JPH0311665A - 半導体記憶装置とその製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置とその製造方法

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JPH0311665A
JPH0311665A JP1145894A JP14589489A JPH0311665A JP H0311665 A JPH0311665 A JP H0311665A JP 1145894 A JP1145894 A JP 1145894A JP 14589489 A JP14589489 A JP 14589489A JP H0311665 A JPH0311665 A JP H0311665A
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JP
Japan
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conductivity type
island region
source
drain
gate
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JP1145894A
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English (en)
Inventor
Takeya Ezaki
豪弥 江崎
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】 産業上の利用分野 本発明は半導体記憶装置 特番ミ 電力が供給されてい
る限り記憶情報が安定に保持され 記憶情報の一定期間
毎の書換え操作が不要なスタティックランダムアクセス
記憶装置(以下、SRAMと略記する場合がある)に関
するものである。
従来の技術 従来のSRAMで(よ 情報を安定に保持するたム イ
ンバータ2個と少なくとも読み出し・書き込みのスイッ
チトランジスタ1個とから成るメモリーセルを使用して
いた このた敦 相補型MO8(以下CMO3と略記)
構成の場合(よ 5個のMOSFET、ポリシリコン負
荷抵抗の場合は2個のポリシリコン抵抗と3個のMOS
FETとによりメモリーセルが構成される。他方、−時
記憶装置(DRAM)で(よ 1個のスイッチトランジ
スタと1個のキャパシタでメモリーセルか構成され メ
モリーセル面積が小さいのでSRAMのほぼ4倍の高密
度集積がなされている。
SRAMの低い集積密度を改善するた敢 特開昭53−
84432号公報において本発明者はMOSFET1個
の面積で記憶情報を安定に保持する゛′1トランジスタ
セル″”のSRAMメモリーセル構成を公開しへ 実際
(よ 1個のMOSFETと1個のバイポーラトランジ
スタとにより記憶が保持されるのである力丈 その占有
面積がMOSFET1個分であるので、このように名付
ける。この発明によれ+iDRAMと同じ素子数でメモ
リーセルが構成されるので、DRAMと同等の集積度を
有するSRAMが実現される。
発明が解決しようとする課題 しかし 上記発明に於いて(よ メモリーセルを駆動し
たりその情報を処理したりするための周辺回路との整合
性が配慮されていないた敢 基本の発想は極めて進歩性
に富んだものでありながら、実用性には不備があっ九 また 動作原理がMOS F ET内のホットキャリア
の発生を応用したもので、ホットキャリアによるMOS
 F ETの特性劣化が必然的に伴うという信頼性上の
課題があった 本発明1よ 上述の課題に鑑みて試されたもので、高密
度SRAMの信頼性を高ム しかも周辺回路との整合性
を改善できる半導体記憶装置を提供することを目的とす
る。
課題を解決するための手段 本発明は前記課題を解決するたム 第1導電型半導体基
板の一主面に達する第2導電型島領域と、前記島領域表
面にゲート絶縁膜を介して設けられたゲートと、前記ゲ
ートに隔てられその両端に設けられた第1導電型のソー
ス・ドレインと、前記島領域内部にあって前記ソース下
部に位置する第1導電型のエミッタとを少なくとも含み
、 前記ソース・ドレイン・ゲートによりMOSFET
が構成され 前記エミッタ・島領域・ソースによりバイ
ポーラトランジスタが構成され 前記ドレインは固定正
電源に 前記ゲートとソースはスイッチトランジスタを
経由してビット線に 前記エミッタは接地電位に接続さ
れ 前記島領域は外部回路から遊離しているスタティッ
ク記憶セル構成としている。
また 前記基板内部に設けられ前記ソースからドレイン
に達する第2導電型イオン注入層を含み、前記ドレイン
と第2導電型島領域間の濃度の最も高い箇所が基板内部
に在る構成にしている。
作用 本発明は上述の構成によって、第1導電型エミッタが周
囲から遊離した第2導電型島領域内に存在することによ
り、第1導電型半導体基板とは分離され それを接地電
位に接続して叡 半導体基板はそれとは無関係に正電位
に接続し得る。このた八 周辺回路がCMO5構成であ
って耘 バイポーラ構成であっても、本発明のSRAM
セルと共存し得る。
ま′t、、、SRAMセル内のソース・ドレイン間の最
