JPH0459784B2 - - Google Patents
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- JPH0459784B2 JPH0459784B2 JP1090318A JP9031889A JPH0459784B2 JP H0459784 B2 JPH0459784 B2 JP H0459784B2 JP 1090318 A JP1090318 A JP 1090318A JP 9031889 A JP9031889 A JP 9031889A JP H0459784 B2 JPH0459784 B2 JP H0459784B2
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- polycrystalline silicon
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、CMOS(相補型MOSトランジスタ)
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 is a CMOS (complementary MOS transistor)
This relates to semiconductor RAM (random access memory) using
従来CMOSRAMに用いられているメモリ・セ
ルを第1図に示す。Pチヤネルトランジスタ3,
4、およびNチヤネルトランジスタ5,6よりな
るインバータのループ接続によるフリツプフロツ
プに対し、アドレス線ADRによりON−OFFを
制御されるNチヤネルトランジスタ(トランスフ
アゲート)1,2を介してデータの入出力である
BIT、およびが接続されている。メモリ・セ
ルのリード状態では、フリツプフロツプからデー
タ線へ、また、ライト状態の時は、データ線から
フリツプフロツプへ信号がトランスフアゲートが
ONした時伝達する。このCMOSメモリ・セルの
特徴としては、フリツプフロツプを構成するイン
バータは安定状態では、CMOSであることによ
りパワーは微少しか必要とせず、したがつて、メ
モリに格納されているデータの保持にはほとんど
電力が消費されないことと、また、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 CMOSRAM. P channel transistor 3,
4, and a flip-flop formed by a loop connection of an inverter consisting of N-channel transistors 5 and 6, data is input/output via N-channel transistors (transfer gates) 1 and 2 whose ON/OFF is controlled by an address line ADR.
BIT, and are connected. When the memory cell is in the read state, the signal is transferred from the flip-flop to the data line, and in the write state, the signal is transferred from the data line to the flip-flop.
Communicate when turned ON. A feature of this CMOS memory cell is that in a stable state, the inverter that makes up the flip-flop requires very little power because it is CMOS, so it requires very little power to retain the data stored in the memory. It consumes less power than N-MOS, and even in the operating state, it consumes less power than N-MOS, and because of its low power operation, it is used in a wide variety of 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、したがつて、N−MOS
のRAMに比し、同じチツ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。この根本原因は、CMOSであるため
に、平面的にPチヤネルトランジスタを作成する
スペース、および、Nチヤネルを絶縁しかつ基板
となるP-ウエルを作成、分離するスペースが必
要となることにある。 On the other hand, the disadvantage of this CMOS memory is that its cell size is large, and therefore N-MOS
Compared to RAM, the memory capacity stored on the same chip size is small, making it difficult to increase the capacity. The root cause of this is that, since it is CMOS, space is required to create a P-channel transistor in a plane, and space to create and separate a P - well that insulates the N-channel and serves as a substrate.
本発明は、2つのインバータの入出力を交差接
続してなるフリツプフロツプをメモリ・セルに用
い、該メモリ・セルとの間でデータの入出力をな
すデータ線を有するランダム・アクセス・メモリ
において、メモリ・セルのサイズを低減化し、か
つ、薄膜トランジスタがデータ線の影響を受けな
いようにすることを目的とするものである。 The present invention uses a flip-flop formed by cross-connecting the input and output of two inverters as a memory cell, and has a data line for inputting and outputting data between the memory cell and the random access memory. - The purpose is to reduce the cell size and to prevent thin film transistors from being affected by data lines.
