JPH0746702B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH0746702B2
JPH0746702B2 JP61179969A JP17996986A JPH0746702B2 JP H0746702 B2 JPH0746702 B2 JP H0746702B2 JP 61179969 A JP61179969 A JP 61179969A JP 17996986 A JP17996986 A JP 17996986A JP H0746702 B2 JPH0746702 B2 JP H0746702B2
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10B10/00Static random access memory [SRAM] devices

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Static Random-Access Memory (AREA)

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係り、特にMOSトランジスタ
を用いたスタテイツクRAMのように高集積化をはかつた
半導体記憶装置に関する。
〔従来の技術〕
スタテイツクRAMは、双安定のフリツプ・フロツプによ
つてぬ個のメモリセルとするもので、通常6個の素子で
1個のメモリセルが構成される。第2図は公知のE/R形
スタテイツクRAMのメモリセル等価回路で、フリツプ・
フロツプを構成するエンハンスメント形MOSトランジス
タQ1,Q2の2つのドライバ素子<抵抗R1,R2の2つのロ
ード素子、および、エンハンスメント形MOSトランジス
タQ3,Q4の2つの番地選択用トランスフアー・ゲート素
子の計6個の素子からなつている。ここで、Wはワード
線、及びDはデータ線、GNDはグランド電位、Vccは電
源電位、N1,N2は節点を示す。これらの各素子は、半導
体基板上に適宜配置して形成される。通常、MOS半導体
記憶装置では上記エンハンスメント形MOSトランジスタQ
1〜Q4のソースおよびドレイン領域は半導体基板内に形
成され、ゲート電極は第1層目のポリシリコン層を用い
て形成される。また、抵抗R1,R2は第2層目ポリシリコ
ン層内に形成される。このような配置構造によりスタテ
イツクRAMを比較的高集積度とすることができる。
しかし、半導体集積回路装置の高集積化の要望は強く、
加工寸法の縮少とメモリセル内の素子の配置構造の改良
が求められている。そこで、特開昭60−111456号公報に
記載のように、ドライバMOSトランジスタの一方を絶縁
膜上のシリコン(Silicon On Insulator;SOI)中に形成
する方法が提案されている。すなわち、フイールド絶縁
膜上に堆積された第1層目のポリシリコンの一部をレー
ザーアニール法により単結晶化し、この単結晶領域にド
ライバMOSトランジスタの一方のソースおよびドレイン
を形成する。また、そのゲート電極を第2層目のポリシ
リコン層を用いて形成する。これによつて、素子面積を
縮少するとともに、ドライバMOSトランジスタのゲート
とドレイン間の接続点を減少せしめることにより信頼性
を向上させている。
〔問題点を解決しようとする問題点〕
上記の、SOI中にドライバMOSトランジスタの一方を形成
した構造においては、従来、半導体基板内に形成された
ドライバMOSトランジスタが占有していた領域に、SOI中
に形成されたドライバMOSトランジスタを配置したもの
であるため、本質的に大きな面積の縮小が期待できな
い。またSOI中に形成されたドライバMOSトランジスタの
ドレインが接続している節点の接合容量が小さくなるた
め、この節点の信号電荷量を確保できず、α線等の外乱
によつて簡単に情報が消失してしまう恐れがある。ま
た、2個のドライバMOSトランジスタの基板が異なるた
め、これらのトランジスタの特性を同一にすることが難
しく、バランスのとれた動作をするメモリーセルを形成
することが困難であるという問題があつた。
本発明の目的は、メモリーセルの面積が著しく縮少さ
れ、節点容量を確保した半導体記憶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〕
上記目的は、半導体基板内にソースおよびドレイン領域
を備え、その領域のそれぞれを横切る第1の第1層目ポ
リシリコン層との交差部をゲート電極とする第1のドラ
イバMOSトランジスタと、前記半導体基板内に独立した
ソース領域と前記第一のドライバMOSトランジスタのゲ
ート電極とオーム接触されたドレイン領域を備え、それ
らソース領域とドレイン領域のそれぞれを横切り一端を
前記第一のドライバMOSトランジスタのドレイン領域と
オーム接触されるよう形成された第2の第1層目ポリシ
リコン層との交差部をゲート電極とする第2のドライバ
MOSトランジスタと、電源電位線として形成された第2
層目ポリシリコン層から独立して分岐され前記第1およ
び第2のドライバMOSトランジスタのドレイン領域とそ
れぞれ独立してオーム接触されるよう形成された第1お
よび第2の分岐第2層目ポリシリコン層のオーム接触部