も不純物濃度の高い部分が半導体基板内部にあり、ゲー
ト酸化膜から離れているので、発生するホットキャリア
がゲート酸化膜に注入さit、  MOSFETの特性
劣化を引き起こす確率が大幅に減少する。
実施例 本発明の実施例を第1図から第5図にわたって説明する
第1図は本発明の一実施例であるSRAMセル断面構造
図である。第1図において、n型半導体基板1上にp型
エピタキシャル層2 (以下単にエビ層と略記)が成長
した2層構造になっている。
エビ層2を成長させる前に p+型埋込層91をn型半
導体基板1の内部に形成し しかもn+型埋込層8をn
型半導体基板1のより表面に近い位置に形成しておく。
n十型埋込層8はエミッタと成る。
n型半導体基板1内のp子種埋込層底部にまで達する分
離領域3をp型エピ層を貫通して形成し1〇− 分離領域に囲まれたp型島領域9を形成する。この島領
域9は基板1と反対導電型て その表面にはゲート酸化
膜6を介してポリシリコンのゲート7が設けられ その
ゲート7の両端にはn子種のソース4・ドレイン5が形
成される。 n+型のエミッタ8はソース4の下部に位
買する。
ソース4・ドレイン5・ゲート7によりnチャネルMO
SFETが構成されていて、エミッタ8・島領域9・ソ
ース4をそれぞれ エミッタ・ベース・コレクタとする
npnバイポーラトランジスタが構成されている。
ドレイン5は正の固定電源Vddに接続されソース4・
ゲート7はスイッチトランジスタ11を経由してビット
線に エミッタ8は接地電位に接続されている。
このSRAMセルはソース(コレクタ)4の電位が” 
High”か′″Low”かで情報を記憶する。ソース
4の電位が″Low”  (接地電位に近い)のとき(
よソース4・ドレイン5間に電圧が印加され ドレイン
5近傍に高電界が生じる。もし ソース4から電子がド
レイン5方向に流れ出すと(Is)、 ドレイン5近傍
の高電界でホットキャリアが発生し正孔が基板電流Ib
と成ってp型島領域内に流れ出す。この電流Ibがベー
ス電流となって、エミッタ8から電子が流れ出す(Ie
)。
このエミッタ電流■eがソース4に流れ込みその一部が
ソース電流Isと成って、継続的に電流が循環すること
で、ソース4の電位が” Low″″レベルに保持され
る。
他方、ソース4の電位が” I(igh″″のときはn
MOSFETのソース4・ドレイン5間の電位差が小さ
くドレイン5近傍の電界強度が低いので、ホットキャリ
アの発生はない。このた&npnバイポーラトランジス
タへのベース電流Ibが生じないた八 エミッタ8から
のエミッタ電流Ieも流れない。こうして、電流が流れ
ない状態が継続しソース4は″″High″″High
″″レベルソース4・ドレイン5間の島領域表面はn型
不純物濃度が低い力\ あるいはさらに薄くn型不純物
濃度を含んでいて、ゲート7・ソース4間の電1 2− 位差が零で耘 微少電流が流れることが必要である。な
ぜなら、ゲート7・ソース4間を短絡しているにも拘ら
ずミ ソース電流工sが流れる状態が必要だからである
。さらは もし ソース4がII i且ghl+のとき
、外乱によってL0w″ レベル方向へ引き込まれよう
として耘 ソース4・ドレイン5間が導通状態であれば
 ソース4のレベルの低下によってドレイン5から電流
が供給されて元の状態を保持する作用が生じるからであ
る。
p型島領域9の下部にp+型埋込層91を設けであるの
(よ エミッタ8からの電子が基板1方向への流出を防
止するためである。
第2図は本発明の他の実施例であるSRAMセル断面構
造図である。ソース4からドレイン5に達するp′″注
入層10が形成されている点が第1図と異なる。このp
+注入層10は島領域9とゲート酸化膜6の界面に於て
不純物濃度が低く、その界面から離れるほど高濃度であ
るような分布をしている。
これにより、 ドレイン5近傍の高電界はその界面では
なく、島領域9の内皿 すなはちドレイン5の底部近傍
に発生し 従ってソースイから流れて来る電子が電離衝
突を起こし ゲート酸化膜から離れた場所、つまり図中
の電離衝突地点51でホットキャリアが発生する。つま
り、 この構造により、ホットキャリアは発生するがゲ
ート酸化膜へ注入される確率が低く、MOS F ET
の特性劣化は起こりにくいのである。
第3図はnMOSFET13およびpMOSFET14
からなる相補型MO8構成と第1図または第2図のSR
AMセル12との一体化構造の断面図である。nMO5
FET13は分離領域で隔てられたp型エピ層2からな
るp型島領域92内番へ n+ソース・ドレイン15を
形成して構成さtl、pMOSFET16は分離領域で
隔てられたp型エピ層2内に拡散されたn−Well1
7内に p+ソース・ドレイン16を形成して構成され
る。
ここで、n型半導体基板1.とn−Well17は正電
源(+Vdd) iQ  p型島領域92は接地電位に
接続される。p+型埋込層91は相補型MO3回路のラ
ッチアップ防止の作用をする。ここで、 n+ソー3− 4 5、・ドレイン15はSRAMセル12のソース4・ド
レイン5と同時に同じ濃度・同じ接合深さに形成される
第4図はnMOSFET13と縦型npnバイポーラト