本発明は、以上の問題を解決させるため、
MOS型トランジスタ及び薄膜トランジスタをそ
れぞれ電源間に直列接続して構成された2つのイ
ンバータの入出力を交差接続してなるメモリ・セ
ルを基板表面及び該基板上方に形成し、該メモ
リ・セルとの間でデータの伝送をなすデータ線を
有するランダム・アクセス・メモリにおいて、前
記MOS型トランジスタは前記基板表面にチヤネ
ル領域を挟んで互いに離間して形成されたソース
及びドレイン領域を有し、前記薄膜トランジスタ
は前記基板上方に配置されたシリコン層にチヤネ
ル領域を挟んで互いに離間して形成されたソース
及びドレイン領域を有し、前記データ線は、前記
薄膜トランジスタのチヤネル領域を形成するシリ
コン層部分の一表面に形成されるゲート絶縁膜よ
りも厚い絶縁膜を当該シリコン層部分上方に介在
させて配置されることを特徴とするものである。 The present invention solves the above problems by:
A memory cell is formed by cross-connecting the input and output of two inverters each having a MOS transistor and a thin film transistor connected in series between power supplies, and is formed on the substrate surface and above the substrate. In the random access memory having a data line for transmitting data, the MOS type transistor has a source and drain region formed on the surface of the substrate and spaced apart from each other with a channel region in between, and the thin film transistor has a Source and drain regions are formed in a silicon layer disposed above the substrate and spaced apart from each other with a channel region in between, and the data line is formed on one surface of the silicon layer portion forming the channel region of the thin film transistor. This is characterized in that an insulating film that is thicker than the gate insulating film is interposed above the silicon layer portion.
第2図aは、本発明によるランダム・アクセ
ス・メモリの一実施例の平面パターン図、第2図
bは、第2図aにおけるAB線の断面図を示す。
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。選択酸化によるフイ
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)をデポジシヨン
した後に、全面にPイオンを打ち込んでソース・
ドレイン31,32,33を形成する。この後、
第2フイールド膜36をデポジシヨンし、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、第1層と第2層目の多結晶
シリコンを接続するコンタクトホール12,1
3,14を開孔し、薄膜トランジスタのチヤネ
ル、およびソース、ドレインを形成する第2層目
の多結晶シリコン22,23(点部のパターン)
をデポジシヨンし、選択的にP+拡散をする。さ
らに、第3フイールド膜35をデポジシヨンした
後に、コンタクトホール15,16を開孔後、
Al−Si層24,25,26を形成する。この結
果N+拡散層31を(−)電源VSS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チヤネルトランジスタと多結晶シリ
コン層22において(+)電源VDDに接続された
ソース55、チヤネル54、ドレイン56、多結
晶シリコン20をゲートとするPチヤネルトラン
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CMOSのランダム・アクセ
ス・メモリが構成できる。 FIG. 2a shows a planar pattern of an embodiment of the random access memory according to the present invention, and FIG. 2b shows a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 2a.
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. Crystalline silicon 19, 20,
After depositing patterns 21 and 27 (hatched patterns), P ions are implanted over the entire surface to form the source.
Drains 31, 32, and 33 are formed. After this,
A second field film 36 is deposited, and the second field film on the polycrystalline silicon 19, 20 that will become the gate is removed.
The top is thermally oxidized to form a gate insulating film of a thin film transistor. After that, contact holes 12 and 1 connecting the first layer and the second layer of polycrystalline silicon are formed.
The second layer of polycrystalline silicon 22 and 23 (pattern of dots) with holes 3 and 14 formed to form the channel, source, and drain of the thin film transistor.
and selectively diffuse P + . Furthermore, after depositing the third field film 35 and opening the contact holes 15 and 16,
Al--Si layers 24, 25, and 26 are formed. As a result, the N + diffusion layer 31 is connected to the (+) power supply V DD in the N channel transistor with the source connected to the (-) power supply V SS, 32 as the drain, and the polycrystalline silicon 20 as the gate and the polycrystalline silicon layer 22. A P-channel transistor having a source 55, a channel 54, a drain 56, and the polycrystalline silicon 20 as a gate is formed, and a CMOS random access memory 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。Nチヤネルトランジスタ40〜43はバ
ルクシリコン単結晶中に、また、Pチヤネルトラ
ンジスタ44,45は多結晶薄膜トランジスタと
して形成される。ダイオード46,47はPチヤ
ネルとNチヤネルトランジスタの接続点に発生す
る多結晶シリコンのダイオードであり、P+多結
晶シリコン層に重合するN+多結晶シリコン層を
介在させたことにより、このダイオードは、多結
晶シリコン層同士が部分的に重ねて形成されたダ
イオードとなり、リーク電流が大きく、接合面積
も大きいから低抵抗であり、シリコンメモリの動
作上は障害とならない。 FIG. 5 shows a circuit diagram of the cell pattern shown in FIG. 2. N-channel transistors 40 to 43 are formed in bulk silicon single crystal, and P-channel transistors 44 and 45 are formed as polycrystalline thin film transistors. Diodes 46 and 47 are polycrystalline silicon diodes that occur at the connection point between the P channel and N channel transistors, and by interposing an N + polycrystalline silicon layer that is polymerized with the P + polycrystalline silicon layer, these diodes can be , it becomes a diode formed by partially overlapping polycrystalline silicon layers, and has a large leakage current and a large junction area, so it has low resistance and does not interfere with the operation of silicon memory.