より延在した部分にオーム接触部側をドレイン領域とし
てそれぞれソースおよびドレイン領域を備え、これらソ
ースおよびドレイン領域をそれぞれ横切る第3層目ポリ
シリコン層をワード線として前記第1および第2の分岐
第2層目ポリシリコン層の該領域との交差部をそれぞれ
ゲート電極とする2つのトランスフアーMOSトランジス
タと、前記第1および第2の分岐第2層目ポリシリコン
層の前記オーム接触部と分岐部との間にそれぞれ形成さ
れた2つのロード抵抗と、前記2つのトランスフアーMO
Sトランジスタのソース領域とそれぞれオーム接触する
2つのデータ金属配線と、前記2つのドライバMOSトラ
ンジスタのソース領域の延在部よりなるグラント配線と
を備えて構成することにより達成される。
〔作用〕
このような構成とすることにより、トランスフアーMOS
トランジスタは、半導体基板内に形成されたドライバM0
Sトランジスタ上に積層して形成されるためメモリセル
面積が著しく低減される。また、節点の接合面積はセル
面積の縮少にもかかわらず減少しないため節点容量が確
保され、同一面積の従来構造セルに比べてα線等の外乱
に対する強度が向上される。また、フリツプ・フロツプ
を構成する2個のドライバMOSトランジスタは従来通り
多結晶シリコン基板内に形成されているため安定なメモ
リセル動作が確保される。さらに、ゲート電極とドライ
バMOSトランジスタのドレインとの接続点が減少するた
め信頼性が向上する。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第1
図は本発明を実施したスタテイツクRAMメモリセルの回
路素子の配置構造を示す図である。本実施例のメモリセ
ルは、n+層1a,1bを直角に横切る第1層目のポリシリコ
ン層6の交差部をゲート電極とするドライバMOSトラン
ジスタQ1と、1a,1bと並列に配置されたn+層2a,2bを直角
に横切る第1層目のポリシリコン層7の交差部をゲート
電極とするもう一つのドライバMOSトランジスタQ2と、
上記n+層の一つ1aにオーム接触部8を介して接続された
第2層目のポリシリコン層5の、オーム接触部8より延
在した部分に形成されたn+層3a,3bを直角に横切る第3
層目ポリシリコン層3の交差部をゲート電極とするトラ
ンスフアMOSトランジスタQ3と、同様にn+層2aにオーム
接触部9を介して接続された第2層目のポリシリコン層
5の、オ ーム接触部9より延在した部分に形成されたn+層4a,4b
を直角に横切る第3層目ポリシリコン層3の交差部をゲ
ート電極とするもう一つのトランスフアMOSトランジス
タQ4と、上記第2層目のポリシリコン層5の上記ホーム
接触部8および9と分岐部との間の分岐層5a、および5b
内に形成されたロード抵抗R1(19a)およびR2(19b)に
よつて構成されている。ここで第3層目ポリシリコン層
3はワード線Wとして利用され、第2層目ポリシリコン
層5は電源電位線Vccとして利用される。また、ドライ
バMOSトランジスタQ1およびQ2のソース領域は地気電位
線GMD1およびGND2として利用される。また、ドライバMO
SトランジスタQ1のゲート電極6はオーム接触部9を介
してドライバMOSトランジスタQ2のドレイン領域に接続
され、ドライバMOSトランジスタQ2のゲート電極7はオ
ーム接触部8を介してドライバMOSトランジスタQ1のド
レイン領域に接触される。また、トランスフアMOSトラ
ンジスタQ3およびQ4のソース領域はそれぞれオーム接触
部10および11を介してデータ線D(18)および(16)
にそれぞれ接続される。また、トランスフアMOSトラン
ジスタQ3およびQ4のソース,ドレイン領域はロード抵抗
R1およびR2と第2層目ポリシリコン層5の分岐層内でそ
れぞれ一体化されているのでメモリセルの回路接続は完
了する。ここで、地気電位線は複数個セルごとに金属電
極で補強し抵抗を低くした構造、あるいは、各セルごと
に例えば第3層目ポリシリコンと接続して抵抗を低くし
た構造としてもよい。また、トランスフアMOSトランジ
スタのドレイン領域とロード抵抗の間のn+層上に絶縁膜
を介して例えば第3層目ポリシリコン層を積層すること
により節点容量を増加せしめ、耐の線強度をさらに強め
た構造としてもよい。
本実施例の素子配置から明らかなように、本発明のスタ
テイツクRAMメモリセルはトランスフアMOSトランジスタ
が3次元的に積層して形成されているためセル面積が著
しく縮少される。また、同一面積の従来構造セルに比べ
て、節点N1,N2となるドライバMOSトランジスタQ1,Q2
のドレイン領域1a,2aの面積が大きいため、節点容量が
大きくα線等の外乱に強い。また、トランスフアMOSト
ランジスタが第2層目ポリシリコン層内に一体化して形
成されているため接続部が減少し信頼性が向上する。
第3図は、第1図のメモリセルのX−X′断面構造を示
したものである。半導体基板12にフイールド絶縁膜13が
形成され、第1層目のポリシリコン層6および7が例え
ばLPCVD法により堆積され、イオン打込み法によりn+層1
b,2a,2bが形成される。このとき、第1層目のポリシリ
コン層はシリサイドとポリシリコンが積層されたポリサ