ランジスタ18をSRAMセル12と共に一体化した構
造の断面図である。
nMOSFET12について(よ 第3図と同一である
ので説明を省略する。npnトランジスタ18は分離領
域に隔てられたp型エピ層2内に拡散されたn−We 
l 117 (n型島領域)内の一部に形成されたp型
活性ベース2代 その活性ベース20内のn+エミッタ
1g、活性ベース20へのコンタクトであるp+ベース
21とコレクタとして作用するn−Well17へのコ
ンタクトであるn+コレクタ22とから成る。 n−W
ell17はp+型埋込層91によってn型基板1から
分離されている。な壮 コレクタ抵抗を低減するために
 n十埋込層23がn−We1117底部に接して形成
されている。この埋込層231t、sRAMセル12の
n+エミッタ8と同時に同じ濃度・同じ接合深さに形成
される。
同様にエミッタ19やn+コレクタ22はSRAMセル
のソース4・ドレイン5および、nMOSFETのソー
ス・ドレイン15と同時に形成される。
第3図と見比べれば バイポーラトランジスタを相補型
MO3回路と共に一体化LBi−CMO3LSIを周辺
回路に有するS RA M、あるいは逆にその一部に1
トランジスタセル構成のSRAMを有するBi−CMO
8LSIが構成されることは明かである。
第5図(A)〜(E)に第3図の構造を形成するための
製造工程の一部を示す。
(A)n型半導体基板1の1主面内部にボロンのような
p型不純物を導入し 基板内部にピークを持つよう(へ
 深い位置にp+型埋込層91を形成する。
(B)p”型埋込層の内部にメモリーセルを形成する箇
所へ ヒ素のようなn型不純物を導入して、表面近くに
n゛埋込層8を形成する。
(C)p型エピ層2を成長させる。
(D)分離領域3をトレンチエッチ、酸化膜埋め5− 6− 込みによって形成し p型エビ層2とp+型埋込層91
を少なくとも囲へ 孤立した複数個のp型島領域9を形
成する。
(E)pMO8FET14を後に形成する領域に燐をイ
オン注入し熱拡散によって広げnWell17を形成す
る。
この後(よ 通常のMOSプロセスに従えば 第3図の
構造となる。
発明の効果 以上の説明から明らかなように 本発明により、(1)
SRAMの周辺回路に相補型MO3回路や、Bi−CM
O8回路を用いることが出来る。これにより、高感度、
高速かつ低消費電力の半導体記憶装置が実現される。
(2)ホットキャリアの発生箇所がゲート酸化膜から離
れた構成であるた敷 高信頼性のSRAMセルが実現さ
れ・る。
以上の総合的効果として、本発明の本来の特徴であるD
RAMと同等の高密度なSRAMまたはそれを含むLS
Iが実現される。本発明は以上のよう6へ きわめて工
業上の価値の高いものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるSRAMセル断面構造
諷 第2図は本発明の他の実施例であるSRAMセル断
面構造@ 第3図は本発明の他の実施例である相補型M
O3とSRAMセルとの一体化構造皿 第4図は本発明
の他の実施例であるMOSFETとバイポーラトランジ
スタとSRAMセルとの一体化構造回 第5図は第3図
に示す相補型MOSとSRAMセルとの一体化構造を作
るための製造工程図である。 1・・・n型半導体基板、 2・・・p型エピ# 3・
・・分離領域 4・・・(SRAMセル)ソースあるい
はコレク久 5・・・(SRAMセル)ドレイン、 6
・・・ゲート酸化膜 7・・・ゲート、 8・・・(S
RAMセル)n十エミッ久 9・・・p型島領域(SR
AMセルのベース)、10・・・p十注入恩11−=・
スイッチトランジス久 12・S RA Mセ)’v、
  13−nMOSFET、  14・=pMOSFE
T、   +5−(nMO8FET)  n+ソース・
ドレイン、 16・・・(pMOSFET)p+ソー7

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型半導体基板の一主面に達する第2導電
    型島領域と、前記島領域表面にゲート絶縁膜を介して設
    けられたゲートと、前記ゲートに隔てられその両端に設
    けられた第1導電型のソース・ドレインと、前記島領域
    内部にあって前記ソース下部に位置する第1導電型のエ
    ミッタとを少なくとも含み、前記ドレインは固定正電源
    に、前記ゲートとソースはスイッチトランジスタを経由
    してビット線に前記エミッタは接地電位に接続され、前
    記島領域は外部回路から遊離していることを特徴とする
    スタティック記憶セルからなる半導体記憶装置。
  2. (2)ソース・ドレイン間の島領域表面に第1導電型の
    不純物を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の半導体記憶装置。
  3. (3)第2導電型島領域の底部に高濃度の第2導電型埋
    込層が設けられていて、第1導電型エミッタの少なくと
    も上面は前記第2導電型埋込層に接していない構成であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体
    記憶装置。
