
板中にpn接合によるダイオードが構成され、−力方向
の電流しか流さなくなるからである。
しかしながら、多結晶シリコンどうしのpn接合を構成
すると、pn接合の多結晶シリコンの結晶粒塊や結晶性
の乱れにより発生する逆バイアスにより大きなリーク電
流が流れ、オーミックな特性を示し、A1等の金属層を
介さずに直接接続しても動作上はとんど問題がないこと
がわかっている。
そこで、本願発明はこの特性を利用して、基板に形成さ
れた第1トランジスタのドレインとTPTで形成した第
2トランジスタのドレインの接続を、第1トランジスタ
のドレインと同一導電型の不純物を導入した多結晶シリ
コン層で接続してインバータを構成すると共に、ワード
線が選択されたときにビット線とフリップフロップを接
続する転送ゲートと、該転送ゲートに接続された前記ビ
ット線とを有し、前記インバータと前記多結晶シリコン
層と前記転送ゲートの上部を前記ビット線が通過するよ
うに形成した。」と補正する。
4、明細書筒7頁11行目に以下の文を挿入する。
「以上のような構成とすることにより下記の如き効果を
得ることができる
a)従来、メモリ・セルの構成素子は平面的に分散して
形成されていたが、本発明においてはインバータを構成
する2つのトランジスタを積み重さねて形成すると共に
多結晶シリコン層を介して直接接続しているので、該イ
ンバータと前記接続用の多結晶シリコン層と前記トラン
スファーゲートを一直線に形成することができ、更にこ
れらの上部にビット線を通過させることができるように
なり、メモリ・セルのサイズを大幅に縮小することがで
きる。
b)薄膜トランジスタのドレインは多結晶シリコン層で
形成されているので、そのまま、フリップフロップを形
成するもう一方のトランジスタとの接続用の配線として
利用することができ、配線の設計上の自由度が増し、プ
ロセスも容易である。
C)従来、インバータの接続用配線材料として使用され
ていたA1は、融点が低いので、層間絶縁膜に使用する
PSG膜のりフロー工程等の高温処理に耐えられないが
、多結晶シリコンで配線を構成すれば1100度以上の
高温にも耐えられ半導特許請求の範囲
体装置の信頼性が高まる。
」
以
上FIG. 1 is a cell diagram of CMO3RAM. Figure 2(a)
2 is a plan view of a CMO3RAM according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the mobility of polycrystalline silicon and the deposition temperature, and FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of a polycrystalline silicon transistor obtained according to the present invention. FIG. 5 is a circuit diagram of FIG. 2. Figure 1 Figure 5 (6C) Figures 3-4 Procedural amendment (voluntary) Procedural amendment May 10, 1989 2, Name of invention memorandum Resell 2-4 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. 1 (236) Tsuneya Nakamura, Representative Director, Seiko Epson Corporation 1. The name of the invention is amended to "Memory Cell." 2. Amend the claims as shown in the attached sheet. 3. Specification Box 3, Lines 7-13 r The phrase ``The present invention aims to...'' has been replaced with ``In recent years, one transistor constituting an inverter is composed of a thin film transistor, and a transistor formed on a substrate has been developed. It has been proposed to significantly reduce the size of the memory cell by stacking it on top of the inverter, but the two transistors that make up the inverter are connected using a wiring material such as A1. The reason for using a metal material such as A1 as the wiring material is that, for example, if a p-type polycrystalline silicon layer and an n-type drain diffusion layer formed on the substrate are directly connected, impurities in the polycrystalline silicon layer will be transferred to the substrate. This is because it diffuses into the formed drain, forming a pn junction diode in the substrate, and only allowing current to flow in the -force direction.However, when forming a pn junction between polycrystalline silicon, the A large leakage current flows due to the reverse bias caused by crystal grain agglomerations and disordered crystallinity, and it exhibits ohmic characteristics, so there is almost no problem in operation even if it is connected directly without using a metal layer such as A1. Therefore, the present invention utilizes this characteristic to connect the drain of the first transistor formed on the substrate and the drain of the second transistor formed of TPT to the same conductivity type as the drain of the first transistor. a transfer gate that connects a polycrystalline silicon layer doped with impurities to form an inverter, and connects a bit line and a flip-flop when a word line is selected; and the bit line connected to the transfer gate. and the bit line is formed to pass over the inverter, the polycrystalline silicon layer, and the transfer gate.'' 4. Insert the following sentence on page 7, line 11 of the specification tube. ``With the above configuration, the following effects can be