イド、あるいは、シリサイドのみ、あるいは、高融点金
属でもかまわない。層間絶縁膜14を堆積し(オーム)接
触部9を形成した後、第2層目のポリシリコン層5が堆
積される。トランスフアーMOSトランジスタのソース4
b、ドレイン4aおよびチヤネル領域4c、および、ロード
抵抗R2(19b)は第2層目ポリシリコン層5内に形成さ
れる。トランスフアーMOSトランジスタの特性を良好に
するために、ポリシリコン層は水素プラズマ処理等の公
知の水素化処理により、結晶粒界ポテンシヤルおよび粒
界準位を低減せしめる。あるいは、少なくともソース4
b、ドレイン4a、チヤネル領域4cを単結晶化する。単結
晶化は公知のレーザー・アニール、横方向固相エピ等何
れの方法でもよい。ゲート絶縁膜を形成しゲート電極3
(第3層目ポリシリコン層)トランスフアーMOSトラン
ジスタのチヤネル領域4c、および、ロード抵抗R2(19
b)を除いた領域に、例えばヒ素がイオン打込みされ、
ソース,ドレイン層および配線層が形成される。ここ
で、第2層目のポリシリコン層5で、チヤネル領域およ
びロード抵抗を除いた領域はポリサイド構造であつても
かまわない。また、第3層目のポリシリコン層3はポリ
サイド,シリサイドあるいは高融点金属でもかまわな
い。層間絶縁膜15を堆積し、オーム接触部11を形成した
後、金属配線16が例えばアルミを用いて形成され、デー
タ線となる。最後にパツシベーシヨン膜17が形成され
る。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によればスタテイツクRAMメ
モリセルのような半導体記憶装置のトランスフアーMOS
トランジスタが第2層目ポリシリコン層内に形成される
ため、メモリセル面積が著しく縮少される。そのためメ
モリの高集積化が可能となる。また、同一面積の従来構
造セルに比べて節点容量が大きいためα線等の外乱によ
つて情報が消失しにくい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す配置構造図、第2図は
スタテイツクRAMメモリセルの等価回路図、第3図は第
1図の実施例のX−X′断面構造図である。 1a,1b,2a,2b…シリコン基板中のn+層、6,7…第1層目ポ
リシリコン層、5,5a,5b…第2層目ポリシリコン層、3a,
3b,4a,4b…第2層目ポリシリコン層内のソース・ドレイ
ン領域(n+層)、4c…第2層目ポリシリコン層内のチヤ
ネル領域、19a,19b…第2層目ポリシリコン層内のロー
ド抵抗領域、3…第3層目ポリシリコン層、16,18…金
属配線層、8,9,10,11…接続部、13…フイールド絶縁
膜、14,15…層間絶縁膜、17…パツシベーシヨン膜、W
…ワード線、Vcc…電源電位線、D,…データ線、Q1,Q
2…ドライバMOSトランジスタ、Q3,Q4…トランスフアMO
Sトランジスタ、R1,R2…ロード抵抗、N1,N2…節点、G
ND,GND1,GND2…地気電位線。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フリップフロップを構成する2つのドライ
    バMOS素子と、情報保持電流を供給する2つのロード素
    子と、番地選択用の2つの転送MOS素子とからなるメモ
    リセルを有する半導体記憶装置において、 上記半導体記憶装置の半導体基板内に形成される上記ド
    ライバMOS素子のドレイン領域とソース領域と、上記ド
    レイン領域とソース領域の上に上記ドライバMOS素子の
    ゲート領域が形成される第1層と、 上記第1層の上に上記転送MOS素子のドレイン領域とソ
    ース領域が形成される第2層と、 上記第2層の上に上記転送MOS素子のゲート領域が形成
    される第3層と、 上記ドライバMOS素子のソース・ドレイン方向に対して
    垂直方向に配置されたワード線とからなり、 上記第1層と第2層と第3層は上記ドライバMOS素子の
    ドレイン領域とソース領域の上に積層されていることを
    特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、 上記転送MOS素子が形成される第2層には上記ロード素
    子を形成し、上記ドライバMOS素子のゲート領域を含む
    電極配線層と上記ロード素子及び上記転送MOS素子のド
    レイン領域及びソース領域が形成される素子形成層とは
    異なった層に形成することを特徴とする半導体記憶装
    置。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項または第2項におい
    て、 一方の上記ドライバMOS素子と一方の上記ロード素子と
    一方の上記転送MOS素子とを組み合わせた配置位置は、
    他方の上記ドライバMOS素子と他方の上記ロード素子と
    他方の上記転送MOS素子とを組み合わせた配置位置に対
    して、上記半導体記憶装置の上面または下面に対して線
    対称または点対称の配置位置に配置されていることを特
    徴とする半導体記憶装置。
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