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、トランジスタ特性が
劣悪で、特にOFFリーク電流の多いことが知ら
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つた。第3図に示すよ
うに多結晶シリコンのデポジシヨン温度を700℃
以下にすると移動度が改善され、特に500℃近辺
では10に近い特性が得られた。また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
ト間の製造方法に依存し、高温でドライ酸化の方
式が最も良かつた。また、多結晶シリコンの層の
デポジシヨン温度が高くても、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, it is known that polycrystalline silicon layers have extremely low mobility and poor transistor characteristics compared to single-crystalline silicon, and in particular have a large OFF leakage current. However, as a result of our efforts to improve this characteristic, the inventors discovered the following. As shown in Figure 3, the deposition temperature of polycrystalline silicon was set to 700℃.
When the temperature is below, the mobility is improved, and a characteristic close to 10 was obtained especially near 500°C. In addition, improving OFF leakage depends on the manufacturing method between the gates, which is made by thermally oxidizing polycrystalline silicon, and dry oxidation at high temperatures is the best method. Furthermore, even if the deposition temperature of the polycrystalline silicon layer is high, it is possible to improve mobility and OFF leakage by performing laser annealing.
第4図は、500℃で多結晶シリコンをデポジシ
ヨンし、さらにチヤネル部にイオン打ち込みによ
りPイオンをライトドープし、ゲート酸化膜を
1100℃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 the process of depositing polycrystalline silicon at 500°C, then lightly doping P ions into the channel area by ion implantation, and forming a gate oxide film.
Characteristics of transistors of the same size as those used in memory cells formed at 1100°C.
The properties are sufficient for memory applications.
また、薄膜トランジスタのチヤネル領域を形成
するシリコン層部分の上方に絶縁膜を介してデー
タ線が配置されているから、上記チヤネル領域
が、データ線の電位の影響を受ける。2つのイン
バータの入出力を交差接続してなるフリツプフロ
ツプを構成した場合、チヤネル領域に対するゲー
ト電極の電界と、チヤネル領域に対するデータ線
の電界とは、逆の電界となる場合があり、フリツ
プフロツプの動作が不安定となる。そこで、デー
タ線をゲート絶縁膜よりも厚い絶縁膜を介在させ
て配置したことにより、ゲート電極による電界
が、常に、データ線からの電界より大きくするこ
とができ、薄膜トランジスタは、ゲート電極の支
配を受け、動作が不安定となることを防止でき
る。 Furthermore, since the data line is placed above the silicon layer portion forming the channel region of the thin film transistor with an insulating film interposed therebetween, the channel region is influenced by the potential of the data line. When a flip-flop is constructed by cross-connecting the inputs and outputs of two inverters, the electric field of the gate electrode to the channel region and the electric field of the data line to the channel region may be opposite, and the operation of the flip-flop may be affected. Becomes unstable. Therefore, by arranging the data line with an insulating film thicker than the gate insulating film intervening, the electric field due to the gate electrode can always be made larger than the electric field from the data line, and the thin film transistor is able to control the control of the gate electrode. This prevents the operation from becoming unstable.
以上のように、基板上方に配置したシリコン層
にチヤネル領域を挟んで互いに離間して形成され
たソース及びドレイン領域を有する薄膜トランジ
スタを形成し、且つ、この薄膜トランジスタの上
方にデータ線を配置したことにより、メモリ・セ
ルのサイズを縮小できるとともに、データ線が、
薄膜トランジスタのチヤネル領域を形成するシリ
コン層部分の一表面に形成されるゲート絶縁膜よ
りも厚い絶縁膜を当該シリコン層部分上方に介在
させて配置されることにより、薄膜トランジスタ
が、データ線の影響を受けることなく、安定な動
作を保証することができるという効果がある。 As described above, by forming a thin film transistor having a source and drain region spaced apart from each other across a channel region in a silicon layer disposed above a substrate, and by disposing a data line above this thin film transistor, , the size of the memory cell can be reduced, and the data lines can be
By placing an insulating film that is thicker than the gate insulating film formed on one surface of the silicon layer that forms the channel region of the thin film transistor above the silicon layer, the thin film transistor is affected by the data line. This has the effect that stable operation can be guaranteed without any problems.