obtained.a) Conventionally, the constituent elements of a memory cell were formed in a planarly distributed manner, but in the present invention, the inverter is configured. Since the two transistors are stacked and connected directly via a polycrystalline silicon layer, the inverter, the connection polycrystalline silicon layer, and the transfer gate can be formed in a straight line; Furthermore, it becomes possible to pass a bit line above these, and the size of the memory cell can be significantly reduced. b) Since the drain of a thin film transistor is formed of a polycrystalline silicon layer, It can be used as a wiring for connecting with the other transistor forming a flip-flop, increasing the degree of freedom in wiring design and simplifying the process.C) Conventionally used as a wiring material for connecting inverters. A1, which has been used for a long time, has a low melting point and cannot withstand high-temperature treatments such as the PSG film glue flow process used for interlayer insulating films, but if the wiring is made of polycrystalline silicon, it can withstand high temperatures of over 1100 degrees Celsius. The reliability of the semiconductor device is improved.''
Claims (1)
プを構成するCMOSメモリ・セルにおいて、共通とな
るゲート電極の上側に一方の導電型の薄膜トランジスタ
を、前記ゲート電極の下側のバルクシリコン上に他方の
導電型のトランジスタを作成し、前記の各々のトランジ
スタのドレイン同志を接続したCMOSインバータより
構成されることを特徴とするCMOSメモリ・セル。(1) In a CMOS memory cell in which CMOS inverters are interconnected to form a flip-flop, a thin film transistor of one conductivity type is placed above a common gate electrode, and a thin film transistor of the other conductivity type is placed above the bulk silicon below the gate electrode. 1. A CMOS memory cell comprising a CMOS inverter in which the drains of each of the above-mentioned transistors are connected together.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1090317A JPH0221655A (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | flip flop |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1090317A JPH0221655A (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | flip flop |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55135634A Division JPS5760868A (en) | 1980-09-29 | 1980-09-29 | Cmos memory cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0221655A true JPH0221655A (en) | 1990-01-24 |
| JPH0421349B2 JPH0421349B2 (en) | 1992-04-09 |
Family
ID=13995149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1090317A Granted JPH0221655A (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | flip flop |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0221655A (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS503787A (en) * | 1973-05-16 | 1975-01-16 | ||
| JPS5036351A (en) * | 1973-08-04 | 1975-04-05 | ||
| JPS53148398A (en) * | 1977-05-31 | 1978-12-23 | Texas Instruments Inc | Mos ic device |
| JPS5562771A (en) * | 1978-11-02 | 1980-05-12 | Toshiba Corp | Integrated circuit device |
| JPS5575900U (en) * | 1978-11-17 | 1980-05-24 | ||
| JPS55110069A (en) * | 1979-02-16 | 1980-08-25 | Hitachi Ltd | Semiconductor memory device |
-
1989
- 1989-04-10 JP JP1090317A patent/JPH0221655A/en active Granted
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS503787A (en) * | 1973-05-16 | 1975-01-16 | ||
| JPS5036351A (en) * | 1973-08-04 | 1975-04-05 | ||
| JPS53148398A (en) * | 1977-05-31 | 1978-12-23 | Texas Instruments Inc | Mos ic device |
| JPS5562771A (en) * | 1978-11-02 | 1980-05-12 | Toshiba Corp | Integrated circuit device |
| JPS5575900U (en) * | 1978-11-17 | 1980-05-24 | ||
| JPS55110069A (en) * | 1979-02-16 | 1980-08-25 | Hitachi Ltd | Semiconductor memory device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0421349B2 (en) | 1992-04-09 |
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