  4. (4)基板内部に設けられソースからドレインに達する
    第2導電型イオン注入層を含み、前記ドレインと第2導
    電型島領域間の濃度の最も高い箇所が基板内部に在るこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体記憶
    装置。
  5. (5)ソース・ドレイン間の島領域表面に第1導電型の
    不純物を含み、しかも、第2導電型島領域の底部に高濃
    度の第2導電型埋込層が設けられていて、第1導電型エ
    ミッタの少なくとも上面は前記第2導電型埋込層に接し
    ていない構成であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の半導体記憶装置。
  6. (6)ソース・ドレイン間の島領域表面に第1導電型の
    不純物を含み、しかも、前記基板内部に設けられ前記ソ
    ースからドレインに達する第2導電型イオン注入層を含
    み、前記ドレインと第2導電型島領域間の濃度の最も高
    い箇所が基板内部に在ることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の半導体記憶装置。
  7. (7)第2導電型島領域の底部に高濃度の第2導電型埋
    込層が設けられていて、第1導電型エミッタの少なくと
    も上面は前記第2導電型埋込層に接していない構成で、
    しかも、前記基板内部に設けられ前記ソースからドレイ
    ンに達する第2導電型イオン注入層を含み、前記ドレイ
    ンと第2導電型島領域間の濃度の最も高い箇所が基板内
    部に在ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    半導体記憶装置。
  8. (8)第1導電型半導体基板の一主面に達する第2導電
    型島領域、前記島領域表面にゲート絶縁膜を介して設け
    られたゲート、前記ゲートに隔てられその両端に設けら
    れた第1導電型のソース・ドレイン、および前記島領域
    内部にあって前記ソース下部に位置する第1導電型のエ
    ミッタとから構成されるスタティック記憶セルと、第2
    導電型の第2の島領域、前記第2の島領域表面にゲート
    絶縁膜を介して設けられたゲート、前記ゲートに隔てら
    れその両端に設けられた第1導電型のソース・ドレイン
    とから構成される第1のMOSFETと、第1導電型の
    第3の島領域、前記第3の島領域表面にゲート絶縁膜を
    介して設けられたゲート、前記ゲートに隔てられその両
    端に設けられた第2導電型のソース・ドレインとから構
    成される第2のMOSFETとを備え、相補型回路が構
    成されていることを特徴とする半導体記憶装置。
  9. (9)第1導電型半導体基板の一主面に達する第2導電
    型島領域、前記島領域表面にゲート絶縁膜を介して設け
    られたゲート、前記ゲートに隔てられその両端に設けら
    れた第1導電型のソース・ドレイン、および前記島領域
    内部にあって前記ソース下部に位置する第1導電型のエ
    ミッタとから構成されるスタティック記憶セルと、第2
    導電型の第2の島領域、前記第2の島領域表面にゲート
    絶縁膜を介して設けられたゲート、前記ゲートに隔てら
    れその両端に設けられた第1導電型のソース・ドレイン
    とから構成される第1のMOSFETと、第1導電型の
    第3の島領域、前記第3の島領域表面にゲート絶縁膜を
    介して設けられたゲート、前記ゲートに隔てられその両
    端に設けられた第2導電型のソース・ドレインとから構
    成される第2のMOSFETと、第1導電型の第4の島
    領域、前記第4の島領域内に設けられた第2導電型のベ
    ース、前記ベース内および外にそれぞれ設けられた第1
    導電型のエミッタ・コレクタから構成されるバイポーラ
    トランジスタとを備えた半導体記憶装置。
  10. (10)第1導電型半導体基板の一主面内部に第2導電
    型不純物を導入し第1の埋込層を形成する工程と、前記
    第1の埋込層より表面近くに第1導電型不純物を導入し
    高濃度の第2の埋込層を形成する工程と、前記基板上に
    第2導電型のエピタキシャル層を成長させる工程と、前
    記エピタキシャル層と前記第1の埋込層を分離領域で囲
    み孤立した複数個の第2導電型島領域を形成する工程と
    、前記複数個の島領域の任意個数を第1導電型化させた
    後に、前記島領域表面にゲート絶縁膜を介してゲートを
    設ける工程および、前記第1または第2導電型の島領域
    にそれぞれ第2または第1導電型のソース・ドレインを
    設ける工程とからなり、スタティック記憶セルと、nチ
    ャネル型MOSFETと、pチャネル型MOSFETと
    を少なくとも構成要素として含むことを特徴とする半導
    体記憶装置の製造方法。
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