第1図はCMOSRAMのセル図である。第2図
aは本発明によるCMOSRAMの平面図で、第2
図bは断面図を示す。第3図は多結晶シリコンの
移動度とデポジシヨンの温度の関係を示す図、ま
た、第4図は本発明により得られた多結晶シリコ
ントランジスタの特性図である。第5図は第2図
の回路図である。
10,11,12,13,14,15,16…
…コンタクトホール、19,20,21,27…
…第1層目の多結晶シリコン、22,23……第
2層目の多結晶シリコン、30……基板、31,
32,33……ソース・ドレイン、54……チヤ
ネル、55……ソース、56……ドレイン。
FIG. 1 is a cell diagram of a CMOSRAM. FIG. 2a is a plan view of a CMOSRAM according to the present invention;
Figure b shows a cross-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. 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16...
...Contact hole, 19, 20, 21, 27...
...First layer polycrystalline silicon, 22, 23... Second layer polycrystalline silicon, 30... Substrate, 31,
32, 33...source/drain, 54...channel, 55...source, 56...drain.
Claims (1)
をそれぞれ電源間に直列接続して構成された2つ
のインバータの入出力を交差接続してなるメモ
リ・セルを基板表面及び該基板上方に形成し、該
メモリ・セルとの間でデータの伝送をなすデータ
線を有するランダム・アクセス・メモリにおい
て、 前記MOS型トランジスタは前記基板表面にチ
ヤネル領域を挟んで互いに離間して形成されたソ
ース及びドレイン領域を有し、 前記薄膜トランジスタは前記基板上方に配置さ
れたシリコン層にチヤネル領域を挟んで互いに離
間して形成されたソース及びドレイン領域を有
し、 前記データ線は、前記薄膜トランジスタのチヤ
ネル領域を形成するシリコン層部分の一表面に形
成されるゲート絶縁膜よりも厚い絶縁膜を当該シ
リコン層部分上方に介在させて配置される ことを特徴とするランダム・アクセス・メモリ。[Claims] 1. A memory cell formed by cross-connecting the input and output of two inverters configured by connecting a MOS transistor and a thin film transistor in series between power supplies, respectively, is formed on the surface of a substrate and above the substrate, In the random access memory having a data line for transmitting data to and from the memory cell, the MOS transistor has a source and a drain region formed on the surface of the substrate and spaced apart from each other with a channel region in between. The thin film transistor has a source and drain region formed in a silicon layer disposed above the substrate and spaced apart from each other with a channel region in between, and the data line is a silicon layer forming the channel region of the thin film transistor. A random access memory characterized in that an insulating film that is thicker than a gate insulating film formed on one surface of the layer portion is disposed above the silicon layer portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1090318A JPH0221656A (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | Cmos memory cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1090318A JPH0221656A (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | Cmos memory cell |
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 |
|---|---|
| JPH0221656A JPH0221656A (en) | 1990-01-24 |
| JPH0459784B2 true JPH0459784B2 (en) | 1992-09-24 |
Family
ID=13995178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1090318A Granted JPH0221656A (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | Cmos memory cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0221656A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5299736B2 (en) | 2007-09-04 | 2013-09-25 | Nltテクノロジー株式会社 | Film sticking device |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS503787A (en) * | 1973-05-16 | 1975-01-16 | ||
| JPS5311947B2 (en) * | 1973-08-04 | 1978-04-25 | ||
| JPS5828744B2 (en) * | 1977-05-31 | 1983-06-17 | テキサス インスツルメンツ インコ−ポレイテツド | Silicon gate type integrated circuit device and its manufacturing method |
| JPS5562771A (en) * | 1978-11-02 | 1980-05-12 | Toshiba Corp | Integrated circuit device |
| JPS5575900U (en) * | 1978-11-17 | 1980-05-24 |
-
1989
- 1989-04-10 JP JP1090318A patent/JPH0221656A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0221656A (en) | 1990-01-24 |
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